JPH01250737A - 自動化学分析装置 - 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】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は、反応液内を透過した光を回折格子で分光させ
各波長の光量を検出することにより反応液内の特定成分
の濃度を測定する自動化学分析装置に関する。

（従来の技術） 例えば人体から採血した血清を試料として用いこれに所
望試薬を反応させて、反応液内の特定成分の濃度を比色
法により測定して診断に供するようにした自動化学分析
装置が知られている。このような分析装置は近年になっ
て多項目化、高速処理化の傾向にあり、多チャンネルで
同時分析が可能な装置が出現している。この装置は多チ
ヤンネル分用意されている反応液が収納された反応セル
に対し同時に光を照射し、反応液内を透過した複数の光
路を各対応した回折格子に入射することにより分光され
た多波長の光量を検出器で検出することによって、反応
液内の特定成分の濃度を測定するようにしている。

しかしこのような分析装置は多チャンネルの試料を同時
に分析するために、各チャンネルの試料ごとに測定系を
用意する必要があるので装置が大型化するのは避けられ
ない。このような欠点を除くために反応液内を透過した
複数の光路の中から１つの光路を順次選択して（切換え
て）回折格子に入射させて、測光系を簡略化して装置の
小型化を可能にした分析装置が先に本出願人によって特
開昭５９−７０９４６号公報で提案されている。

第１０図はこの分析装置を示すもので、光源２からの光
は光分配オプティカルバンドルファイバ５によって複数
ｎの光路に分岐されて各々反応セル８の反応液内を透過
した後複数ｎの受光バンドルファイバ１０によって光ス
ィッチ１１に入射し、この光スィッチ１１によって１つ
の光路が選択されて一対のスリット３２ａ、３２ｂ及び
集光レンズ３２ｃを介して回折格子１６に入射され、分
光された各波長の光量が検出器１７によって検出される
ように構成されている。この構成によれば反応セル８を
透過した複数の光路は光スィッチ１１によって１つの光
路のみが順次選択されて回折格子１６に入射されるので
、測光系を簡略化できるため分析装置の小型化を図るこ
とができる。

（発明が解決しようとする課題） ところで従来の分析装置では、光スイツチ手段によって
複数の光路の中から１つの光路を選択するどき各光路で
回折格子に入射する光の角度が微妙に変化するので、分
光された各波長に対応づけられた検出器に入射する波長
がずれてしまうという問題がある。すなわち分光された
各波長と検出器の個々の素子との対応関係がずれてくる
ようになり、このために頻繁に装置の測光系の調整を行
う必要があるので多大な労力を必要としている。

本発明は以上のような問題に対処してなされたもので、
測光系の調整を不要にした自動化学分析装置を提供する
ことを目的とするものである。

［発明の構成］ （課題を解決するための手段） 上記目的を達成するために本発明は、回折格子で分光さ
れた０次光の光量のピーク値を検出する手段と、前記ピ
ーク値を検出したタイミングで各波長の光量を検出する
手段とを備えるようにしたものである。

（作　用） 回折格子で分光された各波長の単色光と０次光との角度
は一定であり、０次光の光量のピーク値を検出したタイ
ミングで各波長の光量を検出すれば同様に各波長に対応
ずけられた検出器と入射する波長がずれることがなくな
る。従って光路選択時の回折格子に対する入射角度の変
化の影響を受けることなく、各波長の光量を検出するこ
とができる。

（実施例） 以下図面を参照して本発明実施例を説明する。

第１図は本発明の自動化学分析装置の実施例を示す構成
図で、ランプハウス１に配置された光源２から発生した
光は集光レンズ３によって集光された後熱線カットフィ
ルタ４を介して光ファイバ５に入射される。光はこの光
ファイバ５によって複数ｎの光路に分岐された後、各光
路は分析装置の反応ライン６に配置され反応管カセット
７に保持された反応セル８の両側に設けられた一対のプ
リズム９ａ、９ｂを通過して再び光ファイバ１０を介し
て光スィッチ１１に入射する。前記各反応セル８には試
料と試薬との反応液が収納されており、各光路は反応液
内を透過して光スィッチ１１に入射することになる。光
スィッチ１１は各反応セル８を透過してきた複数の光路
を案内する複数の光ファイバ１０を接続する端子１２を
円周上に有しており、入射した光路は１つの光路のみが
一対のミラー１３ａ、１３ｂによって選択されて出射さ
れる。一対のミラー１３ａ、１３ｂはミラー１３ｂを中
心としてパルスモータ１４によって一体的に回転され、
ミラー１３ａに入射した光路のみがミラー１３ｂで反射
されてスリット１５を介して回折格子１６に入射される
。

