WO2021100349A1 - 自動分析装置 - Google Patents

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WO2021100349A1
WO2021100349A1 PCT/JP2020/038063 JP2020038063W WO2021100349A1 WO 2021100349 A1 WO2021100349 A1 WO 2021100349A1 JP 2020038063 W JP2020038063 W JP 2020038063W WO 2021100349 A1 WO2021100349 A1 WO 2021100349A1
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light
led
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optical element
automatic analyzer
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PCT/JP2020/038063
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貴洋 安藤
足立　作一郎
康宏 氣田
裕哉 松岡
弘充 森
今村　伸
英一郎 高田
誠 荒井
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株式会社日立ハイテク
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Definitions

  • the present invention relates to an automatic analyzer that analyzes the amount of components contained in a sample.
  • an automatic analyzer for analyzing the amount of components such as proteins, sugars, lipids, enzymes, hormones, inorganic ions, and disease markers contained in biological samples such as blood and urine
  • the samples are placed in a container for containing liquid.
  • the reagent are dispensed, and the test items are generally analyzed based on changes in optical characteristics such as absorption, fluorescence, and light emission.
  • the absorbance analysis of the automatic analyzer the light from the light source is irradiated to the reaction solution in which the sample or the sample and the reagent are mixed, and the amount of transmitted light of one or more measurement wavelengths that has passed through the sample or the reaction solution is transmitted by the light receiving element.
  • a method is used in which the absorbance is calculated by measurement and the amount of the component is obtained from the relationship between the absorbance and the concentration.
  • the light source for the absorption analysis has a wide emission spectrum in order to correspond to a large number of inspection items, and can stably obtain a certain amount of light or more at the measurement wavelength in order to measure the absorbance with high accuracy. Therefore, conventionally, xenon lamps, halogen lamps and the like have been used. While these light sources can obtain a certain amount of light or more, the time until the amount of light stabilizes is relatively long, about 30 minutes. Further, since the amount of light is large, the energy consumption is large and the life is limited. For example, in the case of a halogen lamp, it is necessary to replace it in about 1,000 hours, and the maintenance frequency as an automatic analyzer increases.
  • Patent Document 1 describes a configuration in which halogen lamp light and ultraviolet LED light are combined by a filter. Since the decrease in the amount of light of the halogen lamp is particularly remarkable in the ultraviolet light, the LED of the ultraviolet light is used in the same document. The document further attempts to maintain highly accurate analysis performance by monitoring light intensity deterioration by using light that partially reflects the filter when combining halogen lamp light and ultraviolet LED light. ..
  • Patent Document 2 uses a temperature control block in which the LED photometric unit and the reaction cell (member for storing the sample or reaction solution) are in contact with each other.
  • the device is made compact by using an LED, and the light emitting element of the LED is fixed to a member having a large heat capacity to preheat and temperature control. As a result, by keeping the LED element at a temperature within a certain range without being affected by the outside air temperature and self-heating, it is possible to obtain a certain level or more of light intensity stability.
  • the wavelength of light differs from the reagent used in the automatic analyzer depending on the component to be measured, and the wavelength range is as wide as 340 nm to 800 nm. Therefore, it is difficult to cover the entire wavelength band with one LED light, and a plurality of LEDs are used.
  • a two-wavelength measurement method is known as a method for absorption analysis of an automatic analyzer. This method accurately quantifies the concentration of the measurement target by measuring light of two wavelengths at the same time. In this measurement method, it is premised that the optical axis and the light amount distribution of the light of each wavelength match with respect to the reaction solution, and if they do not match, the original accurate quantification of the two-wavelength measurement method is performed. I can't get the effect.
  • Patent Document 3 proposes a device for preventing the influence of the light source image due to the light amount distribution by providing a slit between the light source and the reaction cell.
  • the present invention has been made in view of the above problems, and by combining a plurality of LED lights, a stable amount of light can be obtained over a wide wavelength band, and the temperature characteristics of each LED element can be matched.
  • An object of the present invention is to provide an automatic analyzer.
  • the automatic analyzer according to the present invention is configured so that the light emitted from the second LED is reflected so that the light emitted from the first LED is combined on the same optical axis as the light emitted from the first LED, and the first LED and the second LED are combined. Is in contact with the same temperature adjusting member.
  • a stable amount of light can be obtained over a wide wavelength band by combining the first LED and the second LED on the same optical axis. Further, by bringing the first LED and the second LED into contact with the same temperature control member, the temperature characteristics of each LED can be matched with a simple configuration. Issues, configurations, and effects other than those described above will be clarified by the following description of the embodiments.
  • FIG. It is a schematic diagram which shows the whole structure of the automatic analyzer 10 which concerns on Embodiment 1.
  • FIG. It is a figure which shows the structural example of the absorbance measuring part 113.
  • An example of the result of fluctuation in the amount of light when two types of LEDs are mounted on the same aluminum substrate and the temperature is controlled is shown.
