JPH1073534A

JPH1073534A - 呈色物定量装置

Info

Publication number: JPH1073534A
Application number: JP23052696A
Authority: JP
Inventors: Shingo Hirose; 信吾廣瀬; Kyoichi Oshiro; 京一大代; Yoshinori Takahashi; 好範高橋
Original assignee: KDK Corp; Kyoto Daiichi Kagaku KK
Current assignee: Arkray Inc
Priority date: 1996-08-30
Filing date: 1996-08-30
Publication date: 1998-03-17

Abstract

(57)【要約】【課題】従来の呈色物定量装置に比して、正確な定量
結果が得られる呈色物定量装置を提供する。【解決手段】定量対象である呈色物と共存呈色物が含
まれる試験紙に対して所定の分光分布を有する光を照射
する光源２２と、試験紙指示台２１上に配置される試験
紙からの反射光像を電気信号に変換する撮像部２４とか
ら測光装置１１を構成し、撮像部２４からの電気信号
と、予め測定された呈色物の色度座標及び共存呈色物の
色度座標及び光源２２が出力する光の色度座標に基づ
き、試験紙からの反射光に含まれる呈色物からの反射光
成分の光量を算出し、算出した光量に基づき、呈色物の
含量を求めるようにデータ処理装置１２を構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、固相からの反射光
を測光することによって、その固相中に含まれる呈色物
の定量を行う呈色物定量装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、生物試料（尿、血液など）に
含まれる被検物質を定量するために、試験紙を用いた検
査が行われている。試験紙には、被検物質と反応して呈
色する試薬が含浸されており、当該検査時には、試験紙
を、被検試料中に短時間浸漬するか、試験紙上に被検試
料を点着することによって、試験紙内の試薬と被検物質
による呈色反応を進行させる。そして、試験紙の呈色の
程度（色）を観測することによって、被検物質の定量を
行う。被検物質の定量は、各種濃度の被検物質を含浸さ
せた際の試験紙の色が示された比色表を用いて、目視に
よって行われることが多いが、目視による定量では、同
一量の被検物質を含有する被検試料に対する定量結果
が、検査者によって異なるといったことが生ずる。特
に、被検試料に、被検物質以外の色がついた物質（共存
呈色物）が含まれていた場合、その共存呈色物の影響に
よって全く誤った定量結果が得られてしまうことがあっ
た。

【０００３】このため、試験紙の色を、機器を用いて測
定することによって、共存呈色物の影響を除外して、被
検物質の定量を行うことも試みられている。たとえば、
特開平３−２２０４４５号公報には、試験紙からの反射
光に含まれる、赤色光、緑色光、青色光成分の強度を測
定し、測定した強度に基づき、共存呈色物が含まれる試
験紙内の呈色物の定量を行う技術が開示されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上述したような従来の
技術では、定量結果に検査者の違いによる誤差が含まれ
ることを防止することはできる。しかしながら、従来の
呈色物定量装置による測定では、機器を用いている割に
は、測定精度が高くないといった問題があった。

【０００５】そこで、本発明の課題は、従来の定量装置
に比して、正確な定量結果が得られる呈色物定量装置を
提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記課題
を解決するために鋭意研究を繰り返した結果、従来の呈
色物定量装置では、反射光に関する測定結果から、直
接、呈色物の量を求めていたため、定量結果がばらつい
ているということを見いだした。

【０００７】すなわち、測定対象である試験紙全体から
の反射光には、呈色物からの反射光以外に、試験紙への
照射光と全く同じ分光分布を有する反射光である鏡面反
射光や、呈色物を除く部分からの反射光が含まれてい
る。従来の呈色物定量装置では、このような呈色物以外
からの反射光に関する情報を含む測定結果から、直接、
呈色物の量を求めていたため、呈色物以外からの反射光
の量（割合）が変化した場合、その変化が定量結果に反
映されてしまっていた訳である。

【０００８】このため、本発明の呈色物定量装置では、
反射光の測定結果から、呈色物の量に直接的に関係す
る、呈色物の色度座標を有する光成分の大きさに関する
パラメータを算出し、算出したパラメータを用いて、呈
色物の定量を行う。

【０００９】本発明の第１の呈色物定量装置は、定量対
象である呈色物と定量対象ではない共存呈色物が含まれ
る固相試料に対して所定の分光分布を有する光を照射す
る光照射手段と、固相試料からの反射光の色度座標を測
定する測定手段と、この測定手段で測定された色度座標
と、予め測定された呈色物の色度座標及び共存呈色物の
色度座標及び所定の分光分布を有する光の色度座標に基
づき、反射光に含まれる各反射光成分の割合を算出する
割合算出手段と、この割合算出手段で算出された割合に
基づき、呈色物の含量を定める定量手段とを備える。

【００１０】本発明の第２の呈色物定量装置は、被検物
質と反応したときに呈色物を生成する試薬を含む測定試
験部と、試薬を含まない参照試験部とを有する試験紙を
用いて、共存呈色物を含む被検試料内の被検物質の定量
を行う呈色物定量装置であって、試験紙に対して所定の
分光分布を有する光を照射する光照射手段と、試験紙の
測定試験部と参照試験部からの反射光の三刺激値を測定
する測定手段と、測定手段で測定された参照試験部に関
する三刺激値と、予め測定された被検試料が含浸されて
いないときの参照試験部の色度座標及び共存呈色物の色
度座標及び所定の分光分布を有する光の色度座標に基づ
き、参照試験部からの反射光に含まれる共存呈色物と同
じ色度座標を有する反射光成分の三刺激値を算出する第
１算出手段と、この第１算出手段で算出された三刺激値
と、測定手段で測定された測定試験部に関する三刺激値
と、予め測定された被検物質が含浸されていないときの
測定試験部の色度座標及び呈色物の色度座標及び所定の
分光分布を有する光の色度座標に基づき、測定試験部か
らの反射光に含まれる呈色物と同じ色度座標を有する反
射光成分の光量を算出する第２算出手段と、この第２算
出手段で算出された光量に基づき、測定試験部内の呈色
物の含量を定める定量手段とを備える。

