JPH058975B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の背景］ Ａ 発明の分野 本発明は反射光度計に関し、更に詳しくは、本
発明は距離感受性の低減された拡散反射光読み取
りヘツドに関する。

Ｂ 背景技術の説明 反射光度計は一般に体液の分析のように既知量
の体液を、定量的に未知の体液成分例えば血液グ
ルコースに対して反応性の化学品を含浸する反応
性試薬片上に載置することによつて行う定量化学
分析に用いられる。試薬片は、試薬片が制御され
た拡散光で照明され、試薬片からの反射光が測定
される反射光度計の読み取りヘツド内又はそれに
接して置かれる。試薬片上に形成された反応生成
物は、分析された各体液成分の異る量（濃度）そ
れぞれに対して既知量の光を反射する。従つて、
試薬片から測定される異る反射光のそれぞれにつ
いて分析される試料中の特定の体液成分の量が知
られる。光源の強度、温度その他の変化する要因
におけるその日、その日の変化を考慮するために
若干の較正が必要である。

定量化学分析に現在用られている代表的反射光
度計は、最も正確な結果を得るために内側に光を
積分する拡散反射の仕上げ部を有する球面状の読
み取りヘツドを有している。積分球の実施例は米
国特許第4171909号、同第4310249号及び同第
4395126号に開示されている。通常、これらの反
射分光計は大型で高価であり、正確な結果を得る
ためにはこの積分球の内部又はそれと接するよう
に試薬片を置かなければならないので操作には時
間がかかる。

従来技術の反射光度計においては、試薬片を読
み取りヘツド内に置かなければならないので、試
薬片の交換が迅速に行えない（試薬片を読み取り
ヘツドの外側に置いた場合には可能なのだが）た
め分析はより時間がかかるものとなる。試薬片分
析位置が読み取りヘツドの外にあることは、可動
の試料保持台を読み取りヘツドの外で容易に再配
置できるので多数の試料の多数の読み取りを行う
上で特に望ましい。また、読み取りヘツド内又は
それに接するように試薬片を置くと、拡散反射が
完全に行なわれるように清浄に保つておかなけれ
ばならない読み取りヘツドの内面を汚染すること
になる。

反射光度計において、最も正確な結果は、読み
取りヘツドに対して試料の照明が最も良好な地点
に試料が置かれた場合に得られることが分つてい
る。積分球においては、試料司郎は読み取りヘツ
ドのやや内部又はそれに接するように置かねばな
らない。本発明によれば、試料位置に隣接する円
錐形部分を有する読み取りヘツドによつて読み取
りヘツドの外で試料の分析を行うことが可能にな
る一方意外なことに少なくとも球形の読み取りヘ
ツドの精度が維持されることが見出された。

［発明の要約］ 本発明の目的は拡散反射分光光度計用の新規か
つ改良された読み取りヘツドを提供することであ
る。

本発明の他の目的は多数の試料の測定をより能
率的に行うことのできる分光光度計用の新規かつ
改良された読み取りヘツドを提供することであ
る。

本発明の更なる目的は、読み取りヘツドの外に
置かれる試料からの拡散反射光を測定するための
距離感受性の低減された新規かつ改良された読み
取りヘツドを提供することである。

本発明のまた更なる目的は、読み取りヘツドの
外に置かれた試料の拡散反射率を従来技術による
より効率の低い読み取りヘツドと少なくとも同程
度の正確さで測定を行う読み取りヘツドを提供す
ることである。

要約すれば、本発明は新規かつ改良された分光
光度計及び読み取りヘツドの外に置かれた試料の
反射率を正確に測定することのできる距離感受性
の低減された分光光度計用の読み取りヘツドを目
的とするものである。この新規かつ改良された読
み取りヘツドは、試料を照明するために読み取り
ヘツドを用い、反射光を測定するどのような公知
の分光光度計器との結合においても有用である。
この分光光度計は、コンピユーターソフトに電力
を供給するための電子サーキツトリー、指示及び
データを入力するためのキーボード並びに収集し
た情報を表示するための表示器を有するハウジン
グを有する。情報は上部の半球形部分及び下部の
円錐形部分を有するハウジングにより画定される
読み取りヘツドによつて収集される。読み取りヘ
ツドの外に置かれた試料を照明するために読み取
りヘツドへ光を送るための強力フラツシユランプ
が取り付けられている。基準用及び試料用の光学
繊維の束、光電検知器及びレンズ組み立て部分が
試料からの拡散反射光を測定するために設けられ
ている。