  • This is a configuration example of the light source unit 301 included in the automatic analyzer 10 according to the second embodiment.
  • This is another configuration example of the light source unit 301 in the second embodiment.
  • FIG. 1 is a schematic view showing the overall configuration of the automatic analyzer 10 according to the first embodiment of the present invention.
  • the automatic analyzer 10 is an apparatus for measuring by irradiating a sample with light.
  • the automatic analyzer 10 includes a sample disk 103, a reagent disk 106, a reaction disk 109, a dispensing mechanism, a control circuit 201, a light amount measuring circuit 202, a data processing unit 203, an input unit 204, and an output unit 205.
  • the dispensing mechanism moves samples and reagents between discs.
  • the control circuit 201 controls each disk and the dispensing mechanism, and the light intensity measuring circuit 202 measures the absorbance of the reaction solution.
  • the data processing unit 203 processes the data measured by the light intensity measuring circuit 202.
  • the input unit 204 and the output unit 205 are interfaces with the data processing unit 203.
  • the dispensing mechanism includes a sample dispensing mechanism 110 and a reagent dispensing mechanism 111.
  • the data processing unit 203 includes an information recording unit 2031 and an analysis unit 2032.
  • the information recording unit 2031 stores control data, measurement data, data used for data analysis, analysis result data, and the like.
  • the data processing unit 203 may be realized by using a computer.
  • the computer includes at least a processor such as a CPU (Central Processing Unit) and an information recording unit 2031.
  • the processing of the analysis unit 2032 may be realized by storing the program code corresponding to the data processing in the information recording unit 2031 and executing each program code by the processor.
  • the input unit 204 and the output unit 205 input / output data between the information recording unit 2031.
  • the input unit 204 can be configured by an information input device such as a keyboard, a touch panel, and a numeric keypad.
  • the output unit 205 is a device for the user of the automatic analysis device 10 to confirm the analysis result, for example, a display or the like.
  • a plurality of sample cups 102 which are storage containers for the sample 101, are arranged on the circumference of the sample disk 103.
  • Sample 101 is, for example, blood.
  • a plurality of reagent bottles 105 which are containers for accommodating reagents 104, are arranged on the circumference of the reagent disc 106.
  • a plurality of reaction cells 108 (reaction vessels), which are containers for accommodating the reaction solution 107 in which the sample 101 and the reagent 104 are mixed, are arranged on the circumference of the reaction disk 109.
  • the sample dispensing mechanism 110 is a mechanism used when a certain amount of the sample 101 is moved from the sample cup 102 to the reaction cell 108.
  • the sample dispensing mechanism 110 is composed of, for example, a nozzle for discharging or sucking a solution, a robot for positioning and transporting the nozzle at a predetermined position, a pump for discharging or sucking the solution from the nozzle to the nozzle, and a flow path connecting the nozzle and the pump. Nozzle.
  • the reagent dispensing mechanism 111 is a mechanism used when a constant amount of the reagent 104 is moved from the reagent bottle 105 to the reaction cell 108.
  • the reagent dispensing mechanism 111 is also composed of, for example, a nozzle for discharging or sucking a solution, a robot for positioning and transporting the nozzle at a predetermined position, a pump for discharging or sucking the solution from the nozzle to the nozzle, and a flow path connecting the nozzle and the pump. Nozzle.
  • the stirring unit 112 is a mechanism unit that stirs and mixes the sample 101 and the reagent 104 in the reaction cell 108.
  • the cleaning unit 114 is a mechanism unit that discharges the reaction solution 107 from the reaction cell 108 after the analysis process is completed, and then cleans the reaction cell 108. After the washing is completed, the next sample 101 is dispensed from the sample dispensing mechanism 110 again, and the new reagent 104 is dispensed from the reagent dispensing mechanism 111, which is used for another reaction treatment. ..
  • the reaction cell 108 is immersed in a constant temperature fluid 115 in a constant temperature bath in which the temperature and the flow rate are controlled.
  • a constant temperature fluid 115 for example, water or air is used.
  • An absorbance measuring unit (absorbance photometer) 113 for performing absorption analysis on the sample 101 is arranged on a part of the circumference of the reaction disk 109.
  • FIG. 2 is a diagram showing a configuration example of the absorbance measuring unit 113.
  • the irradiation light generated from the light source unit 301 is emitted along the optical axis 401, condensed by the condenser lens 403, and irradiated to the reaction cell 108.
  • the light source side slit 402 may be arranged in order to make the light amount distribution in the irradiation surface of the light uniform, and the width of the light emitted from the light source unit 301 may be limited.
  • the light transmitted through the reaction solution 107 in the reaction cell 108 is separated by the diffraction grating 3021 in the spectroscope 302 and received by the detector array 3022 including a large number of receivers.
