JP4184899B2 - 測光装置 - Google Patents

Description

本発明は、分析素子の光学変化などを測定するため、測光面に測定光となる照射ビームを照射し、この測光面から反射された反射光を測光する測光装置に関するものである。

例えば、血液、尿等の検体に含まれる所定の生化学物質との化学反応、生化学反応または免疫反応等により発色し光学濃度変化を生じる試薬層を有する分析素子に検体を点着し、検体と試薬層との反応に伴う発色による光学濃度変化を光学的に測定し、その測定光学濃度に基づいて検体中の物質濃度または活性値を求める生化学分析装置等の分析装置において、上記のような分析素子の光学変化を測定するために、上記分析素子の測光面に所定の波長を有する測定光を照射し、その反射光の光量を受光素子で測光する測光装置が使用されている。

上記測光装置の照射光学系においては、測光面に均一な光強度分布で測定光を照明することが重要である。これらの照明光学系としては光源から照射される光をコンデンサーレンズにより測光面に集光して照明効率を高めることが行われるが、そのままでは光源の像が測光面に結像されてムラが発生する場合があるので、さらにリレーレンズを用いて、コンデンサーレンズの像を測光面上に作成して均一に照明するリレーコンデンサ系照明（ケーラー照明）などが使用されている（例えば、非特許文献１参照）。
永田信一著「図解レンズがわかる本」日本実業出版社、2002年11月20日、ｐ．114-115

ところで、上記のような測光を伴う分析機などでは、例えば、回転台に複数の分析素子を搭載して連続測光を行うように構成されたものがあり、その場合に、照射光学系と受光光学系とが同一光軸上に設置できず、照射光学系を測光面に対して斜め方向から測定光を照射するように設置する場合があり、この斜め照射測定系では前述のような均一な光強度分布の照射ビームを照射すると、測光面における光強度分布は不均一なものとなる問題がある。

つまり、照射光軸に対して測光面が傾斜していることで、光学距離が短い部位では光強度が高く、光学距離が長い部位では光強度が低くなって、測光面上の光強度分布が不均一となる。

そして、前述のように、例えば回転台に設置した複数の測光面が順次測定位置に移動して照射ビームが照射される場合に、各測光面の位置が高さ方向にずれることがあり、その場合に、上記のように光強度分布が不均一な照明が行われると、斜め方向より照射される照射ビームの位置が、測光面の高さ位置変動に応じて横方向に移動することになり、その測光領域が受ける光強度が大きく変動し、良好な測定精度を確保することが困難である。

本発明は上記事情に鑑みなされたものであり、斜め方向からの照射ビームの照射を行う照射光学系でも測光面の測光領域での光強度分布の均一化を図り、測光面の位置変動に対する受光量変動を抑制して測光精度を確保するようにした測光装置を提供することを目的とするものである。

本発明の測光装置は、測光面に測定光となる照射ビームを照射する照射光学系と、該測光面から反射された反射光を測光する受光光学系とを備えた測光装置において、
前記照射光学系は、前記照射ビームの光軸と前記測光面との角度が９０度から傾いた斜め照射であり、前記照射ビームの光強度分布が、光軸から離れるに従って光強度が漸減または漸増して、前記測光面までの光学距離の短い部位の光強度が低く、光学距離の長い部位の光強度が高くなる測光用分布特性領域を有するように構成され、
前記受光光学系は、前記照射ビームの前記測光用分布特性領域が照射された前記測光面での光強度分布が一定となる領域内に前記反射光を測光する測光領域を設定してなることを特徴とするものである。

また、前記照射ビームの光強度分布特性を、前記測光面へ照射ビームを投影する投影レンズの焦点位置をずらせることによって得ることが可能である。また、前記照射ビームの光強度分布特性を、少なくとも前記測光領域に対応する範囲に透過率が漸減または漸増する透過率パターンを有する透過板を前記照射光学系に介装することによって得ることが可能である。

また、前記受光光学系はアパーチャを備え、該アパーチャによって測光領域以外の反射光の受光を規制することが好適である。また、前記受光光学系は、前記測光面の測光領域を受光素子上に縮小投影し、焦点深度を深くすることが好適である。前記受光光学系は、その光軸を前記光強度分布が一定となる領域の中央に設定するのが好適である。

上記のような本発明では、斜め照射の照射光学系による照射ビームの光強度分布が、光軸から離れるに従って光強度が漸減または漸増する分布特性を有し、この照射ビームを測光面に照射した際に、該測光面での光強度分布が一定となる領域を有し、受光光学系が前記光強度一定領域内に設定された測光領域からの反射光を受光することにより、測光面に高さ変動があって、それに応じて照射ビーム中心が移動したり、測光領域が移動したりしても光強度一定の範囲で光量変動が生じないため、測定毎のばらつきが低減でき、良好な測光精度が確保できる。

