JPS5842955A - 測光装置用デ−タ圧縮システム - 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】 本発明は試料を測光分析する装置とともに使用するため
のヂ′−タ圧細システムに関する。本発明は特＊　２　
ｍ”６チヨツパドリフト補償演算増幅器のみで構成縁れ
た対数比率制御ネットワークを使用したデータ圧縮シス
テムに関する。

デュポン社により「ＡＣＡ　Ｊの商品名で販売されてい
るような患者の体液の試料を自動的に分析するようにな
った臨床装置は内部に患者の体液の試料が収納されてい
るコンテナまたはキュベツトを通るよ５に向けられる所
定の強さを有する入射光のビームを利用している。患者
の体液の試料を担持するキュベツトを透過した光ビーム
の強さを測定するために検出器が使用される。また、試
料に向けられた入射光を表わす第２電気信号を発生させ
るために＠２検出器が設けられている。

入射し且つ透過した光を表わす信号は比信号発生器に印
加され且つ試料の吸光量を表わす信号を発生するために
使用される。その結果得られたアナログ出力信号は所望
されればディジタル表示に変換することができる。

関連する信号の大きさの範囲が広いためｋ、比信号発生
器は対数比率制御ネットワークの型式であることが好ま
しい。このようなネットワークはデータを圧縮して以後
の取扱いを容易にする。検出器の各々のためにシリコン
光電池を使用することが好ましい、シリコン光電池はゼ
ロポル）ｋ作動させるとき、すなわち効果的に短絡させ
るときに最小の熱ドリフトを示す。それ故に、温度に感
応しない低い入力のオフセット電圧を示すチョッパドリ
フト補償演算増幅器を使用して対数比率制御ネットワー
クを実現することが好ましい、それに加えて、もしも計
数化が所望されれば、デュアルスロープアｆａグ昏ディ
ジタル変換器が好ましい。その堤内はデュアルスロープ
アナログ・ディジ・タル変換器の高い分解能、変換精度
ならびに低いコストそのものがこの応用領域に向いてい
るからである。

しかしながら、チョツノドリ７−ト補償演算増幅器を使
用する型式の対数比率制御ネットワーりからの電圧信号
出力が平均値がゼロに等しくない周期的なノイズ信号を
発生することが判明した。このノイズ成分は出力電圧信
号ケデュアルスロープアナログーデイジタル変換器に印
加するときにノイズ成分が望ましくケい誤差要因を変換
プロセスに与えその結果検出された光の強さの比の誤ま
ったディジタル表示を生ずる程皮牟で出力電圧信号をひ
ずませる。

従って、出力信号のノイーズ成分の平均値がゼロである
ような検出された光の強さの比を表わす出力信号を発生
しさるチョッパドリフト補償演算増幅器を使用した対数
比率制御ネットワークを提供することが有利であると考
えられ′る。

このような出力信号は検出１２．、された光の強さの比
の真のディジタル、表示を与えるためにデュアルスロー
プアナログ・ゲイ、ジタル変換器ととも、ＩＩｃ使用す
ることができる。

本発−は試料を側光分析する装置とともに使用する７た
めのデータ圧縮システムに関する。この側光分析装νは
試料を透過した光の強さを表わす第１アナーグ電気信号
を発生させるための第１検出器と、試料に入射した光の
強さを１表わす第２アナ胃グ信号を発生させるための第
２検出器とを備、えている。このデータ圧縮システムは
第１および第２チヨツパドリフト補償演算増幅器により
構成された対数比率制御ネットワークを備え、前記対数
比率制御ネットワークは第１アナログ信号と第２アナロ
グ信号の比に機能的に関連したアナログ信号を発生させ
るようになっている。対数匙率制御ネットワークのアナ
ログ信号出力は所舛の信号積分時間’ｉｎｔを有するデ
エアルスロー′７１″１アナログ、・ディジタル変換器
に印加される。

このデータ圧縮システムはチョッパドリフト補償演算増
幅器のチョッピング周波’数ｆ。よ□。９が信号積分時
間’ｉｎｔのＮ（整数）倍に反比例することを特徴とし
ている。換首するとミ信号槓分時間の周期’ｉｎｔがチ
ョッパドリフト補償演算増幅ａｋ印加されたチョッピン
グ信号の周期ｔ。ｈｏｐ　”Ｎ倍である。′チョッパト
リ２ト補慣演算増幅器の各々が周波数ｆｃｈＯｐＩｌｃ
おいてクロックパルスにより動作せしめられるので、チ
ョッピングに起因する出力信号のノイズ成分の平均値は
ゼロである。デュアルスロープアナログ・ディジタル変
換器はこのようにゼロ平均ノイズ成分め周期のＮ倍を積
分するので、チョッピングに起因するノイズ成分はデュ
アルスロープアナログ・ディジタル変換器の出力側に現
われない。