  • the spectroscope side slit 404 may be arranged to prevent such stray light from entering the spectroscope 302.
  • Examples of the measurement wavelengths received by the detector array 3022 include 340 nm, 376 nm, 405 nm, 415 nm, 450 nm, 480 nm, 505 nm, 546 nm, 570 nm, 600 nm, 660 nm, 700 nm, 750 nm, and 800 nm.
  • the received signal received by these receivers is transmitted to the information recording unit 2031 of the data processing unit 203 through the light quantity measuring circuit 202.
  • the amount of components such as proteins, sugars, and lipids contained in sample 101 is calculated by the following procedure.
  • the control circuit 201 instructs the cleaning unit 114 to clean the reaction cell 108.
  • the control circuit 201 dispenses a fixed amount of the sample 101 in the sample cup 102 into the reaction cell 108 by the sample dispensing mechanism 110.
  • the control circuit 201 dispenses the reagent 104 in the reagent bottle 105 into the reaction cell 108 in a fixed amount by the reagent dispensing mechanism 111.
  • the control circuit 201 rotationally drives the sample disk 103, the reagent disk 106, and the reaction disk 109 by the drive unit corresponding to each.
  • the sample cup 102, the reagent bottle 105, and the reaction cell 108 are positioned at predetermined dispensing positions according to the drive timing of the dispensing mechanism corresponding to each.
  • control circuit 201 controls the stirring unit 112 to stir the sample 101 and the reagent 104 dispensed into the reaction cell 108 to generate the reaction solution 107.
  • the reaction cell 108 containing the reaction solution 107 passes through the measurement position where the absorbance measuring unit 113 is arranged. Each time it passes through the measurement position, the amount of transmitted light from the reaction solution 107 is measured via the absorbance measuring unit 113.
  • the measurement data is sequentially output to the information recording unit 2031 and accumulated as reaction process data.
  • reaction process data if necessary, another reagent 104 is additionally dispensed into the reaction cell 108 by the reagent dispensing mechanism 111, stirred by the stirring unit 112, and further measured for a certain period of time.
  • the reaction process data acquired at regular time intervals is stored in the information recording unit 2031.
  • FIG. 3 is a diagram showing a configuration example of the light source unit 301.
  • the first LED 501 and the second LED 502 are mounted on the LED mounting substrate 503.
  • the LED mounting substrate 503 has a role of supplying electric power to the first LED 501 and the second LED 502 to balance the temperatures of the LED element and the temperature adjusting unit 504.
  • the LED mounting substrate 503 is preferably composed of a metal-based substrate such as aluminum or copper. Since the first LED 501 and the second LED 502 are mounted on one LED mounting substrate 503 having high thermal conductivity, a common temperature fluctuation characteristic can be obtained by controlling the temperature of the temperature adjusting unit 504.
  • the temperature set in the temperature adjusting unit 504 is, for example, 37 ° C.
  • Each LED element is kept at a constant temperature by controlling the temperature adjusting unit 504 according to the temperature acquired by the temperature sensor 505 installed inside the temperature adjusting unit 504 or in the vicinity of the LED mounting substrate 503.
  • the temperature sensor 505 can be configured by, for example, a thermistor, a thermocouple, a resistance temperature detector, or the like.
  • the temperature adjusting unit 504 for example, a metal block in which a constant temperature fluid is passed or a Peltier element can be used.
  • the LED side of the temperature adjusting unit 504 (the back surface of the LED mounting substrate 503) can be controlled to, for example, about 37 ⁇ 0.01 ° C. via the control circuit 201 by the feedback control of the temperature sensor 505.
  • the element temperature of the first LED 501 and the element temperature of the second LED 502 become equal in a certain range, and when the automatic analyzer 10 carries out the two-wavelength measurement method, highly accurate quantitative analysis becomes possible.
  • LED light in a wavelength band in which the amount of light is not sufficient is used as the first LED 501, and the light is directly incident on the spectroscope 302 to secure the amount of light and the wavelength in which the amount of light is sufficient.
  • the band LED light is used as the second LED 502 and is incident on the spectroscope 302 through two-step reflection.
  • a dichroic filter 506 that is incident at an incident angle of 45 ° is arranged on the optical path of the first LED 501, and a reflector 507 that is incident at an incident angle of 45 °, such as a mirror, is further arranged on the optical path of the second LED 502.
  • the light emitted from the second LED 502 is reflected in two stages by the reflector 507 and the dichroic filter 506, and then combined with the light emitted by the first LED 501 and incident on the spectroscope 302 along the path of the optical axis 401.
  • the optical axis of only the first LED 501 is designed to be aligned with the optical axis 401 incident on the spectroscope 302, and the light emitted from the second LED 502 is incident with the luminous flux range expanded by the diffuser plate. Details will be described in the second embodiment.
  • FIG. 4 shows an example of the result of light intensity fluctuation when two types of LEDs are mounted on the same aluminum substrate and the temperature is controlled.
