JP2018105739A - 自動分析装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】測定に使用される各波長の光に関して、光軸及び光量分布の違いを小さくすることが可能な自動分析装置を提供する。
【解決手段】自動分析装置は、中心波長が３４０ｎｍ以下の光を発生する光源と、前記光源の光によって励起されて発光し、前記光源の透過光と合わせて波長３４０ｎｍ〜８００ｎｍの光を発生する蛍光体と、集光レンズと、少なくとも１つのスリットと、試料と試薬とが混合した反応溶液を保持し、前記光源からの光と前記蛍光体からの光が入射する反応セルと、前記反応セルを透過した光を検出する検出器とを備え、前記光源と前記蛍光体と前記集光レンズと前記スリットが、光軸と一致する直線に沿って配置されており、前記スリットの開口部の幅は、前記スリットの位置における前記光源の像を作る光線の幅以下である。
【選択図】図２

Description

本発明は、自動分析装置に関する。
特許文献１には、試料に含まれる成分量を分析する自動分析装置が記載されている。例えば、自動分析装置は、光源からの光を、試料、又は試料と試薬とが混合した反応溶液に照射し、試料又は反応溶液を通過した単一又は複数の測定波長の透過光量を受光素子で測定する。そして、自動分析装置は、測定された光量から吸光度を算出し、吸光度と濃度の関係から成分量を求める。自動分析装置では、多数の検査項目に対応するため、複数の測定波長を必要とする。また、高精度の測定を実現するために、全ての波長において一定以上の光量を安定して測定できることが必要である。
測定対象とする成分毎に使用する光の波長は異なるが、その範囲は３４０ｎｍ〜８００ｎｍである。従来では、光源として、比較的光量が得られ、発光スペクトルが広いハロゲンランプが用いられてきた。しかし、ハロゲンランプの寿命は短く（約１０００時間）、交換頻度が多くなる。また、ハロゲンランプは、その光量が安定するまでに３０分程度かかることから、ユーザビリティを低下させていた。
ハロゲンランプの代替光源として、分析に用いる波長に対応した単一波長のＬＥＤを複数用いた構成が挙げられる。特許文献２には、紫外ＬＥＤを含む複数のＬＥＤからの光を同一軸に照射する光源構成が記載されている。
また、特許文献３〜５には、ハロゲンランプ等の白色光源からの光と紫外ＬＥＤからの紫外光をフィルタ等で合波する構成が記載されている。ハロゲンランプは、紫外光、特に自動分析装置においては重要度の高い３４０ｎｍ近傍の光量が少ないため、紫外光の波長の光がフィルタ等で合波される。
米国特許第４４５１４３３号明細書 国際公開２０１０／０１２２０３号 特開２００８−００２８４９号公報 特許第５２６０９０３号 特開２０１６−０４０５２８号公報
測定対象に応じて用いる試薬が異なり、試薬に応じて用いる光の波長が異なる。測定法として、二波長測定法と呼ばれる、２つの波長の光を同時に測定することで測定対象の濃度を精度よく定量する手法がある。このような測定法においては、各波長の光は反応溶液に対して、光軸と光量分布が一致していることが前提となり、それらが一致していない場合には、二波長測定法の本来の効果が得られない。例えば、光軸又は光量分布が一致していない２つの波長の光を用いて二波長測定法を行った場合、それらが一致している場合と比べて、気泡などの外乱の影響を受けやすく、精度又は確度が低下する。
特許文献２〜５の光源をハロゲンランプの代替として用いて二波長測定法を実施しようとした場合、反応溶液に対して、複数の光源からの光の光軸及び光量分布の違いが大きくなり、精度又は確度が低下する可能性がある。特許文献２〜５の技術において、複数の光源からの光の光軸及び光量分布の違いを小さくするのは困難が伴うという課題があった。
そこで、本発明は、測定に使用される各波長の光に関して、光軸及び光量分布の違いを小さくすることが可能な自動分析装置を提供する。
例えば、上記課題を解決するために、特許請求の範囲に記載の構成を採用する。本願は上記課題を解決する手段を複数含んでいるが、その一例をあげるならば、中心波長が３４０ｎｍ以下の光を発生する光源と、前記光源の光によって励起されて発光し、前記光源の透過光と合わせて波長３４０ｎｍ〜８００ｎｍの光を発生する蛍光体と、集光レンズと、少なくとも１つのスリットと、試料と試薬とが混合した反応溶液を保持し、前記光源からの光と前記蛍光体からの光が入射する反応セルと、前記反応セルを透過した光を検出する検出器とを備え、前記光源と前記蛍光体と前記集光レンズと前記スリットが、光軸と一致する直線に沿って配置されており、前記スリットの開口部の幅は、前記スリットの位置における前記光源の像を作る光線の幅以下である、自動分析装置が提供される。