【００１１】本発明の第３の呈色物定量装置は、被検物
質と反応したときに呈色物を生成する試薬を含む試験部
と、試薬を含まない参照試験部とを有する試験紙を用い
て、被検試料中に含まれる被検物質の定量を行う呈色物
定量装置であって、試験紙に対して所定の分光分布を有
する光を照射する光照射手段と、試験紙の測定試験部と
参照試験部からの反射光の三刺激値を測定する測定手段
と、測定手段で測定された測定試験部に関する三刺激値
と、予め測定された被検試料が含浸されていないときの
測定試験部の色度座標及び呈色物の色度座標及び所定の
分光分布を有する光の色度座標に基づき、参照試験部か
らの反射光に含まれる呈色物と同じ色度座標を有する反
射光成分の三刺激値を算出する第１算出手段と、測定手
段で測定された参照試験部に関する三刺激値と、予め測
定された被検試料が含浸されていないときの参照試験部
の色度座標及び呈色物の色度座標及び所定の分光分布を
有する光の色度座標に基づき、参照試験部からの反射光
に含まれる呈色物と同じ色度座標を有する反射光成分の
三刺激値を算出する第２算出手段と、第１算出手段で算
出された光量と第２算出手段で算出された光量との差に
基づき、測定試験部に含まれる呈色物の含量を定める定
量手段とを備える。

【００１２】本発明の第４の呈色物定量装置は、被検物
質と反応したときに呈色物を生成する試薬を含む試験紙
を用いて、被検試料中に含まれる被検物質の定量を行う
呈色物定量装置であって、試験紙に対して所定の分光分
布を有する光を照射する光照射手段と、試験紙からの反
射光の三刺激値を２度測定する測定手段と、測定手段で
１度目に測定された三刺激値と、予め測定された被検試
料が含浸されていないときの試験紙の色度座標及び呈色
物の色度座標及び所定の分光分布を有する光の色度座標
に基づき、試験紙からの反射光に含まれる呈色物と同じ
色度座標を有する反射光成分の光量を算出する第１算出
手段と、測定手段で２度目に測定された三刺激値と、予
め測定された被検試料が含浸されていないときの試験紙
の色度座標及び呈色物の色度座標及び所定の分光分布を
有する光の色度座標に基づき、試験紙からの反射光に含
まれる呈色物と同じ色度座標を有する反射光成分の光量
を算出する第２算出手段と、第２算出手段で算出された
光量と第１算出手段で算出された光量との差に基づき、
呈色物の含量を定める定量手段とを備える。

【００１３】すなわち、第４の呈色物定量装置では、測
定試験部からの反射光が、呈色物自体からの反射光と、
共存呈色物からの反射光と、呈色物を除く固相試料から
の反射光と、照射光と同じ色度座標を有する反射光から
なると看做される。第４の呈色物定量装置では、参照試
験部からの反射光の三刺激値の測定結果から、その反射
光中に含まれる、共存呈色物に起因した反射光成分の三
刺激値が求められ、その値を用いて（未知数を１つ減ら
して）、測定試験部からの反射光に含まれる、呈色物自
体からの反射光成分の光量が求められる。そして、その
光量に基づき、定量が行われる。

【００１４】なお、第１ないし第４の呈色物定量装置で
は、色度座標、三刺激値として、どのような表色系に属
するものをも用いることができる。例えば、国際照明委
員会のＲＧＢ表色系やＸＹＺ表色系に属する色度座標並
びに三刺激値や、ＭａｃＡｄａｍのＵＣＳ表色系に属す
る色度座標並びに三刺激値を用いることができる。ま
た、呈色物や共存呈色物の色度座標としては、呈色物や
共存呈色物の吸収極大波長または吸収極大領域を含むよ
うに設定された測光波長または測光領域の測定器の機械
刺激に基づき算出された色度座標を用いることができ
る。

【００１５】また、測定手段としては、ＣＣＤカラーイ
メージセンサを用いて構成されている手段を用いること
が出来る。また、第２ないし第４の呈色物定量装置を構
成する際には、光照射手段として、試験紙に対して３種
の光を順に照射する手段を採用するとともに、測定手段
として、光照射手段による各光の照射に同期して、試験
紙からの反射光を測光することによって、各刺激値を測
定する手段を採用することもできる。このように構成し
た場合には、測定手段として、いわゆる、カラーセンサ
を用いることなく、測定手段を構成できることになる。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して、本発明の
一実施形態による呈色物定量装置を具体的に説明する。

【００１７】図１に、実施形態の呈色物定量装置の構成
を示す。図示したように、呈色物定量装置は、測光装置
１１とデータ処理装置１２と表示装置１３と入力装置１
４とプリンタ１５とから構成されている。

【００１８】まず、この図を用いて、各部の構成、動作
の概要を説明する。測光装置１１は、試験紙支持台２１
と光源２２₁、２２₂とレンズ系２３と撮像部２４とケー
ス２５を主な構成要素として備える。ケース２５は、測
定装置１１の筐体であり、外部からの迷光を遮断できる
形状を有している。試験紙支持台２１と光源２２とレン
ズ系２３と撮像部２４は、このケース２５に対して固定
されている。

【００１９】試験紙支持台２１は、呈色物の定量対象で
ある試験紙を支持するための台である。後述するよう
に、本呈色物定量装置は、種類（形状）の異なる幾つか
の試験紙を用いた定量が行えるように構成されており、
各種の試験紙は、それぞれ、試験紙支持台２１上の所定
位置に配置される。

