JP2000304686A

JP2000304686A - 光学測定装置

Info

Publication number: JP2000304686A
Application number: JP11115093A
Authority: JP
Inventors: Hideo Enoki; 英雄榎; Akira Miyake; 亮三宅; Sadao Mori; 貞雄森; Tamio Ishihara; 民雄石原
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1999-04-22
Filing date: 1999-04-22
Publication date: 2000-11-02

Abstract

(57)【要約】【課題】測定精度を向上した光学測定装置を提供す
る。【解決手段】直線状の測定流路１と、この測定流路１
の一方の端部に連結され、この測定流路１に被測定液を
導く導入流路３と、測定流路１の他方の端部に連結さ
れ、この測定流路１から被測定液を排出する排出流路５
とを同一平面上に備え、測定流路１の一方の端部に外部
から入射した光をこの測定流路１に沿う方向に反射する
反射面１７と、この測定流路１の他方の端部にこの測定
流路に沿って進んだ光を外部へ向けて反射する反射面２
１とが形成されてなる光学測定装置において、測定流路
１と導入流路３及び排出流路５との各々の連結部２３、
２９の被測定液の流れの外側に位置するコーナー部２
５、３１の内壁が少なくとも２つの鈍角で、または曲面
で曲げて形成されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光学測定装置に係
り、特に、液体または液体中の物質の分析を行なう分析
装置に好適な光学測定装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】本発明者らは、被測定液に光を照射して
光学密度や光吸収などの吸光度を測定して被測定液や被
測定液中の物質の分析を行なうための分析装置の測定部
として用いる小型の光学測定装置を特開平９−２４３６
４２号公報などに提案している。特開平９−２４３６４
２号公報に記載の光学測定装置では、シリコンなどの基
板に溝を形成し、この基板に光透過性の板状部材を密着
させて接合することにより、導入流路、測定流路、そし
て排出流路からなる被測定液の流路を形成している。測
定流路の一方の端部には、外部から入射した光を測定流
路に沿う方向に反射する反射面が、測定流路の他方の端
部には、測定流路に沿って進んだ光を外部へ向けて反射
する反射面が形成されている。測定流路の両端部に形成
されたこれらの反射面間に光路を設定することで、小型
の光学測定装置であっても被測定液中での十分な光路長
が得られるようになっている。このように測定流路を直
線状に形成し、この測定流路の両端部に反射面を設けて
いるため、被測定液を測定流路に導く導入流路は、測定
流路の一方の反射面側方に連結され、また、測定流路か
ら被測定液を排出するための排出流路も、測定流路の他
方の反射面側方に連結されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】このような光学測定装
置では、被測定液が、測定流路と導入流路との連結部
と、測定流路と排出流路との連結部とで曲がっているた
め、各々の連結部で曲がる被測定液の流れの外側に位置
するコーナー部、すなわち測定流路の両端部にあるコー
ナー部に、被測定液の流れから外れた淀みが生じ易い。
このため、被測定液となる試薬や試料液などと共に吸引
した気泡や、圧力や温度の変動などにより被測定液中に
発生した気泡などが測定流路のコーナー部に滞留し、滞
留した気泡が複数の気泡からなる気泡塊や、複数の気泡
が１つになってできた大きな気泡などになり、反射面の
近くに滞留するため、光を乱反射や屈折させてしまう場
合がある。さらに、淀みが生じると、前回の被測定液な
どが残留して異なる被測定液が混ざり合い、誤った測定
結果をもたらす場合がある。このように、測定流路のコ
ーナー部に淀みが生じることにより、光学測定装置の測
定精度が低下する。

【０００４】このような問題を解決する手段として、光
の照射範囲を絞り、光がコーナー部の気泡または気泡塊
を通らないようにすることも考えられる。しかし、気泡
のでき方や大きさには多様性があり、光の照射範囲をど
の程度絞ればよいかが推定できない。さらに、前回測定
した被測定液の残留などによるコンタミネーションが起
きた場合は、光の照射範囲を絞ることでは対処できな
い。したがって、光の照射範囲を絞ることでは測定精度
を向上することは難しい。

【０００５】本発明の課題は、測定精度を向上した光学
測定装置を提供することである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明の光学測定装置
は、以下の手段により上記課題を解決する。直線状の測
定流路と、この測定流路の一方の端部に連結され、この
測定流路に被測定液を導く導入流路と、測定流路の他方
の端部に連結され、この測定流路から被測定液を排出す
る排出流路とを同一平面上に備え、測定流路の一方の端
部に外部から入射した光をこの測定流路に沿う方向に反
射する反射面と、測定流路の他方の端部にこの測定流路
に沿って進んだ光を外部へ向けて反射する反射面とが形
成されてなる光学測定装置において、測定流路と導入流
路及び排出流路との各々の連結部の被測定液の流れの外
側に位置するコーナー部の内壁が、少なくとも２つの鈍
角で、または曲面で曲げて形成されている。

【０００７】このように、少なくとも２つの鈍角で、ま
たは曲面で曲げて形成されていれば、コーナー部の内壁
が、従来の光学測定装置のように１つの角のみで形成さ
れている場合よりも滑らかに曲がっているため、被測定
液がコーナー部の内壁に沿って流れ、流れから外れた淀
みが生じ難くなる。したがって、コーナー部での被測定
液中の気泡などの滞留や、前回の被測定液などの残留が
低減されるため、より正確な測定が行なえる。すなわ
ち、光学測定装置の測定精度を向上することができる。

