JP3926171B2 - 分析装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、試料の定性・定量分析を行うための分析装置に関し、特に試料をディスク上に展開させて光学的に走査し定性・定量分析する分析装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
試料をディスク上に展開させて光学的に走査し定性・定量分析する従来の分析装置に、特開平２−２６９９３８号に記載されたものがある。この分析装置では、ディスク回転手段により回転しているディスク上に試料を滴下して、ディスク周方向に沿って区画された複数の試料展開面のそれぞれに試料を供給し、遠心力によって外周方向へ展開させる。そしてその後に、前記ディスクを回転させつつ、光学式測定ヘッドをディスク半径方向に移動させることによって各試料展開面を走査し、それより得られる情報信号から、各試料展開面に展開された試料、あるいは各試料展開面に設けられた試薬との反応状態を分析するようにしている。
【０００３】
しかしこの分析装置では、試料展開面を走査する際に、光学式測定ヘッドの光スポットの移動量を精密に制御するのが難しく、細かい分解能での分析は困難であった。この問題を解決する手段として、国際公開ＷＯ００２６６７７に、ディスク上に設けたトラック溝に光ヘッドの光スポットを追従させることにより、光スポットの移動量を精密に制御する方法が提案されている。トラック溝をＣＤ（コンパクトディスク）あるいはＤＶＤといった既存の光ディスクと同一構造とし、光学ヘッドとして従来の光ディスク互換の光ピックアップを用いることにより、従来の光ディスクと共通の構成，共通の部品を用いて製作することも提案されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記した従来の分析装置では、試料の展開状態や試料と試薬との反応状態を読み取る際に、ディスクを一定回転数（ＣＡＶ）または一定角速度（ＣＬＶ）で回転させ、ディスク上のトラック溝のランド部をトレースして読み取りを行っている。したがって、ディスクの半径方向の読み取り間隔はトラックピッチに限定され、またディスクの周方向の読み取り間隔もディスク１の回転数と読み取りのサンプリング速度で決まってしまう。そのため、トラックピッチよりも細かい解像度での分析ができない、低い分解能での分析でも高分解能時と同等の分析時間が掛かってしまう、といった問題点があった。
【０００５】
本発明は上記課題を解決するもので、解像度、検査時間とも適宜に変更できる分析装置を提供することを目的とするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、一方のディスク面が試料展開面とされ、このディスク面に沿う方向の螺旋状あるいは同心円状のトラック溝が形成されたディスクと、前記ディスクを保持し回転させるディスク回転手段と、前記ディスク回転手段に保持されたディスクの半径方向に移動自在に設けられ収束光を出射する光出射手段と、前記光出射手段から出射される収束光の焦点を前記ディスクのディスク面に合焦させるフォーカシング制御手段と、前記光出射手段から出射される収束光の焦点を前記ディスクのトラック溝に追従させるトラッキング制御手段とを備え、前記ディスクのディスク面に供給されて回転の際の遠心力によって展開された試料あるいはこの試料と反応した試薬に前記光出射手段からの収束光を照射し、その反射光もしくは透過光を受光手段で検出して前記試料を分析する分析装置において、分析に必要な解像度に応じてディスク回転手段のディスク回転数を制御するように構成したことを特徴とする。これによれば、ディスクを回転させつつ、光出射手段をディスク半径方向に移動させ、フォーカシング制御，トラッキング制御することによって、試料を位置精度よく分析できる。その際に、高い解像度での分析が必要なときはディスク回転数を低く設定し、高い解像度が要求されない分析のときはディスク回転数を高く制御することで、所望の解像度（読み取り密度）を得ることができる。
【０００７】
請求項２に記載の発明は、一方のディスク面が試料展開面とされ、このディスク面に沿う方向の螺旋状あるいは同心円状のトラック溝が形成されたディスクと、前記ディスクを保持し回転させるディスク回転手段と、前記ディスク回転手段に保持されたディスクの半径方向に移動自在に設けられ収束光を出射する光出射手段と、前記光出射手段から出射される収束光の焦点を前記ディスクのディスク面に合焦させるフォーカシング制御手段と、前記光出射手段から出射される収束光の焦点を前記ディスクのトラック溝に追従させるトラッキング制御手段とを備え、前記ディスクのディスク面に供給されて回転の際の遠心力によって展開された試料あるいはこの試料と反応した試薬に前記光出射手段からの収束光を照射し、その反射光もしくは透過光を受光手段で検出して前記試料を分析する分析装置において、光出射手段の光路中に収束光を複数に分岐させる回折格子を有し、前記回折格子で分岐されディスクのディスク面に合焦された分岐光の反射光を各々受光手段で検出することにより、トラック溝ピッチよりも細かい解像度で分析を行うように構成したことを特徴とする。
【０００８】
請求項３に記載の発明は、一方のディスク面が試料展開面とされ、このディスク面に沿う方向の螺旋状あるいは同心円状のトラック溝が形成されたディスクと、前記ディスクを保持し回転させるディスク回転手段と、前記ディスク回転手段に保持されたディスクの半径方向に移動自在に設けられ収束光を出射する光出射手段と、前記光出射手段から出射される収束光の焦点を前記ディスクのディスク面に合焦させるフォーカシング制御手段と、前記光出射手段から出射される収束光の焦点を前記ディスクのトラック溝に追従させるトラッキング制御手段とを備え、前記ディスクのディスク面に供給されて回転の際の遠心力によって展開された試料あるいはこの試料と反応した試薬に前記光出射手段からの収束光を照射し、その反射光もしくは透過光を受光手段で検出して前記試料を分析する分析装置において、トラッキング制御手段に読み取りピッチを変更するオフセットを掛けることにより、光出射手段からの収束光の焦点をトラック溝間にも配置して、トラック溝ピッチよりも細かい解像度で分析を行うように構成したことを特徴とする。
【０００９】
請求項４に記載の発明は、一方のディスク面が試料展開面とされ、このディスク面に沿う方向の螺旋状あるいは同心円状のトラック溝が形成されたディスクと、前記ディスクを保持し回転させるディスク回転手段と、前記ディスク回転手段に保持されたディスクの半径方向に移動自在に設けられ収束光を出射する光出射手段と、前記光出射手段から出射される収束光の焦点を前記ディスクのディスク面に合焦させるフォーカシング制御手段と、前記光出射手段から出射される収束光の焦点を前記ディスクのトラック溝に追従させるトラッキング制御手段とを備え、前記ディスクのディスク面に供給されて回転の際の遠心力によって展開された試料あるいはこの試料と反応した試薬に前記光出射手段からの収束光を照射し、その反射光もしくは透過光を受光手段で検出して前記試料を分析する分析装置において、光出射手段からの収束光の焦点を少なくとも１周ずつトラックジャンプさせることにより、トラック溝ピッチよりも粗い解像度で高速に分析を行うように構成したことを特徴とする。
【００１０】
請求項５に記載の発明は、請求項１〜請求項４のいずれかに記載の分析装置において、ディスクがＣＤまたはＤＶＤである光ディスクと同一形式のトラック溝を有し、光出射手段および受光手段を、前記光ディスクのための光ピックアップと互換性を有する光ピックアップに設けたことを特徴とするもので、従来の光ディスクと共通の構成，共通の部品を用いて構成可能である。
【００１１】
請求項６に記載の発明は、請求項１〜請求項５のいずれかに記載の分析装置において、トラッキング制御手段を、トラッキングエラー検出方法として３ビーム法を実施可能に構成したことを特徴とする。
【００１２】
請求項７に記載の発明は、請求項１〜請求項５のいずれかに記載の分析装置において、トラッキング制御手段を、トラッキングエラー検出方法として位相差検出法を実施可能に構成したことを特徴とする。
【００１３】
請求項８に記載の発明は、請求項１〜請求項５のいずれかに記載の分析装置において、トラッキング制御手段を、トラッキングエラー検出方法として差動プッシュプル法を実施可能に構成したことを特徴とする。
