JPWO2014091888A1 - ドリフト算出装置及びこれを備えた光検出装置 - Google Patents
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Abstract
より小さい容量のバッファを用いて精度よくドリフトを算出することができるドリフト算出装置及びこれを備えた光検出装置を提供する。所定周期で測定強度が入力される度に、そのときの測定強度及び測定時間の少なくとも一方に基づいて複数の総和用バッファ321〜324のデータを更新する。各総和用バッファ321〜324は、最小二乗法を用いてドリフトを算出するための計算式に含まれる係数を構成する複数の総和関数に割り当てられている。更新された複数の総和用バッファ321〜324のデータを上記計算式に代入することによりドリフトを算出する。これにより、所定周期で入力される測定強度を全て記憶しておく必要がないため、より小さい容量のバッファを用いて精度よくドリフトを算出することができる。
Description
本発明は、所定周期で入力される測定強度に基づいてドリフトを算出するドリフト算出装置及びこれを備えた光検出装置に関するものである。
例えばクロマトグラフのような分析装置の中には、複数の受光素子を含む光検出部が備えられ、これらの受光素子における測定光の受光量に基づいて、測定強度が所定周期で制御装置に入力されるようになっているものがある。制御装置は、例えばコンピュータにより構成されており、所定周期で入力される測定強度と測定時間との関係を測定データとして取得し、当該測定データに対する処理を行うことができるようになっている。
この種の分析装置においては、分析開始後、検出感度が安定するまでに時間がかかることなどに起因して、測定強度に経時的な変化が生じる場合がある。そこで、分析装置の中には、上記測定データに対する処理の一例として、バックグラウンド測定により得られた測定データから測定強度の経時的な変化率(ドリフト)を算出し、算出したドリフトに基づいて測定データを補正するための処理を行うような構成となっているものがある(例えば、下記特許文献1参照)。
図3は、従来のドリフトを算出する際の態様について説明するための図である。この図3では、測定強度の一例である吸光度と測定時間との関係が、測定データとして一部分だけ示されている。
図3(a)の例では、最小二乗法を用いて測定データに近似する直線L1を求めることにより、当該直線L1の傾きをドリフトD1として算出するようになっている。一方、図3(b)の例では、測定データから任意の2点P1、P2を選び、これらの2点P1、P2を結ぶ直線L2を求めることにより、当該直線L2の傾きをドリフトD2として算出するようになっている。
図3(a)に例示されるような態様でドリフトD1を算出する場合には、一定期間内に所定周期で入力される測定強度の全てを用いて、ドリフトD1を算出することとなる。ドリフトD1を精度よく算出するためには、上記一定時間を比較的長い時間に設定する必要があり、通常、60〜90分程度に設定される。
例えば、100Hzの周波数で60分間に得られる測定強度を用いてドリフトD1を算出する場合には、各波長につき360000回分(100×60×60=360000)の測定強度が用いられることとなる。したがって、1回分の測定強度のデータサイズが8bytesの場合には、各波長につき2.88Mbytesのバッファ容量が必要となる。仮に、受光素子の数が1024個である場合には、受光素子ごとに対応する波長の測定強度が用いられるため、全体で2949.12Mbytes(2.88×1024)という大きなバッファ容量が必要となる。
そのため、バッファ容量が限られた装置においては、十分なバッファ容量を確保できないという問題がある。特に、光検出部から制御装置に測定データを入力し、当該制御装置においてドリフトD1を算出するような構成ではなく、例えば光検出部側(分析装置側)においてドリフトD1を算出するような構成とする場合には、大容量のバッファを光検出部側に設けることは困難であるため、上記のような問題が顕著になる。
また、図3(a)に例示されるような態様でドリフトD1を算出する場合には、各波長につき全ての測定強度(上記の例では360000回分)が得られるまで、最小二乗法を用いて測定データに近似する直線L1を求めることができない。そのため、バックグラウンド測定終了後に処理負荷が集中し、処理待ち時間が発生するなどの問題が生じるおそれがある。
これに対して、図3(b)に例示されるような態様でドリフトD2を算出する場合には、上記のような問題が生じない。すなわち、各波長につき2回分の測定強度を用いてドリフトD2を算出することができるため、1回分の測定強度のデータサイズが8bytesの場合には、各波長につき16bytesのバッファ容量を確保するだけでよい。仮に、受光素子の数が1024個である場合には、受光素子ごとに対応する波長の測定強度が2回分ずつ必要となるが、全体でも16384bytesという比較的小さなバッファ容量で十分である。
