JPH01213552A - 改良された反射光度計 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は反射光度計に関し、更に詳しくは、本発明は吸
収光を直線偏光子によって変調する反射光度計に関する
。

友丘挟血立里朋 反射光度計は、通常、体液の分析のような定量化学分析
に用いられている。血液滴のような既知量の体液を、血
液グルコースのような未知量の体液成分に反応性を有す
る化学物質を含浸した反応性試薬片上に配置する。液体
を片から拭取し、試薬片を反射光度計の読取りヘッド内
又はそれに接触させて配置し、ここで、片に制御された
拡散光を照射し、片から反射する光を測定する。試薬片
上に生成する反応生成物は、分析する各体液成分のそれ
ぞれ異なる量（濃度）に関して既知量の光を反射する０
反射された光は読取りヘッド内の検出器によって感知さ
れる。しかして、試薬片から測定されるそれぞれ異なる
反射率に関して、分析する試料中の特定の体液成分の量
が分かつている。

現在製造されている試薬片は高い完成度に到達している
が、いまだに数多くの固有の欠点を有している０例えば
、高いグルコース濃度においては感度限界が低下し、測
定される体液中のグルコース濃度が高くなるほど散乱光
の光濃度はより低い限外へと離れるようになる。試薬片
のこの高い非直線応答によって直線関係の上限が定めら
れ、これによって測定することのできるグルコース濃度
が決定する０例えば、いくつかの試薬片はその感度が４
００ｍｇ／ｄｌを超えることのできないものである。試
薬パッドを化学的に変性してこれらの欠点を克服するこ
とができるが、化学的変性は困難かつ高価なものである
。化学変性を必要としない全く新しい方法を用いてこれ
らの欠点を克服することが望まれる。

及肌五里厘 本発明の目的は、新規なかつ改良された反射光度計を提
供することである。

本発明の他の目的は、反射光度計の特性を改良するため
の新規なかつ改良された方法を提供することである。

本発明の更に他の目的は、高いグルコース濃度における
感度限界が向上した新規なかつ改良された反射光度計を
提供することである。

本発明の更に他の目的は、４００ｍｇ／ｄｉを超える感
度範囲を有する新規なかつ改良された反射光度計を提供
することである。

本発明の他の目的は、試料片の表面欠陥を検知し、かか
る試料を不良試料として排除しうる改良された反射光度
計を提供することである。

本発明の他の目的は、散乱光濃度に対する表面に関連す
るノイズの寄与を最小量に減少しうる改良された反射光
度計を提供することである。

本発明の他の目的は、２個の試薬パッドを有する試薬片
を必要とせずに高濃度及び低濃度を検出しうる新規なか
つ改良された反射光度計を提供することである。

本発明の更なる目的は、光学偏光子を有する新規なかつ
改良された反射光度計を提供することである。

簡単に言うと、本発明は、感度を向上させるために光学
偏光子を用いた新規なかつ改良された反射光度計に関す
るものである０反射光度計は、光源及び検出器のような
公知の反射光度計の従来の部品を具備する。光源と反射
光度計内に配置された試料との間に第１の直線偏光子を
配置し、試料と検出器との間に第２の偏光子を配置する
ことによって、本発明において改良された特性及び感度
が得られる６本発明の一実施態様においては、第１の直
線偏光子の偏光方向は第２の直線偏光子の偏光方向に対
して直角である。しかしながら、反射光度計に関する必
要性によって、第１の直線偏光子の偏光方向は第２の直
線偏光子の偏光方向に対して平行であってもよい。

本発明の他の実施態様においては、反射光度計は第２の
検出器を有する。第３の直線偏光子が試料と第２の検出
器との間に配置されている。第３の直線偏光子の偏光方
向は、反射光度計の必要性によって、第１の直線偏光子
の偏光方向に対して直角であっても平行であってもよい
。

本発明の他の更なる目的、有利性及び特徴は、添付の図
面に関連して行なわれている以下の詳細な説明によって
当業者に明らかとなろう。

ましい　　鵜　の！Ｂ 体液中のグルコースのような基質を測定するための試薬
片は良く開発されているが、現在の反射光度計内でこれ
らの片を用いることはいくつかの欠点を有している１例
えば、測定される液体内のグルコース濃度が高いと感度
限界が低下する。多くの片の感度範囲は４００ｍｇ／ｄ
！ｆを超えないものであり、低濃度及び高濃度の基質を
測定するためにはそれぞれに異なる化学物質を有する二
つの試薬パッドが必要であることがある。過去において
　′は、反射光度計読取りヘッドの特性は、試薬パッド
の化学物質を変性することによって改良されてきた。一
つの方法によって試薬パッドにおける光散乱の数が向上
せしめられた。現在まで、特性を改良するために反射光
度計の読取りヘッドを改造することは考えられていない
。