本発明によれば、測定に使用される各波長の光に関して、光軸及び光量分布の違いを小さくすることができる。本発明に関連する更なる特徴は、本明細書の記述、添付図面から明らかになるものである。また、上記した以外の、課題、構成及び効果は、以下の実施例の説明により明らかにされる。
実施例１に係る自動分析装置の全体構成例を示す模式図である。 実施例１に係る自動分析装置の吸光度測定部の構成例を示す模式図である。 実施例１に係る紫外ＬＥＤ光源と蛍光体の構成例を示す図である。 実施例１に係る紫外ＬＥＤ光源及び蛍光体からの光のスペクトルを示す図である。 スリットの開口部の幅を求めるための光路図の一例である。 実施例１に係る紫外ＬＥＤのパッケージ下面を冷却及び恒温化する構成例を示す模式図である。 実施例２に係る紫外ＬＥＤ光源と蛍光体の構成例を示す図である。 実施例３に係る紫外ＬＥＤ光源と蛍光体の構成例を示す図である。 実施例４に係る紫外ＬＥＤ光源と蛍光体の構成例を示す図である。
以下、添付図面を参照して本発明の実施例について説明する。添付図面は本発明の原理に則った具体的な実施例を示しているが、これらは本発明の理解のためのものであり、決して本発明を限定的に解釈するために用いられるものではない。
以下の実施例は、試料に含まれる成分量を分析する分析装置に関わり、例えば血液又は尿に含まれる成分量を分析する自動分析装置に関する。以下では、複数の光源を用いながらも、それらの光軸と光量分布の違いを小さくすることが可能な光源構成を備える自動分析装置を開示する。
［実施例１］
図１は、実施例１に係る自動分析装置の全体構成例を示す。本実施例に係る自動分析装置は、３種類のディスクと、これら３種類のディスク間で試料（サンプル）及び試薬を移動させる分注機構と、ディスクの駆動部及び分注機構を制御する制御回路１１６と、試料と試薬とが混合した反応溶液を透過した単一又は複数の測定波長の光量を測定する測定部（吸光光度計）１１３と、測定部１１３によって測定された光量から吸光度を測定する光量測定回路１１７と、光量測定回路１１７で測定されたデータを処理するデータ処理部１１８と、データ処理部１１８とのインタフェースである入力部１２１及び出力部１２２とを備える。３種類のディスクは、サンプルディスク１０３、試薬ディスク１０６、及び反応ディスク１０９である。また、分注機構は、サンプル分注機構１１０及び試薬分注機構１１１を備える。
データ処理部１１８は、メモリ１１９と、解析部１２０とを備える。メモリ１１９には、制御データ、測定データ、データ解析に用いるデータ、及び、解析結果データ等が格納される。データ処理部１１８は、コンピュータを用いて実現されてもよい。コンピュータは、ＣＰＵ（Central Processing Unit）などのプロセッサと、メモリ１１９とを少なくとも備える。解析部１２０の処理は、それらの処理に対応するプログラムコードがメモリ１１９に格納され、プロセッサが各プログラムコードを実行することによって実現されてもよい。
入力部１２１及び出力部１２２は、メモリ１１９との間でデータを入出力する。図１の例では、入力部１２１がキーボードの場合を表しているが、タッチパネル、テンキー等の他の入力装置でもよい。出力部１２２は、ユーザが解析結果を確認するための装置であり、例えば、ディスプレイなどである。
サンプルディスク１０３の円周上には、サンプル１０１の収容容器として、複数のサンプルカップ１０２が配置される。サンプル１０１は、例えば、血液である。試薬ディスク１０６の円周上には、試薬１０４の収容容器として、複数の試薬ボトル１０５が配置される。反応ディスク１０９の円周上には、サンプル１０１と試薬１０４を混合させた反応溶液１０７の収容容器として、複数の反応セル１０８が配置される。
サンプル分注機構１１０は、サンプルカップ１０２から反応セル１０８にサンプル１０１を一定量移動させる機構である。サンプル分注機構１１０は、例えば、溶液を吐出又は吸引するノズルと、ノズルを移動させて所定位置に位置決めするロボットと、溶液をノズルから吐出又はノズルに吸引するポンプとを備える。
試薬分注機構１１１は、試薬ボトル１０５から反応セル１０８に試薬１０４を一定量移動させる機構である。試薬分注機構１１１は、例えば、溶液を吐出又は吸引するノズルと、ノズルを移動させて所定位置に位置決めするロボットと、溶液をノズルから吐出又はノズルに吸引するポンプとを備える。
攪拌部１１２は、反応セル１０８内で、サンプル１０１と試薬１０４を攪拌し、混合させる機構である。洗浄部１１４は、分析処理が終了した反応セル１０８から反応溶液１０７を排出し、その後、反応セル１０８を洗浄する機構である。なお、反応セル１０８の洗浄終了後、サンプル分注機構１１０は、次のサンプル１０１を洗浄後の反応セル１０８に分注し、試薬分注機構１１１は、新しい試薬１０４をその反応セル１０８に分注する。このように、洗浄後の反応セル１０８は、別の反応処理に使用される。
