JPH1062349A

JPH1062349A - 温度センサ付き光学系

Info

Publication number: JPH1062349A
Application number: JP22219296A
Authority: JP
Inventors: Michio Naka; 道男仲
Original assignee: KDK Corp; Kyoto Daiichi Kagaku KK
Current assignee: Arkray Inc
Priority date: 1996-08-23
Filing date: 1996-08-23
Publication date: 1998-03-06

Abstract

(57)【要約】【課題】プレート上の試薬の温度を測定するための温
度センサが試薬から離れた位置に設けられるため、その
温度センサで試薬の温度を正確に検出するのは困難であ
った。【解決手段】各種分析装置に測定要素として採用され
る光学系であって、光源のＬＥＤと、ＬＥＤの放射光を
試薬に当てた時の反射光もしくは透過光を検出する光セ
ンサとを樹脂を用いて１ブロックにモールド形成した光
学系において、前記試薬の温度をより正確に検出するた
めに、当該モールド樹脂内に、温度センサを埋設した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、各種分析装置に組
み込まれる光学系に関し、特に測定対象物の温度をより
正確に検出できるようにした温度センサ付き光学系に関
する。

【０００２】

【従来の技術】プレートに含ませた試薬に検体として例
えば血液を滴下して試薬と反応させた後、その試薬に光
を当て、その試薬からの光反射強度を測定することによ
り、前記反応により生じた色素の量を定量し、これに基
づき血液中の血糖値を測定する血糖計を始め、光学系を
計測手段とする分析装置が臨床検査において多用されて
いる。前記反応は、化学反応や酵素反応であるため、温
度によって反応速度が異なり、測定値も異なってくる。
従って測定時の反応温度を測定し、測定値を温度補正す
ることにより、基準温度(２５℃)で行ったときに得られ
る値に換算する必要がある。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】図１にこの種の分析装
置の概略を示している。プレート１上の測定部位１ａに
対して下方から光を投射するものにあっては、プレート
１の下方に光学系２が位置し、その光学系２自身は基板
３に実装され、又、その基板３には、前述した反応温度
を知るための温度センサ４が光学系２の近傍に実装され
ている。

【０００４】前記光学系２において、小型の分析装置で
は光源にＬＥＤ２ａが採用され、そのＬＥＤ２ａよりの
放射光をプレート１上の試薬や検体に当て、このとき４
５°方向の反射光が光センサ２ｂで検出される。両素子
２ａ，２ｂは、遮光性の樹脂２ｃ内に埋め込まれて一つ
のブロックにモールド成形される。但し、樹脂２ｃ内で
光Ｑの行路にあたる箇所は中空Ｖになっており、以下の
図面においても同様である。

【０００５】この場合、温度センサ４の測定対象は、プ
レート１上の試薬や検体が点着された測定部位１ａであ
るが、温度センサ４と測定部位１ａとは、プレート１〜
光学系２〜基板３〜温度センサ４、という具合に遠回り
な熱結合であるため、測定部位１ａの温度が温度センサ
４の温度に馴染む(又はその逆)までには時間がかかり、
それ故、従来は両部材１ａ，４の温度が等しくなるのを
待たずに測定を開始するのが実状であるため適正な温度
補正は行われていなかった。

【０００６】本発明は、上述した課題を解決するために
なされたものであり、測定部位と温度センサとの熱結合
を最短にして、試薬の反応温度を短時間で正確に測定で
きるようにした温度センサ付き光学系およびこの光学系
を採用した分析装置を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本第１発明(請求項１、
図２対応)では、測定値を温度補正するための温度セン
サ(２ｄ)を、光学系(２)を形成しているモールド樹脂内
に埋め込んでいるため、測定部位(１ａ)と温度センサ
(２ｄ)とは樹脂(２ｃ)を通じて最短で熱結合されるた
め、比較的、短時間で温度センサ(２ｄ)が測定部位(１
ａ)の温度に馴染むようになる。

【０００８】かかる光学系(２)を用いて、請求項４に記
載したような分析装置を構成すれば、正確な反応温度を
検出できるため、測定値に対して正確な温度補正を行え
る。