【００２０】光源２２₁、２２₂は、タングステンランプ
を用いた光発生機器であり、試験紙支持台２１（試験
紙）に対して、所定の分光分布（波長分布）を有する一
定強度の光を照射する。光源２２は、試験紙に対する定
量を行う際に駆動され、その光を受けた試験紙上の各箇
所からの反射光（試験紙の像）が、レンズ系２３によっ
て縮小されて、撮像部２４の受光面に結像される。

【００２１】撮像部２４は、いわゆる、カラーカメラで
あり、受光した像に応じたＮＴＳＣ信号を出力する。図
２に示したように、撮像部２４は、ＣＣＤ固体撮像素子
４１と制御回路４２とから構成されている。ＣＣＤ固体
撮像素子４１内の各受光素子４３には、Ｒ、Ｇ、Ｂフィ
ルタが設けられており、各受光素子４３は、試験紙上の
対応する箇所からの反射光に含まれるＲ、Ｇ、あるいは
Ｂ色成分の光量に応じた電荷を蓄積する。制御回路４２
は、ＣＣＤ固体撮像素子４１に対して、各受光素子４３
が検出した光量（電荷）を出力させるための制御信号を
送出する。また、制御回路４２は、そのような制御と共
に、ＣＣＤ固体撮像素子４１から出力される信号に各種
のタイミング制御用の信号を付加することによって、Ｎ
ＴＳＣ信号を生成・出力する。

【００２２】図１に戻って、呈色物定量装置を構成する
各部の構成、動作の説明を続ける。データ処理装置１２
は、Ａ／Ｄ(analog/digital)変換部３１と画像データ取
得部３２とメモリ３３と記憶部３４と画像メモリ３５と
表示制御部３６と制御部３７を主な構成要素として有す
る。図示したように、Ａ／Ｄ変換部３１を除く各部は、
バス３８によって接続されている。また、バス３８は、
インタフェース回路３９₁、３９₂を介して、それぞれ、
キーボード及びマウスからなる入力装置１４と、プリン
タ１５に接続されている。

【００２３】制御部３７は、データ処理装置１２内の各
部を統合的に制御する制御回路であり、ＣＰＵ(central
processing unit)とその周辺回路（ＲＯＭ等）によっ
て実現されている。記憶部３４は、不揮発性の記憶装置
であり、記憶部３４には、制御部３７の動作手順を規定
したプログラムや、そのプログラム実行時に、制御部３
７が参照する各種のデータ（配置情報、色度座標等）が
記憶されている。また、記憶部３４は、定量結果を記憶
するためにも用いられている。なお、本呈色物定量装置
では、記憶部３４として、磁気ディスク記憶装置を用い
ている。

【００２４】Ａ／Ｄ変換部３１は、アナログ信号である
ＮＴＳＣ信号をデジタル信号に変換する機器である。図
示してあるように、Ａ／Ｄ変換部３１には、撮像部２４
からのＮＴＳＣ信号が入力されている。

【００２５】画像データ取得部３２は、制御部３７か
ら、平均回数を指定する情報を含む指示が与えられたと
きに、以下に記する画像データ取得処理を実行する。ま
ず、画像データ取得部３２は、Ａ／Ｄ変換部３１を制御
することによって、測光装置１１（撮像部２４）からの
１フレーム分のＮＴＳＣ信号をＲＧＢ画像データに変換
する処理と、変換したＲＧＢ画像データを順次加算する
処理を繰り返す。そして、画像データ取得部３２は、平
均回数分のＲＧＢ画像データの加算が終わったときに、
加算結果を平均回数で除算し、除算結果（以下、試験紙
画像データと表記する）をメモリ３３に格納する。すな
わち、画像データ取得部３２は、複数フレーム分のＲＧ
Ｂ画像データの平均値である試験紙画像データを、メモ
リ３３に格納する。

【００２６】画像メモリ３５には、表示装置１３に表示
させるべき画像を表すＲＧＢ画像データが記憶される。
画像メモリ３５へのＲＧＢ画像データの書き込みは、制
御部３７が行う。表示制御部３６は、画像メモリ３５内
に記憶されたＲＧＢ画像データに応じたＲＧＢ信号を表
示装置１３に対して出力する。

【００２７】表示装置１３は、ＣＲＴ(cathod ray tub
e)を備えた装置であり、ＮＴＳＣ信号による画像とＲＧ
Ｂ信号による画像とを並列的に表示する機能を有してい
る。表示装置１３は、その機能を用いて、測光装置１１
（撮像部２４）からのＮＴＳＣ信号に応じた画像と、デ
ータ処理装置１２（表示制御部３６）からのＲＧＢ信号
に応じた画像を並列的にＣＲＴに表示する。

【００２８】以下、本呈色物定量装置による定量処理の
詳細を説明する。まず、本呈色物定量装置で用いられる
試験紙の構造（形状）を説明する。本呈色物定量装置で
使用可能な試験紙には、単項目試験紙、多項目試験紙、
レートアッセイ試験紙、多項目レートアッセイ試験紙が
ある。

