JP2014115268A - Spectroscopic analyzer - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、分光分析装置などの技術に関する。 The present invention relates to a technique such as a spectroscopic analyzer.
分析対象の試料の吸光度ないし分光波長強度を計測する機能を有する分光分析装置は、例えば血液や尿などの試料に含まれる成分量を分析する生化学自動分析装置などに適用される。分光分析装置などに関する先行技術例として、米国特許第4451433号(特開昭57−82769号公報)(特許文献1)、特開2008−70870号公報(特許文献2)、特開平8−29293号公報(特許文献3)が挙げられる。 A spectroscopic analyzer having a function of measuring the absorbance or spectral wavelength intensity of a sample to be analyzed is applied to, for example, an automatic biochemical analyzer that analyzes the amount of components contained in a sample such as blood or urine. Prior art examples relating to a spectroscopic analyzer and the like include U.S. Pat. No. 4,451,433 (Japanese Patent Laid-Open No. 57-82769) (Patent Document 1), Japanese Patent Laid-Open No. 2008-70870 (Patent Document 2), and Japanese Patent Laid-Open No. 8-29293. The gazette (patent document 3) is mentioned.
特許文献1は、自動分析装置として、光源からの光を試料または試料と試薬とが混合した反応溶液に照射し、試料または反応溶液を通過した単一または複数の測定波長の透過光量を光度計に取り込み、回折格子にて分光した光強度を受光素子で測定して吸光度を算出し、吸光度と濃度の関係から成分量を割り出す構成が開示されている。
特許文献1等の自動分析装置は、光源としてハロゲンランプが広く用いられる。ハロゲンランプは、放電式のランプと比較して光量の経時変化が少なく安価であり、また発光スペクトルないし波長帯域として紫外域から近赤外域までが得られる。
In an automatic analyzer such as
特許文献2は、偏光解消素子であるデポラライザにおいて、パターン化半波長板に入射される偏光された光ビームが像面で実質的に無偏光化される旨が記載されている。特許文献2は、回折格子が固有の偏光感応性を有し、これを解消するために、回折格子の前方にデポラライザを挿入し、回折格子に入射する光の偏光特性を解消する、即ち回折格子に対して非偏光を入射することが効果的である旨が記載されている。 Patent Document 2 describes that in a depolarizer that is a depolarizing element, a polarized light beam incident on a patterned half-wave plate is substantially depolarized on the image plane. Patent Document 2 discloses that a diffraction grating has inherent polarization sensitivity, and in order to eliminate this, a depolarizer is inserted in front of the diffraction grating to cancel the polarization characteristics of light incident on the diffraction grating. It is described that it is effective to enter non-polarized light.
特許文献3は、シングルモード光ファイバの偏波モード分散特性評価を例として、光源の偏光特性をデポラライザで解消し、非偏光として被測定光ファイバに入射する例が開示されている。
従来の分光分析装置は、吸光度計測光学系を構成する光源や容器などの要素における特性の差異により、試料の吸光度の計測及び分析の結果の精度及び再現性に課題がある。装置性能向上のためには、当該精度及び再現性を向上させる必要がある。また設計仕様が同じ装置間の機差を最小に抑えること、及び設計仕様が異なる装置間でも同一の試料の計測結果が一致することが望ましい。 Conventional spectroscopic analyzers have problems in the accuracy and reproducibility of the results of measurement and analysis of the absorbance of a sample due to differences in characteristics of elements such as a light source and a container constituting the absorbance measurement optical system. In order to improve the apparatus performance, it is necessary to improve the accuracy and reproducibility. It is also desirable to minimize machine differences between devices with the same design specification and to match the measurement results of the same sample between devices with different design specifications.
上記装置の光学系における計測結果を変動させる最大の要因は、光学的要因であり、この光学的要因は、光源の特性の差異や、容器の特性の差異を含む。上記要因となる光源の特性は、光源として用いられるハロゲンランプからの出射光の部分偏光特性を含む。特許文献1等の装置は、光源としてハロゲンランプが用いられる。当該装置の光学系は、計測対象によっては、上記部分偏光特性が計測結果に悪影響を与える場合がある。
The largest factor that fluctuates the measurement result in the optical system of the apparatus is an optical factor, and this optical factor includes a difference in characteristics of the light source and a difference in characteristics of the container. The characteristics of the light source that cause the above include partial polarization characteristics of light emitted from a halogen lamp used as a light source. A device such as
また上記要因となる容器の特性は、メーカや機種ごとの容器の個体差、あるいは1つの装置に備える複数の容器の個体差による、容器の透光面での複屈折特性を含む。容器を透過する光は、これらの影響を受けることで、計測結果に悪影響を与える場合がある。 Further, the characteristics of the container as the above factor include birefringence characteristics on the translucent surface of the container due to individual differences of containers for each manufacturer and model, or individual differences of a plurality of containers included in one apparatus. The light passing through the container may be adversely affected by the measurement results.
偏光特性に関する対策としては、特許文献2の例のように、偏光解消素子であるデポラライザを用いる構成が考えられるが、この構成でも、光源や容器の特性の影響により、吸光度の変動の解消は難しい。更に、光学結晶素子であるデポラライザは高価であり、当該素子を備える光学系及び装置は、コストが大幅に増加してしまう。 As a countermeasure regarding the polarization characteristics, a configuration using a depolarizer that is a depolarization element as in the example of Patent Document 2 is conceivable, but even in this configuration, it is difficult to eliminate fluctuations in absorbance due to the influence of the characteristics of the light source and the container. . Furthermore, a depolarizer that is an optical crystal element is expensive, and the cost of an optical system and apparatus that include the element is greatly increased.
また特許文献1等の従来の自動分析装置は、吸光度計測光学系として、光源から回折格子までを一直線上に配置した共通の構成が採用されている。このような構成に関しては小型化の要求が高い。
Moreover, the conventional automatic analyzers such as
本発明の目的は、上記分光分析装置に関し、高価な光学結晶素子を使用する必要無く低コストな装置構成によって吸光度の計測及び分析の精度及び再現性を向上することができる技術を提供することである。本発明の他の目的は、光源や容器の特性の差異による影響を受け難く、当該差異に適応し易く、装置及び機種が異なる場合にも共通して使用可能である汎用的な吸光度計測光学系を実現できる技術を提供することである。本発明の他の目的は、吸光度計測光学系の小型化を実現して装置全体の小型化に寄与できる技術を提供することである。 An object of the present invention is to provide a technique that can improve the accuracy and reproducibility of absorbance measurement and analysis with a low-cost apparatus configuration without the need to use an expensive optical crystal element. is there. Another object of the present invention is a general-purpose absorbance measurement optical system that is not easily affected by differences in the characteristics of light sources and containers, is easily adaptable to the differences, and can be used in common even when the apparatus and model are different. It is to provide technology that can realize. Another object of the present invention is to provide a technique that can contribute to miniaturization of the entire apparatus by realizing miniaturization of the absorbance measurement optical system.
上記目的を達成するため、本発明のうち代表的な実施の形態は、分光分析装置であって、以下に示す構成を有することを特徴とする。 In order to achieve the above object, a representative embodiment of the present invention is a spectroscopic analyzer, which is characterized by having the following configuration.
(1) 一実施の形態の分光分析装置は、対象の試料の吸光度ないし分光波長強度を計測する機能を有し、試料の吸光度を計測するための光学系は、試料を含む物質を格納する容器が配置される透光部と、透光部の容器の試料に対して照明光を照射するための光源を含む照明部と、透光部の容器の試料からの透過光を分光して波長ごとの強度を検出することで試料の吸光度を計測する測光部とを有し、照明部と透光部との間を接続し照明光を導光する第1の光ファイバを有し、光源からの照明光の部分偏光特性を第1の光ファイバによって解消して非偏光として試料に照射する。 (1) The spectroscopic analyzer of one embodiment has a function of measuring the absorbance or spectral wavelength intensity of a target sample, and the optical system for measuring the absorbance of the sample is a container for storing a substance containing the sample A translucent part in which the light source is disposed; an illumination part including a light source for irradiating illumination light to the sample of the container of the translucent part; A photometric unit that measures the absorbance of the sample by detecting the intensity of the light source, and a first optical fiber that connects the illuminating unit and the translucent unit and guides the illuminating light. The partial polarization characteristic of the illumination light is eliminated by the first optical fiber, and the sample is irradiated as non-polarized light.
(2) 上記(1)の分光分析装置において、光学系は、透光部と測光部との間を接続し透過光を導光する第2の光ファイバを有する。 (2) In the spectroscopic analysis apparatus according to (1), the optical system includes a second optical fiber that connects between the light transmitting unit and the photometric unit and guides the transmitted light.
(3) 上記(2)の分光分析装置において、光学系は、透光部において、第1の光ファイバの出射端と、第2の光ファイバの入射端とが、共役関係で配置される。 (3) In the spectroscopic analyzer according to (2), in the optical system, in the light transmitting portion, the emission end of the first optical fiber and the incidence end of the second optical fiber are arranged in a conjugate relationship.
(4) 上記(2)の分光分析装置において、光学系は、透光部において、第1の光ファイバの出射端と、第2の光ファイバの入射端とが、無限共役比の関係で配置される。 (4) In the spectroscopic analyzer according to (2), the optical system includes a light transmitting portion in which the exit end of the first optical fiber and the entrance end of the second optical fiber are arranged in an infinite conjugate ratio relationship. Is done.
(5) 一実施の形態の分光分析装置は、対象の試料の吸光度ないし分光波長強度を計測する機能を有し、試料の吸光度を計測するための光学系は、試料を含む物質を格納する容器が配置される透光部と、透光部の容器の試料に対して照明光を照射するための光源を含む照明部と、透光部の容器の試料からの透過光を分光して波長ごとの強度を検出することで試料の吸光度を計測する測光部とを有し、透光部と測光部とを接続し試料からの透過光を導光する光ファイバによって、容器を透過した光源からの照明光の部分偏光特性を解消すると共に、測光部への入射光軸変動を解消する。 (5) The spectroscopic analyzer of one embodiment has a function of measuring the absorbance or spectral wavelength intensity of a target sample, and the optical system for measuring the absorbance of the sample is a container for storing a substance containing the sample A translucent part in which the light source is disposed; an illumination part including a light source for irradiating illumination light to the sample of the container of the translucent part; A photometric unit that measures the absorbance of the sample by detecting the intensity of the sample, and connects the translucent unit with the photometric unit to guide the transmitted light from the sample from the light source that has passed through the container. In addition to eliminating the partial polarization characteristics of the illumination light, variations in the incident optical axis to the photometry unit are eliminated.