本発明のその他の更なる目的、利点及び特色
は、添付の図面と共に下記の詳細な説明からた当
業者には明らかであろう。

［好ましい実施態様の説明］ 従来の分光光度計又は反射光度計は測定される
試料と読み取りヘツドとの間の距離の変化に影響
される（距離感受性）。この距離感受性は、これ
らの従来技術の効用を、読み取りヘツド内の所定
位置に注意深く置かれた一個の試料又は試薬片に
ついての使用に制限している。更に、読み取りヘ
ツド内又はそれと接するように置かれた試料及び
試薬片は、溶剤や反応生成物が読み取りヘツドの
内面と接触し、それによりこれらの内面を汚染し
て測定される拡散反射率を変化させることのない
ように細心の注意を払つて取扱わねばならない。

第１図は従来技術の積分球読み取りヘツドにお
ける距離感受性を示すグラフである。第１図にお
いて縦軸の目盛は正規化された比率示度（試料経
路示度／基準光路示度）を表わす。横軸は読み取
りヘツドの底部から試料の上面までの距離を表わ
す。負の数字は読み取りヘツドハウジングの下方
及び外側への距離に対応し、正の数字は読み取り
ヘツドハウジングの内側への距離に対応する。

従来技術の積分球設計の読み取りヘツドにおい
ては、距離感受性は読み取りヘツドの底部から試
料まで距離の変化0.001インチ（0.00254cm）に対
して反射率の変化は２％と高い。第１図に示すよ
うに、最良の感受性はグラフ中文字「Ａ」で示し
たグラフ区域に存在する。これは、試料と読み取
りヘツドとの間の距離における0.01インチ
（0.0254cm）の変化に伴う試料からの信号すなわ
ち光における最小の変化に対応する最小の傾斜を
有するグラフ部分である。しかしこの区域におい
ては試料は読み取りヘツドの内側に置かれてい
る。

第２図は本発明の原理に従つて構成された読み
取りヘツドの距離感受性を示すグラフである。第
２図に示すように、距離感受性は読み取りヘツド
から0.11インチ（0.2794cm）下方にある試料に対
して最も良好である。この個所で傾斜は0.0074／
0.01インチ（0.0254cm）であるのに対し、第１図
の同じ個所においては0.0188／0.01インチ
（0.0254cm）である。この差異は第１図にグラフ
で示した読み取りヘツドに対して距離感受性にお
ける約三倍の改良率を示すものである。

さて第４図においては、概括的に参照番号１０
で示される分光光度計又は反射光度計が示されて
いる。分光光度計１０は、拡散光で試料を照明す
るので読み取りヘツドが用いられる形式のもので
ある。分光光度計１０試料からの反射光を感知
し、試料の反射光信号と読み取りヘツド内に配置
された基準光センサーが受けた光とを比較して、
試料からの拡散反射光の量に基づいて試料中に所
定成分の濃度を定量測定する。定量分析されたデ
ータは光感知装置に作動可能に接続された監視器
に表示される。

分光光度計１０はハウジング１２を有し、これ
は例示した好ましい実施態様においては目盛及び
その他の指示を入力するためのキーボード１４を
有して、形状は矩形である。分析結果は表示監視
器１６で表示される。分光光度計１０は、読み取
りヘツド２０から厚められたデータを通訳し、表
示監視器１６に情報を伝えるプログラムモジユー
ル１８に電力を供給するための電子サーキツトリ
ーを有する。試料保持台２２は読み取りヘツドの
隣接して配置され、かつ読み取りヘツド２０内の
拡散光通過開口に対して所定位置に分析すべき試
料がくるように配置されている。