【００２９】図３に、単項目試験紙の構造を示す。単項
目試験紙は、被検試料内に含まれる１種の成分（検査項
目）の定量を行うための試験紙であり、各種の成分用の
単項目試験紙が用意されている。図示したように、各単
項目試験紙４５には、測定試験部５１と参照試験部５２
と内部標準部５３が設けられている。測定試験部５１
は、試験紙本体に、その試験紙の定量対象である物質と
反応したときに呈色する、定量用の試薬が含浸された濾
紙（あるいは多孔質ポリマ）を添付することによって形
成されている。参照試験部５２は、試験紙本体に、定量
用の試薬が含浸されていない濾紙（あるいは多孔質ポリ
マ）を添付することによって形成されている。内部標準
部５３は、特定の量の呈色物が含まれたときの測定試験
部５１の色と同じ色を有するように、色素を含浸させた
濾紙（あるいは多孔質ポリマ）を添付することによって
形成されている。なお、本呈色物定量装置では、全体の
サイズが、５ｍｍ×４０ｍｍであり、各試験部のサイズ
が、およそ、５ｍｍ×５ｍｍである単項目試験紙４５を
用いている。

【００３０】図４に、多項目試験紙の構造を示す。多項
目試験紙は、被検試料内に含まれる複数の成分の定量を
行うための試験紙であり、定量対象とする成分（の組み
合わせ）が異なる幾つかの多項目試験紙が用意されてい
る。図示したように、本装置で用いた格多項目試験紙４
６には、第１ないし第３の項目のそれぞれに対する測定
試験部５１₁〜５１₃と参照試験部５２₁〜５２₃と内部標
準部５３₁〜５３₃が設けられている。本呈色物定量装置
では、全体のサイズが、およそ、１０ｍｍ×２０ｍｍで
あり、各試験部のサイズが、およそ、２ｍｍ×２ｍｍで
ある多項目試験紙４６を用いている。

【００３１】図５に、単項目レートアッセイ試験紙の構
造を示す。単項目レートアッセイ試験紙は、呈色の程度
の時間変化を測定することによって、定量を行うための
試験紙である。図示したように、単項目レートアッセイ
試験紙４７は、レートアッセイ測定試験部５４を有す
る。レートアッセイ測定試験部５４は、単項目、多項目
試験紙に設けられている測定試験部５１と同様に、試薬
を含浸された濾紙（あるいは多孔質ポリマ）によって構
成されている。本呈色物定量装置では、全体のサイズ
が、５ｍｍ×４０ｍｍであり、レートアッセイ測定試験
部５４のサイズが、およそ、５ｍｍ×５ｍｍである単項
目レートアッセイ試験紙５７を用いている。

【００３２】図６に、多項目レートアッセイ試験紙の構
造を示す。多項目レートアッセイ試験紙は、被検試料内
に含まれる複数の成分の定量を、それぞれ、呈色の程度
の時間変化を測定することによって行うための試験紙で
ある。図示したように、本呈色物定量装置では、多項目
レートアッセイ試験紙４７として、９つのレートアッセ
イ測定試験部５４₁〜５４₉を有する試験紙を用いてい
る。なお、本装置で用いた、多項目レートアッセイ試験
紙４７の全体のサイズは、およそ、１０ｍｍ×２０ｍｍ
であり、各試験部のサイズは、およそ、２ｍｍ×２ｍｍ
である。

【００３３】図３ないし図６に示した各種の試験紙に
は、その試験紙の種類を表す固有の試験紙識別情報が与
えられており、記憶部３４内には、各試験紙を、試験紙
指示台２１の所定位置に配置したときの、各試験部と試
験紙画像データ内の各画素値との対応関係を示す情報で
ある配置情報が、各試験紙識別情報に対応づけて記憶さ
れている。また、記憶部２４には、各試験紙識別情報に
対応づけた形で、呈色物の色度座標が記憶されている。

【００３４】以下、図７を用いて、本呈色物定量装置
（制御部）の動作を詳細に説明する。なお、図７は、制
御部３７の全体的な動作手順を示した流れ図である。図
示したように、本装置の起動時、制御部３７は、画像メ
モリ３５に所定のＲＧＢ画像データを書き込むことによ
って、表示装置１３に、試験紙識別情報や、画像データ
の平均回数、測定回数、待時間、試料名などを入力する
ための欄を備える画面を表示する（ステップＳ１０
１）。その後、制御部３７は、各欄の情報を操作者（入
力装置１４）から取得する（ステップＳ１０２）。すな
わち、制御部３７は、ステップＳ１０２において、入力
装置１４（キーボード、マウス）からの信号（情報）に
応じて、欄内への文字の表示や、情報の入力対象とする
欄の変更を行いながら、各情報を取得していく。そし
て、制御部３７は、入力が完了したことを示す操作が入
力装置１４に対してなされたことを検出したときに、ス
テップＳ１０２を終了する。

【００３５】なお、本装置では、単項目試験紙や多項目
試験紙を用いた定量時に、第１動作モードによる定量
と、第２動作モードによる定量が行えるようになってお
り、ステップＳ１０１において表示される画面には、モ
ードを指定するための欄も設けられている。各動作モー
ドの詳細は後述するが、第２動作モードを指定する際に
は、共存呈色物として存在している物質を指定する情報
の入力が必要であり、操作者は、ステップＳ１０２にお
いて、その情報を入力する。

【００３６】情報取得の完了後、制御部３７は、記憶部
３４から、取得した試験紙識別情報に対応する配置情報
を読み出すことによって、対象となっている試験紙の形
状（試験紙画像データ内の各画素と、試験部の対応関
係）を認識する（ステップＳ１０３）。そして、表示装
置１４に測定開始指示の入力を促すメッセージを表示し
（ステップＳ１０４）、測定開始指示の入力を待機する
状態に移行する（ステップＳ１０５）。

【００３７】操作者は、各種の情報の入力後、試験紙に
被検試料を滴下（あるいは試験紙を被検試料に浸漬）す
る作業を行うとともに、入力装置１４を用いて、測定開
始指示を入力する。そして、その試験紙を測光装置１１
の試験紙指示台２１上にセットする。なお、後述するよ
うに、実際の測定は、測定開始指示の入力後、所定時間
後に開始されるので、操作者は、その所定時間内に、試
験紙を試験紙指示台２１にセットする作業を終える。