本発明のうち代表的な実施の形態によれば、分光分析装置に関し、高価な光学結晶素子を使用する必要無く低コストな装置構成によって吸光度の計測及び分析の精度及び再現性を向上することができる。また本発明のうち代表的な実施の形態によれば、光源や容器の特性の差異の影響を受け難く、当該差異に適応し易く、装置及び機種が異なる場合にも共通して使用可能である汎用的な吸光度計測光学系を実現できる。また本発明のうち代表的な実施の形態によれば、吸光度計測光学系の小型化を実現して装置全体の小型化に寄与できる。 According to a typical embodiment of the present invention, it is possible to improve the accuracy and reproducibility of absorbance measurement and analysis by using a low-cost apparatus configuration without using an expensive optical crystal element. it can. In addition, according to the representative embodiment of the present invention, it is difficult to be affected by the difference in the characteristics of the light source and the container, it is easy to adapt to the difference, and it can be used in common even when the apparatus and the model are different. A general-purpose absorbance measurement optical system can be realized. In addition, according to a typical embodiment of the present invention, the absorbance measuring optical system can be miniaturized and contribute to the miniaturization of the entire apparatus.
以下、本発明の好適な実施の形態を図面に基づき詳細に説明する。なお実施の形態を説明するための全図において同一部には原則として同一符号を付し繰り返しの説明は省略する。 DESCRIPTION OF EXEMPLARY EMBODIMENTS Hereinafter, preferred embodiments of the invention will be described in detail with reference to the drawings. Note that components having the same function are denoted by the same reference symbols throughout the drawings for describing the embodiment, and the repetitive description will be omitted.
<概要等>
図3及び図4等に示される本実施の形態の分光分析装置は、対象の試料を格納する容器である反応セルに対して照明光を照射してその透過光を分光して波長ごとの強度を検出することで試料の吸光度を計測及び分析する機能を有する。本実施の形態の自動分析装置は、当該分光分析装置を、臨床検査用途に使用される生化学自動分析装置に適用した例を説明する。本構成は、吸光度計測光学系を構成する照明部、透光部、及び測光部において、照明部と透光部の間に第1の光ファイバが配置され、透光部と測光部の間に第2の光ファイバが配置される。光源としてハロゲンランプの照明光の持つ部分偏光特性を、第1の光ファイバによって解消して非偏光とし、透光部の反応セルの試料に対して照射する。そしてその透過光を第2の光ファイバを通じて測光部へ入射し、分光して波長ごとの強度を検出することで試料の吸光度を計測及び分析する。本構成により、光源の偏光特性の差異や、反応セルの透光面の光学特性の差異による影響を排除または低減し、安価な光ファイバ等の部品を用いて、高い精度及び再現性の吸光度計測及び分析が実現される。
<Summary>
The spectroscopic analysis apparatus of the present embodiment shown in FIGS. 3 and 4 etc. irradiates the reaction cell, which is a container for storing the target sample, irradiates the illumination light and separates the transmitted light, and the intensity for each wavelength. By detecting and measuring the absorbance of the sample. As for the automatic analyzer according to the present embodiment, an example in which the spectroscopic analyzer is applied to a biochemical automatic analyzer used for clinical laboratory use will be described. In this configuration, the first optical fiber is disposed between the illumination unit and the light transmission unit in the illumination unit, the light transmission unit, and the light measurement unit that constitute the absorbance measurement optical system, and the light transmission unit and the photometry unit are disposed between the light transmission unit and the light measurement unit. A second optical fiber is disposed. The partial polarization characteristic of the illumination light of the halogen lamp as the light source is canceled by the first optical fiber to make it non-polarized light, and the sample of the reaction cell in the light transmitting part is irradiated. Then, the transmitted light is incident on the photometry section through the second optical fiber, and the intensity of each wavelength is detected and analyzed to measure and analyze the absorbance of the sample. This configuration eliminates or reduces the effects of differences in the polarization characteristics of the light source and the optical characteristics of the light-transmitting surface of the reaction cell, and uses high-precision and reproducible absorbance measurement using inexpensive components such as optical fibers. And analysis is realized.
<前提技術>
本実施の形態の分光分析装置に対する前提技術やその課題について補足する。自動分析装置ないし分光分析装置である装置は、共通の原理を採用した吸光度計測光学系として以下の構成を有する。なお説明上、吸光度の計測に必要な光学系を吸光度計測光学系ともいう。当該装置は、ハロゲンランプによる光源からの光を試料または試料と試薬とが混合した反応溶液に照射し、当該試料を透過した光を回折格子で分光し、受光素子ないし光検出器で波長ごとの光強度である分光波長強度を計測して吸光度を算出し、算出した吸光度を用いて成分量を分析する。
<Prerequisite technology>
It supplements about the prerequisite technique with respect to the spectroscopic analyzer of this Embodiment, and its subject. An apparatus that is an automatic analyzer or a spectroscopic analyzer has the following configuration as an absorbance measurement optical system employing a common principle. For the sake of explanation, an optical system necessary for measuring absorbance is also referred to as an absorbance measuring optical system. The apparatus irradiates a sample or a reaction solution in which a sample and a reagent are mixed with light from a light source by a halogen lamp, spectrally transmits the light transmitted through the sample with a diffraction grating, and uses a light receiving element or a photodetector for each wavelength. The spectral wavelength intensity, which is the light intensity, is measured to calculate the absorbance, and the component amount is analyzed using the calculated absorbance.
また当該装置は、分析精度の向上のため、光源からの光を試料または反応溶液を格納した容器に照明するための光学系、及び上記透過光を回折格子に照射して受光素子まで導くための光学系を有する。なお説明上、前者の光学系を照明部、後者の光学系を測光部とも称する。また、照明部と測光部との間に配置され、試料または反応溶液を格納した容器が配置され、光が透過する部分を透光部とも称する。 The apparatus also includes an optical system for illuminating light from a light source on a container storing a sample or a reaction solution, and irradiating the transmitted light to a diffraction grating to guide the light to a light receiving element in order to improve analysis accuracy. Has an optical system. In the description, the former optical system is also referred to as an illumination unit, and the latter optical system is also referred to as a photometry unit. In addition, a portion that is disposed between the illumination unit and the photometric unit and that stores a sample or a reaction solution and transmits light is also referred to as a translucent unit.
上記装置の吸光度計測光学系における試料の吸光度の計測及び分析の結果を変動させる最大の要因は、光学的要因である。この光学的要因は、光源の特性の差異や、容器の特性の差異を含む。上記要因となる光源の特性は、光源として使用するハロゲンランプの型式ないし種類、及び個体差によって、光源から放出される光の偏光特性が異なることを含む。特に、光源であるハロゲンランプからの出射光は、部分偏光特性を有する。光源としてハロゲンランプを用いた吸光度計測光学系は、その計測対象によっては、光源の出射光の部分偏光特性が計測結果に悪影響を与える場合がある。 The greatest factor that fluctuates the result of measurement and analysis of the absorbance of the sample in the absorbance measurement optical system of the above apparatus is an optical factor. This optical factor includes a difference in characteristics of the light source and a difference in characteristics of the container. The characteristics of the light source that is the factor include that the polarization characteristics of light emitted from the light source differ depending on the type or type of halogen lamp used as the light source and individual differences. In particular, light emitted from a halogen lamp that is a light source has partial polarization characteristics. In an absorbance measurement optical system using a halogen lamp as a light source, depending on the measurement target, the partial polarization characteristics of the emitted light from the light source may adversely affect the measurement result.
なお光は、その進行方向と直交する方向に振動する横波の電磁波である。例えばレーザ発振器からの出射光は、振動する横波の位相が時間的にも空間的にも一定の関係に揃っているため、完全偏光である。これに対して自然光は、進行する波の位相がランダムに変化して規則性を持たないため、非偏光である。部分偏光とは、完全偏光と非偏光との中間の状態を指す。 The light is a transverse electromagnetic wave that vibrates in a direction orthogonal to the traveling direction. For example, the light emitted from the laser oscillator is completely polarized because the phases of the oscillating transverse waves are in a fixed relationship both in time and space. In contrast, natural light is non-polarized because the phase of the traveling wave changes randomly and does not have regularity. Partially polarized light refers to an intermediate state between completely polarized light and non-polarized light.
また上記要因となる容器の特性は、容器の個体差により、容器の透光面に複屈折特性が生じること、あるいは、容器の個体差により、すべての容器の形状が厳密には一致していないこと、を含む。メーカや機種ごとに、装置に備える容器に個体差がある。また1つの装置に備える複数の容器においても設計上は同一の形状を目指すものの個体差が生じ得る。光源からの光が入射され容器内の試料を透過して出射される光は、上記容器の特性の差異の影響を受けることで、計測結果に悪影響を与える場合がある。 In addition, the characteristics of the containers that cause the above factors are that birefringence characteristics occur on the translucent surface of the containers due to individual differences between containers, or the shapes of all containers do not exactly match due to individual differences between containers. Including. There are individual differences in the containers provided in the device for each manufacturer and model. In addition, even in a plurality of containers provided in one device, individual differences may occur although the same shape is aimed at by design. Light emitted from the light source and transmitted through the sample in the container may be adversely affected by the difference in the characteristics of the container, thereby adversely affecting the measurement result.
分光分析装置の性能向上のためには、吸光度の計測及び分析の精度及び再現性を向上させ、光源や容器の特性の差異を含む装置の差異に応じた計測結果の変動に対処できることが必要である。設計仕様が同一である複数の装置において同一の試料を計測した場合の結果の相違である機差を最小に抑えることが望ましい。また設計仕様が異なる複数の装置間においても同一の試料の計測結果が一致することが望ましい。 In order to improve the performance of spectroscopic analyzers, it is necessary to improve the accuracy and reproducibility of absorbance measurement and analysis, and to be able to cope with fluctuations in measurement results according to differences in equipment, including differences in the characteristics of light sources and containers. is there. It is desirable to minimize machine differences, which are differences in results when the same sample is measured in a plurality of apparatuses having the same design specifications. Moreover, it is desirable that the measurement results of the same sample be consistent among a plurality of apparatuses having different design specifications.
上記偏光特性及び計測結果の変動に関する対策として、特許文献2の例のように、光学結晶素子による偏光解消素子であるデポラライザを用いる構成が考えられる。当該デポラライザによって部分偏光を非偏光とするためには、入射光軸に対するデポラライザの回転方向ないし光学結晶の方向を精密に位置決めする必要がある。容器を透過した光の偏光状態である、光軸に直交する方向の偏光強度分布は、同一の容器であっても光の透過位置によって異なる。また、同一のハロゲンランプであっても、フィラメントから放射される光の波長によって偏光状態が異なる。 As a countermeasure against the fluctuation of the polarization characteristic and the measurement result, a configuration using a depolarizer that is a depolarizing element using an optical crystal element as in the example of Patent Document 2 can be considered. In order to make the partially polarized light non-polarized by the depolarizer, it is necessary to precisely position the rotation direction of the depolarizer or the direction of the optical crystal with respect to the incident optical axis. The polarization intensity distribution in the direction orthogonal to the optical axis, which is the polarization state of the light transmitted through the container, varies depending on the light transmission position even in the same container. Even in the same halogen lamp, the polarization state differs depending on the wavelength of light emitted from the filament.
これらから、デポラライザを回折格子の前方に挿入する構成や、ハロゲンランプからの出射光をデポラライザに入射させる構成としても、回折格子に非偏光光を入射させることはできない。従って当該構成では吸光度の変動を完全に解消することはできない。更に、光学結晶素子であるデポラライザは高価であるため、当該素子を備える吸光度計測光学系及び分光分析装置はコストが大幅に増加してしまう。 Therefore, unpolarized light cannot be incident on the diffraction grating even when the depolarizer is inserted in front of the diffraction grating or the light emitted from the halogen lamp is incident on the depolarizer. Therefore, in this configuration, the change in absorbance cannot be completely eliminated. Furthermore, since a depolarizer that is an optical crystal element is expensive, the cost of an absorbance measurement optical system and a spectroscopic analysis apparatus that include the element is greatly increased.