反応ディスク１０９において、反応セル１０８は、温度及び流量が制御された恒温槽内の恒温流体１１５に浸漬されている。このため、反応セル１０８及びその中の反応溶液１０７は、反応ディスク１０９による移動中も、その温度は一定温度に保たれる。本実施例の場合、恒温流体１１５として水を使用し、その温度は制御回路１１６により３７±０．１℃に温度調整される。勿論、恒温流体１１５として使用する媒体及び温度は一例であり、これらに限定されない。また、測定部１１３が、反応ディスク１０９の円周上の一部に配置されている。
図２は、実施例１に係る自動分析装置の測定部１１３の構成例を示す模式図である。測定部１１３は、紫外ＬＥＤ光源（発光ダイオード）２２３と、蛍光体２２４と、集光レンズ２２９と、第一のスリット２３０と、第二のスリット２３１と、分光器２３６と、検出器アレイ２３８とを備える。
紫外ＬＥＤ光源２２３は、例えば、中心波長が３４０ｎｍ以下の光を発生する光源である。蛍光体２２４は、紫外ＬＥＤ光源２２３の近傍に配置される。蛍光体２２４は、紫外ＬＥＤ光源２２３の光によって励起されて発光し、紫外ＬＥＤ光源２２３の透過光と合わせて波長３４０ｎｍ〜８００ｎｍの光を発生させる。紫外ＬＥＤ光源２２３と蛍光体２２４と集光レンズ２２９と第一のスリット２３０と第二のスリット２３１は、光軸と一致する直線に沿って配置されている。
図３は、紫外ＬＥＤ光源と蛍光体の構成を示す断面図及び上面図である。測定部１１３は、紫外ＬＥＤ光源３２３と、封止樹脂３２５と、パッケージ３２６とを含む。本例の蛍光体の形態は、蛍光体入り封止樹脂３２５である。封止樹脂３２５は、紫外ＬＥＤ光源３２３を保護する封止樹脂であり、その中に蛍光体が混合されている。本例では、紫外ＬＥＤ光源３２３と蛍光体入り封止樹脂３２５が同一のパッケージ３２６に収容されているが、紫外ＬＥＤ光源と蛍光体を含む部材が別箇の部材で構成されてもよい。例えば、紫外ＬＥＤ光源と蛍光体の寿命が異なる場合は、別々の部材で構成し、それらが個別に交換できることが好ましい。紫外ＬＥＤ光源と蛍光体を含む部材を別々の部材で構成した例については後述する。
本実施例における紫外ＬＥＤ光源３２３の発光部の大きさは１ｍｍ角である。また、蛍光体入り封止樹脂３２５の発光面の大きさは直径４ｍｍであり、パッケージ３２６の大きさは、５×５×１．２ｍｍである。樹脂材料としては、透明シリコーン樹脂又は透明フッ素樹脂を用いることができる。
図２において、紫外ＬＥＤ光源２２３から発生した光は蛍光体２２４を励起し、一部は蛍光体２２４を透過する。紫外ＬＥＤ光源の光２２７は、紫外ＬＥＤ光源２２３の端から出て集光レンズ２２９の端を通る光線として示されているが、実際には、紫外ＬＥＤ光源２２３の光２２７として記載した光線と光軸との間にも無数の光線が存在する。
本実施例では、紫外ＬＥＤ光源２２３として、中心波長３４０ｎｍ±５ｎｍ、スペクトル半値幅２５ｎｍの表面実装型ＬＥＤを用いた。励起された蛍光体２２４からの光は、その構成されている材料に固有の発光スペクトルを示す。蛍光体２２４を構成する材料は、測定に用いる波長の光が得られるように選択されればよい。
測定に用いる波長の例としては、３４０ｎｍ、３７６ｎｍ、４０５ｎｍ、４１５ｎｍ、４５０ｎｍ、４８０ｎｍ、５０５ｎｍ、５４６ｎｍ、５７０ｎｍ、６００ｎｍ、６６０ｎｍ、７００ｎｍ、７５０ｎｍ、８００ｎｍが挙げられるが、本実施例では、３４０ｎｍ、４０５ｎｍ、４５０ｎｍ、４８０ｎｍ、５０５ｎｍ、５４６ｎｍ、５７０ｎｍ、６００ｎｍ、６６０ｎｍ、７００ｎｍ、７５０ｎｍ、８００ｎｍの１２波長を測定に用いる。上記１２波長の内、３４０ｎｍ以外の波長の光は、蛍光体２２４の発光により得られる。１種の蛍光体で１１波長分の幅広い発光スペクトルを得ることはできないため、２種以上の蛍光体を用いる必要がある。本実施例では、紫色蛍光体としてＳｒ３（ＰＯ４）２：Ｅｕ、青色蛍光体としてＢａＭｇ２Ａｌ１６Ｏ２７：Ｅｕ、Ｍｎ、赤色蛍光体として３．５ＭｇＯ・０．５ＭｇＦ２・ＧｅＯ２：ＭｎとＧｄ３Ｇａ５Ｏ１２：Ｃｒを用いた。蛍光体の組み合わせはこれに限定されるものではなく、表１に示す各種発光色の蛍光体から適宜必要な種類を選ぶことで、所望の発光スペクトルを得ることができる。
Figure 2018105739
Figure 2018105739
Figure 2018105739
図４は、本実施例に係る紫外ＬＥＤ光源及び蛍光体からの光のスペクトルを示す図である。比較対象として、一般的なハロゲンランプのスペクトルと一般的な白色ＬＥＤのスペクトルを示す。縦軸は最大発光強度を１として正規化されている。一般的な白色ＬＥＤとしては、ＩｎＧａＮによる４５０ｎｍの青色光でＹＡＧ蛍光体（（Ｙａ、Ｇｄ１−ａ）３（Ａｌｂ、Ｇａ１−ｂ）５Ｏ１２：Ｃｅ）を励起するものを挙げた。本実施例による紫外ＬＥＤ光源２２３と蛍光体２２４からの発光スペクトルは、一般的な白色ＬＥＤと比較して非常に広帯域であることが分かる。また、本実施例による紫外ＬＥＤ光源２２３と蛍光体２２４からの発光スペクトルに関しては、ハロゲンランプと比較して、発光強度が大きい波長範囲と小さい波長範囲に違いがあるが、測定に必要な発光強度を上回っていれば問題ない。