  • the measurement time is about 20 minutes.
  • a white LED light source (driven at a current of 600 mA) that emits light from a wavelength of about 370 nm to 800 nm is used as the first LED 501, and an ultraviolet LED light source (driven at a current of 120 mA) that emits light at a wavelength of 340 nm is used as the second LED 502.
  • the temperature adjusting unit 504 has a cooling surface of 20 mm ⁇ 20 mm (a surface cooled by a Peltier element), and the cooling surface is controlled to 37 ⁇ 0.01 ° C.
  • the amount of light of the LED fluctuates depending on the element and the environmental temperature (the part where the amount of light fluctuates becomes large in the center of the graph in the upper part of FIG. 4).
  • the LED mounting substrate 503 made of aluminum having high thermal conductivity By mounting the LED on the LED mounting substrate 503 made of aluminum having high thermal conductivity, a positive correlation was observed between the time-dependent characteristics of the light amount fluctuation at a wavelength of 340 nm and the time-dependent characteristics of the light amount fluctuation at a wavelength of 480 nm.
  • the effect of canceling the difference in the amount of light fluctuation between the two wavelengths due to disturbances such as bubbles (the difference between the two wavelengths is within 0.001 Abs of absorbance) was confirmed.
  • FIG. 5 is a diagram showing an example of the wavelength dependence of the light transmittance of the dichroic filter.
  • a white LED light source that emits light having a wavelength of about 370 nm to 800 nm is used as the first LED 501 and an ultraviolet light LED light source that emits light having a wavelength of 340 nm is used as the second LED 502, the dichroic filter 506 is shown in FIG.
  • LED light in a wavelength band in which the amount of light is insufficient (first LED501) is directly incident on the analysis unit to secure the amount of light, and LED light in a wavelength band in which the amount of light is sufficient. Since (second LED 502) can tolerate a certain amount of light attenuation, it is combined with the emitted light of the first LED 501 by two-step reflection. As a result, a wide wavelength range can be secured and the amount of light can be secured, so that high analysis performance can be maintained over a wide wavelength range.
  • the first LED 501 and the second LED 502 are mounted on one LED mounting board 503, and the temperature of the LED mounting board 503 is controlled by the temperature adjusting unit 504.
  • the temperature of the first LED 501 and the temperature of the second LED 502 can be controlled to be substantially the same, and the difference in the amount of light between the LEDs can be suppressed. Therefore, in the limited internal space of the automatic analyzer 10, a stable amount of light can be obtained while suppressing the space of the temperature adjusting unit 504.
  • FIG. 6A is a configuration example of the light source unit 301 included in the automatic analyzer 10 according to the second embodiment of the present invention.
  • the light amount distribution of the emitted light of the second LED 502 is made uniform on the light receiving surface of the receiver of the spectroscope 302.
  • Other configurations are the same as those in the first embodiment.
  • the optical axis of only the first LED 501 is aligned with the optical axis 401 incident on the spectroscope 302. Design is required. However, in this case, it is difficult to align the emitted optical axis of the second LED 502 with the optical axis 401 incident on the spectroscope 302. Then, it becomes difficult to match the optical axis and the light amount distribution with respect to the reaction solution between the LEDs, and the measurement accuracy of the two-wavelength measurement method may decrease. Therefore, in the second embodiment, the diffuser plate 508 for expanding the effective light emitting region of the second LED 502 is arranged before the light is incident on the reflector plate 507.
  • FIG. 6B is a schematic diagram illustrating the effect of using the diffusion plate 508. It is assumed that the light emitted from the first LED 501 is diffused in the range 501A on the light receiving surface 302A of the spectroscope 302. When the diffuser plate 508 is not used, the light emitted from the second LED 502 shall be diffused in the range 502A. If the optical axes between the LEDs are deviated, a portion where both emitted lights overlap and a portion where they do not overlap occur on the light receiving surface 302A (Fig. 6B left), and the in-plane distribution of the amount of light becomes uneven on the light receiving surface 302A. ..
  • the diffuser plate 508 When the diffuser plate 508 is used, the light emitted from the second LED 502 diffuses into the range 502B and includes the range 501A. As a result, both emitted lights overlap on the light receiving surface 302A, and the in-plane distribution of the amount of light can be made uniform on the light receiving surface 302A. That is, it is desirable that the diffuser plate 508 is configured such that the range 502B covers the range 501A on the light receiving surface 302A.
  • FIG. 7 is another configuration example of the light source unit 301 in the second embodiment.
  • the reflector plate 507 instead of the diffuser plate 508, the reflector plate 507 itself is subjected to surface processing for light diffusion, thereby expanding the luminous flux range by taking advantage of the second LED 502 having a sufficient amount of light, and the light receiving surface 302A.
  • the light intensity distribution can be made uniform above.