また、受光光学系のアパーチャによって測光範囲を光強度一定範囲に制限すると、光量一定の範囲のみ測光する構造が簡易に構成できる。また、測光面を受光素子上に縮小投影し、焦点深度を深くすると、測光面の高さ変動による測光領域の変化を少なくでき、測光精度が向上する。さらに、受光光学系の光軸を光強度分布が一定になる領域の中央に設定すると、測光面の位置変動に対する許容範囲が広くなる。

以下、本発明の実施の形態を図面に沿って説明する。図１は本発明の一つの実施の形態に係る測光装置の概略構成図である。

測光装置１は、測光面５に測定光となる照射ビームを照射する照射光学系２と、該測光面５から反射された反射光を測光する受光光学系３とを備え、例えば測光面５が、試薬と検体中のアナライトとの呈色反応による光学濃度変化を呈する分析素子であり、その光学濃度変化を測光し検体中のアナライト濃度を測定する分析機に設置されるものである。

そして、前記照射光学系２の照射ビームの光軸２０と測光面５との角度が、９０度から傾いた斜め照射であり、例えば図示の場合、左４５度に照射光軸２０が傾いて設定されている。

前記照射光学系２は、ハロゲンランプ等による光源２１と、該光源２１からの光を集光するコンデンサーレンズ２２，２３と、照射ビームの照射範囲を規定するアパーチャ２４と、コンデンサーレンズ２２，２３で集光された光を測光面５に投影する投影レンズ２５とを備える。

一方、受光光学系３は、フォトダイオード等により受光量を検出する受光素子３１と、測光面５の測光領域ｂからの反射光を受光素子３１に縮小結像する結像レンズ３２と、受光素子３１の直前に配置された後段アパーチャ３３と、結像レンズ３２の直前に配置された前段アパーチャ３４とを備えてなる。

そして、前記照射光学系２における投影レンズ２５の光軸２０上の位置すなわち焦点位置をずらすことにより、照射光学系２による照射ビームの光強度分布が、光軸２０から離れるに従って光強度が漸減または漸増する分布特性を有する照射ビームが得られる。例えば、前記投影レンズ２５を測光面５に近づく方向に移動させることにより、測光面５を照射光軸２０に垂直とした仮想面１５における照射ビームの光強度分布が、図２(Ｂ)に示すように、中央の光軸２０近傍の光強度が高く、この光軸２０から側方に離れるに従って直線的に光強度が低くなる山形の光強度分布を有する照射ビームが得られ、この照射ビームの光軸２０より左側の光強度が漸減する領域ｃ（測光用分布特性領域）を用い、この領域ｃが照射された部位の測光を行う。

上記照射ビームを、図１のように、測光面５の中心と照射ビームの光軸２０とを一致させて測光面５に斜め照射すると、図２(Ａ)に示すように、光軸２０に対する中心より左側の領域に、照射ビームの前記領域ｃにおける光強度の漸減変化と光学距離が近づく変化との関係により、測光面５上での光強度分布が一定となる領域ａが得られる。中心より右側の領域では光強度は急激に低下する。

前記受光光学系３は、上記測光面５の光強度分布が一定の領域ａの範囲内に設定された測光領域ｂからの反射光を受光するように設定される。つまり、上記測光領域ｂは、測光面５の中心（光軸２０の照射位置）からシフトしているので、受光光学系３の光軸３０は測光面５の中心から傾斜方向に所定量シフトさせて測光領域ｂの中心に設定する。

図示の場合、測光面５の光強度一定の領域ａの略中央部に、この領域ａより狭い測光領域ｂを設定し、この測光領域ｂの反射光のみ受光素子３１に導くように、前段アパーチャ３４および後段アパーチャ３３の開口範囲が測光領域ｂ以外の反射光の受光を規制するように設定されている。この測光領域ｂの範囲は光強度一定領域ａから余裕を持って切り出され、測光面５に上下方向の位置変動があって、この測光面５上の照射ビームの投影位置が変化しても、測光領域ｂは光強度一定領域ａ内に入るので受光光量が変動しないようになっている。

また、受光光学系２を縮小投影方式にしていることで、焦点深度が深くなり、測光面５の高さ変動による受光範囲変化も緩和され、高さ変動による影響を受けにくくなっている。このように本実施形態では、測光面５の高さ方向および横方向位置変動に対しては、均一分布内の変動では光強度分布は一定で変化せず、それによる測光誤差はなく、測定精度が確保できるものである。

なお、前記実施形態では、照射光学系２による照射ビームの光軸２０を測光面５の中心に設定して測光面５の全面に照射し、中心からシフトした範囲の光強度一定領域ａを測光領域ｂとして受光光学系３の光軸３０を測光面５の中心からシフトさせて測光しているが、照射光学系２による照射ビームの光軸２０を測光面５の中心より図１で右側へシフトさせて、測光面５の中心近傍範囲に照射ビームの光強度一定領域ａが存在するように設定してもよく、この場合には、光強度一定領域ａの範囲内に測光領域ｂを設定するのに伴って、受光光学系３の光軸３０が測光面５の中心近傍に設定される。

