JP2019100869A - 検体検査装置および液面検出センサ - Google Patents

検体検査装置および液面検出センサ Download PDF

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剛志 増田
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Abstract

【課題】発光部、流路、受光部などの部品相互間の取り付け誤差に対するロバスト性を向上させ、流路内の泡やメニスカスの影響を受け難くし、組み立てが容易で、生産性の高い、検体検査装置を提供する。【解決手段】第1の面180−1Aは発光部が照射した光を反射する。流路120は第1の面180−1Aで反射した光の光路内で液体を流通させる。第2の面180−2は流路120を透過した光を反射する。受光部は第2の面180−2で反射した光を受光する。発光部および受光部は基板140に配置され、第1の面180−1A、流路120および第2の面180−2は光路部材130−1に一体的に形成され、基板140は光路部材130−1が形成された筐体110に取り付けられる。【選択図】図1

Description

本発明は、血液などの検体を検査する検体検査装置およびその検体の液面を検出する液面検出センサに関する。
検体検査装置の1つである血球計数機では、長尺の流路に沿って間隔を開けた2つの液面検出センサ間の流路内の液体の容量分の血球成分を検知部にて測定する。液面検出センサの液面検出精度は、血球成分の測定精度に大きな影響を与える。
液面検出センサとしては、たとえば、特許文献1に開示されているチューブ用液体センサを挙げることができる。このチューブ用液体センサは、流路となるチューブを挟むように、発光素子と受光素子とを配置し、また、発光素子とチューブとの間に、チューブの中心から外れた位置に光を照射させるためのスリットを設けている。
このチューブ用液体センサは、スリットを通過した光をチューブの側面に照射する。チューブ内に液体があれば受光素子で光が受光され、チューブ内に液体がなければ、受光素子で光が受光されない。このチューブ用液体センサは、受光素子に光が受光されるか受光されないかによって液体の有無を検出する。
特許3741509号明細書(図3および図4参照)
特許文献1に開示されているチューブ用液体センサでは、チューブを挟むように、発光素子と受光素子とを配置している。このような配置の場合、液面の検出感度は敏感になり、チューブ、発光素子、スリット、受光素子のそれぞれの間の取り付け誤差は、液面の検出精度に大きな影響を与える。
また、検出感度が敏感であると、チューブ内の泡やメニスカスの影響を受け易くなる。このため、泡やメニスカスによって、液面の有無の誤検出を生じることがある。さらに、液面の検出精度の悪化を避けるためには、チューブ、発光素子、スリット、受光素子、それぞれを高精度に位置決めしなければならない。このため、組み立ての難易度は高くなり、生産性は低下する。
本発明は、このような従来の技術の問題点を解消するために成されたものであり、流路、発光素子、受光素子などの部品相互間の取り付け誤差に対するロバスト性を向上させ、流路内の泡やメニスカスの影響を受け難くし、組み立てが容易で、生産性の高い、検体検査装置および液面検出センサの提供をする。
本発明に係る検体検査装置の一実施形態は、発光部、第1の面、流路、第2の面および受光部を有する。発光部は光を照射する。第1の面は発光部が照射した光を反射する。流路は第1の面で反射した光の光路内で液体を流通させる。第2の面は流路を透過した光を反射する。受光部は第2の面で反射した光を受光する。発光部および受光部は基板に配置され、第1の面、流路および第2の面は光路部材に一体的に形成され、基板は光路部材が形成された筐体に取り付けられる。
本発明に係る液面検出センサの他の実施形態は、発光部、第1の面、第2の面および受光部を有する。発光部は光を照射する。第1の面は発光部が照射した光を反射する。第2の面は第1の面で反射し液体を流通させる流路を透過した光を反射する。受光部は第2の面で反射した光を受光する。
