JP5928343B2 - クロマトグラフィー分析装置 - Google Patents

Description

本発明は、クロマトグラフィー分析装置に関するものである。

従来、抗原抗体反応の特異性を利用して抗原を定性的あるいは定量的に検出する技術分野において、板状のクロマトグラフィー試験片が用いられている。このクロマトグラフィー試験片には、検体中の抗原（分析対象物）と色素標識抗体との免疫複合体を特異的に捕捉する抗原特異的抗体が固定化されたテストライン(検出ゾーン）と、色素標識抗体を特異的に捕捉する標識抗体特異的抗体が固定化されたコントロールライン（参照ゾーン）とが間隔をおいて短冊状に設けられている。

このようなクロマトグラフィー試験片においては、一端に液状の検体が滴下されると、色素標識抗体と抗原との結合が促された後、毛細管現象により免疫複合体と色素標識抗体がクロマトグラフィー試験片上を他端に向かって移動する結果、テストライン及びコントロールラインでそれぞれの抗体が捕捉されるので、両ラインの呈色を光学的に検出することによって、分析対象物が定性的あるいは定量的に検出される。

ここで、テストラインおよびコントロールラインの呈色を検出する方法としては、受光素子としてエリアセンサ（エリアCCD、エリアCMOS）を用い、ＬＥＤ光源で照射したクロマトグラフィー試験片をエリアセンサで撮像する方法（例えば、特許文献１参照）や、受光素子としてフォトダイオードを用いるとともに、楕円光束をクロマトグラフィー試験片に照射し、当該試験片で生じる散乱光を当該フォトダイオードに集光して検出する方法（例えば、特許文献２参照）などが提案されている。

但し、受光素子としてエリアセンサを用いる場合には、多大なデータ量を処理する画像処理回路が必要となるため、制御が複雑になり、システムが高価になるという問題がある。一方、受光素子としてフォトダイオードを用いる場合には、クロマトグラフィー試験片の面内における各位置で呈色の検出処理を行うべく当該試験片とフォトダイオードとを相対的に二次元走査させる必要が生じるため、機構が複雑になり、測定時間が伸びるという問題がある。

このような問題を解消し、システムを簡易かつ安価に構成する手法としては、受光素子としてラインセンサを用い、試験片とラインセンサとを相対的に一次元走査させることが考えられる。

この点、郵便物に付された蛍光性の認証を検出する技術分野においては、認証の検出素子としてラインセンサが用いられており、被写体を搬送しつつ、当該被写体から発生する蛍光をラインセンサで撮像するようになっている（例えば、特許文献３参照）。

特表２００２−５２０６１７号公報 特開２００３−９８０７８号公報 特開２００５−２１５９０５号公報

しかしながら、上記特許文献３の技術はクロマトグラフィー試験片における呈色検出に対して単純に適用することはできない。具体的には、図１２に示すように、受光素子として単純にラインセンサ１００を用いる場合には、ラインセンサ１００を搬送方向１０１と直交するように配設するとともに、当該ラインセンサ１００に対して搬送方向１０１における上流側または下流側に光源（図示せず）を配設し、試験片１０２に向かって斜めに照射光１０３を当てることが考えられるが、この場合には、試験片１０２の寸法のバラツキや搬送時におけるガタツキなどによって試験片１０２の厚み方向１０４において被照射位置１０５が変化してしまうと、試験片１０２上の被照射位置１０５が搬送方向１０１にずれたり、試験片での検出対象光がラインセンサに当たらなかったりしてしまい、試験片１０２での呈色を正確に検出することができず、正確な分析を行うことができない。なお、この図では、ラインセンサ１００が紙面の表面側から裏面側に向かって延在して配設されている。

そこで、本発明は以上のような事情に鑑みてなされたものであり、試験片の厚み方向に被照射位置が変化する場合であっても、正確な分析を行うことのできるクロマトグラフィー分析装置を提供することを目的とするものである。

上記課題を解決するため、本発明によれば、
板状のクロマトグラフィー試験片上における分析対象物の状態を検知するクロマトグラフィー分析装置において、
光源と、
前記光源から出射された光を前記クロマトグラフィー試験片に導き、当該クロマトグラフィー試験片に対する照射光を出射する照射光学系と、
所定の長手方向に延在して配設されるとともに、光電変換を行うラインセンサと、
前記照射光に起因して前記クロマトグラフィー試験片で生じる検出対象光を前記ラインセンサに導く検出光学系と、
前記クロマトグラフィー試験片を走査対象物として走査方向に走査させる走査手段と、
前記ラインセンサからの出力信号に基づいて分析対象物の状態を特定する演算処理部とを備え、
前記長手方向と、前記照射光の中心軸と、前記検出対象光の中心軸とは、同一平面上に存在し、且つ、前記照射光の中心軸は前記試験片に対して斜めに照射され、
前記走査方向は、前記長手方向と前記照射光の中心軸と前記検出対象光の中心軸とが存在する平面に対して交差する方向であることを特徴とする。