【０００８】測定流路と導入流路と排出流路とからなる
流路から分流される少なくとも一つの副流路を備え、測
定流路と導入流路及び排出流路との各々の連結部の被測
定液の流れの外側に位置する一方のコーナー部に被測定
液が副流路に流入する開口と、他方のコーナー部に、副
流路からこの他方のコーナー部に被測定液が流出する開
口とが形成されている。このようにすれば、コーナー部
の開口から副流路にる有入する流れ、また、副流路を通
流する被測定液がコーナー部の開口からコーナー部に流
出する流れによって、コーナー部に淀みが生じ難くな
り、コーナー部での被測定液中の気泡などの滞留や、前
回の被測定液などの残留が低減されるため、光学測定装
置の測定精度を向上することができる。

【０００９】ところで、分析装置の小型化を図る上で
は、分析装置を構成する各装置類が小型化されることが
必要である。このため、分析装置の測定部として用いら
れる光学測定装置においてもさらに小型化できることが
望ましい。このような、光学測定装置をさらに小型化す
るという課題を解決する手段として、前記測定流路と前
記導入流路及び前記排出流路とが異なる層に形成され、
導入流路と測定流路とが測定流路の一方の端部で少なく
とも１つの孔からなる貫通部で連通され、排出流路と測
定流路とが測定流路の他方の端部で少なくとも１つの孔
からなる貫通部で連通されているように光学測定装置を
構成する。このようにすれば、測定流路と導入流路及び
排出流路とを互いに重なり合った状態で形成できるため
るため、光学測定装置を測定流路のみを形成するのに必
要な平面的な面積の中で形成できるようになり、光学測
定装置を小型化することができる。

【００１０】さらに、貫通部は、中央部で面積が狭く、
両側部に向かって面積が漸次広く形成されていれば、貫
通部の両側部での被測定液の測定流路への流入量と、被
測定液の測定流路からの流出量が多くなるため、速度が
遅く淀み易い測定流路の両側壁側の被測定液の流速が上
がり、測定流路の両側側部での淀みが生じ難くなるので
好ましい。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、本発明を適用してなる光学
測定装置の一実施形態を、図を参照して説明する。な
お、本発明を適用してなる光学測定装置は、被測定液ま
たは被測定液中の物質の吸光度分析、色素や酵素などの
発色を利用した被測定液中の物質の比色分析など、光学
密度または光吸収などの吸光度に基づいて分析を行なう
様々な分析装置、例えば、環境分野で上水、下水、湖
沼、河川などの水質管理などに用いる分析装置、医療分
野で臨床検査、薬物動体検査などに用いる分析装置、食
品分野で品質管理などに用いる分析装置、化学工業分野
で生産物などの組成管理や品質検査などに用いる分析装
置などの測定部として用いることができる。

【００１２】（第１の実施形態）第１の実施形態を図１
乃至図３を参照して説明する。図１（ａ）は、本発明を
適用してなる光学測定装置の流路形状を示す概略平面
図、（ｂ）は、その変形例である。図２は、光学測定装
置の斜視図である。図３は、従来の光学測定装置の流路
形状を示す概略平面図である。

【００１３】本実施形態の光学測定装置は、図１（ａ）
に示すように、被測定液に光を照射するための測定流路
１、測定流路１に被測定液を導く導入流路３、測定流路
１から被測定液を排出する排出流路５などからなる被測
定液などが通流する一連の流路７を有している。測定流
路１、導入流路３、そして排出流路５は、図２に示すよ
うに、シリコン基板９に、底部に向かって漸次幅が狭く
なる台形状の断面を有する溝を異方性エッチングによっ
て形成し、このシリコン基板９に透明な光透過性のガラ
ス基板１１をかぶせて陽極接合することにより形成され
ている。直線状の測定流路１の両側端部には、各々導入
流路３と排出流路５が、測定流路１に対して同一方向か
ら直角に連結されている。すなわち、光学測定装置の流
路７は、測定流路１と導入流路３とが連結される部分、
測定流路１と排出流路５とが連結される部分との２箇所
で直角に曲がっており、被測定液は、導入流路３から測
定流路１へ、測定流路１から排出流路５へ進行方向１２
の方向に２箇所で曲がりながら流れる。

【００１４】ここで、流路７となる溝は、例えば幅約１
ｍｍから１.５ｍｍで深さが約０.１５ｍｍから０.２ｍ
ｍといった微細なものである。このように流路７の幅方
向や深さ方向に光１５の光路を設定した場合、被測定液
中での十分な光路長が得られないため、測定精度が悪
い。したがって、被測定液中での十分な光路長が得られ
るように直線状の測定流路１を形成しており、この測定
流路１の両端部の長さ、すなわち光路長は、例えば約２
０ｍｍに設定されている。

【００１５】測定流路１の両端部の壁面は、光源部１３
から照射され、ガラス基板１１を横切って入射した光１
５を測定流路１に沿う方向に反射するための傾斜した反
射面１７と、測定流路１を進んできた光を反射し、ガラ
ス基板１１を横切って受光部１９へ入射させるための反
射面２１とになっている。本実施形態では、シリコン基
板９に異方性エッチングすることにより形成された台形
状の断面を有する溝の壁の傾斜を反射面１７、２１とし
て利用している。このため、反射面１７、２１の傾斜角
度は、シリコンの結晶面角度に応じて水平面に対して５
４.７度になっている。