図２において、紫外ＬＥＤ光源の光２２７と蛍光体の光２２８は集光レンズ２２９によって集光され、反応溶液２０７の入った反応セル２０８に照射される。ここで、蛍光体の光２２８は、後述する第一のスリット２３０が無い場合の光線を示している。また、蛍光体の光２２８は、蛍光体２２４の端から出て集光レンズ２２９の端を通る光線として示されているが、実際には蛍光体の光２２８として記載した線と光軸との間にも無数の光線が存在する。
図２において、反応セル２０８に照射される紫外ＬＥＤ光源２２３からの光と蛍光体２２４からの光の照射面内光量分布を相対的に一致させるために、集光レンズ２２９の前側焦点２４１と蛍光体２２４との間に第一のスリット２３０が配置されている。第一のスリット２３０の開口部２３２の幅は、第一のスリット２３０の位置における紫外ＬＥＤ光源２２３の像を作る光線の幅以下である。第一のスリット２３０は、紫外ＬＥＤ光源２２３の像を作る光線よりも外側にある蛍光体２２４の像を作る光線を遮断する。
また、集光レンズ２２９の後側焦点２４２と反応セル２０８との間に第二のスリット２３１が配置されている。第二のスリット２３１の開口部２３３の幅は、第二のスリット２３１の位置における紫外ＬＥＤ光源２２３の像を作る光線の幅以下である。第二のスリット２３１は、紫外ＬＥＤ光源２２３の像を作る光線よりも外側にある蛍光体２２４の像を作る光線を遮断する。
上述の構成において、第一のスリット２３０を蛍光体２２４に近づけるほど、紫外ＬＥＤ光源２２３の像を作る光線よりも外側にある蛍光体２２４の像を作る光線を遮断する効果が増し、反応セル２０８に照射される紫外ＬＥＤ光源２２３からの光と蛍光体２２４からの光の照射面内光量分布の差が小さくなる。従って、第一のスリット２３０は蛍光体２２４又は蛍光体２２４を保持する部材と一体化させてもよい。
また、第二のスリット２３１を反応セル２０８に近づけるほど、紫外ＬＥＤ光源２２３の像を作る光線よりも外側にある蛍光体２２４の像を作る光線を遮断する効果が増し、反応セル２０８に照射される紫外ＬＥＤ光源２２３からの光と蛍光体２２４からの光の照射面内光量分布の差が小さくなる。従って、第二のスリット２３１は反応セル２０８を保持する反応ディスク１０９（図１参照）の近傍に配置されるのが好ましい。
第一のスリット２３０の開口部２３２の幅及び第二のスリット２３１の２３３開口部の幅は、幾何光学から算出されても良いし、又は、測定によって求められても良い。また、上述ように、第一のスリット２３０及び第二のスリット２３１の両方が設けられるのが好ましいが、第一のスリット２３０及び第二のスリット２３１の一方のみを設ける構成でも、紫外ＬＥＤ光源２２３からの光と蛍光体２２４からの光の照射面内光量分布の差が小さくなる効果を得ることができる。
なお、上述の例では、２つのスリットを配置する構成を説明したが、この構成に限定されない。光源と反応セルとの間に２つ以上のレンズが配置される場合、各レンズの間にスリットが配置されてもよい。すなわち、２つ以上のスリットが光源と反応セルとの間に配置されてもよい。
上述のスリットの開口部の幅を幾何光学から算出する場合は、図５のような光路図を描くと、計算が容易になる。図５は、スリットの開口部の幅を求めるための光路図の一例である。
図５では、紫外ＬＥＤ光源５２３の光軸、軸上上限光線、及び軸上下限光線が実線で示されている。また、紫外ＬＥＤ光源５２３の下端と上端のそれぞれにおいて、主光線、軸外上限光線、軸外下限光線、及び、光軸に平行な光線が実線で示されている。
一方、蛍光体５２４の光軸、軸上上限光線、及び軸上下限光線が破線で示されている。また、蛍光体５２４の下端と上端のそれぞれについて、主光線、軸外上限光線、軸外下限光線、及び、光軸に平行な光線が破線で示されている。第一のスリット５３０と第二のスリット５３１が無い場合、紫外ＬＥＤ光源５２３の像５３４と蛍光体５２４の像５３５が、反応セル５０８の端のあたりに結像される。
反応セル５０８に照射される紫外ＬＥＤ光源５２３からの光と蛍光体５２４からの光の照射面内光量分布を相対的に一致させるために、第一のスリット５３０が、集光レンズ５２９の前側焦点５４１と蛍光体５２４との間に配置されている。第一のスリット５３０の開口部５３２の幅は、第一のスリット５３０の位置における紫外ＬＥＤ光源５２３の上端の軸外上限光線と紫外ＬＥＤ光源５２３の下端の軸外下限光線で形成される光線幅と同じか、又は、それよりも小さい。
