JP4546587B2 - 光成形板を備えた測光式読取りヘッド - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、分析される体液のサンプルに対して試験を実行するための測光式診断計器、たとえば反射型分光計の読取りヘッドに関する。
【０００２】
【従来の技術】
様々な医療診断目的にとって、反射型分光計を使用して体液のサンプルを分析して、たとえば幼児の血中グルコースレベルを検出することが有用である。従来の反射型分光計は、試薬パッド上に配置された血液サンプル中のグルコースの存在を検出するために使用されてきた。血液中に存在するグルコースが試薬パッド上の試薬と反応すると、試薬パッドをして、血中グルコース濃度に依存する程度に変色させる。
【０００３】
分光計装置に使用するための読取りヘッドが、Andrew Dosmannらへの米国特許第５，５１８，６８９号明細書及び第５，６１１，９９９号明細書に開示されている。この読取りヘッドは、ハウジングと、ハウジングに対して固定され、試薬パッドが位置する標的領域に向けて光を発するように設計された１対の発光ダイオードと、照射された試薬パッドから発される光を検出するためのセンサとで構成されている。
【０００４】
上述したタイプの試薬試験の精度は、試薬パッド中の不均一な色分布に対する反射型分光計の感度に依存する。分光計はこのような不均一な色分布に対して比較的不感受性であることが望ましい。不均一な発色によって生じる誤差を最小限にする二つの重要な光学特性は、計器によって読み取られる試薬区域の大きさと、試薬パッドの照射の均一性であることが認識されている。
【０００５】
照射システムの質を改善しようとして使用されるいくつかの従来技術の技法は、光源の正面に設けられたすりガラス又はつや消しMylarプラスチックの使用を含む。しかし、これらの技術を試験したところ、光ビームの過剰な拡散、比較的大きな光出力損失及び迷光の増加により、受け入れられないことがわかった。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、従来技術の欠点を解消することである。この課題は、主請求項の要件の組み合わせによって解決される。従属項は、本発明のさらなる有利な態様を開示している。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
「課題を解決するための手段」は、必ずしも本発明の必要な要件をすべて記載するわけではなく、本発明は、記載された諸要件のサブコンビネーションにもある。したがって、このように含める「課題を解決するための手段」は、一例を提示するものにすぎず、主題の限定ではない。
【０００８】
本発明は、標的領域を照射し、標的領域からの光を受けるための、分光計用の読取りヘッドと要約することができる。読取りヘッドには、分光計に組み込まれるように設計されたハウジングと、ハウジングに対して一定の位置に取り付けられた光源と、光源によって照射される生物学的サンプルを支持するように設計された支持機構と、光源と支持機構との間に配置された、光ビームの直径、強さ及び均一性を増すための光成形手段と、ハウジングに対して一定の位置に取り付けられた、光源によって照射された生物学的サンプルからの光を検出するように設計された光検出器とが設けられている。
【０００９】
光源は、第一の波長を有する実質的に単色の光を発する発光ダイオードの形態であることができ、読取りヘッドはまた、ハウジングに対して一定の位置に取り付けられた、第一の波長とは異なる第二の波長を有する実質的に単色の光を標的領域に向けて発するように設計された第二の発光ダイオードを含むことができる。
【００１０】
光成形手段は、発光ダイオードによって発される光ビームの均一性及び拡散性を増すための手段を含むことができ、光成形手段は、発光ダイオードによって発生された全ての光のうちの約８５％超を標的領域に伝達するように設計された実質的に平面の板の形態で設けることができる。光成形板は、発光ダイオードからの光を標的領域でガウス分布させるように設計されていることができる。
【００１１】
図面を参照しながら記載する好ましい実施態様の詳細な説明を考慮すると、本発明の特徴及び利点が当業者に明らかになるであろう。
【００１２】
【発明の実施の形態】
図１〜３は、本発明の読取りヘッド１０の好ましい実施態様を示す。図１〜３を参照すると、読取りヘッド１０は、発光ダイオード（ＬＥＤ）１２、１４の形態にある１対の光源を有し、そのいずれも、分光計に組み込まれるように設計されたハウジング１６の中に配置されている。
【００１３】
各ＬＥＤ１２、１４は、異なる波長の実質的に単色の光ビーム、たとえば約６８０nmの波長を有する赤の光及び約９４０nmの波長を有する赤外光を発生するように設計されており、光ビームは、図１に示す点線１８によって示される方向に伝達される。ＬＥＤ１２、１４は、好ましくは、５°の電力半値角を有する高指向性ＬＥＤである。