本発明によれば、システムを簡易かつ安価に構成することができる。また、試験片の厚み方向に被照射位置が変化する場合であっても、正確な分析を行うことができる。

クロマトグラフィー試験片を示す図である。 クロマトグラフィー試験片を示す図である。 クロマトグラフィー試験片を示す図である。 クロマトグラフィー分析装置の外観構成を示す図である。 クロマトグラフィー分析装置の内部構成を示す図である。 分析処理を示すフローチャートである。 予備走査処理を示すフローチャートである。 本走査処理を示すフローチャートである。 クロマトグラフィー試験片の厚み方向に被照射位置が変化した場合のラインセンサでの受光の様子を示す図である。 検出光学系における像側，物側の焦点面にラインセンサ，検知対象領域が一致した状態を示す図である。 ラインセンサの短手方向における各位置での受光強度を示す図である。 ラインセンサの短手方向における各位置での受光強度を示す図である。 第２の実施形態における照射光学系を示す図である。 ラインセンサの長手方向と検知対象領域の検知ライン方向とが平行でない場合の配置を示す図である。 ラインセンサを単純に適用した装置においてクロマトグラフィー試験片の厚み方向に被照射位置が変化した場合の受光の様子を示す図である。

以下、本発明を図示の実施の形態に基づいて説明するが、本発明は該実施の形態に限られない。なお、図中、同一あるいは同等の部分には同一の番号を付与し、重複する説明は省略する。

［第１の実施形態］
（１．クロマトグラフィー試験片）
始めに、本実施の形態におけるクロマトグラフィー試験片について、図１Ａ〜図１Ｃを用いて説明する。

ここで、図１Ａはクロマトグラフィー試験片９（以下、試験片とする）の外観構成の一例を示す斜視図であり、図１Ｂ、図１Ｃは側面図である。

試験片９は、図１Ａに示すように、矩形板状に形成されており、後述の走査方向Ｘに長尺となっている。
この試験片９は、図１Ｂ、図１Ｃに示すように、上面における一端部にサンプルパッド９０が設けられ、他端部に吸収パッド９１が設けられている。
このうち、サンプルパッド９０は、液状の検体が滴下される部分である。また、吸収パッド９１は、サンプルパッド９０に滴下された検体を吸収することにより、当該検体を毛細管現象によって検体移動方向Ｋに流させる部分である。なお、本実施の形態においては、検体移動方向Ｋと走査方向Ｘとは平行となっている。

サンプルパッド９０に対して検体移動方向Ｋの下流側には、コンジュゲートパッド９２が配設されている。このコンジュゲートパッド９２は、検体中に含まれる分析対象物としての抗原と結合する色素標識抗体を含んでおり、サンプルパッド９０から供給される検体を検体移動方向Ｋの下流側に移動させつつ、検体内の抗原を色素標識抗体と結合させるようになっている。

コンジュゲートパッド９２と吸収パッド９１との間には、分析対象物の状態を検知するための帯状の検知対象領域９３として、テストライン９３ａとコントロールライン９３ｂとが設けられている。これらテストライン９３ａ及びコントロールライン９３ｂは、検体移動方向Ｋの直交方向、つまり試験片９の幅方向（以下、検知ライン方向Ｚとする）にそれぞれ延在した状態で、所定の間隔を空けて、それぞれ所定の幅で配設されている。なお、本実施の形態においては、検体移動方向Ｋにおける検知対象領域９３の長さは１ｍｍ〜３ｍｍ程度となっている。

このうち、テストライン９３ａは、検出ゾーンとも称される領域であり、検体中の抗原（分析対象物）と色素標識抗体との複合体を結合させるようになっている。具体的には、テストライン９３ａには、抗原（分析対象物）と色素標識抗体との免疫複合体を特異的に捕捉する抗原特異的抗体が固定化されている。

また、コントロールライン９３ｂは、参照ゾーンとも称される領域であり、色素標識抗体を結合させるようになっている。具体的には、コントロールライン９３ｂには、色素標識抗体を特異的に捕捉する標識抗体特異的抗体が固定化されている。

なお、以上のような試験片９としては、従来より公知のクロマトグラフィー試験片を用いることができる。

（２．クロマトグラフィー分析装置）
（２−１．外観構成）
続いて、本発明に係るクロマトグラフィー分析装置の外観構成について、図２を用いて説明する。
ここで、図２はクロマトグラフィー分析装置１の外観構成の一例を示す斜視図である。

この図に示すように、クロマトグラフィー分析装置１は、試験片９上における分析対象物の状態を検知するものであり、挿入口１０と、スイッチ群１１と、ディスプレイ１２と、プリンタ部１３とを備えている。

このうち、挿入口１０は、クロマトグラフィー分析装置１に対して試験片９を挿入したり、クロマトグラフィー分析装置１内の試験片９を排出したりするための開口部である。

スイッチ群１１は、クロマトグラフィー分析装置１に対して各種の指示を行うための複数のスイッチを有している。具体的には、本実施の形態におけるスイッチ群１１は、起動状態への移行を指示するためのパワースイッチ１１ａと、測定の開始指示を行うための測定開始スイッチ１１ｂと、測定結果のプリントを指示するためのプリントスイッチ１１ｃと、クロマトグラフィー分析装置１内の試験片９の排出を指示するための排出スイッチ１１ｄ等とを有している。

ディスプレイ１２は、試験片９の分析結果など、各種の情報を表示するものであり、本実施の形態においてはＬＣＤ（Liquid Crystal Display）となっている。

プリンタ部１３は、試験片９の分析結果など、各種の情報をプリントアウトするものである。

（２−２．内部構成）
続いて、クロマトグラフィー分析装置１の内部構成について、図３を用いて説明する。
ここで、図３はクロマトグラフィー分析装置１の内部構成の一例を示す模式図である。

