JP2007218882A

JP2007218882A - 自動分析装置および分光装置

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Publication number: JP2007218882A
Application number: JP2006043174A
Authority: JP
Inventors: Mitsuru Namiki; 満雙木
Original assignee: Olympus Corp
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 2006-02-20
Filing date: 2006-02-20
Publication date: 2007-08-30

Abstract

【課題】簡易な構成で短時間にかつ高精度の下に微量液体試料の吸光度を測定することができる自動分析装置および分光装置を提供すること。
【解決手段】自動分析装置１は、容器を複数保持すると共に、容器の搬送，停止を繰り返すキュベットホイール１３と、複数の波長帯域の光を出射する光源１５と、光源が出射した光を複数の容器のそれぞれに照射する軸外し放物面鏡１６ａ〜１６ｄ，１７ａ〜１７ｄと、複数の容器を透過した光をそれぞれ受光する位置に一端面が配置されると共に、他端面が一列に配列された光ファイバ１８ａ〜１８ｄと、光ファイバの他端面から出射された光を分光し、分光された光を光ファイバの他端面と共役な位置に集光する凹面回折格子２０と、凹面回折格子によって分光された各分光光を２次元平面において受光する受光部２１とを備えている。
【選択図】図１

Description

本発明は、液体試料を透過した光の吸光度をもとに液体資料を分析する自動分析装置および分光装置に関するものである。

従来、自動分析装置は、血液等に所望の試薬を加えた液体試料をキュベットに収容し、環状に複数配置したキュベットを回転させる間に光を照射し、キュベットを透過した透過光を測定して吸光度測定を行っている。このような自動分析装置として、キュベットに対して対向する位置に紫外領域から可視領域に至る波長の光を出射する光源と、キュベットを透過した透過光を多波長検出器とを備えることによって各液体試料の吸光度を所定の波長ごとに測定する分析装置が開示されている（特許文献１）。

特開平９−８００５５号公報

ところで、近年、多数の微量の液体試料の吸光度測定を短時間に処理することが要求され、キュベットの容量が減少するとともにキュベットの数が増加している。吸光度測定のスループットを向上させるためには、キュベットを保持するテーブルの回転速度を高速にすることによって解決できる。しかし、テーブルの回転速度を高速にすると、１キュベット当りの光照射時間が減少し、吸光度測定の測定精度が低下する。このため、微量液体試料の吸光度を短時間にかつ高精度で測定できないという問題点があった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、簡易な構成で短時間にかつ高精度の下に微量液体試料の吸光度を測定することができる自動分析装置および分光装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、請求項１にかかる自動分析装置は、容器に収容された液体試料の吸光度をもとに前記液体試料を分析する自動分析装置において、前記容器を複数保持すると共に、前記容器の搬送，停止を繰り返す搬送手段と、複数の波長帯域の光を出射する光源と、前記光源が出射した光を前記複数の容器のそれぞれに照射する照射手段と、前記複数の容器を透過した光をそれぞれ受光する位置に一端面が配置されると共に、他端面が一列に配列された複数の光ファイバと、前記光ファイバの他端面から出射された光を分光し、分光された光を前記光ファイバの他端面と共役な位置に集光する分光手段と、前記分光手段によって分光された各分光光を２次元平面において受光する受光手段と、を備えたことを特徴とする。

また、請求項２にかかる自動分析装置は、上記の発明において、前記分光手段は、前記複数の光ファイバの他端面の配列方向に直交する方向に前記各光ファイバの他端面から出射された光を分光することを特徴とする。

また、請求項３にかかる自動分析装置は、上記の発明において、前記分光手段は、前記各分光光を前記複数の光ファイバの他端面の配列方向に直交する方向に沿って前記他端面の配列位置に対応させて前記光ファイバごとに集光することを特徴とする。

また、請求項４にかかる自動分析装置は、上記の発明において、前記受光手段は、前記分光手段によって分光された各分光光の集光位置にそれぞれの受光素子が配置されていることを特徴とする。

