CN102590106A - 分析装置 - Google Patents

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Abstract

本发明的实施方式涉及分析装置。提供一种在使用了透镜的光学系统中使比浊测量的测量性能提高的分析装置。实施方式中记载的分析装置具有对反应管内的混合液照射来自光源的光的照射光学部。此外，检测光学部对透射了混合液后的光进行检测。此外，照射光学部在前侧焦点位置上配置光源，具有会聚来自光源的光的第一光学元件。此外，第二光学元件将通过了第一光学元件后的光引导到反应管。此外，在第一光学元件的后侧设置入射数值孔径调整部件，对使来自光源的光入射到反应管时的数值孔径进行调整。

Description

分析装置
本申请基于日本申请2011-003622(申请日：2011年1月12日)并要求该申请的优先权。本申请通过参考该申请而包括其全部内容。
技术领域
本发明的实施方式涉及分析装置。
背景技术
作为分析被检试样的分析装置，有各种各样的装置。
例如，自动分析装置是一种在反应管内分注人的血液或尿等被检试样和试剂，搅拌混和后，在一定温度下使其反应，通过测量该反应产生的变化，来测量被检试样中的被测量物质或者酶的浓度/活性的装置。
作为这种自动分析装置中应用的测量方法，有比色测量和比浊测量。
比色测量是通过将来自光源的光(从近紫外波段到近红外波段为止的波长的光)向反应管内的混合液(混合有被检试样和试剂的反应液)照射，对经由混合液所得到的光分光后，用光检测器进行检测，来检测被反应液吸收的特定波长成分的变化(吸光度)的方法。
此外，比浊测量一般是向含有胶乳粒子的试剂与被检试样搅拌混和后的混合液照射来自光源的光，然后，通过对经由该混合液所得到的光分光后，用光检测器进行检测，来检测伴随着胶乳粒子凝集作用的混合液浊度(透射度)的方法。
发明内容
在此，在比浊测量的情况下，混合液内存在散射体。从而，在利用使用了透镜的光学系统进行比浊测量的情况下，会产生由散射体导致的多次散射的问题。即，由于在检测光中混入了多次散射所产生的光，因此对检测的精度、准确度带来坏影响。
此外，象透镜这样的光学元件，根据光的波长而折射率不同。从而，在利用使用了透镜的光学系统进行比色测量或比浊测量的情况下，会产生因为色差而在期望的成像位置上按照每个波长而像不同等问题。
在这样地利用使用了透镜的光学系统进行比色测量或比浊测量的情况下，存在妨碍测量的主要因素。
因而，在实施方式中，为了解决上述问题，对在使用了透镜的光学系统中使比浊测量的测量性能提高的结构进行说明。
实施方式中记载的分析装置具有对反应管内的混合液照射来自光源的光的照射光学部。此外，检测光学部对透射了混合液后的光进行检测。此外，照射光学部在前侧焦点位置上配置光源，具有会聚来自光源的光的第一光学元件。此外，第二光学元件将通过了第一光学元件后的光引导到反应管。此外，在第一光学元件的后侧设置入射数值孔径调整部件，对使来自光源的光入射到反应管时的数值孔径进行调整。
根据实施方式记载的分析装置，通过调整入射数值孔径，能够抑制比浊测量中的散射光的影响。从而能够使比浊测量的测量性能提高。
附图说明
图1是第一实施方式和第二实施方式涉及的自动分析装置的外观图。
图2是示出第一实施方式和第二实施方式涉及的自动分析装置的测光单元的结构的框图。
图3是示出第一实施方式涉及的照射光学部的结构的框图。
图4是示出第一实施方式涉及的检测光学部的结构的框图。
图5是示出第一实施方式涉及的测光单元的光学系统的图。
图6是示出第一实施方式涉及的效果的图。
图7是示出第一实施方式涉及的效果的图。
图8是示出第一实施方式的变形例涉及的效果的图。
图9是示出第二实施方式涉及的照射光学部的结构的框图。
图10是示出第二实施方式涉及的测光单元的光学系统的图。