この図に示すように、クロマトグラフィー分析装置１は、光源２と、照射光学系３と、ラインセンサ４と、検出光学系５と、走査装置６と、制御部７とを備えている。

光源２は、光を出射するものであり、本実施の形態においては、レーザ光源となっている。このレーザ光源の波長は、６６０ｎｍ程度であることが好ましい。

照射光学系３は、光源２から出射された光を試験片９に導いて、当該試験片９に対する照射光Ｓを出射する光学系であり、本実施の形態においては、レンズ３０，３２と、バンドパスフィルター３１と、アパーチャ３３とを有している。なお、本実施の形態において照射光Ｓとは、光源２から試験片９に向かって照射された光のうち、照射光学系３を通過した後、試験片９に当たるまでの部分をいう。

レンズ３０は、光源２から出射された光を平行光に変換してバンドパスフィルター３１に入射させるようになっている。

バンドパスフィルター３１は、光源２から出射された光の各周波数成分のうち、試験片９の色素標識抗体を励起して蛍光を生じさせる周波数成分のみを通過させるようになっている。なお、本実施の形態においては、波長６６０ｎｍの光によって色素標識抗体から生じる蛍光の波長は７００ｎｍ付近となっている。

レンズ３２は、バンドパスフィルター３１を通過した光を試験片９上に集光するようになっている。

アパーチャ３３は、レンズ３２から出射される収束光の周辺部分を遮ることにより、試験片９に不要な光が当たるのを防止するようになっている。

なお、以上の照射光学系３は、照射光Ｓを検知ライン方向Ｚ（試験片９における検知対象領域９３の延在方向）に断面の長尺な略平行光とするようになっている。
また、この照射光学系３は、試験片９の照射スポットの短尺方向（本実施の形態においては走査方向Ｘ）でのスポットサイズをd（ｍｍ）、検出光学系５の横倍率を−M（但し、M>０）、ラインセンサ４の短手方向（本実施の形態においては走査方向Ｘ）のサイズをｔ（ｍｍ）とした場合に、照射光Ｓに以下の（１）式を満足させるようになっている。

40>dM/t>3…（１）
（但し、スポットサイズdは照射強度がピーク照射強度の1/e ² となるサイズを表す。）

ラインセンサ４は、ライン状に配列された複数の画素によって光電変換を行うセンサであり、所定の長手方向Ｙに延在して配設されている。このようなラインセンサ４としては、ラインＣＣＤやラインＣＭＯＳ、１次元に配列されたフォトダイオードなど、従来より公知のものを用いることができる。

ここで、ラインセンサ４の長手方向Ｙは検出対象光Ｔの中心軸Ｊｔの軸方向と、検知ライン方向Ｚ（試験片９における検知対象領域９３の延在方向）とを含む平面に対して略平行となっており、好ましくは検知ライン方向Ｚに対して略平行となっている。

検出光学系５は、照射光Ｓに起因して試験片９で生じる検出対象光Ｔをラインセンサ４に導く光学系であり、本実施の形態においては、レンズ５０，５２と、バンドパスフィルター５１とを有している。なお、本実施の形態において検出対象光Ｔとは、光源２からの出射光に起因して試験片９で発生する光のうち、検出光学系５に入射するまでの部分をいい、励起された色素標識抗体で生じる蛍光や、試験片９での反射光、散乱光を含んでいる。

レンズ５０は、試験片９で生じる検出対象光Ｔを平行光に変換してバンドパスフィルター５１に入射させるようになっている。

バンドパスフィルター５１は、検出対象光Ｔの各周波数成分うち、色素標識抗体で生じた蛍光の周波数成分のみを通過させるようになっている。

レンズ５２は、バンドパスフィルター５１を通過した光をラインセンサ４上に集光するようになっている。

なお、以上の照射光学系３、ラインセンサ４及び検出光学系５において、ラインセンサ４の長手方向Ｙと、照射光学系３から出射される照射光Ｓの中心軸Ｊｓと、検出光学系５に入射する検出対象光Ｔの中心軸Ｊｔとは、同一平面上に存在している。

走査装置６は、照射光学系３若しくは検出光学系５における少なくとも１つの光学素子、または試験片９を走査対象物として走査方向Ｘに走査させるものであり、本実施の形態においては、試験片９を下方から支持する板状の支持台６０と、当該支持台６０を走査方向Ｘに往復運動させるモータ６１とを有し、試験片９を走査対象物として支持台６０ごと走査方向Ｘに走査させるようになっている。ここで、モータ６１としてはステッピングモータやボイスコイルモータ、ＤＣモータなど、従来より公知のモータを用いることができる。また、本実施の形態においては、走査方向Ｘはラインセンサ４の長手方向Ｙと交差しており、好ましくは直交している。

また、この走査装置６は、１回の走査を複数回のステップに分けて行うようになっており、換言すれば、試験片９を走査方向Ｘに複数回移動させることによって、当該試験片９を１回走査させるようになっている。

制御部７は、スイッチ群１１から入力される指示に応じて所定の処理を実行し、各機能部への指示やデータの転送等を行い、クロマトグラフィー分析装置１を統括的に制御するとともに、種々の演算を行うものである。例えば、この制御部７は、ラインセンサ４からの出力信号に基づいて分析対象物の状態を特定するようになっており、本実施の形態においては、検体中での分析対象物の濃度を算出して、分析対象物の状態として特定するようになっている。但し、制御部７は分析対象物の有無を検知することとしても良いし、他の状態を検知することとしても良い。なお、図３では制御部７が光源２やラインセンサ４、モータ６１などに接続された状態を図示しているが、制御部７の接続対象はこれらに限定されるものではない。