本発明に係る検体検査装置および液面検出センサによれば、発光部、流路、受光部などの部品相互間の取り付け誤差に対するロバスト性が向上する。このため、組み立てが容易になり、量産時の生産性が向上する。また、流路内の泡やメニスカスの影響を受け難くなり、液面の検出精度が向上する。
本実施形態に係る検体検査装置を流路側から見た斜視図である。 本実施形態に係る検体検査装置を基板側から見た斜視図である。 本実施形態に係る検体検査装置の光路部材の断面図である。 本実施形態に係る検体検査装置の液面検出センサの液無し時の動作説明図である。 本実施形態に係る検体検査装置の液面検出センサの液無し時の動作説明図である。 本実施形態に係る検体検査装置の液面検出センサの液有り時の動作説明図である。 本実施形態に係る検体検査装置の液面検出センサの液有り時の動作説明図である。 本実施形態に係る検体検査装置および液面検出センサのロバスト性の向上の説明図である。 本実施形態に係る検体検査装置および液面検出センサのロバスト性の向上の説明図である。
以下に、本発明に係る検体検査装置および液面検出センサの実施形態について、図面を参照しながら説明する。
[検体検査装置の構成]
図1は、本実施形態に係る検体検査装置を流路側から見た斜視図である。図2は、本実施形態に係る検体検査装置を基板側から見た斜視図である。
図1に示すように、検体検査装置100は筐体110を備える。筐体110の中央部には検体である血液などの液体を流通させる流路120を備える。流路120は図示上下方向に延びる円筒状の部材である。本実施形態では、流路120を円筒状としているが、流路120は円筒に限らず、たとえば四角形、多角形などの断面形状を有する筒状であっても良い。
また、筐体110は流路120を横切る光路部材130−1、130−2を備える。光路部材130−1と光路部材130−2とは、流路120の長手方向に間隔を置いて設けてある。
流路120、光路部材130−1、130−2は、筐体110の成形時に一体的に形成される。なお、光路部材130−1、130−2は、光を減衰させずに透過させたり、反射させたりする必要があるので、筐体110に用いる材料は、本発明のセンサに使用される光源の波長に対して、透過率が高く屈折率の高い樹脂、プラスチック、ガラスなどを用いる。
筐体110は、図2に示す基板140を筐体110に取り付けるための取付孔150A、150B、150C、150Dを有する。基板140は筐体110に取付孔150A、150B、150C、150Dを介してネジ160A、160B、160C、160Dによって取り付けられる。
基板140は、光路部材130−1と対峙する位置に発光部170−1A、受光部170−1Bを備え、また、光路部材130−2と対峙する位置に発光部170−2A、受光部170−2Bを備える。このように、発光部170−1A、170−2Aおよび受光部170−1B、170−2Bは同一の基板140に配置される。したがって、発光部170−1A、170−2Aおよび受光部170−1B、170−2B相互間の位置誤差は基板140の設計時および製造時の誤差に依存する。設計時および製造時のこれらの誤差は無視できる程度の微小な誤差であるので、組み付け時の誤差は無関係となる。本実施形態では、発光部170−1A、170−2Aとして発光ダイオード(LED)を用いている。LEDから照射される光には指向性の広狭がある。本実施形態で用いるLEDは光の指向性の広狭にこだわる必要はないが、光路部材130−1、130−2へと入射する光の光量が増加することにより、受光部170−1A、170−1Bで受光される光も増加し、光の検出感度が向上するものとなるため、砲弾型のLED等、指向性の高い光源がより好ましい。なお、発光部170−1A、170−2Aとしてレーザーダイオード(LD)を用いても良い。また、本実施形態では、受光部170−1B、170−2Bとしてフォトダイオードを用いている。なお、受光部170−1B、170−2Bとして、フォトトランジスタ、フォトコンダクタ等の半導体素子を用いても良い。
発光部170−1Aは光路部材130−1に向けて光を照射し、発光部170−2Aは光路部材130−2に向けて光を照射する。受光部170−1Bは光路部材130−1からの光を受光し、受光部170−2Bは光路部材130−2からの光を受光する。このように、流路120の長手方向に間隔を置いて2か所の光路部材130−1、130−2を設けることによって、流路120の2か所で液面が検出できる。