本発明は添付図面に関する以下の詳細な説明からさらに
充分に理解することができよう。

はす夏ての図面において同様な要素を示している。

゛第１図７つぃア説、す遮と、本発明。教１７よるデー
タ圧縮システム１０’％−組み合わせた自動臨床分析器
ＪＣ＊′用な測光装置の高度Ｋ１１式化した構成図を示
しである。全体を符号１゛２で示しん測光ｉはソケット
ｊ６の内部に交換できるように収納された入射放射供給
源１４−備えている。放射供給源１４は紫外線に近い状
態から可視状−を通じて赤外線に近い状態に光を放射す
る白熱電球の型式とすることができる。放射レンズ２０
により平行にされそして好適な光フートのようなビーム
スプリッタ要素２６が入射する放射ビームを分割して第
１光軸５０Ａおよび第２光軸５０ＢＫそれぞれ沿って強
さ”ｉｎを有する第１部分および強さＩｒｅｆを有する
第２部分に向ける。第１光路３０ＡＫａ’つた放射は叡
者の体液の試料が収納されているキュイツト３２を通過
する。体液と体液の試料の中に導入された化学的な試薬
との間の反応の如何によりキュベツト３２の中に向けら
れた入射した放射エネルギーのある部分はその内部の試
料により吸収される。キュベツト３２を通過した強さ工
、を有する透過−した放射ビーム３４は例えばシリコン
光電池のような好適な検出要素３８の表ＩＮＫ向けられ
る。検出器５８？ＩＣ入射した透過したビーム３４の強
さＸｔの大きさは符号−、＆８をつけたアナログ電流信
号を発生する。アナログ電流信号は遮蔽されたライン４
０を介してデータ圧縮システム１１Ｃ印加され゛る＝検
出器３８としては、浜松株式会社により製造され且つモ
デル番号１２°２７−１０１０ＢＲで販売されている素
子が好適に使用されている。

第２光路３０Ｂには、検出器５８に類似した検出器４−
４が介在せしめられている。第２検出ｌ５４４に当った
放射ビームの強さ”ｒｅｆは第２電気信号１ｒｏｆｔ発
生する。第２１１気信号’ｒｅｆは遮蔽されたケーブル
４６を介してデータ圧縮ネッ）クー１１０１１Ｃ印加さ
れる。前述したようｋ。

シリコン光電池は０ボルトで作動するとき、すなわち効
果的な短絡を生ずるときに最小の熱ドリフトを示す。

゛本発明によれば、データ圧縮ネットワーク１゜は対数
比率ネットワーク５ｏを備えている。対数比率制御ネッ
トワーク５ｏの出力はライフ５１によりデエア鳶スロー
プアナログ・ディジタル変換１１１５２に接続される。

変換器５２としては米国カリフォルニヤ州キエパチノ所
在のインクシル−インコーホレーテッド（１ｎｔｅｒｓ
ｉｌ　Ｉｎｒ、）ｋより製造され且つモデル番号ＩＣＩ
Ｊ７１０４／８０６８で販売されている素子が好適に使
用されている。

デュアルスロープアナｐグ・ディジタル変換器の操作は
「Ｉｎｔｅｒｓｉｌ　Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　）、ｕ
ｌｌ＝ｔｉｎ　、Ｉ　ＡＯ−１７ｋＶ、載されている。

この変換器はそれに印加された信号入力を所定の積分時
間間隔ｔ工。、にわたって積分する。アナログ入力信号
のディジタル表示は変換器５２かや出ている出力バス５
４Ｖｃより搬送される。信号積分時間ｔ＋、ｎｔはタイ
ミングネットワーク５８からライン５６により変換器５
２１Ｆ印加されたクロックパルスの列から導出される。

ライン５６上のクロック信号はタイミングネットワーク
５８の中に配置されたカラン／８８（第２８！りから導
出される。タイミングネットワーク５８に対する入力は
外部クロック６０かもライン６２を介して導出される。

本発明によれば、２伽以下のチョッノドリフト補償演算
場幅器を使用した対数比率ネットワーク５０が実現され
る。演算増幅器により使用される周波数ｆ。ｈｏｐおよ
び周期’Ｌ’ｈｏｐを鳴するチョッピングクロック信号
がタイミングネットワーク５８からライン６４を介して
導かれる。チョツ／七ドリフト補償演算増幅器は共にり
ｐツクパルスを受けいれることが好ましい。