【００３８】一方、制御部３７は、測定開始指示が入力
されたことを検出したとき（ステップＳ１０５；Ｙ）、
時間計測を開始（ステップＳ１０６）し、試験紙識別情
報が単項目あるいは多項目レートアッセイ試験紙に対応
する情報であった場合（ステップＳ１０７；Ｙ）には、
レートアッセイ試験紙用定量処理（ステップＳ１０８）
を実行する。また、試験紙識別情報が単項目試験紙ある
いは多項目試験紙に対応する情報であった場合（ステッ
プＳ１０７；Ｎ）には、通常試験紙用定量処理（ステッ
プＳ１０９）を実行する。

【００３９】まず、図８を用いて、レートアッセイ試験
紙用定量処理を説明する。図示したように、レートアッ
セイ試験紙用定量処理の開始時、制御部３７は、ステッ
プＳ１０６の実行から所定時間が経過するのを待機する
（ステップＳ２０１；Ｎ）。そして、所定時間が経過し
たときに（ステップＳ２０１；Ｙ）、画像データ取得部
３２に対して試験紙画像データの取得を指示する（ステ
ップＳ２０２）。この際、制御部３７は、画像データ取
得部３２に、ステップＳ１０２で設定された平均回数を
通知する。

【００４０】画像データ取得部３２による試験紙画像デ
ータの取得の完了後、制御部３７は、画像データ取得部
３２がメモリ３４内に格納した試験紙画像データと、対
応する配置情報とを用いて、試験紙に設けられている各
レートアッセイ試験部の色度座標、刺激値等を算出し、
記憶する（ステップＳ２０３）。なお、本呈色物定量装
置は、含量の計算をＸＹＺ表色系に属するパラメータで
行うようにしてあるので、このステップにおいて、制御
部３７は、ＲＧＢ表色系からＸＹＺ表色系への変換をも
行う。

【００４１】次いで、制御部３７は、ステップＳ１０２
で取得した測定回数分の測定が完了したか否かを判断し
（ステップＳ２０４）、完了していなかった場合（ステ
ップＳ２０４；Ｎ）には、待時間が経過するのを待機す
る（ステップＳ２０５）。そして、待時間が経過したと
きに（ステップＳ２０５；Ｙ）、ステップＳ２０２に戻
る。

【００４２】一方、測定回数分の測定が完了したとき
（ステップＳ２０４；Ｙ）、制御部３７は、ステップＳ
２０６に進み、それまでに、測定した色度座標等から、
各試験部に含まれている呈色物の含量を算出する。具体
的には、次のような手順で呈色物含量を算出する。

【００４３】図９に示したように、レートアッセイ試験
部からの反射光の色度座標は、測定時刻（ｔ1〜ｔ4）に
応じた値を取る。制御部３７は、このような測定結果か
ら、測定開始当初に現れる直線部分（図９では、ｔ1と
ｔ2の間）に該当する２組の測定結果（ｘ₁、ｙ₁、
Ｙ₁）、（ｘ₂、ｙ₂、Ｙ₂）から、以下に記す式を用いて
呈色物含量Ｃを算出する。

【００４４】なお、以下の各式において、ｘ_L、ｙ_Lは、
呈色物からの反射光（以下、Ｌ光と略記する）の色度座
標であり、ｘ_B、ｙ_Bは、呈色物を含まないときの試験紙
からの反射光（以下、Ｂ光と略記する）の色度座標であ
り、ｘ_W、ｙ_Wは、照射光と同じ分光分布を有する反射光
（以下、Ｗ光と略記する）の色度座標である。また、
α、β、γは、呈色物濃度が既知の試料に関する実験結
果から定められた比例係数である。

【００４５】

【数１】

【００４６】すなわち、ステップＳ２０６では、試験紙
からの反射光が、呈色物からの反射光と、試験紙自体か
らの反射光と、照射光と同じ色度座標を有する反射光か
らなると看做されて、２つの時刻における各反射光の測
定結果から、各反射光を構成する、呈色物からの反射光
成分の大きさＲ_L1、Ｒ_L2が求められる。そして、算出さ
れたＲ_L1とＲ_L2の差Ｒ_Lが算出され、そのＲ_Lと、呈色物
濃度が既知の試料に関する実験結果から定められた比例
係数α、β、γとから、(6)式を用いて濃度Ｃが求めら
れる。

【００４７】これらの値を求めるために用いられている
(1)〜(5)式は、色（刺激値）の加法則より簡単に導出で
きる式であるので、式の導出手順の説明は省略し、ここ
では、実験結果の一例を示すことによって、上記式(2)
ないし(4)式によってＷ光の影響が除去できることを示
すことにする。なお、以下に記す実験結果は、濾紙に、
濃度の異なる色素（青色１号）を点着し、点着後、１０
秒、１５分、３０分経過時における三刺激値を測定する
ことによって得られたものである。

【００４８】図１０に、実際の測定値（色度座標）ｙ
(＝Ｙ₁/(Ｘ₁＋Ｙ₁＋Ｚ₁))と色素濃度との対応関係を示
す。なお、図１０では、本装置による定量精度との比較
が容易に行えるように、色度座標ｙの絶対値ではなく、
濃度が０ｍｇ／ｌの試料に対する値が“０”に、濃度が
５００ｍｇ／ｌの試料に対する値が“１００”となるよ
うに、係数ａ、ｂを定めた値ａｙ＋ｂを示してある。

【００４９】色素点着後の経過時間が変わると、反射光
中に含まれるＷ光成分の割合が変化するため、図示した
ように、同一濃度の試料に対するａｙ＋ｂの値は、経過
時間によって大きく異なることになる。

