JP2008281392A - 測光装置及び自動分析装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】キュベットホイールが1回間欠回転した際に、複数の光源を横切って移動される複数の反応容器に保持された液体の光学的特性を波長の異なる複数の光によって測光可能とする測光装置及び自動分析装置を提供すること。
【解決手段】容器を移動させながら、当該容器に保持された液体の光学的特性を波長の異なる複数の光によって測定する自動分析装置で使用する測光装置及び自動分析装置。測光装置13は、容器5の移動方向に沿って配列されたそれぞれ出射波長の異なる複数の光源13bと、容器を介して複数の光源と対向配置され、複数の光源から出射される波長の異なる複数の光を受光する受光素子13dとを有し、複数の光源は、容器の移動方向に沿った配列長さLが容器の配列ピッチPよりも短く設定されている。
【選択図】 図3

Description

本発明は、測光装置及び自動分析装置に関するものである。
従来、自動分析装置は、測定対象に応じて異なる波長の光を用いて試薬と検液が反応した反応液を測光する測光装置を使用している。このような自動分析装置として、異なる波長の光を個々に出射する複数の光源と複数の受光素子とを対向させてキュベットホイールにセットした複数の反応容器と同じ中心角で配列方向に沿って配列した前分光方式の自動分析装置が知られている(例えば、特許文献1参照)。この自動分析装置は、キュベットホイールを間欠回転させながら反応容器を移動させる際に、前記反応容器が各光源から出射された異なる波長の光の光軸を横切る際の反応液の吸光度から検体の成分濃度等を分析する。
実公平6−19079号公報
ところで、特許文献1に開示された前分光方式の自動分析装置は、予め分光した異なる波長の光を複数の光源から出射する。このため、特許文献1の自動分析装置は、キュベットホイールを間欠回転させた際に、異なる波長の光を出射する複数の光源のうち一部の光源から出射された光軸しか横切らない反応容器が生じてしまうという問題がある。例えば、図9に示す測光装置は、光源L1〜L5から波長の異なる複数の光(波長λ1〜λ5)を個別に出射し、反応容器Cに保持された液体を透過した光を対向配置された受光素子R1〜R5によって受光する。
このとき、図9に示す測光装置は、説明を簡単にするため1〜27の番号を反時計回りに付した27個の反応容器CをキュベットホイールHに配列し、1回の間欠回転毎に7個の反応容器Cを単位として移動させるものとする。ここで、1番の反応容器Cは、キュベットホイールHの回転方向から見て光源L1,受光素子R1の直前に位置している。キュベットホイールHが回転する前の光源L1〜L5、受光素子R1〜R5及び反応容器Cとの配置を、キュベットホイールHの内側から見ると共に、複数の反応容器Cを直線上に配列した模式図として図10に示す。
ところで、複数の反応容器Cに保持された液体の光学的特性を測定する際、キュベットホイールHは、図10に示す状態から、矢印で示す時計方向へ1回間欠回転する。すると、キュベットホイールHに配列された複数の反応容器Cは、図11に示すように、右方へ7個分移動される。この結果、1〜3番の反応容器Cは、光源L1〜L5を通過し、波長の異なる複数の光(波長λ1〜λ5)による液体の光学的特性の測定が終了する。しかし、4〜7番の反応容器Cは、一部の波長の光源しか通過せず、液体の光学的特性の測定が終了しない場合がある。
例えば、光源L1,L2及び受光素子R1,R2を測定に用いる場合には、図11に示すように、1〜6番の反応容器Cは光学的特性の測定が終了し、7番の反応容器Cの光学的特性の測定が終了しない。
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、キュベットホイールが1回間欠回転した際に、複数の光源を横切って移動される複数の反応容器に保持された液体の光学的特性を波長の異なる複数の光によって測光可能とする測光装置及び自動分析装置を提供することを目的とする。