第２図について説明すると、本発明による約数比率ネッ
トワーク５ｏおよびタイミングネットワーク６０の詳細
な構成図を示しである。対数比率制御ネットワーク５ｏ
はｊｌｌｉ１演算増幅器６６および第２演算増幅＠６８
のそれぞれを備えている。演算増幅器６６および６８と
しては、米国カリフォルニヤ州キュパチノ所在のインタ
シル・インコーホレーテッドによりモデル番号ＩＣＬ７
６５Ｇで販売されているようなチョッパドリフト補償演
算増幅器が使用に好適であり且つ好ましく使用される。

この明細書に記載した目的のために、演算増幅器６６お
よび６８の各々はバイアス電圧を備えている。バイアス
電圧はタイきングネットワーク５８からライン６４Ａお
よび６４Ｂをそれぞれ介して印加されたときに演算項＠
６６６．６８を外部クロックとともに使用するために適
応する。演算項＃Ｉｈ器６６および６８の各々は適宜バ
イアスされ且つそれらの反転入力および非反転入力に送
られた信号をゼロにするため一使用される修正電位を記
憶するために好適な大きさのコンデンサ７０および７２
を備えている。ナルコンデンサ７０および７２の各々は
その安定のために選択されたポリカーボネートコンデン
サである゛ことが好ましい。コンデンサ７０およＱ７２
として使用するために好適なものはエレクトリック・イ
ンコーホレーテッドにより製造され且つモデル番号６５
００で販売されている素子である。好適な大きさの安定
用コンデンサ７４が第１演算増幅器６６の出力側とその
反転端子との間に接続されている。

遮蔽ケーブル４６を介して印加される第２検出器からの
基準電流信号’ｒｅｆはチョッパドリフト補償第１演算
増幅器６６に接続される。館１検出器３８からの出力電
流ｉ、ａ８はケーブル４０を介してチョッパドリフト補
償第２演算増幅器６１ＮＣ印加される。

ネットワーク５０の対数比率作用は共通のエミッタ構成
中ＫＷ絖された突合せた１対のトランジスタ７８Ａおよ
び７８１１より与えられる。

トランジスタ７８Ａおよび７８Ｂとしてはインタシル・
インコニボレーテッドにより製造され且つ毫デル番号２
Ｎ４８７８で販売されているトランジスタが好適に使用
される。トランジスタ７８Ｂのコレクタはチョッパドリ
フト補償第２演算増幅器６８の反転入力に、接続されて
いる、第２演算増幅器６Ｂの出力側もまた閉じたループ
の安定のために設けた好適な大きさのコンデンサ８０を
介してトランジスタ７８Ｂのコレクタに接続されている
。トランジスタ７８Ｂ２０ベース端子はアナログ接地に
接続されている。

トランジスタ７８Ａのコレクタは第ｉｓ算増幅器６６の
反転入力＠に警絖されている。斃１演算増幅器６６の出
力は限流抵抗器８２を介してトランジスタ７８Ａおよび
７８Ｂのエミッタの接続部に印加される。抵抗器８２と
してはノイズが低い１ｓ金属フイルム抵抗器が好ましい
。

トランジスタ７８Ｂのば一ス端子は第２演算増幅器６８
の出力とアナログ接地との間に接続された分圧器ネット
、ワーク８４＃ｃ＠’続されている。

分圧器ネットワーク８４はこのシステムの温度補正のた
めに設けられている。

ネットワーク５００対数比出力信号は第２演算増幅器６
８の出力から導出され且つ２イシ５１を介してディジタ
ル・アナログ変換器５２に印加される。対数比率制御ネ
ットワーク５０のためにチョッパドリフト補償演算増幅
器を使用すると、ライン５１上の信号出力にノイズ成分
を与えることが判明した。もしも２個のチョッパドリフ
ト補償演算増幅＠６６および６８が共にチョッパ作用す
るとすれば、チョッパ作用に起因する出力信号の平均値
はゼロである。対数比率制御ネットワーク５０の出力を
ヂエアルス費−プアナログ・ディジタル変換器５２によ
り使用するように相容性を与えるためには、チョッパド
リフト補償増幅１８６６および６８の周期’ｃｈｏｐも
またデエアルスロープアナログ・ディジタル変換１ｉ６
５２の信号積分時間間隔’ｉｎｔの約数とされる。換言
すると、デュアルスロープアナログ・ディジタル変換器
５２の信号積分時間間隔ｔｉｎｔは演算増幅器６６およ
び６８のチョッピング時間間隔のＮ（整数）倍である。