特許文献1等の自動分析装置における吸光度計測光学系は、上記の照明部、透光部、及び測光部を含め、容器をほぼ中心として光源から回折格子までを一直線上に配置した共通の構成が採用されている。なお説明上、この共通の構成を「直線配置」等と称する。上記照明部は、光源であるハロゲンランプからの光を容器の透光面に向けて集光する光学的手段を含む。上記透光部は、試料が格納された容器を光が透過する部分を含む。上記測光部は、容器の試料を透過した光を回折格子まで導くための光学的手段を含む。
The absorbance measurement optical system in an automatic analyzer such as
しかし当然ながら、上記装置及びその吸光度計測光学系は、メーカ毎に設計が独自である。同一のメーカの装置であっても、機種に応じて、容器の形状や容積などを含む吸光度計測光学系の設計仕様が異なる場合が多い。メーカや機種が異なる装置の場合、同一の試料であっても、計測結果の吸光度が厳密には一致しない事例も発生している。1つの装置、または設計仕様が同じ複数の装置、または設計仕様が異なる複数の装置において、同一の試料の計測結果が一致し、計測結果の変動が最小であることが望ましい。 However, as a matter of course, the device and its absorbance measurement optical system are uniquely designed for each manufacturer. Even with the same manufacturer, the design specifications of the absorbance measurement optical system including the shape and volume of the container are often different depending on the model. In the case of devices of different manufacturers and models, there are cases in which the absorbance of measurement results does not exactly match even for the same sample. In one apparatus, a plurality of apparatuses having the same design specification, or a plurality of apparatuses having different design specifications, it is desirable that the measurement results of the same sample match and the variation in the measurement results be minimal.
また、上記の直線配置の吸光度計測光学系を持つ従来の装置は、当該光学系の小型化の要求が高い。直線配置の方向のサイズが大きいほど、それに対応して装置のサイズが大きくなるので不利である。光学系の小型化により、装置における光学系を含む構成部品のレイアウトが効率化でき、装置全体の小型化及び低コスト化が期待できる。また光学系の小型化は、当該光学系を備える装置の組み立て調整時間の短縮、即ち製造コストの削減や、組み立て誤差の低減、即ち機差の低減などの波及効果も期待できる。 Further, the conventional apparatus having the above-described linearly arranged absorbance measurement optical system is highly demanded for downsizing the optical system. A larger size in the direction of the linear arrangement is disadvantageous because the size of the device correspondingly increases. By downsizing the optical system, the layout of the components including the optical system in the apparatus can be made more efficient, and downsizing and cost reduction of the entire apparatus can be expected. Further, the downsizing of the optical system can be expected to have a ripple effect such as a reduction in assembly adjustment time of the apparatus including the optical system, that is, a reduction in manufacturing cost and an assembly error, that is, a reduction in machine difference.
上記光学系の小型化の観点に関する従来例としては、光源としてLED(Light Emitting Diode)を用いる構成が挙げられる。しかしながらLEDはハロゲンランプに比べると発光スペクトル幅が狭い。分光分析装置の光源としてLEDを適用する場合、計測及び分析に必要な波長を網羅するためには、発光スペクトルの異なる複数の光源と、各光源に対応する光学系とを並列に配置する必要がある。更に、LEDは周辺環境温度変化による光量ドリフトが大きい。そのため、装置にLEDの温度調節機能なども新たに付加する必要がある。従って、上記LEDを適用する構成の場合、光学系の小型化かつ低コスト化は見込めない。先行技術例に開示された範囲では、光学系の小型化の要求に対して、具体的な解決策は示されていない。 As a conventional example related to the downsizing of the optical system, there is a configuration using an LED (Light Emitting Diode) as a light source. However, LEDs have a narrow emission spectrum width compared to halogen lamps. When an LED is used as a light source of a spectroscopic analyzer, in order to cover the wavelengths necessary for measurement and analysis, it is necessary to arrange a plurality of light sources having different emission spectra and an optical system corresponding to each light source in parallel. is there. Further, the LED has a large light amount drift due to a change in ambient temperature. Therefore, it is necessary to newly add an LED temperature adjustment function to the apparatus. Therefore, in the case of a configuration to which the LED is applied, the optical system cannot be reduced in size and cost. In the range disclosed in the prior art examples, no specific solution is shown for the demand for downsizing of the optical system.
上述のように、分光分析装置において、光源となるハロゲンランプの部分偏光特性や、容器の透光面の複屈折特性などを含む光学特性の差異の影響を排除または低減して高い精度及び再現性による吸光度の計測及び分析を実現する必要がある。しかし先行技術例による構成では、光学系に高価な部品を使用することで装置が高コストになる課題がある。また当該構成では、上記光源や容器の光学特性の差異による悪影響を受け易く計測結果の変動が生じるので、汎用的な光学系としては使用できない課題がある。また光学系の直線配置の構成では小型化の要求を満たせない課題がある。 As described above, in a spectroscopic analyzer, high accuracy and reproducibility are achieved by eliminating or reducing the influence of differences in optical characteristics including the partial polarization characteristics of a halogen lamp serving as a light source and the birefringence characteristics of the translucent surface of the container. It is necessary to realize the measurement and analysis of absorbance by means of. However, in the configuration according to the prior art example, there is a problem that the cost of the apparatus is increased by using expensive parts in the optical system. Further, in this configuration, there is a problem that the measurement result is likely to be adversely affected by the difference in the optical characteristics of the light source and the container, and the measurement result fluctuates, so that it cannot be used as a general-purpose optical system. Further, the configuration of the linear arrangement of the optical system has a problem that the demand for miniaturization cannot be satisfied.
本実施の形態の分光分析装置は、上記偏光特性及び計測結果の変動などを含む課題に対して、偏光解消機能を持つ光ファイバを用いて、特有の吸光度計測光学系を構成する。なお光ファイバには偏光解消機能があること、即ち偏光解消素子として使用できることが知られている。 The spectroscopic analysis apparatus of the present embodiment configures a specific absorbance measurement optical system using an optical fiber having a depolarization function with respect to problems including the polarization characteristics and fluctuations in measurement results. It is known that an optical fiber has a depolarization function, that is, can be used as a depolarization element.
<実施の形態1>
図1〜図6を用いて、本発明の実施の形態1の生化学自動分析装置100及び分光分析装置200について説明する。実施の形態1の生化学自動分析装置100及び分光分析装置200では、血液などの生体試料の吸光度を高い精度及び再現性で低コストに計測でき、更に装置の小型化に寄与できる吸光度計測光学系を実現する例を示す。
<
A biochemical automatic analyzer 100 and a
[生化学自動分析装置]
図1は、実施の形態1の生化学自動分析装置100の平面構成を示している。なお説明上、水平平面をX,Y方向とし、垂直方向をZ方向としている。生化学自動分析装置100は、大別して、制御装置、セルディスク101、試料分注機構、試薬分注機構、撹拌機構、洗浄機構、及び分光分析装置200を有する。分光分析装置200は、機能概要としては、光源から反応セルの試料を含む反応溶液に対して照明光を照射してその透過光を分光して波長ごとの強度を検出し、試料での吸光度を測定する。
[Biochemical automatic analyzer]
FIG. 1 shows a planar configuration of the biochemical automatic analyzer 100 according to the first embodiment. For the sake of explanation, the horizontal plane is the X and Y directions, and the vertical direction is the Z direction. The biochemical automatic analyzer 100 roughly includes a control device, a
図1で、生化学自動分析装置100の動作概要は以下である。血液を遠心分離することで血清が抽出された試料が、試料瓶112a〜112cに格納され、作業者によって試料ディスク111に搭載される。試料瓶112a〜112cには、試料を識別するためのバーコードが付けられており、試料ディスク111がθ2で示すように回転することで、図示しないバーコード読み取り位置に移動し、自動的にバーコードが読み取られる。
In FIG. 1, the outline of the operation of the biochemical automatic analyzer 100 is as follows. A sample from which serum is extracted by centrifuging blood is stored in the
(セルディスク) セルディスク101において、セルブロック10を備える。セルブロック10は、図2に示すように、複数の容器1である反応セルc1〜c7を備える。セルディスク101がθ1で示すように回転することで、セルブロック10及びその容器1の位置決めがされる。
