JP2009258028A - クロマトグラフィー検査装置 - Google Patents

Abstract

【課題】クロマトグラフィー試験片の呈色エリアの呈色むらを検出し、正確に補正を行うことができるクロマトグラフィー検査装置を提供する。
【解決手段】クロマトグラフィー試験片５に対して傾斜角θを有する様に配置された撮像光学系１７によってクロマトグラフィー試験片５からの散乱反射光を撮像素子１６で読み取るクロマトグラフィー検査装置であって、撮像素子１６に結像する集光レンズ１３と結像レンズ１４の入射側にプリズム１２を配設し、プリズム１２のくさび角度及び、配置回転角を傾斜角θに対応して設定して、呈色エリア１１における撮像光学系の光路長差を補正し、呈色エリア１１の呈色むらを検出し、正確に補正する。
【選択図】図１

Description

本発明は、検査対象の液体試料をクロマトグラフィー試験片に滴下し、クロマトグラフィー試験片に形成された呈色ラインを光学的に読み取って、液体試料中の成分濃度を測定するクロマトグラフィー検査装置に関するものである。

近年では、在宅医療および医院や診療所などの地域医療の充実、更には早期診断および緊急性の高い臨床検査の増加などに伴い、臨床検査の専門家でなくても、簡易で迅速に臨床検査の高精度測定が可能な分析装置が要望されるようになってきた。そこで煩雑な操作を伴わず、短時間で信頼性の高い検査ができる、ＰＯＣＴ（Point of Care Testing）用の分析装置が注目されている。ここで、ＰＯＣＴとは、一般的に開業医、専門医の診察室、病棟および外来患者向け診療所などの「患者の近いところ」で行われる検査の総称である。

一方、免疫反応を利用したクロマトグラフィー試験片の様な乾式のバイオセンサは、試薬の調整が不要で、検査対象となる血液や尿などの液体試料を滴下する等の簡単操作だけで、液体試料中の分析対象物の分析が可能であるので、ＰＯＣＴの代表として多数実用化されている。

この様な免疫クロマトグラフィー試験片を用いた従来のクロマトグラフィー検査装置を図４と図５に示す。
従来のクロマトグラフィー検査装置は、クロマトグラフィー試験片５の上に形成された呈色ライン６を光学的に読み取るために、光源１とスリット２およびレンズ３で構成される照明光学系４を設け、光源１から出射された光束を、任意の形状に整形するためのスリット２を介してレンズ３に入射させ、レンズ３を通過した光を呈色ライン６に投射し、呈色ライン６での反射光を受光素子７によって検出している（例えば、特許文献１参照）。
国際公開ＷＯ２００４／０７７０２９号公報

しかしながら、照明光学系４はより均一な照度にて光を照射するために、クロマトグラフィー試験片５に対して垂直に配置されており、クロマトグラフィー試験片５での散乱反射光を呈色ライン６と平行な方向の斜め上方に配置された受光素子７にて検出することにより分析対象物の分析が行われており、クロマトグラフィー試験片５に対して傾きを有して受光素子７が配置されているために、呈色エリア６の一部で発生する呈色むらを正確に補正することができず、呈色むらの影響を大きく受けてしまう問題点を有している。

更に、レンズによる結像手段を設けたとしても、検出光学系がクロマトグラフィー試験片に対して傾きによって、受光素子面上の撮影像が傾斜方向に焦点ボケを発生させるために、呈色むらの影響を排除することができない。

本発明は、上記問題点を解決するために、クロマトグラフィー試験片の呈色エリアの呈色むらを検出し、正確に補正を行うことができるクロマトグラフィー検査装置を提供することを目的とする。