光路部材130−1は、発光部170−1Aが照射した光を反射する第1の面180−1Aと、第1の面180−1Aによって反射され流路120を透過した光を反射する第2の面180−1Bと、を有する。また、光路部材130−2は、発光部170−2Aが照射した光を反射する第1の面180−2Aと、第1の面180−2Aによって反射され流路120を透過した光を反射する第2の面180−2Bと、を有する。第1の面180−1A、180−2Aの傾斜角度は、発光部170−1A、170−2Aから照射された光、流路120を透過した光が、それぞれ全反射されるような角度としてある。
図3は、本実施形態に係る検体検査装置100の光路部材130−1の断面図である。光路部材130−1は、第1の面180−1Aと第2の面180−1Bとを有する。第1の面180−1Aと第2の面180−1Bとの間には、血液などの液体を流通させる流路120が設けられている。第1の面180−1Aと第2の面180−1Bとは流路120を挟んで対向するように設けられている。第1の面180−1A、流路120および第2の面180−1Bは一体的に形成される。したがって、第1の面180−1A、流路120、第2の面180−1B相互間の位置誤差は光路部材130−1の設計時および製造時の誤差に依存する。設計時および製造時のこれらの誤差は無視できる程度の微小な誤差であるので、組み付け時の誤差は無関係となる。
第1の面180−1Aは、図2に示す発光部170−1Aが照射した光を反射する。流路120は第1の面180−1Aで反射した光の光路内で液体を流通させる。第2の面180−1Bは流路120を透過した光を図2に示す受光部170−1Bに向けて反射する。
光路部材130−1は、第2の面180−1Bと図2に示す受光部170−1Bとの間に、第2の面180−1Bで反射した光を受光部170−1B(図2参照)に集光させる集光レンズ190を備える。集光レンズ190を設けると光の検出感度が向上する。集光レンズ190は、第1の面180−1A、流路120、第2の面180−1Bが形成されている光路部材130−1に一体的に形成される。したがって、第2の面180−1Bと集光レンズ190との位置誤差も設計時および製造時の誤差に依存する。
なお、以上では光路部材130−1の構成について説明したが、光路部材130−2の構成も光路部材130−1の構成と同一である。
[検体検査装置の動作]
次に、図1から図5Bを参照して本実施形態に係る検体検査装置100の動作について説明する。
検体検査装置100は、光路部材130−1と光路部材130−2との間に存在する流路120内の液体の容量分の血球成分を計測するために用いる。この計測をするため、液体の液面を光路部材130−2に対して設けた受光部170−2B(図2参照)によって検出し、次に、液体の液面を光路部材130−1に対して設けた受光部170−1B(図2参照)によって検出する。
図4Aおよび図4Bは、本実施形態に係る検体検査装置100の液面検出センサの液無し時の動作説明図である。なお、検体検査装置100の液面検出センサ200は、発光部170−1A、光路部材130−1の第1の面180−1A、光路部材130−1の第2の面180−1B、受光部170−1Bによって構成される。
図4Aに示すように、発光部170−1Aは、光路部材130−1の第1の面180−1Aに向けて光を照射する。第1の面180−1Aでは、照射されてきた光が第1の面180−1Aに対する入射角度に応じた反射角度で反射される。
なお、図1、図3、図4Aに示すように、流路120は第1の面180−1Aで反射した光の光路と交差して延びる円筒状の筒状部材である。また、流路120の中心軸195は、第1の面180−1Aで反射した光の光軸175と接するか、光軸175の近傍に位置している。このため、流路120の位置に設計時および製造時の誤差を含んでいたとしても、その誤差は無視することができ、液面の検出精度には影響を与えない。
図4Aに示すように、流路120に液体が無いときには、第1の面180−1Aで反射した光は、図示するように流路120の表面で拡散される。流路120を透過して拡散された光は、第2の面180−1Bで反射または屈折され、反射された光は集光レンズ190を介して受光部170−1Bによって受光され、第2の面180−1Bで屈折された光は光路部材130−1から出射される。