(Cell Disc) The
図2は、セルブロック10の構造例を示す。図2(a)はセルブロック10の水平方向の面であるX−Y平面をZ方向上側から見た面を示す。図2(b)は図2(a)のA−A’断面であるX−Z平面を示す。セルブロック10は、例えば、光学的に透明なポリプロピレン等の樹脂を成型して成る容器である。セルブロック10のフランジ面には貫通穴8,9が形成されており、セルブロック10は貫通穴8,9を利用してセルディスク101にねじ止め固定されている。
FIG. 2 shows an example of the structure of the
セルブロック10は、試料ないし反応溶液を格納することができる個別の容器1である複数の反応セルc1〜c7を備える。セルブロック10は、複数の反応セルc1〜c7が円弧上に一体成型された構造体である。セルブロック10において、複数の同一の形状の反応セルc1〜c7が、所定の曲率を持つ軌道L上に円弧状に配列されている。1つの容器1は例えば図示のようにZ方向に長い直方体の形状であり、Z方向上側が矩形の開口面となっている。セルディスク101の外周の軌道Lの曲率半径は、円弧状に一定間隔で配列された複数の反応セルc1〜c7の曲率半径と一致している。
The
生化学自動分析装置100は、セルディスク101をθ1のように回転させることで、すべての反応セルc1〜c7を軌道L上で位置決めできる。A−A’線が後述の測光光軸J0であるとすると、セルディスク101の回転角度の制御に応じて、A−A’線の測光光軸J0上に所望の容器1を位置決めできる。セルディスク101のθ1の回転に伴って全ての反応セルc1〜c7が軌道L上を移動し、測光光軸J0を通過する。
The biochemical automatic analyzer 100 can position all the reaction cells c1 to c7 on the trajectory L by rotating the
(試料分注機構) 試料分注アーム113の先端には分注ノズルが取り付けられており、分注ノズルは試料瓶112aから試料を定量吸引し、セルブロック10の容器1の内部に吐出する。試料分注アーム113は上下回転機構114によって駆動され、分注動作が終了した分注ノズルの先端は洗浄ポート115で洗浄される。分注ノズルは、試料の吸引、吐出、洗浄を繰り返し、例えば試料瓶112b,112cの内部の試料をセルブロック10の反応セルc2,c3に順次分注する。
(Sample Dispensing Mechanism) A dispensing nozzle is attached to the tip of the
(試薬分注機構) 試料が分注された容器1である例えば反応セルc1〜c3には、続いて試薬が分注される。試薬ディスク121には、試薬瓶122a〜122cが搭載されており、試薬ディスク121のθ3で示す回転によって試薬、例えば試薬瓶122a内の試薬が選択され、試薬分注アーム123の直下に位置決めされる。試薬分注アーム123の先端には分注ノズルが取り付けられており、分注ノズルは、試薬瓶122aから試薬を定量吸引し、セルブロック10の容器1の内部に試薬を吐出する。試薬分注アーム123は上下回転機構124によって駆動され、分注動作が終了した分注ノズルの先端は洗浄ポート125で洗浄される。分注ノズルは、試薬の吸引、吐出、洗浄を繰り返し、選択した試薬を容器1である例えば反応セルc2,c3に順次分注する。
(Reagent dispensing mechanism) Reagents are subsequently dispensed into, for example, reaction cells c1 to c3, which are
(撹拌機構) 容器1である例えば反応セルc1〜c3の内部に分注された試料と試薬は、反応を促進する目的で撹拌される。撹拌アーム131の先端には撹拌子が取り付けられており、撹拌子を容器1の内部に挿入して適度に回転させる。撹拌アーム131は上下回転機構132によって駆動され、撹拌動作が終了した撹拌子は洗浄ポート133で洗浄される。複数の容器1である例えば反応セルc2,c3に対して同様に撹拌動作が繰り返される。
(Agitating mechanism) The sample and the reagent dispensed inside the reaction cells c1 to c3, which are
撹拌動作の終了後、セルブロック10は一定速度で分光分析装置200の透光部220上を通過する。そして分光分析装置200により、セルブロック10の複数の容器1である例えば反応セルc1〜c3の内部の対象の反応溶液の吸光度が計測される。吸光度計測の終了後、洗浄アーム141の先端に取り付けられた洗浄ノズルにより、容器1の内部から反応溶液が吸引され、容器1の内部が洗浄される。複数の容器1に対して同様に反応溶液の吸引と洗浄が繰り返される。洗浄ノズルは適宜洗浄ポート143で洗浄可能である。
After completion of the stirring operation, the
以上、生化学自動分析装置100における全ての装置動作は、図示しない制御装置により自動制御され、分析する試料の数や分析項目に応じて装置動作が最適化される。なお図1に示した生化学自動分析装置100では、セルディスク101にセルブロック10を1個のみ取り付けて用いた例を示したが、セルディスク101には同一形状のセルブロックを複数個取り付けることができる。また、セルディスク101の周囲には図示しない後述の環状の恒温水槽が設けられており、容器1の内部に格納された反応溶液の温度を一定に保持する。セルディスク101に取り付けられた複数のすべての容器1は、上記恒温水槽にその一部分が浸漬された状態で、図2の軌道L上を移動し、各容器1は順次にA−A’線の測光光軸を通過する。
As described above, all device operations in the biochemical automatic analyzer 100 are automatically controlled by a control device (not shown), and the device operations are optimized according to the number of samples to be analyzed and analysis items. In the biochemical automatic analyzer 100 shown in FIG. 1, an example in which only one
[分光分析装置]
図3は、実施の形態1の生化学自動分析装置100の一部である分光分析装置200の概略ブロック構成を示している。分光分析装置200は、吸光度計測光学系の構成要素として、照明部210、第1光ファイバ240、透光部220、第2光ファイバ250、測光部230を有し、照明部210と透光部220とが第1光ファイバ240で接続され、透光部220と測光部230とが第2光ファイバ250で接続されている。第1光ファイバ240は照明用光ファイバであり、第2光ファイバ250は測光用光ファイバ(検出用光ファイバともいう)である。
[Spectroscopic analyzer]
FIG. 3 shows a schematic block configuration of a
Aは、照明部210の出力端及び第1光ファイバ240の入力端の位置である。Bは、第1光ファイバ240の出力端及び透光部220の入力端の位置である。Cは、透光部220の出力端及び第2光ファイバ250の入力端の位置である。Dは、第2光ファイバ250の出力端及び測光部230の入力端の位置である。φA等は開口径及び寸法を示す。A〜Dを経由するJ0で示す一点鎖線は、吸光度計測における測光の光軸を示す。Pは透光部220における容器1である反応セルの中間位置である。照明部210は、光源として特にハロゲンランプを用いる。測光部230は、分光機能を含み、回折格子と光検出器とを含む。
A is the position of the output end of the
第1光ファイバ240及び第2光ファイバ250は、導光機能及び偏光解消機能を有する光導波路である。第1光ファイバ240及び第2光ファイバ250は、偏光解消機能を持つタイプの光ファイバを使用する。L1,L2は光ファイバ長を示す。特に第1光ファイバ240の偏光解消機能は、照明部210の光源であるハロゲンランプの部分偏光特性を解消して非偏光にする。
The first
[吸光度計測光学系]
以下、実施の形態1の分光分析装置200の吸光度計測光学系の構成要素として、図4は透光部220の構成、図5は照明部210の構成、図6は測光部230の構成を示す。
[Absorbance measurement optical system]
4 shows the configuration of the
実施の形態1の吸光度計測光学系の構成では、図4等のように、位置B−Cが共役の関係、位置B−Pが共役の関係、位置P−Cが共役の関係である。第1光ファイバ240のコア径、入射端Aの開口径φA及び出射端Bの開口径φBは、例えば0.5mmである。第1光ファイバ240の長さL1は50mm以上が望ましい。第2光ファイバ250のコア径、入射端Cの開口径φC及び出射端Dの開口径φDは、例えば1.0mmであり、第1光ファイバ240の2倍である。第2光ファイバ250の長さL2は50mm以上が望ましい。実施の形態1では、位置B,P,Cの間における距離a,b,c,dは、a<b,c>dを満たす。
In the configuration of the absorbance measurement optical system according to the first embodiment, as shown in FIG. 4 and the like, the position BC is a conjugate relationship, the position BP is a conjugate relationship, and the position PC is a conjugate relationship. The core diameter of the first
[透光部(1)]
図4は、実施の形態1の吸光度計測光学系における主に透光部220の構造をX−Z面で示している。図4では、セルブロック10の容器1の内部に試料と試薬とが混合された反応溶液11が格納され、透光部220の測光光軸J0上に容器1が位置し、反応溶液11の吸光度が計測される状態を示している。221は、環状の恒温水槽であり、セルブロック10の複数の容器1を浸す。恒温水槽221は、一点鎖線で示す測光光軸J0の途上に入射窓224及び出射窓225がいずれも石英材料で設けられている。
[Translucent part (1)]
FIG. 4 mainly shows the structure of the
図4で、透光部220は、第1光ファイバ240の位置Bの出射端面242から、第2光ファイバ250の位置Cの入射端面251までとし、恒温水槽221は含めない。透光部220は、照明用スリット222、照明用結像レンズ223、測光用結像レンズ226、及び測光用スリット227を有する。
In FIG. 4, the
[照明部]
図5は、主に照明部210の構造を示している。照明部210は、光源であるハロゲンランプ211、集光用の楕円ミラー212を有する。照明部210の光源であるハロゲンランプ211から出射した白色光は、楕円ミラー212で集光されて、照明用光ファイバ240の入射端面241に入射する。照明用光ファイバ240は、コア径が0.5mm、開口率が0.22である単線の石英ファイバを用いている。照明用光ファイバ240の入射端面241の開口寸法(φA)及び出射端面242の開口寸法(φB)は、コア径と同じくφ0.5mmである(φ:直径)。よって、ハロゲンランプ211から出射された光の一部のみが、照明用光ファイバ240を通じて、図4の透光部220へと導光され、出射端面242から出射する。
[Lighting part]
FIG. 5 mainly shows the structure of the
ここで、ハロゲンランプ211から放出される光は、前述のように部分偏光特性を有する。この光は、照明用光ファイバ240に入射し、当該光ファイバ内で全反射を繰り返すことで、部分偏光特性が解消され、出射端面242から、ほぼ完全な非偏光の光を得ることができる。この照明用光ファイバ240の偏光解消機能による偏光特性解消効果は、使用するハロゲンランプ211の型式に応じた偏光特性に依存することなく、常に同様の効果を得ることができる。しかしながら、照明用光ファイバ240の全長である入射端面241から出射端面242までの長さL1は、少なくとも50mm以上確保するのが望ましい。
Here, the light emitted from the
[透光部(2)]
図4に戻り、照明用光ファイバ240の出射端面242からの出射光は、測光光軸J0上、照明用スリット222、照明用結像レンズ223を通じて、恒温水槽221の入射窓224に入射し、容器1の反応溶液11の中間位置Pを通過する。そして当該光は、恒温水槽221の出射窓225から出射し、測光用結像レンズ226、測光用スリット227を通じて、測光用光ファイバ250の入射端面251に入射する。
[Translucent part (2)]
Returning to FIG. 4, the outgoing light from the
照明用結像レンズ223は、石英材料から成り、焦点距離は15mmである。照明用結像レンズ223により、照明用光ファイバ240の位置Bの出射端面242は、測光光軸J0上の容器1の中間位置Pと共役の関係となっている。スリット222は、φ5mmの照明側スリットであり、照明用結像レンズ223の開口を制限し、当該レンズの色収差の発生を抑制すると共に、測光時の迷光発生を防止している。
The
測光用光ファイバ250は、コア径が1mm、開口率が0.22である単線の石英ファイバを用いている。測光用光ファイバ250の入射端面251の開口寸法(φC)及び出射端面252の開口寸法(φD)は、コア径と同じくφ1mmである。測光用光ファイバ250の位置Cの入射端面251は、測光用結像レンズ226により、測光光軸J0上の容器1の中間位置Pと共役の関係となっている。
The photometric
測光用結像レンズ226は、石英材料から成り、焦点距離が15mmである。スリット227は、φ5mmの測光側スリットであり、測光用結像レンズ226の開口寸法を制限し、当該レンズの色収差の発生を抑制すると共に、測光用光ファイバ250への迷光入射を防止している。
The
X方向における恒温水槽221の測光光軸J0上の光路長を30mmとし、恒温水槽221の中の水の屈折率を1.33と仮定する。これに対応して、実施の形態1の吸光度計測光学系は、距離aを30mm、距離bを約34mmとし、距離dを30mm、距離cを約34mmとする。距離aは、照明用光ファイバ240の出射端面242から照明用結像レンズ223の主点までの距離である。距離bは、照明用結像レンズ223の主点から中間像位置(中間位置)Pまでの距離であり、照明用結像レンズ223の焦点距離に対応する。距離cは、測光用結像レンズ226の主点から中間像位置Pまでの距離であり、測光用結像レンズ226の焦点距離に対応する。距離dは、測光用光ファイバ250の入射端面251から測光用結像レンズ226の主点までの距離である。