続いて、クロマトグラフィー分析装置１による分析処理について、図４〜図６を参照しながら説明する。

まず、図４に示すように、クロマトグラフィー分析装置１に電源が接続されると（ステップＳ１）、制御部７はクロマトグラフィー分析装置１の初期設定を行った後（ステップＳ２）、パワースイッチ１１ａのＯＮ・ＯＦＦを判定する（ステップＳ３）。

このステップＳ３においてパワースイッチ１１ａがＯＦＦになっていると判定した場合（ステップＳ３；ＯＦＦ）には、制御部７は、スリープモードに入って操作の待機状態に入った後（ステップＳ４）、ステップＳ３に移行する。

また、ステップＳ３においてパワースイッチ１１ａがＯＮになっていると判定した場合（ステップＳ３；ＯＮ）には、制御部７は、通常モードに入って各種の設定値を読み出すとともに（ステップＳ５）、モータ６１などの各駆動部を初期位置に移動させる（ステップＳ６）。

次に、制御部７は、測定開始スイッチ１１ｂがＯＮにされるか否かを判定し（ステップＳ７）、ＯＮにされないと判定した場合（ステップＳ７；ＯＦＦ）には、後述のステップＳ２０に移行する。

また、測定開始スイッチ１１ｂがＯＮにされたと判定した場合（ステップＳ７；ＯＮ）には、制御部７は、モータ６１が初期位置にあるか否かを判定し（ステップＳ１１）、初期位置に無いと判定した場合（ステップＳ１１；ＮＧ）には、ディスプレイ１２にエラーメッセージを表示させた後（ステップＳ１９）、後述のステップＳ２０に移行する。

また、ステップＳ１１においてモータ６１が初期位置にあると判定した場合（ステップＳ１１；ＯＫ）には、制御部７は、試験片９が挿入口１０から挿入されてセットされているか否かを判定し（ステップＳ１２）、セットされていないと判定した場合（ステップＳ１２；無）には、上述のステップＳ１９に移行する。

また、ステップＳ１２において試験片９が挿入口１０から挿入されてセットされていると判定した場合（ステップＳ１２；有）には、制御部７は、予備走査を行うための予備走査処理を行う（ステップＳ１３）。ここで、予備走査とは、走査装置６によって複数回行われる走査のうち初回に行われる走査であり、試験片９上でのコントロールライン９３ｂの位置や幅、コントロールライン９３ｂに対してラインセンサ４で受光される光量などを検出するための走査である。

具体的には、図５に示すように、この予備走査処理においてまず制御部７は、モータ６１を駆動して試験片９を１ステップ分だけ走査方向Ｘに移動させる（ステップＴ１）。ここで、１ステップ分の移動量としては、走査方向Ｘにおけるコントロールライン９３ｂの幅より小さい所定の移動量が予め設定されている。

次に、制御部７は、光源２を点灯させて光を照射させた後（ステップＴ２）、ラインセンサ４から各画素での受光信号のデータを取得して（ステップＴ３）、光源２を消灯させる（ステップＴ４）。

そして、制御部７は、走査方向Ｘにおいてコントロールライン９３ｂの全域が検出されたか否かを判定し（ステップＴ５）、検出されていないと判定した場合（ステップＴ５；ＮＧ）には上述のステップＴ１に移行する一方、検出されたと判定した場合（ステップＴ５；ＯＫ）には、予備走査処理を終了する。なお、このステップＴ５において制御部７は、所定の閾値以上に明るい領域が検知された場合には、その位置がコントロールライン９３ｂであると判断し、一旦、閾値以上に明るい領域が検知された後、暗い領域が検知された場合には、その位置がコントロールライン９３ｂの境界部分であると判断する。

以上の予備走査処理が終了したら、図４に示すように、次に制御部７は、予備走査処理で検知されたコントロールライン９３ｂの位置に基づいて、テストライン９３ａの位置を特定するとともに、コントロールライン９３ｂでの光量に基づいて、光源２のパワーを変更し、テストライン９３ａの検知に用いる閾値を変更した後（ステップＳ１４）、本走査を行うための本走査処理を行う（ステップＳ１５）。ここで、本走査とは、走査装置６によって複数回行われる走査のうち２回目以降に行われる走査であり、テストライン９３ａにおける分析対象物の状態（本実施の形態においては分析対象物の濃度）を検知するための走査である。

具体的には、図６に示すように、この本走査処理においてまず制御部７は、特定されたテストライン９３ａの位置に基づいて、走査方向Ｘにおいて当該位置の直前にモータ６１を移動させた後（ステップＵ１）、１回の走査において行うべきステップ数を決定する（ステップＵ２）。具体的には、このステップＵ２において制御部７は、走査方向Ｘにおけるテストライン９３ａの幅を１ステップ当たりの移動量で割ることにより、ステップ数を算出する。ここで、１ステップ分の移動量としては、走査方向Ｘにおけるテストライン９３ａの幅より小さい所定の移動量が予め設定されている。

次に、制御部７は、１ステップ分だけモータ６１を駆動させる（ステップＵ３）。
次に、制御部７は、光源２を点灯させて光を照射させた後（ステップＵ４）、ラインセンサ４から各画素での受光信号のデータを取得して（ステップＵ５）、光源２を消灯させる（ステップＵ６）。これにより、走査装置６が本走査を行っている場合には、照射光Ｓによる試験片９の照射スポットがテストライン９３ａと、当該テストライン９３ａの近傍とに位置するタイミングのみで光源２から光が出射される。