この関係は数学的には次式で表わすことができる。

式中、ｔ、ｎｔはデュアルスロープアナログ・ディジタ
ル変換器の信号積分時間間隔、ｔｃｈｏｐはチョツ７パ
ドリフト坤慎演算増幅器のチョッピング周期、そしてＮ
は１．２．５．・・・′に％しい隻数とする。

上記の関係からドリフト補償演算増幅器のチョッピング
周波数ｆｃｈｏｐが信号積分時間’ｉｎｔの逆数の、Ｎ
倍に勢しいことが判る。数学的に表、わすとｆｏｈｏｐ
＝工；；　、：（２） である。

チョッピング周波数ｆｃｈｏｐと信号積分時間’ｉｎｔ
との１ｖｌＫこの関係が得られる装曾を第２図に示した
。アナログ・ディジタル変換器５．２０周期はクロック
６０から供給されるクロック信号から導出され、るので
、同じクロ、ツク出力を適当な周波数で増幅器６６およ
閉６８に送るタイミング信号を発生させるために使用す
ることができる。適当な周波数でタイミング信号を発生
するために、タイミングネットワーク５８が２イン６２
を介してり、ロック６０に接続されている、タイミング
ネットワーク５８は第１カウンタ８Ｂを備えている。第
１カウンタ８８の出力はラインｊ２．に、より第、２カ
ウンタ９０に印加される。

第１カーウンタ８８の出力はまたライン５６を介して変
換器５２１？：印加される。ｔ！１カウンタ８８および
第２カウこ夕９，０はライｙ６４Ａｔｄよび６４ＢＩＣ
より演算、増幅器６６および６ＢＫそれぞれ印加された
タイミング信号の周波数が信号積分時間’ｉｎｔの逆数
のＮ倍に擲しくなるように構成されている。特定の数値
的な例をあげると５、もしもう１ン６−２上のクロック
信号が１２２７５１ｖＩＨ２であれば、ライン５６上の
信号は５０６！、、ＫＨｚになる。タイミングネットワ
ーク５８はう禿７６４により演算増幅器６６および６８
に送・られる５５９４ヘナツのチョッピング周波１１ｓ
ｉ　ｆｃｈｏｐを有するタイミング信号を発生するよう
になっている。

この例では、Ｎは効果的には６４である。カラざ夕８８
およ、び９０としては、テキサス・インスツルメンツ社
により製造され且つモデル番号７４３９および７４１６
７で販売されている素子が好適に使用されている。勿論
、上記の目的を果すための任意の好適なタイ、ミングネ
ットワーク増輔し６６および６８が共に外部クロックに
より駆動されるとき、ライン５１上の比信号出力のタイ
、ズ成分の平均はセロになる。それに加えて、もしも周
波数％ｈｏｐがアナログ・ディジタル変換器５２の信号
積分時間ｔ、ｎｔの逆数に整数Ｎを乗じた値に岬しけわ
ば、デュアルスロープアナログ・ディジタル変換＠％〒
２はこのタイス成分をゼロに平均化する。

光度計（第１図）のための放射源１４に使用、されてい
−る電球は定期的に変換しなければならない、交換した
電球から最大の強さが得られることを保−証するために
、リレーネットワーク、９６がトランジスタ７８Ａのコ
レクタに接続されている。リレーネットワーク９６はコ
イル９８と、１対の接点１００とを備えている。コイル
９８はダイオード１０？と並列に接続されている。好適
な制、御信号がライン１０４によりダイオード１０２の
７ノードに印加された。とき、接点１００が閉ざされて
電Ｒ１０６から補給電流を限流抵抗器１０８に流す。こ
の補給電流は対数比率制御ネットワーク５０の直接の作
用を遮断してそれによりライン５１上の出力信号を入射
した放射の強さの絶対値に一時的により依存するように
する作用を有している。監視ネットワーク１１０がう゛
イン゛５１に接続されている。監視ネットワーク１１０
はオシロスコープまたはメータを使用して実現すること
ができよう。監視ネットワーク１１０は所望されればプ
ログラムによりバス５４上の出力を監視するマイクロプ
ロセッサにより実現することができる。ソケット１６′
の内部の電球が調節されるときにライン５１上の中力信
号の波形を監視することにより、電球を光度計のために
最大の光の強さを与え゛る正確な位置に配向することが
できる。ライン５１上の出力信号が適当なピークまたは
谷に到達したとき、場合により、ソケット１６の内部に
電球を対応位置に配置するととｋより電球から導出され
る光の強さを最大にすることができる。この調節が完了
すると、コイル９８を消磁することができる。