It is assumed that the optical path length on the photometric optical axis J0 of the constant
上記設計により、中間像位置Pを介在して照明用光ファイバ240の位置Bの出射端面242と測光用光ファイバ250の位置Cの入射端面251とを共役の関係とすることができる。ただし、上記の距離b,cは、入射窓224、出射窓225、及び容器1のそれぞれの屈折率、及び光軸方向の厚さを無視して算出したので、詳細な値は適宜調整される。
With the above design, the
繰り返しとなるが、以上のような透光部220の構成により、照明用結像レンズ223によって照明用光ファイバ240の出射端面242の開口寸法(φB=φ0.5mm)が、その1倍であるφ0.5mmの中間像としてP点に結像する。同様に、測光用結像レンズ226によって測光用光ファイバ250の入射端面251の開口寸法(φC=φ1mm)が、その1倍であるφ1mmの中間像としてP点に結像する。即ち、P点に結像する検出側の中間像が、照明側の中間像よりも大きく、2倍になる。これにより、反応溶液11を透過した白色光は、効率よく測光用光ファイバ250の入射端面251に取り込まれるという効果がある。なお上記開口寸法の基本的な条件としては、上記2倍に限らず、φBに対しφCを同等以上とすればよい。
Again, due to the configuration of the
また上記のような透光部220の構成により、測光光軸J0における照明用光ファイバ240の位置Bの出射端面242から測光用光ファイバ250の位置Cの入射端面251までの長さを、従来の構成よりも大幅に短縮することができる。本実施の形態の吸光度計測光学系及びその測光光軸J0は、X方向の直線配置であり、位置Bから位置Cまでの距離は、a+b+c+dから、約128mmである。この光学系は、特許文献1等の従来の直線配置の光学系の1/2以下の大きさが実現できる。
Further, with the configuration of the
なお照明用結像レンズ223及び測光用結像レンズ226は、吸光度計測に用いる波長帯域である概ね340nm〜800nmにおいて色合わせが行われたアクロマートレンズやアポクロマートレンズなどの組み合わせレンズを使用することが望ましい。また組み合わせレンズではなく単レンズを使用して、吸光度計測に用いる波長帯域の中心波長である570nm前後で透光部220を設計してもよい。
The
また上記構成に限らず、測光光軸J0上の距離a,b,c,dを調整した構成により、照明用結像レンズ223及び測光用結像レンズ226による結像倍率を可変にしてもよい。照明側の結像に対して測光側の結像を同等以上とする構成としてもよい。例えば、距離aを40mm、距離bを28mmとすることで、照明用結像レンズ223によって照明用光ファイバ240の出射端面242の開口寸法(φB=φ0.5mm)に対応した像が、その0.7倍であるφ0.35mmの中間像としてP点に結像する。また、距離cを44mm、距離dを24mmとすることで、測光用結像レンズ226によって測光用光ファイバ250の入射端面251の開口寸法(φC=φ1mm)に対応した像を、その1.67倍であるφ1.67mmの中間像としてP点に結像させることができる。上記設計例では、P点の中間像が、入射ないし照明側の0.7倍に対して、出射ないし測光側の1.67倍となり、入射側に対して出射側が約2.4倍と大きくなる。これにより透過光を効率よく測光用光ファイバ250に取り込むことができる。
In addition, the imaging magnification by the
更に、上記の照明側と測光側との中間像は、必ずしも、図示するX方向の測光光軸J0上の容器1の反応溶液11の中央部の位置P、ないし恒温水槽221の光路長(30mm)の範囲の中心の位置P、に設ける必要は無い。即ち当該中間像の位置は、例えば容器1の位置Pよりも前または後ろにある透光面の表面の位置としてもよいし、恒温水槽221の中の、恒温水槽221の表面と容器1の透光面との間の位置としてもよい。
Further, the intermediate image between the illumination side and the photometry side is not necessarily the position P of the central portion of the
[測光部]
図6は、主に測光部230の構造を示している。測光部230は、凹面回折格子231、光検出器232を有する。凹面回折格子231は言い換えると分光器、光検出器232は言い換えると受光素子である。
[Metering unit]
FIG. 6 mainly shows the structure of the
前述の測光用光ファイバ250に取り込まれた白色光は、測光部230へと導光され、出射端面252から、凹面回折格子231に向けて照射される。測光用光ファイバ250の出射端面252における開口寸法(φD)は前述のようにφ1mmである。この測光用光ファイバ250の開口を分光器マスクとして用いる。これにより、1000本/mm程度の凹面回折格子231を使用すれば、概算で1nm程度の波長分解能を得ることができる。光検出器232では、凹面回折格子231で回折した光を空間的に分割して検出することにより、各波長の光強度、即ち吸光度を計測することができる。
The white light taken into the above-described photometric
なお図示しないが光検出器232から更にフォトダイオードアンプやアナログデジタル変換器といった公知の要素に接続されてもよいし、更にICや計算機に接続されて分光分析処理や画面表示処理などが行われてもよい。
Although not shown in the figure, the
上記第2光ファイバである測光用光ファイバ250は、第1光ファイバである照明用光ファイバ240と同様に、導光機能及び偏光解消機能を有する。凹面回折格子231は、入射光が部分偏光である場合、光検出器232での検出ないし吸光度計測にばらつき等の影響を与えてしてしまう。本実施の形態の光学系の構成では、第1光ファイバ240及び第2光ファイバ250を通じて部分偏光などが解消されているので、光検出器232での検出ないし吸光度計測の精度及び再現性が高い。
The photometric
[効果等]
上述の通り、実施の形態1の吸光度計測光学系では、照明部210のハロゲンランプ211から出射する光の部分偏光特性が照明用光ファイバ240で解消されるので、容器1の透光面の複屈折特性を含む光学的特性の影響を排除または低減でき、高い精度及び再現性の計測及び分析が実現できる。また従来の高価で位置合わせ要求精度が高いデポラライザ等の素子を必要とせず、安価な光ファイバを使用した特有の光学系の構成により、低コストで高精度な分光分析装置を提供できる。
[Effects]
As described above, in the absorbance measurement optical system according to the first embodiment, the partial polarization characteristic of the light emitted from the
また実施の形態1の吸光度計測光学系は、照明部210、透光部220、及び測光部230を含んで構成され、それらの各モジュール間を、曲げることが可能な光ファイバである第1光ファイバ240及び第2光ファイバ250で結合するように構成している。よって、前述の位置Bから位置Cまでの距離にあたる透光部220の測光光軸J0の長さを、100mm程度、例えば128mmまで、小さくすることができる。このように小型化された光学系を持つ分光分析装置200により、生化学自動分析装置100への実装が容易化される効果が得られる。
The absorbance measurement optical system according to the first embodiment includes the
また上記光学系は、第1光ファイバ240及び第2光ファイバ250を含む各部を直線配置として直線状の光軸ないし光路を構成してもよいし、各光ファイバを曲げる配置として非直線状の光軸ないし光路を構成してもよい。これにより光学系の長さの短縮と共に装置の小型化に寄与できる。
In addition, the optical system may form a linear optical axis or optical path by arranging each part including the first
図14は、実施の形態1の変形例として、非直線状の吸光度計測光学系及び光路を含む分光分析装置200の構成例を示し、第2光ファイバ250を円弧状に曲げた例を示す。
FIG. 14 shows a configuration example of a
なお実施の形態1の変形例として、測光部230側に第2光ファイバ250を設けずに従来方式の光学系や他の光学系を適用した構成とすることもできる。
As a modification of the first embodiment, a configuration in which a conventional optical system or another optical system is applied without providing the second
<実施の形態2>
次に図7を用いて、本発明の実施の形態2について説明する。実施の形態2は、実施の形態1の構成に対し、図7のように透光部220の光学系の構成が異なる。実施の形態2の構成では、図7のように、位置Bと位置Cが無限共役比の関係である。位置Bと位置Cとの間の距離e,f,g,hにおける距離f,gは、それらを足した長さ(f+g)が恒温水槽221の幅ないし光路長よりも大きい条件において任意である。
<Embodiment 2>
Next, Embodiment 2 of the present invention will be described with reference to FIG. The second embodiment differs from the first embodiment in the configuration of the optical system of the
図7は、実施の形態2の分光分析装置200の吸光度計測光学系の構成要素である透光部220の構造を前述の図4と同様に示している。照明用光ファイバ240及び測光用光ファイバ250は実施の形態1と同様のものを適用可能である。照明用光ファイバ240の位置Bの出射端面242における開口寸法(φB)は、実施の形態1と同じくφ0.5mmである。また測光用光ファイバ250の位置Cの入射端面251の開口寸法(φC)は、実施の形態1と同じくφ1mmである。
FIG. 7 shows the structure of the
透光部220は、実施の形態1とは異なるレンズである照明用結像レンズ601及び測光用結像レンズ602を有する。照明用結像レンズ601は、石英材料から成り、焦点距離は15mmである。この焦点距離は、位置Bの出射端面242と照明用結像レンズ601の主点との距離eに対応する。スリット222は、前述同様にφ5mmの照明側スリットであり、照明用結像レンズ601の開口を制限し、当該レンズの色収差の発生を抑制すると共に、測光時の迷光発生を防止している。
The
測光用結像レンズ602は、石英材料から成り、焦点距離は15mmである。この焦点距離は、位置Cの入射端面251と測光用結像レンズ602の主点との距離hに対応する。スリット227は、前述同様にφ5mmの検出側スリットであり、測光用結像レンズ602の開口寸法を制限し、当該レンズの色収差の発生を抑制すると共に、測光用光ファイバ250への迷光入射を防止している。
The
実施の形態2では、透光部220における測光光軸J0上の照明側の寸法である距離eを、照明用結像レンズ601の焦点距離である15mmと一致させ、かつ、検出側の寸法である距離hを、測光用結像レンズ602の焦点距離である15mmと一致させた構成である。そして、照明用光ファイバ240の位置Bの出射端面242と、測光用光ファイバ250の位置Cの出射端面251とを、無限共役比の関係で配置した構成である。従って、恒温水槽221及び容器1の反応溶液11の中間点Pには、照明側と検出側の中間像は存在しない。
In the second embodiment, the distance e which is the dimension on the illumination side on the photometric optical axis J0 in the
距離fは、照明用結像レンズ601の主点と容器1の中間位置Pとの距離である。距離gは、測光用結像レンズ602の主点と容器1の中間位置Pとの距離である。距離f,gは、可変であるが、図7の例では、恒温水槽221の光路長を30mm以下としたとき、f=g=15mm程度である。
The distance f is the distance between the principal point of the
上記のような透光部220の構成により、照明用光ファイバ240の位置Bの出射端面242の開口寸法(φB=φ0.5mm)が、その1倍であるφ0.5mmの中間像として測光用光ファイバ250の位置Cの入射端面251に結像する。位置Cの入射端面251の開口寸法(φC)が、φBに対して2倍のφ1mmである。よって実施の形態2は、前述の実施の形態1と同様に、反応溶液11を透過した白色光を、効率よく測光用光ファイバ250に取り込むことができる。
With the configuration of the
実施の形態2における透光部220及び吸光度計測光学系の構成によれば、測光光軸J0上の距離f及び距離gは、いかなる寸法となっても、照明用光ファイバ240の位置Bの出射端面242と測光用光ファイバ250の位置Cの入射端面251との間の共役関係が理論上維持される。よって、容器1の形状や寸法など、及び恒温水槽221の光路長などが変化したとしても、透光部220の光学系の構成を変更する必要が無い。即ち、容器1の種類や個体差や、光源の型式を含む装置の機種が異なったとしても、共通の図7の光学系を適用でき、装置間の機差を抑制できる効果がある。
According to the configuration of the
以上のように、実施の形態2では、実施の形態1の効果に加えて更に、装置の小型化に寄与できると共に、光学系の共通化により、メーカや機種などによって異なる光源や容器などの差異に適応しやすい。 As described above, in the second embodiment, in addition to the effects of the first embodiment, it is possible to further contribute to the miniaturization of the apparatus, and due to the common use of the optical system, the difference in light sources and containers that differ depending on the manufacturer, model, etc. Easy to adapt to.