また、請求項５にかかる自動分析装置は、上記の発明において、前記照射手段は、前記光源が出射した光を反射して平行光にする第１の軸外し放物面鏡と、該第１の軸外し放物面鏡によって反射した平行光を収束させ、前記光ファイバの一端面に集光させる第２の軸外し放物面鏡との組合せであることを特徴とする。

また、請求項６にかかる自動分析装置は、上記の発明において、前記照射手段は、前記光源が出射した光を平行光にする凹面形状を有する円環と、前記平行光を反射させて前記光ファイバに集光させる軸外し放物面鏡との組合せであることを特徴とする。

また、請求項７にかかる自動分析装置は、上記の発明において、前記搬送手段は、前記複数の容器を環状に配列して回転し、前記光源は、前記搬送手段の回転中心に配置されることを特徴とする。

また、上記目的を達成するために、請求項８にかかる分光装置は、一列に配置された複数の光出射部と、前記複数の光出射部のそれぞれから出射された光を分光し、分光された各分光光を前記複数の光出射部の配列方向に直交する方向に沿って前記複数の光出射部の配列位置に対応させて前記光出射部ごと集光する分光手段と、前記分光手段によって分光され、前記光出射部ごとに共役な位置に集光される各分光光を２次元平面において受光する受光手段と、を備えたことを特徴とする。

また、請求項９にかかる分光装置は、上記の発明において、前記分光手段は、前記複数の光出射部のそれぞれから出射された光が入射する面が凹面形状を有すると共に、各前記光の入射方向に対して鉛直方向に回折格子を有する凹面回折格子であることを特徴とする。

本発明にかかる自動分析装置および分光装置は、光源から放射した光を複数の凹面鏡を組合わせて複数の液体試料を介して複数の光ファイバの一端に集光させ、この複数の光ファイバの他端をスリットの開口方向に配列し、スリットから出射した各透過光を凹面回折格子を介して２次元受光素子に受光させるので、微量液体試料の吸光度を同時に複数測定でき、簡易な構成で短時間にかつ高精度の下に測定することができるという効果を奏する。

以下に添付図面を参照して、この発明にかかる自動分析装置および分光装置の好適な実施の形態を詳細に説明する。

（実施の形態）
図１は、この発明の実施の形態にかかる自動分析装置１および分光装置の概略構成を示すブロック図である。自動分析装置１は、図１に示すように、吸光度測定を行う機器を搭載する作業テーブル２と、作業テーブル２上の機器を制御すると共に吸光度の演算を行う制御部３とを有している。

作業テーブル２は、試薬庫７と、分注機構９，１２と、検体テーブル１０と、キュベットホィール１３と、光源１５と、４組の軸外し放物面鏡１６ａ〜１６ｄ，１７ａ〜１７ｄと、４本の光ファイバ１８ａ〜１８ｄと、スリット板１９と、凹面回折格子２０と、受光部２１とを有している。ここで、分光装置は、光ファイバ１８ａ〜１８ｄのスリット板１９側と、凹面回折格子２０及び受光部２１を有している。

試薬庫７は、複数の試薬容器８を着脱自在に保持し、時計方向或いは反時計方向に回転する。試薬容器８は、収容した試薬内容が記述されたバーコードが添付され、バーコードリーダ６によってバーコードが読み取られる。

分注機構９は、試薬容器８から試薬を吸引してキュベット１４に分注する。分注機構１２は、検体容器１１から検体を吸引してキュベット１４に分注する。

検体テーブル１０は、被測定対象である検体を収容した検体容器１１を複数保持する。キュベットホィール１３は、キュベット１４を複数保持してキュベット１４の搬送，停止を繰り返す搬送手段である。

光源１５は、複数の波長帯域の光を出射する。４組の軸外し放物面鏡１６ａ〜１６ｄ，１７ａ〜１７ｄは、光源１５から出射された光をキュベット１４に集光させる。４本の光ファイバ１８ａ〜１８ｄは、キュベット１４を透過した透過光を受光し、スリット板１９に導光する。

スリット板１９は、光ファイバ１８ａ〜１８ｄによって導光された透過光から迷光等の侵入を遮断する。凹面回折格子２０は、スリット板１９から出射された透過光を反射し、分光する凹面からなる回折格子である。受光部２１は、凹面回折格子２０によって分光されたスペクトル光を受光する。