【００１４】
請求項９に記載の発明は、請求項１〜請求項８のいずれかに記載の分析装置において、試薬の塗布領域と非塗布領域とを反射光もしくは透過光を基に判断し、塗布領域に対して高解像度での分析を行い、非塗布領域に対して塗布領域よりも低解像度で高速な分析を行うように構成したことを特徴とする。
【００１５】
請求項１０に記載の発明は、請求項９記載の分析装置において、試薬の塗布領域と非塗布領域とを、反射光または透過光の光量の絶対値から判断するように構成したことを特徴とする。
【００１６】
請求項１１に記載の発明は、請求項９記載の分析装置において、試薬の塗布領域と非塗布領域とを、反射光または透過光の光量変化の振幅から判断するように構成したことを特徴とする。
【００１７】
請求項１２に記載の発明は、請求項１〜請求項８のいずれかに記載の分析装置において、ディスクのトラック溝に最適読み取り解像度に関する情報を予め記録し、その記録情報を光出射手段で読み出して解像度を決定するように構成したことを特徴とする。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
（実施の形態１）
図１は本発明の実施の形態１における分析装置の概略構成を示す斜視図である。この実施の形態１の分析装置は主に、請求項１，請求項５に記載の発明に対応する。
【００１９】
図１において、１は分析用のディスクであり、２はディスク１を回転可能に支持するディスク回転手段であり、３はディスク回転手段２に支持されたディスク１に収束光を出射する光出射手段である。光出射手段３は、送りモータ４の軸上に配置された送りねじ５に連結されていて、レール部材６に沿ってディスク１の半径方向に移動可能である。ディスク回転手段２，送りモータ４，レール部材６などが固定されたベース７は、インシュレータ８を介してフレーム９に取り付けられていて、ベース７上の各部材はインシュレータ８の作用によって装置外部からの振動が遮断もしくは軽減されるようになっている。
【００２０】
図２および図３に示すように、光出射手段３は、ディスク１に収束光を出射するレーザーダイオードなどの光出射部１０と、ディスク１からの反射光を検出し電気信号に変換するフォトダイオードなどの光検出部１１と、プリズムミラー１２，コリメーターレンズ１３，ビームスプリッター１４，シリンドリカルレンズ１５，回折格子１５ａなどの光学系とを、対物レンズ１６を組み込んだアクチュエータ１７と組み合わせたものである。アクチュエータ１７は、フォーカスサーボ、トラッキングサーボの機能を担うもので、ベース部材１８上に対物レンズ１６をアーム１９で支持し、対物レンズ１６の両側にトラッキング用コイル２０とフォーカス用コイル２１とを１対ずつ配し、その外側に永久磁石２２を配していて、各コイル２０，２１に通電された時に発生する電磁力と永久磁石２２との吸引力・反発力によって、対物レンズ１６を上下（フォーカス）方向・左右（トラッキング）方向に動かして微調節する。
【００２１】
ディスク回転手段２の駆動制御回路、光出射手段３の駆動制御回路や信号処理回路などは、図示を省略したＣＰＵ（中央制御装置）に接続されていて、このＣＰＵによって、ディスク回転手段２、光出射手段３などが予め設定されたプログラム通りに作動され、その結果が画像処理的に分析されるようになっている。
【００２２】
図４および図５に示すように、ディスク１は、ポリカーボネートなどからなるディスク基板１ａと、金，銀，アルミニウムなどからなるディスク反射膜１ｂと、紫外線硬化型樹脂などからなるディスクオーバーコート１ｃとの３層構造を有し、ディスク基板１ａに成形された凹凸形状に基づく螺旋状（あるいは同心円状）のトラック溝２４を内部に有している。
【００２３】
ディスクオーバーコート１ｃの外面は、試料を展開するための試料展開面２５として設定されており、この試料展開面２５に、試料と反応させるための試薬２６が塗布されている。試薬２６は、血液，尿等の生体試料やその他の液状試料に含まれる検査対象成分と反応して（酵素反応や免疫反応などを含む）、反応状態（化学発光、蛍光などを含む）に応じた反射光量などの光学的変化を生じ、それより検査対象成分の有無や濃度、あるいは検査対象物の数量などとして測定分析可能なものが選ばれる。血液型判定のための比色測定に使用される試薬は反応が速い試薬の一例である。この試薬２６は、試料に伴われて外周側へ流れることなく保持されるように、被塗布材料に対して親和性を有し水溶性を有さないものが望ましいが、分析内容によっては（たとえば血球数の計測）予め試料に添加されたり、不要な場合もある。試料展開面２５に適度の試料を保持するための親水処理が施されることもある。またオーバーコート１ｃは、試料展開面２５と上記した光出射部１０からの収束光の光スポットとの距離（ディスク厚み方向）を小さくするためには設けられないこともあり、その場合は、オーバーコートがないことによるディスク反射膜１ｂの劣化を防ぐために反射膜材料に金が使用される。
【００２４】
上記した分析装置における分析方法を説明する。
ディスク１をディスク回転手段２に装着し、その試料展開面２５の内周部にディスペンサ等により液状の試料２７を滴下した後、前記ディスク回転手段２によって高速で回転させる。このことにより、試料展開面２５上の試料２７が遠心力によって外周方向（図５矢印Ａ方向）に流動し、試薬２６と反応する。
【００２５】
試料２７の展開および試薬２６との反応が完了した後に、試料展開面２５の読み取りを行なう。そのためには、分析開始時、あるいは試料展開面２５の読み取りを開始する時点で、図６に示すように、解像度優先の分析モードか、速度優先の分析モードかを選択し（ステップＳ１）、解像度優先の場合はディスク１の回転数を低く設定し（ステップＳ２）、速度優先の場合はディスク１の回転数を高く設定し（ステップＳ３）、その状態でスキャンする（ステップＳ４）。
【００２６】
つまり、高い解像度が要求されるときには、ディスク１の回転数を低くすることでディスク１の周方向の読み取り密度を上げるのであり、それにより高解像度での分析が可能となる。速度優先のときには逆に、ディスク１の回転数を高くすることでディスク１の周方向の読み取り密度を下げるのであり、それにより高速で分析を行うことが可能となる。
【００２７】
具体的には、ディスク回転手段２によってディスク１を設定回転数で回転させながら、光出射手段３をディスク半径方向に一定速度で移動させ、光出射部１０からの収束光Ｐ１を試料展開面２５上の試料２７および（または）試薬２６に照射し、その反射光をビームスプリッター１４などで光検出部１１に導いて、一定のサンプリング間隔で電気信号に変換し、信号処理し、その読取り信号を画像処理的に解析する。そしてその結果から、試料２７の展開状態および（または）試薬２６との反応状態を分析する。つまり、回転に同期して各位置の試料２７および（または）試薬２６の情報を光学的に読み取り、定性・定量分析するのである。
【００２８】
このとき、光出射手段３は、収束光Ｐ１の光スポットＰ２をディスク面（すなわち試料展開面２５）に合焦させるフォーカシングサーボ機構と、ディスク１のトラック溝２４のランド部２４ａに追従させるトラッキングサーボ機構とによって、ディスク半径方向（矢印Ｔ方向）及びディスク周方向（矢印Ｆ方向）に微調整され、読み取りの位置決めを精密に行う。図７は光スポットＰ２の軌跡を示す。このため、試料２７の分析を高精度、所望の高解像度およびスピードで行なうことが可能である。
【００２９】
なお、試料２７の展開状態，試薬２６との反応状態の読み取りは、上記したように反射光を用いてもよいし、あるいは、図３に仮想線で示したように、光出射部１０とディスク１を挟んで対向する位置に別途に光検出部１１ａを配置して透過光を検出するようにしてもよい。
【００３０】
また、試料展開面２５に複数の試薬２６を塗布しておくことによって、１度の展開で複数の分析を行うことも可能である。試料展開面２５をディスク半径方向の凸条などで複数に区画しておくことによって、１度の展開で複数の試料２７を分析することも可能である。
【００３１】
