JPH05503151A - 光学機器の校正と試験のための液晶装置 - 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】 本発明は、試料の濁度のような光学的特性を測定する光学機器の光学的校正用の 装置に係わり、特に、その光学機器に関するシミュレートされた操作時環境を与 えるために、光の透過及び／又は散乱の変化をシミュレートするための装置に係 わる。

従来の技術 その材料の光学的特性の変化の測定に基づいて材料を分析する機器は、その初期 の校正及び試験と、定期的な校正及び試験との両方を必要とする。基準点を表す 示度を与えるようにその機器を調節するた分室、標準試薬又は基準試薬が必要で ある。

校正のための方法は標準試薬の使用を含み、該試薬は、その結果として生じる光 学的特性の評価を介六析されるべき光学的特性に関して既知の値を有する。

例えば、血液凝固分析装置の試験のために現在使用される方法は、標準試薬と標 準血液試料の使用を含む。しかるに標準血液試料と標準試薬の両方の調製と取扱 いに関連した多くの特有の不確実性があり、その結果に十分な信頼性をもたらす ためには多数回の試験が行われることが必要とされる。標準化された血液試料を 提供するためには、信頼性の平均的凝固試験の統計的に代表的な試料を与えるよ うに、多数の個体から得た血液が混合される。更に測定されるべき既知の平均値 をその光学的変化が表すことを確実にするために、前記方法が、多数の回数に互 って行われ且つ分析されなければならない。

この労働集約的で長時間を要する試験を用いてさえ、代表試料に関する統計的平 均値である１つの特定の光学値において、光学的分析を評価することだけが可能 であるにすぎない。これらの試験は、様々な個別の血液凝固状態に対して行われ なければならない。この場合にＰＴ、　ＡＰＴＴ、　ＴＴ、　Ｆｉｂのような種 々の試験は、各々に異なった凝固時間を有するばかりでなく、その反応の初期状 態と最終状態の間での光学透過レベルにおける各々に異なった変化を生じさせる 。様々な光学的レベルに関する分析を行う機器の場合には、この標準試料試験は 、統計的試料が及ばない光学的領域内では不確実性を残す可能性がある。

発明の要約 分析試料の光学的特性のシミュレーションのための整合的で高信頼性の装置を提 供することと、試料分析の不確実性と反復的性質を減少させることが本発明の目 的である。

更に濁度を測定する光学機器の試験において、分析のために実際の試料を調製す る必要性を取り除くことも本発明の目的である。

広範囲の光学透過／散乱に関する機器の光学的応答の評価のための装置を提供す ることが、本発明の別の目的である。

誤った機器応答がないか試験するための適切な光学的シミュレーションを提供す るために、透過状態と散乱状態との間での円滑な制御された移行を生じさせるた めの装置を提供することが本発明の更に別の目的である。

上記の目的とその他の目的が、光路に沿って光学的特性を測定する光学機器の光 学的校正の装置と方法を提供することによって、本発明に従って実現される。本 発明によって、電気的に変更可能な光学的特性を有する制御可能なシャッタが、 その光学機器の光路を横切るように配置され、更には、制御される形で前記シャ ッタの光学的特性を電気的に変更するための可変電圧を前記シャッタに選択的に 与え、それによって前記制御可能なシャッタの光学的特性をその選択された光学 的特性に一致させるために、制御機構が前記制御可能なシャッタに接続されてい る。

有利には前記ｍｅ可能なシャッタが、その光学機器の試料レセプタクルの中に嵌 まり込むように形成されていることが好ましい。本発明の他の有利な特徴と詳細 が、添付図面に関連して考察される時に、以下の説明から明らかになるだろう。

図面の簡単な説明 図１は、本発明の実施例による光学機器と制御可能なシャッタを概略的に示す斜 視図である。

図２は、本発明による液晶シャッタの断面図である。

図３は、本発明による試験動作を示す論理的流れ図である。

図４は、本発明の液晶シャッタの光学的応答を表すグラフである。

図５は、印加電圧に応じたシャッタの透過特性を例示するシャッタ伝達特性を表 すグラフである。

図６は、シャッタ駆動装置と測定機器の動作上の相互作用を示すブロック回路図 である。

好適実施例の説明 本発明の１つの実施例が、血液試料の凝固試験に関連して説明されるが、本発明 の他の応用例が添付クレームの範囲内で実施可能であることを理解されたい。