具体实施方式
(装置结构)
首先，使用图1，关于第一和第二实施方式中通用的自动分析装置进行说明。再有，实施方式是关于自动分析装置的结构，但是不限于此。也可以将本实施方式的结构适用于各种分光分析装置。
自动分析装置具有试剂瓶1、试剂架2a·2b、试剂库3a·3b、反应管4、反应盘5、被检试样容器6、盘采样器7、分注臂8a·8b、采样臂9、搅拌单元10、测光单元11和清洗单元12。
试剂瓶1是装有与被检试样的各种成分进行反应的试剂的容器。将试剂架2a以收纳了多个试剂瓶1的状态设置在试剂库3a中。同样，将试剂架2b以收纳了多个试剂瓶1的状态设置在试剂库3b中。
反应管4是在使被检试样与试剂反应时所使用的容器。在反应盘5的圆周上配置多个反应管4。
被检试样容器6是装有被检试样的容器。在盘采样器7上配置多个被检试样容器6。
利用分注臂8a或分注臂8b，将试剂瓶1内的试剂分注到反应管4内。此外，还利用采样臂9，将被检试样容器6内的被检试样分注到反应管4内。
分注有被检试样和试剂的反应管4，通过反应盘5的转动而被移动到搅拌单元10的位置。搅拌单元10是对已装入了被检试样和试剂的状态下的反应管4进行搅拌，以使被检试样和试剂相混合的单元。
将搅拌后的反应管4移动到测光单元11的位置。测光单元11是对反应管4照射光，并通过测量被检试样和试剂的混合液的吸光度变化等来进行被检试样的成分分析的单元。
清洗单元12是在将已完成成分分析的反应管4内的混合液废弃之后，对反应管4内进行清洗的单元。
(测光单元11的结构)
下面，使用图2，关于第一和第二实施方式中通用的测光单元11的结构进行说明。
测光单元11具有光源20、照射光学部21、检测光学部22、分光部23和检测部24。再有，在实施方式中，相对于照射光学部21(或者检测光学部22)的光程上所配置的光学元件等(后述)，有时将光源20侧称为“前侧”，将检测部24侧称为“后侧”。
光源20具有产生经由照射光学部21照射向反应管4的光的功能。在本实施方式中，光源20是白色光源，在测量中使用从近紫外区域(340nm)至近红外区域(850nm)之间的光。
照射光学部21是用于将光源20中产生的光引导到反应管4的光学系统。此外，检测光学部22是用于将透射反应管4后的光引导到分光部23的光学系统。关于照射光学部21和检测光学部22以后详细叙述。
分光部23具有将检测光学部22所引导的光按每个波长进行分光的功能。分光部23包含例如衍射光栅这样的分光光学元件。
检测部24具有对分光部23分光后的光的强度进行检测的功能。检测部24包含例如PDA(Photodiode Array：光电二极管阵列)这样的光检测器。
(第一实施方式)
使用图3至图7，关于第一实施方式涉及的自动分析装置进行详细叙述。
如图3所示，第一实施方式中的测光单元11的照射光学部21具有透镜211(第一光学元件)、狭缝212(第一狭缝)、滤光器213、平面镜214、狭缝215(第二狭缝)和凹面镜216(第二光学元件)。
透镜211配置在光源20的后侧，是用于会聚来自光源20的光的光学元件。透镜211包括凸透镜等光学透镜。
狭缝212配置在透镜211的后侧，是用于限制来自透镜211的光的光通量(光量调整)的光阑。狭缝212可以是透射型，也可以是反射型。此外，也可以取代狭缝212而配置凹面镜或平面镜，用它的反射有效直径调整光通量。在本实施方式中，有时包括凹面镜或平面镜在内称为“第一狭缝”。
在此，在本实施方式中，在透镜211的前侧焦点位置配置光源20，在透镜211的后侧焦点位置配置狭缝212。从而，来自光源20的光利用透镜211变成与光源20的光轴O1(参照图5)平行的光，仅该光的一部分会通过狭缝212。即，通过限制来自光源20的光中的一部分光，来对入射到反应管4中的光束点(后述)的大小或光量进行调整。