代表的な従来の読取りヘッドを図１に概略的に示した。

従来の読取りヘッドが概して参照番号１０によって示さ
れている。読取りヘッド１０は熱光源１２を有する。光
源１２からの光は、試薬パッドを有する試薬片であって
よい試料１４上に向けられている。試薬パッド１６に衝
突した光は種々の程度に吸収され、ある散乱パターンで
反射される０反射光の一部が、光電子検出器であってよ
い検出器１８によって検出される。

本発明は、典型的な従来の読取りヘッドを、特性を改良
するために改造することを包含している。しかしながら
、改造は典型的な読取りヘッドの構造を大きく変化させ
るものではなく、読取りヘッドのコストを大きく増加さ
せるものではない１本発明は、直線偏光子を用いること
によって吸収光を変調することを包含するものである。

光線は、線の進行線を横切るか又はこれに直行する電子
ベクトルを有する。非偏光光においては、光の電場は全
方向に分布している６選択された方向の電子ベクトルを
有する光のみが直線偏光フィルター内を通過する光とな
る。光を、散乱面に対して直角又は水平にあるいはラン
ダムに偏光することができる。

読取りヘッド内の直線偏光子の効果を理解するためには
、試薬パッド上にあたる光に何が起こるかを理解するこ
とが有用である。試薬パッド内の化学物質としては、通
常、二酸化チタン又は硫酸バリウム粒子が挙げられる。

これらの粒子は、それに衝突する光を散乱又は反射する
。この散乱又は反射された光は検出器１８によって測定
され、光強度に対応するデータが分析され、グルコース
のような選択された基質の濃度が測定される。　　゛光
源１２からの光が試薬パッド１６内を進むと（図６及び
７）、光が散乱せしめられ、光の一部が色素分子によっ
て吸収されることによって、反射光の強度における低下
が起こり、これを検出器１８によって検出する。散乱方
法によって光の偏光における変化が起こる。

概して２種類の散乱現象又は過程、即ち単独散乱（図６
）及び多重散乱（図７）がある、単独光散乱現象（図６
）においては、光は単一の又は数個のみの光反射粒子２
０に衝突し検出器１８に向かってパッド１６の外へ反射
される。この現象においては、通常、光の偏光における
変化はほとんどない、多重散乱現象（図７）においては
、光は、パッド１６から放出される前にいくつかの光反
射粒子２０に衝突する。多重光散乱現象によって光の偏
光における変化がより起こりつる。多重光散乱減少によ
る更なる結果は、パッド１６を通る光の行程長がより長
くなることによって光の吸収がより大きくなるというこ
とである。

多重光散乱現象によって光の偏光の変化が生じるという
ことを理解すると、参照番号１１０によって概略的に示
されている改造された読取りヘッドを用いて、読取りヘ
ッドの特性を改良することができる。改造された読取り
ヘッド１１０は、試料又は試薬パッド１６を有する試薬
片１４上に衝突する光を生成するための熱光源１２を有
している。改造された読取りヘッド１１０はまた、検出
器１８を有している。検出器１８は、改造された読取り
ヘッド１１０内の散乱角ｒｘＪにおいて配置されている
。最も効果的な散乱角は、光源１２から試料１４への入
射光の進行方向を示す線１９と、試料１４から検出器１
８への反射光の進行方向を示す線２１との間で測定して
４５゜であると測定された。他の散乱角を用いることも
できる。

読取りヘッド１１０は、読取りヘッド１１０内のパッド
１６と光源１２との間に配置された第１の直線偏光子１
２２、−及び、読取りヘッド１１０内のパッド１６と検
出器１８との間に配置された第２の直線偏光子１２４を
有するという点で従来の読取りヘッド１０と異なってい
る。直線偏光子１２２及び１２４は、カメラにおいて用
いられているタイプのＰｏ１ａｒｏｉｄ薄片偏光子であ
ってよい。