【００１６】測定流路１と導入流路３との連結部２３の
被測定液の流れの外側に位置するコーナー部２５は、図
１（ａ）に示すように、測定流路１の端部の壁である反
射面１７と反射面１７に連なる測定流路１の側壁２７と
の間に、反射面１７と側壁２７とに対して鈍角をなして
形成された平面状の壁面を有している。すなわち、コー
ナー部２５の壁面は、２つの鈍角で曲がり、反射面１７
と側壁２７とを連結している。同様に、測定流路１と排
出流路５との連結部２９の被測定液の流れの外側に位置
するコーナー部３１は、測定流路１の端部の壁である反
射面２１と反射面２１に連なる測定流路１の側壁２７と
の間に、反射面１７と側壁２７とに対して鈍角をなして
形成された平面状の壁面を有している。すなわち、コー
ナー部３１は、２つの鈍角で曲がり、側壁２７と反射面
２１とを連結している。流路７内側で鈍角である２つの
角を有している。なお、本実施形態では、コーナー部２
５、３１の形状は、シリコン基板９を異方性エッチング
することにより形成されたものであるため、コーナー部
２５、３１の有する２つの鈍角の角度は、全てシリコン
の結晶面角度に応じて流路７内側で１３５度、すなわち
流路７の外側で４５度になっている。

【００１７】ところで、被測定液の流路７は、測定流路
１と導入流路３との連結部２３と、測定流路１と排出流
路５との連結部２９との２箇所で曲がっているため、図
３に示す従来の光学測定装置のように、測定流路１の両
側端部の被測定液の流れの外側に位置するコーナー部３
７、３９の壁が直角に曲がっている場合、コーナー部３
７、３９に、各々、被測定液の連結部２３の屈曲する流
れ３３と連結部２９の屈曲する流れ３５から外れて被測
定液の流れが淀む淀み領域４１、４３が生じる。このた
め、被測定液や気泡などがこの淀み領域４１、４３に滞
留し、複数の気泡が集まった気泡塊や、複数の気泡が一
つになった大きな気泡になり、光源部１３からの光１５
を乱反射や屈折させてしまう場合がある。さらに、前回
の被測定液などが淀み領域４１、４３に残留するため、
前回の被測定液などを光１５が通過し前回の被測定液な
どの吸光度を測定したり、異なる被測定液が混ざり合っ
てしまう場合がある。このように淀み領域４１、４３が
生じることにより、正確な測定結果が得られなくなり、
測定精度が低下する。

【００１８】しかし、本実施形態の光学測定装置では、
図１（ａ）に示すように、コーナー部２５、３１の壁
は、２つの鈍角で曲がっており、流れ３３は、反射面１
７からコーナー部２５の壁面、そして側壁２７に沿って
流れ、同様に、流れ３５は、側壁２７からコーナー部３
１、そして反射面２１に沿って流れるため、従来の分析
装置の光学測定装置のような淀み領域４１、４３が生じ
難い。したがって、反射面１７、２１付近での気泡など
の滞留が低減され、また、測定流路１内などでの前回の
被測定液などの残留が低減されるため、より正確な測定
が行なえるようになる。すなわち、測定精度を向上する
ことができる。

【００１９】また、本実施形態では、シリコン基板９を
用いて流路７を形成したが、シリコン基板９に代えて、
ガラス製、樹脂製、金属製などの基板にエッチングや切
削加工により溝を形成することで流路を形成してもよ
く、光硬化性の樹脂に紫外線のスポット光をスキャンし
て作成する光造形技術を利用して流路を形成してもよ
い。

【００２０】また、本実施形態では、コーナー部２５、
３１の壁は、２つの鈍角で曲げて形成されているが、コ
ーナー部２５、３１の壁をさらに多くの鈍角で曲げて形
成してもよく、また、コーナー部２５、３１の壁を曲面
に形成してもよい。さらに、コーナー部２５、３１の形
状は、実際の測定時の流量や温度などとほぼ同条件下に
おいて、流路７に色素液などを流すことで実際の流れを
可視化して解析した結果、または流体解析により流れを
計算により解析した結果に基づいて被測定液などの流れ
に淀みが生じなくなるような形状に形成するようにして
もよい。

【００２１】また、本実施形態では、光源部１３からの
光１５がコーナー部２５、３１に当たると、側方反射さ
れ迷光になる恐れがあるので、光源部１３からの光１５
がスポット光ではない場合には、光ガラス基板１１のコ
ーナー部２５、３１の位置に相当する部分に金属膜や塗
料膜などの光１５を遮断する手段を設けることで光１５
が反射面１７、２１内にのみ当たるようにしてもよい。

【００２２】また、本実施形態では、導入流路３と排出
流路５が測定流路１に対して同一方向から連通するよう
に形成したが、図１（ｂ）に示すように、導入流路３と
排出流路５が測定流路１に対して反対方向から連通する
ように形成してもよい。この場合、測定流路１の側壁２
７に相対する側壁４５と反射面２１とのコーナー部３１
に流路７内側で鈍角である２つの角を形成する。但し、
同一方向から連通するように形成した方が、反対方向か
ら連通するように形成したときよりも反射面１７、２１
を広くできるため、測定精度を高くできる。

【００２３】（第２の実施形態）第２の実施形態を、図
４を参照して説明する。図４（ａ）は、本発明を適用し
てなる光学測定装置の流路形状を示す概略平面図、
（ｂ）は、その変形例である。なお、本実施形態では、
第１の実施形態と同一のものには同じ符号を付して説明
を省略し、第１の実施形態と相違する構成及び特徴部な
どについて説明する。

【００２４】本実施形態と第１の実施形態の違いは、図
４（ａ）に示すように、測定流路１の連結部２３のコー
ナー部２５と連結部２９のコーナー部３１との間に測定
流路１と平行な副流路４７を形成した点にある。副流路
４７は、測定流路１に沿って延材する仕切り壁４９を挟
んで測定流路１と平行に形成されておりコーナー部２５
に設けられた開口５１とコーナー部３１に設けられた開
口５３とで測定流路１に連通している。このため、連結
部２３の屈曲する流れ３３から外れた被測定液や被測定
液中の気泡などは、副流路４７に流入する流れ５５によ
り、コーナー部２５の開口５１から副流路４７に流れ込
む。また、連結部２９に至り、流れ３５から外れた被測
定液や被測定液中の気泡などは、開口５３から測定流路
１へ流出する流れ５７により、コーナー部３１から排出
流路５へ流される。