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の測光装置は、容器を移動させながら、当該容器に保持された液体の光学的特性を波長の異なる複数の光によって測定する自動分析装置で使用する測光装置において、前記容器の移動方向に沿って配列されたそれぞれ出射波長の異なる複数の光源と、前記容器を介して前記複数の光源と対向配置され、前記複数の光源から出射される波長の異なる複数の光を受光する受光素子と、を有し、前記複数の光源は、前記容器の移動方向に沿った配列長さが前記容器の配列ピッチよりも短く設定されていることを特徴とする。
また、本発明の測光装置は、上記の発明において、前記受光素子は、前記複数の光源と同数設けられることを特徴とする。
また、本発明の測光装置は、上記の発明において、前記複数の光源は、前記光学的特性の測定に使用される測定項目ごとに定められた光源の組間に測定に使用されない光源が少なくとも1つ配置されることを特徴とする。
また、本発明の測光装置は、上記の発明において、前記受光素子は、前記複数の光源の数よりも少ないことを特徴とする。
また、本発明の測光装置は、上記の発明において、前記複数の光源から出射された光が同一の受光素子に入射する場合、前記複数の光源は、前記同一の受光素子との間を1つの容器が通過する時間内に前記波長の異なる複数の光による前記光学的特性の測定が終了するように、時分割に点灯されることを特徴とする。
また、本発明の測光装置は、上記の発明において、前記複数の光源は、半導体光源であることを特徴とする。
また、上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の自動分析装置は、容器を移動させながら、当該容器に保持された液体の光学的特性を波長の異なる複数の光によって測定する自動分析装置において、前記測光装置を備えることを特徴とする。
本発明の測光装置は、容器の移動方向に沿って配列されたそれぞれ出射波長の異なる複数の光源と、容器を介して複数の光源と対向配置され、複数の光源から出射される波長の異なる複数の光を受光する受光素子とを有し、複数の光源は、容器の移動方向に沿った配列長さが容器の配列ピッチよりも短く設定され、本発明の自動分析装置は、前記測光装置を備えている。このため、本発明の測光装置及び自動分析装置は、キュベットホイールが1回間欠回転した際に、複数の光源を横切って移動される複数の反応容器に保持された液体の光学的特性を波長の異なる複数の光によって測光することができるという効果を奏する。
(実施の形態1)
以下、本発明の測光装置及び自動分析装置にかかる実施の形態1について、図面を参照して詳細に説明する。図1は、実施の形態1の自動分析装置の概略構成図である。図2は、本発明の測光装置をキュベットホイール及び制御部と共に示す模式図である。
自動分析装置1は、図1に示すように、試薬テーブル2,3、キュベットホイール4、検体容器移送機構10、測光装置13、洗浄機構14、第一攪拌装置15、第二攪拌装置16及び制御部17を備えている。
試薬テーブル2,3は、図1に示すように、それぞれ第一試薬の試薬容器2aと第二試薬の試薬容器3aが周方向に複数配置され、駆動手段に回転されて試薬容器2a,3aを周方向に搬送する。複数の試薬容器2a,3aは、それぞれ検査項目に応じた所定の試薬が満たされ、外面には収容した試薬の種類,ロット及び有効期限等の情報を表示する識別コードラベル(図示せず)が貼付されている。ここで、試薬テーブル2,3の外周には、試薬容器2a,3aに貼付した識別コードラベルに記録された試薬情報を読み取り、制御部17へ出力する読取装置が設置されている。
キュベットホイール4は、図1に示すように、複数の反応容器5が周方向に沿って配列され、パルスモータ7b(図2参照)によって矢印で示す方向に間欠回転されて反応容器5を周方向に移動させる。キュベットホイール4は、例えば、図2に示すように、27個の反応容器5を保持し、1回の間欠回転のタイミングで7個を単位として反応容器5を移動させ、4回間欠回転することによって1回転−1容器分回転する。キュベットホイール4は、反応容器5を保持する保持部と、LEDアレイ13aの各LED13bが出射した光を受光素子アレイ13cの対応する各受光素子13dへ導く円形の開口からなる光路とを有している。