試料保持台２２は読み取りヘツド２０の約0.11
インチ（0.2794cm）下方に位置し、ハウジング１
２に対して回転して、数個の標本すなわち試料を
所望の順序で一つずつ読み取りヘツド２０の下に
置くことを可能にしている。読み取りヘツド２０
の外側に保持台２２を置くと、読み取りヘツド２
０の内面の汚染が防止されかつ保持台２２を移動
させて読み取りヘツド２０内の拡散光通過開口に
隣接するように試料を順次配置することにより、
迅速かつ容易に多数の試料を処理することができ
る。読み取りヘツド２０は、距離感受性を低減
し、読み取りヘツド２０の外側に位置する試料か
らの拡散反射光を正確に測定することができる。

読み取りヘツド２０のより詳細な図解を第３図
に示した。読み取りヘツド２０はアルミニウム又
はその他の適当な材料で作られたハウジング２４
を有する。ハウジング２４は上方ハウジング部分
２６及び下方ハウジング部分２８を有する。上方
ハウジング部分２６は、均一に光を分散あるいは
拡散することのできる半球形の内部周囲面３０を
有する。下方ハウジング部分２８は、上方ハウジ
ング部分２６と下方ハウジング部分２８とを分割
する水平面から円錐面３２でを測定した円錐角度
（cone angle）θで形成される円錐形の内部周囲
面３２を有する。下方ハウジング部２８は該水平
面から試料用開口面３４までを測定した円錐の高
さＹを有する。円錐の高さＹは0.5〜1.09インチ
（1.27〜2.7686cm）の範囲とする。光の損失を防
ぎ拡散を増強するために、内部周囲面３０及び３
２は、当業界で周知のように、酸化マグネシウ
ム、硫酸バリウム、アライド・ケミカル・コーポ
レーシヨン（Allied Chemical Corp.）から入手
されるハロン［HALON（ポリテトラフツ化エチ
レン）］等で被覆されている。

読み取りヘツドの内面３２の円錐形の形状は、
光の通過量を高め、試料を円錐形のハウジング部
分２８の外側に置いたままで非常に正確な反射率
の測定のための一定の試料照明水準を維持するこ
とが分つた。本発明を最も有利に実施するには、
上記に定義された円錐角度θを45〜60°とすべき
であり、円錐角度θが50〜60°において、特に円
錐角度θが約55°、円錐の高さ0.7インチ（1.778
cm）において、予期されなかつたきわだつた反射
率測定精度が得られることが分つた。第２図のデ
ータは、円錐角度θ55°を有する読み取りヘツドを
用いて収集されたものである。

円錐形の下方ハウジング部２８は頂点が切断す
なわち切頭されており、光を通過させる試料用開
口３４を提供している。開口３４の直径は、円錐
角度θ及び円錐の高さＹの関数である。直径は、
0.06インチ〜1.2インチ（0.1524〜3.048cm）の範
囲が好ましい。円錐角度55°及び円錐の高さ0.7イ
ンチ（1.778cm）の時、直径は0.6インチ（1.524
cm）である。保持台２２に載置される試料３６
は、試料用開口３４に対して、円錐角度θが55°
のときに試料３６の上面が開口３４の下方約0.11
インチ（0.2794cm）にあり、試料と読み取りヘツ
ドの間に適切な距離を設けかつ適切な距離感受性
を有するように配置される。試料３６の上面と試
料用開口３４との間のこの距離0.11インチ
（0.2794cm）は円錐角度θが変わることによつて
変化する。

読み取りヘツド２０内の光は、当業界で周知の
ように、上部ハウジング部２６にある開口４０に
隣接して配置される強力フラツシユランプ又は継
続的に光を放つ白熱灯３８によつて供給される。
ランプ３８は、例えばイー・ジー・アンド・ジ
ー・エレクトロオプテイクス（EG＆GElektro−
Optics）から部品番号9B−３として入手可能な
高効率の電球型クセノンフラツシユランプであ
る。ランプ３８は終点測定及び動力学的測定
（endpoint and kinetic determinations）のため
の可視及び紫外光線を提供することができる。

