JP2006194737A - 光学検査機器 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、ガラスチップの着脱が容易であることと、ガラスチップの反りや破損を確実に防止して、ガラスチップの位置変動を無くし、常に安定してセンシング結果を求めることができ、信頼性の向上に繋げられる光学検査機器を提供する。
【解決手段】投光用開口部５ａを介してセンシング機能を備えたガラスチップＧに光を照射し、得られる光信号によりセンシング結果を得る光学検査機器において、ガラスチップを載置するとともに、このガラスチップによって閉成される投光用開口部を備えたベース本体６と、このベース本体のガラスチップ外側部位に植設される複数のガイドピン８および、これらガイドピンのさらに外側部位に設けられる雄ねじ部９と、ガイドピンに掛合する掛合孔１３を備えガラスチップの上面に載る押え板１２と、ベース本体の雄ねじ部に螺挿される雌ねじ部１８を備え、螺挿にともなって押え板を介してガラスチップをベース本体に押付けるリングナット１５とを具備する。
【選択図】 図２

Description

本発明は、被検査物を備えたガラスチップに光を照射して得られる光信号によりセンシングを判定する光学検査機器に係り、特に、ガラスチップに対する保持構造の改良に関する。

たとえば、医療用としてセンサの開発と改良化が促進されている。［ 特許文献１］では、生体から注射器等で抽出した血液等を、分子認識機能および情報交換機能を有する膜上に滴下した状態で、回析格子を通してレーザ光を光導波路層に入射させる平面光導波路型測定装置が開示されている。
前記光導波路層において特殊波を発生させ、光導波路層上の膜による血液等に含まれる生体分子との反応に起因する特殊波の変化量を、回析格子から放出される光として受光し、血液等に含まれる生体分子を分析するものである。

基本的には、板状のガラスチップ表面に形成される受け部にセンシング機能を有する薄膜や生体反応物質を貼付け、この部分に生体組織もしくは生体組織液を接触させて被検査物を形成する。そして、ガラスチップの裏面側から光を照射して被検査物において反射させ、この反射光を受けて得られる光信号によりセンシング結果を判定する。
したがって、前記のような医療用光学検査機器においては、センシング機能を持った板状のガラスチップは消耗品であって、検査を行う度に検査作業者が検査機器に着脱する必要がある。

一方、光学検査機器として高い測定性能を引き出すには、照射する光とセンシング機能部分の空間的な位置関係を高い精度で確保することが重要なポイントとなる。この位置関係を一定に保てない場合には、得られる信号のＳ／Ｎ比が悪化し、センシング分解能の低下を招いてしまう。
すなわち、センシング機能を備えた板状のガラスチップに光を照射し、結果を判定する医療用光学検査機器においては、ガラスチップの着脱が容易であることと、ガラスチップと照射する光との位置関係を確保することの、２点が重要なポイントとなる。
特開平９−６１３４６号公報

以上の問題の解決を図るために、はじめ図４（Ａ）に、概略的に示すような光学検査機器Ｓｘが提案された。すなわち、所定の板厚を有し、平面視で矩形状のベースａには、中央部に投光用開口部ｂが設けられ、この投光用開口部ｂの一側部には固定ブロックｃが設けられる。
前記固定ブロックｃは、断面が逆凸状に形成され、平面視で所定の長さの縦長矩形状をなす。固定ブロックｃと投光用開口部ｂを介して他側部には、ガイド長孔ｄが設けられ、ここには弾性機構（図示しない）に支持された可動ブロックｅが移動自在に嵌め込まれる。この可動ブロックｅも、断面が逆凸状に形成され、平面視で所定の長さの縦長矩形状をなす。

ベースａ上にガラスチップＧを載置して投光用開口部ｂを閉成し、このガラスチップＧの側部を固定ブロックｃに接触する。ついで、可動ブロックｅをガイド長孔ｄに沿って移動し、ガラスチップＧの側部に弾性的に接触させて、固定ブロックｃとの間にガラスチップＧを挟み込む。
光学検査機器ＳｘにガラスチップＧをセットしてからスイッチをオンすると、ベースａの下方部位にある発光素子から照射された光が、ガラスチップＧに供給された被検査物Ｚに導かれる。光は被検査物Ｚにおいて反射し、その反射光を受光素子（いずれも図示しない）が受けてセンシングをなす。