滤光器213配置在狭缝212的后侧，是吸收通过了狭缝212后的光的热成分的红外线截止滤光器。再有，滤光器213的配置不限于狭缝212的后侧。例如也可以设置在光源20和透镜211之间。
平面镜214配置在滤光器213的后侧，是使通过了狭缝212后的光反射的反射镜。在本实施方式中，假设在平面镜214上反射后的光的光轴为光轴O2(参照图5)。通过使用平面镜214来使光进行反射(返回)，与呈直线性地配置照射光学部21内的照射光学系统(透镜211、狭缝212、滤光器213、平面镜214、狭缝215和凹面镜216)的情况相比，能够实现节省空间化。
狭缝215配置在平面镜214的后侧，是用于通过限制平面镜214反射后的光的光通量来调整使来自光源20的光入射到反应管4时的数值孔径(以下有时称为“入射数值孔径”)的光阑。即，在本实施方式中，狭缝215发挥“入射数值孔径调整部件”的功能。
狭缝215可以是透射型，也可以是反射型。此外，也可以取代狭缝215而配置凹面镜或平面镜，用它的反射有效直径调整光通量。在本实施方式中，有时包括凹面镜或平面镜在内称为“第二狭缝”。
再有，狭缝215也可以配置在凹面镜216的后侧。或者，也可以将狭缝215和凹面镜216形成为一个整体，用1个光学元件起到狭缝215和凹面镜216的作用。
凹面镜216配置在狭缝215的后侧，是用于对通过了狭缝215后的光的色差进行修正，并将该修正后的光引导到反应管4中的光学元件。在本实施方式中使用凹面镜的理由以后叙述。
此外，如图4所示，第一实施方式中的测光单元11的检测光学部22由具有透镜221(第三光学元件)、狭缝222(第三狭缝)、透镜223(第四光学元件)和狭缝224(第四狭缝)的检测光学系统构成。
透镜221配置在反应管4的后侧，是用于校准透射反应管4后的光的光学元件。透镜221例如包括准直透镜。利用透镜221，将透射反应管4后的光调整成与光轴O3(参照图5)平行的状态。
狭缝222配置在透镜221的后侧，是用于通过使透镜221校准后的光的一部分通过，来调整对透射反应管4后的光进行检测时的数值孔径(以下有时称为“检测数值孔径”)的光阑。
透镜223配置在狭缝222的后侧，是使通过了狭缝222后的光会聚并引导到狭缝224的光学元件。透镜223包括凸透镜等光学透镜。
狭缝224配置在透镜223的后侧，是用于使透镜223会聚后的光的一部分通过的光阑。通过狭缝224后的光被分光部23分光，并由检测部24按每个波长成分进行检测。
下面，使用图5，关于本实施方式中的光的前进情况进行说明。
假设光源20是点光源，从配置在透镜211的前侧焦点位置上的光源20产生的光L0，被透镜211变成与光源20的光轴O1平行的光L1。光L1通过狭缝212而变成L1的光通量被部分限制后的光L2。光L2透射过滤光器213后，在平面镜214上反射。在平面镜214上反射后的光L2，到达狭缝215。到达狭缝215的光L2，通过该狭缝215而变成光通量被部分限制的光L3。然后光L3抵达凹面镜216。
在此，优选通过了狭缝215后的光L3入射到凹面镜216上的角度，相对于凹面镜216的反射光轴O3在10度以下。通过改变通过了狭缝215后的光L3入射到凹面镜216上的角度，在凹面镜216上反射的光L4进行成像时的状态(成像状态)就发生变化。
图6是示出入射到反应管4中的光L4在直径(光束点)上的强度分布的曲线图。纵轴表示强度，横轴表示光束点在截面上的位置。从图6的曲线图可知，通过了狭缝215后的光L3入射到凹面镜216的角度(入射角)，相对于凹面镜216的反射光轴O3在10度以下时，光L4具有均匀的强度分布。从而，因为能够向反应管4内的混合液照射均匀强度的光，所以可以实现良好的成像状态。
将在凹面镜216上反射后的光L4引导到反应管4内，在反应管4内进行成像。