そして、制御部７は、ステップＵ２で決定したステップ数だけモータ６１の駆動を行ったか否かを判定し（ステップＵ７）、行っていないと判定した場合（ステップＵ７；未満）には上述のステップＵ３に移行する一方、行ったと判定した場合（ステップＵ７；終了）には本走査処理を終了する。

以上の本走査処理が終了したら、図４に示すように、次に制御部７は、走査装置６による各回の走査時にラインセンサ４から得られる出力信号に基づいて、分析対象物の濃度を算出する演算を行った後（ステップＳ１６）、その結果をディスプレイ１２に表示させる（ステップＳ１７）。

より詳細には、このステップＳ１６において制御部７は、ラインセンサ４における各画素のうち、検出光学系５を介して検出対象光Ｔを受光した領域内の画素による出力の和に基づいて、分析対象物の濃度を算出する。なお、ラインセンサ４における各画素のうち、検出対象光Ｔを受光した領域内の画素としては、例えば所定の閾値を越える出力信号を出力する画素を用いることができる。

また、このステップＳ１６において制御部７は、検出光学系５における周辺光量の低下分を補正して分析対象物の濃度を算出する。例えば、検出光学系５がコサイン４乗則に準ずる光量低下を示す場合には、各画素での検出光量を（cosθ）4で除算して濃度計算を行う。ここで、θは検出光学系５における主光線がラインセンサ４に入射する角度である。

次に、制御部７は、排出スイッチ１１ｄがＯＮに操作されるか否かを判定し（ステップＳ２０）、ＯＮに操作されないと判定した場合（ステップＳ２０；ＯＦＦ）には、後述のステップＳ２２に移行する。

また、ステップＳ２０において排出スイッチ１１ｄがＯＮに操作されたと判定した場合（ステップＳ２０；ＯＮ）には、制御部７は、挿入口１０から試験片９を排出させた後（ステップＳ２１）、プリントスイッチ１１ｃがＯＮに操作されるか否かを判定する（ステップＳ２２）。

このステップＳ２２においてプリントスイッチ１１ｃがＯＮに操作されないと判定した場合（ステップＳ２２；ＯＦＦ）には、制御部７は、パワースイッチ１１ａがＯＮになっているか否かを判定し（ステップＳ２６）、なっていないと判定した場合（ステップＳ２６；ＯＦＦ）には、上述のステップＳ４に移行する一方、ＯＮになっていると判定した場合（ステップＳ２６；ＯＮ）には上述のステップＳ６に移行する。

また、上述のステップＳ２２においてプリントスイッチ１１ｃがＯＮに操作されたと判定した場合（ステップＳ２２；ＯＮ）には、制御部７は、試験片９について測定（分析）を行っているか否かを判定し（ステップＳ２３）、行っていると判定した場合（ステップＳ２３；Ｙｅｓ）には測定結果をプリンタ部１３にプリントさせた後（ステップＳ２４）、上述のステップＳ２６に移行する。

また、ステップＳ２３において測定を行っていないと判定した場合（ステップＳ２３；Ｎｏ）にはディスプレイ１２にエラーメッセージを表示させた後（ステップＳ２５）、上述のステップＳ２６に移行する。

以上のように、本実施形態によれば、クロマトグラフィー分析装置１には、長手方向Ｙに延在して配設されて光電変換を行うラインセンサ４と、ラインセンサ４からの出力信号に基づいて分析対象物の状態（濃度）を特定する制御部７とが具備されるので、受光素子としてエリアセンサやフォトダイオードを用いる従来の場合と比較して、システムを簡易かつ安価に構成することができる。

また、走査装置６による走査対象物（試験片９）の走査方向Ｘはラインセンサ４の長手方向Ｙと交差しており、当該長手方向Ｙと、試験片９に対する照射光Ｓの中心軸Ｊｓと、試験片９からの検出対象光Ｔの中心軸Ｊｔとは同一平面上に存在するので、図７に示すように、試験片９の寸法のバラツキや走査時におけるガタツキなどによって試験片９の厚み方向（図中の上下方向）に被照射位置が変化する場合であっても、試験片９上の被照射位置がラインセンサ４の長手方向Ｙにずれ、試験片９での検出対象光Ｔが確実にラインセンサ４に当たる。従って、試験片９の厚み方向に被照射位置が変化する場合であっても、正確な分析を行うことができる。

また、検出対象光Ｔの中心軸Ｊｔの軸方向と、検知ライン方向Ｚとを含む平面に対してラインセンサ４の長手方向Ｙが略平行であるので、この平面に対してラインセンサ４の長手方向Ｙが交差する場合と異なり、検知対象領域９３の検知ライン方向Ｚの各位置で生じる検出対象光Ｔを、ラインセンサ４の長手方向Ｙの各画素に当てることができる。従って、試験片９上で液状検体が目詰まりを起こして分析対象物が局所的に散在する場合であっても、正確な分析を行うことができる。

また、ラインセンサ４の長手方向Ｙと、試験片９における検知ライン方向Ｚ（検知対象領域９３の延在方向）とは略平行であるので、両者が平行で無い場合と異なり、図８に示すように、検出光学系５における像側，物側の焦点面にラインセンサ４，検知対象領域９３を一致させて配置することができる。従って、試験片９と、ラインセンサ４の各画素とにそれぞれフォーカスを合わせた状態で試験片９からの検出対象光Ｔをラインセンサ４に受光させることができるため、検知対象領域９３の各位置における分析対象物の状態を精度良くラインセンサ４で検出することができる。なお、図８では、バンドパスフィルター５１の図示を省略している。