制御部３は、自動分析装置１の作動を制御するもので、作業テーブル２上の分注機構９，１２の分注動作の制御を行う分注制御部４と、受光部２１によって受光された分光光の光強度をもとに各液体試料の吸光度を演算する演算部５とを有している。

図２は、光源１５が出射した光が受光部２１に到達するまでをキュベットホイール１３及び分光装置を含む主要部と共に示す斜視図である。図２に示すように、光源１５は、全方向に光を出射し、４つの軸外し放物面鏡１６ａ〜１６ｄは、光源１５が出射した光を反射して平行光にする。軸外し放物面鏡１７ａ〜１７ｄは、軸外し放物面鏡１６ａ〜１６ｄが反射した平行光を反射し、収束させる。

軸外し放物面鏡１７ａ〜１７ｄによって収束光となった光は、液体試料を収容する４つのキュベット１４を透過して４本の光ファイバ１８ａ〜１８ｄの一端面に集光する。光ファイバ１８ａ〜１８ｄの他端面は、スリット板１９のスリット１９０の開口方向に沿って配列され、光ファイバ１８ａ〜１８ｄの他端面からは、キュベット１４を透過して集光した透過光がスリット１９０を介して出射される。スリット１９０から出射された各透過光は、発散して凹面回折格子２０によって分光されると共に、収束され、受光部２１によって受光される。

図３は、光源１５と軸外し放物面鏡１６ａ，１７ａと光ファイバ１８ａとの位置関係を示した断面摸式図である。図３に示すように、光源１５は、軸外し放物面鏡１６ａの前側焦平面近傍に位置し、光ファイバ１８ａの一端面は軸外し放物面鏡１７ａの後側焦平面近傍に配置される。従って、軸外し放物面鏡１６ａ，１７ａにより光源１５と光ファイバ１８ａの一端面とは共役な位置関係にある。このため、光源から出射された光は、軸外し放物面鏡１６ａにより略平行光となり、軸外し放物面鏡１７ａによって集光されてキュベット１４と液体試料１４０を透過した後、光ファイバ１８ａの一端面に入射する。

図４は、スリット板１９と凹面回折格子２０と受光部２１との位置関係を示す射視図である。図４に示すように、スリット板１９のスリット１９０と受光部２１とは凹面回折格子２０に対して光学的に共役な位置関係にあり、光ファイバ１８ａ〜１８ｄは、スリット１９０の開口方向に沿って他端面が配列され、出射した光はそれぞれスリット１９０を通過後に発散する。凹面回折格子２０は、スリット１９０から出射した発散光を反射し、スリット１９０の開口方向に直交する方向に分光する。スリット１９０から出射した発散光は、発散して凹面回折格子２０に入射するが、スリット１９０と受光部２１とは凹面回折格子２０に関して光学的に共役な位置関係にあるため、凹面回折格子２０によって受光部２１に集光される。但し、受光部２１に集光される光の配列順は、スリット１９０の位置で光ファイバ１８ａ〜１８ｄから出射される光の配列順と逆になる。

ここで、図５は、凹面回折格子２０を用いた場合の光の分光を示す模式図である。図５に示すように、凹面回折格子２０は、光ファイバ１８ａ〜１８ｄから出射され、スリット１９０を通過後に発散した発散光が入射し、例えば、波長λ１の光と波長λ２の光に分光する。このとき、スリット１９０と受光部２１とは凹面回折格子２０に関して光学的に共役な位置関係にあるため、波長λ１の光と波長λ２の光は、受光部２１に集束する。

図６は、凹面回折格子２０の外観を示す斜視図である。図６に示すように、凹面回折格子２１は、各格子の形成方向に沿って湾曲すると共に、多数の格子の配列方向にも湾曲した凹面形状を有している。この凹面形状によって、凹面回折格子２０は、スリット１９０の開口方向と開口方向に直交する方向に波長ごとに分光光を集光させると共に、各光ファイバ１８ａ〜１８ｄの分光光をスリット１９０の開口方向に沿って分離することができる。