また、ディスク１の外形形状やトラック溝形状を既存の光ディスク媒体、たとえばＣＤやＤＶＤと同等としておけば（図示したディスク１はＣＤのディスク構造である）、既存の光ディスク製造用のスタンパ，既存の光ディスク装置の光ピックアップ，ディスク回転手段，送り機構部分を共用することができ、検出回路や信号処理回路等もある程度の共用が可能である。したがって、共通の部品を用いて分析装置を低価格にて構成可能である。ディスク１をＤＶＤディスク（周知構造なので図示を省略するが、ＣＤよりも最短ピット長，トラックピッチとも短い）と同等とした場合には、ＣＤ用のものよりレーザを短波長化し、対物レンズの開口数を高くしたＤＶＤ用光ピックアップにて、高密度の読み取りが可能である。トラック溝は、光出射手段３によってトラッキング制御が可能であれば詳細形状には特に制約はない。たとえば従来のスタンプディスク（再生専用ディスク）のようなピット形状でもよいし、記録用ディスクのようなプリグルーブ形状でもよく、ピットあるいはウォブリングによって、アドレス情報を供給可能である。
（実施の形態２）
本発明の実施の形態２における分析装置は、高解像度の分析が必要な場合に、ディスク１のトラックピッチ（Pt）よりも細かい密度で読み取りを行えるようにしたものである。この分析装置は主に、請求項２，請求項６〜請求項８に記載の発明に対応する。
【００３２】
この分析装置では、図８に示すように、光出射手段３の光路中に、細かい溝２８ａが形成された回折格子２８が設けられていて、光出射部１０から出射する収束光Ｐ１を回折格子２８で回折して複数に分岐させ、その分岐光を対物レンズ１６を通してディスク１のトラック溝２４に照射し、各々の反射光を検出するように構成されている。
【００３３】
その際に、アクチュエータ１７のトラッキング制御機構によって、回折の影響を受けないメインビームＰ１１をトラック溝２４のランド部２４ａの中央に追従させるようにして、回折格子２８で分岐したサブビームＰ２１をランド部２４ａの中央からずれた位置に配置する。そしてそれにより、図９に示すように、メインビームＰ１１はトラック溝２４のランド部２４ａに対応するディスク面上に光スポット（焦点）Ｐ１２を結ばせ、サブビームＰ２１はトラック溝２４のグルーブ部２４ｂに対応するディスク面上に光スポットＰ２２を結ばせて、光スポットＰ１２，Ｐ２２からの反射光を光検出部１１で検出するのである。Ｐ１３，Ｐ２３はそれぞれ光スポットＰ２１，Ｐ２２の軌跡を示す。
【００３４】
このようにトラッキング制御することによって、ディスク１のトラックピッチ（Pt）よりも細かい密度で読み取りを行うことができ、高解像度の分析が可能となる。
【００３５】
この読み取り方法は、トラッキングエラー検出法として３ビーム法を実施するトラッキング制御機構をそのまま用いるものであって、回折格子２８は図３に示した回折格子１５ａと同一とすることができ、よって装置コストを上げることなく高解像度の分析を実現できる。なお３ビーム法とは、レーザ光を回折格子で信号読み取り用（メインスポットを形成）と誤差検出用２本（サイドスポットを形成）に分光してトラック溝（ピット列）に照射し、２つのサイドスポットを検出する光検出部に戻る光量の差があればトラッキング誤差があるとして、その誤差を打ち消す方向にアクチュエータを動かすものである。
【００３６】
３ビーム法に代えて、位相差検出法あるいは作動プッシュプル法を実施するトラッキング制御機構をそのまま用いても、上記と同様にしてトラック溝ピッチよりも細かい解像度で分析を行なうことができる。位相差検出法は、回折格子により光束を分岐してサイドスポットを生成し、その各々の反射光を検出してその位相差からトラッキングエラー信号を得る方式である。差動プッシュプル法は、回折格子を用いてサイドスポットを生成し、その各々の反射光から得られるプッシュプル信号によりトラッキングエラー信号を得る方式である。
（実施の形態３）
本発明の実施の形態３における分析装置は、高解像度の分析が必要な場合に、ディスク１のトラックピッチ（Pt）よりも細かい密度で読み取りを行えるようにしたものである。この分析装置は主に、請求項３に記載の発明に対応する。
【００３７】
この分析装置では、図１０に示すように、メインビームＰ１１がトラック溝２４のランド部２４ａをトレースするように、アクチュエータ１７のトラッキング制御機構によってトラッキング制御する。その際の光スポットＰ１２の軌跡はＰ１３で示す矢印のようになる。
【００３８】
ディスク１が１回転してメインビームＰ１１がトラック溝２４の１周分をトレースし終えたら、アクチュエータ１７のトラッキング制御機構にオフセットを与えることにより、メインビームＰ１１にトラック溝２４のランド部２４ａから若干ずれた位置をトレースさせる。その際の光スポットＰ１２の軌跡はＰ１４で示す矢印のようになる。
【００３９】
ディスク１がもう１回転してメインビームＰ１１がトラック溝２４の１周分をトレースし終えたら、さらにアクチュエータ１７のトラッキング制御機構にオフセットを与えることにより、メインビームＰ１１にトラック溝２４のランド部２４ａからさらにずれた位置をトレースさせる。その際の光スポットＰ１２の軌跡はＰ１５で示す矢印のようになる。
【００４０】
このとき、光スポットＰ１２の反射光を検出すると、Ｐ１３，Ｐ１４，Ｐ１５のピッチで、つまりディスク１のトラックピッチ（Pt）よりも細かい密度で読み取りを行うことになり、高解像度の分析が可能となる。
（実施の形態４）
本発明の実施の形態４における分析装置は、高解像度の分析が不要な場合に短時間で分析を行えるようにしたものである。この分析装置は請求項４に記載の発明に対応する。
【００４１】
この分析装置では、図１１に示すように、メインビームＰ１１がトラック溝２４のランド部２４ａをトレースするように、アクチュエータ１７のトラッキング制御機構によってトラッキング制御する。その際の光スポットＰ１２の軌跡はＰ１６で示す矢印のようになる。
【００４２】
ディスク１が１回転してメインビームＰ１１がトラック溝２４の１周分をトレースし終えたら、送りモータ４によって光出射手段３をディスク半径方向に移動させることにより、メインビームＰ１１のトレース位置をディスク１の外周方向にｎ本分だけトラックジャンプさせる。ジャンプ先のトラック溝２４のランド部２４ａをメインビームＰ１１がトレースするようにトラッキング制御する。その際の光スポットＰ１２の軌跡はＰ１７で示す矢印のようになる。
【００４３】
その後、同様にして、トラックジャンプとトレースとを繰り返す。
このとき、光スポットＰ１２の反射光を検出すると、Ｐ１６，Ｐ１７のピッチで、つまりディスク１のトラックピッチ（Pt）よりも粗い密度で読み取りを行うことになり、全てのトラック溝をトレースする分析時よりも解像度が低い分析を短時間で行うことが可能となる。トラックジャンプの本数ｎは、要求される解像度と許容される分析時間との兼ね合いで決定することができる。
（実施の形態５）
本発明の実施の形態５における分析装置は、ディスクにおける試薬の塗布領域と非塗布領域とを判断し、塗布領域で高解像度での分析を行い、非塗布領域で低解像度（高速）での分析を行うようにしたものである。この分析装置は請求項９〜請求項１１に記載の発明に対応する。
【００４４】
図１２（ａ）に示すように、ディスク１の試料展開面２５に、複数の分析を行うための試薬が塗布された試薬塗布領域２９が半径方向に並んで配置され、各試薬塗布領域２９の間に、それぞれの境界を明確にするための試薬非塗布領域３０が設けられている。
【００４５】
このようなディスク１のディスク面を、収束光Ｐ１の光スポットＰ２で軌跡Ｐ３のようにトレースすると、試薬塗布領域２９をトレースしたときの検出信号は図１２（ｂ）に示すように変化し、これに対し試薬非塗布領域３０をトレースしたときの検出信号は図１２（ｃ）に示すように平坦になる。
【００４６】
このため分析装置は、このような検出信号の違いを利用して試薬塗布領域２９と試薬非塗布領域３０とを判断し、試薬塗布領域２９では予め決めた高解像度の読み取りを行い、試薬非塗布領域３０では予め決めた低解像度まで解像度を落として高速読み取りを行うように構成されている。
【００４７】
例えば、ディスクの最内周から読み取り動作を開始した時に、光スポットが試薬塗布領域２９に入っているかどうかを検出信号から判断し、試薬塗布領域２９でないと判断された場合は、実施の形態４で説明したのと同様に、トレースとｎ本の外周側へのトラックジャンプを繰り返して高速読み取りを行なう。この高速読み取り中の検出信号から、光スポットが試薬塗布領域２９に入ったと判断されたら、ｎ本分だけ逆方向にトラックジャンプを行ない、そこから高解像度での読み取りを行なう。
【００４８】