【００２５】このように、本実施形態では、連結部２３
のコーナー部２５に設けられた開口５１と、連結部２９
のコーナー部３１に設けられた開口５３とを有する副流
路４７を形成することにより、コーナー部２５から副流
路４７に流入する流れ５５と、副流路４７からコーナー
部３１に流出する流れ５７とが生じ、これらの流れ５
５、５７により、コーナー部２５、３１での被測定液中
の気泡などの滞留や、前回の被測定液などの残留が低減
されるため、より正確な測定が行なえるようになる。す
なわち、測定精度を向上することができる。

【００２６】また、本実施形態では、副流路４７は、測
定流路１と平行に形成しているが、副流路４７は、上流
側コーナー部２５と下流側コーナー部３１とに連通して
いれば、測定流路１と平行に形成されていなくてもよ
い。

【００２７】さらに、副流路４７にポンプなどの昇圧手
段を設け、副流路４７の流速と測定流路１の流速との差
が大きくならないように副流路４７の流速を調整するよ
うにしてもよい。

【００２８】また、本実施形態では、導入流路３と排出
流路５が測定流路１に対して同一方向から連通するよう
に形成したが、図４（ｂ）に示すように、導入流路３と
排出流路５が測定流路１に対して反対方向から連通する
ように形成してもよい。この場合、コーナー部２５に設
けられた開口５１と排出流路５に連通する開口５９との
間に、測定流路１と仕切り壁６１を挟んで平行に形成さ
れた副流路６３を、導入流路３に連通する開口６５とコ
ーナー部３１に設けられた開口５３との間に、測定流路
１と仕切り壁６７を挟んで平行に形成された副流路６９
を形成し、コーナー部２５の開口５１から副流路６３に
流入する流れ５５と、副流路６９からコーナー部３１に
流出する流れ５７とにより、コーナー部２５、３１での
被測定液や気泡などの滞留をなくすようにすればよい。

【００２９】（第３の実施形態）第３の実施形態を、図
５を参照して説明する。図５（ａ）は、本発明を適用し
てなる光学測定装置の流路形状を示す概略平面図、
（ｂ）は、そのＡ−Ａでの断面図、（ｃ）は、変形例で
ある。なお、本実施形態では、前述の他の実施形態と同
一のものには同じ符号を付して説明を省略し、前述の他
の実施形態と相違する構成及び特徴部などについて説明
する。

【００３０】本実施形態も、第２の実施形態と同様に、
連結部２３のコーナー部２５と連結部２９のコーナー部
３１との間に測定流路１と平行な副流路が形成されてい
るが、図５（ａ）、（ｂ）に示すように、シリコン基板
９を、第１シリコン層６９と第２シリコン層７１とから
なる２層構造とし、第１シリコン層６９に測定流路１や
導入流路３、排出流路５などを形成し、第２シリコン層
７１に副流路７３を形成した点が第２の実施形態と異な
っている。

【００３１】副流路７３は、連結部２３のコーナー部２
５に設けられた開口７５と、連結部２９のコーナー部３
１に設けられた開口７７とで測定流路１に連通してお
り、測定流路１の側壁２７に沿って、測定流路１と平行
に重なるような形で第２シリコン層７１に形成されてい
る。なお、第１シリコン層６９と第２シリコン層７１
は、金などのインサート材を介して接合している。

【００３２】連結部２３の屈曲する流れ３３から外れた
被測定液や被測定液中の気泡などは、コーナー部２５の
開口７５から副流路７３に流入する流れ７９に乗って、
副流路７３に流れ込む。また、測定流路１を通って連結
部２９のコーナー部３１に至り、屈曲する流れ３５から
外れた被測定液や被測定液中の気泡などは、開口７７か
らコーナー部３１へ流出する流れ８１により、コーナー
部３１から排出流路５へ向けて流される。

【００３３】このように、本実施形態では、連結部２３
のコーナー部２５に設けられた開口７５と、連結部２９
のコーナー部３１に設けられた開口７７との間に副流路
７３を形成することにより、コーナー部２５から開口７
５に流入する流れ７９と、開口７７からコーナー部３１
に流出する流れ８１とが生じ、これらの流れ７９、８１
により、コーナー部２５、２９での被測定液中の気泡な
どの滞留や、前回の被測定液などの残留などが低減する
ため、より正確な測定が行なえるようになる。すなわ
ち、測定精度を向上することができる。

【００３４】また、本実施形態では、ガラス基板１１を
上側にして用いる場合を示したが、被測定液中の気泡が
多い場合など、ガラス基板１１の開口７５、７７の上方
部分に気泡が付着するような形で滞留する場合は、光学
測定装置をガラス基板１１が下側に来るように反転させ
て用いればよい。つまり、貫通孔７５、７７、そして副
流路７３が測定流路１の上側に来るため、気泡が、副流
路７３に流れ込み易くなる。

【００３５】さらに、副流路７３にポンプなどの昇圧手
段を設け、副流路７３の流速と測定流路１の流速との差
が大きくならないように副流路７３の流速を調整するよ
うにしてもよい。

【００３６】また、本実施形態では、導入流路３と排出
流路５が測定流路１に対して同一方向から連通するよう
に形成したが、図５（ｃ）に示すように、導入流路３と
排出流路５が測定流路１に対して反対方向から連通する
ように形成してもよい。この場合、連結部２３のコーナ
ー部２５に設けられた開口７５と、コーナー部２５と対
角線状に位置する連結部２９のコーナー部３１に設けら
れた開口７７との間に中央部などで屈曲する副流路８３
を形成すればよい。

