JP2009085694A - 分析装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 撮影した試験片表面の繊維構造の画像情報からピントぼけ量を検出することにより、それに応じた測定領域の決定が可能な分析装置を提供する。
【解決手段】 繊維構造をもった試験片１と、試験片１の画像情報を取得する撮像素子７と、試験片１に光を照射する発光素子４と、撮像素子７表面に試験片１の情報を結像させる光学素子１１から成り、撮影した画像情報より得られる試験片１表面の凹凸情報と光学系のピントぼけ量の関係を求めることで、ピントぼけ量に応じた測定領域の決定が可能となる。
【選択図】 図２

Description

本発明は、分析装置に関し、より詳細には、撮影した試験片表面の繊維構造の画像情報から光学系のピントぼけ量を算出する技術に関する。

従来、装置を大型化することなく、試験片の呈色部の検出を確実に行うことが可能な分析装置がある。（例えば特許文献１参照。）従来の分析装置について、以下図面を用いて説明する。

図１０に示すように、従来の発明に係る免疫クロマト試験片の測定装置は、試験片１に測定光を照射する照射光学系２と、測定光の照射による試験片１からの光を検出する検出光学系３を備え、照射光学系２は、発光素子４と、発光素子４から出力された光をミキシングするミキシングロッド５とを有し、ミキシングロッド５から出射した光を測定光として試験片１に照射し、検出光学系３は、試験片１からの光を結像させる結像レンズ６と、結像レンズ６により試験片１からの光が結像される位置に配設される撮像素子７とを有し、撮像素子７により試験片１からの光を受光して呈色部８の情報を検出することを特徴としている。
特開２００１−２９６２４５号公報

しかしながら、前記従来の構成では、試験片の抜き差しや装置落下等により光学系のずれが生じピントぼけが発生すると、イメージセンサ等の撮像素子にて取得された画像情報（画素出力値）においては試験片内の面積を持った呈色部の濃度を算出する際に呈色部８周辺の情報（呈色部とは無関係な情報）が混ざってくるため、呈色部境界に近い程画素出力値の誤差が大きくなる。例えば呈色部８周辺が呈色部８より薄い色の場合、その境界付近では呈色部８の画素出力値と呈色部８周辺の画素出力値が平均化された値になり、これは本来の濃度とは違った値である。また、ピントを調整するのにオートフォーカス方式を用いると、位置センサやレンズ駆動系などの追加機構が必要となり、装置が大型化してしまう。

本発明は、前記従来の課題を解決するもので、撮影した試験片表面の繊維構造の画像情報からピントぼけ量を検出することにより、それに応じた測定領域の決定が可能な分析装置を提供することを目的とする。

前記従来の課題を解決するために、本発明の分析装置は、毛細管現象により液体サンプルを均一に展開する繊維構造をもった試験片と、前記試験片の画像情報を取得する撮像素子と、前記試験片に光を照射する発光素子と、前記撮像素子表面に前記試験片の情報を結像させる光学素子から成り、前記撮像素子で取得した画像情報を一時的に記憶するメモリと、前記メモリから画像情報を読み出し画素位置に対する画素出力として連続的にグラフ化するグラフ化手段と、前記グラフ化手段を用いてグラフ化されたデータより前記試験片表面の凹凸の振幅量を算出し、前記振幅量より光学系のピントぼけ量を算出するピントぼけ量算出手段を備えたことを特徴としたものである。

また、本発明は、前記ピントぼけ量算出手段において、試験片内に白黒の境界がはっきりしたマーカーを用意しておき、前記グラフ化手段により得られる前記境界部分の変化に要する画素の数を画素幅として定量化する画素定量化手段を有し、ピントぼけ量を画素幅として定量化するようにしたことを特徴としたものである。

さらに、分析装置において、前記画素幅と前記振幅量の関係を事前に算出しておき、測定の際に前記振幅量を算出することでピントぼけ量を画素幅として定量化するようにしたことを特徴としたものである。

さらに、分析装置において、前記試験片内の面積を持った呈色部分の濃度を算出する際、前記ピントぼけ量に応じて測定領域を決定する手段を備えたことを特徴としたものである。