このような処理を繰り返すことによって、試薬塗布領域２９では高解像度の読み取りを行ない、試薬非塗布領域３０では高速読み取りを行なうことが可能であり、高精度かつ高速な分析が可能である。実施の形態１で述べた処理、すなわち、高速読み取り時はディスク回転数を上げ、高解像度読み取り時はディスク回転数を下げる処理、を併用すれば更に効率的な分析が可能である。
【００４９】
試薬塗布領域２９と試薬非塗布領域３０とを判断する基準としては、反射光または透過光の光量の絶対値、または、反射光または透過光の光量変化の振幅が用いられる。具体的にはたとえば、当該種類のディスク１の試薬塗布領域２９と試薬非塗布領域３０とについて予め、反射光または透過光の光量の絶対値、あるいは反射光または透過光の光量変化の振幅が求められ、それと比較される。
（実施の形態６）
本発明の実施の形態６における分析装置は、ディスクに予め記録された情報に基づいて分析を行うようにしたものである。この分析装置は請求項１２に記載の発明に対応する。
【００５０】
図１３に示すように、ディスク１における内周部領域３１のトラック溝に予め、分析時の最適読み取り解像度に関する情報が記録されている。記録の形式は、従来のＣＤ−ＲＯＭのようなピット記録方式や、ＣＤ−ＲあるいはＣＤ−ＲＷのように有機色素や相変化材料を用いた記録方式がとられる。
【００５１】
この分析装置は、上記した実施の形態１〜５の分析装置について記載した１または複数の制御方法を実施可能であり、装着されたディスク１の最適読み取り解像度情報を光出射手段３からの収束光Ｐ１を用いて読み出し、その情報に基づいて読み取り解像度を決定し、決定した読み取り解像度に対応するいずれかの制御方法を選択して実施するように構成されている。
【００５２】
たとえば、複数の分析内容に関する情報が記録されたディスク１を装着し、所望の分析内容を指定すると、ディスク１から、入力した分析内容に関する情報が読み出され、同分析内容に応じた読み取り解像度が決定され、決定された読取り解像度に対応する制御方法が自動的に選択されて、実施される。
【００５３】
具体的には、試料が血液で分析内容が白血球数の計測である場合には、白血球の直径はおおよそ６〜１４μm であるから、最適読み取り解像度３μm 以下がディスク１に記録される。試料が血液で分析内容が血小板数の計測である場合には、血小板の直径は２〜３μm 程度であるから、最適読み取り解像度１μm 以下がディスク１に記録される。その他、原虫の大きさは数〜数十μm 、カビは数μm 、細菌は１μm 程度の大きさなので、それぞれに最適な読み取り解像度がディスク１に記録される。
【００５４】
このようなディスク１を装着して分析内容「白血球数の計測」を指定すると、ディスク１の各最適読み取り解像度の情報が読み出され、その中の「白血球数の計測」に関する読み取り解像度３μm 以下に決定され、この決定された読取り解像度３μm 以下に対応する予め決められた制御方法、たとえば実施の形態２の制御方法が選択されて、実施される。
【００５５】
ディスク１を分析内容ごとに専用にして分析内容に即した情報を記録しておけば、所望の分析内容を入力することなく自動的に分析を行なうように構成することも可能である。
【００５６】
【発明の効果】
以上のように本発明の分析装置によれば、試料をディスク上に展開して位置精度よく分析することができ、その際の解像度、検査時間とも適宜に変更できるので、高い解像度での分析と短時間での分析とを選択して行なえる。しかもこの分析装置は、従来の光ディスク装置と共通の構成、共通の部品を流用して安価に製作することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１の分析装置の概略全体構成を示す斜視図
【図２】図１の分析装置に設けられた光出射手段の斜視図
【図３】図２の光出射手段の光学系などを示した構成図
【図４】図１の分析装置で使用される分析用ディスクの一部切り欠き平面図
【図５】図１の分析装置における検出方法を説明する一部拡大断面図
【図６】図１の分析装置における検出方法を説明する模式図
【図７】図１の分析装置におけるディスク回転数の制御方法を示すフローチャート
【図８】図１の分析装置と同等の構成を有した本発明の実施の形態２の分析装置における検出方法を説明する一部拡大断面図
【図９】同実施の形態２の分析装置における検出方法を説明する模式図
【図１０】図１の分析装置と同等の構成を有した本発明の実施の形態３の分析装置における検出方法を説明する模式図
【図１１】図１の分析装置と同等の構成を有した本発明の実施の形態４の分析装置における検出方法を説明する模式図
【図１２】図１の分析装置と同等の構成を有した本発明の実施の形態５の分析装置について（ａ）検出方法を説明する模式図、（ｂ）試薬の塗布領域での光量変化を示すグラフ、（ｃ）試薬の非塗布領域での光量変化を示すグラフ
【図１３】図１の分析装置と同等の構成を有した本発明の実施の形態６の分析装置で使用される分析用ディスクの斜視図
【符号の説明】
１ ディスク
２ ディスク回転手段
３ 光出射手段
４ 送りモータ
５ 送りねじ
６ レール部材
10 光出射部
11 光検出部
11a 光検出部
16 対物レンズ
17 アクチュエータ
24 トラック溝
24a ランド部
24b グルーブ部
25 試料展開面
26 試薬
27 試料
28 回折格子
29 試薬塗布領域
30 試薬非塗布領域
31 最適読み取り解像度情報記録領域
P1 収束光
P2 光スポット
P3 光スポットの軌跡
P11 メインビーム
P12 メインビームの光スポット
P21 サブビーム
P22 サブビームの光スポット
P13 〜P17,P23 光スポットの軌跡
【発明の属する技術分野】
本発明は、試料の定性・定量分析を行うための分析装置に関し、特に試料をディスク上に展開させて光学的に走査し定性・定量分析する分析装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
試料をディスク上に展開させて光学的に走査し定性・定量分析する従来の分析装置に、特開平２−２６９９３８号に記載されたものがある。この分析装置では、ディスク回転手段により回転しているディスク上に試料を滴下して、ディスク周方向に沿って区画された複数の試料展開面のそれぞれに試料を供給し、遠心力によって外周方向へ展開させる。そしてその後に、前記ディスクを回転させつつ、光学式測定ヘッドをディスク半径方向に移動させることによって各試料展開面を走査し、それより得られる情報信号から、各試料展開面に展開された試料、あるいは各試料展開面に設けられた試薬との反応状態を分析するようにしている。
【０００３】
しかしこの分析装置では、試料展開面を走査する際に、光学式測定ヘッドの光スポットの移動量を精密に制御するのが難しく、細かい分解能での分析は困難であった。この問題を解決する手段として、国際公開ＷＯ００２６６７７に、ディスク上に設けたトラック溝に光ヘッドの光スポットを追従させることにより、光スポットの移動量を精密に制御する方法が提案されている。トラック溝をＣＤ（コンパクトディスク）あるいはＤＶＤといった既存の光ディスクと同一構造とし、光学ヘッドとして従来の光ディスク互換の光ピックアップを用いることにより、従来の光ディスクと共通の構成，共通の部品を用いて製作することも提案されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記した従来の分析装置では、試料の展開状態や試料と試薬との反応状態を読み取る際に、ディスクを一定回転数（ＣＡＶ）または一定角速度（ＣＬＶ）で回転させ、ディスク上のトラック溝のランド部をトレースして読み取りを行っている。したがって、ディスクの半径方向の読み取り間隔はトラックピッチに限定され、またディスクの周方向の読み取り間隔もディスク１の回転数と読み取りのサンプリング速度で決まってしまう。そのため、トラックピッチよりも細かい解像度での分析ができない、低い分解能での分析でも高分解能時と同等の分析時間が掛かってしまう、といった問題点があった。
【０００５】