また、照射光Ｓは略平行光であるので、照射光Ｓによる試験片９の照射スポット内で照度を容易に均一化することができる。また、試験片９における被照射位置が照射光Ｓの中心軸に沿ってずれる場合であっても、照射スポット内での照度分布の変化を防止することができる。

また、照射光Ｓは検知ライン方向Ｚ（帯状の検知対象領域９３の延在方向）に断面が長尺であるので、バックノイズや迷光の影響を緩和し、効率よく分析を行うことができる。

また、照射光Ｓは短尺方向でのスポットサイズをd（ｍｍ）、検出光学系５の横倍率を−M（但し、M>０）、ラインセンサ４の短手方向のサイズをｔ（ｍｍ）とした場合に、40>dM/t>3を満足するので、dM/t≦3の場合と異なり、ラインセンサ４上での受光領域が小さくなってしまうのを防止し、照射光学系３と検出光学系５との光軸アライメントを容易化することができる。また、ラインセンサ４上での受光領域が小さくなってしまうのを防止することができるため、装置の経時劣化や温度特性に起因して照射光学系３と検出光学系５との光軸ずれが生じる場合であっても、ラインセンサ４上での受光光量が減少して分析対象物の状態検知に支障をきたすのを防止することができる。例えば、ラインセンサ４における短手方向の画素サイズtをｔ＝0.06mm、光学系の倍率MをM＝1、照明スポットの短辺方向のサイズｄをd=0.2mmとしたとき、つまりdM/t=3.3としたときには、ラインセンサ４上の結像スポットでの受光強度分布は、図９Ａに示すような状態となる。ここで、図中の太線は短手方向におけるラインセンサ４を表す。この図によれば、10μｍの光軸アライメント誤差が生じた場合であっても、ラインセンサ４の面内で受光する光量の最小値（受光強度分布のグラフと太線（ラインセンサ４）との交点の強度）の変化をおよそ10％程度の低下に抑えられることが分かる。
また、40≦dM/tの場合と異なり、試験片９における照明スポットが大きくなり過ぎて分析対象物の状態検知に不要な光が多くなってしまうのを防止することができるため、不要光によるフレアを防止するとともに、試験片９が不要光の照射によって退色などの悪影響を受けてしまうのを防止することができる。なお、ラインセンサ４における短手方向の画素サイズtをt=0.06mm、光学系の倍率MをM＝1、照明スポットの短辺方向のサイズdをd=2.2mmとしたとき、つまりdM/t=36.7としたときには、図９Ｂに示すように、ラインセンサ４上の結像スポットでの受光強度分布は均一になるため、ラインセンサ４の光軸アライメントが多少ズレた場合であっても、ラインセンサ４の面内で受光する光量の変化は少ない。

また、ラインセンサ４における各画素のうち、検出光学系５を介して検出対象光Ｔを受光した領域内の画素による出力の和に基づいて、制御部７が分析対象物の濃度を算出するので、ラインセンサ４の画素ごとに異なる量で発生するノイズの影響を低減し、分析対象物の濃度を正確に算出することができる。また、試験片９上で液状検体が目詰まりを起こして分析対象物が局所的に散在する場合であっても、分析対象物の濃度を確実に算出することができる。

また、制御部７は検出光学系５における周辺光量の低下分を補正して分析対象物の濃度を算出するので、検出光学系５の周辺領域を通過する検出対象光Ｔからであっても、分析対象物の濃度を正確に算出することができる。

また、走査装置６は走査対象物を走査方向Ｘに複数回移動させることによって当該走査対象物を１回走査させ、走査装置６による走査対象物の各移動量は走査方向Ｘにおける検知対象領域９３の幅よりも小さいので、確実に検知対象領域９３に照射光Ｓを照射し、当該検知対象領域９３における分析対象物の状態を検知することができる。

また、走査装置６は走査対象物を複数回走査させ、制御部７は走査装置６による各回の走査時にラインセンサ４から得られる出力信号に基づいて、分析対象物の状態を特定するので、例えば複数回の出力信号を合算して分析対象物の状態を特定することにより、各走査時での出力信号に含まれるランダムノイズの影響を低減し、いっそう正確な分析を行うことができる。

また、走査装置６は走査対象物の１回目の走査をコントロールライン９３ｂの位置や幅、光量などを検出するための予備走査として行い、走査対象物の２回目以降の走査を、テストライン９３ａにおける分析対象物の状態を検知するための本走査として行うので、予備走査時におけるラインセンサ４からの出力信号に基づいて、本走査時にラインセンサ４からの出力信号に適用すべき最適なゲイン値を算出することができる。また、コントロールライン９３ｂの検出幅に基づいてテストライン９３ａの幅を算出することができるため、本走査における走査対象物の各移動量を適切な値に設定することができる。また、予備走査の結果に基づいて走査方向Ｘにおける試験片９の傾きを検知することができるため、この傾きに応じて試験片９と照射光学系３，検出光学系５との位置関係を調整して各光学系のフォーカス位置に試験片９を配置しつつ、本走査を行うことができる。

また、予備走査の結果に基づいて試験片９上でのテストライン９３ａの位置を特定し、この特定結果に基づいて本走査を行うので、テストライン９３ａの位置特定に要する時間を省くことができる。

また、走査装置６が本走査を行っている場合には、照射光Ｓによる試験片９の照射スポットがテストライン９３ａと、当該テストライン９３ａの近傍とに位置するタイミングのみで光源が光を出射するので、エネルギーのロスを防止するとともに、試験片９が過度な光の照射によって退色などの悪影響を受けてしまうのを防止することができる。