【００３７】（第４の実施形態）第４の実施形態を、図
６を参照して説明する。図６（ａ）は、本発明を適用し
てなる光学測定装置の流路形状を示す概略平面図、
（ｂ）は、その変形例である。なお、本実施形態では、
前述の他の実施形態と同一のものには同じ符号を付して
説明を省略し、前述の他の実施形態と相違する構成及び
特徴部などについて説明する。

【００３８】本実施形態と前述の他の実施形態との違い
は、図６に示すように、導入流路３と連結部２３のコー
ナー部２５との間に副流路８５を、連結部２９のコーナ
ー部３１と排出流路５との間に副流路８７を形成した点
にある。副流路８５は、導入流路３内での被測定液の流
れの方向に沿って導入流路３とコーナー部２５との間に
延材する仕切り壁８９により形成され、導入流路３側に
開口９１を、コーナー部２５に開口９３を有している。
副流路８７は、排出流路５内での被測定液の流れの方向
に沿ってコーナー部３１と排出流路５との間に延材する
仕切り壁９５により形成され、コーナー部３１に開口９
７を、排出流路５側に開口９９を有している。

【００３９】流路７中の被測定液の流れは、導入流路３
で、連結部２３の屈曲する流れ３３と、開口９１から入
り副流路８５を通る流れ１０１とに分流される。コーナ
ー部２５で屈曲する流れ３３から外れた被測定液や被測
定液中の気泡などは、開口９３からコーナー部２５へ流
出する流れ１０１により、コーナー部２５から測定流路
１へ向けて流される。連結部３１の屈曲する流れ３５か
ら外れた被測定液や被測定液中の気泡などは、コーナー
部３１の開口９７から副流路８７に流入する流れ１０３
に乗って、副流路８７に流れ込み、開口９９から排出流
路５へ流される。なお、本実施形態では、反射面１７、
２１として、各々帯状突起８５の測定流路１側の面と帯
状突起８７の測定流路１側の面とを用いている。

【００４０】このように、本実施形態では、導入流路３
とコーナー部２５との間に副流路８５を、コーナー部３
１と排出流路５との間に副流路８７を形成することによ
り、開口９３からコーナー部２５に流出する流れ１０１
と、コーナー部３１の開口９７から副流路８７に流入す
る流れ１０３とが生じ、これらの流れ１０１、１０３に
より、コーナー部２５、３１での被測定液中の気泡など
の滞留や、前回の被測定液などの残留が低減するため、
より正確な測定が行なえるようになる。すなわち、分析
装置の分析精度を向上することができる。さらに、本実
施形態では、第２及び第３の実施形態に比べ副流路が短
くなるので副流路での異物の詰まりなどが起こり難い。

【００４１】また、本実施形態では、導入流路３と排出
流路５とが測定流路１に対して同一方向から連通するよ
うに形成したが、図６（ｂ）に示すように、導入流路３
と排出流路５とが測定流路１に対して反対方向から連通
するように形成してもよい。

【００４２】また、本実施形態では、副流路８５、８７
は、測定流路１と導入流路３及び排出流路５との中に各
々仕切り壁８９、９５を設けることによって形成してい
るが、副流路８５、８７は、このような構成に限らず、
例えば副流路８５は、連結部２３の被測定液の流れの外
側側方のシリコン基板９の面に、導入流路３の流れの外
側の側壁に設けられた開口と、コーナー部２５の反射面
１７に設けられた開口とを結ぶように形成してもよく、
同様に、副流路８７は、連結部２９の被測定液の流れの
外側側方のシリコン基板９の面に、コーナー部３１の反
射面２１に設けられた開口と、排出流路５の流れの外側
の側壁に設けられた開口とを結ぶように形成してもよ
い。

【００４３】（第５の実施形態）第５の実施形態を、図
７を参照して説明する。図７（ａ）は、本発明を適用し
てなる光学測定装置の流路形状を示す概略平面図、
（ｂ）は、そのＢ−Ｂでの断面図、（ｃ）は、変形例で
ある。なお、本実施形態では、前述の他の実施形態と同
一のものには同じ符号を付して説明を省略し、前述の他
の実施形態と相違する構成及び特徴部などについて説明
する。

【００４４】本実施形態は、第４の実施形態と同様に、
導入流路３と連結部２３のコーナー部２５との間に副流
路１０５を、連結部２９のコーナー部３１と排出流路５
との間に副流路１０７を形成しているが、図７（ａ）、
（ｂ）に示すように、第３の実施形態と同じくシリコン
基板９を、第１シリコン層６９と第２シリコン層７１と
からなる２層構成とし、第１シリコン層６９に測定流路
１や導入流路３、排出流路５などを形成し、第２シリコ
ン層７１に副流路１０５と副流路１０７とを形成した点
が第４の実施形態と異なっている。