  • the distance from the spectroscope 302 to the emitting position of the first LED 501 and the distance from the spectroscope 302 to the emitting position of the second LED 502 that is, the focal length).
  • the light amount distribution becomes closer, which is preferable.
  • FIG. 8A is a diagram showing a spectrum example when the transmittance of the dichroic filter is controlled.
  • a halogen lamp has been used as a light source for absorption analysis of an automatic analyzer. If the same spectrum as a halogen lamp can be reproduced, it is expected that the results of analysis performance will be close. Therefore, it is desirable that the spectrum of the combined wave light of the first LED 501 and the second LED 502 be as close as possible to the spectrum of the halogen lamp light.
  • the transmittance at an arbitrary wavelength can be adjusted by adjusting the transmittance of the dichroic filter 506.
  • the transmittance adjustment can be realized by controlling the film thickness of the dichroic filter 506, for example.
  • the combined light of the first LED 501 and the second LED 502 has a spectrum as shown by the solid line in FIG. 8A, for example.
  • the spectrum of the combined wave light can be adjusted as shown by the dotted line in FIG. 8A.
  • the spectral shape of the combined wave light approaches the spectral shape of the halogen lamp (FIG. 8A alternate long and short dash line).
  • the transmitted combined wave light has a wavelength band in which the amount of light is insufficient. Since the temperature adjusting unit 504 can expect an increase in the amount of LED light by lowering the temperature of the LED element, it is possible to increase the amount of combined wave light after transmission over the entire spectrum range and bring the spectrum closer to that of a halogen lamp.
  • a general ultraviolet LED has a light amount change of about 5% with a temperature change of 10 ° C. at all wavelengths.
  • FIG. 8B is a diagram for explaining a criterion for determining that the spectrum of the halogen lamp and the spectrum of the combined wave light after transmission are similar.
  • the upper part of FIG. 8B is the spectrum of the halogen lamp of FIG. 8A
  • the lower part of FIG. 8B is the spectrum of the transmitted combined wave light of FIG. 8A.
  • the light amount ratios between wavelengths match between the spectra. This will be specifically described with reference to the example of FIG. 8B.
  • FIG. 8B shows that the light amount ratio is constant in the entire wavelength range, it is sufficient that the light amount ratio between the wavelengths is the same between the spectra only at the wavelength used for the measurement.
  • the spectrum of the combined wave light after transmission has a first light quantity at the first wavelength, a second light quantity at the second wavelength, and a third light quantity at the third wavelength.
  • the spectrum of halogen lamp light has a fourth light quantity at the first wavelength, a fifth light quantity at the second wavelength, and a sixth light quantity at the third wavelength. It should be added that each wavelength and amount of light used in the drawings are examples only for explanation.
  • the ratio of the second light amount to the first light amount (first ratio) and the ratio of the fifth light amount to the fourth light amount (second ratio) are the same, or the difference between the first ratio and the second ratio. If is within the permissible range, both spectra can be considered to be close in the wavelength range from the first wavelength to the second wavelength.
  • the ratio of the third light amount to the second light amount (third ratio) and the ratio of the sixth light amount to the fifth light amount (fourth ratio) are the same, or the third ratio and the fourth ratio are the same. If the difference between them is within the permissible range, both spectra can be considered to be close in the wavelength range from the second wavelength to the third wavelength. It is desirable that this permissible range be the same as the permissible range in the difference between the first ratio and the second ratio. This is because it is desirable that the light amount ratio between wavelengths is the same between spectra regardless of the magnitude of the light amount.
  • FIG. 8B for convenience of explanation, an example of comparing the light intensity ratios between the spectra at three wavelengths is shown, but it can be said that the more wavelengths are compared, the closer the two spectra are. For example, if the light amount ratios are similarly compared between the spectra at 12 wavelengths and each of them is within the permissible range, both spectra can be regarded as being close to each other.
  • the automatic analyzer 10 diffuses the emitted light of the second LED 502 so that the range 502B covers the range 501A on the light receiving surface 302A.
  • the in-plane distribution of the amount of light of each LED can be made uniform on the light receiving surface 302A.
  • the light amount ratio between wavelengths on the spectrum of the combined wave light matches (or at the same wavelength) the light amount ratio between the same wavelengths on the spectrum of the halogen lamp.
  • the difference between the light intensity ratios is within the permissible range).
  • the amount of light of the light source unit 301 is always constant.
  • temperature control of the LED mounting substrate 503 and LED drive current control can be used. Therefore, in the third embodiment of the present invention, a control procedure for stabilizing the amount of light of the automatic analyzer 10 will be described.
  • the configuration of the automatic analyzer 10 is the same as that of the first and second embodiments.
  • an AlGaN crystal which is a compound semiconductor is used as an LED that generates ultraviolet light having a wavelength of 340 nm or less.
  • the luminous efficiency of the ultraviolet LED is one-fifth to one-tenth that of the luminous efficiency of the InGaN crystal used for the light emitting layer of a general white LED.