［第２の実施の形態］
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。なお、上述した実施形態と同一の構成については同一の符号を付し、説明を省略する。

本実施の形態におけるクロマトグラフィー分析装置１は、図１０に示すように、照射光学系３の代わりに照射光学系３Ａを備えている。なお、この図では、バンドパスフィルター３１及びアパーチャ３３の図示を省略している。

この照射光学系３Ａは、レンズ３２の代わりにシリンドリカルレンズ３２Ａを有している。
シリンドリカルレンズ３２Ａは、レンズ３０から出射される平行光のうち、走査方向Ｘにおける中心部分のみを自身に入射させつつ走査方向Ｘに集光して照射光Ｓを出射することにより、照射光Ｓによる試験片９の照射スポットのうち、検出光学系５によって受光されうる領域内で照度を均一とするようになっている。ここで、照度が均一であるとは、最小ピークと最大ピークの光量差が小さいことを言い、例えば光量の最小値が最大値の５０％以上であることを言う。

以上のように、本実施形態によれば、上記第１の実施形態と同様の効果を得ることができるのは勿論のこと、照射光Ｓは試験片９の照射スポット内で照度が均一であるので、試験片９の厚み方向において被照射位置が変化してラインセンサ４での受光位置が当該ラインセンサ４の中心からずれる場合であっても、受光した画素からの出力の変化を低減することができる。従って、照射スポット内での照度分布にガウス分布のような特性がある場合と異なり、被照射位置の変化に応じてラインセンサ４からの出力値を補正する必要がないため、制御部７での処理を簡素化することができる。

なお、照射光Ｓによる試験片９の照射スポットのうち、検出光学系５によって受光されうる領域内で照度を均一とするには他の手法を用いても良く、例えばケーラー照明や、フライアイインテグレーター、ロッドインテグレーターなどの光学系を照射光学系３に適用しても良い。ここで、ケーラー照明の光学系を照射光学系３に適用する場合には、光源２をＬＥＤとしても良い。

なお、本発明を適用可能な実施形態は、上述した実施形態に限定されることなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。

例えば、上記第１の実施形態においては、ラインセンサ４の長手方向Ｙと、検知対象領域９３の検知ライン方向Ｚとは略平行であることとして説明したが、図１１に示すように、平行でないこととしても良い。ここで、ラインセンサ４を検知ライン方向Ｚに対して平行ではなく配設するには他の手法を用いてもよく、例えば図３で示した検出光学系５においてレンズ５０とバンドパスフィルター５１との間にミラーやダイクロイックミラー、ダイクロイックプリズムなどの光学素子を配置し、この光学素子で検出対象光Ｔを屈曲させることで、ラインセンサ４の長手方向Ｙと、検知対象領域９３の検知ライン方向Ｚとを非平行としても良い。なお、ダイクロイックミラーやダイクロイックプリズムを配置する場合には、この光学素子によってバンドパスフィルター５１の機能を兼ねることができるため、バンドパスフィルター５１を省略しても良い。

また、照射光学系３はレンズ３２で集光した収束光を照射光Ｓとして出射することとして説明したが、平行光を照射光Ｓとして出射することとしても良い。この場合には、レンズ３２を省くことができるため、装置全体を低コスト化することができる。

また、バンドパスフィルター３１をレンズ３０，３２の間、バンドパスフィルター５１をレンズ５０，５２の間に配設されることとして説明したが、バンドパスフィルター３１，５１に対しておよそ垂直（例えば８０度〜１００度）に光が入射する限りにおいて、他の位置に配設されることとしても良い。

なお、明細書、請求の範囲、図面および要約を含む２０１０年１２月２０日に出願された日本特許出願Ｎｏ．２０１０−２８２５８３号の全ての開示は、そのまま本出願の一部に組み込まれる。

以上のように、本発明は、試験片の厚み方向に被照射位置が変化する場合であっても、正確な分析を行うことのできるクロマトグラフィー分析装置に適している。

１ クロマトグラフィー分析装置
２ 光源
３ 照射光学系
４ ラインセンサ
５ 検出光学系
６ 走査手段
７ 制御部（演算処理部、第１，第２の濃度算出部，テストライン位置特定手段）
９３ 検知対象領域
９３ａ テストライン
９３ｂ コントロールライン
Ｓ 照射光
Ｔ 検出対象光
Ｘ 走査方向
Ｙ ラインセンサの長手方向
Ｚ 検知ライン方向

Claims (14)