バツフル４２はランプ３８の前方に位置し、ラ
ンプ３８が直接試料３６を照明するのを防いでい
る。このランプ３８及びバツフル４２の配置によ
り、試料３６が完全に拡散的に照明されるように
なる。

試料３６は通常開口４４を通して観測される。
しかし開口４０及び４４の配置は読み取りヘツド
内のどの位置でもよく、ランプ３８並びに開口４
０及び４４の位置は本発明により制限されるもの
ではないことは理解されねばならない。試料３６
からの拡散反射光の量は試料３６中の測定すべき
ある特定成分の濃度によつて変化する。しかし試
料３６からの正反射光には試料に関する定量的情
報又は濃度に関する情報は含まれておらず、この
成分により測定が偏つたものになり、誤つた反射
光示度を招くため避けるべきである。開口４４を
取り巻く環状フランジ４６は、その内側表面を非
反射性の黒い物質で被覆され、試料３６からの反
射率の正反射成分を吸収するためのバツフルを画
定し、反射率の拡散成分のみが開口４４を通過す
るのを可能にしている。

反射率の拡散成分を測定するために、当業界で
周知のように、視準レンズ（collimating lens）
４８及び集束レンズ５０は反射鏡５２と共働して
光学繊維の束５４の入力面５３に試料３６の像を
形成する。

基準用光学繊維の束５６は、比較用として読み
取りヘツド２０から反射された拡散光を受け入
れ、試料３６からの反射率を計算する際の読み取
りヘツド２０内の光の強度における差異が補正さ
れる。基準用光学繊維の束５６は読み取りヘツド
２０内のいかなる位置（例えば開口５５）に配置
してもよく、読み取りヘツドの基準光強度のデー
タを受け入れかつ伝達する。

試料用光学繊維の束５４及び基準用光学繊維の
束５６は両方とも、それぞれ試料３６及び読み取
りヘツド２０から拡散反射光をフイルター５８を
通して一対の検知器６０及び６２へ当業界周知の
方法で伝える。検知器６０及び６２は、例えばイ
ー・ジー・アンド・ジー・エレクトロオプテイク
スから部品番号UV−250−Ｂとして入手可能な
検知器などの光検知器である。検知器６０及び６
２からの情報モジユール１８の内部電子装置によ
り互いに関係づけられ、表示監視器１６（第４
図）に表示される。

上記のことから、本発明によつて、上記の目標
及び目的のすべてが達成されることが分るであろ
う。上記の分光光度計１０は、試料３６が読み取
りヘツド２０の外側に置かれた時に試料３６から
の反射率を測定することができる。分光光度計１
０は読み取りヘツド２０を汚染せずに操作するこ
とができ、精度の減損を来たすことなく非常に能
率的に多数の試料の測定を一度に一つづつ行うこ
とができる。

本発明は、その精神及び範囲から逸脱すること
なく、上記のように多くの変更及び変形が可能で
あり、特許請求の範囲に記載されているごとき限
定のみを課するものとする。