図２に示される態様の改造された読取りヘッド１１０に
おいては、第１の直線偏光子１２２の偏光方向は、入射
光（光源１２からパッド１６への光）の方向と放出光又
は反射光（パッド１６から検出器１８への光）の方向と
によって画定される散乱面に対して直角である。直角方
向の偏光は、参照番号１２６で示される記号によって示
されている。第２の直線偏光子１２４の偏光方向は、散
乱面に対して平行である。平行な偏光方向は、第１の直
線偏光子１２２の偏光方向に対して直角である。平行な
偏光方向は、図２における参照番号１２Ｂで示される記
号によって示されている。

偏光子１２２及び１２４のこの配向をｖ−ｐと称する。

偏光子１２２及び１２４をｖ−ｐ配向にすることによっ
て、検出器１８は、その偏光が入射光１９の偏光から少
なくとも９０°変化した反射光しか検出しない、偏光の
変化が９０°未満である場合には、パッド１６から反射
した光の一部が第２の直線偏光子１２４によってろ波さ
れる。多重光散乱現象（図７）によって光の偏光が単一
散乱現象よりも大きく変化するので、偏光子１２２及び
１２４がｖ−ｐ配向にある検出器１８によって検出され
る光は、パッド１６内においてより長い行程長を有し、
吸収がより大きくなる。

他の態様（図３）においては、光源１２、試薬パッド１
６を有する試料１４及び検出器１８を有する改造された
読取りヘッド２１０は第１の直線偏光子２２２を有して
いる。第１の直線偏光子２２２は記号２２６によって示
されているように直角配向のものである。また、第２の
直線偏光子２２４が与えられている。第２の直線偏光子
２２４もまた、参照番号２２８で示される記号によって
示されているように直角配向のものである。第１及び第
２の直線偏光子のこの配置をｖ−ｖ配向と称し、直線偏
光子２２２及び２２４の偏光方向は平行である。ｖ−ｖ
配向によって、光の吸収がほとんど無く、偏光における
変化が９０°未満である単一散乱現象（図６）からの反
射光が主として検出される。

直線偏光子の好ましい配向はｖ−ｐである。この配向を
用いると、従来の読取りヘッドｌＯにおいて発生した種
々の欠点が排除される。従来の読取りヘッド１０におい
ては、より高いグルコース濃度値に関する反射率のダイ
ナミックレンジは狭い、これによって反射光度計による
正確な測定が困難なものとなる。ダイナミックレンジを
広げることができれば、測定の正確性を向上させること
ができる。ｖ’−ｐ配向（図２）によって、反射率値の
ダイナミックレンジが広くなることにより反射光度計の
感度が向上し、装置によってより正確な読みが得られる
ことが分かった。

この感度の向上は、試薬パッド１６が、パッド１６の表
面からランダムに伸長する多くの小さな繊維又は他の表
面凹凸を有するという事実によるものである。高濃度範
囲において散乱光を測定すると、パッド１６内において
光の最大吸収があるが、相当量の光が繊維又は他の表面
凹凸によって散乱する。繊維又は他の表面凹凸によって
は相当量の色は伝達されないので、繊維によって散乱し
た光は、装置によって測定しようとする効果（吸収）に
関連するものではなく、表面ノイズとみなされるもので
ある。従来の装置は、この表面ノイズをろ波除去して所
望の信号の読みを与えることができない、しかしながら
、ｖ−ｐ配向を用いると、繊維に衝突した光は単一光散
乱現象を起こし、偏光を変化させないので、表面ノイズ
をろ波除去することができる０表面ノイズをｔ戸波除去
することにより、改造された読取りヘッド１１０を有す
る装置によって４００ｍｇ／ａ！ｉ’を超えるグルコー
スの液体濃度を検出することができる。