図７は、受光部２１の内部を示す平面図である。図７に示すように、受光部２１は、４つのフォトダイオードアレイ（ＰＤＡ）２１ａ〜２１ｄを有し、ＰＤＡ２１ａ〜２１ｄの配列方向は、光ファイバ１８ａ〜１８ｄの配列方向と逆である。各ＰＤＡ２１ａ〜２１ｄは、各光ファイバ１８ａ〜１８ｄから出射され、凹面回折格子２０によって回折分光された分光光を波長ごとに受光し、光電変換して制御部３に送出する。制御部３の演算部５は、光電変換された値をもとに４つの液体試料１４０の吸光度をそれぞれ演算することができる。

すなわち、４つの軸外し放物面鏡１６ａ〜１６ｄ，１７ａ〜１７ｄを用いて、光源１５が出射した光を４つの液体試料１４０に透過させ、４本の光ファイバ１８ａ〜１８ｄによってこれらの透過光をスリット１９０の開口方向に導光し、このスリット１９０から各透過光を出射させて凹面回折格子２０によって各分光光を受光部２１に集光させることができる。このことによって、４つのキュベット１４に収容されたそれぞれの液体試料１４０の吸光度測定が同時にできる。

上述の実施の形態の自動分析装置および分光装置は、光源１５から出射した光を複数の液体試料１４０に照射し、凹面回折格子２０によって複数の透過光を分光させて２次元の受光部２１に受光させることによって、複数の液体試料１４０の吸光度測定を同時に行うことができる。これにより、自動分析装置および分光装置は、キュベットホィール１３を高速度に回転しなくとも微量かつ多数の液体試料１４０の吸光度測定を高精度で行える。また、この実施の形態の自動分析装置および分光装置は、光源１５が出射した光は、レンズ系を介さず軸外し放物面鏡１６ａ〜１６ｄ，１７ａ〜１７ｄによって受光部２１に集束させるため、色収差が発生せず、光束を絞った状態で高精度の吸光度の測定が行える。なお、この実施の形態の自動分析装置および分光装置は、受光部２１がＰＤＡ２１ａ〜２１ｄを有していたが、ＣＣＤ等の２次元受光素子を備えてもよい。

（変形例１）
つぎに、この実施の形態の変形例１について説明する。実施の形態の自動分析装置および分光装置は、光源１５が出射した光を４つの軸外し放物面鏡１６ａ〜１６ｄ，１７ａ〜１７ｄと４本の光ファイバ１８ａ〜１８ｄとを用いて４つの液体試料１４０の吸光度測定を同時に行うようにしていたが、この変形例１の自動分析装置および分光装置は、８つの軸外し放物面鏡と８本のファイバとを用いて８つの液体試料１４０の吸光度測定を同時に行うようにしている。

図８は、この変形例１にかかる自動分析装置をキュベットホイール及び分光装置を含む主要部と共に示す斜視図である。図８に示すように、自動分析装置は、実施の形態で示した４つの軸外し放物面鏡１６ａ〜１６ｄ，１７ａ〜１７ｄと４本の光ファイバ１８ａ〜１８ｄにさらに４つの軸外し放物面鏡１６ｅ〜１６ｈ，１７ｅ〜１７ｈと、４本の光ファイバ１８ｅ〜１８ｈとを加え、受光部２１に代えて受光部２１Ａを使用し、８つの液体試料の吸光度を同時に測定する。受光部２１Ａは、光ファイバ１８ａ〜１８ｈの配列方向と逆に配列される８つのＰＤＡを有している。その他の構成は、実施の形態と同じであり、同一構成部分には同一符号を付している。

光源１５が出射した光は、８つの軸外し放物面鏡１６ａ〜１６ｈ，１７ａ〜１７ｈを介して８つの液体試料を透過し、それぞれ８本の光ファイバ１８ａ〜１８ｈの一端面に入射する。８本の光ファイバ１８ａ〜１８ｈの他端面は、スリット板１９のスリット１９０の開口方向に配列されている。スリット１９０を通って光ファイバ１８ａ〜１８ｈの他端面から出射される各透過光は、凹面回折格子２０によって分光され、各分光光は、受光部２１Ａに集光される。受光部２１Ａは、各透過光に対応した分光光を受光する。