本発明は上記課題を解決するもので、解像度、検査時間とも適宜に変更できる分析装置を提供することを目的とするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、一方のディスク面が試料展開面とされ、このディスク面に沿う方向の螺旋状あるいは同心円状のトラック溝が形成されたディスクと、前記ディスクを保持し回転させるディスク回転手段と、前記ディスク回転手段に保持されたディスクの半径方向に移動自在に設けられ収束光を出射する光出射手段と、前記光出射手段から出射される収束光の焦点を前記ディスクのディスク面に合焦させるフォーカシング制御手段と、前記光出射手段から出射される収束光の焦点を前記ディスクのトラック溝に追従させるトラッキング制御手段とを備え、前記ディスクのディスク面に供給されて回転の際の遠心力によって展開された試料あるいはこの試料と反応した試薬に前記光出射手段からの収束光を照射し、その反射光もしくは透過光を受光手段で検出して前記試料を分析する分析装置において、分析に必要な解像度に応じてディスク回転手段のディスク回転数を制御するように構成したことを特徴とする。これによれば、ディスクを回転させつつ、光出射手段をディスク半径方向に移動させ、フォーカシング制御，トラッキング制御することによって、試料を位置精度よく分析できる。その際に、高い解像度での分析が必要なときはディスク回転数を低く設定し、高い解像度が要求されない分析のときはディスク回転数を高く制御することで、所望の解像度（読み取り密度）を得ることができる。
【０００７】
請求項２に記載の発明は、一方のディスク面が試料展開面とされ、このディスク面に沿う方向の螺旋状あるいは同心円状のトラック溝が形成されたディスクと、前記ディスクを保持し回転させるディスク回転手段と、前記ディスク回転手段に保持されたディスクの半径方向に移動自在に設けられ収束光を出射する光出射手段と、前記光出射手段から出射される収束光の焦点を前記ディスクのディスク面に合焦させるフォーカシング制御手段と、前記光出射手段から出射される収束光の焦点を前記ディスクのトラック溝に追従させるトラッキング制御手段とを備え、前記ディスクのディスク面に供給されて回転の際の遠心力によって展開された試料あるいはこの試料と反応した試薬に前記光出射手段からの収束光を照射し、その反射光もしくは透過光を受光手段で検出して前記試料を分析する分析装置において、光出射手段の光路中に収束光を複数に分岐させる回折格子を有し、前記回折格子で分岐されディスクのディスク面に合焦された分岐光の反射光を各々受光手段で検出することにより、トラック溝ピッチよりも細かい解像度で分析を行うように構成したことを特徴とする。
【０００８】
請求項３に記載の発明は、一方のディスク面が試料展開面とされ、このディスク面に沿う方向の螺旋状あるいは同心円状のトラック溝が形成されたディスクと、前記ディスクを保持し回転させるディスク回転手段と、前記ディスク回転手段に保持されたディスクの半径方向に移動自在に設けられ収束光を出射する光出射手段と、前記光出射手段から出射される収束光の焦点を前記ディスクのディスク面に合焦させるフォーカシング制御手段と、前記光出射手段から出射される収束光の焦点を前記ディスクのトラック溝に追従させるトラッキング制御手段とを備え、前記ディスクのディスク面に供給されて回転の際の遠心力によって展開された試料あるいはこの試料と反応した試薬に前記光出射手段からの収束光を照射し、その反射光もしくは透過光を受光手段で検出して前記試料を分析する分析装置において、トラッキング制御手段に読み取りピッチを変更するオフセットを掛けることにより、光出射手段からの収束光の焦点をトラック溝間にも配置して、トラック溝ピッチよりも細かい解像度で分析を行うように構成したことを特徴とする。
【０００９】
請求項４に記載の発明は、一方のディスク面が試料展開面とされ、このディスク面に沿う方向の螺旋状あるいは同心円状のトラック溝が形成されたディスクと、前記ディスクを保持し回転させるディスク回転手段と、前記ディスク回転手段に保持されたディスクの半径方向に移動自在に設けられ収束光を出射する光出射手段と、前記光出射手段から出射される収束光の焦点を前記ディスクのディスク面に合焦させるフォーカシング制御手段と、前記光出射手段から出射される収束光の焦点を前記ディスクのトラック溝に追従させるトラッキング制御手段とを備え、前記ディスクのディスク面に供給されて回転の際の遠心力によって展開された試料あるいはこの試料と反応した試薬に前記光出射手段からの収束光を照射し、その反射光もしくは透過光を受光手段で検出して前記試料を分析する分析装置において、光出射手段からの収束光の焦点を少なくとも１周ずつトラックジャンプさせることにより、トラック溝ピッチよりも粗い解像度で高速に分析を行うように構成したことを特徴とする。
【００１０】
請求項５に記載の発明は、請求項１〜請求項４のいずれかに記載の分析装置において、ディスクがＣＤまたはＤＶＤである光ディスクと同一形式のトラック溝を有し、光出射手段および受光手段を、前記光ディスクのための光ピックアップと互換性を有する光ピックアップに設けたことを特徴とするもので、従来の光ディスクと共通の構成，共通の部品を用いて構成可能である。
【００１１】
請求項６に記載の発明は、請求項１〜請求項５のいずれかに記載の分析装置において、トラッキング制御手段を、トラッキングエラー検出方法として３ビーム法を実施可能に構成したことを特徴とする。
【００１２】
請求項７に記載の発明は、請求項１〜請求項５のいずれかに記載の分析装置において、トラッキング制御手段を、トラッキングエラー検出方法として位相差検出法を実施可能に構成したことを特徴とする。
【００１３】
請求項８に記載の発明は、請求項１〜請求項５のいずれかに記載の分析装置において、トラッキング制御手段を、トラッキングエラー検出方法として差動プッシュプル法を実施可能に構成したことを特徴とする。
【００１４】
請求項９に記載の発明は、請求項１〜請求項８のいずれかに記載の分析装置において、試薬の塗布領域と非塗布領域とを反射光もしくは透過光を基に判断し、塗布領域に対して高解像度での分析を行い、非塗布領域に対して塗布領域よりも低解像度で高速な分析を行うように構成したことを特徴とする。
【００１５】
請求項１０に記載の発明は、請求項９記載の分析装置において、試薬の塗布領域と非塗布領域とを、反射光または透過光の光量の絶対値から判断するように構成したことを特徴とする。
【００１６】
請求項１１に記載の発明は、請求項９記載の分析装置において、試薬の塗布領域と非塗布領域とを、反射光または透過光の光量変化の振幅から判断するように構成したことを特徴とする。
【００１７】
請求項１２に記載の発明は、請求項１〜請求項８のいずれかに記載の分析装置において、ディスクのトラック溝に最適読み取り解像度に関する情報を予め記録し、その記録情報を光出射手段で読み出して解像度を決定するように構成したことを特徴とする。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
（実施の形態１）
図１は本発明の実施の形態１における分析装置の概略構成を示す斜視図である。この実施の形態１の分析装置は主に、請求項１，請求項５に記載の発明に対応する。
【００１９】
図１において、１は分析用のディスクであり、２はディスク１を回転可能に支持するディスク回転手段であり、３はディスク回転手段２に支持されたディスク１に収束光を出射する光出射手段である。光出射手段３は、送りモータ４の軸上に配置された送りねじ５に連結されていて、レール部材６に沿ってディスク１の半径方向に移動可能である。ディスク回転手段２，送りモータ４，レール部材６などが固定されたベース７は、インシュレータ８を介してフレーム９に取り付けられていて、ベース７上の各部材はインシュレータ８の作用によって装置外部からの振動が遮断もしくは軽減されるようになっている。
【００２０】
図２および図３に示すように、光出射手段３は、ディスク１に収束光を出射するレーザーダイオードなどの光出射部１０と、ディスク１からの反射光を検出し電気信号に変換するフォトダイオードなどの光検出部１１と、プリズムミラー１２，コリメーターレンズ１３，ビームスプリッター１４，シリンドリカルレンズ１５，回折格子１５ａなどの光学系とを、対物レンズ１６を組み込んだアクチュエータ１７と組み合わせたものである。アクチュエータ１７は、フォーカスサーボ、トラッキングサーボの機能を担うもので、ベース部材１８上に対物レンズ１６をアーム１９で支持し、対物レンズ１６の両側にトラッキング用コイル２０とフォーカス用コイル２１とを１対ずつ配し、その外側に永久磁石２２を配していて、各コイル２０，２１に通電された時に発生する電磁力と永久磁石２２との吸引力・反発力によって、対物レンズ１６を上下（フォーカス）方向・左右（トラッキング）方向に動かして微調節する。