【００５０】これに対し、(1),(3)式によって算出され
るＲ_L1を色素濃度に対してプロットすると、図１１に示
したように、各経過時間における濃度−Ｒ_L1特性のバラ
ツキは、図１０に示した濃度−ｙ特性のバラツキに比し
て小さいものとなる。なお、図１１の縦軸に示した値
は、濃度が５００ｍｇ／ｌの試料に対する値が“１０
０”となるように、Ｒ_L1を規格化した値となっている。

【００５１】このように、上記式によって求められるＲ
_L1は、呈色物以外からの反射光成分の大きさの違いの影
響を受けないものとなっている。また、図１１に示した
各計算値Ｒ_L1を、濃度の対数に対してプロットすると、
図１２に示したようになる。図１２から明かなように、
濃度ＣとＲ_L1とは、濃度の対数値が、Ｒ_L1の二次式（あ
るいは一次式）によって近似できる関係を有している。
従って、Ｒ_L2 − Ｒ_L1に関しても、その２次式あるいは
１次式によって、濃度Ｃが表せる（近似できる）ように
なっており、本方装置では、前述したように、関係式Ｌ
ＯＧ（Ｃ）＝αＲ_L ²＋βＲ_L＋γを用いて、呈色物含量
Ｃを求めている。

【００５２】このような手順で、各試験部に対する濃度
Ｃを求めた後、制御部３７は、図８に示した処理を終了
し、図７のステップＳ１１０に進み、含量の算出結果の
表示を行う。そして、測定の続行が指示された場合（ス
テップＳ１１１；Ｎ）には、ステップＳ１０１に戻る。
一方、測定の終了が指示された場合（ステップＳ１１
１；Ｙ）には、呈色物定量処理を終了する。

【００５３】次に、通常試験紙用定量処理（ステップＳ
１０９）を説明する。通常試験紙用呈色処理時、制御部
３７は、ステップＳ１０６の実行後、所定時間が経過し
たときに、画像データ取得部３２に対して、試験紙画像
データの取得を指示する。そして、メモリ３３内に記憶
された試験紙画像データと、配置情報とから、試験部、
参照試験部等、検査対象となっている試験紙が備えてい
る、測定試験部、参照試験部、内部標準部、それぞれか
らの反射光の色度座標と刺激値の組み合わせ（ｘ_S、
ｙ_S、Ｙ_S）、（ｘ_R、ｙ_R、Ｙ_R）、（ｘ_I、ｙ_I、Ｙ_I）を
得る。

【００５４】そして、制御部３７は、ステップＳ１０２
で第１動作モードが指定されていた場合、ステップＳ１
０９において、ｘ_R、ｙ_R、Ｙ_Rをそれぞれ、ｘ₁、ｙ₁、
Ｙ₁とし、ｘ_S、ｙ_S、Ｙ_Sをそれぞれ、ｘ₂、ｙ₂、Ｙ₂と
して、前述した式(1)〜(5)を用いて、Ｒ_Lを求める。そ
して、ＬＯＧ（Ｃ）＝α′・Ｒ_L ²＋β′・Ｒ_L＋γ′と
いう関係式を用いて、濃度Ｃを算出する。なお、前述の
(6)式におけるＲ_Lは、測定時刻が異なる２つのデータの
差であるのに対し、第１動作モードで算出されるＲ
_Lは、測定試験部と参照試験部に関するデータの差であ
る。このため、第１動作モードにおいて、Ｒ_LからＣを
算出する際には、(6)式とは異なる係数を有する上記式
が用いられる。また、制御部３７は、ステップＳ１０９
において、ｘ_R、ｙ_R、Ｙ_Rと、ｘ_I、ｙ_I、Ｙ_Iとの間で同
様の演算処理を行うことによって、内部標準部に含まれ
る呈色物の含量をも求める。

【００５５】そして、ステップＳ１０９を終了し、ステ
ップＳ１１０を実行することによって、各測定試験部に
含まれる呈色物の含量を表示するとともに、内部標準部
に含まれる呈色物の含量の算出結果と、内部標準部に実
際に含まれている呈色物の含量とを表示する。なお、内
部標準部に関するデータは、測定条件が正常なものであ
るか否かを、操作者が確認するためのデータとなってい
る。

【００５６】一方、ステップＳ１０２において、第２動
作モードが指定されていた場合、制御部３７は、ステッ
プＳ１０９において、次のように動作する。まず、制御
部３７は、測定結果ｘ_R、ｙ_R、Ｙ_Rと、共存呈色物の反
射光（Ｌ２光）の色度座標（ｘ_L2、ｙ_L2）、光源１１
（Ｗ光）の色度座標（ｘ_W、ｙ_W）、参照試験紙自体から
の反射光（Ｂ光：試験紙からの反射光と同じ色度座標を
有する）の色度座標（ｘ _B、ｙ_B）とから、(10)ないし(1
3)式を用いて、Ｌ２光の刺激値であるＸ_L2、Ｙ_L2、Ｚ_L2
を求める。なお、制御部３７は、第２動作モードを指定
する際に与えられた共存呈色物として存在している物質
を指定する情報に基づき、記憶部３４内に記憶されてい
る各種の色度座標の中から、１つの色度座標（ｘ_L2、ｙ
_L2）を特定する。