図１には、１つ以上の発光器及び／又は受光器（図示されていない）を含む光応 答センサ部分１４を有する、凝固分析装置Ｉ２が示されている。標準的な作業で は、血漿試料がバイアル中に入れられ、液体凝固試薬が加えられる。その後でそ のバイアルがセンサ１４内のスロット１６の中に入れられ、血液が凝固するまま にされる。血漿試料が凝固するにつれて、その血漿試料によって散乱される光が 増加し、その試料の透過性が低下する。この光学的変化は、適正に機能するセン サによって検出されるが、こうしたセンナの詳細は公知であって本発明の一部分 を形成しない。

そのセンサが適正に機能することを確実にするためには、そのセンサの機構を試 験し、且つ必要に応じてそのセンサを校正することが必要である。そのセンサは 、光学透過の変化を検出することによって、その試料が凝固閾値を越える時間を 一定の精度で検出しなければならない。従って、試料中での光学的変化に対応す る光学的刺激を、そのセンナに与えることが必要である。これは、実際の血漿試 料に凝固剤を加えることによって行われることが可能である。その試料が「平均 的人間」の血漿を適切に代表する場合には、その測定された凝固時間は、全般的 人口に関する凝固時間の統計的平均に近いはずである。

本発明は、光学機器のセンサ機構を校正するための、より効率的な代替校正方法 を提供する。本発明によれば、凝固をシミュレートする光学的刺激が、光学素子 又はシャッタ１８によって与えられ、この光学素子又はシャブタは、標準化され た試料の光学透過の変化をシミュレートする光学的特性を示すように電気的に制 御され得る。シャッタ１８は、以下で詳細に説明されるように、選択的に変更可 能な電圧を加えることによって変化させられることが可能な光学透過特性を有す る液晶を含む。

コンピュータもしくは類似のオペレータインタフェース機構が、又は自動化され たハードウェア部分であることが可能な制御装置３６が、［ｌ／＾コンバータと シャッタ駆動装置３８とにディジタル信号を送り、このシャッタ駆動装置は、そ のディジタル信つ送り出すように作られていることが可能である。典型的には様 々なシミュレーションが、制御装置３６を通してオペレータによって選択され得 る。

そのシミュレーションが実行されると、制御装置３６は、そのシミュレーション の光学的特性のその機器Ｉ２の標準的分析を表示するデータを、その機器１２か ら受け取る。これらのデータは、制御装置３６によって、又は必要に応じて別の 機器によって収集される。

図２によれば、前記シャッタは、酸化インジウムスズ（Ｉｎ２０３と　Ｓ　ｎ　 Ｏ２で構成されるセラミック半導体）の透明電極層２８．３０の間にサンドイッ チされた液晶層３２を有し、一方これらの透明電極層２８．３Ｇは、透明な１１ ７１ｘｒ社製のポリ（エチレンテレフタラート）層２４．２６によって被覆され ている。端子２０．２２が電極層２８．３０との電気接点を形成する。端子２Ｌ 　２２は、加熱と機械的応力によるセラミック電極の損傷を防ぐために、銀エポ キシ３４を介θｉ極２Ｂ、３Ｇに接続されている。液晶フィルム及び／又は液晶 層に対して過度の応力を及ぼすこと無しに図２に示されたシャッタアセンブリを 光学スロット１６の中へ反復的に挿入することを可能にするために、任意に、こ のシャッタアセンブリが透明アクリル材料（図示されていない）又は他の遍生材 料の中に封入されてもよい。これに加えてこの封入は、その液晶フィルムの性能 特性を変化させる可能性がある湿気に対する露出から、そのフィルムを保護する 。そのシャッタの反復使用によって、そのシャッタが機械的応力と湿気の両方を 受けるのは概ね確実であるが故に、前記フィルム及び電極層を機械的応力と湿気 から隔離することが重要である。