【０００９】本第２発明(請求項２、図３対応)では、光
学系(２')に、測定光(Ｑ₂)の一部をモニター光(Ｑ₃)と
して取り出せるようにしたＬＥＤ(２ａ')を用いてお
り、そのモニター光(Ｑ₃)を第２の光センサ(２ｅ)で検
出することにより、測定光(Ｑ₂)の光量を正確に知り、
それ故、正確な反射率もしくは透過率を検出できる。
（ＬＥＤの発光要素から側方に放射される光をモニター
光として検出する場合、そのモニター光と正面に放射さ
れる測定光とは、ＬＥＤの駆動条件によって比例しない
ため、側方の放射光はモニター光として採用できない）

【００１０】このようなモニター機能付きの光学系
(２')を用いて請求項５に記載したような分析装置を構
成すれば、測定光(Ｑ₂)の光量が正確にわかるため、反
射率もしくは透過率を正確に測定でき、その測定値に対
して正確な温度補正を行える。

【００１１】測定光の一部をモニター光として取り出せ
るＬＥＤとしては、例えば請求項３に示した形態のもの
を例示できる。

【００１２】請求項４又は５にある分析装置において
は、温度対補正係数の関係は一般にリニアな関係にはな
らないため(つまり簡単な関数で示すことがてきないた
め)、テーブルＲＯＭにおいて、各温度毎の補正係数を
テーブルデータにして記憶している。

【００１３】請求項７に示すように、測定開始前と測定
実施後に同一の温度センサで温度測定を行い、両温度差
が所定値以下ならば、測定部位と温度センサとで温度が
馴染んでいると判定できるため、今回行った測定は有効
とされる。

【００１４】プレートに対して検体を点着してから実際
に測定を開始するまで、反応時間として所定の待機時間
が設定されるが、請求項８では、その間に給電しておく
必要のないデバイスはオフされるため、電池駆動の装置
にあっては電池寿命を長くできる。

【００１５】尚、電池の電圧(寿命)判定の際には、請求
項９にあるように、全デバイスをオンにした全負荷の状
態で行うと、より信頼度の高い判定を行える。

【００１６】

【発明の実施の形態】図２は、本第１発明の温度センサ
付き光学系の一形態を示した構成図であり、図１と同じ
要素に対しては共通の符号を付している。基板３上に取
り付けられていた温度センサ４に替えて、光学系２を形
成している樹脂２ｃ内の上方部(つまり、プレート１に
接近した箇所)に温度センサ２ｄが埋め込まれている。

【００１７】尚、実際に光学系２を形成するには、直方
体形状の樹脂に、各要素２ａ、２ｂおよび２ｄを差し込
めるように、挿入孔を形成しておき、それらの挿入孔に
各要素を差し込んだ後に、エポキシ接着剤を用い各要素
を樹脂内に封入する。

【００１８】ＬＥＤ２ａよりの放射光がプレート１の測
定部位１ａに投射され、その反射光が光センサ２ｂで検
出される点は図１の場合と同じであるが、測定部位１ａ
における試薬の反応温度を検出するための温度センサ２
ｄがプレート１に接近した箇所に設けられている。この
構成により、測定部位１ａと温度センサ２ｄとの熱結合
が最短となり、両要素１，２ｄは短時間で相互に温度が
馴染むため、早い時点で正確な温度を検出できる。

【００１９】図３は、本第２発明の温度センサ付き光学
系の一形態を示した構成図であり、図２と同じ要素に対
しては共通の符号を付している。光学系２'において、
ＬＥＤ２ａ'は横向きに設けられ、その放射方向端部(先
端部)にある凸状のレンズ部が削除され、替わりに、４
５°方向の傾斜面Ｒが形成される。これにより、ＬＥＤ
の放射光Ｑ₁はその傾斜面Ｒで全反射することにより、
その全反射光は測定光Ｑ₂として上方に進む。その測定
光Ｑ₂が発散しないよう、ＬＥＤ２ａ'には新たに上方に
凸部を持つレンズＰが形成されている。