この変形例１の自動分析装置および分光装置は、光源１５から出射された光を８つの軸外し放物面鏡１６ａ〜１６ｈ，１７ａ〜１７ｈと８本の光ファイバ１８ａ〜１８ｈを用い、凹面回折格子２０によって分光することによって、同時に８つの液体試料１４０の吸光度測定を同時に行うことができる。

（変形例２）
次に、この実施の形態の変形例２について説明する。実施の形態の自動分析装置および分光装置は、１対の軸外し放物面鏡を用いて光源１５が出射した光を集光して液体試料１４０に照射していたが、この変形例２の自動分析装置および分光装置は、凹面反射板と軸外し放物面鏡とを用いて光源１５が出射した光を液体試料に照射するようにしている。

図９は、この変形例２にかかる自動分析装置をキュベットホイール及び分光装置を含む主要部と共に示す斜視図である。図９に示すように、自動分析装置は、実施の形態で説明した軸外し放物面鏡１６ａ〜１６ｄに代えて凹面反射板３０を使用し、凹面反射板３０を支える支柱２２を有している。その他の構成は、実施の形態と同じであり、同一構成部分には同一符号を付している。

図１０は、凹面反射板３０の側面図である。図１１は、凹面反射板３０の平面図である。図１０及び図１１に示すように、凹面反射板３０は、支柱２２によってキュベットホィール１３に固定された光源１５を中心軸とした軸外し放物面形状を有する環状の反射板である。さらに、凹面反射板３０の内壁の断面は、凹形状に形成されている。

光源１５が出射した光は、凹面反射板３０が有する凹形状の内壁で反射して平行光になり、軸外し放物面鏡１７ａ〜１７ｄに入射する。光ファイバ１８ａ〜１８ｄの一端面は、軸外し放物面鏡１７ａ〜１７ｄの後側焦平面近傍に配置されているので、キュベット１４と液体試料とを透過した透過光は、各光ファイバ１８ａ〜１８ｄの一端面に集光される。

光ファイバ１８ａ〜１８ｄに集光した各透過光は、スリット１９０と凹面回折格子２０とを介して受光部２１に受光される。制御部３は、受光部２１が受光した分光光をもとに４つの液体試料１４０の吸光度を演算する。

実施の形態の変形例２の自動分析装置および分光装置は、軸外し放物面鏡１６ａ〜１６ｄを用いる代わりに軸外し放物面形状を有する凹面反射板３０を用いることによって、４つの液体試料１４０の吸光度測定を同時にできる。凹面反射板３０を用いた場合、軸外し放物面鏡１６ａ〜１６ｄを用いる場合に比して光源１５から光ファイバ１８ａ〜１８ｄの一端面までの光学的調整を簡素化できる。

実施の形態および変形例１，２で説明したように、本発明の自動分析装置および分光装置は、複数の軸外し放物面鏡の組合せ、あるいは軸外し放物面形状を有する凹面反射板と複数の軸外し放物面鏡との組合せによって、１つの光源１５が出射した光を複数のキュベット１４に照射し、液体試料１４０を透過した透過光を複数の光ファイバによって受光し、受光した複数の透過光を凹面回折格子２０によって分光することによって、複数の液体試料１４０の吸光度を同時に測定することができる。この結果、本発明の自動分析装置および分光装置は、キュベット１４を保持するキュベットホイール１３を高速に回転させなくても、検体を分析するうえで高いスループットを実現することができる。なお、この実施の形態および変形例１，２の自動分析装置および分光装置は、４つあるいは８つの液体試料の吸光度の測定を同時に行うようにしていたが、軸外し放物面鏡の組合せ、光ファイバ、受光部の受光素子を可変することによって吸光度の測定を同時に行う液体試料の数を４つあるいは８つ以外の数にしてもよい。