第2の面180−1Bで反射される光は、流路120の表面で拡散した光を含むため、図4Aに示すように、集光レンズ190に達しないものが多く存在する。このため、液体が無いときには、図4Bに示すように、発光部170−1Aから照射された光のごく一部しか受光部170−1Bには受光されなくなる。したがって、流路120に液体が無いときには、受光部170−1Bの受光量は大きく減少する。
図5Aおよび図5Bは、本実施形態に係る検体検査装置100の液面検出センサ200の液有り時の動作説明図である。
図5Aに示すように、発光部170−1Aは、光路部材130−1の第1の面180−1Aに向けて光を照射する。第1の面180−1Aでは、照射されてきた光が第1の面180−1Aに対する入射角度に応じた反射角度で反射される。
図5Aに示すように、流路120に液体が有るときには、第1の面180−1Aで反射した光は、図示するように流路120の表面でほぼ拡散されることなく透過する。流路120を透過した光は、第2の面180−1Bで反射され、集光レンズ190を介して受光部170−1Bによって受光される。
第2の面180−1Bで反射される光は、図5Aに示すように、ほとんどが集光レンズ190に達する。このため、図5Bに示すように、発光部170−1Aから照射された光のほぼすべてが受光部170−1Bに受光される。したがって、流路120に液体が有るときには、受光部170−1Bの受光量は大きくなる。
このように、本実施形態に係る検体検査装置100では、流路120に液体が無いときには受光部170−1Bの受光量が少なくなり、流路120に液体が有るときには受光部170−1Bの受光量が多くなる、という現象を用いて液面を検出する。このように、受光量の大小によって、液面を検出するようにすると、発光部170−1A、流路120、受光部170−1Bなどの部品相互間の取り付け誤差に対するロバスト性が向上する。このため、検体検査装置100の組み立てが容易になり、量産時の生産性が向上する。さらに、流路120内の泡やメニスカスの影響を受け難くなり、液面の検出精度が向上する。
なお、以上では光路部材130−1を参照して検体検査装置100の液面検出センサ200の動作について説明したが、光路部材130−2についても同一である。
[液面検出センサの構成]
次に、本実施形態に係る液面検出センサ200の構成について説明する。本実施形態に係る液面検出センサは、図4Aから図5Bに示した図面において、発光部170−1A、第1の面180−1A、第2の面180−1Bおよび受光部170−1Bによって構成される。
発光部170−1Aは光路部材130−1に向けて光を照射する。光路部材130−1に形成された第1の面180−1Aは、発光部170−1Aが照射した光を反射する。光路部材130−1に形成された第2の面180−1Bは、第1の面180−1Aで反射し液体を流通させる流路120を透過した光を反射する。受光部170−1Bは、第2の面180−1Bで反射した光を受光する。
発光部170−1Aおよび受光部170−1Bは同一の基板140に配置される。したがって、発光部170−1Aおよび受光部170−1B間の位置誤差は基板140の設計時および製造時の誤差に依存する。設計時および製造時のこれらの誤差は無視できる程度の微小な誤差であるので、組み付け時の誤差は無関係となる。
第1の面180−1A、第2の面180−1Bは光路部材130−1に一体的に形成される。したがって、第1の面180−1A、第2の面180−1B間の位置誤差は光路部材130−1の設計時および製造時の誤差に依存する。設計時および製造時のこれらの誤差は無視できる程度の微小な誤差であるので、組み付け時の誤差は無関係となる。
光路部材130−1は、第2の面180−1Bと受光部170−1Bとの間に、第2の面180−1Bで反射した光を受光部170−1Bに集光させる集光レンズ190を備える。集光レンズ190を設けると光の検出感度が向上する。集光レンズ190は、第1の面180−1A、流路120、第2の面180−1Bが形成されている光路部材130−1に一体的に形成されている。したがって、第2の面180−1Bと集光レンズ190との位置誤差も設計時および製造時の誤差に依存する。