保持部は、キュベットホイール4の外周に周方向に沿って所定間隔で配置され、保持部に半径方向に延びる光路が形成されている。キュベットホイール4は、駆動部7によって作動が制御されている。即ち、駆動部7は、駆動回路7aとキュベットホイール4を回転駆動させるパルスモータ7bとを備えており、駆動回路7aを介してCPU等を使用した制御部6によってパルスモータ7bの駆動を制御することによりキュベットホイール4の間欠回転を制御している。
そして、測光装置13を構成する複数のLED13b及び複数の受光素子13dと反応容器5との配置を、キュベットホイール4の内側から見ると共に、複数の反応容器5を直線上に配列した模式図として示すと図3のようになる。図3に示す矢印は、キュベットホイール4の回転による反応容器5の移動方向を示している。
反応容器5は、測光装置13から出射された分析光(340〜800nm)に含まれる光の80%以上を透過する光学的に透明な素材、例えば、耐熱ガラスを含むガラス,環状オレフィンやポリスチレン等によって四角筒状に成形されたキュベットと呼ばれる容器である。反応容器5は、近傍に設けた試薬分注機構8,9によって試薬テーブル2,3の試薬容器2a,3aから試薬が分注される。ここで、試薬分注機構8,9は、それぞれ水平面内を矢印方向に回動するアーム8a,9aに試薬を分注するプローブ8b,9bが設けられ、洗浄水によってプローブ8b,9bを洗浄する洗浄手段を有している。
検体容器移送機構10は、図1に示すように、配列された複数のラック11を矢印方向に沿って1つずつ歩進させながら移送する。ラック11は、検体を収容した複数の検体容器11aを保持している。ここで、検体容器11aは、検体容器移送機構10によって移送されるラック11の歩進が停止するごとに、水平方向に回動するアーム12aとプローブ12bとを有する検体分注機構12によって検体が各反応容器5へ分注される。このため、検体分注機構12は、洗浄水によってプローブ12bを洗浄する洗浄手段を有している。
測光装置13は、試薬と検体とが反応した反応容器5内の液体試料に分析光(340〜800nm)を透過させて分析するための光学系であり、図1及び図2に示すように、LEDアレイ13a、受光素子アレイ13c及び測光制御部13fを有している。
LEDアレイ13aは、図3及び図4に示すように、波長の異なる複数の光(波長λ1〜λ5)を個別に出射する複数のLED13bがアレイ状に配置されている。このとき、複数のLED13bは、左から波長λ1,λ2,……λ5の光を出射するように配列されている。また、LEDアレイ13aは、反応容器5が通過することによって波長の異なる複数の光(波長λ1〜λ5)が反応容器5に保持された液体試料を横切るように、図3に示すように、複数のLED13bの配列方向に沿った長さLを反応容器5の配列ピッチPよりも短く設定する。
受光素子アレイ13cは、キュベットホイール4に配列した反応容器5を挟んで複数のLED13bと対向配置され、各LED13bから出射された波長の異なる複数の光を個別に受光する複数の受光素子13dが配列されている。受光素子アレイ13cは、各受光素子13dの受光側となる前面に対応するLED13bと隣り合うLED13bが出射した迷光の入射を遮断する干渉フィルター等の迷光遮断材13eが設けられている。ここで、受光素子13dとしては、例えば、フォトダイオードが使用される。
測光制御部13fは、LEDアレイ13aの複数のLED13bの点灯を制御すると共に、複数の受光素子13dが受光した光量を測光し、受光量に対応した光信号を制御部6へ出力するもので、例えば、ECU等が使用される。制御部6は、受光素子13dの受光量から吸光度を求め、制御部17へ出力する。
洗浄機構14は、ノズル14aによって反応容器5内の液体試料を吸引して排出した後、ノズル14aによって洗剤や洗浄水等の洗浄液等を繰り返し注入し、吸引することにより、測光装置13による測光が終了した反応容器5を洗浄する。