本発明の請求項１記載のクロマトグラフィー検査装置は、光源から照射された光束を照明光学系を介してクロマトグラフィー試験片に均一に照射し、前記クロマトグラフィー試験片に対して傾斜角を有する様に配置された撮像光学系によって前記クロマトグラフィー試験片からの散乱反射光を撮像素子で読み取るクロマトグラフィー検査装置であって、撮像光学系は、撮像素子に結像するための結像手段と、前記結像手段の入射側に配設され前記クロマトグラフィー試験片からの散乱反射光束を変換するプリズムとを備えたことを特徴とする。

本発明の請求項２記載のクロマトグラフィー検査装置は、請求項１において、前記クロマトグラフィー試験片における撮像エリアの形状が矩形形状または円形形状であることを特徴とする。

本発明の請求項３記載のクロマトグラフィー検査装置は、請求項１において、前記プリズムの出射面を通過して前記結像手段に向かう光束中心と前記プリズムの出射面とが直交するように、前記プリズムのくさび角度および配置回転角度を設定したことを特徴とする。

本発明の請求項４記載のクロマトグラフィー検査装置は、請求項１において、前記結像手段は、複数のレンズで構成されるテレセントリックレンズを備えていることを特徴とする。

本発明の請求項５記載のクロマトグラフィー検査装置は、請求項４において、前記結像手段は、前記テレセントリックレンズと前記撮像素子の間に、開口板を設けたことを特徴とする。

本発明の請求項６記載のクロマトグラフィー検査装置は、請求項５において、前記開口板の開口窓形状が、前記撮像光学系の前記クロマトグラフィー試験片に対する傾斜角に応じた傾斜方向への長楕円形状であることを特徴とする。

この構成によれば、クロマトグラフィー試験片の呈色エリアの呈色むらを検出し、正確に補正を行うことができる。

以下に、本発明のクロマトグラフィー検査装置を実施の形態に基づいて説明する。
図１は本発明の実施の形態のクロマトグラフィー検査装置を示す。
クロマトグラフィー試験片５の呈色エリア１１を読み取るこのクロマトグラフィー検査装置は、光源１から照射された光束を均一な照度でクロマトグラフィー試験片５の呈色エリア１１に照射する照明光学系４と、呈色エリア１１に対して傾きを有して配置された撮像光学系１７で構成されている。

照明光学系４は、光源１から照射された光束の必要な部分のみを透過する照明光学系開口板８と、照明光学系開口板８を透過した光束を集光するためのコンデンサレンズ９と、コンデンサレンズ９により集光された光束を平行光束として照射するためのイルミネータレンズ１０とで構成されている。

撮像光学系１７は、呈色エリア１１に照射された光束の散乱反射光が入射するくさび状のプリズム１２と、集光レンズ１３と、結像レンズ１４と、撮像光学系開口板１５と、撮像素子１６で構成されている。

ここで、呈色エリア１１は、矩形形状または円形形状で、クロマトグラフィー試験片５の液体試料流動方向に広がる任意の面積を有している。
また、撮像素子１６は、複数の分割セルを有する受光素子や、ＣＣＤ又はＣＭＯＳタイプのエリアセンサを用いることにより、呈色エリア１１の微小領域からの散乱反射光を各々検出可能としている。

イルミネータレンズ１０から撮像素子１６までの詳細な撮像光学系を図２に示す。
イルミネータレンズ１０にて照明された光束は、呈色エリア１１よりも十分に広い領域を照射している。

呈色エリア１１に照射された光束からの散乱反射光は、プリズム１２を通過することによって、撮像光学系１７から呈色エリア１１を見た場合に傾斜方向で発生する光路差が補正される。

プリズム１２を通過した光は、集光レンズ１３と結像レンズ１４、および撮像光学系開口板１５にて、テレセントリックレンズとして機能する撮像光学系に取込むことにより、呈色エリア１１の全ての領域での取込み角を概ね等しくし、且つ、撮像素子１６面上での焦点ずれを抑制している。