【００１４】
ＬＥＤ１２、１４を交互に作動させて、分析される生物学的サンプルが存在するサンプルキャリヤ２１、たとえば試薬ストリップ又はパッドを支持するための支持機構２０、たとえば試薬ストリップガイドに対応する所定の寸法、たとえば０．５cm×０．５cm（０．２０インチ×０．２０インチ）の標的領域を照射することができる。サンプルキャリヤ２１上の照射される標的領域からの光は、図１に略示する、標的領域の色を示す電気信号を従来の方法で生成する光検出器２２によって検出される。
【００１５】
光検出器２２は、サンプルキャリヤ２１上の標的領域から点線２４によって示される方向に反射する光を受けるように配置されている。この方向は、光検出器２２がＬＥＤ１２、１４によって発生された光ビームの直接的な反射（direct reflections）を受けないよう、サンプルキャリヤ２１に対し、点線１８によって示されるようにＬＥＤ１２、１４によって発生された光ビームがサンプルキャリヤ２１に入射する角度とは異なる入射角にある。
【００１６】
上述した読取りヘッドの構造は、開示内容を引用例として本明細書に含める、Andrew Dosmannらへの米国特許第５，５１８，６８９号明細書及び第５，６１１，９９９号明細書に開示された読取りヘッドの構造に類似している。
【００１７】
各ＬＥＤ１２、１４によって発された光ビームは、ハウジング１６に形成された２個の比較的小径の円形開口３０のそれぞれ一方を通過し、実質的に平面の光成形板３２を通過し、光ビームの形状に実質的な影響を与えない窓３４、たとえばポリカーボネートを通過する。光検出器２２によって受けられる光は、ハウジング１６に形成された受光経路３６を通過する。受光経路３６は、検出器２２によって受けられる迷光の量を減らすため、その一方の側面に階段状のバッフル３８が形成されている。
【００１８】
実質的に平面であり、比較的薄い、たとえば０．１８mm（０．００７インチ）の光成形板３２は、二つの主要な機能を実行する。光成形板３２は、ＬＥＤ１２、１４によって発生される光ビームの発散角度を増すことによって光を拡散させ（たとえば、直径２．１６４mm（０．０８５２インチ）の正方形ビームから直径３．５６mm（０．１４０インチ）の円形ビームへと）、負レンズ（発散レンズ）のように働く。光成形板３２は、ＬＥＤ１２、１４によって発生される光ビームの均一性を増す（たとえば、ホットスポットをガウス分布に再構成する）。光成形板３２はまた、ＬＥＤ１２、１４によって発生される光ビームの全体形状を他の形状に変化させる、たとえば、円形の光ビームを、長方形区域を照射する楕円形の光ビームに変換したり、円形の光ビームを、所望の長さ及び所望の幅を有する長方形区域を照射する線形の光ビームに変換したりすることができる。同様に、光ビームの強さ分布を所望の分布、たとえばシルクハット形の強さ分布に再構成することができる。直径及び強さ分布を再構成する利点は、光成形板により、入射角にかかわらずに提供される（すなわち、２個のＬＥＤの入射角が３０°離れているとしても、同じ光成形板によって両方のＬＥＤ光ビームが同一の直径及び強さ分布に再構成される）。また、入射光の８５％超が光成形板を透過してサンプルキャリヤ２１に達する。
【００１９】
光成形板３２のような光成形板は、そのような光成形板を顧客が望む仕様に合わせて受注製作する、米国カリフォルニア州TorranceのPhysical Optics社から市販されている。このような光成形板は「ホログラフィーレリーフプレート」又は「光成形ディフューザ」とも呼ばれ、引用例として本明細書に含める「Surface Relief Holography for use in Dislay Screens」と題するShieらによる論文でさらに詳細に記載されている。
【００２０】
図４は、６８０nmの波長を有する発光ダイオードによって発生される二次元光分布を示す。ここでは、三次元グラフの高さが光の大きさを表す。光出力における粗いピーク及びエッジによってとくに示されるように、光出力が標的領域のｘ、ｙ位置の関数として滑らかに変化していないため、光の大きさはガウス分布を示さないことが見てとれる。図４に示す光分布は、０．９６２〜０．９８８のガウス相関係数を有することができる。
【００２１】
図５は、本発明の光成形板を発光ダイオードと標的領域との間に配置していることを除き、図４と同じ発光ダイオードによって発生される二次元光分布を示す。図５の光の大きさは、０．９９９〜１．０００のガウス相関係数を有するガウス分布を示す（光の大きさがｘ方向及びｙ方向に滑らかに変化している）。光分布は、０．９９５以上のガウス相関係数を有するならば、ガウス分布と見なすことができる。
【００２２】
図６は、９４０nmの波長を有する発光ダイオードによって発される二次元光分布を示す。光出力における粗いピーク及びエッジによってとくに示されるように、光出力が標的領域のｘ、ｙ位置の関数として滑らかに変化していないため、光の大きさはガウス分布を示さない。図７は、本発明の光成形板を発光ダイオードと標的領域との間に配置していることを除き、図６と同じ発光ダイオードによって発生される二次元光分布を示す。図７の光の大きさはガウス分布を示す。