第一攪拌装置15及び第二攪拌装置16は、分注された検体と試薬とを攪拌棒15a,16aによって攪拌し、反応させる。
制御部17は、演算機能,記憶機能,制御機能及び計時機能等を備えたマイクロコンピュータ等が使用され、試薬テーブル2,3、制御部6、試薬分注機構8,9、検体容器移送機構10、検体分注機構12、測光装置13、洗浄機構14、攪拌装置15,16、入力部18及び表示部19等と接続されている。制御部17は、上記各部の作動を制御すると共に、制御部6から入力される波長ごとの吸光度から検体の成分濃度等を分析する。また、制御部17は、試薬容器2a,3aに貼付した識別コードラベルの記録から読み取った情報に基づき、試薬のロットが異なる場合や有効期限外等の場合に分析作業を停止するように自動分析装置1を制御し、或いはオペレータに警報を発する。
入力部18は、検査項目や検体の測定項目に応じて測光に使用する波長、即ち、使用するLED13bの指定等を制御部17へ入力する操作を行う部分であり、例えば、キーボードやマウス等が使用される。表示部19は、分析内容,分析結果或いは警報等を表示するもので、ディスプレイパネル等が使用される。
以上のように構成される自動分析装置1は、間欠回転するキュベットホイール4によって周方向に沿って搬送されてくる複数の反応容器5に試薬分注機構8が試薬容器2aから第一試薬を順次分注する。第一試薬が分注された反応容器5は、検体分注機構12によってラック11に保持された複数の検体容器11aから検体が順次分注される。検体が分注された反応容器5は、キュベットホイール4の間欠回転が停止する都度、第一攪拌装置15によって攪拌されて第一試薬と検体が反応する。第一試薬と検体が攪拌された反応容器5は、試薬分注機構9によって試薬容器3aから第二試薬が順次分注された後、キュベットホイール4の間欠回転停止時に第二攪拌装置16によって攪拌され、更に反応が促進される。
このとき、測光装置13は、LEDアレイ13aの複数のLED13bの配列方向に沿った長さが反応容器5の配列ピッチPよりも短く設定されている。このため、測光装置13は、キュベットホイール4が間欠回転すると、7個を単位として移動する反応容器5の総てがLEDアレイ13aを通過して移動する。このため、測光装置13は、複数のLED13bが出射する波長の異なる複数の光(波長λ1〜λ5)が7個の反応容器5に保持された液体試料を横切り、波長の異なる複数の光によって光学的特性が測定される。
従って、自動分析装置1は、複数の光源と複数の受光素子とを対向させてキュベットホイールにセットした複数の反応容器と同じ中心角で配列方向に沿って配列する従来の自動分析装置に比べると、1回の間欠回転のタイミングで移動される7個の反応容器5の総てを波長の異なる複数の光によって測光することができる。しかも、測光装置13は、光源として半導体光源、即ち、LEDを使用しているので、測光装置13自体を小型化できることに加えてキュベットホイール4も小さくすることができ、自動分析装置1全体を小型化することが可能となる。
ここで、一般に、自動分析装置1は、測定項目に応じて異なる2波長の光の組によって反応容器5に保持された液体試料の光学的特性を測定する。例えば、測定する2波長の光の組を(λ1,λ2)、(λ2,λ3)、(λ3,λ4)、(λ4,λ5)とした場合、出射する光の波長がλ1,λ2……λ5となるように複数のLED13bを配置した図4のLEDアレイ13aでは、隣り合うLED13bが出射した光が対をなしていない受光素子13dへ迷光として入射する可能性がある。
従って、このような迷光の入射を遮断するため、LEDアレイ13aを、図5に示すように、複数のLED13bを左から波長λ1,λ4,λ2,λ5,λ3の光を出射するように測定に使用される光源の組間に、測定に使用されない光源が少なくとも一つ配置されるように配列する。このように複数のLED13bを配列した測光装置13を使用すると、自動分析装置1は、光学的特性を測定する際の迷光の影響が無くなり、分析精度が向上する。
(実施の形態2)