【００２０】ところで前記の傾斜面Ｒは、通常のモール
ド加工で形成されたものであり、その程度の加工精度で
は完全な鏡面にはなっておらず、微細ではあるがその表
面には多数の凹凸が存在する。従って、前記の放射光Ｑ
₁の一部は傾斜面Ｒにて散乱して前方方向に散乱光Ｑ₃が
放射される。光センサ２ｅはその散乱光Ｑ₃を検出する
ために設けられたものである。この場合のように、測定
光Ｑ₂の一部を散乱光Ｑ₃として検出する場合、測定光Ｑ
₂と散乱光Ｑ₃との割合はＬＥＤの駆動条件に関係なく常
に一定であるため、散乱光Ｑ₃を検出することにより、
測定光Ｑ₂の光量を正確に知ることができる。

【００２１】尚、図３では、各要素２ａ'、２ｂ、２ｅ
を全部を表示するために平面上に並べて示したが、光学
系２'を小型に形成するため、実際には立体的に配設さ
れている。図３において左側方から眺めたのが図４であ
り、この図４でわかるように、光センサ２ｂは、測定光
Ｑ₂に対し、右側方４５°方向の反射光Ｑ₂'を受光でき
るよう配設されている。尚、図４において光センサ２ｅ
および温度センサ２ｄは図示していない。

【００２２】図５は、図２に示した光学系２を採用した
分析装置の制御ブロック図を示している。１１は、前述
の反射光を検出する光センサ(フォトダイオード)２ｂの
検出信号を増幅するアンプであり、１２は、前記アンプ
１１の出力信号と温度センサ(サーミスタ)２ｄの検出信
号をアナログ信号からデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変
換器である。１３は、本分析装置を総括制御するＣＰＵ
である。

【００２３】１４は、本分析装置におけるプレートセッ
ト位置(不図示)にセットしたプレートに検体を点着した
とき、光透過度の変化により点着動作が行われたかを検
出する点着検知センサである。１５はＬＥＤ２ａを点灯
制御するための点灯制御回路である。１６は、測定値を
表示するための液晶表示器であり、１７は液晶表示器１
６を駆動するためのドライバーである。１８は、エラー
検出時などに警報音を出力するブザーである。

【００２４】試薬を含むプレートに検体を点着してから
データ採取(反射率測定)するまで、試薬毎に規定の反応
時間が設定されており、その間は、Ａ／Ｄ変換器１２を
休止させておくと消費電流を低減でき、そのために設け
られたのが電源コントロール部１９である。又、試薬の
反応は、そのときの温度によって速度が変わるため、一
定の条件(標準温度２５℃)で行わないと各測定でのデー
タに共通性がない。そのために、測定温度毎に決められ
た補正係数を測定値(ここでは濃度)に乗じることによ
り、標準温度で行ったときに得られるデータに換算する
必要があり、その補正係数をテーブル化して記憶してい
るのがテーブルＲＯＭ２０である。そのテーブル内容を
表１に示す。表１において縦軸は１０の位の温度で横軸
は１の位の温度を示し、例えば２２℃での補正係数は
１.０４である。

【００２５】

【表１】０１２３４５６７８９０： 1.44 1.42 1.40 1.38 1.36 1.35 1.33 1.32 1.30 １０： 1.27 1.25 1.23 1.21 1.19 1.17 1.15 1.13 1.11 1.09 ２０： 1.07 1.06 1.04 1.03 1.01 1.00 1.00 1.01 1.02 1.03 ３０： 1.04 1.05 1.06 1.07 1.08 1.09 1.12 1.16 1.20 1.27 ４０： 1.35

【００２６】２１は、測定値や各種分析に必要なデータ
を記憶しているＲＡＭである。２２は本分析装置の電源
スイッチであり、２３は、ＲＡＭ２１に記憶された測定
データを外部のコンピュータなどに送出する際のインタ
フェイスである。前記ＣＰＵ１３には、検出した反射光
から反射率を演算する反射率演算部１３ａ、その反射率
から試薬中の特定物質の濃度に換算する濃度換算部１３
ｂ、テーブルＲＯＭ２０より読み出した補正係数に基づ
き前記濃度を温度補正する温度補正部１３ｃが含まれ
る。