このようにして、呈色エリア１１の中心部と端部での撮像素子１６への取込み強度むらを抑止できる。
ここで撮像光学系開口板１５は、呈色エリア１１に対する撮像光学系１７の傾斜角θに応じた傾斜方向への長楕円形状とした。

また、集光レンズ１３と結像レンズ１４の２枚構成でテレセントリックレンズを構成しているが、３枚以上の複数のレンズ群にて構成しても良い。
図３は、クロマトグラフィー検査装置におけるプリズム１２の配置図である。

撮像光学系１７の傾斜方向において、呈色エリア１１における撮像光学系に近い端部と遠方の端部との光路差をＥ、プリズム１２の入射側における光路差をＦ、プリズム１２の内部における光路差をＧとすると、呈色エリア１１の撮像光学系に近い端部から散乱反射されて撮像光学系１７へ取込まれる光束の光束中心Ｂと、呈色エリア１１の撮像光学系の遠方の端部から同様に取込まれる光束の光束中心Ａの光路差は、式１で表される。

Ａ−Ｂ＝Ｅ−Ｆ＋Ｇ
＝Ｗ＊ｓｉｎ（θ）−Ｄ＊ｔａｎ（λ）＋Ｄ／ｓｉｎ（λ）＊ｓｉｎ（γ）／Ｎ
・・・・・式１
Ｗ：呈色エリア１１の幅
θ：撮像光学系１７の傾斜角
Ｄ：呈色エリア１１で散乱反射された直後の光束中心Ａと光束中心Ｂの幅
λ：呈色エリア１１で散乱反射された直後の光束中心Ａおよび光束中心Ｂと、プリズ ム１２の入射面がなす角度
Ｎ：プリズム１２の屈折率
γ：プリズム１２内を伝播する光束中心Ａおよび光束中心Ｂと、プリズム１２の入射 面の法線方向軸がなす角度
である。ここで幅Ｄは、呈色エリア１１の幅Ｗの関数として、式２で表される。

Ｄ＝Ｗ＊ｃｏｓ（θ） ・・・・・式２
よって、式１は、式３で表される。
Ａ−Ｂ＝Ｗ＊ｓｉｎ（θ）−Ｗ＊ｃｏｓ（θ）＊ｔａｎ（λ）＋
Ｗ＊ｃｏｓ（θ）／ｓｉｎ（λ）＊ｓｉｎ（γ）／Ｎ ・・・・・式３
更に、角度γはスネルの法則に基づき、プリズム１２の入射面と入射面へ入射する光束中心がなす角度λの関数として、式４で表される。

ｓｉｎ（γ）＝ｓｉｎ（λ）／Ｎ ・・・・・式４
従って、式３で表される光路差は、式５となる。
Ａ−Ｂ＝Ｗ＊ｓｉｎ（θ）−Ｗ＊ｃｏｓ（θ）＊ｔａｎ（λ）＋
Ｗ＊ｃｏｓ（θ）／ｓｉｎ（λ）＊ｓｉｎ（λ）／Ｎ２ ・・・・・式５
ここで呈色エリア１１に対して撮像光学系１７は傾きを持って配置されており、撮像素子１６の面上で呈色エリア１１の全域を焦点ずれなく結像するためには、光束中心Ａと光束中心Ｂの光路差をなくすことが必要である。そこで式５は、式６で表される。

０＝Ｗ＊ｓｉｎ（θ）−Ｗ＊ｃｏｓ（θ）＊ｔａｎ（λ）＋Ｗ＊ｃｏｓ（θ）／Ｎ２
・・・・・式６
更に、式６を Ｗ＊ｃｏｓ（θ） で割ると式７となる、
０＝ｔａｎ（θ）−ｔａｎ（λ）＋１／Ｎ２ ・・・・・式７
よって、式７により、呈色エリア１１で散乱反射された直後の光束中心Ａおよび光束中心Ｂと、プリズム１２の入射面がなす角度λは、撮像光学系１７の呈色エリア１１に対する傾斜角θによって決定されることが分かる。