しかしながら、図3(b)に例示されるような態様では、各波長につき2回分の測定強度のみを用いるため、算出されたドリフトD2が精度の高い値とは言い難いという問題がある。特に、2回分の測定強度として測定データから2点P1、P2を選ぶ際の態様によっては、算出されるドリフトD2に大きな誤差が生じ、ドリフトD2を精度よく算出することができないおそれがある。
本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、より小さい容量のバッファを用いて精度よくドリフトを算出することができるドリフト算出装置及びこれを備えた光検出装置を提供することを目的とする。また、本発明は、ドリフトを算出する際に処理負荷が集中するのを防止できるドリフト算出装置及びこれを備えた光検出装置を提供することを目的とする。
本発明に係るドリフト算出装置は、所定周期で入力される測定強度に基づいてドリフトを算出するドリフト算出装置であって、最小二乗法を用いてドリフトを算出するための計算式に含まれる係数について、当該係数を構成する測定強度及び測定時間の少なくとも一方を変数とする複数の総和関数にそれぞれ割り当てられた複数の総和用バッファと、所定周期で測定強度が入力される度に、そのときの測定強度及び測定時間の少なくとも一方に基づいて前記複数の総和用バッファのデータを更新するデータ更新部と、前記データ更新部により更新された前記複数の総和用バッファのデータを前記計算式に代入することにより、ドリフトを算出するドリフト算出部とを備えたことを特徴とする。
このような構成によれば、所定周期で測定強度が入力される度に、そのときの測定強度及び測定時間の少なくとも一方に基づいて複数の総和用バッファのデータが更新されるため、所定周期で入力される測定強度を全て記憶しておく必要がない。また、各総和用バッファが、最小二乗法を用いてドリフトを算出するための計算式に含まれる係数を構成する総和関数に割り当てられているため、更新された各総和用バッファのデータを上記計算式に代入することにより、ドリフトを精度よく算出することができる。したがって、より小さい容量のバッファを用いて精度よくドリフトを算出することができる。
また、所定周期で測定強度が入力される度に、そのときの測定強度及び測定時間の少なくとも一方に基づいて複数の総和用バッファのデータが更新され、全ての測定強度が入力された後は、更新された各総和用バッファのデータを上記計算式に代入するだけでよい。したがって、所定周期で入力される測定強度の全てが得られてからドリフトを算出するための処理を開始するような構成と比較して、処理を分散させることができるため、ドリフトを算出する際に処理負荷が集中するのを防止できる。
前記ドリフト算出装置は、前記複数の総和関数に共通で使用可能な変数に割り当てられた共用バッファをさらに備えていてもよい。この場合、前記データ更新部は、所定周期で測定強度が入力される度に、前記共用バッファのデータを更新するものであってもよい。また、前記ドリフト算出部は、前記データ更新部により更新された前記複数の総和用バッファ及び前記共用バッファのデータを前記計算式に代入することにより、ドリフトを算出するものであってもよい。
このような構成によれば、複数の総和関数に共通で使用可能な変数に割り当てられた共用バッファが用いられるため、さらに小さい容量のバッファを用いて精度よくドリフトを算出することができる。
本発明に係る光検出装置は、前記ドリフト算出装置と、測定光の受光量に基づく測定強度を所定周期で前記ドリフト算出装置に入力する光検出部とを備えたことを特徴とする。
このような構成によれば、より小さい容量のバッファを用いて精度よくドリフトを算出することができ、かつ、ドリフトを算出する際に処理負荷が集中するのを防止できる光検出装置を提供することができる。このように、光検出装置においてドリフトが算出されるような構成の場合には、算出されたドリフトに基づくデータを光検出装置の表示部などで確認することができる。
したがって、例えば光検出装置の近くで作業している場合などに、算出されたドリフトに基づくデータを別の装置(制御装置など)で確認する手間を省くことができるため、作業をより円滑に行うことができる。また、大容量のバッファを光検出装置に設けることが困難な場合であっても、上記のように、より小さい容量のバッファを用いて精度よくドリフトを算出することができるような構成とすることにより、ドリフトを算出するのに十分なバッファ容量を確保することができる。
本発明によれば、所定周期で入力される測定強度を全て記憶しておく必要がなく、各総和用バッファが、最小二乗法を用いてドリフトを算出するための計算式に含まれる係数を構成する総和関数に割り当てられているため、より小さい容量のバッファを用いて精度よくドリフトを算出することができる。