<実施の形態3>
次に図8を用いて、本発明の実施の形態3について説明する。実施の形態3は、実施の形態1並びに実施の形態2に対して異なる構成として、照明用光ファイバ240を使用せず測光用光ファイバ250を使用する構成とした。即ち実施の形態3は、光源であるハロゲンランプ211を、透光部220の測光光軸J0上に配置した構成である。また実施の形態3は、前述の照明用光ファイバ240の出射端面242に相当する位置Bに、矩形開口スリット800を設けた。更に実施の形態3は、前述の測光用スリット227を取り外し、容器1を透過した照明光の全光束が測光用光ファイバ250に入射できる設計とした。
<
Next,
[透光部]
図8は、実施の形態3の分光分析装置200の吸光度計測光学系における主に透光部220の構成を示す。実施の形態3の構成では、前述の図5に示した照明部210に代えて、図8の照明部210として、ハロゲンランプ211と矩形開口スリット800とを有する。X方向の測光光軸J0において、ハロゲンランプ211の出射光は、矩形開口スリット800を介して出射され、透光部220の照明側スリット222に入射される。
[Translucent part]
FIG. 8 mainly shows the configuration of the
位置Bの矩形開口スリット800は、矩形の開口を持つ。矩形開口スリット800の開口寸法(開口B)は、Y方向×Z方向において1mm×1mmである。照明側スリット222の開口寸法はφ8mmである。照明用結像レンズ223の焦点距離は15mmである。測光用結像レンズ226の焦点距離は15mmである。
The rectangular opening slit 800 at the position B has a rectangular opening. The opening dimension (opening B) of the rectangular opening slit 800 is 1 mm × 1 mm in the Y direction × Z direction. The opening size of the illumination side slit 222 is φ8 mm. The focal length of the
位置Bと位置Cとの間の距離k,n,q,vにおいて、距離kは、位置Bの矩形開口スリット800と照明用結像レンズ223の主点との距離である。距離nは、照明用結像レンズ223の主点と容器1の中間位置Pとの距離である。距離qは、測光用結像レンズ226の主点と容器1の中間位置Pとの距離である。距離vは、位置Cの測光用光ファイバ250の入射端面251と測光用結像レンズ226の主点との距離である。
At the distances k, n, q, v between the position B and the position C, the distance k is the distance between the rectangular aperture slit 800 at the position B and the principal point of the
実施の形態3は、上記光学系の距離k,n,q,vの設計において、k=45mm、n=22.5mm、q=30mm、v=30mmとする。これにより、位置Bと位置Cが共役の関係となり、位置Bと位置Pが共役の関係となり、位置Pと位置Cが共役の関係となっている。 In the third embodiment, k = 45 mm, n = 22.5 mm, q = 30 mm, and v = 30 mm in the design of the optical system distances k, n, q, and v. Thereby, the position B and the position C have a conjugate relationship, the position B and the position P have a conjugate relationship, and the position P and the position C have a conjugate relationship.
照明用結像レンズ223による結像倍率γ1はn/kであり、n/k=22.5mm/45mm=1/2である。よって、矩形開口スリット800の開口寸法(開口B=1mm×1mm)に対応した像は0.5倍に縮小され、位置Pには0.5mm×0.5mmのスリット像が中間像として形成される。測光用結像レンズ226による結像倍率γ2はq/vであり、q/v=30mm/30mm=1である。よって、位置Pのスリット像は、その等倍で、測光用光ファイバ250の位置Cの入射端面251に結像する。ただし上記距離n,qは、入射窓224、出射窓225、恒温水槽221、容器1及び反応溶液11のそれぞれの屈折率及び光軸方向の厚さを無視して算出したので、詳細な値は適宜調整される。
The imaging magnification γ1 by the
ここで、照明用結像レンズ223の角倍率αから、容器1に入射する照明光の入射NA(NA:Numerical Aperture;開口数)を算出する。なお図8の照明用結像レンズ223に関し、u1は、照明側スリット222の開口寸法と距離kとから決まる入射側の角度であり、u2は、照明側スリット222の開口寸法と距離nとから決まる出射側の角度である。また測光用結像レンズ226に関し、u2は、照明用結像レンズ223側の出射側の角度u2と同じく、距離qから決まる入射側の角度であり、u3は、距離vから決まる出射側の角度である。
Here, the incident NA (NA: Numerical Aperture) of the illumination light incident on the
照明用結像レンズ223の角倍率αは、α=tan(u2)/tan(u1)である。また開口寸法がφ8mmの照明側スリット222が照明用結像レンズ223と近接している場合、照明用結像レンズ223の入射光及び出射光のY方向及びZ方向の直径を8mmとし、tan(u1)≒(8/2)/k=4/k=4/45、tan(u2)≒(8/2)/n=4/n=4/22.5である。従って、u1=arctan(4/k)=5.08deg(度)となる。また、u2=arctan(4/n)=10.08degとなる。一般に角倍率αは結像倍率の逆数となる。即ち、照明用結像レンズ223に関して、α=1/γ1=1/(1/2)=2である。tan(u2)=α×tan(u1)=2×tan(5.08deg)である。従って、u2=10.08degである。
The angular magnification α of the
容器1に入射する照明光の入射NAは、NA=sin(u2)で求めることができる。即ち、NA=sin(10.08deg)≒0.175となる。容器1を透過した照明光は、この入射NAである約0.175を維持して測光用結像レンズ226に入射する。測光用結像レンズ226の結像倍率は1倍であるため、測光用結像レンズ226に関して、u2=u3=10.08degとなる。結果的に、測光用光ファイバ250への入射光の入射NAは、NA=sin(u3)≒0.175となる。
The incident NA of the illumination light incident on the
前述の通り、位置Pには0.5mm×0.5mmの中間像が形成される。この中間像が測光用結像レンズ226によって測光用光ファイバ250の入射端面251に等倍で結像される。また容器1を透過した照明光が測光用光ファイバ250に入射する際の入射NAが上記の通り約0.175である。これに対して、測光用光ファイバ250のコア径はφ1mmであり、開口数であるNAは0.22である。入射NA(0.175)よりも入射端面251のNA(0.22)の方が大きい。
As described above, an intermediate image of 0.5 mm × 0.5 mm is formed at the position P. This intermediate image is formed on the
実施の形態3の吸光度計測光学系は、光学的条件として、位置Cの測光用光ファイバ250の入射端面251に形成される像の大きさが、測光用光ファイバ250のコア径よりも小さく、且つ、位置Cの入射端面251に入射する光束の入射NA(0.175)が測光用光ファイバ250の入射端面251のNA(0.22)よりも小さい。よって、当該吸光度計測光学系は、照明側スリット222を抜けて容器1を透過した照明光の全光束を、測光用光ファイバ250に入射させることができる。上記のような光学的条件を満たす光学系であれば、各距離や各角度が異なる光学系としても同様に、容器1からの透過光の全光束を測光用光ファイバ250に入射させることができる。
In the absorbance measurement optical system of the third embodiment, as an optical condition, the size of the image formed on the
測光用光ファイバ250に取り込まれた白色光は、前述の図6に示した測光部230へと導光され、測光部230で同様に分光の測定及び分析が行われる。測光部230への入射光の漏れが無いので、測定の精度が高い。
The white light taken into the photometric
実施の形態3において、照明部210のハロゲンランプ211から放出される光は部分偏光特性を有する。また、透光部220の透光面となる容器1の素材は、複屈折特性を有する。これに対し、図8の実施の形態3における測光用光ファイバ250を含む吸光度計測光学系は、下記のように、ハロゲンランプ211からの照明光が容器1を透過した後にその部分偏光特性などが解消される構成となっている。
In
固有の部分偏光特性ないし偏光強度分布を持つ照明光が容器1を透過すると、容器1の素材の複屈折特性に応じて、当該透過光の偏光強度分布が変化する。但し容器1の透光の部分となる透光面の肉厚が一定であれば、透過光量は変化しない。
When illumination light having an inherent partial polarization characteristic or polarization intensity distribution is transmitted through the
上記透過光は、測光用光ファイバ250に入射し、当該測光用光ファイバ250内で全反射を繰り返すことで、部分偏光特性が解消され、測光用光ファイバ250の出射端面252からは、ほぼ完全な非偏光の光を得ることができる。この測光用光ファイバ250の偏光解消機能による偏光特性解消効果は、光源として使用するハロゲンランプ211の型式に応じた偏光特性などに依存することなく、常に同様の効果を得ることができる。しかしながら、測光用光ファイバ250の全長である入射端面251から出射端面252までの長さL2は、少なくとも50mm以上確保するのが望ましい。
The transmitted light enters the photometric
測光部230の凹面回折格子231は、入射光が部分偏光である場合、光検出器232での検出及び吸光度計測にばらつき等の影響を与えてしまう。実施の形態3の光学系の構成では、測光用光ファイバ250を通じて部分偏光が解消されているので、光検出器232での検出及び吸光度計測の精度及び再現性が高い。
The
[容器の特性]
図9〜図11及び前述の図2を用いて、実施の形態3における容器1の光学的な特性の差異の影響について説明する。特に容器1の透光面の複屈折特性について説明する。図2、図9及び図10は、前述のセルディスク101のθ1で示す回転に伴って移動するセルブロック10及びそれに備える複数の容器1と、セルブロック10及び容器1の回転移動に伴って変化する測光光軸J0の様子などを示す。図9の第1の状態、図2の第2の状態、図10の第3の状態の順に遷移する例を示す。なおセルブロック10の反応セルc4を例に説明するが、他の反応セルc1〜c3,c5〜c7についても同様である。
[Characteristics of container]
The influence of the difference in the optical characteristics of the
まず前述の図2の測光光軸J0の状態は、基準となる第2の状態であり、X方向の直線の測光光軸J0に対して、軌道L上、θ1の方向に移動して通過する容器1、例えば反応セルc4の透光面が、垂直なY−Z面になる状態を示す。即ち、反応セルc4の透光面に対して測光光軸J0が直交した状態である。X方向の測光光軸J0上、照明部210からの光は、反応セルc4の前後の透光面及び試料を透過し、測光部230へ入射される。
First, the state of the photometric optical axis J0 in FIG. 2 described above is the second reference state, and moves in the direction of θ1 on the trajectory L with respect to the linear photometric optical axis J0 in the X direction. The state where the translucent surface of the
図2の通り、容器1である反応セルc4の透光面に対して測光光軸J0が直交する条件及び状態であれば、反応セルc4を透過した後の光軸及び光束の主光線は、通過する前の光軸と同一のまま変化しない。即ち、第2の状態では、測光光軸J0にはズレが無い。
As shown in FIG. 2, if the photometry optical axis J0 is orthogonal to the translucent surface of the reaction cell c4 that is the
図9は、第1の状態として、反応セルc4が図2の第2の状態に至る直前の状態であり、反応セルc4の測光を開始した直後の状態である。第1の状態からθ1の方向の回転が所定角度分進むことで第2の状態になる。この第1の状態では、X方向の測光光軸J0に対して、反応セルc4が通過し始める状態であり、反応セルc4の入射側及び出射側の透光面は垂直ではなく、図示するY方向右側に少し傾いた状態である。 FIG. 9 shows a state immediately before the reaction cell c4 reaches the second state in FIG. 2 as a first state, and a state immediately after the start of photometry of the reaction cell c4. When the rotation in the direction of θ1 proceeds from the first state by a predetermined angle, the second state is reached. In this first state, the reaction cell c4 starts to pass with respect to the photometric optical axis J0 in the X direction, and the light transmitting surfaces on the incident side and the emission side of the reaction cell c4 are not perpendicular, and Y shown in the figure. It is in a state tilted slightly to the right.