センシング中は、図４（Ｂ）に示すように、ガラスチップＧは固定ブロックｃと可動ブロックｅとの間に挟み込まれて、図に矢印で示すように、ガラスチップＧの両側部から押し圧を受ける。
このような検査機器Ｓｘであると、ベースａの上方からガラスチップＧを着脱できるために、作業的には容易に行えるが、ガラスチップＧと、ガラスチップＧへ照射する光との位置関係の確保において大きな問題がある。

すなわち、ガラスチップＧは、常時、相対する方向から押し圧を受けるので、図４（Ｃ）に示すように、反りが発生し易い。そのために、センシング中にガラスチップＧに入射した光が微妙に屈折変化し、ガラスチップＧとともに被検査物Ｚに対する光の入射角度と反射角度が一定に保持できなくなる。当然、検査結果に誤差が生じる虞れがあり、信頼性の低下を招いてしまう。

そこで、図５（Ａ）に概略的に示すような光学検査機器Ｓｚが提案されるに至った。基本的には図４（Ａ）で示す光学検査機器Ｓｘの構成と同一であるが、固定ブロックｆおよび可動ブロックｈにおける、ベースａ上から突出する部分の断面形状が逆台形状をなしているのが相違する。
この場合、図５（Ｂ）に示すように、固定・可動ブロックｆ、ｈともに、斜めに形成された側面部ｆａ，ｈａがガラスチップＧのエッジ（角部）Ｋに当接し、ガラスチップＧに対して斜め下方に押し圧をかける。ガラスチップＧにおいては、斜め方向からベースａに押付けられることとなり、先に説明したような反りの発生がない。

しかしながら、この種の構成では、固定・可動ブロックｆ、ｈのそれぞれ側面部ｆａ，ｈａがガラスチップＧの側面および上面の境界であるエッジＫでのみ接しているために、図５（Ｃ）に示すように、脆性の高いガラスチップＧにおいて、特に脆性の高いエッジＫ部分に応力が集中する。その結果、ガラスチップＧのエッジＫ部分が破損し易く、センシング中にガラスチップＧの位置が変動して検査結果に誤差が生じることとなり、信頼性の低下を招いてしまう。

本発明は前記事情に着目してなされたものであり、その目的とするところは、ガラスチップの着脱が容易であることと、ガラスチップの反りや破損を確実に防止して位置変動を無くし、常に安定してセンシングが行えて、信頼性の向上に繋げられる光学検査機器を提供しようとするものである。

前記目的を達成するため本発明は、被検査物を備えたガラスチップに光を照射し得られる光信号によりセンシング結果を得る光学検査機器において、ガラスチップが載置されるとともにガラスチップによって閉成される投光用開口部を備えたベース本体と、このベース本体のガラスチップ外側部位に設けられる位置規制手段および位置規制手段のさらに外側部位に設けられる結合手段と、位置規制手段に掛脱自在な掛合部を備えガラスチップの上面に載置される押え板と、ベース本体の結合手段と接続する連結手段を備え連結にともなって押え板を押圧し、押え板を介してガラスチップをベース本体に押付ける定着部材とを具備する。

本発明によれば、ガラスチップの着脱が容易に行えるとともに、センシング中におけるガラスチップの位置と姿勢を安定させ、信頼性の向上化を得られる等の効果を奏する。

以下、図面を参照しながら、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
図１（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）は、光学検査機器ＳにガラスチップＧを載置し、かつ固定する作業を順に説明する図である。
図中１は、所定の厚さを有し、平面視でたとえば円形状に形成される基台であって、内部に空間部が形成される。この基台１の上面略中央部には、平面視で円形状の投光用開口部１ａが設けられる。前記基台１の内部で、投光用開口部１ａの一側部にはＬＤ（レーザーダイオード）である発光素子２が、かつ他側部にはＰＤ（フォトダイオード）である受光素子３が、それぞれ収容配置される。

これら発光素子２と受光素子３との間には、たとえば反射ミラーからなる光学系４が設けられていて、発光素子２から受けた光を投光用開口部１ａへ向けて反射するように配置される。また、前記受光素子３は投光用開口部１ａ上方部位に後述するガラスチップＧが配置された状態で、ガラスチップＧから反射する光を受けるよう向きが設定されている。