液晶層３２は、例えば米国特許第４．４３５．０４７号に開示されるようなネマ チック液晶を有する。ネマチック液晶で作られた光学ンヤッタは、米国特許第４ ．５５６．２８９号に開示されている。光学ンヤソタを作るためのネマチック液 晶フィルムであるＬｏｔ　Ｈｓｓｅ　ＦｏｒｍＬｌｌａ　（ＬＨＦ）は、　Ｔｘ ｌｉｑ　Ｃｏ＋ｐｏ＋ｘｔｉｏｎ、Ｓｕｎｎ７ｗａｌｅ。

Ｃｒｌｉｆｏｔｎ口からＶａ＋１ｌｉｔｅ商標のフィルムとして商業的に入手可 能である。図２に示されたような液晶デバイスの構造が公知であり、そうしたデ バイスはそれ自体としては本発明の一部分を形成してはいない。

この液晶フィルムは、各々に１０ボルトと０ボルトのｌ　ＫＨ＋の方形波信号に よって給電される時に、表工と表■に列挙されるスペクル透過特性を示す。

表Ｉ・１０ボルト ７００　６１．２ ４［１００，９８ 可変的透過のダイナミックレンジは、高度に制御された光学的シミュレーション を可能にする。シャッタ１８が適正に駆動される場合に得られることが可能な応 答直線性と組み合わされて、このダイナミックレンジは、本発明の原理によって 光透過の変化を検出する様々な光学機器の試験を行うために、そのンヤソタ１８ が使用されることを可能にする。

使用される液晶フィルムは、それ自体としては電圧振幅に応じて直線性ではない 光学的応答を示す。従って、シミュレートされている試験試料の光透過特性の適 正なシミュレーノヨンを生成するためには、比例的な電圧シミュレーノヨン特性 を生じさせることが必要である。図５に例示されているように、液晶に印加され る電圧とその光学的応答特性との間には非直線性の関係がある。

シャッタ１８に加えられる電気駆動信号のための適切な特性が、シミュレートさ れるべき光学信号によって示される特性を予備処理することによって得られる。

この予備処理は、図４に示される信号人のような、シミュレートされるべき望ま しい光学信号の特性を採用することと、シミュレートされた所望光学的特性Ｂを 生成するために、数学的アルゴリズムの使用によって、液晶を駆動するための電 気信号特性に到達することとを含む。

シミュレートされた光学的特性Ｂを生じさせるように供給信号用の適切な電圧特 性を得るために、原型の波形＾が、標準化された条件下における光学濁度測定器 １２の作動中に・その先学濁度測定器から収集される。その後で、その予備調整 された波形Ａに基づいた電気信号がシャッタ１８を駆動して特性Ｂを生じさせる ように、波形へが予備処理されなければならない。

図５は、ンヤッタ材料に関する、透過率と電圧の関係を示す。

分析装置１２のセンサ部分１４の光路の中にシャッタ１８を置き、その後でその シャッタ１８に既知の電圧を送り込み、その検出された透過率を相関関係付ける ことによってこの曲線はｌ測定される。この既知の電圧は、電圧と透過率の範囲 全体に亙っての関係を測定するために変化させられる。電圧とその結果としての 透過率との間の関係は、光学的特性人を複製するために、可変的な電圧駆動信号 の計算に利用される。

最良の適合を得るために、例えば次に示されるような６つの追加のべき項によっ て変形された正接関数が使用され、Ｖ　＝　２５６００　（Ａ　ｌ＊ｎ（Ｂｔ− Ｃ）＋　Ｉｌ＋Ｅ１　＋　Ｆ１２＋　Ｇ１３＋　Ｈ１４＋　ｌｌ５）前式中でＶ ＝駆動信号の電圧 ！・透過率の測定値 Ａ・１．９９３５１　本１Ｇ−２ Ｂ＝２．２６１１１５ Ｃ＝　５．９０１４１ Ｈ：冒８９８６京１０ １　＝　−１，５２７４４ その後で２信号電圧と透過率との間の相関関係が、光学濁度測定器１２用の条件 をシミュレートするように透過波形Ｂを発生させるために使用される。