回折格子１６で分光された多波長の光は各波長に対応づ
けられたダイオードが多数配置されたフォ１〜ダイオー
ドアレイから成る検出器１７によって各々の光量が検出
される。検出器１７には各波長に対応した複数のプリア
ンプ１８が接続される。

また回折格子１６で分光された０次光を検出するための
フォトダイオードから成る０次光検出器１９が設けられ
、これにもプリアンプ１８が接続される。各プリアンプ
１８の出力はマルチプレクサ２０によって切換えられて
、Ａ／Ｄ変換器２１を介してインターフェース２２に接
続され、このインターフェース２２にはパルスモータコ
ントローラ２３が接続され、これにはパルスモータドラ
イバ２４が接続される。

前記光スィッチ１１のミラー１３ａ、１３ｂはパルスモ
ータ１４によって矢印方向に回転するが、この回転の指
令は後述のＣＰＵから与えられる。

パルスモータ１４のシャフトにはミラー１３ａ。

１３ｂが予め決められた特定位置（ホーム位置）にある
ことを示すホーム信号を得るためのカッ１〜板２５ａが
設けられ、これに対応してカット板２５ａの回転軌道上
に設けられたフォトインタラプタ（ホームセンサ）２５
ｂによってホーム信号が検出されてパルスモータコント
ローラ２３に出力される。第２図は光スィッチ１１のＸ
方向から見た配置図を示すもので、Ａ乃至りの複数の光
ファイバ１０が接続されているとすると、例えばＡとＬ
どの中間位置にホーム位ｆｆＰが設定される。

パルスモータ１４の回転パルス電流はパルスモータドラ
イバ２４によって供給され、この電流の位相はパルスモ
ータコントローラ２３から発ｊ辰される。パルスモータ
コントローラ２３は後述するＣＰＬＪからの指令により
前記電流を発振するが、その指令にはパルスモータ１４
の回転速度（パルスモータコントローラ２３の発（辰周
波数）１回転方向、ホーム信号が検出するまで発振する
か又はＣＰＵから与えられるパルス数を出力し終るまで
発振するかの動作モード、必要に応じてパルスモータコ
ントローラ２３の発振パルス数を発振するか等に関する
内容が含まれている。またパルスモータコントローラ２
３は前記指令を受けた後直ちにパルスモータドライバ２
４にホーム信号がくるまでパルスを発振してその間ＣＰ
Ｕには３ｕｓｙ信号を返す。パルスモータコントローラ
２３はホーム信号を受取るＣＰＬＪから与えられたパル
ス発振の終了条件を満たすと、ＣＰＵへＲｅａｄｙ信号
を返して動作（モータ回転）が終了したことを知らせる
ように構成されている。

第３図は第１図における検出器１７及び０次光検出器１
９以降の測光系の制御回路の詳細を示すブロック図であ
る。検出器１７を構成している複数のフォトダイオード
で検出される各波長を例えばλ１乃至λ１５で示すもの
とすると、プリアンプ１８は各波長に対応した複数１８
１乃至１８１５が各ダイオードに接続され、また０次光
検出器１９（フォトダイオードから成る）にはプリアン
プ１８ｏが接続されて、各ダイオードで検出された信号
はプリアンプ１８によって電流信号から電圧信号に変換
される。各電圧信号はアンプ２６（２６１乃至２６１５
，２６０　）によって増幅された俊サンプルホールド回
路（２７１乃至２７＋ｓ。

２７ｏ）に加えられる。サンプルホールド回路２７から
出力された各電圧信号はＣＰＵ（マイクロコンピュータ
システム）２８からの指令によってマルチプレクサ２０
に出力される。そしてマルチプレクサ２０によって１つ
の電圧信号のみが選択されてアンプ２９を介してＡ／Ｄ
変換器（例えば１６ビツトから成る）２１に入力され、
ＣＰｔＪ２８からのスタート信号に基づきＡ／Ｄ変換動
作を開始して、ディジタル値（ＡＤＣ値）がＣＰＵ２８
に読込まれるように構成されている。すなわち検出器１
７によって検出された各波長ごとの光量及び０次光検出
器１９によって検出された０次光の光量は共にＣＰＵ２
８によって読込まれ、これらのデータはメモリ（例えば
Ｃ−ＭＯＳメモリ）３０に記憶される。

前記Ａ／Ｄ変換器２１はＣＰＵ２８からのスタート信号
を受取り、Ａ／Ｄ変換動作を行っている間は３　ｕｓｙ
信号を、またＡ／Ｄ変換動作を終了するとＲｅａｄｙ信
号を各々ＣＰＬＪ２８へ出力する。