  • the low light emitting layer of the AlGaN crystal is characterized in that most of the input power becomes heat. The higher the operating temperature of the LED and the longer the operating time, the more defects are formed in the semiconductor crystal, and the amount of light decreases with time.
  • the life of the LED using the AlGaN crystal tends to be shorter than that of the LED using the InGaN crystal.
  • the specification value of the time L70 at which the amount of light drops to 70% is usually defined when the package bottom surface temperature is 25 ° C.
  • L70 is 10,000 hours or more, but it is known that L70 becomes shorter according to the Arrhenius model as the operating temperature rises. That is, by lowering the temperature and using the product, the amount of light can be increased and the life can be extended. The amount of light from the LED can also be increased by increasing the drive current.
  • FIG. 9 is a flowchart showing a procedure for stabilizing the amount of light of the automatic analyzer 10.
  • the apparatus is started up (S601) and the light source unit 301 is operated (S602), water is dispensed into an arbitrary reaction cell (S603).
  • the control circuit 201 controls the LED drive current and the substrate temperature according to the temperature data acquired from the temperature sensor 505 (S604).
  • the control circuit 201 measures the absorbance by the absorbance measuring unit 113 (S605), and acquires the light amount data of the light amount measuring circuit 202 from the information recording unit 2031 (S606).
  • the specified amount of light is obtained by returning to S604 and controlling the LED drive current and the temperature of the LED mounting substrate 503. If the specified amount of light is obtained, the absorption analysis is started (S607).
  • FIG. 10 is a flowchart showing another procedure for stabilizing the amount of light of the automatic analyzer 10. This flowchart can be used to shorten the rise time of the automatic analyzer 10.
  • the same step numbers were assigned to the same processes as in FIG.
  • the control circuit 201 determines the LED drive current and the substrate temperature at the initial stage of device startup according to the temperature data acquired by the temperature sensor 505 (S701).
  • the analysis unit 2032 acquires a change in temperature data over time from the temperature sensor 505 (S703).
  • the control circuit 201 measures the change with time of the absorbance by the absorbance measuring unit 113 (S704). If the specified amount of light is not obtained, the process returns to S702 to adjust the LED drive current and the substrate temperature (S606).
  • the PID parameter is determined based on the temperature data.
  • the environmental temperature is 25 ° C and the temperature target value is 37 ° C
  • the temperature target value is set higher than the original target value (for example, 42 ° C.).
  • the target temperature can be reached quickly. That is, by dynamically changing the target temperature according to the change over time of the temperature, the time until the amount of light stabilizes can be shortened.
  • the present invention is not limited to the above-described embodiment, and includes various modifications.
  • the above-described embodiment has been described in detail in order to explain the present invention in an easy-to-understand manner, and is not necessarily limited to those having all the described configurations.
  • it is possible to replace a part of the configuration of one embodiment with the configuration of another embodiment and it is also possible to add the configuration of another embodiment to the configuration of one embodiment.
  • FIG. 11 is a modified example of the light source unit 301.
  • the first LED 501 does not necessarily emit light in parallel with the combined light, and for example, as shown in FIG. 12, the emitted light of the first LED 501 may be reflected by a mirror or the like to change the optical path.
  • the emitted light of the second LED 502 in order to combine the emitted light of the second LED 502 with the emitted light of the first LED 501, the emitted light of the second LED 502 needs to be reflected more times than the emitted light of the first LED 501. This is because it is necessary that the number of reflections of the second LED 502, which has a large amount of light, is larger, considering that the amount of light decreases each time the light is reflected.