【００２１】
ディスク回転手段２の駆動制御回路、光出射手段３の駆動制御回路や信号処理回路などは、図示を省略したＣＰＵ（中央制御装置）に接続されていて、このＣＰＵによって、ディスク回転手段２、光出射手段３などが予め設定されたプログラム通りに作動され、その結果が画像処理的に分析されるようになっている。
【００２２】
図４および図５に示すように、ディスク１は、ポリカーボネートなどからなるディスク基板１ａと、金，銀，アルミニウムなどからなるディスク反射膜１ｂと、紫外線硬化型樹脂などからなるディスクオーバーコート１ｃとの３層構造を有し、ディスク基板１ａに成形された凹凸形状に基づく螺旋状（あるいは同心円状）のトラック溝２４を内部に有している。
【００２３】
ディスクオーバーコート１ｃの外面は、試料を展開するための試料展開面２５として設定されており、この試料展開面２５に、試料と反応させるための試薬２６が塗布されている。試薬２６は、血液，尿等の生体試料やその他の液状試料に含まれる検査対象成分と反応して（酵素反応や免疫反応などを含む）、反応状態（化学発光、蛍光などを含む）に応じた反射光量などの光学的変化を生じ、それより検査対象成分の有無や濃度、あるいは検査対象物の数量などとして測定分析可能なものが選ばれる。血液型判定のための比色測定に使用される試薬は反応が速い試薬の一例である。この試薬２６は、試料に伴われて外周側へ流れることなく保持されるように、被塗布材料に対して親和性を有し水溶性を有さないものが望ましいが、分析内容によっては（たとえば血球数の計測）予め試料に添加されたり、不要な場合もある。試料展開面２５に適度の試料を保持するための親水処理が施されることもある。またオーバーコート１ｃは、試料展開面２５と上記した光出射部１０からの収束光の光スポットとの距離（ディスク厚み方向）を小さくするためには設けられないこともあり、その場合は、オーバーコートがないことによるディスク反射膜１ｂの劣化を防ぐために反射膜材料に金が使用される。
【００２４】
上記した分析装置における分析方法を説明する。
ディスク１をディスク回転手段２に装着し、その試料展開面２５の内周部にディスペンサ等により液状の試料２７を滴下した後、前記ディスク回転手段２によって高速で回転させる。このことにより、試料展開面２５上の試料２７が遠心力によって外周方向（図５矢印Ａ方向）に流動し、試薬２６と反応する。
【００２５】
試料２７の展開および試薬２６との反応が完了した後に、試料展開面２５の読み取りを行なう。そのためには、分析開始時、あるいは試料展開面２５の読み取りを開始する時点で、図６に示すように、解像度優先の分析モードか、速度優先の分析モードかを選択し（ステップＳ１）、解像度優先の場合はディスク１の回転数を低く設定し（ステップＳ２）、速度優先の場合はディスク１の回転数を高く設定し（ステップＳ３）、その状態でスキャンする（ステップＳ４）。
【００２６】
つまり、高い解像度が要求されるときには、ディスク１の回転数を低くすることでディスク１の周方向の読み取り密度を上げるのであり、それにより高解像度での分析が可能となる。速度優先のときには逆に、ディスク１の回転数を高くすることでディスク１の周方向の読み取り密度を下げるのであり、それにより高速で分析を行うことが可能となる。
【００２７】
具体的には、ディスク回転手段２によってディスク１を設定回転数で回転させながら、光出射手段３をディスク半径方向に一定速度で移動させ、光出射部１０からの収束光Ｐ１を試料展開面２５上の試料２７および（または）試薬２６に照射し、その反射光をビームスプリッター１４などで光検出部１１に導いて、一定のサンプリング間隔で電気信号に変換し、信号処理し、その読取り信号を画像処理的に解析する。そしてその結果から、試料２７の展開状態および（または）試薬２６との反応状態を分析する。つまり、回転に同期して各位置の試料２７および（または）試薬２６の情報を光学的に読み取り、定性・定量分析するのである。
【００２８】
このとき、光出射手段３は、収束光Ｐ１の光スポットＰ２をディスク面（すなわち試料展開面２５）に合焦させるフォーカシングサーボ機構と、ディスク１のトラック溝２４のランド部２４ａに追従させるトラッキングサーボ機構とによって、ディスク半径方向（矢印Ｔ方向）及びディスク周方向（矢印Ｆ方向）に微調整され、読み取りの位置決めを精密に行う。図７は光スポットＰ２の軌跡を示す。このため、試料２７の分析を高精度、所望の高解像度およびスピードで行なうことが可能である。
【００２９】
なお、試料２７の展開状態，試薬２６との反応状態の読み取りは、上記したように反射光を用いてもよいし、あるいは、図３に仮想線で示したように、光出射部１０とディスク１を挟んで対向する位置に別途に光検出部１１ａを配置して透過光を検出するようにしてもよい。
【００３０】
また、試料展開面２５に複数の試薬２６を塗布しておくことによって、１度の展開で複数の分析を行うことも可能である。試料展開面２５をディスク半径方向の凸条などで複数に区画しておくことによって、１度の展開で複数の試料２７を分析することも可能である。
【００３１】
また、ディスク１の外形形状やトラック溝形状を既存の光ディスク媒体、たとえばＣＤやＤＶＤと同等としておけば（図示したディスク１はＣＤのディスク構造である）、既存の光ディスク製造用のスタンパ，既存の光ディスク装置の光ピックアップ，ディスク回転手段，送り機構部分を共用することができ、検出回路や信号処理回路等もある程度の共用が可能である。したがって、共通の部品を用いて分析装置を低価格にて構成可能である。ディスク１をＤＶＤディスク（周知構造なので図示を省略するが、ＣＤよりも最短ピット長，トラックピッチとも短い）と同等とした場合には、ＣＤ用のものよりレーザを短波長化し、対物レンズの開口数を高くしたＤＶＤ用光ピックアップにて、高密度の読み取りが可能である。トラック溝は、光出射手段３によってトラッキング制御が可能であれば詳細形状には特に制約はない。たとえば従来のスタンプディスク（再生専用ディスク）のようなピット形状でもよいし、記録用ディスクのようなプリグルーブ形状でもよく、ピットあるいはウォブリングによって、アドレス情報を供給可能である。
（実施の形態２）
本発明の実施の形態２における分析装置は、高解像度の分析が必要な場合に、ディスク１のトラックピッチ（Pt）よりも細かい密度で読み取りを行えるようにしたものである。この分析装置は主に、請求項２，請求項６〜請求項８に記載の発明に対応する。
【００３２】
この分析装置では、図８に示すように、光出射手段３の光路中に、細かい溝２８ａが形成された回折格子２８が設けられていて、光出射部１０から出射する収束光Ｐ１を回折格子２８で回折して複数に分岐させ、その分岐光を対物レンズ１６を通してディスク１のトラック溝２４に照射し、各々の反射光を検出するように構成されている。
【００３３】
その際に、アクチュエータ１７のトラッキング制御機構によって、回折の影響を受けないメインビームＰ１１をトラック溝２４のランド部２４ａの中央に追従させるようにして、回折格子２８で分岐したサブビームＰ２１をランド部２４ａの中央からずれた位置に配置する。そしてそれにより、図９に示すように、メインビームＰ１１はトラック溝２４のランド部２４ａに対応するディスク面上に光スポット（焦点）Ｐ１２を結ばせ、サブビームＰ２１はトラック溝２４のグルーブ部２４ｂに対応するディスク面上に光スポットＰ２２を結ばせて、光スポットＰ１２，Ｐ２２からの反射光を光検出部１１で検出するのである。Ｐ１３，Ｐ２３はそれぞれ光スポットＰ２１，Ｐ２２の軌跡を示す。
【００３４】
このようにトラッキング制御することによって、ディスク１のトラックピッチ（Pt）よりも細かい密度で読み取りを行うことができ、高解像度の分析が可能となる。
【００３５】
この読み取り方法は、トラッキングエラー検出法として３ビーム法を実施するトラッキング制御機構をそのまま用いるものであって、回折格子２８は図３に示した回折格子１５ａと同一とすることができ、よって装置コストを上げることなく高解像度の分析を実現できる。なお３ビーム法とは、レーザ光を回折格子で信号読み取り用（メインスポットを形成）と誤差検出用２本（サイドスポットを形成）に分光してトラック溝（ピット列）に照射し、２つのサイドスポットを検出する光検出部に戻る光量の差があればトラッキング誤差があるとして、その誤差を打ち消す方向にアクチュエータを動かすものである。