前記ベース１の上面には、平面視で円形状の支持台５が載設され、たとえば接着等の手段で互いに一体化される。これらベース１と支持台５とでベース本体６が構成されるが、当然、はじめからベース１と支持台５とを一体成形したベース本体６としてもよい。前記支持台５の中央部には、前記ベース１の投光用開口部１ａと全く同一寸法形状の投光用開口部５ａが設けられている。

前記支持台５には、投光用開口部５ａから所定間隔だけ離間した外側部位に、複数本の位置決めピン７が互いに等間隔に設けられる。これら位置決めピン７は、それぞれの上端部が支持台５の上面から極くわずかな寸法だけ突出するように高さが設定される。位置決めピン７のさらに外側部位には、複数本のガイドピン（位置規制手段）８が設けられる。ガイドピン８の高さ寸法は、位置決めピン７よりも大に設定されている。そして、支持台５の周端面に沿って雄ねじ部（結合手段）９が設けられる。

図１（Ａ）に示すように、ベース本体６上に、表面にセンシング機能を持った薄膜や生体反応性物質が貼付けられる受け部を備え、この部分に生体組織もしくは生体組織液を接触させてなる被検査物Ｚを備えたガラスチップＧが載置される。このガラスチップＧは、前記投光用開口部５ａの直径よりも大なる幅寸法に形成され、投光用開口部５ａを閉成する。

ガラスチップＧの下面部には、支持台５上面から突出する前記位置決めピン７端部が嵌め込まれる凹部１０が設けられる。そして、ガラスチップＧは前記ガイドピン８相互間に介在していて、ガイドピン８の上端部はガラスチップＧの上面よりも所定量突出するように寸法設定されている。

図１（Ｂ）に示すように、押え板１２をガラスチップＧの上面に載置する。押え板１２は、前記投光用開口部５ａと略同一直径、もしくは、それよりも小さい直径の開口部１２ａを備えた薄板円板であり、この開口部１２ａ周辺部分がガラスチップＧの周端部上に載る。押え板１２はガラスチップＧ外周縁から外方に突出する寸法形状であり、この突出部分の所定位置には前記ガイドピン８の上端部が掛脱自在に挿入する掛合孔（掛合部）１３が設けられる。

さらに、押え板１２の外周端部に沿って、押え板１２の大部分を形成する板部１２ｂの板厚よりも上下面に厚いリング部１２ｃが一体に設けられていて、このリング部１２ｃ端縁から板部１２ｂに亘って、かつ周方向に所定間隔を存して複数の図示しない切欠凹部が設けられている。

図１（Ｃ）に示すように、前記支持台５および押え板１２とともにリングナット１５（定着部材）が用意されていて、これらベース１と支持台５とが一体化されたベース本体６と、押え板１２およびリングナット１５で光学検査機器Ｓが構成される。
前記リングナット１５は、上板部１５Ａと、円筒部１５Ｂおよび複数の抜け止め部１５Ｃとが一体に成形されてなる。上板部１５Ａには、前記投光用開口部５ａと略同一直径、もしくはそれよりも大なる直径の開口部１６が設けられる。

上板部１５Ａの下方で円筒部１５Ｂの内周面に、上板部１５Ａと並行に前記抜け止め部１５Ｃが設けられている。この抜け止め部１５Ｃは、前記押え板１２に設けられる切欠凹部と対向する位置に設けられ、かつ抜け止め部１５Ｃは切欠凹部に挿通可能に突設される。

上板部１５Ａと抜け止め部１５Ｃとの間隔は、前記押え板１２を構成する板部１２ｂの板厚よりもわずかに大に設定され、かつ上板部１５Ａの下面および抜け止め部１５Ｃの上面には、押え板１２のリング部１２ｃと掛合可能にガイド凹部１７が設けられる。
さらに、前記円筒部１５Ｂの内周面で、抜け止め部１５Ｃの下部側には雌ねじ部（連結手段）１８が設けられる。この雌ねじ部１８は、前記支持台５に設けられる雄ねじ部９と同一のネジ径に形成されていて、互いに螺合可能である。