この発明の実施の形態にかかる自動分析装置および分光装置の概略構成を示すブロック図である。光源が出射した光が受光部に到達するまでをキュベットホイール及び分光装置を含む主要部と共に示す斜視図である。この発明の実施の形態にかかる光源と軸外し放物面鏡と光ファイバとの位置関係を示す断面図である。この発明の実施の形態にかかるスリット板と凹面回折格子と受光部との位置関係を示す斜視図である。この発明の実施の形態にかかる凹面回折格子を用いた場合の回折分光を示す模式図である。この発明の実施の形態にかかる凹面回折格子の外観を示す斜視図である。この発明の実施の形態にかかる受光部の外観を示す平面図である。この発明の実施の形態の変形例１にかかる自動分析装置をキュベットホイール及び分光装置を含む主要部と共に示す斜視図である。この発明の実施の形態の変形例２にかかる自動分析装置をキュベットホイール及び分光装置を含む主要部と共に示す斜視図である。この発明の実施の形態の変形例２にかかる凹面反射板の側面図である。この発明の実施の形態の変形例２にかかる凹面反射板の平面図である。

符号の説明

１自動分析装置
２作業テーブル
３制御部
４分注制御部
５演算部
６バーコードリーダ
７試薬庫
８試薬容器
９，１２分注機構
１０検体テーブル
１１検体容器
１３キュベットホィール
１４キュベット
１５光源
１６ａ〜１６ｈ，１７ａ〜１７ｈ軸外し放物面鏡
１８ａ〜１８ｈ光ファイバ
１９スリット板
２０凹面回折格子
２０Ａ平面回折格子
２１，２１Ａ受光部
２２支柱
１９０スリット

Claims

容器に収容された液体試料の吸光度をもとに前記液体試料を分析する自動分析装置において、
前記容器を複数保持すると共に、前記容器の搬送，停止を繰り返す搬送手段と、
複数の波長帯域の光を出射する光源と、
前記光源が出射した光を前記複数の容器のそれぞれに照射する照射手段と、
前記複数の容器を透過した光をそれぞれ受光する位置に一端面が配置されると共に、他端面が一列に配列された複数の光ファイバと、
前記光ファイバの他端面から出射された光を分光し、分光された光を前記光ファイバの他端面と共役な位置に集光する分光手段と、
前記分光手段によって分光された各分光光を２次元平面において受光する受光手段と、
を備えたことを特徴とする自動分析装置。
前記分光手段は、前記複数の光ファイバの他端面の配列方向に直交する方向に前記各光ファイバの他端面から出射された光を分光することを特徴とする請求項１に記載の自動分析装置。
前記分光手段は、前記各分光光を前記複数の光ファイバの他端面の配列方向に直交する方向に沿って前記他端面の配列位置に対応させて前記光ファイバごとに集光することを特徴とする請求項１又は２に記載の自動分析装置。
前記受光手段は、前記分光手段によって分光された各分光光の集光位置にそれぞれの受光素子が配置されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載の自動分析装置。
前記照射手段は、前記光源が出射した光を反射して平行光にする第１の軸外し放物面鏡と、該第１の軸外し放物面鏡によって反射した平行光を収束させ、前記光ファイバの一端面に集光させる第２の軸外し放物面鏡との組合せであることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載の自動分析装置。
前記照射手段は、前記光源が出射した光を平行光にする凹面形状を有する円環と、前記平行光を反射させて前記光ファイバに集光させる軸外し放物面鏡との組合せであることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一つに記載の自動分析装置。
前記搬送手段は、前記複数の容器を環状に配列して回転し、
前記光源は、前記搬送手段の回転中心に配置される
ことを特徴とする請求項１〜６のいずれか一つに記載の自動分析装置。
一列に配置された複数の光出射部と、
前記複数の光出射部のそれぞれから出射された光を分光し、分光された各分光光を前記複数の光出射部の配列方向に直交する方向に沿って前記複数の光出射部の配列位置に対応させて前記光出射部ごと集光する分光手段と、
前記分光手段によって分光され、前記光出射部ごとに共役な位置に集光される各分光光を２次元平面において受光する受光手段と、
を備えたことを特徴とする分光装置。
前記分光手段は、前記複数の光出射部のそれぞれから出射された光が入射する面が凹面形状を有すると共に、各前記光の入射方向に対して鉛直方向に回折格子を有する凹面回折格子であることを特徴とする請求項８に記載の分光装置。