次に、本発明の測光装置及び自動分析装置にかかる実施の形態2について、図面を参照して詳細に説明する。実施の形態1の測光装置は、光源の数と受光素子の数が同じであったが、実施の形態2の測光装置は、受光素子の数が光源の数よりも少ない。図6は、測光装置を構成する複数のLED及び複数の受光素子と反応容器との配置を、キュベットホイールの内側から見ると共に、複数の反応容器を直線上に配列した模式図である。ここで、実施の形態2以降の自動分析装置は、測光装置の構成が部分的に異なるだけで実施の形態1の自動分析装置及び測光装置と実質的な構成は同一であるので、同一の構成部分に同一の符号を付している。
実施の形態2の測光装置20は、図6に示すように、LEDアレイ13a、受光素子アレイ13c及び測光制御部13fを有している。LEDアレイ13aは、左から順に波長λ1,λ4,λ2,λ5,λ3の光を出射する複数のLED13bを配列した図5に示す受光素子アレイ13c使用している。また、受光素子アレイ13cは、波長λ1の光を出射するLED13bと対向配置される受光素子13d、波長λ4,λ2の光を出射するLED13bと対向配置される受光素子13d、波長λ5,λ3の光を出射するLED13bと対向配置される受光素子13d、の3つの受光素子13dを有している。このとき、測光装置20は、(λ1,λ2)、(λ2,λ3)、(λ3,λ4)、(λ4,λ5)からなる異なる2波長の光の組によって反応容器5に保持された液体試料の光学的特性を測定するものとする。
このため、測光装置20は、液体試料の光学的特性を測定する場合、波長の異なる2つの光が同時に同一の受光素子13dに入射することはない。このため、測光装置20は、実施の形態1における効果に加えて、3つの受光素子13dで液体試料の光学的特性を測定することができ、受光素子の数を減らすことができる。また、5つのLED13bは、光学的特性の測定に使用される(点灯される)2つのLED13bの間に測定に使用されない(点灯されない)光源が少なくとも1つ配置され、点灯される2つのLED13bの間隔が広くなる。このため、測光装置20においては、LED13bが出射された光は対をなしている受光素子13dだけに入射し、他のLED13bが出射した光が迷光として入射することはないので、測光精度がより向上する。
(実施の形態3)
次に、本発明の測光装置及び自動分析装置にかかる実施の形態3について、図面を参照して詳細に説明する。実施の形態2の測光装置は、光源の数が5つであるのに対し、受光素子の数が3つであったが、実施の形態3の測光装置は、受光素子の数が1つである。図7は、測光装置を構成する複数のLED及び複数の受光素子と反応容器との配置を、キュベットホイールの内側から見ると共に、複数の反応容器を直線上に配列した模式図である。図8は、光学的特性の測定に使用する2つの光源の1点灯周期における点灯タイミングを示す図である。
実施の形態3の測光装置25は、図7に示すように、LEDアレイ13a、受光素子13d及び測光制御部13fを有しており、反応容器5に保持された液体試料の光学的特性を測定する際は、測光制御部13fによってLEDアレイ13aを制御し、5つのLED13bを時分割に点灯する。
例えば、測光装置25は、光学的(λ1,λ2)からなる2波長の光の組によって反応容器5に保持された液体試料の光学的特性を測定する場合、図8に示すように、1点灯周期Tに測光制御部13fによって波長λ1の光を出射するLED13bと波長λ2の光を出射するLED13bの点灯(オン,オフ)を制御する。このとき、測光制御部13fは、波長λ3〜λ5の光を個々に出射する3つのLED13bはオフしておく。
このように、測光装置25は、実施の形態1における効果に加え、光学的特性の測定に使用する複数のLED13bを時分割に点灯することによって受光素子13dを1つに減らすことができる。
なお、自動分析装置は、2つの試薬テーブルを備え、2種類の試薬を用いる場合について説明したが、試薬テーブルは1つでもよく、1つの試薬テーブルに第一試薬の試薬容器と第二試薬の試薬容器を載せるか、又は1つの試薬テーブルに1種類の試薬容器を載せるようにしてもよい。