場合によっては、低い基質濃度と高い基質濃度を測定す
るために、１個の試薬片上に２種の試薬を用いる必要が
ある。これは、２種の試薬及び２個のパッドを有する試
薬片を開発及び製造する必要があるので、非常に煩雑で
より高価なものである１本発明によれば、２個の検出器
を用いて、高い基質濃度と低い基質濃度とを容易に測定
することができる０本発明の他の態様においては、改造
された読取りヘッド３１０（図４）は、それぞれが散乱
角ｒｘＪ及び「ｙ」上に配置されている２個の検出器１
８Ａ及び１８Ｂを有するように与えられている。また、
読取りヘッド３１０は、直角直線偏光子３２２を通過し
、試料１４上の試薬パッド１６に衝突する光を生成する
熱光源１２を有する。偏光子３２２の直角方向の偏光は
、記号３２６によって示されている。読取りヘッド３１
０においては、検出器１８Ｂは高濃度の基質を検出する
ように意図されており、平行直線偏光子３３０が、読取
りヘッド３１０内のパッド１６と検出器１８Ｂとの間に
配置されている。偏光子３３０の平行方向の偏光は、記
号３３２によって示されている。読取りヘッド３１０内
の検出器１８Ａは低濃度の基質を検出し、直角直線偏光
子３２４が、読取りヘッド３１０内のパッド１６と検出
器１８Ａとの間に配置されている。偏光子３２８の直角
方向の偏光は記号３２８によって示されている。

散乱光の強度の僅かな変化でも不正確な読みの原因とな
る可能性があるので、パッド１６上に表面欠損があった
り、パッド１６の表面上に廃棄物が残留している場合に
は、読取りヘッドによる読みの正確性が大きく影響を受
ける可能性がある。

表面欠損又は廃棄物の残留は、二重の検出路を有する改
造された読取りヘッド３１０を用いて検知することがで
きる。検出器１８Ａが検出器１８Ｂと異なる読み−を与
えた場合は、この差によって、パッド１６上の表面欠損
又は廃棄物の残留が示される０次に、試料１４を除去し
、別の試料１４を読取りヘッド３１０内に配置すること
ができる。

読取りヘッド３１０内の２個の検出器１８Ａ及び１８Ｂ
は、それぞれ異なる散乱角Ｘ及びｙに配置することもで
き、また、異なる偏光であってもよい６例えば、読取り
ヘッド４１０（図５）は、　゛記号４３２によって示さ
れる方向の直角な直線偏光子４３０が平行な偏光子３３
０に代えて与えられている外は読取りヘッド３１０と同
様のものである。読取りヘッド３１０に代えて読取りヘ
ッド４１０を用いて表面欠損及び廃棄物の残留を検出す
ることができる。

読取りヘッド３１０及び４１０において異なる散乱角及
び偏光を用いることができるが、最も有効な散乱角は、
Ｘ及びｙのいずれにおいても４５°であり、直線偏光子
３２２及び３３０に関してはｖ−ｐ配向であり、直線偏
光子３２２及び３２４に関してはＶ−Ｖ配向であること
が有効であることが測定された。

図４及び５の構成は、共平面配置をとっている。即ち、
第２の検出器１８Ｂと試料１６の間の線は、記載されて
いる散乱平面内にある。また、第１の散乱面と共平面状
でない第２の散乱面内に第２の検出器１８Ｂを配置する
こともできる。したがって、配置を変化させることがで
きるが、２個の偏光子を有する読取りヘッド１１０又は
２１０を設計する目的は、表面ノイズを可能な限り減少
させることである。３個の偏光子を有する読取りヘッド
３１０又は４１０においては、目的は、第１の偏光子１
２６．２２６又は３２６及び第２の偏光子１２８．２２
８又は３２８を選択する際に可能な限り表面ノイズを減
少させることである。第３の偏光子３３０又は４３０は
、第２の検出器１８Ｂによって記録される表面ノイズを
最大にするように配置される。

上記から、本発明によって、上述のバラグラフに示した
全ての目的が達成されることが明らかである。読取りヘ
ッド１１０．２１０．３１０及び４１０は、従来の読取
りヘッドｌＯよりも大きな正確性及び感度を有する。こ
の正確性及び感度の向上は、従来技術において用いられ
ている、より困難で高価な化学的変性よりも、光学的変
性によって可能である。

上記したような本発明の多くの修正及び変更を本発明の
精神及び範囲から逸脱することなく行なうことができ、
かかる制限は添付の特許請求の範囲によって示されるよ
うにのみ課されるべきである。