【００２７】上述した構成の分析装置における動作を図
６のフローチャートに従って説明する。ステップＳ１に
て電源スイッチ２２がオンにされると、Ａ／Ｄ変換器１
２のごときアナログ回路を含め全デバイスがオンにされ
る。ＬＥＤ２ａは規定の電圧を印加して一定の条件で点
灯してもＬＥＤ自体の固体特性および製作時の加工精度
によってその発光量は一定でなく、かつ、そのときの温
度によっても発光量が変化する。そこで測定を行う前に
ＬＥＤの発光量を測定する必要がある。そのためにステ
ップＳ２にて、反射率が既知の試験片(例えば５０％)を
プレートセット位置にセットし、ステップＳ３にて、Ｌ
ＥＤ２ａを瞬時に点灯させ、このとき、光センサ２ｂに
より、反射光の検出電圧(例えば１２ｍＶ(アンプの出力
レベル))が検出されたとする。

【００２８】次に測定対象のプレートに対して反射光の
検出電圧として６ｍＶが検出されたならば、そのプレー
トにおける試薬の反射率σは、σ＝５０/１２×６＝２
５％で与えられることが判る。それ故、ステップＳ４で
は、反射率を算出する際の反射率算出係数として、５０
/１２＝４.２の値が記憶され、これにて、試験片を用い
たＬＥＤ２ａの光量補正ルーチンが終了し、次に測定モ
ードに進む。

【００２９】尚、ＬＥＤ２ａと温度センサ２ｄとは樹脂
２ｃを通じて熱結合していることになるが、ＬＥＤ２ａ
は、消費電力４０ｍＷ(印加電圧２Ｖ、消費電流２０ｍ
Ａ)と微小でかつ点灯時間は１００μSecと瞬時であるた
め、温度センサ２ｄがＬＥＤ２ａの温度影響を受けるこ
とは皆無である。

【００３０】まず未点着のプレートをプレートセット位
置にセットし、ステップＳ１１では本分析装置の電源で
ある乾電池(単４×４本)の電圧判定が行われる。測定値
が保証される規定電圧以上あれば次のステップＳ１２に
て温度センサ２ｄにより、そのときのプレート上の試薬
(正確には光学系２を形成する樹脂２ｃ)の温度ｔ₁が検
出される。

【００３１】測定した温度が５℃〜４０℃の範囲にあ
り、測定可能な温度範囲内であると判定されるとステッ
プＳ１３からステップＳ１４に進み、プレートに点着さ
れるのを待つ。ここでプレートに検体を点着し、その点
着が点着検知センサ１４により検知されればステップＳ
１５に進み、３０秒タイマーが起動され、ステップＳ１
６では前述したアナログ回路がオフにされる。さて、３
０秒タイマーが３０秒をタイムアップすれば、ステップ
Ｓ１７からステップＳ１８に進み、測定に備え、アナロ
グ回路がオンにされる。

【００３２】ステップＳ１９にて再度、電池の電圧の判
定が行われる。先の電池電圧判定も同様であるが、電池
電圧判定の際に、比較的消費電流の大きいＡ／Ｄ変換器
１２をオンしておくことにより、より適切な電圧判定を
行える。ここでも規定電圧以上であれば、次のステップ
Ｓ２０にて温度センサ２ｄにより試薬の温度ｔ₂が検出
される。ここでも試薬の温度で適正であれば、ステップ
Ｓ２２にて、温度ｔ₁と３０秒経過後の温度ｔ₂との温度
差が５℃未満であるかが判定される。５℃未満であれ
ば、つまり、３０秒経過しても光学系２に温度変化があ
まりなかったならば、即ち、温度ｔ₁を検出した時点(点
着の実施時点)で光学系２の温度がプレートの温度に十
分に馴染んでいるならば、ステップＳ２３に進む。

【００３３】ステップＳ２３では、まず、ＬＥＤ２ａが
瞬間的に点灯され、光センサ２ｂにより、反射光Ｑ₃が
検出される。光センサ２ｂで検出された信号電圧が４ｍ
Ｖとすると、前記の反射率算出係数４.２に４を乗じて
反射率σ＝１６.８％が演算され、続いてこの反射率σ
から試薬に含まれる特定物質の濃度(Ｈとする)に換算さ
れ、続いて、反応時の温度ｔ₂として２２℃が採用され
たとき、この温度２２に対応する補正係数ｋ＝１.０４
がテーブルＲＯＭ２０から読み出され、前記濃度Ｈに補
正係数を乗じて真の濃度が求められ、ステップＳ２４に
てその測定値が液晶表示器１６で表示され、又、ステッ
プＳ２５ではその測定値がＲＡＭ２１に記憶される。こ
の後はステップＳ１１に戻ることにより、上述した測定
を繰り返して行うことができる。