また、反応セル５０８に照射される紫外ＬＥＤ光源５２３からの光と蛍光体５２４からの光の照射面内光量分布を相対的に一致させるために、第二のスリット５３１が、集光レンズ５２９の後側焦点５４２と反応セル５０８との間に配置されている。第二のスリット５３１の開口部５３３の幅は、第二のスリット５３１の位置における紫外ＬＥＤ光源５２３の下端の軸外上限光線と紫外ＬＥＤ光源５２３の上端の軸外下限光線で形成される光線幅と同じか、又は、それよりも小さい。
上述の構成によれば、紫外ＬＥＤ光源５２３の像５３４を作る光線よりも外側にある蛍光体５２４の像を作る光線が遮断され、反応セル５０８に照射される紫外ＬＥＤ光源５２３からの光と蛍光体５２４からの光の照射面内光量分布の差が小さくなる。
第一のスリット５３０と第二のスリット５３１のそれぞれが、反応セル５０８に照射される紫外ＬＥＤ光源５２３からの光と蛍光体５２４からの光の照射面内光量分布の差を小さくする効果を有するが、これら２つのスリット５３０、５３１を用いた方が効果的である。また、第一のスリット５３０が蛍光体５２４に近いほど効果的である。また、第二のスリット５３１は反応セル５０８に近いほど効果的である。
図２において、反応セル２０８を透過した光は、分光器２３６の中の回折格子２３７で分光され、多数の受光器を備える検出器アレイ２３８で受光される。検出器アレイ２３８で受光する測定波長は、上述の１２波長である。これら受光器による受光信号は、図１における光量測定回路１１７に送信される。光量測定回路１１７は、測定された光量から吸光度を測定し、吸光度のデータをデータ処理部１１８のメモリ１１９に格納する。
サンプル１０１に含まれる成分濃度の定量は、次の手順により行われる。まず、制御回路１１６は、洗浄部１１４を制御することにより、反応セル１０８を洗浄する。次に、制御回路１１６は、サンプル分注機構１１０を制御することにより、サンプルカップ１０２内のサンプル１０１を反応セル１０８に一定量分注する。次に、制御回路１１６は、試薬分注機構１１１を制御することにより、試薬ボトル１０５内の試薬１０４を反応セル１０８に一定量分注する。
各溶液の分注時、制御回路１１６は、ディスクのそれぞれに対応する駆動部を制御することにより、サンプルディスク１０３、試薬ディスク１０６、及び反応ディスク１０９を回転させる。この際、サンプルカップ１０２、試薬ボトル１０５、及び、反応セル１０８は、それぞれに対応する分注機構の駆動タイミングに応じて、所定の分注位置に位置決めされる。
続いて、制御回路１１６は、攪拌部１１２を制御することにより、反応セル１０８内に分注されたサンプル１０１と試薬１０４とを攪拌し、反応溶液１０７を生成する。反応ディスク１０９の回転により、反応溶液１０７を収容する反応セル１０８は、測定部１１３が配置された測定位置を通過する。反応セル１０８が測定位置を通過するたびに、測定部１１３が、反応溶液１０７からの透過光量を測定する。本実施例の場合、各反応セル１０８の測定時間は約１０分である。測定部１１３によって測定されたデータは、光量測定回路１１７を介して、メモリ１１９に順次格納される。メモリ１１９には、反応過程データが蓄積される。
この反応過程データの蓄積の間、制御回路１１６は、試薬分注機構１１１を制御することにより、別の試薬１０４を反応セル１０８に追加で分注してもよい。当該分注された反応セル１０８は、攪拌部１１２によって攪拌される。その後、測定部１１３によって、透過光量が一定時間測定される。これにより、一定の時間間隔で取得された反応過程データが、メモリ１１９に格納される。
波長３４０ｎｍ以下の紫外光を発生させるＬＥＤとして、化合物半導体であるＡｌＧａＮ結晶が用いられる。ＡｌＧａＮ結晶を発光層として用いた場合、紫外ＬＥＤの発光効率は、一般的な白色ＬＥＤの発光層に用いられているＩｎＧａＮ結晶の発光効率と比較して数分の一から十数分の一と低く、ＡｌＧａＮ結晶の発光層は、投入した電力の大部分が熱になるという特徴を有する。
ＬＥＤの使用温度が高いほど、及び／又は、使用時間が長いほど、半導体結晶中に欠陥が形成され、光量低下に繋がる。そのため、ＡｌＧａＮ結晶を用いたＬＥＤの寿命は、ＩｎＧａＮ結晶を用いたＬＥＤよりも短くなりやすい。市販されているＬＥＤにおいて、光量が７０％に低下する時間Ｌ７０の仕様値は、通常、パッケージ下面温度が２５℃で使用した場合で定められている。波長３４０ｎｍ以下の紫外光を発生させるＬＥＤの場合、Ｌ７０は１００００時間以上である。使用温度が上昇するとＬ７０はアレニウスモデルに従って短くなることが知られている。
従来のハロゲンランプを光源とした自動分析装置においては、ハロゲンランプを格納しているランプハウスを３７±０．１℃で冷却及び恒温化している。３７±０．１℃である理由は、反応セル及び反応溶液を３７±０．１℃に保つための恒温流体が利用されているためである。波長３４０ｎｍ以下の紫外光を発生させるＬＥＤの冷却及び恒温化をハロゲンランプと同様に恒温流体（例えば恒温槽水）で行った場合、Ｌ７０が１００００時間を下回る可能性がある。以下では、これを回避するための構成を説明する。