在此，一般在使用透镜来进行成像时，其成像状态根据光的波长而产生偏差，存在所谓的色差的问题。但是，在本实施方式中，通过使用凹面镜216作为第二光学元件来消除色差问题。
图7是示出对反应管4内的成像位置上的色差程度进行仿真的结果的曲线图。纵轴表示强度，横轴表示光束点上的位置。
从该曲线图可知，在使用凹面镜216作为第二光学元件的情况下，从近紫外区域(340nm)到近红外区域(850nm)为止具有大致一定的强度。从而，因为不会产生波长差异所造成的色差问题，所以能够得到均匀的成像状态。此外，通过在测量中使用这样的光，可以抑制空间上的模糊或强度不均。
再有，第二光学元件只要是能够修正色差即可。从而，也可以取代凹面镜216而使用例如消色差透镜。
透射反应管4后的光L5，被透镜221校准，并经由狭缝222、透镜223和狭缝224引导到分光部23。
到达分光部23后的光L5，在分光部23中按每个波长进行分光，然后利用检测部24按每个波长进行检测。通过基于检测出的光强度求吸光度或透射度，来进行被检试样的分析。
再有，在分光部23中分光后的光在入射到检测部24中时产生反射光。为了使该反射光不返回到分光部23，将检测部24的光入射面配置成相对于分光部23的反射面的光轴O4倾斜。
(第一实施方式的作用效果)
在本实施方式中，第二狭缝具有使通过了第一狭缝后的光的一部分通过的功能。即，可以利用第二狭缝进行入射数值孔径的调整。
此外，在本实施方式中，第三狭缝具有使透射了反应管4后的光的一部分通过的功能。即，可以利用第三狭缝进行检测数值孔径的调整。
此外，在本实施方式中，在将第二狭缝与第二光学元件形成一个整体的情况下，仅配置一个光学元件，就可以进行入射数值孔径的调整。
根据本实施方式，通过这样地调整入射数值孔径或检测数值孔径，能够抑制比浊测量中的散射光的影响。从而能够提高比浊测量的测量性能。
此外，在本实施方式中，通过使用凹面镜216作为第二光学元件，能够消除色差。从而可以提高比色测量和比浊测量的测量性能。
(第一实施方式的变形例1)
在本变形例中，在狭缝215上设置有为了调整入射数值孔径而使该狭缝的宽度可以变化的可变机构(未图示)。通过设置可变机构，可以按每个测量项目来调整入射数值孔径。
此外，与狭缝215同样，也可以在狭缝222上设置可变机构，可以按每个测量项目来调整检测数值孔径。
图8是示出基于入射数值孔径(检测数值孔径)的比浊测光性能的比较结果的实验结果曲线图。图8的横轴示出被检物质浓度，纵轴示出由检测部24检测到的吸光度差。此外，图8的A示出数值孔径是0.05的情况。图8的B示出数值孔径是0.10的情况。图8的C示出数值孔径是0.25的情况。再有，在图8中假设入射数值孔径与检测数值孔径相等。
在此，在根据吸光度差求被检查物质的浓度的情况下，优选吸光度差相对于被检查物质的浓度保持比例关系。
例如，在图8中考虑吸光度差α的情况。在C(数值孔径0.25)的情况下，由于被检查物质浓度的值可以从β到γ取值，因此不能够求出准确的被检查物质浓度。另一方面，在数值孔径是A(0.05)的情况下，被检物质浓度为Δ。即，可以唯一地求出被检物质浓度。
此外，数值孔径是A(0.05)时比数值孔径是B(0.10)时的曲线的倾斜大。即，数值孔径小的可以进行精度高的分析。
(第一实施方式的变形例2)
通过调整凹面镜216的成像位置，能得到各种各样的效果。例如，通过将凹面镜216与反应管4的位置关系调整成反应管4的中心位于凹面镜216的成像位置上，可以减少反应管4内的混合液的量。或者，通过将凹面镜216与反应管4的位置关系调整成凹面镜216的成像位置位于比反应管4的中心靠后侧，可以抑制被反应管4内的混合液中包含的散射体散射后的光的检测。
(第二实施方式)
下面，使用图9和图10进行对第二实施方式的说明。