【００３４】図７は、図３に示した光学系２'を採用し
た分析装置の制御ブロック図を示している。第２の光セ
ンサ２ｅの検出信号も光センサ２ｂと同様にアンプ１１
で増幅され、Ａ／Ｄ変換器１２に供給される。

【００３５】図７の分析装置における動作を図８のフロ
ーチャートに従って説明する。光源にモニター光検出機
能を持つＬＥＤ２ａ'を用いた場合でも、測定光Ｑ₂の光
量の測定が必要となることは先の実施形態(図５)と同様
であり、ここでは次のような方法で測定光の光量を測定
している。

【００３６】ステップＳ１にて電源スイッチ２２がオン
にされると、Ａ／Ｄ変換器１２のごときアナログ回路を
含め全デバイスがオンにされる。ステップＳ２では反射
率が既知の試験片(例えば５０％)をプレートセット位置
にセットし、ステップＳ３にて、ＬＥＤ２ａ'の点灯に
より、光センサ２ｂにより、４４ｍＶの反射光の検出電
圧が検出され、光センサ２ｅにより、４.２ｍＶのモニ
ター光出力が検出されたとする。

【００３７】次に、プレートセット位置に測定対象の試
薬を有するプレートをセットすると、反射光出力が１２
ｍＶであり、モニター光出力は４.２ｍＶのままであれ
ば、その試薬の反射率σは、σ＝５０×１２／４４＝１
３.６％となる。

【００３８】一方、反射光出力が１２ｍＶであったが、
モニター光出力が４.２ｍから４.０ｍＶに低下(ＬＥＤ
の光出力が４.０/４.２倍に低下)していた場合、その試
薬の反射率σは、σ＝５０×(１２/４４)÷(４.０/４.
２)＝１４.３％となる。

【００３９】これよりわかるように、反射率Ｐ％の試験
片をセットしたときの反射光出力Ａ、モニター光出力Ｂ
を予め測定しておき、異なる状況下で測定対象のプレー
トをセットしたときの反射光出力がＣでモニター光出力
がＤならば、そのプレートの試薬の反射率σは、 σ＝Ｐ×(Ｂ／Ａ)×(Ｃ／Ｄ) で得られ、Ｐ，Ｂ，Ａを予め測定しておけば、その後は
単にＣ，Ｄの入力により反射率σを知ることができる。
それ故、ステップＳ４では、反射率を算出する際の反射
率算出係数として、Ｐ×(Ｂ／Ａ)の値が記憶される。こ
れにて、試験片を用いたＬＥＤ２ａの光量補正ルーチン
は終了し、このルーチンは測定毎に行う必要はなく、最
初に一回だけ行えばよい。

【００４０】実際の測定モードにおいては、ステップＳ
１１以降が実行されるが、その動作は図６のものとほぼ
同様であるが、ただステップＳ２３'では、二つの光セ
ンサ２ｂ、２ｅにより、反射光の検出出力Ｃとモニター
光の検出出力Ｄとが測定され、先に求めたＰ×(Ｂ／Ａ)
の反射率算出係数に(Ｃ／Ｄ)の値を乗じることで試薬の
反射率σが演算され、その反射率σから試薬に含まれる
特定物質の濃度に換算され、そして、現在の温度で前記
濃度が温度補正される。

【００４１】

【発明の効果】本第１発明は、測定値を温度補正するた
めの温度センサを、光学系を形成しているモールド樹脂
内に埋め込んだため、測定部位と温度センサとは樹脂を
通じて最短で熱結合されるようになり、それ故、短時間
で温度センサが測定部位の温度に馴染むため、正確な反
応温度を検出でき、測定値に対して正確な温度補正を行
える。本第２発明は、第２発明の構成に加え、光学系の
光源に、測定光の一部をモニター光として取り出せるよ
うにしたＬＥＤを用い、そのモニター光を検出すること
により、測定光の正確な光量を測定したため、正確な反
射率もしくは透過率を検出できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来の光学系の構成を示した図