図６は、紫外ＬＥＤのパッケージ下面を冷却及び恒温化するための構成を示す図である。以下では、図面に示す通り、光の出射側を「出射側」と称し、その反対側を「背面側」と称する。本実施例では、紫外ＬＥＤ６２３のパッケージ６２６の背面側の面６３９にプリント基板６４０が配置され、プリント基板６４０を介して恒温部（例えばペルチェ素子）６４１が配置されている。ペルチェ素子６４１の低温側６４２が、プリント基板６４０に接続されており、ペルチェ素子６４１の高温側６４３は、内部に流路６４４を有する熱伝導性の良い金属ブロック６４５に接続されている。なお、ペルチェ素子６４１は、図１の制御回路１１６によって制御される。
プリント基板６４０は、紫外ＬＥＤ６２３に電気を供給し、紫外ＬＥＤ６２３からの発熱をペルチェ素子６４１に伝導する役割を持つ。熱伝導率の観点から、プリント基板６４０は、アルミナのようなセラミックスを基材とするものや、アルミニウム又は銅のような金属を基材とするものによって構成されることが好ましい。
金属ブロック６４５内の流路６４４には、３７±０．１℃の恒温流体６１５が流される。これにより、ペルチェ素子６４１の高温側６４３が冷却され、紫外ＬＥＤ６２３のパッケージ６２６の背面側の面６３９が２５±０．１℃に冷却及び恒温化される。この構成によれば、紫外ＬＥＤ６２３を約２５℃以下に冷却及び恒温化することによって、紫外ＬＥＤ６２３に関して、１００００時間以上の寿命を確保できた。
本実施例では、流路６４４はＳＵＳ管であり、金属ブロック６４５は銅製である。流路６４４及び金属ブロック６４５の構成は、上記に限定されず、耐腐食性や熱伝導性が確保できれば、他の金属、セラミックス若しくは樹脂などで構成されてもよい。
本実施例の効果について説明する。特許文献２〜５の従来の光源をハロゲンランプの代替として用いて二波長測定法を実施しようとした場合、複数の光源からの光の光軸と光量分布を反応溶液に対して一致させるのに困難が伴うという課題があった。また、上記の光軸と光量分布を一致させる難易度は、光源ユニットを構成する光源やフィルタなどの素子数が多いほど高くなる。更に、素子数が多いほど光源ユニットの体積は大きくなるという課題もある。
本実施例に係る自動分析装置は、中心波長３４０ｎｍ以下の紫外光を発生する紫外ＬＥＤ光源２２３と、紫外光によって励起されて発光し、紫外ＬＥＤ光源の紫外光と合わせて波長３４０ｎｍ〜８００ｎｍの光を発生する蛍光体２２４と、集光レンズ２２９と、第一のスリット２３０と、第二のスリット２３１と、試料と試薬とが混合した反応溶液２０７を保持し、かつ、紫外ＬＥＤ光源２２３と蛍光体２２４からの光が入射する反応セル２０８と、反応セル２０８を透過した光を検出する検出器を含む測定部１１３とを備えている。また、紫外ＬＥＤ光源２２３と蛍光体２２４と集光レンズ２２９と第一のスリット２３０と第二のスリット２３１は、光軸と一致する直線に沿って配置されている。更に、第一のスリット２３０は、集光レンズ２２９の前側焦点２４１と蛍光体２２４との間に配置されており、第二のスリット２３１は、集光レンズ２２９の後側焦点２４２と反応セル２０８との間に配置されている。各スリット２３０、２３１の開口部の幅は、そのスリット位置における紫外ＬＥＤ光源２２３の像を作る光線の幅以下に設定されている。
この構成によれば、スリット通過後の紫外光源からの光と蛍光体からの光の光軸と相対的光量分布の違いは極めて小さくなるため、紫外光源からの光と蛍光体からの光を単一光源としてみなすことができる。相対的光量分布がほぼ一致する理由は、蛍光体の光量分布は、紫外光源の像に対応する面内においては光源の光量分布に依存しており、スリットによって紫外光源の像に対応する面と同じ領域、又は、それよりも小さな領域を切り出しているためである。単一光源とみなせるため、二波長測定法においてもハロゲンランプと同等の測定精度及び確度を得ることができる。また、合波のための光学系が不要となるため、光源ユニットの大きさを従来のハロゲンランプや複数の光源を合波した光源ユニットよりも小さくできる。
［実施例２］
本実施例では、紫外ＬＥＤ光源と蛍光体を含む部材を別々の部材にする構成を説明する。図７は、実施例２に係る紫外ＬＥＤ光源と蛍光体の構成例を示す図である。
測定部１１３は、紫外ＬＥＤ光源７２３と、封止樹脂７４６と、パッケージ７２６と、蛍光体を含む部材７４７と、保持部材７４８と含む。紫外ＬＥＤ光源７２３がパッケージ７２６に収容されている。紫外ＬＥＤ光源７２３は、蛍光体を含まない封止樹脂７４６で封止されている。パッケージ７２６と分離した部材７４７が、紫外ＬＥＤ光源７２３の光が照射される光軸上に保持部材７４８を用いて配置されている。