【図面の簡単な説明】

図１は、従来の反射光度計読取りヘッドの概略図； 図２は、光源から試料に向かう入射光の方向と試料から
検出器に向かう反射光の方向とによって画定された散乱
面に対して、それぞれ、平行及び直角な偏光方向を有す
る第１及び第２の直線偏光子を有する、本発明の特徴に
したがって構成された反射光度計読取りヘッドの第１の
態様の概略図： 図３は、第１の直線偏光子の偏光方向が散乱面に対して
直角であり、第２の直線偏光子の偏光方向もまた散乱面
に対して直角である、図２と同様の概略図： 図４は、散乱面に対して直角な偏光方向を有する第１及
び第２の直線偏光子、並びに、散乱面に対して平行な偏
光方向を有する第３の直線偏光子・　と共に、第１及び
第２の検出器を有する本発明の反射光度計読取りヘッド
の他の態様の概略図二面５は、それぞれの直線偏光子が
散乱面に対して直角な偏光方向を有する図４と同様の概
略図； 図６は、内包光散乱粒子を有するフィルムマトリックス
内の単一光散乱現象の概略図；であり、 図７は、多重光散乱現象を示す図６と同様の概略図であ
る。 １Ｏ１１１０，２１０，３１０，４１０・・・反射光度
計読取りヘッド： １２・・・光源： １４・・・試薬片； １６・・試薬パッド； １８．１８Ａ、１８Ｂ・・・検出器； １２２．１２４．２２２．２２４．３２２．３２４．３
３０．４３０・・・直線偏光子：２０・・・内包光散乱
粒子。 ＦＩＧ−Ｉ　　　　　　　　　　　ＦＩＧ、　２ＦＩＧ
、　３　　　　　　　　　　　ＦＩＧ、　４ＦＩＧ、　
５

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. （１）光源； 光度計内に配置されている試料から反射 する該光源からの光を検出する手段： 該光源と該試料との間に配置され、それ によって光源が、該試料を照射する前に偏光される第１
   の直線偏光子；及び、 該試料と該検出手段との間に配置され、 それによって該反射光が、該検出手段によって検出され
   る前に偏光される第２の直線偏光子を有する反射光度計
   。
2. （２）該第１の直線偏光子及び該第２の直線偏光子の偏
   光方向が互いに直角である請求項１記載の反射光度計。
3. （３）該第１の直線偏光子及び該第２の直線偏光子の偏
   光方向が互いに平行である請求項１記載の反射光度計。
4. （４）第２の検出器；及び、該試料と該第２の検出器と
   の間にあって、その偏光方向が該第１の直線偏光子の偏
   光方向に対して直角である第３の直線偏光子を更に有す
   る請求項１記載の反射光度計。
5. （５）第２の検出器；及び、該試料と該第２の検出器と
   の間にあって、その偏光方向が該第１の直線偏光子の偏
   光方向に対して平行である第３の直線偏光子を更に有す
   る請求項１記載の反射光度計。
6. （６）読取りヘッドの外側に配置された試料から反射す
   る拡散光を定量的に測定しうる反射率測定装置用読取り
   ヘッドであって、 光源； 該光源を通って該試料に直角な線と、該試料から該第１
   の検出器へ通る線との間の測定される角度である予め選
   択された散乱角における第１の検出器； 該光源と該試料との間に配置された第１の偏光フィルタ
   ー；及び、 該試料と該第１の検出器との間に配置された第２の偏光
   フィルターを有する読取りヘッド。
7. （７）該第２の偏光フィルターが、該光源から該試料上
   への入射光の光の方向と該試料から該第１の検出器への
   外向きの反射光の光の方向とによって画定される散乱面
   に対して垂直な偏光方向を有するものである請求項６記
   載の改良された反射率測定用読取りヘッド。
8. （８）該第２の偏光フィルターが、該光源から該試料上
   への入射光の光の方向と該試料から該第１の検出器への
   外向きの反射光の光の方向とによって画定される散乱面
   に対して平行な偏光方向を有するものである請求項６記
   載の改良された反射率測定用読取りヘッド。
9. （９）光源を有する読取りヘッド及び第１の検出器を有
   する反射光度計の特性を改良する方法であって、 該光源から、該反射光度計内に配置された試料への光を
   第１の方向において偏光し； 該試料から該第１の検出器へ反射する光を第２の方向に
   おいて偏光することを特徴とする方法。
10. （１０）光源； 光度計内に配置されている試料から反射 する該光源からの光を検出する第１の手段；該光源から
    の光を第１の方向において偏 光するための第１の偏光手段；及び、 該試料からの反射光を第２の方向におい て偏光するための第２の偏光手段。