なお、円筒部１５Ｂの下端面から上板部１５Ａの下面までの高さ寸法Ｈは、支持台５上にガラスチップＧが載置され、かつこのガラスチップＧ上に押え板１２が載置された状態で、基台１上面から押え板１２上面に至る高さ寸法よりも僅かに小になるよう設定される。

このようにして構成されるリングナット１５を押え板１２の上方部位に位置し、かつリングナット１５の抜け止め部１５Ｃを押え板１２の切欠凹部に対向する。この状態にしてから、リングナット１５を傾かないよう基台１と平行な姿勢を保持したまま降下して、抜け止め部１５Ｃを切欠凹部に対して挿通する。したがって、リングナット１５の雌ねじ部１８端が支持台５の雄ねじ部９端と接するので、今度はリングナット１５を回動して雌ねじ部１８を雄ねじ部９に螺挿する。

図２は、組立てられた状態の光学検査機器Ｓの断面図である。
ガラスチップＧ表面に形成される受け部に、センシング機能を持った薄膜や、生体反応性物質を貼付け、この部分に生体組織もしくは生体組織液を接触させた被検査物Ｚを備えている。また、前記発光素子２と受光素子３には電気制御部２０がリード線を介して電気的に接続される。

図１（Ｃ）の状態から引き続いてリングナット１５を回動し螺挿していくと、雌ねじ部１８が雄ねじ部９に徐々に締まり込んでいくが、このときリングナット１５の上板部１５Ａと抜け止め部１５Ｃとの間に押え板１２が介在し、上板部１５Ａおよび抜け止め部１５Ｃに設けられるガイド凹部１７間に、押え板１２のリング部１２ｃが介在したまま、押え板１２はリングナット１５によって押し込まれていく。すなわち、リングナット１５は基台１と支持台５からなるベース本体１に対して並行な姿勢を保持したまま移動する。

前記押え板１２に設けられる掛合孔１３がガイドピン８に掛合しているので、押え板１２はガイドピン８によって回り止めされ、回動はしない。リングナット１５の上板部１５Ａが押え板１２に接触し、かつ押え板１２はガラスチップＧの上面に載っているので、リングナット１５により押え板１２を介してガラスチップＧは支持台５に押付けられる。

支持台５の雄ねじ部９に対してリングナット１５の雌ねじ部１８の全部を螺挿することで、ガラスチップＧの光学検査機器Ｓに対するセットが完了する。そこで、図示しないスイッチをオンして電気制御部２０を作動させ、発光素子２から発光させる。この光は光学系４を介してガラスチップＧに収容される被検査物Ｚを照射し、その反射光を受光素子３が受ける。ここで得られた光信号にもとづいて電気制御部２０ではセンシング結果を判定する。

以上の検査作業が終了したら、リングナット１５を逆方向に回転して支持台５から取外す。このとき、リングナット１５の抜け止め部１５Ｃを押え板１２の切欠凹部に対向させてから抜取ることで、押え板１２をガラスチップＧ上に残したまま、リングナット１５のみ取外せる。

そのあと、押え板１２をガイドピン８から抜き出してガラスチップＧ上から取外せば、再び図１（Ａ）に示すようにガラスチップＧが支持台５上に載置した状態に戻るので、これを取外して新たなセンシングすべきガラスチップＧを以上説明したようにセットすればよい。

なお、リングナット１５の取外しにあたって、必ずしも抜け止め部１５Ｃを押え板１２の切欠凹部に対向させる必要はない。すなわち、抜け止め部１５Ｃと切欠凹部はリングナット１５の上板部１５Ａに遮蔽されて見えないから、これらを互いに対向させるのには面倒である。

そこで、抜け止め部１５Ｃと切欠凹部とを非対向のまま、リングナット１５を支持台５から取外せば、押え板１２はリングナット１５とともに取外されることとなり、直接、ガラスチップＧが露出して作業が容易になる。リングナット１５に押え板１２が一体に組み込まれた状態になっているから、押え板１２の置き忘れ・紛失等を確実に防止できる。

ただし、新たなガラスチップＧを支持台５上に載置して、再度、押え板１２とリングナット１５をセットする際には、押え板１２に設けられる掛合孔１３がリングナット１５の上板部１５Ａに遮蔽されて見えない。