特性人のような個々の曲線が、任意数の又は様々な光学透過状態に関して収集さ れることが可能である。上記で得られた「電圧、透過率」比を考慮して、電圧信 号で７ヤツタ１８を駆動することによってこれらの曲線がシミュレートされ得る ように、これらの曲線が予備処理されることが可能である。

所与の事象の光学透過率を記憶し復製するための方法は、例えば次のように要約 できる。先ず最初にその事象が行われ、測定され、数回反復される。測定された 透過率特性の各々が記録され、これらが共に収集され、標準透過率曲線を決定す るために評価される。その標準透過率曲線が得られてしまえば、その電気信号は 、電気的に制御可能なンヤ、）夕を電気的に駆動することによってその透過率曲 線の復製を生じさせるだろう電圧値に達せられる。標準透過率曲線に沿った点の 値が、上記のようにその透過率曲線に沿った透過率値の点を複製するように、前 記ンヤッタを駆動するための適正電圧値へと予備処理され且つ変換される。任意 の望ましい波形（例えば方形波）が上記の方法で予備処理され、本発明の原理に よる校正のために使用され得ることが当業者に理解されるだろう。それに続いて 前記ンヤ駆動される。

更にその液晶は、その液晶のヒステリシスに部分的に起因する不完全な振幅応答 を示す。従って図４の特性によって例示される結果を得るために、そのシミュレ ーション精度を改善するように、補償アルゴリズムと共にオーバードライブアル ゴリズム（ｏｖｅ＋ｄ＋ｉｖｅ　ａ１ｇｏ＋ｉｌｈｉｍｊを使用することが望ま しい。このオーバードライブアルゴリズムは、操作されているデータ点よりも前 方の移動平均を計算し、且つそのデータ点とその移動平均との間の差異の端数に よってそのデータ点を変更する。

上記の説明を要約すると、液晶フィルムの光学的応答が電圧変化に対して直線性 ではないが故に、その非直線性の電圧曲線が、ンヤッタを駆動して所与の光学透 過率特性を複製し且つ校正のためのプロセスをシミュレートするために〆使用さ れなければならない。液晶応答のヒステリシス効果と遅延効果を補償するために シャッタをオーバードライブすることと組み合わされて、逆正接関数に基づく曲 線当てはめアルゴリズム（ｃｏｒｖｅｆｉｔｔｉｎｇ　ｔ１ｇｏ＋１ｌｔｖｌ　 が、望ましい曲線に近似するように、シャッタに供給される電圧を調節するため に使用される。このプロセスの結果が図４に示され、この図では特性人が真の波 形を表し、特性Ｂがそのンヤッタ複製を表す。

図３は、図１に示されるシステムに関連した、試験のシミュレーションと評価の ための機能ステップの論理流れ図を示す。

そのシステムは先ず最初に初期設定される。その後で、選択メつＩ実行されるべ きシミュレーションを選択するために、オペに レータ／示される。適切なファイルが負荷され、オペレータは分析を開始するよ うに指示される。その後で制御装置３６が、その選択されたシミュレーション用 に適正データをンヤソタ１８に送り、一方で光学機器１２が、そのシミュレート された光学的透過に対する適切な評価を行う。透過の生データか、最終結果の凝 固時間だけのどちらかが、オペレータによる選択に応じて制御装置によって検索 される。

その後で制御装置３６が、どちらかの形で受け取られたデータを分析し、且つ伝 送された信号に関する予測結果とそのデータが整合しているか否かを決定するだ ろう。精度を決定するために、制御装置は、所与の範囲内での整合性を決定する ようにプログラムされることが可能である。更に制御装置３６は、その光学機器 の動作特性を決定するために、受は取られたデータ中の雑音レベルを評価するの に使用され得る。シャッタ１８からの光学信号が平滑であるが故に、そのデータ は平滑な応答を示す筈である。雑音の多い応答は、光学センサ１４又はその関連 の光学機器１２の回路構成要素内の欠陥を示す可能性がある。再現可能な平滑な 光学入力が確保されることが不可能であるが故に、この分析は、試薬による試料 校正を用いて確実に行われることは不可能である。