また、本発明によれば、所定周期で測定強度が入力される度に、そのときの測定強度及び測定時間の少なくとも一方に基づいて複数の総和用バッファのデータが更新され、全ての測定強度が入力された後は、更新された各総和用バッファのデータを計算式に代入するだけでよいため、処理を分散させることができ、ドリフトを算出する際に処理負荷が集中するのを防止できる。
図1は、本発明の一実施形態に係る光検出装置の構成例を示したブロック図である。この光検出装置は、例えばクロマトグラフのような分析装置に用いられるものであり、光検出部1、データ処理部2及び記憶部3などを備えている。ただし、本実施形態に係る光検出装置は、クロマトグラフ以外の分析装置にも適用可能である。
光検出部1には、例えば複数のフォトダイオードを受光素子として有するフォトダイオードアレイ11が備えられている。試料を分析する際には、試料からの測定光をフォトダイオードアレイ11で受光することにより、各受光素子における受光量に基づいて、波長ごとの測定強度を得ることができる。ただし、光検出部1はフォトダイオードアレイにより構成されるものに限らず、例えばUV検出器などの他の検出器により構成されていてもよい。
データ処理部2は、例えばCPU(Central Processing Unit)を含む構成である。当該CPUがプログラムを実行することにより、データ処理部2は、データ入力受付部21、データ更新部22、ドリフト算出部23及びドリフト補正部24などの各種機能部として機能するようになっている。ただし、データ処理部2は、例えばCPLD(Complex Programmable Logic Device)に例示されるような各種論理回路により構成することも可能である。
記憶部3は、例えばRAM(Random Access Memory)及びROM(Read-Only Memory)などにより構成することができる。記憶部3には、測定データ記憶部31、ドリフト算出用記憶部32及び計算式記憶部33などが割り当てられている。光検出部1における受光量に基づく測定強度は、所定周期でデータ処理部2に入力され、測定強度と測定時間との関係を表す測定データが測定データ記憶部31に記憶される。
分析装置においては、分析開始後、検出感度が安定するまでに時間がかかることなどに起因して、測定強度に経時的な変化が生じる場合がある。本実施形態に係る光検出装置では、測定強度の経時的な変化率(ドリフト)を算出し、算出したドリフトに基づいて測定データを補正することができるようになっている。
ドリフトは、例えば試料がない状態で測定(いわゆるバックグラウンド測定)を行うことにより、そのとき所定周期で入力される測定強度に基づいて算出することができる。そして、算出されたドリフトを用いて、実際に試料を分析する際に得られる測定データを補正することにより、ドリフトの影響が除去又は緩和された測定データを得ることができる。
ドリフト算出用記憶部32には、ドリフトを算出する際に使用される複数のバッファが割り当てられている。また、計算式記憶部33には、ドリフトを算出する際に使用される計算式が記憶されている。本実施形態において、データ処理部2、ドリフト算出用記憶部32及び計算式記憶部33は、所定周期で入力される測定強度に基づいてドリフトを算出するドリフト算出装置を構成している。当該ドリフト算出装置では、最小二乗法を用いてドリフトを算出することができるようになっている。
具体的には、測定強度と測定時間との関係を表す測定データについて、最小二乗法を用いて測定データに近似する直線を求める場合、測定強度をyi、測定時間をxiとして、直線の傾きa及び切片bを下記式(1)により表すことができる。
ここで、ドリフトは、単位時間当たりの測定強度の変化量であるから、切片bの値とは関係なく、傾きaの値から算出することができる。そこで、本実施形態では、最小二乗法を用いてドリフトを算出するための計算式に含まれる係数である傾きaについて、当該傾きaを構成する下記4つの総和関数(2−1)〜(2−4)に、それぞれ総和用バッファが割り当てられている。
すなわち、ドリフト算出用記憶部32には、傾きaを構成する測定強度yi及び測定時間xiの少なくとも一方を変数とする4つの総和関数(2−1)〜(2−4)にそれぞれ割り当てられた4つの総和用バッファ321〜324が含まれている。第1総和用バッファ321は上記総和関数(2−1)に、第2総和用バッファ322は上記総和関数(2−2)に、第3総和用バッファ323は上記総和関数(2−3)に、第4総和用バッファ324は上記総和関数(2−4)に、それぞれ対応している。