【００３６】
３ビーム法に代えて、位相差検出法あるいは作動プッシュプル法を実施するトラッキング制御機構をそのまま用いても、上記と同様にしてトラック溝ピッチよりも細かい解像度で分析を行なうことができる。位相差検出法は、回折格子により光束を分岐してサイドスポットを生成し、その各々の反射光を検出してその位相差からトラッキングエラー信号を得る方式である。差動プッシュプル法は、回折格子を用いてサイドスポットを生成し、その各々の反射光から得られるプッシュプル信号によりトラッキングエラー信号を得る方式である。
（実施の形態３）
本発明の実施の形態３における分析装置は、高解像度の分析が必要な場合に、ディスク１のトラックピッチ（Pt）よりも細かい密度で読み取りを行えるようにしたものである。この分析装置は主に、請求項３に記載の発明に対応する。
【００３７】
この分析装置では、図１０に示すように、メインビームＰ１１がトラック溝２４のランド部２４ａをトレースするように、アクチュエータ１７のトラッキング制御機構によってトラッキング制御する。その際の光スポットＰ１２の軌跡はＰ１３で示す矢印のようになる。
【００３８】
ディスク１が１回転してメインビームＰ１１がトラック溝２４の１周分をトレースし終えたら、アクチュエータ１７のトラッキング制御機構にオフセットを与えることにより、メインビームＰ１１にトラック溝２４のランド部２４ａから若干ずれた位置をトレースさせる。その際の光スポットＰ１２の軌跡はＰ１４で示す矢印のようになる。
【００３９】
ディスク１がもう１回転してメインビームＰ１１がトラック溝２４の１周分をトレースし終えたら、さらにアクチュエータ１７のトラッキング制御機構にオフセットを与えることにより、メインビームＰ１１にトラック溝２４のランド部２４ａからさらにずれた位置をトレースさせる。その際の光スポットＰ１２の軌跡はＰ１５で示す矢印のようになる。
【００４０】
このとき、光スポットＰ１２の反射光を検出すると、Ｐ１３，Ｐ１４，Ｐ１５のピッチで、つまりディスク１のトラックピッチ（Pt）よりも細かい密度で読み取りを行うことになり、高解像度の分析が可能となる。
（実施の形態４）
本発明の実施の形態４における分析装置は、高解像度の分析が不要な場合に短時間で分析を行えるようにしたものである。この分析装置は請求項４に記載の発明に対応する。
【００４１】
この分析装置では、図１１に示すように、メインビームＰ１１がトラック溝２４のランド部２４ａをトレースするように、アクチュエータ１７のトラッキング制御機構によってトラッキング制御する。その際の光スポットＰ１２の軌跡はＰ１６で示す矢印のようになる。
【００４２】
ディスク１が１回転してメインビームＰ１１がトラック溝２４の１周分をトレースし終えたら、送りモータ４によって光出射手段３をディスク半径方向に移動させることにより、メインビームＰ１１のトレース位置をディスク１の外周方向にｎ本分だけトラックジャンプさせる。ジャンプ先のトラック溝２４のランド部２４ａをメインビームＰ１１がトレースするようにトラッキング制御する。その際の光スポットＰ１２の軌跡はＰ１７で示す矢印のようになる。
【００４３】
その後、同様にして、トラックジャンプとトレースとを繰り返す。
このとき、光スポットＰ１２の反射光を検出すると、Ｐ１６，Ｐ１７のピッチで、つまりディスク１のトラックピッチ（Pt）よりも粗い密度で読み取りを行うことになり、全てのトラック溝をトレースする分析時よりも解像度が低い分析を短時間で行うことが可能となる。トラックジャンプの本数ｎは、要求される解像度と許容される分析時間との兼ね合いで決定することができる。
（実施の形態５）
本発明の実施の形態５における分析装置は、ディスクにおける試薬の塗布領域と非塗布領域とを判断し、塗布領域で高解像度での分析を行い、非塗布領域で低解像度（高速）での分析を行うようにしたものである。この分析装置は請求項９〜請求項１１に記載の発明に対応する。
【００４４】
図１２（ａ）に示すように、ディスク１の試料展開面２５に、複数の分析を行うための試薬が塗布された試薬塗布領域２９が半径方向に並んで配置され、各試薬塗布領域２９の間に、それぞれの境界を明確にするための試薬非塗布領域３０が設けられている。
【００４５】
このようなディスク１のディスク面を、収束光Ｐ１の光スポットＰ２で軌跡Ｐ３のようにトレースすると、試薬塗布領域２９をトレースしたときの検出信号は図１２（ｂ）に示すように変化し、これに対し試薬非塗布領域３０をトレースしたときの検出信号は図１２（ｃ）に示すように平坦になる。
【００４６】
このため分析装置は、このような検出信号の違いを利用して試薬塗布領域２９と試薬非塗布領域３０とを判断し、試薬塗布領域２９では予め決めた高解像度の読み取りを行い、試薬非塗布領域３０では予め決めた低解像度まで解像度を落として高速読み取りを行うように構成されている。
【００４７】
例えば、ディスクの最内周から読み取り動作を開始した時に、光スポットが試薬塗布領域２９に入っているかどうかを検出信号から判断し、試薬塗布領域２９でないと判断された場合は、実施の形態４で説明したのと同様に、トレースとｎ本の外周側へのトラックジャンプを繰り返して高速読み取りを行なう。この高速読み取り中の検出信号から、光スポットが試薬塗布領域２９に入ったと判断されたら、ｎ本分だけ逆方向にトラックジャンプを行ない、そこから高解像度での読み取りを行なう。
【００４８】
このような処理を繰り返すことによって、試薬塗布領域２９では高解像度の読み取りを行ない、試薬非塗布領域３０では高速読み取りを行なうことが可能であり、高精度かつ高速な分析が可能である。実施の形態１で述べた処理、すなわち、高速読み取り時はディスク回転数を上げ、高解像度読み取り時はディスク回転数を下げる処理、を併用すれば更に効率的な分析が可能である。
【００４９】
試薬塗布領域２９と試薬非塗布領域３０とを判断する基準としては、反射光または透過光の光量の絶対値、または、反射光または透過光の光量変化の振幅が用いられる。具体的にはたとえば、当該種類のディスク１の試薬塗布領域２９と試薬非塗布領域３０とについて予め、反射光または透過光の光量の絶対値、あるいは反射光または透過光の光量変化の振幅が求められ、それと比較される。
（実施の形態６）
本発明の実施の形態６における分析装置は、ディスクに予め記録された情報に基づいて分析を行うようにしたものである。この分析装置は請求項１２に記載の発明に対応する。
【００５０】
図１３に示すように、ディスク１における内周部領域３１のトラック溝に予め、分析時の最適読み取り解像度に関する情報が記録されている。記録の形式は、従来のＣＤ−ＲＯＭのようなピット記録方式や、ＣＤ−ＲあるいはＣＤ−ＲＷのように有機色素や相変化材料を用いた記録方式がとられる。
【００５１】
この分析装置は、上記した実施の形態１〜５の分析装置について記載した１または複数の制御方法を実施可能であり、装着されたディスク１の最適読み取り解像度情報を光出射手段３からの収束光Ｐ１を用いて読み出し、その情報に基づいて読み取り解像度を決定し、決定した読み取り解像度に対応するいずれかの制御方法を選択して実施するように構成されている。
【００５２】
たとえば、複数の分析内容に関する情報が記録されたディスク１を装着し、所望の分析内容を指定すると、ディスク１から、入力した分析内容に関する情報が読み出され、同分析内容に応じた読み取り解像度が決定され、決定された読取り解像度に対応する制御方法が自動的に選択されて、実施される。
【００５３】
具体的には、試料が血液で分析内容が白血球数の計測である場合には、白血球の直径はおおよそ６〜１４μm であるから、最適読み取り解像度３μm 以下がディスク１に記録される。試料が血液で分析内容が血小板数の計測である場合には、血小板の直径は２〜３μm 程度であるから、最適読み取り解像度１μm 以下がディスク１に記録される。その他、原虫の大きさは数〜数十μm 、カビは数μm 、細菌は１μm 程度の大きさなので、それぞれに最適な読み取り解像度がディスク１に記録される。
【００５４】
このようなディスク１を装着して分析内容「白血球数の計測」を指定すると、ディスク１の各最適読み取り解像度の情報が読み出され、その中の「白血球数の計測」に関する読み取り解像度３μm 以下に決定され、この決定された読取り解像度３μm 以下に対応する予め決められた制御方法、たとえば実施の形態２の制御方法が選択されて、実施される。