本発明の分析装置によれば、オートフォーカス等の機構（位置センサや駆動系等）を追加することなく、ピントぼけに影響しない安定した測定値を得ることができる。

以下に、本発明の分析装置の実施の形態を図面とともに詳細に説明する。
（実施の形態１）
図１は、本発明の第１の実施の形態における試験片１の構造図である。図１において、試験片１の表面は繊維構造から成るメンブレン９で形成されており、その表面は数ｕｍの凹凸が存在している。また、メンブレン９の領域の一部には呈色部８が存在しており、この呈色部８は例えば免疫反応などによって色がつく部分である。

次に、図２は本発明の第１の実施の形態における分析装置の構造図である。図２において、発光素子４によって照射された試験片１の情報は反射光として、結像レンズ６及び絞り１０から成る光学素子１１を通過し、撮像素子７に結像することで取得することができる。ここで、撮像素子７がイメージセンサの場合、試験片１の画像情報はイメージセンサの各画素の出力値と位置関係を読み取ることで取得が可能である。各画素の出力値は順にメモリ１２に格納される。

次に、呈色部８のグラフ化手段１３の例を図３に説明する。イメージセンサで取得し、メモリ１２に格納されている画素出力値のうち、例えば図３（ａ）に示すようなに試験片１内呈色部８付近に対応する画素を表示すると図３（ｂ）のようになる。これはピントぼけや光学系収差が画素の大きさ以内に収まった理想的な状態の場合であり、その時、呈色部８の明暗の変化を例えば画素位置（Ｘ座標）に対してグラフ化すると、図３（ｃ）に示すような明暗の境界がはっきりしたグラフになる。

しかしながら、光学素子１１や試験片１の位置ずれによってピントぼけが大きくなると、図４（ｂ）に示すように、呈色部８の周囲の境界は数画素にまたがって明暗が変化していく。その明暗の変化を画素位置（Ｘ座標）に対する各画素の出力値としてグラフ化すると、図４（ｃ）に示すように呈色部８の境界は滑らかな曲線近似となる。

例えばピントぼけが大きな状態で取得した画素出力値を用いて呈色部８の濃度１４を求める場合、呈色部８中心付近の画素から得られる濃度１４はピントぼけの少ない理想的な状態に比べても同等の値を得ることができる。しかしながら呈色部８中心から離れていくと呈色部８周辺のデータが混ざってくるため、呈色部８境界に近づいていくにつれて、画素出力値はだんだん大きくなっていき、本来の濃度１４とは違った値を取得する。したがって、例えば図３（ｂ）に示す測定領域１６内の画素ごとの出力値を平均化した場合に、ピントぼけが大きな状態では図４（ｂ）に示すように測定領域１６内の画素にも呈色部８周辺の情報が混ざり、平均画素出力値は実際の値より高めの値となってしまう。また、ピントぼけの度合いが分からないため、呈色部８中心からどこまでの画素の出力値が正確な濃度１４の値として扱えるかを決定するのは困難である。

よって本発明では上記課題を解決するために、ピントぼけ量算出手段１５によりピントぼけ量を定量化する方法について以下に説明する。

ピントぼけ量の定量化のための第１のステップとして、まずは図５に示すようなぼけ量算出用試験片１８を用いる。図１と同様、表面に凹凸を持つメンブレン９で形成されており、ぼけ量算出用試験片１８の一部には白と黒の境界がはっきりした表面凹凸のない基準マーカー１７が設けられている。

図２に示す分析装置にて撮影し、図６（ａ）に示す基準マーカー境界領域１９の画素を抜き取り（図６（ｂ））、グラフ化手段１３により画素位置に対する画素出力値についてグラフ化すると図６（ｃ）のようなグラフになる。ピントぼけ量により境界付近のグラフの滑らかさが変わることを利用して、図７に示すようにグラフの滑らかさの幅の画素数を画素幅２０として定義し、ピントぼけ量と画素幅２０の関係を求める。たとえば白レベルから変化が始まる画素と黒レベルから変化が始まる画素をそれぞれ見つけ、その画素間の画素数を画素幅２０とすることにより、ピントぼけ量が小さい順に、図７（ａ）の場合は２画素、図７（ｂ）の場合は４画素、図７（ｃ）の場合は６画素となる。これらのデータをグラフ化することで、図７（ｄ）に示すようにピントぼけ量を画素幅２０として定量化することができる。