如图9所示，第二实施方式中的测光单元11的照射光学部21具有透镜211(第一光学元件)、狭缝212(第一狭缝)、滤光器213和凸透镜217(第二光学元件)。
透镜211配置在光源20的后侧，是用于会聚来自光源20的光的光学元件。透镜211包括凸透镜等光学透镜。
狭缝212配置在透镜211的后侧，是用于限制来自透镜211的光的光通量(入射数值孔径调整)的光阑。即，在本实施方式中，狭缝212发挥“入射数值孔径调整部件”的功能。
狭缝212可以是透射型，也可以是反射型。此外，也可以取代狭缝212而配置凹面镜或平面镜，用它的反射有效直径调整光通量。在本实施方式中，有时包括凹面镜或平面镜在内称为“第一狭缝”。
在此，在本实施方式中，在透镜211的前侧焦点位置配置光源20，在透镜211的后侧焦点位置配置狭缝212。从而，来自光源20的光被透镜211变成与光源20的光轴O5(参照图10)平行的光，仅该光的一部分会通过狭缝212。即，通过限制来自光源20的光中的一部分光，来进行入射数值孔径的调整。
滤光器213配置在狭缝212的后侧，是吸收通过了狭缝212后的光的热成分的红外线截止滤光器。再有，滤光器213的配置不限于狭缝212的后侧。例如也可以设置在光源20和透镜211之间。
凸透镜217配置在狭缝212的后侧，是用于将通过了狭缝212后的光引导到反应管4的光学元件。在本实施方式中，凸透镜217起到第二光学元件的作用。
此外，在本实施方式中，还在凸透镜217的前侧焦点位置(距凸透镜217相隔其焦点距离的位置)上配置有狭缝212。
检测光学部22与第一实施方式同样，由具有透镜221(第三光学元件)、狭缝222(第三狭缝)、透镜223(第四光学元件)和狭缝224(第四狭缝)的检测光学系统构成(参照图4)。
透镜221配置在反应管4的后侧，是用于校准透射反应管4后的光的光学元件。透镜221例如包括准直透镜。利用透镜221，将透射反应管4后的光调整成与光轴O5平行的状态。
狭缝222配置在透镜221的后侧，是用于使透镜221校准后的光的一部分通过的光阑(用于进行检测数值孔径调整的光阑)。
透镜223配置在狭缝222的后侧，是使通过了狭缝222后的光会聚并引导到狭缝224的光学元件。透镜223包括凸透镜等光学透镜。
狭缝224配置在透镜223的后侧，是用于使透镜223会聚后的光的一部分通过的光阑。通过狭缝224后的光被分光部23分光，并由检测部24按每个波长成分进行检测。
下面，使用图10，关于本实施方式中的光的前进情况进行说明。
从配置在透镜211前侧的光源20产生的光L6，利用透镜211变成与光源20的光轴O5平行的光L7。光L7通过狭缝212而变成L7的光通量被部分限制后(入射数值孔径被调整后)的光L8。光L8透射过滤光器213后，抵达凸透镜217。
透射过凸透镜217的光L9，入射到反应管4内。
透射反应管4后的光L10，被透镜221校准，并经由狭缝222、透镜223和狭缝224引导到分光部23。再有，通过将入射数值孔径和检测数值孔径设定为期望的值，由反应管4内的散射物质多次散射后的光就几乎不会到达透镜221。
到达分光部23后的光L10，在分光部23中按每个波长进行分光，利用检测部24按每个波长进行检测。通过基于检测出的光强度求吸光度或透射度，来进行被检试样的分析。
再有，在分光部23中分光后的光在入射到检测部24中时产生反射光。为了使该反射光不返回到分光部23，将检测部24的光入射面配置成相对于分光部23的反射面的光轴O6倾斜。
(第二实施方式的作用效果)
以上，在本实施方式中，利用狭缝212调整了入射数值孔径，利用狭缝222调整了检测数值孔径。通过将这些入射数值孔径和检测数值孔径设定为期望的值，能够抑制由反应管4内的散射物质多次散射后的光的检测，因此，可以性能良好地进行比浊测量。
(第一实施方式和第二实施方式中通用的事项)