この時、プリズム１２のくさび角は、プリズム１２の内部を伝播する光束中心Ａおよび光束中心Ｂと、プリズム１２の入射面の法線方向軸がなす角度γと等しくなるように設定されている。

また、撮像素子１６に結像される呈色エリア１１の像は、撮像光学系１７の傾斜方向に歪みＹを有するため、撮像光学系１７の傾斜角θおよび光束中心とプリズム１２の入射面がなす角度λにて示される式８を用いて、画像処理時に補正が必要となる。

Ｙ＝Ｘ＊ｃｏｓ（θ）／ｃｏｓ（λ） ・・・・・式８
ここで、Ｘは、呈色エリア１１の中心からの距離を示す。
以上のように、本発明のクロマトグラフィー検査装置によれば、プリズム１２の出射面を通過して撮像素子１６に向かう光束中心とプリズム１２の出射面とが直交するように、プリズム１２のくさび角度および配置回転角度を設定したことによって、呈色エリア１１に対して傾きを有する撮像光学系においても、呈色エリア１１と撮像素子１６を結ぶ光束中心の長さを、呈色エリア１１のどの位置から散乱反射した光束に対しても等しくし、撮像素子１６上での呈色エリア像を焦点ずれなく結像することができるために、呈色エリア１１の部分的な呈色むらを検出し、正確に補正を行うことができ、液体試料中の成分濃度の高精度な測定が可能となる。

本発明はクロマトグラフィー検査装置における分析精度の向上に寄与できる。

本発明の実施の形態におけるクロマトグラフィー検査装置の構成図 本発明のクロマトグラフィー検査装置における撮像光学系の側面図 本発明のクロマトグラフィー検査装置におけるプリズムの配置図 従来のクロマトグラフィー検査装置の斜視図 従来のクロマトグラフィー検査装置の断面図

符号の説明

１ 光源
２ スリット
３ レンズ
４ 照明光学系
５ クロマトグラフィー試験片
８ 照明光学系開口板
９ コンデンサレンズ
１０ イルミネータレンズ
１１ 呈色エリア
１２ プリズム
１３ 集光レンズ
１４ 結像レンズ
１５ 撮像光学系開口板
１６ 撮像素子
１７ 撮像光学系
θ 呈色エリア１１に対する撮像光学系１７の傾斜角

Claims (6)

1. 光源から照射された光束を照明光学系を介してクロマトグラフィー試験片に均一に照射し、前記クロマトグラフィー試験片に対して傾斜角を有する様に配置された撮像光学系によって前記クロマトグラフィー試験片からの散乱反射光を撮像素子で読み取るクロマトグラフィー検査装置であって、
   撮像光学系は、
   撮像素子に結像するための結像手段と、
   前記結像手段の入射側に配設され前記クロマトグラフィー試験片からの散乱反射光束を変換するプリズムと
   を備えたクロマトグラフィー検査装置。
2. 前記クロマトグラフィー試験片における撮像エリアの形状が矩形形状または円形形状である
   請求項１に記載のクロマトグラフィー検査装置。
3. 前記プリズムの出射面を通過して前記結像手段に向かう光束中心と前記プリズムの出射面とが直交するように、前記プリズムのくさび角度および配置回転角度を設定した
   請求項１に記載のクロマトグラフィー検査装置。
4. 前記結像手段は、複数のレンズで構成されるテレセントリックレンズを備えている
   請求項１に記載のクロマトグラフィー検査装置。
5. 前記結像手段は、前記テレセントリックレンズと前記撮像素子の間に、開口板を設けた
   請求項４に記載のクロマトグラフィー検査装置。
6. 前記開口板の開口窓形状が、前記撮像光学系の前記クロマトグラフィー試験片に対する傾斜角に応じた傾斜方向への長楕円形状である
   請求項５に記載のクロマトグラフィー検査装置。

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