【００４５】副流路１０５は、導入流路３の被測定液の
流れの外側に位置する側壁１０６に接して設けられた開
口１０９と、連結部２３のコーナー部２５のに設けられ
た開口１１１との間に、導入流路３の側壁１０６に沿っ
て、導入流路３と測定流路１とに重なるような形で第２
シリコン層７１に形成されている。副流路１０７は、連
結部２９のコーナー部３１に設けられた開口１１３と、
排出流路５の被測定液の流れの外側の側壁１１４に接し
て設けられた開口１１５との間に、排出流路５の側壁１
１４に沿って、排出流路５と測定流路１とに重なるよう
な形で第２シリコン層７１に形成されている。このた
め、流路７を通流する被測定液は、導入流路３で、連結
部２３で屈曲する流れ３３と、開口１０９で副流路１０
５に流れ込み、開口１１１からコーナー部２５に流出す
る流れ１１７とに分流され、屈曲する流れ３３から外れ
た被測定液や被測定液中の気泡などは、コーナー部２５
の開口１１１から流出する流れ１１７によって、屈曲す
る流れ３３に戻される。また、測定流路１を連結部２９
に流れてきた被測定液は、連結部２９で屈曲する流れ３
５と、開口１１３で副流路１０７に流れ込み、開口１１
５で流出する流れ１１９とに分流され、屈曲する流れ３
５から外れた被測定液や被測定液中の気泡などは、コー
ナー部３１の開口１１３から副流路１０７へ流入し、開
口１１５から流出されて排出流路５に流される。

【００４６】このように、本実施形態では、導入流路３
とコーナー部２５との間に副流路１０５を、コーナー部
３１と排出流路５との間に副流路１０７を形成すること
により、開口１１１からコーナー部２５に流出する流れ
１１７と、コーナー部３１で開口１１３に流れ込む流れ
１１９とが生じ、これらの流れ１１７、１１９により、
コーナー部２５、３１での被測定液中の気泡などの滞留
や、前回の被測定液などの残留などが低減されるため、
より正確な測定が行なえるようになる。すなわち、測定
精度を向上することができる。さらに、本実施形態で
は、第４の実施形態と同様に、第２及び第３の実施形態
に比べ副流路が短くなるので副流路での異物の詰まりな
どが起こり難い。

【００４７】また、本実施形態では、ガラス基板１１を
上側にして用いる場合を示したが、被測定液中の気泡が
多い場合など、ガラス基板１１の開口１１３の上方部分
に気泡が付着するような形で滞留する場合は、光学測定
装置をガラス基板１１が下側に来るように反転させて用
いればよい。つまり、開口１１３、そして副流路１０７
が測定流路１や排出流路５の上側に来るため、気泡が、
副流路１０７に流れ込み易くなる。

【００４８】また、本実施形態では、導入流路３と排出
流路５が測定流路１に対して同一方向から連通するよう
に形成したが、図７（ｃ）に示すように、導入流路３と
排出流路５が測定流路１に対して反対方向から連通する
ように形成してもよい。

【００４９】（第６の実施形態）第６の実施形態を、図
８を参照して説明する。図８（ａ）は、本発明を適用し
てなる光学測定装置の流路形状を示す概略平面図、
（ｂ）は、そのＣ−Ｃでの断面図である。なお、本実施
形態では、前述の他の実施形態と同一のものには同じ符
号を付して説明を省略し、前述の他の実施形態と相違す
る構成及び特徴部などについて説明する。

【００５０】本実施形態と他の実施形態との違いは、測
定流路１と導入流路３及び排出流路５とを異なる層に重
なるような形で形成した点にある。本実施形態の光学測
定装置は、試料液と、試料液中に含まれる特定の物質に
より発色する試薬とを混合した被測定液に、光１５を照
射し、この物質の発色による光１５の吸収度により試料
液に含まれる物質を定量する分析装置に対応するもので
ある。

【００５１】本実施形態の光学測定装置１２１は、４つ
の層からなり、最上層は光を透過する透明なガラス基板
１１、中間の２層はシリコン基板９を構成する第１シリ
コン層６９と第２シリコン層７１、そして最下層は硬質
材料であるガラス製支持部材１２３である。シリコン基
板９の第１シリコン層６９には、ガラス基板１１側の面
に異方性エッチングによる直線状の測定流路１となる溝
が形成されており、さらに、この測定流路１となる溝の
両端の底部に、上流側の貫通部１２５と下流側の貫通部
１２７とが異方性エッチングにより形成されている。貫
通部１２５、１２７は、マトリックス状の複数の微小孔
からなり、測定流路１の軸部に対応する中央部で面積が
狭く、測定流路１の両側壁側の側部に向けて面積が漸次
広くなる略凹形状に形成されている。すなわち、測定流
路１の軸部に対応する部分で微小孔の数が少なく、両側
壁側に向かうにつれて微小孔の数が多くなっている。

【００５２】第２シリコン層７１には、測定流路１と対
応する位置に、測定流路１より短い直線状の導入流路３
となる溝が、異方性エッチングにより、第１シリコン層
６９側の面に形成されている。また、導入流路３となる
溝の底部には、導入流路３が測定流路１と貫通部１２５
で連通する側から順次、試薬１２９、試料液１３１、校
正液１３３、そして洗浄液１３５などを導入するための
導入口１３７、１３９、１４１、１４５が異方性エッチ
ングにより形成されている。一方、第２シリコン層７１
の測定流路１の貫通孔１２７に対応する位置には、異方
性エッチングにより、排出流路５となる排出口１４７が
形成されている。

【００５３】支持部材１２３には、第２シリコン層７１
に形成された導入口１３７、１３９、１４１、１４５に
対応する導入穴１４９、１５１、１５３、１５５と、第
２シリコン層７１に形成された排出口１４７に対応する
排出穴１５７が形成されている。なお、光学測定装置１
２１を構成する部材において、ガラスとシリコンは陽極
接合、シリコンとシリコンは金などのインサート材を介
して接合されている。試薬１２９、試料液１３１、校正
液１３３、そして洗浄液１３５などは、図示していない
ポンプを備えた管路などにより、支持部材１２３に形成
された各々の導入穴１４９、１５１、１５３、１５５か
ら、第２シリコン層７１の導入流路３に送り込まれる。
なお、第２シリコン層７１の試薬１２９の導入口１３７
は、異方性エッチングにより形成されたマトリックス状
の複数の微小孔からなり、試薬１２９が試料液１３１中
にマトリックス状の複数の微小孔から噴出することによ
り、試薬１２９と試料液１３１とを迅速に混合すること
ができる。したがって、本実施形態の導入流路３は、試
料液１３１と試薬１２９を混合して被測定液を調整する
ための混合器としての役割も果たす。試料液１３１と試
薬１２９とからなる被測定液は、測定流路１の上流側の
貫通部１２５の微小孔から測定流路１に流出し、測定流
路１を下流側の貫通部１２７に向けて流れ、貫通部１２
７の微小孔から排出流路５に流れ込む。