保持部材７４８は、パッケージ９２６の側面を保持する第１保持部７４８ａと、部材７４７の端部を保持する第２保持部７４８ｂとを備える。この構成によれば、紫外ＬＥＤ光源７２３と蛍光体を含む部材７４７とを保持部材７４８によって一体的に保持することができる。
部材７４７は、例えば、蛍光体入り樹脂、又は、蛍光体を塗布したガラスである。なお、部材７４７として使用される樹脂材料は、例えば、透明シリコーン樹脂又は透明フッ素樹脂等である。部材７４７として使用されるガラス材料は、好ましくは、石英である。好ましくは、図示のように、部材７４７は、パッケージ７２６の出射側の面７２６ａと封止樹脂７４６の出射側の面７４６ａに接するように配置される。部材７４７は、保持部材７４８から取外し及び交換ができるように構成されている。それ以外の自動分析装置の構成は実施例１と同様である。
実施例２の構成によれば、紫外ＬＥＤ光源７２３と蛍光体を含む部材７４７とが、保持部材７４８から別々に分離可能に構成されている。例えば、蛍光体を含む部材７４７のみを保持部材７４８から取り外して交換することができる。特に、蛍光体を含む部材７４７と紫外ＬＥＤ光源７２３の寿命が異なる場合に本構成は好適である。
［実施例３］
実施例２の変形例として、蛍光体入り樹脂又は蛍光体を塗布したガラスを保持する保持部材にスリットを一体化させることができる。図８は、実施例３に係る紫外ＬＥＤ光源と蛍光体とスリットの構成例を示す図である。
紫外ＬＥＤ光源８２３がパッケージ８２６に収容されている。紫外ＬＥＤ光源８２３は、蛍光体を含まない封止樹脂８４６で封止されている。パッケージ８２６と分離した部材８４７が、紫外ＬＥＤ光源８２３の光が照射される光軸上に保持部材８４８を用いて配置されている。部材８４７は、上述と同様に、蛍光体入り樹脂、又は、蛍光体を塗布したガラスである。部材８４７は、保持部材８４８から取外し及び交換ができるように構成されている。
第一のスリット８４９は、保持部材８４８の出射側の端部８４８ａに一体的に取付けられている。第一のスリット８４９は、保持部材８４８に固定されていてもよいし、保持部材８４８から取り外し可能に構成されていてもよい。好ましくは、第一のスリット８４９は、蛍光体を含む部材８４７の出射側の面と接するように配置される。第一のスリット８４９のスリット開口部８５０の幅は、実施例１における第一のスリットの要件を満たすように定められている。
実施例３の構成によれば、第一のスリット８４９が蛍光体に近い位置に配置されているため、紫外ＬＥＤ光源８２３からの光と蛍光体を含む部材８４７からの光の照射面内光量分布の差を小さくする効果を高めることができる。
［実施例４］
本実施例では、蛍光体入り封止樹脂と第一のスリットとを保持部材によって一体的に保持する構成を説明する。図９は、実施例４に係る紫外ＬＥＤ光源と蛍光体とスリットの構成例を示す図である。
紫外ＬＥＤ光源９２３がパッケージ９２６に収容されている。紫外ＬＥＤ光源９２３は、蛍光体入り封止樹脂９２５で封止されている。第一のスリット９４９は、紫外ＬＥＤ光源９２３の光軸上に配置されている。好ましくは、第一のスリット９４９は、蛍光体入り封止樹脂９２５と接するように保持部材９５１を用いて配置される。例えば、保持部材９５１は、パッケージ９２６の側面を保持する第１保持部９５１ａと、第一のスリット９４９の端部を保持する第２保持部９５１ｂとを備える。この構成によれば、保持部材９５１は、紫外ＬＥＤ光源９２３及び蛍光体を含むパッケージ９２６と第一のスリット９４９とを一体的に保持することができる。第一のスリット９４９のスリット開口部９５０の幅は、実施例１における第一のスリットの要件を満たすように定められている。
実施例４の構成によれば、第一のスリット９４９が蛍光体に近い位置に配置されているため、紫外ＬＥＤ光源９２３からの光と封止樹脂９２５に含まれる蛍光体からの光の照射面内光量分布の差を小さくする効果を高めることができる。
［実施例５］
実施例１では３４０ｎｍ、４０５ｎｍ、４５０ｎｍ、４８０ｎｍ、５０５ｎｍ、５４６ｎｍ、５７０ｎｍ、６００ｎｍ、６６０ｎｍ、７００ｎｍ、７５０ｎｍ、８００ｎｍの１２波長を測定に用いる場合の蛍光体の組合せの例を示したが、ここでは、３４０ｎｍ、３７６ｎｍ、４１５ｎｍ、４５０ｎｍ、４８０ｎｍ、５０５ｎｍ、５４６ｎｍ、５７０ｎｍ、６００ｎｍ、６６０ｎｍ、７００ｎｍ、８００ｎｍの１２波長を測定に用いる場合の蛍光体の組合せの例を示す。
紫外蛍光体としてＳｒＢ４Ｏ７：Ｅｕ、青色蛍光体として（Ｓｒ、Ｍｇ）２Ｐ２Ｏ７：Ｅｕ、シアン蛍光体として（Ｂａ、Ｃａ、Ｍｇ、Ｓｒ）１０（ＰＯ４）６Ｃｌ２：Ｅｕ、赤色蛍光体として（Ｓｒ、Ｍｇ）３（ＰＯ４）２：ＳｎとＬｉＡｌＯ２：Ｆｅを用いたときに、上述の測定に必要な発光強度を得ることができた。蛍光体の組み合わせは、これに限定されるものではなく、表１に示す各種発光色の蛍光体から適宜必要な種類を選ぶことで、所望の発光スペクトルを得ることができる。