このときは、リングナット１５の雌ねじ部１８を支持台５の雄ねじ部９に宛がって、リングナット上板部１５Ａの開口部１６から突出する押え板１２の開口部１２ａ周縁を回動付勢していけば、掛合孔１３がガイドピン８に対して容易に掛合する。その意味から、押え板１２の開口部１２ａ周縁がリングナット上板部１５Ａの開口部１６周縁から内側に突出するような寸法設定をなすとよい。さらには、押え板１２の開口部１２ａ周縁に沿って、たとえば連続する波形状の引っ掛り部を設けておくと、回動作業がし易くなる。

このように、ガラスチップＧの着脱作業が極めて容易に行えて、作業性の大幅な向上化を図れる。そして、図３（Ａ）に示すように、ガラスチップＧに対して、前記リングナット１５は押え板１２を介して垂直方向に押し圧を作用する。ガラスチップＧにおいては、上面部から下面部方向に押し圧を受け、そのままベース本体６に対して押付け力が作用する。先に説明したような、斜め方向に作用する力、もしくは両側面から相対する力は、決して発生しない。

したがって、図３（Ｂ）に示すように、ガラスチップＧのエッジＫが破損することがなく、また、反りが生じることもない。センシング中はガラスチップＧの位置と姿勢が不動のものとなっていて、照射される光とガラスチップＧの位置関係が高い精度で保持される。
すなわち、板状のガラスチップＧに光を照射して得られる光信号によりセンシング結果を判定する光学検査機器Ｓにおいては、ガラスチップＧを損傷することなく、容易にガラスチップＧを着脱できるばかりでなく、測定信号のＳ／Ｎ比が改善されて、高い測定分解能で安定した測定を行うことが可能となる。

なお、本発明は上述した実施の形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。そして、上述した実施の形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより種々の発明を形成できる。たとえば、定着部材１５としてリングナットを用いる代りに、スナップフィット構造の板状部材を用いた連結構造であってもよい。すなわち、押え板１２をガラスチップＧに対して相対的に固定できればよい。

本発明の実施の形態に係る、光学検査機器の組立て作業を順に説明する図。 同実施の形態に係る、組立てられた光学検査機器の断面図。 同実施の形態に係る、ガラスチップに与える影響を説明する図。 従来の、光学検査機器の断面図と、ガラスチップに与える影響を説明する図。 さらに異なる従来の、光学検査機器の断面図と、ガラスチップに与える影響を説明する図。

符号の説明

５ａ…投光用開口部、Ｇ…ガラスチップ、６…ベース本体、８…ガイドピン（位置規制手段）、９…雄ねじ部（結合手段）、１３…掛合孔（掛合部）、１２…押え板、１８…雌ねじ部（連結手段）、１５…リングナット（定着部材）。

Claims (2)

1. 被検査物を備えたガラスチップに光を照射し、得られる光信号によりセンシング結果を得る光学検査機器において、
   前記ガラスチップが載置されるとともに、このガラスチップによって閉成される投光用開口部を備えたベース本体と、
   このベース本体のガラスチップ外側部位に設けられる位置規制手段および、この位置規制手段のさらに外側部位に設けられる結合手段と、
   前記位置規制手段に掛脱自在な掛合部を備え、前記ガラスチップの上面に載置される押え板と、
   前記ベース本体の結合手段と接続する連結手段を備え、かつ連結にともなって前記押え板を押圧し、前記押え板を介してガラスチップをベース本体に押付ける定着部材と
   を具備することを特徴とする光学検査機器。
2. 被検査物を備えたガラスチップに光を照射し、得られる光信号によりセンシング結果を得る光学検査機器において、
   前記ガラスチップが載置されるとともに、このガラスチップによって閉成される投光用開口部を備えたベース本体と、
   このベース本体のガラスチップ外側部位に設けられる複数のガイドピンおよび、このガイドピンのさらに外側部位に設けられる雄ねじ部と、
   前記ガイドピンに掛脱自在な掛合孔を備え、前記ガラスチップの上面に載置される押え板と、
   前記ベース本体の雄ねじ部に螺挿される雌ねじ部を備え、かつ螺挿にともなって押え板を介してガラスチップをベース本体に押付けるリングナットと
   を具備することを特徴とする光学検査機器。

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