【図２】本第１発明の光学系の一形態を示した図

【図３】本第２発明の光学系の一形態を示した図

【図４】図３の光学系を左側方から眺めた図

【図５】図２の光学系を用いた分析装置の制御ブロッ
ク図

【図６】図５の分析装置における制御動作を示したフ
ローチャート

【図７】図３の光学系を用いた分析装置の制御ブロッ
ク図

【図８】図７の分析装置における制御動作を示したフ
ローチャート

【符号の説明】１プレート２光学系２ａＬＥＤ２ｂ光センサ２ｄ温度センサ２ｅ光センサ３基板１１アンプ１２Ａ／Ｄ変換器１３ＣＰＵ１３ａ反射率演算部１３ｂ濃度換算部１３ｃ温度補正部１４点着検知センサ１５点灯制御部１６液晶表示部１７ドライバー１８ブザー１９電源コントロール部２０テーブルＲＯＭ２１ＲＡＭ２２電源スイッチ２３インタフェイス

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】各種分析装置の計測要素として採用され
る光学系であって、光源として用いたＬＥＤと、ＬＥＤ
の放射光を試薬に当てた時の反射光もしくは透過光を検
出する光センサとを樹脂を用いて１ブロックにモールド
形成すると共に、前記試薬の温度を検出すべく、当該モ
ールド樹脂内に、温度センサを埋設したことを特徴とす
る温度センサ付き光学系。
【請求項２】各種分析装置の計測要素として採用され
る光学系であって、測定に供する放射光の一部をモニタ
ー光として取り出せるようにしたＬＥＤと、ＬＥＤの放
射光を試薬に当てた時の反射光もしくは透過光を検出す
る第１の光センサと、前記モニター光を検出する第２の
光センサとを、樹脂を用いて１ブロックにモールド形成
すると共に、前記試薬の温度を検出すべく、当該モール
ド樹脂内に、温度センサを埋設したことを特徴とする温
度センサ付き光学系。
【請求項３】ＬＥＤの放射方向先端部を斜めにカット
し、その傾斜面で全反射した光を測定光として用いる一
方、前記傾斜面で僅かに散乱した光をモニター光として
用いた請求項２記載の温度センサ付き光学系。
【請求項４】請求項１記載の温度センサ付き光学系
と、光センサで検出した反射光もしくは透過光に基づ
き、反射率もしくは透過率を演算する演算手段と、、そ
の演算値から試薬における濃度に換算する濃度換算手段
と、温度センサで検出した温度に基づき、前記換算され
た濃度の値を補正する温度補正手段と、温度補正された
濃度を表示する表示手段とを備えたことを特徴とする分
析装置。
【請求項５】請求項２または３記載の温度センサ付光
学系と、第２の光センサで検出したモニター光に基づ
き、第１の光センサで検出した反射光もしくは透過光を
補正し、その補正した光量に基づき、反射率もしくは透
過率を演算する演算手段と、その演算値から試薬におけ
る濃度に換算する濃度換算手段と、温度センサで検出し
た温度に基づき、前記演算された濃度の値を補正する温
度補正手段と、温度補正された濃度を表示する表示手段
とを備えたことを特徴とする分析装置。
【請求項６】温度補正手段は、テーブルＲＯＭに格納
した補正係数に基づき行う請求項４もしくは５に記載の
分析装置。
【請求項７】温度センサにより、測定開始前と測定実
施後に温度を測定し、両温度差が所定値以下ならば、今
回の測定を有効とする請求項４ないし請求項６のいずれ
かに記載の分析装置。
【請求項８】試薬に検体を点着してから測定データを
採取するまでの間、アナログデバイスをオフにして消費
電流の低減を図った請求項４ないし請求項７のいずれか
に記載の分析装置。
【請求項９】全デバイスのオン状態で電池の電圧判定
を行う請求項４ないし８のいずれかに記載の分析装置。