1. 板状のクロマトグラフィー試験片上における分析対象物の状態を検知するクロマトグラフィー分析装置において、
   光源と、
   前記光源から出射された光を前記クロマトグラフィー試験片に導き、当該クロマトグラフィー試験片に対する照射光を出射する照射光学系と、
   所定の長手方向に延在して配設されるとともに、光電変換を行うラインセンサと、
   前記照射光に起因して前記クロマトグラフィー試験片で生じる検出対象光を前記ラインセンサに導く検出光学系と、
   前記クロマトグラフィー試験片を走査対象物として走査方向に走査させる走査手段と、
   前記ラインセンサからの出力信号に基づいて分析対象物の状態を特定する演算処理部とを備え、
   前記長手方向と、前記照射光の中心軸と、前記検出対象光の中心軸とは、同一平面上に存在し、且つ、前記照射光の中心軸は前記試験片に対して斜めに照射され、
   前記走査方向は、前記長手方向と前記照射光の中心軸と前記検出対象光の中心軸とが存在する平面に対して交差する方向であることを特徴とするクロマトグラフィー分析装置。
2. 請求項１記載のクロマトグラフィー分析装置において、
   前記クロマトグラフィー試験片は、
   分析対象物の状態を検知するための帯状の検知対象領域を、所定の検知ライン方向に延在した状態で少なくとも１つ有しており、
   前記長手方向は、
   前記検出対象光の中心軸の軸方向と、前記検知ライン方向とを含む平面に対して平行であることを特徴とするクロマトグラフィー分析装置。
3. 請求項２記載のクロマトグラフィー分析装置において、
   前記長手方向は、前記検知ライン方向に対して平行であることを特徴とするクロマトグラフィー分析装置。
4. 請求項１〜３の何れか一項に記載のクロマトグラフィー分析装置において、
   前記照射光は、
   前記クロマトグラフィー試験片の照射スポット内で、照度が均一であることを特徴とするクロマトグラフィー分析装置。
5. 請求項１〜４の何れか一項に記載のクロマトグラフィー分析装置において、
   前記照射光は、略平行光であることを特徴とするクロマトグラフィー分析装置。
6. 請求項１〜５の何れか一項に記載のクロマトグラフィー分析装置において、
   前記クロマトグラフィー試験片は、
   分析対象物の状態を検知するための帯状の検知対象領域を、所定の検知ライン方向に延在した状態で少なくとも１つ有しており、
   前記照射光は、
   前記検知ライン方向に断面が長尺であることを特徴とするクロマトグラフィー分析装置。
7. 請求項６記載のクロマトグラフィー分析装置において、
   前記照射光は、
   前記照射光による前記クロマトグラフィー試験片の照射スポットの短尺方向でのスポットサイズをd（ｍｍ）、前記検出光学系の横倍率を−M（但し、M>０）、前記ラインセンサの短手方向のサイズをｔ（ｍｍ）とした場合に、以下の（１）式を満足することを特徴とするクロマトグラフィー分析装置。
   40>dM/t>3…（１）
   （但し、前記スポットサイズdは、照射強度がピーク照射強度の1/e ² となるサイズを表す。）
8. 請求項１〜７の何れか一項に記載のクロマトグラフィー分析装置において、
   前記演算処理部は、
   分析対象物の濃度を算出し、当該分析対象物の状態として特定する第１の濃度算出部を有し、
   この第１の濃度算出部は、
   前記ラインセンサにおける各画素のうち、前記検出光学系を介して前記検出対象光を受光した領域内の画素による出力の和に基づいて分析対象物の濃度を算出することを特徴とするクロマトグラフィー分析装置。
9. 請求項１〜８の何れか一項に記載のクロマトグラフィー分析装置において、
   前記演算処理部は、
   分析対象物の濃度を算出し、当該分析対象物の状態として特定する第２の濃度算出部を有し、
   この第２の濃度算出部は、
   前記検出光学系における周辺光量の低下分を補正して分析対象物の濃度を算出することを特徴とするクロマトグラフィー分析装置。
10. 請求項１〜９の何れか一項に記載のクロマトグラフィー分析装置において、
    前記クロマトグラフィー試験片は、
    分析対象物の状態を検知するための帯状の検知対象領域を、所定の検知ライン方向に延在した状態で少なくとも１つ有しており、
    前記走査手段は、
    前記走査対象物を前記走査方向に複数回移動させることによって、
    当該走査対象物を１回走査させ、
    前記走査手段による前記走査対象物の各移動量は、
    前記走査方向における前記検知対象領域の幅よりも小さいことを特徴とするクロマトグラフィー分析装置。
11. 請求項１〜１０の何れか一項に記載のクロマトグラフィー分析装置において、
    前記走査手段は、前記走査対象物を複数回走査させ、
    前記演算処理部は、
    前記走査手段による各回の走査時に前記ラインセンサから得られる出力信号に基づいて、分析対象物の状態を特定することを特徴とするクロマトグラフィー分析装置。
12. 請求項１１記載のクロマトグラフィー分析装置において、
    前記クロマトグラフィー試験片は、
    分析対象物の状態を検知するための帯状の検知対象領域として、
    分析対象物としての抗原と、色素標識抗体との複合体を結合させるテストラインと、
    前記色素標識抗体を結合させるコントロールラインとを、
    所定の検知ライン方向にそれぞれ延在した状態で有しており、
    前記走査手段は、
    前記走査対象物の１回目の走査を、前記コントロールラインの位置を検出するための予備走査として行い、
    前記走査対象物の２回目以降の走査を、前記テストラインにおける分析対象物の状態を検知するための本走査として行うことを特徴とするクロマトグラフィー分析装置。
13. 請求項１２記載のクロマトグラフィー分析装置において、
    前記予備走査の結果に基づいて前記クロマトグラフィー試験片上での前記テストラインの位置を特定するテストライン位置特定手段を備え、
    前記走査手段は、
    前記テストライン位置特定手段による特定結果に基づいて前記本走査を行うことを特徴とするクロマトグラフィー分析装置。
14. 請求項１２または１３記載のクロマトグラフィー分析装置において、
    前記光源は、
    前記走査手段が前記本走査を行っている場合には、前記照射光による前記クロマトグラフィー試験片の照射スポットが前記テストラインと、当該テストラインの近傍とに位置するタイミングのみで光を出射することを特徴とするクロマトグラフィー分析装置。

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