【００５４】試料液１３１中に含まれている特定の物質
の定量は、測定流路１が校正液で満たされているときの
吸光度を０とし、被測定液が測定流路１を満たした状態
で測定した吸光度に基づいて行なわれる。吸光度の測定
は、流路の外部にある光源部１３からの光１５を反射面
１７に照射して測定流路１に沿う方向に反射し、測定流
路１内の被測定液中を進んだ光１５を、反射面２１で反
射して受光部１９に入射させることで行なわれる。な
お、試料液が変わる場合や、校正液の測定と被測定液の
測定とを切り換えるときなどは、適宜、導入穴１５５と
導入口１４５から洗浄液１３５を導入流路３、測定流路
１、そして排出流路５に通流させ流路内の洗浄を行な
う。

【００５５】このように、本実施形態では、測定流路１
と導入流路３及び排出流路５とが重なり合うように形成
されているため、光学測定装置１２１を測定流路１のみ
を形成するのに必要な平面的な面積の中で形成できるよ
うになり、光学測定装置１２１を小型化することができ
る。また、導入流路３となる溝の底部には、試薬１２
９、試料液１３１などを導入するための導入口１３７、
１３９が形成され、導入口１３７は、マトリックス状の
複数の微小孔からなるため、導入流路３は、試薬１２９
と試料液１３１とを混合するための混合器としての役割
も果たす。したがって、分析装置に試薬と試料液とを混
合するための混合器を設ける必要がなくなるため、分析
装置をより小型化することができる。さらに、貫通部１
２５では、微小孔の数が少ない中央部よりも微小孔の数
が多い両側部のほうが、被測定液が測定流路１に多く流
出し、また、貫通部１２７では、微小孔の数が少ない中
央部よりも微小孔の数が多い両側部の方が排出流路５に
被測定液が多く流入する。したがって、流速が遅く淀み
易い測定流路１の両側壁側の被測定液の流速が上がるこ
とにより、測定流路１の両側壁側での淀みが生じ難くな
り、被測定液中の気泡などの滞留や、前回の被測定液な
どの残留を低減できるため、測定精度を向上することが
できる。

【００５６】また、本実施形態では、ガラス基板１１を
上側にして用いる場合を示したが、被測定液中の気泡が
多い場合など、ガラス基板１１と反射面１７、２１の角
部に気泡が滞留して測定に影響するような場合には、光
学測定装置１２１をガラス基板１１が下側に来るように
反転させて用いればよい。

【００５７】また、本実施形態では、貫通部１２５、１
２７を複数の微小孔で形成しているが、各々１つの穴で
形成してもよい。さらに、本実施形態では、貫通部１２
５、１２７を略凹形状に形成しているが、この形状に限
らず様々な形状にすることができる。但し、貫通部１２
５、１２７を略凹形状に形成した方が測定流路１の両側
壁に沿う被測定液の流れの淀みなどを抑えることができ
るので好ましい。

【００５８】また、本実施形態では、導入流路３に試薬
１２９、試料液１３１、校正液１３３、そして洗浄液１
３５などを導入するための導入口１３７、１３９、１４
１、１４５を形成したが、導入流路３に形成する導入口
は、測定装置外で混合された被測定液を導入する導入口
を少なくとも１つ形成するようにしてもよい。さらに、
導入口１３７は、マトリックス状の複数の微小孔からな
るものでなくてもよい。但し、本実施形態のように、導
入流路３に、測定に用いる液体の種類に応じた数の導入
口を形成し、さらに、導入口の少なくとも一つがマトリ
ックス状の複数の微小孔からなるものであれば、測定装
置が、試薬と試料液などの混合装置などを兼ねるので、
分析装置をより小型化することができる。

【００５９】また、本実施形態では、導入流路３と排出
流路５は、完全に測定流路１と重なり合うように形成さ
れているが、測定流路１と導入流路３及び排出流路５
は、完全に重なり合っていなくてもよい。但し、本実施
形態のように測定流路１と導入流路３及び排出流路５が
完全に重なり合うように形成されている方が光学測定装
置を小さくできる。

【００６０】また、第１乃至第６の実施形態において、
光源部１３と受光部１９の配置は、逆であってもよい。
すなわち、被測定液の流れの方向に対する光１５の進行
方向が逆になっていてもよい。

【００６１】また、第１乃至第６の実施形態では、ガラ
ス基板１１、シリコン基板９、ガラス製支持部材１２３
などを用いて、光学測定装置を構成したが、ガラス基板
１１に代えて、アクリル製の基板などの光を透過する部
材を、シリコン基板９に代えて、ガラス製、樹脂製、金
属製の基板など、流路７となる溝を形成できる部材を、
ガラス製支持部材１２３に代えて、樹脂製、金属製など
の硬質材料から成る部材を用いてもよい。