【００５７】

【数２】

【００５８】その後、制御部３７は、(11)〜(13)式によ
って求めたＸ_L2、Ｙ_L2、Ｚ_L2と、測定試験部からの反射
光の測定結果ｘ_S、ｙ_S、Ｙ_Sと、呈色物の反射光（Ｌ
光）の色度座標（ｘ_L、ｙ_L）、光源１１（Ｗ光）の色度
座標（ｘ_W、ｙ_W）、試験紙自体からの反射光（Ｂ光）の
色度座標（ｘ_B、ｙ_B）とから、(14)ないし(17)式を用い
て、Ｒ_Lを求める。そして、既に説明した関係式ＬＯＧ
（Ｃ）＝α′Ｒ_L ²＋β′Ｒ_L＋γ′を用いることによっ
て、呈色物含量Ｃを算出する。

【００５９】

【数３】

【００６０】すなわち、第２動作モードでは、測定試験
部からの反射光に含まれるＬ光、Ｌ２光、Ｂ光、Ｗ光と
いった４つの反射光成分の大きさを求めるために、参照
試験部に関する測定結果から、まず、Ｌ２光成分の大き
さ（刺激値）Ｘ_L2、Ｙ_L2、Ｚ _L2が求められる。次いで、
(15)式に示したように、測定試験部からの反射光の測定
結果Ｘ_S、Ｙ_S、Ｚ_Sから、求めた各刺激値を減ずること
によって、共存呈色物が存在していなかった場合に得ら
れたであろう反射光の刺激値Ｘ_S′、Ｙ_S′、Ｚ _S′が求
められる。次いで、その刺激値Ｘ_S′、Ｙ_S′、Ｚ_S′に
よって表される光を、Ｌ光、Ｂ光、Ｗ光といった３つの
反射光の和であると看做して、その光に含まれるＬ光成
分の大きさＲ_L（刺激値の和“Ｘ_L＋Ｙ_L＋Ｚ_L”）が求め
られる。そして、そのＲ_Lを用いて、呈色物の定量が行
われる。

【００６１】その後、制御部３７は、ステップＳ１０９
を終了し、ステップＳ１１０を実行することによって、
各測定試験部に含まれる呈色物の含量を表示する。そし
て、測定の続行が指示された場合（ステップＳ１１１；
Ｎ）には、ステップＳ１０１に戻る。一方、測定の終了
が指示された場合（ステップＳ１１１；Ｙ）には、呈色
物定量処理を終了する。

【００６２】なお、本呈色物定量装置を、ＸＹＺ表色系
以外の表色系（例えば、ＲＧＲ表色系や、ＭａｃＡｄａ
ｍのＵＣＳ表色系）に属する三刺激値あるいは色度座標
を用いて動作するものとしても良いことは当然である。
また、白色光を照射する代わりに、例えば、Ｒ、Ｇ、Ｂ
光を順次照射し、各光を照射した際の反射光強度を測定
することによって、反射光の刺激値に関する情報を得る
ようにすることも出来る。この際、ＬＥＤを光源として
用いれば、全体的なサイズの小さい呈色物定量装置を構
成できることになる。

【００６３】また、実施形態の呈色物定量装置は、試験
紙からの反射光を測光することによって、呈色物の定量
を行うように構成してあるが、試験紙からの透過光が撮
像部に入射されるように装置を構成しても良い。このよ
うに装置を構成した場合も、上述した手順と同様の手順
によって、測光結果から試験紙内に含まれる呈色物の量
を求めることができる。

【００６４】

【発明の効果】以上、詳細に説明したように、本発明に
よる呈色物定量装置では、測定された反射光から、共存
呈色物からの反射光成分や鏡面反射光成分が除去され
て、呈色物の量に直接的に関連するデータが算出され
る。そして、そのデータに基づき、呈色物の定量が行わ
れるので、本呈色物定量装置によれば、従来の呈色物定
量装置に比して、共存呈色物が存在する試料内の呈色物
含量を、高い精度で測定できることになる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態による呈色物定量装置の構
成を示すブロック図である。

【図２】実施形態の測光装置が備える撮像部の説明図で
ある。

【図３】実施形態の呈色物定量装置によって使用される
単項目試験紙の説明図である。

【図４】実施形態の呈色物定量装置によって使用される
多項目試験紙の説明図である。

【図５】実施形態の呈色物定量装置によって使用される
単項目レートアッセイ試験紙の説明図である。

【図６】実施形態の呈色物定量装置によって使用される
多項目レートアッセイ試験紙の説明図である。

【図７】実施形態の呈色物定量装置内の制御部の動作手
順を示す流れ図である。

【図８】レートアッセイ試験紙用定量処理の流れ図であ
る。

【図９】レートアッセイ試験紙用定量処理を説明するた
めの色度図である。

【図１０】測定値ｙの濃度依存性を示した図である。

【図１１】本呈色物定量装置による算出値Ｒ_L1の濃度依
存性を示した図である。

【図１２】本呈色物定量装置による算出値Ｒ_L1を濃度の
対数値に対してプロットした図である。

【符号の説明】

１１測光装置１２データ処理装置１３表示装置１４プリンタ２１試験紙支持台２２光源２３レンズ系２４撮像部２５ケース３１Ａ／Ｄ変換器３２画像データ取得部３３メモリ３４記憶部３５画像メモリ３６表示制御部３７制御部４１ＣＣＤ固体撮像素子４２制御回路４３受光素子