図10は、第3の状態として、反応セルc4が図2の第2の状態を超えた直後の状態であり、反応セルc4の測光を終了する直前の状態である。第2の状態からθ1の方向の回転が所定角度分進むことで第3の状態になる。この第3の状態では、X方向の測光光軸J0に対して、反応セルc4が通過し終える状態であり、反応セルc4の入射側及び出射側の透光面は垂直ではなく、図示するY方向左側に少し傾いた状態である。 FIG. 10 shows a state immediately after the reaction cell c4 exceeds the second state of FIG. 2 as a third state, and is a state immediately before the photometry of the reaction cell c4 is finished. From the second state, the rotation in the direction of θ1 advances by a predetermined angle, so that the third state is reached. In this third state, the reaction cell c4 has finished passing with respect to the photometric optical axis J0 in the X direction, and the light transmission surfaces on the incident side and the emission side of the reaction cell c4 are not perpendicular, It is in a state tilted slightly to the left of the direction.
図11は、図9の第1の状態の反応セルc4の付近の拡大を示す。図11で、容器1である反応セルc4は、水平方向の断面が長方形であり、垂直方向の四面の肉厚w1は一定であり例えば1mmとする。sf1及びsf2は、測光光軸J0に対して交わる透光面ないしその厚さの中心線を示す。透光面は平行平面形状となっている。入射側の透光面sf1と出射側の透光面sf2とは平行である。透光面sf1の単位での入射側の面と出射側の面とが平行であり、透光面sf2の単位での入射側の面と出射側の面とが平行である。
FIG. 11 shows an enlargement of the vicinity of the reaction cell c4 in the first state of FIG. In FIG. 11, the reaction cell c4 which is the
図9、図10、図11に示すように、反応セルc4の透光面と測光光軸J0とが直交しない状態においては、透光面での屈折を含む作用により、反応セルc4を透過した後の光軸は、通過前の光軸に対して、Y方向での平行移動、及び、反応セルc4の測光位置に応じた角度の変化による位置Cの測光用光ファイバ250の入射端面251での入射位置の変化、等の振舞いが生じる。
As shown in FIGS. 9, 10, and 11, when the light transmitting surface of the reaction cell c4 and the photometric optical axis J0 are not orthogonal to each other, the light transmitted through the reaction cell c4 due to the action including refraction at the light transmitting surface. The subsequent optical axis is the
上記測光光軸J0のY方向での平行移動の例は、図9及び図11の−Δy1や、図10の+Δy3で示す。図11では、反応セルc4の透光面sf1の入射前の光軸をJ0としたとき、反応セルc4内の透光面sf1の入射後かつ透光面sf2の入射前の光軸をJ1で示し、反応セルc4の透光面sf2の出射後の光軸をJ2で示す。J0とJ2との差がΔy1である。 Examples of parallel movement of the photometric optical axis J0 in the Y direction are indicated by -Δy1 in FIGS. 9 and 11 and + Δy3 in FIG. In FIG. 11, when the optical axis before incidence of the translucent surface sf1 of the reaction cell c4 is J0, the optical axis after incidence of the translucent surface sf1 in the reaction cell c4 and before incidence of the translucent surface sf2 is J1. The optical axis after emission of the translucent surface sf2 of the reaction cell c4 is denoted by J2. The difference between J0 and J2 is Δy1.
上記角度の変化による位置Cでの入射位置の変化の例は、図9及び図11の角度変化である−φ1、及び位置CでのY方向の変化量である−Δy2、並びに図10の角度変化である+φ3、及び位置CでのY方向の変化量である+Δy4で示す。ここでのφは光軸の角度の変化を示す。 Examples of the change in the incident position at the position C due to the change in the angle are −φ1 that is the angle change in FIGS. 9 and 11, −Δy2 that is the change amount in the Y direction at the position C, and the angle in FIG. 10. This is indicated by + φ3, which is a change, and + Δy4, which is an amount of change in the Y direction at position C. Here, φ indicates a change in the angle of the optical axis.
反応セルc4の透光面の肉厚は1mm程度と薄い。また透光面の付近の光軸上には反応溶液11や恒温水槽221の水が存在している。そのため、反応セルc4の透光面が完全な平行平面である場合、上記測光光軸J0の平行移動の量である−Δy1や+Δy3は、約1μm程度と小さい。
The thickness of the translucent surface of the reaction cell c4 is as thin as about 1 mm. Moreover, the water of the
しかしながら、容器1は、成型法などによって加工された場合、一般的にごく僅かではあるが寸法誤差が生じている。このため、上記光軸の平行移動の量(−Δy1,+Δy3)や、光軸の角度変化の量(−φ1,+φ3)は、容器1の透光面の形状に依存し、セルブロック10及び容器1の移動に伴って不規則に変化する。
However, when the
セルブロック10の複数の容器1におけるそれぞれの反応セルc1〜c7を透過した場合の光軸の変化ないし振舞いは、上記角度変化について、φ1,φ3共に、最大で1mrad程度となることが分かった。なお1mrad=(1/1000)rad=180deg/πである。
It has been found that the change or behavior of the optical axis when passing through the reaction cells c1 to c7 in the plurality of
実施の形態3におけるセルブロック10及び容器1の軌道Lの曲率半径は200mmである。容器1を透過した光軸の変化量は、軌道Lの曲率半径と反比例の関係となる。容器1の透過光の光軸の変化を抑制するには、軌道Lの曲率半径を大きくし、セルディスク101に対するセルブロック10の取り付け寸法精度を上げて、全反応セルc1〜c7がその軌道L上を誤差少なく移動するようにすればよい。
The curvature radius of the track L of the
上述のように、容器1の透光面の形状などの影響を受けることにより、その透過光の光軸が変化する。実施の形態3の吸光度計測光学系は、前述の光学的条件を満たす設計により、上記容器1の透過光の光軸の変化を吸収し、透過光の全光束を測光用光ファイバ250に入射させることができる。
As described above, the optical axis of the transmitted light changes due to the influence of the shape of the translucent surface of the
[測光用光ファイバ]
図12は、実施の形態3の測光用光ファイバ250の位置Cの入射端面251のY−Z平面を示す。測光用光ファイバ250は、単線の光ファイバを用いている。測光用光ファイバ250において、コア253、クラッド254、及び保護被膜255を有する。コア253の径はφ1mmである。測光用光ファイバ250の位置Cの入射端面251において、前述の矩形開口スリット800の1mm×1mmの開口寸法によるスリット像である像810aは、0.5mm×0.5mmの寸法の像810bに縮小されて結像し、φ1mmのコア253に入射する。
[Optical fiber for photometry]
FIG. 12 shows the YZ plane of the
前述の図8の光学系において、容器1を透過した側の距離q及び距離vは、共に30mmである。よって、容器1を透過した光の光軸が、例えばX−Y平面内で−1mradの角度で傾いた場合(1mrad≒0.06deg)、即ち図9でφ1=1mradである場合、位置Cでの入射位置の変化量であるΔy2は、0.06mmとなる。
In the optical system of FIG. 8 described above, the distance q and the distance v on the side transmitted through the
これにより、図12のように、測光用光ファイバ250の位置Cの入射端面251及び円形のコア253において、スリットに基づく0.5mm×0.5mmの寸法の像810bは、像811に示すように、−Δy2分移動する。
Thus, as shown in FIG. 12, an
実施の形態3の測光用光ファイバ250のコア253の直径は、上記光軸及び結像の変動を想定して、上記移動後の像810bよりも十分大きくなるように設計される。換言すると、上記移動後の像810bがコア253のY−Z面の円形領域に内包されるように設計される。この条件を満たすコア253の直径として1mmとしている。
The diameter of the
また前述の光学的条件のように、位置Cの入射端面251に入射する光束の入射NAである0.175が、測光用光ファイバ250の入射端面251の開口率である0.22よりも小さい。この測光用光ファイバ250の開口率であるNAについても、図9及び図10のような光軸の角度の傾き(φ1,φ3)の発生を想定し、入射NAに対して充分大きくなるように設計される。
Further, as in the optical conditions described above, the incident NA 0.175 of the light beam incident on the
実施の形態3では、上記角度の傾き(φ1,φ3)は共に1mradを想定している。この角度の傾きである1mradが、前述の測光用結像レンズ226側の角度u3=u2=10.08degに加算される。容器1を透過した照明光が測光用光ファイバ250に入射する際の入射NAは、NA≒0.175+0.001=0.176で、約0.176となる。この入射NAである約0.176は、測光用光ファイバ250の開口率であるNA=0.22よりも充分に小さい。よって、実施の形態3は、容器1を透過した照明光の光軸が変動したとしても、常に、その透過光の全光束を測光用光ファイバ250に入射させて取り込むことができる。
In
また測光部230の凹面回折格子231は、入射光軸が変動すると、光検出器232での検出及び吸光度計測にばらつき等の影響を与えてしまうが、実施の形態3の光学系の構成では、測光用光ファイバ250を通じて上記入射光軸の変動による光量の変動が解消される。従って、実施の形態3は、光検出器232での検出及び吸光度計測の精度が高い。
In addition, the
なお以上では、容器1を透過した照明光の光軸の変動については、X−Y平面内のみの現象について言及した。この透過光の光軸の変化は、X−Z平面内においても同様に起こり得るが、上述したX−Y平面内の現象と同様に考えることができる。
In the above description, the phenomenon only in the XY plane is mentioned with respect to the change of the optical axis of the illumination light transmitted through the
図13には、補足及び比較例として、一般的な、結束形ないしバンドルタイプと呼ばれる光ファイバ900の入射端面の構造を示した。この光ファイバ900は、例えば直径が0.05mm程度の複数の素線の光ファイバ901を結束し、接着剤で固定して大きな受光面を形成した構造である。そのため、この光ファイバ900の入射面の領域においては、各素線である光ファイバ901間に、接着剤の部分に対応した、光を透過しない部分が存在する。図12に示した像810bに対応する透過光が、仮に図13の光ファイバ900の入射面に入射した場合には、入射光束のすべてを光ファイバ900に入射させることはできず、上記の非透過部分による光量ロスが生じる。
FIG. 13 shows, as a supplement and a comparative example, the structure of a general incident end face of an
更には、前述の容器1の移動に伴って図12のように像810bの位置が変化した場合、光ファイバ900の出射端から出射する光量は変動してしまう。これは、像810bの空間光量分布が一様でない場合、特に顕著な光量変化につながる。これにより、光検出器232での検出及び吸光度計測の精度が低下してしまう。
Furthermore, when the position of the
従って、上記の考慮を含め、実施の形態3の測光用光ファイバ250は、結束形の光ファイバではなく、図12のようにコア253が単一である、単線の光ファイバを用いることが望ましい。
Therefore, including the above consideration, the photometric
以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることは言うまでもない。 As mentioned above, the invention made by the present inventor has been specifically described based on the embodiment. However, the present invention is not limited to the embodiment, and various modifications can be made without departing from the scope of the invention. Needless to say.