次にピントぼけ量の定量化のための第２のステップとして、ピントぼけ量に対応するメンブレン９からの情報を得るための手段について図８を用いて説明する。前述のように、メンブレン９は表面に数ｕｍ程度の凹凸を持っており、ピントが合った状態でメンブレン９を撮影するとその凹凸情報が正確に再現されるため、例えばグラフ化手段により画素位置に対する画素出力値についてグラフ化すると、図８（ａ）に示すように凹凸情報が画素間の振幅量２１として現れる。またピントぼけが発生するとメンブレン９の凹凸情報取得が粗くなるため振幅量２１は小さくなり（図８（ｂ））、ピントぼけ量がより大きくなればなるほど振幅量２１は小さくなっていく（図８（ｃ））。この関係より図８（ｄ）に示すようにピントぼけ量はメンブレン９の振幅量２１として定量化することができる。

以上、第１のステップ及び第２のステップで示した２通りのピントぼけ量定量化方法を用いて、ぼけ量算出用試験片１８にて事前に基準マーカー１７境界の画素幅２０とメンブレン９の振幅量２１の関係を求めておくと、その関係は図９のようにグラフ化される。このグラフより、メンブレン９の振幅量２１から画素幅２０が求まるため、実際に図１に示す試験片１を測定する際には試験片１のメンブレン９の振幅量２１から画素幅２０を求め、その画素幅２０に応じて測定領域１６を決定することが可能である。

本発明にかかる分析装置は、オートフォーカスに必要な機構（位置センサや駆動系等）を追加することなく、ピントぼけに影響しない安定した測定値を得ることができるため、小型で精度が必要な生化学分析装置等に有用である。

本発明の実施の形態１における試験片の構造図 本発明の実施の形態１における分析装置の構造図 本発明の実施の形態１における分析装置の濃度算出方法においてピントぼけ 少ない場合の説明図 本発明の実施の形態１における分析装置の濃度算出方法についてピントぼけが大きい場合を示す図 本発明の実施の形態１におけるぼけ量算出用試験片の構造図 本発明の実施の形態１における分析装置の基準マーカー領域グラフ化方法の図 本発明の実施の形態１における分析装置の画素幅によるピントぼけ量定量化方法の図 本発明の実施の形態１における分析装置の振幅量によるピントぼけ量定量化方法の図 本発明の実施の形態１における分析装置の画素幅と振幅量の関係の図 従来の免疫クロマト測定装置の構造図

符号の説明

１ 試験片
２ 照射光学系
３ 検出光学系
４ 発光素子
５ ミキシングロッド
６ 結像レンズ
７ 撮像素子
８ 呈色部
９ メンブレン
１０ 絞り
１１ 光学素子
１２ メモリ
１３ グラフ化手段
１４ 濃度
１５ ピントぼけ量算出手段
１６ 測定領域
１７ 基準マーカー
１８ ぼけ量算出用試験片
１９ 基準マーカー境界領域
２０ 画素幅
２１ 振幅量

Claims (4)

1. 毛細管現象により液体サンプルを均一に展開する繊維構造をもった試験片と、前記試験片の画像情報を取得する撮像素子と、前記試験片に光を照射する発光素子と、前記撮像素子表面に前記試験片の情報を結像させる光学素子から成り、前記撮像素子で取得した画像情報を一時的に記憶するメモリと、前記メモリから画像情報を読み出し画素位置に対する画素出力として連続的にグラフ化するグラフ化手段と、前記グラフ化手段を用いてグラフ化されたデータより前記試験片表面の凹凸の振幅量を算出し、前記振幅量より光学系のピントぼけ量を算出するピントぼけ量算出手段を備えた分析装置。
2. 前記ピントぼけ量算出手段において、試験片内に白黒の境界がはっきりしたマーカーを用意しておき、前記グラフ化手段により得られる前記境界部分の変化に要する画素の数を画素幅として定量化する画素定量化手段を有し、ピントぼけ量を画素幅として定量化するようにした請求項１に記載の分析装置。
3. 前記画素幅と前記振幅量の関係を事前に算出しておき、測定の際に前記振幅量を算出することでピントぼけ量を画素幅として定量化するようにした請求項１、２に記載の分析装置。
4. 前記試験片内の面積を持った呈色部分の濃度を算出する際、前記ピントぼけ量に応じて測定領域を決定する手段を備えた請求項１乃至３に記載の分析装置。