これらの総和用バッファ321〜324は、測定する波長ごとに設けられている。また、ドリフト算出用記憶部32には、上記4つの総和関数(2−1)〜(2−4)に共通で使用可能な変数nに割り当てられた共用バッファ325が含まれている。この共用バッファ325のデータは、所定周期で測定強度yiが入力される度にインクリメント(+1)されることとなる。したがって、例えば100Hzの周波数で60分間に得られる測定強度を用いてドリフトを算出する場合には、変数nの最終値が360000となる。
データ入力受付部21は、光検出部1のフォトダイオードアレイ11から、測定強度yiのデータの入力を受け付ける。このデータ入力受付部21には、所定周期で測定強度yiが入力されるようになっており、所定周期で入力される測定強度yiと測定時間xiとの関係が、測定データとして測定データ記憶部31に記憶される。また、データ入力受付部21に所定周期で測定強度yiが入力される度に、そのときの測定強度yi及び測定時間xiがデータ更新部22に入力されるようになっている。
データ更新部22は、所定周期で測定強度yiが入力される度に、そのときの測定強度yi及び測定時間xiの少なくとも一方に基づいて総和用バッファ321〜324を更新するとともに、共用バッファ325のデータを更新(インクリメント)する。具体的には、第1総和用バッファ321は測定強度yi及び測定時間xiの両方、第2及び第3総和用バッファ322、323は測定時間xi、第4総和用バッファ324は測定強度yiに基づいて更新される。
このとき、各総和用バッファ321〜324は、測定強度yi及び測定時間xiの少なくとも一方に基づく値が順次加算されることにより更新される。すなわち、第1総和用バッファ321はxiyiの値、第2総和用バッファ322はxi 2の値、第3総和用バッファ323はxiの値、第4総和用バッファ324はyiの値が、それぞれ所定周期ごとに加算されることにより更新されるようになっている。
ドリフト算出部23は、データ更新部22により更新された各総和用バッファ321〜324及び共用バッファ325のデータを計算式記憶部33に記憶されている計算式に代入することにより、ドリフトを算出する。計算式記憶部33に記憶されている計算式には、係数として上記傾きaが含まれており、当該傾きaを構成する上記4つの総和関数(2−1)〜(2−4)に各総和用バッファ321〜324のデータ(最終値)が代入されるとともに、変数nとして共用バッファ325のデータ(最終値)が代入される。
このようにして算出されたドリフトは、ドリフト補正部24により行われるドリフト補正の際に用いられる。ドリフト補正部24は、実際に試料を分析することにより測定データ記憶部31に記憶された測定データに対して、ドリフト算出部23で算出されたドリフトに基づく補正処理を行う。
図2は、データ処理部2による処理の一例を示したフローチャートである。ドリフトを算出するための処理を行う際には、まず、バックグラウンド測定が開始される(ステップS101)。
バックグラウンド測定中は、光検出部1から所定周期で測定強度yiが入力される度に(ステップS102でYes)、各総和用バッファ321〜324のデータを更新するための処理(ステップS103)、及び、共用バッファ325のデータを更新するための処理(ステップS104)が行われる。ステップS103の処理は、波長ごとに設けられた総和用バッファ321〜324を用いて、全ての波長について行われる。
そして、バックグラウンド測定が終了した後(ステップS105でYes)、各総和用バッファ321〜324及び共用バッファ325のデータが計算式に代入されることによりドリフトが算出される(ステップS106)。その後、実際に試料を分析することにより得られた測定データに対して、算出されたドリフトに基づく補正処理が行われる(ステップS107)。ただし、ドリフト補正については、ドリフトを算出するための処理と一連で行われるような構成に限らず、算出されたドリフトを用いて任意のタイミングで行われるような構成であってもよい。
本実施形態では、所定周期で測定強度yiが入力される度に、そのときの測定強度yi及び測定時間xiの少なくとも一方に基づいて複数の総和用バッファ321〜324のデータが更新されるため、所定周期で入力される測定強度yiを全て記憶しておく必要がない。また、各総和用バッファ321〜324が、最小二乗法を用いてドリフトを算出するための計算式に含まれる係数(傾きa)を構成する総和関数(2−1)〜(2−4)に割り当てられているため、更新された各総和用バッファ321〜324のデータを上記計算式に代入することにより、ドリフトを精度よく算出することができる。したがって、より小さい容量のバッファを用いて精度よくドリフトを算出することができる。
特に、本実施形態では、複数の総和関数(2−1)〜(2−4)に共通で使用可能な変数nに割り当てられた共用バッファ325が用いられるため、さらに小さい容量のバッファを用いて精度よくドリフトを算出することができる。