また、自動分析装置は、半導体光源としてLEDを使用したが、半導体レーザを使用してもよい。更に、キュベットホイール4の1回の間欠回転によってLEDアレイ13aが出射する光を横切る反応容器5の数や、測光装置を構成するLED13bや受光素子13dの数は、実施の形態の数に限定されるものではない。
実施の形態1の自動分析装置の概略構成図である。 本発明の測光装置をキュベットホイール及び制御部と共に示す模式図である。 測光装置を構成する複数のLED及び複数の受光素子と反応容器との配置を、キュベットホイールの内側から見ると共に、複数の反応容器を直線上に配列した模式図である。 LEDアレイを構成する複数のLEDが出射する波長の異なる複数の光の波長の配列順を示す図である。 LEDアレイを構成する複数のLEDが出射する波長の異なる複数の光の他の波長の配列順を示す図である。 実施の形態2の測光装置における測光装置を構成する複数のLED及び複数の受光素子と反応容器との配置を、キュベットホイールの内側から見ると共に、複数の反応容器を直線上に配列した模式図である。 実施の形態3の測光装置における測光装置を構成する複数のLED及び複数の受光素子と反応容器との配置を、キュベットホイールの内側から見ると共に、複数の反応容器を直線上に配列した模式図である。 光学的特性の測定に使用する2つの光源の1点灯周期における点灯タイミングを示す図である。 従来の測光装置の測光方法を説明するもので、キュベットホイール及び分析光学系を示す模式図である。 図9の測光装置を構成する複数のLED及び複数の受光素子と反応容器の配置を、キュベットホイールの内側から見ると共に、複数の反応容器を直線上に配列した模式図である。 キュベットホイールを図10に示す位置から間欠回転させた後の模式図である。
符号の説明
1 自動分析装置
2,3 試薬テーブル
4 キュベットホイール
5 反応容器
6 制御部
7 駆動部
7a 駆動回路
7b パルスモータ
8,9 試薬分注機構
10 検体容器移送機構
11 ラック
11a 検体容器
12 検体分注機構
13 測光装置
13a LEDアレイ
13b LED
13c 受光素子アレイ
13d 受光素子
13e 迷光遮断材
13f 測光制御部
14 洗浄機構
15,16 攪拌装置
17 制御部
18 入力部
19 表示部
P 反応容器の配列ピッチ

Claims (7)

  1. 容器を移動させながら、当該容器に保持された液体の光学的特性を波長の異なる複数の光によって測定する自動分析装置で使用する測光装置において、
    前記容器の移動方向に沿って配列されたそれぞれ出射波長の異なる複数の光源と、
    前記容器を介して前記複数の光源と対向配置され、前記複数の光源から出射される波長の異なる複数の光を受光する受光素子と、
    を有し、前記複数の光源は、前記容器の移動方向に沿った配列長さが前記容器の配列ピッチよりも短く設定されていることを特徴とする測光装置。
  2. 前記受光素子は、前記複数の光源と同数設けられることを特徴とする請求項1に記載の測光装置。
  3. 前記複数の光源は、前記光学的特性の測定に使用される測定項目ごとに定められた光源の組間に測定に使用されない光源が少なくとも1つ配置されることを特徴とする請求項1に記載の測光装置。
  4. 前記受光素子は、前記複数の光源の数よりも少ないことを特徴とする請求項1に記載の測光装置。
  5. 前記複数の光源から出射された光が同一の受光素子に入射する場合、前記複数の光源は、前記同一の受光素子との間を1つの容器が通過する時間内に前記波長の異なる複数の光による前記光学的特性の測定が終了するように、時分割に点灯されることを特徴とする請求項4に記載の測光装置。
  6. 前記複数の光源は、半導体光源であることを特徴とする請求項1に記載の測光装置。
  7. 容器を移動させながら、当該容器に保持された液体の光学的特性を波長の異なる複数の光によって測定する自動分析装置において、
    請求項1〜6のいずれか一つに記載の測光装置を備えることを特徴とする自動分析装置。
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