本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。上記実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることもできる。また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることもできる。また、各実施例の構成の一部について、他の構成を追加・削除・置換することもできる。
上記のデータ処理部の構成、機能などは、プロセッサがそれぞれの機能を実現するプログラムを解釈し、実行することによりソフトウェアで実現してもよい。各機能を実現するプログラム、ファイルなどの情報は、メモリや、ハードディスク、ＳＳＤ（Solid State Drive）などの記録装置、又は、ＩＣカード、ＳＤカード、ＤＶＤなどの記録媒体に置くことができる。また、上記の制御部の構成などは、それらの一部又は全部を、例えば集積回路で設計するなどによりハードウェアで実現してもよい。
上述の実施例において、制御線や情報線は説明上必要と考えられるものを示しており、製品上必ずしも全ての制御線や情報線を示しているとは限らない。全ての構成が相互に接続されていてもよい。
１０１ …サンプル
１０２ …サンプルカップ
１０３ …サンプルディスク
１０４ …試薬
１０５ …試薬ボトル
１０６ …試薬ディスク
１０７ …反応溶液
１０８ …反応セル
１０９ …反応ディスク
１１０ …サンプル分注機構
１１１ …試薬分注機構
１１２ …攪拌部
１１３ …測定部
１１４ …洗浄部
１１５ …恒温流体
１１６ …制御回路
１１７ …光量測定回路
１１８ …データ処理部
１１９ …メモリ
１２０ …解析部
１２１ …入力部
１２２ …出力部
２０７ …反応溶液
２０８ …反応セル
２２３ …紫外ＬＥＤ光源
２２４ …蛍光体
２２９ …集光レンズ
２３０ …第一のスリット
２３１ …第二のスリット
２３６ …分光器
２３７ …回折格子
２３８ …検出器アレイ

Claims (9)

  1. 中心波長が３４０ｎｍ以下の光を発生する光源と、前記光源の光によって励起されて発光し、前記光源の透過光と合わせて波長３４０ｎｍ〜８００ｎｍの光を発生する蛍光体と、集光レンズと、少なくとも１つのスリットと、試料と試薬とが混合した反応溶液を保持し、前記光源からの光と前記蛍光体からの光が入射する反応セルと、前記反応セルを透過した光を検出する検出器とを備え、
    前記光源と前記蛍光体と前記集光レンズと前記スリットが、光軸と一致する直線に沿って配置されており、
    前記スリットの開口部の幅は、前記スリットの位置における前記光源の像を作る光線の幅以下である、自動分析装置。
  2. 請求項１に記載の自動分析装置において、
    前記スリットは、第一のスリット及び第二のスリットを含み、
    前記第一のスリットは、前記集光レンズの前側焦点と前記蛍光体との間に配置され、前記第二のスリットは、前記集光レンズの後側焦点と前記反応セルとの間に配置されていることを特徴とする自動分析装置。
  3. 請求項１に記載の自動分析装置において、
    前記光源が、前記蛍光体を入れた樹脂によって封止されていることを特徴とする自動分析装置。
  4. 請求項３に記載の自動分析装置において、
    前記樹脂によって封止された前記光源と、前記スリットとを保持する保持部材をさらに備え、
    前記スリットが、前記樹脂に接するように配置されていることを特徴とする自動分析装置。
  5. 請求項１に記載の自動分析装置において、
    前記蛍光体を含む部材をさらに備え、
    前記蛍光体を含む前記部材は、前記蛍光体を入れた樹脂又は前記蛍光体を塗布したガラスであり、前記光源の光軸上に配置されていることを特徴とする自動分析装置。
  6. 請求項５に記載の自動分析装置において、
    前記蛍光体を含む前記部材と、前記光源とを保持する保持部材をさらに備え、
    前記蛍光体を含む前記部材と、前記光源とが、前記保持部材から別々に分離可能に構成されていることを特徴とする自動分析装置。
  7. 請求項６に記載の自動分析装置において、
    前記保持部材は、さらに前記スリットを保持し、
    前記スリットが、前記蛍光体を含む前記部材に接するように配置されていることを特徴とする自動分析装置。
  8. 請求項１に記載の自動分析装置において、
    前記光源は発光ダイオードであり、
    前記光源を２５℃以下に冷却及び恒温化する恒温部をさらに備えることを特徴とする自動分析装置。
  9. 請求項８に記載の自動分析装置において、
    前記恒温部は、ペルチェ素子を含むことを特徴とする自動分析装置。
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