【図面の簡単な説明】

第１図は、従来技術の積分球読み取りヘツドの
距離感受性を示すグラフであり；第２図は本発明
の原理に従つて構成された読み取りヘツドの距離
感受性を示すグラフであり；第３図は本発明の原
理に従つて構成された読み取りヘツドの概略図で
あり；第４図は第３図に示した読み取りヘツドを
有する分光光度計の斜視図である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ ハウジング；強力光を読み取りヘツドへ注ぐ
   ための強力光源；及び試料からの反射光を感知す
   るための光感知手段を有する形式の反射光度計で
   あつて、半球の形状をした第１内面部及び円錐台
   の形状をした第２内面部を有するハウジングを有
   する読み取りヘツドを有し、この第２内面部が、
   該円錐台状のハウジング部分の至る所に拡散光を
   送つて試料照明するように第１内面部に接続され
   ていることを特徴とする反射光度計。 ２ 該読み取りヘツドハウジングが、そのハウジ
   ング内に強力光を受け入れるための開口を画定す
   る壁構造；及び該開口に対して、強力光を該読み
   取りヘツドハウジング内へ送るように配置された
   強力光源を有し；この時、該壁構造は、読み取り
   ヘツドの円錐台状の部分に隣接しかつその外側に
   置かれた反射性の試料を該強力光が直接照明する
   のを防ぐように配置された特許請求の範囲第１項
   記載のは反射光度計。 ３ 該読み取りヘツドが、反射性試料からの反射
   光を受け入れるための反射光受け入れ開口を画定
   する壁構造、及び該試料からの正反射光を吸収す
   るための該反射光受け入れ開口に隣接するバツフ
   ル手段を有する特許請求の範囲第１項記載の反射
   光度計。 ４ 該第２内面部の円錐角度が45〜60°である特
   許請求の範囲第１項記載の反射光度計。 ５ 該円錐台状の部分が、直径約0.6インチ
   （1.524cm）の光通過開口及び該開口から所定距離
   下方に取り付けられた試料保持台を有する特許請
   求の範囲第１項記載の反射光度計。 ６ 該読み取りヘツドハウジングが該試料からの
   反射光を受け入れるように配置された開口を画定
   する壁構造を有し、光学繊維の束、及び、該開口
   と光受け入れ可能な関係に配置された該光学繊維
   の束の中へ反射光を集中させ、該開口によつて受
   け入れられた該反射光を該光学繊維の束の中へ送
   る手段を更に有する特許請求の範囲第１項記載の
   反射光度計。 ７ 該読み取りヘツド内に配置された第２光学繊
   維の束を有し、該光学繊維の束に光受け入れ可能
   に接続され該光学繊維の束が受け入れる光を定量
   的に感知するための手段を更に有する特許請求の
   範囲第６項記載の反射光度計。 ８ 読み取りヘツドの外側に置かれた試料からの
   拡散反射光の定量的測定が可能な反射率測定器用
   の距離感受性の低減された読み取りヘツドであつ
   て、 円錐台の形状をした第２内壁部に光受け入れ可
   能に接続された半球の形状をした第１内壁部を有
   するハウジング； この時、該第２内壁部は、該第１及び第２内壁
   部からの反射光を、第１開口に隣接して置かれた
   試料へ送るための第１開口を画定する最小直径の
   壁部分を有し； 該ハウジングは該試料からの反射光を受け入れ
   るための第２開口を画定する壁構造を有する； 該第２開口が受け入れる反射光を感知するため
   第２開口と光受け入れ可能に組み合わされた手
   段； 該ハウジング内に発生源の光を送り、発生源の
   光の一部を該内壁部から該第１開口を通るように
   反射させるべく取り付けられた光源； 及び該第２開口によつて受け入れられる光の量
   を測定するための手段を有することを特徴とする
   読み取りヘツド。 ９ 該第１開口から所定距離に、かつ該ハウジン
   グの外側に配置される試料保持台を更に有する特
   許請求の範囲第８項記載の読み取りヘツド。 １０ 該第２内面部の円錐角度が45〜60°である
   特許請求の範囲第８項記載の読み取りヘツド。 １１ 該読み取りヘツドハウジング内に送られる
   該発生源の光を受け入れるための第３開口を画定
   する壁構造を有し、かつ、この時、該第３開口を
   画定する壁構造は、発生源の光が、読み取りヘツ