【００５５】
ディスク１を分析内容ごとに専用にして分析内容に即した情報を記録しておけば、所望の分析内容を入力することなく自動的に分析を行なうように構成することも可能である。
【００５６】
【発明の効果】
以上のように本発明の分析装置によれば、試料をディスク上に展開して位置精度よく分析することができ、その際の解像度、検査時間とも適宜に変更できるので、高い解像度での分析と短時間での分析とを選択して行なえる。しかもこの分析装置は、従来の光ディスク装置と共通の構成、共通の部品を流用して安価に製作することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１の分析装置の概略全体構成を示す斜視図
【図２】図１の分析装置に設けられた光出射手段の斜視図
【図３】図２の光出射手段の光学系などを示した構成図
【図４】図１の分析装置で使用される分析用ディスクの一部切り欠き平面図
【図５】図１の分析装置における検出方法を説明する一部拡大断面図
【図６】図１の分析装置における検出方法を説明する模式図
【図７】図１の分析装置におけるディスク回転数の制御方法を示すフローチャート
【図８】図１の分析装置と同等の構成を有した本発明の実施の形態２の分析装置における検出方法を説明する一部拡大断面図
【図９】同実施の形態２の分析装置における検出方法を説明する模式図
【図１０】図１の分析装置と同等の構成を有した本発明の実施の形態３の分析装置における検出方法を説明する模式図
【図１１】図１の分析装置と同等の構成を有した本発明の実施の形態４の分析装置における検出方法を説明する模式図
【図１２】図１の分析装置と同等の構成を有した本発明の実施の形態５の分析装置について（ａ）検出方法を説明する模式図、（ｂ）試薬の塗布領域での光量変化を示すグラフ、（ｃ）試薬の非塗布領域での光量変化を示すグラフ
【図１３】図１の分析装置と同等の構成を有した本発明の実施の形態６の分析装置で使用される分析用ディスクの斜視図
【符号の説明】
１ ディスク
２ ディスク回転手段
３ 光出射手段
４ 送りモータ
５ 送りねじ
６ レール部材
10 光出射部
11 光検出部
11a 光検出部
16 対物レンズ
17 アクチュエータ
24 トラック溝
24a ランド部
24b グルーブ部
25 試料展開面
26 試薬
27 試料
28 回折格子
29 試薬塗布領域
30 試薬非塗布領域
31 最適読み取り解像度情報記録領域
P1 収束光
P2 光スポット
P3 光スポットの軌跡
P11 メインビーム
P12 メインビームの光スポット
P21 サブビーム
P22 サブビームの光スポット
P13 〜P17,P23 光スポットの軌跡
Claims (12)
- 一方のディスク面が試料展開面とされ、このディスク面に沿う方向の螺旋状あるいは同心円状のトラック溝が形成されたディスクと、前記ディスクを保持し回転させるディスク回転手段と、前記ディスク回転手段に保持されたディスクの半径方向に移動自在に設けられ収束光を出射する光出射手段と、前記光出射手段から出射される収束光の焦点を前記ディスクのディスク面に合焦させるフォーカシング制御手段と、前記光出射手段から出射される収束光の焦点を前記ディスクのトラック溝に追従させるトラッキング制御手段とを備え、前記ディスクのディスク面に供給されて回転の際の遠心力によって展開された試料あるいはこの試料と反応した試薬に前記光出射手段からの収束光を照射し、その反射光もしくは透過光を受光手段で検出して前記試料を分析する分析装置において、
分析に必要な解像度に応じてディスク回転手段のディスク回転数を制御するように構成した分析装置。 - 一方のディスク面が試料展開面とされ、このディスク面に沿う方向の螺旋状あるいは同心円状のトラック溝が形成されたディスクと、前記ディスクを保持し回転させるディスク回転手段と、前記ディスク回転手段に保持されたディスクの半径方向に移動自在に設けられ収束光を出射する光出射手段と、前記光出射手段から出射される収束光の焦点を前記ディスクのディスク面に合焦させるフォーカシング制御手段と、前記光出射手段から出射される収束光の焦点を前記ディスクのトラック溝に追従させるトラッキング制御手段とを備え、前記ディスクのディスク面に供給されて回転の際の遠心力によって展開された試料あるいはこの試料と反応した試薬に前記光出射手段からの収束光を照射し、その反射光もしくは透過光を受光手段で検出して前記試料を分析する分析装置において、
光出射手段の光路中に収束光を複数に分岐させる回折格子を有し、前記回折格子で分岐されディスクのディスク面に合焦された分岐光の反射光を各々受光手段で検出することにより、トラック溝ピッチよりも細かい解像度で分析を行うように構成した分析装置。 - 一方のディスク面が試料展開面とされ、このディスク面に沿う方向の螺旋状あるいは同心円状のトラック溝が形成されたディスクと、前記ディスクを保持し回転させるディスク回転手段と、前記ディスク回転手段に保持されたディスクの半径方向に移動自在に設けられ収束光を出射する光出射手段と、前記光出射手段から出射される収束光の焦点を前記ディスクのディスク面に合焦させるフォーカシング制御手段と、前記光出射手段から出射される収束光の焦点を前記ディスクのトラック溝に追従させるトラッキング制御手段とを備え、前記ディスクのディスク面に供給されて回転の際の遠心力によって展開された試料あるいはこの試料と反応した試薬に前記光出射手段からの収束光を照射し、その反射光もしくは透過光を受光手段で検出して前記試料を分析する分析装置において、
トラッキング制御手段に読み取りピッチを変更するオフセットを掛けることにより、光出射手段からの収束光の焦点をトラック溝間にも配置して、トラック溝ピッチよりも細かい解像度で分析を行うように構成した分析装置。 - 一方のディスク面が試料展開面とされ、このディスク面に沿う方向の螺旋状あるいは同心円状のトラック溝が形成されたディスクと、前記ディスクを保持し回転させるディスク回転手段と、前記ディスク回転手段に保持されたディスクの半径方向に移動自在に設けられ収束光を出射する光出射手段と、前記光出射手段から出射される収束光の焦点を前記ディスクのディスク面に合焦させるフォーカシング制御手段と、前記光出射手段から出射される収束光の焦点を前記ディスクのトラック溝に追従させるトラッキング制御手段とを備え、前記ディスクのディスク面に供給されて回転の際の遠心力によって展開された試料あるいはこの試料と反応した試薬に前記光出射手段からの収束光を照射し、その反射光もしくは透過光を受光手段で検出して前記試料を分析する分析装置において、
光出射手段からの収束光の焦点を少なくとも１周ずつトラックジャンプさせることにより、トラック溝ピッチよりも粗い解像度で高速に分析を行うように構成した分析装置。 - ディスクがＣＤまたはＤＶＤである光ディスクと同一形式のトラック溝を有し、光出射手段および受光手段を、前記光ディスクのための光ピックアップと互換性を有する光ピックアップに設けた請求項１〜請求項４のいずれかに記載の分析装置。
- トラッキング制御手段を、トラッキングエラー検出方法として３ビーム法を実施可能に構成した請求項１〜請求項５のいずれかに記載の分析装置。
- トラッキング制御手段を、トラッキングエラー検出方法として位相差検出法を実施可能に構成した請求項１〜請求項５のいずれかに記載の分析装置。
- トラッキング制御手段を、トラッキングエラー検出方法として差動プッシュプル法を実施可能に構成した請求項１〜請求項５のいずれかに記載の分析装置。
- 試薬の塗布領域と非塗布領域とを反射光もしくは透過光を基に判断し、塗布領域に対して高解像度での分析を行い、非塗布領域に対して塗布領域よりも低解像度で高速な分析を行うように構成した請求項１〜請求項８のいずれかに記載の分析装置。
- 試薬の塗布領域と非塗布領域とを、反射光または透過光の光量の絶対値から判断するように構成した請求項９記載の分析装置。
- 試薬の塗布領域と非塗布領域とを、反射光または透過光の光量変化の振幅から判断するように構成した請求項９記載の分析装置。
- ディスクのトラック溝に最適読み取り解像度に関する情報を予め記録し、その記録情報を光出射手段で読み出して解像度を決定するように構成した請求項１〜請求項８のいずれかに記載の分析装置。
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