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Abstract

本発明は、複数のＬＥＤ光を合波することにより広い波長帯域にわたって安定した光量を得るとともに、各ＬＥＤ素子の温度特性を合わせることができる、自動分析装置を提供することを目的とする。本発明に係る自動分析装置は、第２ＬＥＤからの出射光が反射することにより、第１ＬＥＤからの出射光と同じ光軸上で合波するように構成されており、前記第１ＬＥＤと前記第２ＬＥＤは、同一の温度調整部材と接している（図３参照）。

Description

自動分析装置
　本発明は、試料に含まれる成分量を分析する自動分析装置に関する。
　血液や尿等の生体試料に含まれる、タンパク質、糖、脂質、酵素、ホルモン、無機イオン、疾患マーカー等の成分量を分析するための自動分析装置においては、液体収容用の容器に対して検体と試薬とを分注し、吸光・蛍光・発光等の光学特性の変化に基づいて検査項目を分析するのが一般的である。自動分析装置の吸光分析においては、光源からの光を試料または試料と試薬とが混合した反応溶液に照射し、試料または反応溶液を通過した単一または複数の測定波長の透過光量を受光素子によって測定して吸光度を算出し、吸光度と濃度の関係から成分量を求める方法が用いられる。
　吸光分析の光源は、多数の検査項目に対応するために発光スペクトルが広く、また、高精度の吸光度計測をするために測定波長において一定以上の光量を安定して得られるものが望ましい。そのため、従来、キセノンランプやハロゲンランプ等が用いられてきた。これらの光源は、一定以上の光量が得られる一方で、光量が安定するまでの時間はおよそ３０分程度と比較的長い。さらには、光量が大きい分、エネルギー消費も大きく寿命も限定的であり、例えばハロゲンランプの場合には約１，０００時間での交換が必要とされ、自動分析装置としてのメンテナンス頻度は多くなる。
　近年、吸光分析の光源として、長寿命が期待される発光ダイオード（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ、以下ＬＥＤ）が検討されている。例えば特許文献１は、フィルタによってハロゲンランプ光と紫外光のＬＥＤ光を合波する構成を記載している。ハロゲンランプの光量低下が特に紫外光で顕著であるので、同文献においては紫外光のＬＥＤを利用している。同文献はさらに、ハロゲンランプ光と紫外光のＬＥＤ光を合波するとき、フィルタを一部反射する光を用いることにより光量劣化をモニタリングし、精度の高い分析性能を維持することを試みている。
　吸光分析の光源としてＬＥＤを用いる場合、点灯時の自己発熱や環境温度によって発光スペクトルと光量が変化して分析精度が低下することが懸念される。これを防ぐために特許文献２においては、ＬＥＤ測光部と反応セル（試料または反応溶液を格納する部材）とが接触した温調ブロックを用いている。同文献は、ＬＥＤを用いることにより装置のコンパクト化を図るとともに、ＬＥＤの発光素子を熱容量の大きい部材に固定して予熱温調する。これにより、外気温度と自己発熱の影響を受けることなくＬＥＤ素子を一定範囲の温度に保持することにより、一定レベル以上の光量安定性を得ることを可能にしている。
　自動分析装置は、測定対象とする成分に応じて、使用する試薬と光の波長が異なり、その波長範囲は３４０ｎｍ～８００ｎｍと広範囲である。したがって、１つのＬＥＤ光で全波長帯域をカバーすることは難しく、複数のＬＥＤを用いる。自動分析装置の吸光分析の方法として、２波長測定法が知られている。この方法は、２つの波長の光を同時に測定することにより、測定対象の濃度を精度良く定量する。この測定法において、各波長の光は反応溶液に対して光軸と光量分布が一致していることが前提となり、それらが一致していない場合には、２波長測定法の本来の精度良い定量効果を得ることができない。例えば、光軸または光量分布が一致していない２つの波長の光を用いて２波長測定法を実施した場合、それらが一致している場合と比べて、気泡などの外乱の影響を受けやすく、精度または確度が著しく低下する。そこで特許文献３においては、光源と反応セルの間にスリットを設けることにより、光量分布に起因する光源像の影響が生じないようにする工夫が提案されている。
　以上例示したように、自動分析装置の吸光分析の光源としてＬＥＤを用いる場合においては、高い精度の分析性能を得るために、光学系と温調系それぞれにおいて工夫が必要とされる。
特許第６２９４１８６号 特許第３９６４２９１号 特開２０１８－１０５７３９号公報
　自動分析装置の吸光分析の光源としてＬＥＤを用いるとき、高い精度の分析性能を得るためには、複数のＬＥＤ光の合波光軸と光量分布を合わせて一定以上の光量を得る必要がある。また、２波長測定法によって高い精度の定量分析を実施するためには、複数のＬＥＤ発光素子の温度特性を合わせる必要がある。複数のＬＥＤ光を合波する構成としては、例えばフィルタによる垂直入射が考えられる。しかし垂直入射によって複数のＬＥＤを配置する際に各ＬＥＤ発光素子の温度制御が独立していると、各ＬＥＤの温度特性を合わせるのが困難になってしまう。
　本発明は、上記のような課題に鑑みてなされたものであり、複数のＬＥＤ光を合波することにより広い波長帯域にわたって安定した光量を得るとともに、各ＬＥＤ素子の温度特性を合わせることができる、自動分析装置を提供することを目的とする。