光学的試験のためには、液晶フィルムが周波数ＩＫＨ＋の方形波で駆動されるこ とが最適であるということが確定されている。

低い駆動周波数ではその光学透過特性が変調され、ＩＫＩｌ＋を越える周波数で は液晶フィルムが損傷を受ける。液晶フィルムに同様に損傷を与える可能性があ る電位不均衡を避けるためには、正味ゼロＤＣ波形で液晶フィルムを駆動するこ とも必要である。

図６は、シャッタを駆動するための且つ光学機器からデータを受け取るための、 制御回路構成要素のブロック図を更に詳細に示す。この回路構成要素は３つの部 分から、即ち制御装置又はコンピュータ３６と、データ収集回路４０と、特注の 駆動装置回路４２とから成り立っている。データ収集回路４０と注文の駆動装置 回路４２は、図１ではＤ／Ａコンバータと呼ばれる概括的ブロック３８と駆動装 置を含む。

データ収集回路４０は、シミュレーション速度を制御するための適切なタイミン グを与える。更に回路４０は、制御回路３６からノテイジタル信号を、駆動装置 回路４２のためのアナログ電圧に変換する。駆動装置回路４２は、給電装置４４ と、低電力コンバータ４６と、可変電圧レギュレータ４８と、方形波発振器５０ と、出力駆動装置５２とを含む。この回路は、上記で説明された通りにシャッタ １８を駆動するために、必要な制御電圧を与える。

さて本発明は十分に説明されたが、本書で説明される通りの本発明の思想又は範 囲から逸脱することなく、数多くの変更と部分的改変が行われることが可能であ るということが当業者には明らかだろう。従ってこの詳細な説明は例示のための もので、何ら限定的なものではないと見なされ、本発明の範囲は以下のクレーム によって画定される。

図２ 図６

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. １．光路に沿って光学的特性を測定する光学機器の光学的校正用の装置であって 、 前記光路を横切って配置するための、電気的に変更可能な光学的特性を有する制 御可能なシャッタ手段と、前記シャッタの光学的特性が選択された光学的特性に 一致するように、制御された仕方で前記シャッタ手段の光学的特性を電気的に変 更するべく前記シャッタ手段に可変電圧を選択的に与えるための、前記制御可能 なシャッタ手段に接続された制御手段とを含む装置。
2. ２．前記光学機器が時間に応じて濁度を測定し、前記制御手段が、予定の標準化 試料の濁度の経時的変化を表す光学的特性をシミュレートするために前記シャッ タを制御する請求項１に記載の装置。
3. ３．前記制御手段によって変更される前記光学的特性が散乱を含む請求項１に記 載の装置。
4. ４．前記制御手段によって変更される前記光学的特性が透過を含む請求項１に記 載の装置。
5. ５．前記制御手段が、凝固中の血漿の光学的特性をシミュレートするべく前記シ ャッタ手段の光学的特性を電気的に変更するために、前記シャッタ手段に可変電 圧を与える請求項１に記載の装置。
6. ６．前記シャッタ手段の光学的特性が前記電圧の変化に対して非直線的に変化し 、前記制御手段が、望ましい光学的応答を得るべく前記シャッタ手段の光学的特 性の非直線性の変化に対して選択的に非比例的である時間に応じた予定の特性に 従って、可変電圧を与える請求項１に記載の装置。
7. ７．前記シャッタ手段が、前記光学機器の試料レセプタクルの中に嵌まり込むよ うに形成されている請求項１に記載の装置。
8. ８．光路に沿った光学的特性の変化を測定する光学機器の光学的校正用の方法で あって、 電気的に変更可能な光学的特性を有する光学シャッタを、前記光路を横切って配 置することと、 選択された光学的特性に前記シャッタの光学的特性が一致するように、制御され た形で前記シャッタの光学的特性を変更するべく前記シャッタに可変電圧を加え ることとを含む方法。
9. ９．前記シャッタを、前記光学機器の試料レセプタクルの中に嵌まり込むように 形成することを更に含む請求項８に記載の方法。