作为分析装置的测光方法，有仅使用特定波长波段的光的单波长测光和使用2个不同波长波段的光测量它们的相对变化的二波长测光。根据第一实施方式和第二实施方式的结构，即使在任意测光方法的情况下，都能够性能良好地进行比色测量和比浊测量。
在上述实施方式中，也可以在配置光源20的位置上配置光纤的出射端。该情况下，与测光单元11另行设置光源。通过将来自该光源的光经由光纤引导到照射光学部21内，就可以进行与上述实施方式同样的测光。
已经说明了本发明的几个实施方式，但是这些实施方式只是作为例子而提示出，并不是想限定发明范围。这些新的实施方式可以以其他各种各样的方式进行实施，可以在不脱离发明主旨的范围内进行各种各样的省略、置换、变更。这些实施方式或其变形包含在发明范围或主旨内，并且也包含在权利要求书中记载的发明及其均等的范围内。

Claims (13)

1.一种分析装置，其特征在于，具有：
照射光学部，对反应管内的混合液照射来自光源的光；和
检测光学部，对透射了所述混合液后的光进行检测，
所述照射光学部具有：
第一光学元件，在前侧焦点位置上配置有所述光源，会聚来自所述光源的光；
第二光学元件，将通过了所述第一光学元件后的光引导到所述反应管；和
入射数值孔径调整部件，设置在所述第一光学元件的后侧，对使来自所述光源的光入射到所述反应管时的数值孔径进行调整。
2.根据权利要求1所述的分析装置，其特征在于，
还具有第一狭缝，所述第一狭缝配置在所述第一光学元件的后侧焦点位置上，使透射了所述第一光学元件后的光的一部分通过，
所述入射数值孔径调整部件是使通过了所述第一狭缝后的光的一部分通过的第二狭缝。
3.根据权利要求2所述的分析装置，其特征在于，
所述第二狭缝配置在所述第二光学元件的前侧焦点位置上。
4.根据权利要求2所述的分析装置，其特征在于，
所述第二狭缝配置在所述第二光学元件与所述反应管之间。
5.根据权利要求2所述的分析装置，其特征在于，
所述第二狭缝与所述第二光学元件形成为一个整体。
6.根据权利要求1所述的分析装置，其特征在于，
所述入射数值孔径调整部件是第一狭缝，所述第一狭缝配置在所述第一光学元件的后侧焦点位置上，使透射了所述第一光学元件后的光的一部分通过。
7.根据权利要求1所述的分析装置，其特征在于，
所述检测光学部具有配置在所述反应管的后侧且调整对通过了所述反应管后的光进行检测时的数值孔径的部件。
8.根据权利要求1所述的分析装置，其特征在于，
所述检测光学部具有：
第三光学元件，对透射了所述反应管后的光进行校准；
第三狭缝，使透射了所述第三光学元件后的光的一部分通过；
第四光学元件，会聚通过了所述第三狭缝后的光；和
第四狭缝，使由所述第四光学元件会聚后的光的一部分通过，
所述分析装置具有：
分光部，对通过了所述第四狭缝后的光进行分光；和
检测部，对在所述分光部中分光后的光进行检测。
9.根据权利要求7或8所述的分析装置，其特征在于，
使来自所述光源的光入射到所述反应管时的数值孔径，与在所述检测部中对透射了所述反应管后的光进行检测时的数值孔径相等。
10.根据权利要求7或8所述的分析装置，其特征在于，
使来自所述光源的光入射到所述反应管时的数值孔径和在所述检测部中对透射了所述反应管后的光进行检测时的数值孔径，分别是0.1以下。
11.根据权利要求10所述的分析装置，其特征在于，
使来自所述光源的光经由所述第二光学元件入射到所述反应管时的数值孔径和在所述检测部中对透射了所述反应管后的光进行检测时的数值孔径，分别是0.05以下。
12.根据权利要求1所述的分析装置，其特征在于，
所述第二光学元件是凹面镜。
13.根据权利要求12所述的分析装置，其特征在于，
对所述凹面镜入射的光的入射角是10度以下。
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