第1の面180−1Aと第2の面180−1Bとは流路120を挟んで対向するように設けられている。
以上のように構成された本実施形態に係る液面検出センサ200によれば、発光部170−1A、流路120、受光部170−1Bなどの部品相互間の取り付け誤差に対するロバスト性が向上する。このため、液面検出センサ200の組み立てが容易になり、量産時の生産性が向上する。また、流路内の泡やメニスカスの影響を受け難くなり、液面の検出精度が向上する。なお、本実施形態に係る液面検出センサ200の各構成部品は、以上に記した検体検査装置100の各構成部品と同一である。
[液面検出センサの動作]
次に、本実施形態に係る液面検出センサ200の動作について説明する。液面検出センサ200の動作は、図4A〜図5Bで説明した検体検査装置100が備える液面検出センサ200と同一である。
[ロバスト性の向上について]
次に、本実施形態に係る検体検査装置100および液面検出センサ200のロバスト性の向上について説明する。図6Aおよび図6Bは、本実施形態に係る検体検査装置100および液面検出センサ200のロバスト性の向上の説明図である。
以上に記したように、光路部材130−1において、第1の面180−1A、流路120および第2の面180−1Bは一体的に形成されている。したがって、第1の面180−1A、流路120、第2の面180−1B相互間の位置誤差は光路部材130−1の設計時および製造時の誤差に依存する。設計時および製造時のこれらの誤差は無視できる程度の微小な誤差であるので、組み付け時の誤差には無関係となる。
また、集光レンズ190も光路部材130−1に一体的に形成されている。したがって、第2の面180−1Bと集光レンズ190との位置誤差も設計時および製造時の誤差に依存する。この誤差は無視できる程度の微小な誤差であるので、組み付け時の誤差には無関係となる。
さらに、発光部170−1Aおよび受光部170−1Bは同一の基板140に配置されている。したがって、発光部170−1Aおよび受光部170−1B相互間の位置誤差は基板140の設計時および製造時の誤差に依存する。設計時および製造時のこれらの誤差は無視できる程度の微小な誤差であるので、組み付け時の誤差は無関係となる。
検体検査装置100および液面検出センサ200の製造時には、筐体110(図1および図2参照)に基板140が取り付けられる。このときにのみ組み付け誤差が発生する。組み付け誤差は、図6Aに示すように、光路部材130−1と基板140との図示上下方向の相対的な位置誤差と、図6Bに示すように、光路部材130−1と基板140との図示左右方向の相対的な位置誤差が考えられる。図示上下方向と左右方向の複合的な位置誤差も考えられるが、複雑になるので、単純な上下左右方向の位置誤差のみを考える。
図1および図2に示したように、基板140は筐体110にネジを用いて取り付けられる。このときに、たとえば図6Aに示すように、発光部170−1Aおよび受光部170−1Bが光路部材130−1に対して上下方向に1mm程度ずれて取り付けられたとする。
この場合には、発光部170−1Aと光路部材130−1の第1の面180−1Aとの間の距離、光路部材130−1の第2の面180−1Bと受光部170−1Bとの距離は変化する。しかし、発光部170−1A、第1の面180−1A、第2の面180−1B、受光部170−1Bを結ぶ光路に、受光部170−1Bの受光量が大きく変化するような変化は生じない。
次に、たとえば図6Bに示すように、発光部170−1Aおよび受光部170−1Bが光路部材130−1に対して左右方向に1mm程度ずれて取り付けられたとする。
この場合には、発光部170−1A、第1の面180−1A、第2の面180−1B、受光部170−1Bを結ぶ光路が基板140と光路部材130−1とがずれた分だけ左右方向に平行移動する。しかし、流路120を透過する光は、第1の面180−1Aで反射された光であるので、相当大きなずれでない限り、受光部170−1Bの受光量が大きく変化するような変化は生じない。