また、上記実施形態では、投影レンズ２５を測光面５に近づく方向に移動させて、図２(Ｂ)に示す光軸２０から離れるに従って光強度が漸減する照射ビームの領域ｃを用いているが、投影レンズ２５を測光面５より離れる方向に移動させると、図２(Ｃ)に示すように中心部の光強度が低く、両側方で高くなる光強度分布を有する照射ビームが得られ、この分布特性における光軸２０から離れるに従って光強度が漸増する領域ｄ（測光用分布特性領域）を用いるようにしてもよい。すなわち、図示してないが、この照射ビームを測光面５に斜め照射した際に、光強度が漸増する上記領域ｄに対応する光軸２０より右側の領域に、光強度の漸増変化と光学距離が遠のく変化との関係により、測光面５上での光強度分布が一定となる領域が得られ、この領域に測光領域ｂを設定し、つまり、受光光学系３の光軸３０を測光面５の中心から右側にシフトさせて測光するようにしてもよい。

次に、図３は他の実施形態を示す測光装置１０の概略構成図である。この例では、不均一な光強度分布を有する照射ビームを得るために透過板２６を用いている。その他は、図１と同様の構成部品を用いており、同一部品には同一符号を付してその説明を省略する。

本実施形態の照射光学系２は光軸２０の近傍と側方とで均等な光強度分布を有する照射ビームを照射するように構成し、この照射光学系２の途中に、少なくとも測光領域ｂに対応する範囲に透過率が漸減または漸増する透過率パターンを有する透過板２６を介装して、実際に測光面５に照射する照射ビームの光強度分布が不均一となるようにしている。

上記透過板２６は、斜め照射方向に対応して透過率分布が、測光面５への照射光学距離が遠のくに従って透過率が高く（濃度が薄く）なるように相関関係を持って設定され、測光面５上の少なくとも測光範囲ｂに光強度一定領域が得られるように構成する。つまり、上記透過板２６によって光強度が不均一となった照射ビームを、測光面５へ斜め照射し、光強度一定領域を得るもので、この場合には測光面５の全面を均等化することが可能で、図示の場合、測光領域ｂを測光面５の中心部に設定している。この測光範囲ｂを測光面５の中心部に設定することに伴って、受光光学系３の光軸３０は測光面５の中心部に位置している。

本実施形態においても、測光面５での光強度分布の均等化により、該測光面５の高さ方向および横方向への変動に伴う受光量の変動が抑制でき、測光精度が確保できる。

本発明の一つの実施の形態に係る測光装置の概略構成図 図１における測光面での照射光強度分布、照射ビームの光強度分布、他の形態の照射ビームの光強度分布を示す図 他の実施形態を示す測光装置の概略構成図

符号の説明

１，10 測光装置
２ 照射光学系
３ 受光光学系
５ 測光面
20 照射光学系の光軸
21 光源
22，23 コンデンサーレンズ
24 アパーチャ
25 投影レンズ
26 透過板
30 受光光学系の光軸
31 受光素子
32 結像レンズ
33，34 アパーチャ

Claims (6)

1. 測光面に測定光となる照射ビームを照射する照射光学系と、該測光面から反射された反射光を測光する受光光学系とを備えた測光装置において、
   前記照射光学系は、前記照射ビームの光軸と前記測光面との角度が９０度から傾いた斜め照射であり、前記照射ビームの光強度分布が、光軸から離れるに従って光強度が漸減または漸増して、前記測光面への光学距離の短い部位の光強度が低く、光学距離の長い部位の光強度が高くなる測光用分布特性領域を有するように構成され、
   前記受光光学系は、前記照射ビームの前記測光用分布特性領域が照射された前記測光面での光強度分布が一定となる領域内に前記反射光を測光する測光領域を設定してなることを特徴とする測光装置。
2. 前記照射ビームの光強度分布特性を、前記測光面へ照射ビームを投影する投影レンズの焦点位置をずらせることによって得ることを特徴とする請求項１に記載の測光装置。
3. 前記照射ビームの光強度分布特性を、少なくとも前記測光領域に対応する範囲に透過率が漸減または漸増する透過率パターンを有する透過板を前記照射光学系に介装することによって得ることを特徴とする請求項１に記載の測光装置。
4. 前記受光光学系はアパーチャを備え、該アパーチャによって測光領域以外の反射光の受光を規制することを特徴とする請求項１に記載の測光装置。
5. 前記受光光学系は、前記測光面の測光領域を受光素子上に縮小投影し、焦点深度を深くすることを特徴とする請求項１に記載の測光装置。
6. 前記受光光学系は、その光軸を前記光強度分布が一定となる領域の中央に設定することを特徴とする請求項１に記載の測光装置。

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