   ドの該円錐台状の部分に隣接しかつその外側に置
   かれた反射性試料を直接照明するのを防ぐように
   配置されている特許請求の範囲第８項記載の読み
   取りヘツド。 １２ 該試料からの正反射光を吸収するための該
   第２開口に隣接するバツフル手段を有する特許請
   求の範囲第８項記載の読取りヘツド。 １３ 該測定手段が、該第２開口に受け入れられ
   た光及び該読取りヘツド内の光をそれぞれ受け入
   れるように配置された第１及び第２の光学繊維の
   束並びに該光学繊維の束に光受け入れ可能に接続
   された光検知器から成る特許請求の範囲第９項記
   載の読み取りヘツド。 １４ 反射光度計用の読み取りヘツドであつて、 試料上に光を反射させるための半球状の部分及
   び円錐台状の部分を有する内部周囲面を有するハ
   ウジング； 試料からの拡散反射光を受け入れるための、該
   ハウジング中の第１開口部を画定するハウジング
   壁構造； 該ハウジングの該内部周囲面に光を送るように
   取り付けられた光源； 該読み取りヘツドから試料への拡散光を送るた
   めの該ハウジング中の第２開口を画定するハウジ
   ング壁構造； 該第２開口に隣接する試料を、該第２開口を通
   つて受け入れられた光によつて接触させるように
   位置決めする手段； 及び、該試料から反射され、該第１開口によつ
   て受け入れられた定量分析のための拡散反射光の
   量を感知するための手段から成ることを特徴とす
   る反射光度計用の読み取りヘツド。 １５ 該円錐台状の部分の円錐角度が45〜60°で
   ある特許請求の範囲第１４項記載の読み取りヘツ
   ド。 １６ 該読み取りヘツドハウジングが、該発生源
   の光を受け入れ、読み取りヘツドハウジング内に
   送るための第３開口を画定する壁構造を有し、か
   つ該第３開口を画定する該壁構造は、読み取りヘ
   ツドの該円錐台状の部分に隣接し、かつその外側
   に置かれた反射性試料を、該発生源の光が直接照
   明するのを防ぐように配置されている特許請求の
   範囲第１４項記載の読み取りヘツド。 １７ 該読み取りヘツドが該試料から正反射光を
   吸収するための該第１開口に隣接するバツフル手
   段を有する特許請求の範囲第１４項記載の読み取
   りヘツド。 １８ 該感知手段が、該第１開口によつて受け入
   れられた光を受け入れて光ダイオードへ送りうる
   ように配置された光学繊維の束を有する特許請求
   の範囲第１４項記載の読み取りヘツド。 １９ 読み取りヘツド内に向けられ、該読み取り
   ヘツドからの拡散反射光で試料を照明するための
   明るい光を供給することができる光源；試料から
   の反射光を感知する試料光感知手段；及び基準光
   感知手段を有する分光光度計器であつて、 円錐台の形状をした部分に隣接しかつその外側
   に置かれた試料を、読み取りヘツドの外側に維持
   したまま、円錐状の部分の切り欠き部を通して照
   明するための、円錐台の形状をした第２反射性内
   面部に固定されるか又はそれと一体となつた半球
   の形状をした第１反射性内面部を有するように形
   づくられた読み取りヘツドから成ることを特徴と
   する分光光度計装置。 ２０ 光度分析による体液中の所定成分の量を測
   定する方法であつて、 該体液の試料を該所定成分に対して反応性の試
   料試験片上に置いて該所定成分を含む反応生成物
   を担持する分析可能な試料試験片を作成し； 該分析可能な試料試験片を、円錐台状の第２反
   射内面部に固定されるか又はそれと一体となつた
   半球状の第１反射内面部を有する形状であり、該
   第１及び第２内面部が、読み取りヘツドの円錐台
   状の部分の頂面に相当する位置にある第１開口を
   通して発生源の光を反射するように配設さてれい
   る反射光度計の読み取りヘツドに隣接するように
   かつその外側に置き； 該第１及び第２反射内面からの拡散反射光で該
   分析可能な試料試験片を照明するために該読み取
   りヘツド内に光を送り； そして、試料から反射された光の量を定量的に
   感知することから成ることを特徴とする測定方
   法。 ２１ 円錐形の第２内面部分の円錐角度が45〜
   60°である特許請求の範囲第２０項記載の方法。