当業者はこの明細書に記載ｔた本発明の教示に基づいて
種々の変型変更な爽施することかできよう。しかしなが
ら、これらの変型変更は特許請求の範囲に記載の本発明
の範囲内にあるものと解釈すべきである。

【図面の簡単な説明】 第１図は本発１１１ｉｋよるデータ圧縮システムを使用
しうる測光装置の高度に様式化した構成図、且つ館２図
は本発明のデータ圧縮システムの詳細な構成図である。 １０・・・データ圧縮システム、１２・・・ＩＩＩ光餘
、１４・・・光源、１６・・・ソケット、５２・・・キ
エベット、３Ｂ・・・検出器、４４・・・第２検出器、
５０・・・対数比率制御ネットワーク、５２・・・デュ
アルスロープアナログ・ディジタル変換器、５８・・・
タイミングネットワーク、６０・・・外部クロック、６
６・・・第１演算増幅器、６８・・・第２演算増幅器、
９６・・・リレーネットワーク、１１０・・・監視ネッ
トワーク。 アース・アンド・コンノ七二一

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）試料を透過した放射の強さを表わす、第１アナログ
   電気信号を発生させるための第１検出器と、試料に入射
   した放射の強さを表わす第２アナログ電気信号を発生さ
   せるための絡２検出器とを有する試料を測光分析するた
   めの装置において、第１アナｑグ電気信号と第２アナロ
   グ電気信号との比に機能的に関連したアナログ電気信号
   を発生させるための対数比率制御ネットワークと、アナ
   ログ比信号をそのディジタル費示ＫｆＲ換するために所
   定の信号積分時間’ｉｎｔを有するデエアルスロープア
   ナログ・ディジタル変換器とを備えたデータ圧−システ
   ムを傳え、前記対数比率制御ネットワークは第１および
   第２チヨツ／々トリアド補償演算増幅器を鳴し、前記各
   々の演算増幅器のチョッピング周波数ｆ　・　がデュア
   ルスｈｏｐ ロープアナログ・ディジタル変換器の信号積分時間’ｉ
   ｎｔのＮ（整数）倍に反比例することを特徴と七する試
   料を測光分析するための鋏丸２）さらに、光源から最大
   の光の強さを発生させるように光源を位置決めするため
   にソケットの内部の光源の位置に応答する装置と、所定
   の補給電流を対数比率制御ネットワークに印加して前記
   対数比率制御ネットワークからの信号出力を摂動するた
   めのネツトリ−りとを備え、前記摂動の大きさはソケッ
   トの内部の光源の位置ＫＷＩＡ連し、さらにソケットの
   内部の光源の位置が変化せしめられるときに前記対数比
   率制御ネットワークの出力を監視するための監視ネット
   ワークを備え、前記監視ネットワークがソケットの内部
   の光源の位置に応答して最大の光の強さを寿える光源の
   位置を指示することを特徴とするソケットの中に収納し
   うる交換可能な光源を有する°特許請求の範囲第１項に
   記載の測光分析装置。 ３）チョッパドリフト補償演算増幅器を共にりｇ２　ツ
   ク／Ｊルスにより動作せしめ、られることを特徴とする
   特許請求の範囲第１項または鮪２項に記載の測光分析装
   置。 ４）試料を透過した放射の強さを表わす第１アナログ電
   気信号を発生させるための第１検出器と、試料に入射し
   た放射の強さを表わす第２７ｆ　ａ　／電気信号を発生
   させるための第２検出器とを有する型式の試料を測光分
   析する装置のためのデータ圧；縮システムにおいて、第
   １アナログ電気信号ｉ第２アナログ電気信号との比に横
   断的に関連したアナログ電気信号を発生させるための対
   数比率制御ネットワークを備え、前記対数比率制御ネッ
   トワークが１！！！ｃ１および第２チヨツパドリフト補
   償演算増幅器を備え、前記第１および第２チヨツパドリ
   フト補償演算増幅器の各々が所定のチョッピング時間間
   隔ｔ。ｈｏｐを有し、さらに、アナログ比信号をディジ
   タル表示に変換するためのデュアルスロープアナログ・
   ディジタル変換器を備え、前記アナログ・ディジタル−
   変換器のための信号積分時間間隔’ｉｎｔがチョッピン
   グ時間間隔ｔ。ｈｏｐのＮ（整数）倍であることを特徴
   どするデータ圧縮システム。