Ａ／Ｄ変換器２１は回折格子１６に光が入射しないとき
はＡＤＣ値が０に、また回折格子１６に光が入射したと
きは最大のＡＤＣ値が６０．０００付近になるように調
整されている。測光系は装置の電源投入時、光スィッチ
１１がホーム位置Ｐに保たれてＣＰＵ２８からの指示待
ちの状態にある。

パルスモータコントローラ２３．パルスモータドライバ
２４．パルスモータ１４．フォトインタラプタ（ホーム
センサ）２５ｂ等の各動作は前記した通りである。

次に本実施例の作用をフローチャートを参照して説明す
る。

第４図は本実施例の作用を示すメーンフローチャ−１〜
で、先ずステップＡのようなＣＰＵ２８からパルスモー
タコントローラ２３に対して光スィッチ１１（パルスモ
ータ１４）を１回転させるように指令が与えられて、光
スィッチ１１はホーム位置Ｐから回転を開始する。ここ
で光スィッチ１１に入射している光ファイバ１０のＡ乃
ｆｆ１Ｌに対応してＯ乃至１１の変数を設定しこれらを
ｉで総称すると、先ず光スィッチ１１は光路Ａを横切る
のでステップＢでｉ＝Ｏ＠ａんでこれの０次光のピーク
検出がステップＣで行われる。ステップＣの詳細は第５
図に示される。

先ずステップＣ１でマルチプレクサ２０を０次光検出器
１９側に切換えた侵、ステップＣ２でサンプルホールド
回路２６をホールド状態に切り替え、続いてステップＣ
３でＡ／Ｄ変換動作をスタートする。この動作中はＡ／
Ｄ変換器２１は３　ｕｓｙ信号を出力しており、ステッ
プＣ４でＡ／Ｄ変換動作が終了（Ｒｅａｄｙ状態になっ
た）したかの判断が行われる。その動作が終了するとス
テップＣ５でこのＡＤＣ値を変数ＥｏとしてＣＰＵのＲ
ＡＭエリアに占込み、ステップＣ６でサンプルホールド
回路２７をサンプル状態に切換える。本例ではＡ／Ｄ変
換器２１として１６ビツトの容量のものを用いているの
で、６５．５３６＝　２１６通りのＡＤＣ値をとり得る
。すなわちＡ／Ｄ変換器２１に対して最大の電圧信号が
加わったとき、Ａ／Ｄ変換器２１はｅｏ、　ｏｏｏ付近
のＡＤＣ値を出力し得るように構成されている。ここで
予めレベル値が例えば３０，０００に設定され、ステッ
プ　Ｃ７でＥｏ≧３０．０００の判断が行われこの条件
が満たされるまでサンプル動作が繰り返される。その条
件が満たされると流れはステップＣ８に進むことになる
。以上のステップＣ２乃至Ｃ７によって０次光（但しｉ
−０に対応した光路Ａの場合のみ）が入射し始めたこと
を検出することになる。第９図はこのようなＯ次光検出
動作におけるＡＤＣ値の経時変化特性を示すものである
。

次にステップＣ８乃至Ｃｓａにおいて０次光の微分検出
動作が行われる。前記Ｅｏより大きな値の他の変数Ｅ１
　（現時点でのＡＤＣ値）がステップＣ８で設定され、
ステップＣ９、ＣＩＯ，ＣＩ２において前記ステップＣ
２乃至Ｃ４に対応した同様な動作が行われ、Ａ／Ｄ変換
動作がＲｅａｄｙ状態になるとステップＣＩ３でＡＤＣ
値が変数ＥｏとしてＣＰＵのＲＡＭエリアに書込まれる
。次にステップＣ＋ａでＥｏ≦Ｅ１の判断が行われ、こ
の条件が満たされない場合ステップＣ１１でサンプル状
態にされて、以下その条件が満たされるまで繰返される
。この条件が満たされるとＡＤＣ値はピーク値となって
ホールド状態でステップＣ１４を通過することになり、
検出器１７から出力された各波長λ１乃至λ１５の電圧
値と０次光検出器１９で検出された０次光の電圧値との
関係が固定状態に保たれたことになる。