基板140を筐体110にネジ160A〜160Dを用いて取り付ける際、ネジ止めの位置決め穴165A〜165Dを基板140に設けても良い。ネジ止めの位置決め穴165A〜165Dは、図2に示すように基板140の発光部170−1A、170−2Aと受光部170−1B、170−2Bに隣接して形成される。具体的には、位置決め穴165A、発光部170−1A、受光部170−1B、位置決め穴165Cが一直線上に配置されるように形成され、位置決め穴165B、発光部170−2A、受光部170−2B、位置決め穴165Dが一直線上に配置されるように形成される。このようにすることで、基板140の筐体110への取り付け時に大きなずれを防ぐことができる。
このように、本実施形態に係る検体検査装置100および液面検出センサ200では、受光部170−1Bが受光する中心光と周囲光との差分で液有りと液無しとを判断していると言える。このため、ロバスト性は格段に向上し、流路内の泡やメニスカスの影響を受け難く、組み立てが容易で、生産性の高い、検体検査装置および液面検出センサを提供できる。
100 検体検査装置、
110 筐体、
120 流路、
130−1、130-2 光路部材、
140 基板、
150A〜150D 取付孔、
160A〜160D ネジ、
165A〜165D 位置決め穴、
170−1A、170−2A 発光部、
170−1B、170−2B 受光部、
175 第1の面で反射した光の光軸、
180−1A、180−2A 第1の面、
180−1B、180−2B 第2の面、
190 集光レンズ、
195 流路の中心軸、
200 液面検出センサ。

Claims (13)

  1. 光を照射する発光部と、
    前記発光部が照射した前記光を反射する第1の面と、
    前記第1の面で反射した前記光の光路内で液体を流通させる流路と、
    前記流路を透過した前記光を反射する第2の面と、
    前記第2の面で反射した前記光を受光する受光部と、を有し、
    前記発光部および前記受光部は基板に配置され、
    前記第1の面、前記流路および前記第2の面は光路部材に一体的に形成され、
    前記基板は前記光路部材が形成された筐体に取り付けられる、検体検査装置。
  2. 前記発光部および、前記受光部は同一の基板に配置されている、請求項1に記載の検体検査装置。
  3. 前記流路は、前記第1の面で反射した前記光の光路と交差して延びる筒状部材である、請求項1に記載の検体検査装置。
  4. 前記流路の中心軸は、前記第1の面で反射した前記光の光軸と接するか、前記光軸の近傍に位置する、請求項1に記載の検体検査装置。
  5. 前記発光部、前記第1の面、前記第2の面、前記受光部は、前記流路の長手方向に間隔を置いて複数設けられている、請求項1に記載の検体検査装置。
  6. 前記第2の面と前記受光部との間に、前記第2の面で反射した前記光を前記受光部に集光させる集光レンズを備える、請求項1に記載の検体検査装置。
  7. 前記集光レンズは、前記第1の面、前記流路、前記第2の面が形成されている前記光路部材に一体的に形成されている、請求項6に記載の検体検査装置。
  8. 前記第1の面と前記第2の面とは前記流路を挟んで対向するように設けられている、請求項1に記載の検体検査装置。
  9. 光を照射する発光部と、
    前記発光部が照射した前記光を反射する第1の面と、
    前記第1の面で反射し液体を流通させる流路を透過した前記光を反射する第2の面と、
    前記第2の面で反射した前記光を受光する受光部と、
    を有する液面検出センサ。
  10. 前記発光部、前記受光部は同一の基板に配置され、
    前記第1の面、前記第2の面は同一の光路部材に一体的に形成されている、請求項9に記載の液面検出センサ。
  11. 前記第2の面と前記受光部との間に、前記第2の面で反射した前記光を前記受光部に集光させる集光レンズを備える、請求項9に記載の液面検出センサ。
  12. 前記集光レンズは、前記第1の面、前記第2の面が形成されている光路部材に一体的に形成されている、請求項11に記載の液面検出センサ。
  13. 前記第1の面と前記第2の面とは前記流路を挟んで対向するように設けられている、請求項9に記載の液面検出センサ。
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