1…容器、c1〜c7…反応セル、10…セルブロック、11…反応溶液、100…生化学自動分析装置、101…セルディスク、200…分光分析装置、210…照明部、211…ハロゲンランプ、212…楕円ミラー、220…透光部、221…恒温水槽、222…照明用スリット、227…測光用スリット、223…照明用結像レンズ、224…入射窓、225…出射窓、226…測光用結像レンズ、230…測光部、231…凹面回折格子、232…光検出器、240…第1光ファイバ(照明用光ファイバ)、241…入射端面、242…出射端面、250…第2光ファイバ(測光用光ファイバ)、251…入射端面、252…出射端面、800…矩形開口スリット、810a,810b…像。
DESCRIPTION OF
Claims (18)
前記試料の吸光度を計測するための光学系は、
前記試料を格納する容器が配置される透光部と、
前記透光部の容器の試料に対して照明光を照射するための光源を含む照明部と、
前記透光部の容器の試料からの透過光を分光して波長ごとの強度を検出することで前記試料の吸光度を計測する測光部と、を有し、
前記照明部と前記透光部との間を接続し前記照明光を導光する第1の光ファイバを有し、
前記光源からの照明光の部分偏光特性を前記第1の光ファイバによって解消して非偏光として前記試料に照射する、分光分析装置。 A spectroscopic analyzer having a function of measuring the absorbance of a target sample,
The optical system for measuring the absorbance of the sample is:
A translucent part in which a container for storing the sample is disposed;
An illumination unit including a light source for irradiating illumination light to the sample of the container of the translucent unit;
A photometric unit that measures the absorbance of the sample by spectroscopically analyzing the transmitted light from the sample of the container of the translucent unit and detecting the intensity for each wavelength;
A first optical fiber that guides the illumination light by connecting between the illumination unit and the translucent unit,
A spectroscopic analyzer that irradiates the sample as non-polarized light by eliminating partial polarization characteristics of illumination light from the light source by the first optical fiber.
前記試料の吸光度を計測するための光学系は、
前記透光部と前記測光部との間を接続し前記透過光を導光する第2の光ファイバを有する、分光分析装置。 The spectroscopic analyzer according to claim 1.
The optical system for measuring the absorbance of the sample is:
A spectroscopic analyzer having a second optical fiber that connects between the light transmitting part and the photometric part and guides the transmitted light.
前記光学系は、前記透光部において、前記第1の光ファイバの出射端と、前記第2の光ファイバの入射端とが、共役関係で配置されている、分光分析装置。 The spectroscopic analyzer according to claim 2,
The optical system is a spectroscopic analyzer in which the emission end of the first optical fiber and the incidence end of the second optical fiber are arranged in a conjugate relationship in the light transmitting section.
前記光学系は、前記透光部において、前記第1の光ファイバの出射端の中間像位置と、前記第2の光ファイバの入射端の中間像位置とが一致し、前記第1の光ファイバの出射端と前記中間像位置とが共役関係で配置され、前記第2の光ファイバの入射端と前記中間像位置とが共役関係で配置されている、分光分析装置。 The spectroscopic analyzer according to claim 3.
In the optical transmission unit, the intermediate image position of the output end of the first optical fiber coincides with the intermediate image position of the incident end of the second optical fiber in the light transmitting portion, and the first optical fiber And the intermediate image position are arranged in a conjugate relationship, and the incident end of the second optical fiber and the intermediate image position are arranged in a conjugate relationship.
前記光学系は、前記透光部において、前記第1の光ファイバの出射端の開口寸法に対し、前記第2の光ファイバの入射端の開口寸法が、同等以上である、分光分析装置。 The spectroscopic analyzer according to claim 3.
The optical analysis device according to claim 1, wherein the light transmitting section has an opening size of an incident end of the second optical fiber equal to or greater than an opening size of an output end of the first optical fiber.
前記光学系は、前記透光部において、前記第1の光ファイバの出射端の中間像の大きさに対し、前記第2の光ファイバの入射端の中間像の大きさが、同等以上である、分光分析装置。 The spectroscopic analyzer according to claim 4,
In the optical system, the size of the intermediate image at the incident end of the second optical fiber is equal to or greater than the size of the intermediate image at the output end of the first optical fiber in the light transmitting portion. , Spectroscopic analyzer.
前記光学系は、前記透光部において、前記第1の光ファイバの出射端と、前記第2の光ファイバの入射端とが、無限共役比の関係で配置されている、分光分析装置。 The spectroscopic analyzer according to claim 2,
The optical system is a spectroscopic analyzer in which, in the light transmitting part, an emission end of the first optical fiber and an incident end of the second optical fiber are arranged in a relationship of infinite conjugate ratio.
前記光学系は、前記透光部において、前記第1の光ファイバの出射端の開口寸法に対し、前記第2の光ファイバの入射端の開口寸法が、同等以上である、分光分析装置。 The spectroscopic analyzer according to claim 7,
The optical analysis device according to claim 1, wherein the light transmitting section has an opening size of an incident end of the second optical fiber equal to or greater than an opening size of an output end of the first optical fiber.
前記光学系は、前記照明部、第1の光ファイバ、透光部、第2の光ファイバ、及び測光部が、前記第1の光ファイバまたは第2の光ファイバの直線状の配置により、直線状の光路を形成している、分光分析装置。 The spectroscopic analyzer according to claim 2,
In the optical system, the illumination unit, the first optical fiber, the translucent unit, the second optical fiber, and the photometry unit are linearly arranged by linear arrangement of the first optical fiber or the second optical fiber. Spectroscopic analyzer that forms an optical path.
前記光学系は、前記照明部、第1の光ファイバ、透光部、第2の光ファイバ、及び測光部が、前記第1または第2の光ファイバの少なくとも一方の非直線状の配置により、非直線状の光路を形成する、分光分析装置。 The spectroscopic analyzer according to claim 2,
In the optical system, the illumination unit, the first optical fiber, the translucent unit, the second optical fiber, and the photometric unit are arranged in a non-linear arrangement of at least one of the first or second optical fiber, A spectroscopic analyzer that forms a non-linear optical path.
前記照明部の前記光源はハロゲンランプである、分光分析装置。 The spectroscopic analyzer according to claim 1.
The spectroscopic analyzer, wherein the light source of the illumination unit is a halogen lamp.
前記容器として複数の反応セルを保持しその位置決めを行うセルディスクと、前記容器を格納する恒温槽と、を有し、
前記透光部は、前記第1の光ファイバからの出射光を通過させて前記容器へ入射させるための第1のスリット及び第1のレンズと、前記容器からの出射光を通過させて前記第2の光ファイバへ入射させるための第2のレンズ及び第2のスリットと、を有し、
前記測光部は、前記第2の光ファイバからの出射光を分光する回折格子と、前記回折格子からの分光を検出する光検出器と、を有する、分光分析装置。 The spectroscopic analyzer according to claim 2,
A cell disk for holding and positioning a plurality of reaction cells as the container, and a thermostatic chamber for storing the container,
The translucent portion transmits a first slit and a first lens for allowing light emitted from the first optical fiber to enter the container, and allows the light emitted from the container to pass through the first optical fiber. A second lens and a second slit for entering the two optical fibers,
The photometric unit includes a diffraction grating that splits light emitted from the second optical fiber, and a photodetector that detects the spectrum from the diffraction grating.
前記試料の吸光度を計測するための光学系は、
前記試料を格納する容器が配置される透光部と、
前記透光部の容器の試料に対して照明光を照射するための光源を含む照明部と、
前記透光部の容器の試料からの透過光を分光して波長ごとの強度を検出することで前記試料の吸光度を計測する測光部と、を有し、
前記透光部と前記測光部との間を接続し前記透過光を導光する光ファイバを有し、
前記容器を透過した前記光源からの照明光の部分偏光特性を前記光ファイバによって解消して非偏光として前記測光部に導光する、分光分析装置。 A spectroscopic analyzer having a function of measuring the absorbance of a target sample,
The optical system for measuring the absorbance of the sample is:
A translucent part in which a container for storing the sample is disposed;
An illumination unit including a light source for irradiating illumination light to the sample of the container of the translucent unit;
A photometric unit that measures the absorbance of the sample by spectroscopically analyzing the transmitted light from the sample of the container of the translucent unit and detecting the intensity for each wavelength;
An optical fiber that guides the transmitted light by connecting between the light transmitting unit and the photometric unit,
A spectroscopic analysis device that eliminates partial polarization characteristics of illumination light from the light source that has passed through the container by the optical fiber and guides it to the photometry unit as non-polarized light.
前記照明部の前記光源はハロゲンランプである、分光分析装置。 The spectroscopic analyzer according to claim 13,
The spectroscopic analyzer, wherein the light source of the illumination unit is a halogen lamp.
前記光ファイバは、単線の光ファイバである、分光分析装置。 The spectroscopic analyzer according to claim 13,
The optical fiber is a single-line optical fiber.
前記光学系は、前記光源から放出される光の一部を通過させるためのスリットを有し、
前記スリットと前記光ファイバの入射端とが共役関係である、分光分析装置。 The spectroscopic analyzer according to claim 13,
The optical system has a slit for passing a part of the light emitted from the light source,
A spectroscopic analyzer in which the slit and the incident end of the optical fiber are in a conjugate relationship.
前記光学系は、前記透光部において、前記スリットの出射端と、前記スリットの出射端の中間像位置とが共役関係で配置され、前記スリットの出射端の中間像位置と前記光ファイバの入射端とが共役関係で配置されている、分光分析装置。 The spectroscopic analyzer according to claim 16,
The optical system is configured such that, in the light transmitting portion, the exit end of the slit and the intermediate image position of the exit end of the slit are arranged in a conjugate relationship, and the intermediate image position of the exit end of the slit and the incidence of the optical fiber A spectroscopic analyzer in which the ends are arranged in a conjugate relationship.
前記光学系は、前記光ファイバの入射端に形成される前記スリットの像の大きさが、前記光ファイバの入射端のコア径よりも小さいことにより、前記スリットを通過し且つ前記容器を透過した光の全光束が前記光ファイバに入射する、分光分析装置。 The spectroscopic analyzer according to claim 16,
The optical system has passed through the slit and the container because the size of the image of the slit formed at the incident end of the optical fiber is smaller than the core diameter of the incident end of the optical fiber. A spectroscopic analyzer in which a total luminous flux of light is incident on the optical fiber.
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