【００２３】
前記記載を考慮すると、本発明の変形態様及び代替態様が当業者に明らかになろう。この記載は、例を示すにすぎないと解釈されるべきであり、本発明を実施する最良の形態を当業者に教示することを目的とする。本発明の真髄を逸することなく、構造及び方法の詳細を実質的に変更することもでき、請求の範囲に該当するすべての変形態様の独占的使用が保留される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の測光式読取りヘッドの好ましい実施態様の一部を示す部分断面側面図である。
【図２】図１に示す読取りヘッドの一部を示す部分断面正面図である。
【図３】図１の読取りヘッドの斜視図である。
【図４】図１の光成形板を用いずに図１の第一の発光ダイオードによって発される光の分布を示す図である。
【図５】図１の光成形板を用いて図１の第一の発光ダイオードによって発される光の分布を示す図である。
【図６】図１の光成形板を用いずに図１の第二の発光ダイオードによって発される光の分布を示す図である。
【図７】図１の光成形板を用いて図１の第二の発光ダイオードによって発される光の分布を示す図である。
【符号の説明】
１０ 読取りヘッド
１２ 第一の発光ダイオード
１４ 第二の発光ダイオード
１６ ハウジング
２０ 支持機構
２２ 光検出器
３２ 光成形板

Claims (7)

1. 標的領域を照射し、該標的領域からの光を受けるための、分光計用の読取りヘッドにおいて、
   分光計に組み込まれるように設計されたハウジング（１６）と、
   該ハウジング（１６）に対して一定の位置に取り付けられた、光ビームを該標的領域に向けて発生するように設計された光源（１２）と、
   該光源（１２）によって照射される生物学的サンプルを支持するように設計された支持機構（２０）と、
   該光源（１２）と該支持機構（２０）との間に配置された、該光ビームの該均一性を増し、該光源（１２）によって発生された光の約８５％超を該標的領域に伝達するように設計された光成形手段（３２）と、
   該ハウジング（１６）に対して一定の位置に取り付けられた、該光源（１２）によって照射される該標的領域に配置された生物学的サンプルからの光を検出するように設計された光検出器（２２）と、
   を含むことを特徴とする読取りヘッド。
2. 該光源（１２）が、第一の波長を有する実質的に単色の光を発生する発光ダイオードを含む、請求項１記載の読取りヘッド。
3. 該光成形手段（３２）が、該光ビームの該均一性及び該拡散性を増すための手段を含む、請求項１記載の読取りヘッド。
4. 該光成形手段（３２）がさらに、該光源からの光を該標的領域でガウス分布で分布させるように設計されている、請求項１記載の読取りヘッド。
5. 所定の面積を有する標的領域を照射し、標的領域からの光を受けるための、分光計用の読取りヘッドにおいて、
   分光計に組み込まれるように設計されたハウジング（１６）と、
   該ハウジング（１６）に対して一定の位置に取り付けられた、第一の波長を有する実質的に単色の光ビームを該標的領域に向けて発生するように設計された第一の発光ダイオード（１２）と、
   該ハウジング（１６）に対して一定の位置に取り付けられた、該第一の波長とは異なる第二の波長を有する実質的に単色の光ビームを該標的領域に向けて発生するように設計された第二の発光ダイオード（１４）と、
   該発光ダイオード（１２、１４）の一方によって照射される生物学的サンプルを支持するように設計された支持機構（２０）と、
   該第一及び第二の発光ダイオード（１２、１４）と該支持機構（２０）との間に配置された、該光ビームそれぞれの該均一性を増し、該光ビームそれぞれの該拡散角度を増し、該発光ダイオード（１２、１４）によって発生された光の約８５％超を該標的領域に伝達するように設計された実質的に平面の光成形（light-shaping）板（３２）と、
   該ハウジング（１６）に対して一定の位置に取り付けられた、該発光ダイオード（１２、１４）の一方によって照射される該標的領域に配置された生物学的サンプルからの光を検出するように設計された光検出器（２２）と、
   を含むことを特徴とする請求項１記載の読取りヘッド。
6. 該第一の発光ダイオード（１２）が、約６８０nmの波長を有する光を発生するように設計され、該第二の発光ダイオード（１４）が、約９４０nmの波長を有する光を発生するように設計されている、請求項５記載の読取りヘッド。
7. 該光成形板（３２）がさらに、該光ビームの入射角にかかわらず、該二つの光ビームを同時に成形するように設計されている、請求項５記載の読取りヘッド。

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