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】定量対象である呈色物と定量対象ではな
い共存呈色物が含まれる固相試料に対して所定の分光分
布を有する光を照射する光照射手段と、前記固相試料からの反射光の色度座標を測定する測定手
段と、この測定手段で測定された色度座標と、予め測定された
前記呈色物の色度座標及び前記共存呈色物の色度座標及
び前記所定の分光分布を有する光の色度座標に基づき、
前記反射光に含まれる各反射光成分の割合を算出する割
合算出手段と、この割合算出手段で算出された割合に基づき、前記呈色
物の含量を定める定量手段とを備える呈色物定量装置。
【請求項２】被検物質と反応したときに呈色物を生成
する試薬を含む測定試験部と、前記試薬を含まない参照
試験部とを有する試験紙を用いて、共存呈色物を含む被
検試料内の被検物質の定量を行う呈色物定量装置であっ
て、前記試験紙に対して所定の分光分布を有する光を照射す
る光照射手段と、前記試験紙の測定試験部と参照試験部からの反射光の三
刺激値を測定する測定手段と、前記測定手段で測定された前記参照試験部に関する三刺
激値と、予め測定された前記被検試料が含浸されていな
いときの前記参照試験部の色度座標及び前記共存呈色物
の色度座標及び前記所定の分光分布を有する光の色度座
標に基づき、前記参照試験部からの反射光に含まれる前
記共存呈色物と同じ色度座標を有する反射光成分の三刺
激値を算出する第１算出手段と、この第１算出手段で算出された三刺激値と、前記測定手
段で測定された前記測定試験部に関する三刺激値と、予
め測定された前記被検物質が含浸されていないときの前
記測定試験部の色度座標及び前記呈色物の色度座標及び
前記所定の分光分布を有する光の色度座標に基づき、前
記測定試験部からの反射光に含まれる前記呈色物と同じ
色度座標を有する反射光成分の光量を算出する第２算出
手段と、この第２算出手段で算出された光量に基づき、前記測定
試験部内の呈色物の含量を定める定量手段とを備える呈
色物定量装置。
【請求項３】被検物質と反応したときに呈色物を生成
する試薬を含む試験部と、前記試薬を含まない参照試験
部とを有する試験紙を用いて、被検試料中に含まれる被
検物質の定量を行う呈色物定量装置であって、前記試験紙に対して所定の分光分布を有する光を照射す
る光照射手段と、前記試験紙の測定試験部と参照試験部からの反射光の三
刺激値を測定する測定手段と、前記測定手段で測定された前記測定試験部に関する三刺
激値と、予め測定された前記被検試料が含浸されていな
いときの前記測定試験部の色度座標及び前記呈色物の色
度座標及び前記所定の分光分布を有する光の色度座標に
基づき、前記参照試験部からの反射光に含まれる前記呈
色物と同じ色度座標を有する反射光成分の三刺激値を算
出する第１算出手段と、前記測定手段で測定された前記参照試験部に関する三刺
激値と、予め測定された前記被検試料が含浸されていな
いときの前記参照試験部の色度座標及び前記呈色物の色
度座標及び前記所定の分光分布を有する光の色度座標に
基づき、前記参照試験部からの反射光に含まれる前記呈
色物と同じ色度座標を有する反射光成分の三刺激値を算
出する第２算出手段と、前記第１算出手段で算出された光量と前記第２算出手段
で算出された光量との差に基づき、前記測定試験部に含
まれる呈色物の含量を定める定量手段とを備える呈色物
定量装置。
【請求項４】被検物質と反応したときに呈色物を生成
する試薬を含む試験紙を用いて、被検試料中に含まれる
被検物質の定量を行う呈色物定量装置であって、前記試験紙に対して所定の分光分布を有する光を照射す
る光照射手段と、前記試験紙からの反射光の三刺激値を２度測定する測定
手段と、前記測定手段で１度目に測定された三刺激値と、予め測
定された前記被検試料が含浸されていないときの前記試
験紙の色度座標及び前記呈色物の色度座標及び前記所定
の分光分布を有する光の色度座標に基づき、前記試験紙
からの反射光に含まれる前記呈色物と同じ色度座標を有
する反射光成分の光量を算出する第１算出手段と、前記測定手段で２度目に測定された三刺激値と、予め測
定された前記被検試料が含浸されていないときの前記試
験紙の色度座標及び前記呈色物の色度座標及び前記所定
の分光分布を有する光の色度座標に基づき、前記試験紙
からの反射光に含まれる前記呈色物と同じ色度座標を有
する反射光成分の光量を算出する第２算出手段と、前記第２算出手段で算出された光量と前記第１算出手段
で算出された光量との差に基づき、前記呈色物の含量を
定める定量手段とを備える呈色物定量装置。
【請求項５】前記色度座標並びに三刺激値が、国際照
明委員会のＲＧＢ表色系に属する色度座標であることを
特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の
呈色物定量装置。
【請求項６】前記色度座標並びに三刺激値が、国際照
明委員会のＸＹＺ表色系に属する色度座標並びに三刺激
値であることを特徴とする請求項１ないし請求項４のい
ずれかに記載の呈色物定量装置。
【請求項７】前記色度座標並びに三刺激値が、Ｍａｃ
ＡｄａｍのＵＣＳ表色系に属する色度座標並びに三刺激
値であることを特徴とする請求項１ないし請求項４のい
ずれかに記載の呈色物定量装置。
【請求項８】前記呈色物や共存呈色物の色度座標が、
呈色物や共存呈色物の吸収極大波長または吸収極大領域
を含むように設定された測光波長または測光領域の測定
器の機械刺激に基づき算出された色度座標であることを
特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の
呈色物定量装置。
【請求項９】前記測定手段が、ＣＣＤカラーイメージ
センサを用いて構成されていることを特徴とする請求項
１ないし請求項８のいずれかに記載の呈色物定量装置。
【請求項１０】前記光照射手段は、前記試験紙に対し
て３種の光を順に照射し、前記測定手段は、前記光照射手段による各光の照射に同
期して、前記試験紙からの反射光を測光することによっ
て、各刺激値を測定することを特徴とする請求項２ない
し請求項４記載の呈色物定量装置。
【請求項１１】前記定量手段は、呈色物の含量の対数
値を、算出された光量の差の２次式に関連づけた式を用
いて含量を定めることを特徴とする請求項３または請求
項４に記載の呈色物定量装置。