例えば、本実施形態のように4つの総和用バッファ321〜324と1つの共用バッファ325を用いて、1024個の受光素子で測定を行う場合、各総和用バッファ321〜324の容量が8bytes、共用バッファ325の容量が4bytesであれば、必要となるバッファ容量は、32772bytes(1024×4×8+1×4)となる。この値は、図3(a)に例示されるような態様でドリフトD1を算出する場合に必要なバッファ容量(2949.12Mbytes)と比べて極めて小さい容量である。
また、本実施形態では、所定周期で測定強度yiが入力される度に、そのときの測定強度yi及び測定時間xiの少なくとも一方に基づいて複数の総和用バッファ321〜324のデータが更新され、全ての測定強度yiが入力された後は、更新された各総和用バッファ321〜324のデータを上記計算式に代入するだけでよい。したがって、所定周期で入力される測定強度yiの全てが得られてからドリフトを算出するための処理を開始するような構成と比較して、処理を分散させることができるため、ドリフトを算出する際に処理負荷が集中するのを防止できる。
本実施形態のように、ドリフト算出装置が光検出装置と一体的に構成されている場合には、例えば算出されたドリフトに基づくデータを光検出装置の表示部(図示せず)などで確認することができる。
したがって、例えば光検出装置の近くで作業している場合などに、算出されたドリフトに基づくデータを別の装置(制御装置など)で確認する手間を省くことができるため、作業をより円滑に行うことができる。また、大容量のバッファを光検出装置に設けることが困難な場合であっても、上記のように、より小さい容量のバッファを用いて精度よくドリフトを算出することができるような構成とすることにより、ドリフトを算出するのに十分なバッファ容量を確保することができる。
ただし、本発明に係るドリフト算出装置は、光検出装置と一体的な構成に限らず、ドリフト算出装置のみを個別に提供することも可能である。この場合、光検出装置をドリフト算出装置に接続することにより、光検出装置の光検出部1からドリフト測定装置に対して、所定周期で測定強度を入力させることができる。
また、ドリフトを算出するための計算式は、係数として上記のような傾きaを含むものに限られるものではない。すなわち、複数の総和用バッファは、上記のような4つの総和関数(2−1)〜(2−4)にそれぞれ割り当てられた総和用バッファ321〜324に限らず、他の総和関数に割り当てられたものであってもよい。したがって、総和用バッファの数も4つに限られるものではない。また、共用バッファ325を省略して、例えばカウンタなどの計数部からの出力値を上記計算式に代入することも可能である。
1 光検出部
2 データ処理部
3 記憶部
11 フォトダイオードアレイ
21 データ入力受付部
22 データ更新部
23 ドリフト算出部
24 ドリフト補正部
31 測定データ記憶部
32 ドリフト算出用記憶部
33 計算式記憶部
321 第1総和用バッファ
322 第2総和用バッファ
323 第3総和用バッファ
324 第4総和用バッファ
325 共用バッファ
2 データ処理部
3 記憶部
11 フォトダイオードアレイ
21 データ入力受付部
22 データ更新部
23 ドリフト算出部
24 ドリフト補正部
31 測定データ記憶部
32 ドリフト算出用記憶部
33 計算式記憶部
321 第1総和用バッファ
322 第2総和用バッファ
323 第3総和用バッファ
324 第4総和用バッファ
325 共用バッファ
Claims (3)
- 所定周期で入力される測定強度に基づいてドリフトを算出するドリフト算出装置であって、
最小二乗法を用いてドリフトを算出するための計算式に含まれる係数について、当該係数を構成する測定強度及び測定時間の少なくとも一方を変数とする複数の総和関数にそれぞれ割り当てられた複数の総和用バッファと、
所定周期で測定強度が入力される度に、そのときの測定強度及び測定時間の少なくとも一方に基づいて前記複数の総和用バッファのデータを更新するデータ更新部と、
前記データ更新部により更新された前記複数の総和用バッファのデータを前記計算式に代入することにより、ドリフトを算出するドリフト算出部とを備えたことを特徴とするドリフト算出装置。 - 前記複数の総和関数に共通で使用可能な変数に割り当てられた共用バッファをさらに備え、
前記データ更新部は、所定周期で測定強度が入力される度に、前記共用バッファのデータを更新し、
前記ドリフト算出部は、前記データ更新部により更新された前記複数の総和用バッファ及び前記共用バッファのデータを前記計算式に代入することにより、ドリフトを算出することを特徴とする請求項1に記載のドリフト算出装置。 - 請求項1又は2に記載のドリフト算出装置と、
測定光の受光量に基づく測定強度を所定周期で前記ドリフト算出装置に入力する光検出部とを備えたことを特徴とする光検出装置。
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