【００６２】また、第１乃至第６の実施形態では、光を
測定流路１の端部の反射面１７で反射させて測定流路１
内を進ませたが、ガラス基板１１の、測定流路１の両端
部付近を除いた測定流路１に面する部分にクロム（Ｃ
ｒ）、チタン（Ｔｉ）、白金（Ｐｔ）などの金属膜を蒸
着して測定流路１内の光を反射する反射膜を形成し、測
定流路１の一方の端部に入射した光を測定流路１の底面
とガラス基板１１に形成した反射膜との間で反射させ、
測定流路１内を進ませるようにしてもよい。

【００６３】

【発明の効果】本発明によれば、光学測定装置の測定精
度を向上することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）は、本発明を適用してなる光学測定装置
の第１の実施形態の流路形状を示す概略平面図、（ｂ）
は、その変形例である。

【図２】本発明を適用してなる光学測定装置の第１の実
施形態の斜視図である。図である。

【図３】従来の光学測定装置の流路形状を示す概略平面
図である。

【図４】（ａ）は、本発明を適用してなる光学測定装置
の第２の実施形態の流路形状を示す概略平面図、（ｂ）
は、その変形例である。

【図５】（ａ）は、本発明を適用してなる光学測定装置
の第３の実施形態の流路形状を示す概略平面図、（ｂ）
は、そのＡ−Ａでの断面図、（ｃ）は、変形例である。

【図６】（ａ）は、本発明を適用してなる光学測定装置
の第４の実施形態の流路形状を示す概略平面図、（ｂ）
は、その変形例である。

【図７】（ａ）は、本発明を適用してなる光学測定装置
の第５の実施形態の流路形状を示す概略平面図、（ｂ）
は、そのＢ−Ｂでの断面図、（ｃ）は、変形例である。

【図８】（ａ）は、本発明を適用してなる光学測定装置
の第６の実施形態の流路形状を示す概略平面図、（ｂ）
は、そのＣ−Ｃでの断面図である。

【符号の説明】

１測定流路３導入流路５排出流路７流路１５光１７，２１反射面２３，２９連結部２５，３１コーナー部４７，６３，６９，７３，８３，８５，８７，１０５，
１０７副流路５１，５３，７５，７７，９３，９７，１１１，１１３
開口６９第１シリコン層７１第２シリコン層１２５，１２７貫通孔

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｇ０１Ｎ 35/08 Ｇ０１Ｎ 35/08 Ｄ (72)発明者森貞雄茨城県土浦市神立町502番地株式会社日立製作所機械研究所内 (72)発明者石原民雄茨城県ひたちなか市市毛882番地株式会社日立製作所計測器事業部内Ｆターム(参考） 2G054 AA02 CE01 EA04 FA08 FA20 FB02 FB03 2G057 AA01 AB06 AC01 AD17 BA01 BB01 CA07 CB03 DC06 JA02 2G058 AA01 DA07 GA06 2G059 AA01 AA05 BB04 BB05 CC20 DD02 EE01 FF06 FF12 GG00 JJ13 JJ14 KK01 LL03 NN06

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】直線状の測定流路と、該測定流路の一方
の端部に連結され、該測定流路に被測定液を導く導入流
路と、前記測定流路の他方の端部に連結され、該測定流
路から前記被測定液を排出する排出流路とを同一平面上
に備え、前記測定流路の一方の前記端部に外部から入射
した光を該測定流路に沿う方向に反射する反射面と、前
記測定流路の他方の前記端部に該測定流路に沿って進ん
だ前記光を外部へ向けて反射する反射面とが形成されて
なる光学測定装置において、前記測定流路と前記導入流路及び前記排出流路との各々
の連結部の前記被測定液の流れの外側に位置するコーナ
ー部の内壁が、少なくとも２つの鈍角で、または曲面で
曲げて形成されていることを特徴とする光学測定装置。
【請求項２】直線状の測定流路と、該測定流路の一方
の端部に連結され、該測定流路に被測定液を導く導入流
路と、前記測定流路の他方の端部に連結され、該測定流
路から前記被測定液を排出する排出流路とを備え、前記
測定流路の一方の前記端部に外部から入射した光を該測
定流路に沿う方向に反射する反射面と、前記測定流路の
他方の前記端部に該測定流路に沿って進んだ前記光を外
部へ向けて反射する反射面とが形成されてなる光学測定
装置において、前記測定流路と前記導入流路と前記排出流路とからなる
流路から分流される少なくとも一つの副流路を備え、前
記測定流路と前記導入流路及び前記排出流路との各々の
連結部の前記被測定液の流れの外側に位置する一方のコ
ーナー部に前記被測定液が前記副流路に流入する開口
と、他方のコーナー部に、前記副流路から該他方のコー
ナー部に前記被測定液が流出する開口とが形成されてい
ることを特徴とする光学測定装置。
【請求項３】直線状の測定流路と、該測定流路の一方
の端部に連結され、該測定流路に被測定液を導く導入流
路と、前記測定流路の他方の端部に連結され、該測定流
路から前記被測定液を排出する排出流路とを備え、前記
測定流路の一方の前記端部に外部から入射した光を該測
定流路に沿う方向に反射する反射面と、前記測定流路の
他方の前記端部に該測定流路に沿って進んだ前記光を外
部へ向けて反射する反射面とが形成されてなる光学測定
装置において、前記測定流路と前記導入流路及び前記排出流路とが異な
る層に形成され、前記導入流路と前記測定流路とが該測
定流路の一方の前記端部で少なくとも１つの孔からなる
貫通部で連通され、前記排出流路と前記測定流路とが該
測定流路の他方の前記端部で少なくとも１つの孔からな
る貫通部で連通されていることを特徴とする光学測定装
置。
【請求項４】前記貫通部は、中央部で面積が狭く、両
側部に向かって面積が漸次広く形成されていることを特
徴とする請求項３に記載の光学測定装置。