次に流れは第４図のブロックＤに進み、光路ｉに対応し
た各波長λ１乃至λ１５の読込みが行われる。ステップ
Ｄの詳細は第６図に示される。

先ずステップＤ１で変数ｊ（Ｏ乃至１５）の設定が行わ
れ、ステップＤ２でマルチプレクサ２０がλｊ＋１に切
換えられた後、ステップＤ３でＡ／Ｄ変換動作がスター
トする。次にステップＤ４でＲｅａｄｙ状態になったか
の判断が行われ、Ｒｅａｄｙ状態になるとステップＤ５
でＣＰＵのＲＡＭエリアにそのＡＤＣ値の読込みが行わ
れる。

これは［変数Ｙ十ｉ　ｘ３０＋ｊＸ２］式に基づいてア
ドレス計算が行われた侵、ＡＤＣ値の格納が行われる。

続いてステップＤ６でｊ＋１の場合について同様な処理
が行われ、ｊ＝１５になるまで繰返されてステップＤ７
でｊ＝１５になったかの判断が行われる。これが満足さ
れるとステップＤ８でサンプル状態に切換えられて、λ
１乃至λ１５の読込みが終了する。第８図はこの様にし
てＣＰＬＪのＲＡＭエリアに読込まれたＡＤＣ値の配置
を示している。

次に流れは第４図のステップＥに進み、０次光の暗視待
ちが行われる。このステップは次の光路ｉ＋１を検出す
るまでに適当な待ち時間を設定するために行われる。こ
のステップＥの詳細は第７図に示される。

先ずステップＥ１でマルチプレクサ２０が０次光に切換
えられた優、ステップＥ２でホールド状態にされ、ステ
ップＥ３でＡ／Ｄ変換動作がスタートされ、ステップＥ
４でＲｅａｄｙ状態になったかの判断が行われる。Ｒｅ
ａｄｙ状態になるとステップＥ５でＡＤＣ値がＥｏとし
てＲＡＭエリアに読込まれ、ステップＥ６でサンプル状
態にされた後、予めレベル値が例えば２０．０００に設
定され、ステップＥ７でＥｏ　＜２０，０００の判断が
行われる。これはＡＤＣ値が２０．０００以下に小さく
なれば実質的に暗視状態にみなせることを意味している
。

このようにして第４図においてｉ−Ｏに対応した光路Ａ
の多波長λ１乃至λ１５の光量が検出されると、ステッ
プＦにおいて次に検出すべきｉ＋１が設定され、１＝１
２になるまで同様な検出動作が繰返される。ステップＧ
で１＝１２に対応した光路りの多波長λ１乃至λ１５の
光量の検出が終了したことが確認されると、光ステッチ
１１に入射した全ての光路が順次１つずつ選択され、回
折格子１６で分光された各波長の光量の検出が終了した
ことになる。

このような本実施例によれば選択された各光路の各波長
の光量の検出は０次光の光量のピーク値が検出されたタ
イミングで行われるので、複数の光路を順次切換えると
きの回折格子に対する入射角度の変化に関係なく分光さ
れた各波長の光ｍを正確に検出することができる。従っ
て小型化の利点を生かしたままで測光系の調整を不要と
した分析装置を得ることができる。

実施例では光ステッチに入射される光路の数は一例を示
したものであり、目的、用途などに応じて任意に変更し
得るものである。またＡ／Ｄ変換器の客間等についても
同様である。

［発明の効果］ 以上述べたように本発明によれば、回折格子で反射され
た０次光の光量のピーク値を検出したタイミングで分光
された各波長の光量を検出するようにしたので、光路選
択時の回折格子に対する入射角度の変化の影響を受けな
いため、装置の無調整化を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の自動化学分析装置の実施例を示す構成
図、第２図は第１図の主要部の説明図、第３図は本実施
例装置の制御回路部の構成を示すブロック図、第４図乃
至第７図は本実施例の作用を説明するフローチャート、
第８図は本実施例装置に用いられる記憶部のデータ配置
図、第９図は本実施例の作用を説明する特性図、第１０
図は従来例を示す構成図である。 １１・・・光ステッチ、１３ａ、１３ｂ・・・ミラー、
１４・・・パルスモータ、１５・・・スリブ１〜．１６
・・・回折格子、１７・・・検出器、１９・・・０次光
検出器、２０・・・マルチプレクサ、２１・・・Ａ／Ｄ
変換器、２８・・・ｃｐｕ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 各々反応液内を透過してきた複数の光路の中から１つの
   光路を順次選択して回折格子に入射し、分光された多波
   長の光量を検出することにより前記反応液内の特定成分
   の濃度を測定する自動化学分析装置において、回折格子
   で分光された０次光の光量のピーク値を検出する手段と
   、前記ピーク値を検出したタイミングで各波長の光量を
   検出する手段とを備えたことを特徴とする自動化学分析
   装置。