　本発明に係る自動分析装置は、第２ＬＥＤからの出射光が反射することにより、第１ＬＥＤからの出射光と同じ光軸上で合波するように構成されており、前記第１ＬＥＤと前記第２ＬＥＤは、同一の温度調整部材と接している。
　本発明に係る自動分析装置によれば、第１ＬＥＤと第２ＬＥＤを同じ光軸上で合波させることにより、広い波長帯域にわたって安定した光量を得ることができる。また第１ＬＥＤと第２ＬＥＤを同じ温度調節部材と接触させることにより、簡易な構成で各ＬＥＤの温度特性を合わせることができる。上記した以外の、課題、構成、効果は、以下の実施形態の説明によって明らかにされる。
実施形態１に係る自動分析装置１０の全体構成を示す模式図である。 吸光度測定部１１３の構成例を示す図である。 光源部３０１の構成例を示す図である。 同一アルミ基板に２種のＬＥＤを実装し温度制御した場合の光量変動の結果例を示す。 ダイクロイックフィルタの光透過率の波長依存性の例を示す図である。 実施形態２に係る自動分析装置１０が備える光源部３０１の構成例である。 拡散板５０８を用いることによる効果を説明する模式図である。 実施形態２における光源部３０１の別構成例である。 ダイクロイックフィルタの透過率を制御した場合のスペクトル例を示す図である。 ハロゲンランプのスペクトルと透過後合波光のスペクトルが近似しているとみなす判断基準を説明する図である。 自動分析装置１０の光量を安定させる手順を示すフローチャートである。 自動分析装置１０の光量を安定させる別手順を示すフローチャートである。 光源部３０１の変形例である。
＜実施の形態１＞
　図１は、本発明の実施形態１に係る自動分析装置１０の全体構成を示す模式図である。自動分析装置１０は、試料に対して光を照射することにより測定する装置である。自動分析装置１０は、サンプルディスク１０３、試薬ディスク１０６、反応ディスク１０９、分注機構、制御回路２０１、光量測定回路２０２、データ処理部２０３、入力部２０４、出力部２０５を備える。
　分注機構は、ディスク間でサンプルや試薬を移動させる。制御回路２０１は、各ディスクや分注機構を制御する、光量測定回路２０２は、反応溶液の吸光度を測定する。データ処理部２０３は、光量測定回路２０２が測定したデータを処理する。入力部２０４と出力部２０５は、データ処理部２０３とのインタフェースである。分注機構は、サンプル分注機構１１０と試薬分注機構１１１を備える。
　データ処理部２０３は、情報記録部２０３１と解析部２０３２を備える。情報記録部２０３１は、制御データ、測定データ、データ解析に用いるデータ、解析結果データなどを格納する。データ処理部２０３は、コンピュータを用いて実現されてもよい。コンピュータは、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ　Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　Ｕｎｉｔ）などのプロセッサと、情報記録部２０３１とを少なくとも備える。解析部２０３２の処理は、それらのデータ処理に対応するプログラムコードが情報記録部２０３１に格納され、プロセッサが各プログラムコードを実行することによって実現されてもよい。
　入力部２０４と出力部２０５は、情報記録部２０３１との間でデータを入出力する。入力部２０４は、キーボード、タッチパネル、テンキーなどの情報入力装置によって構成できる。出力部２０５は、自動分析装置１０のユーザが解析結果を確認するための装置であり、例えば、ディスプレイなどである。
　サンプルディスク１０３の円周上には、サンプル１０１の収容容器であるサンプルカップ１０２が複数配置される。サンプル１０１は、例えば血液である。試薬ディスク１０６の円周上には、試薬１０４の収容容器である試薬ボトル１０５が複数配置される。反応ディスク１０９の円周上には、サンプル１０１と試薬１０４を混合させた反応溶液１０７の収容容器である反応セル１０８（反応容器）が複数配置される。
　サンプル分注機構１１０は、サンプルカップ１０２から反応セル１０８にサンプル１０１を一定量移動させる際に使用する機構である。サンプル分注機構１１０は、例えば溶液を吐出または吸引するノズル、ノズルを所定位置に位置決めおよび搬送するロボット、溶液をノズルから吐出またはノズルに吸引するポンプ、およびノズルとポンプを繋ぐ流路で構成される。
　試薬分注機構１１１は、試薬ボトル１０５から反応セル１０８に試薬１０４を一定量移動させる際に使用する機構である。試薬分注機構１１１も、例えば溶液を吐出または吸引するノズル、ノズルを所定位置に位置決めおよび搬送するロボット、溶液をノズルから吐出またはノズルに吸引するポンプ、およびノズルとポンプを繋ぐ流路で構成される。
　攪拌部１１２は、反応セル１０８内で、サンプル１０１と試薬１０４を攪拌し混合させる機構部である。洗浄部１１４は、分析処理が終了した反応セル１０８から反応溶液１０７を排出し、その後、反応セル１０８を洗浄する機構部である。洗浄終了後の反応セル１０８には、再び、サンプル分注機構１１０から次のサンプル１０１が分注され、試薬分注機構１１１から新しい試薬１０４が分注されて、別の反応処理に使用される。
　反応ディスク１０９において、反応セル１０８は、温度および流量が制御された恒温槽内の恒温流体１１５に浸漬されている。これにより、反応セル１０８およびその中の反応溶液１０７は、反応ディスク１０９による移動中も、制御回路２０１によってその温度は一定温度に保たれる。恒温流体１１５には、例えば水や空気が使用される。
　反応ディスク１０９の円周上の一部に、サンプル１０１に対する吸光分析を実施する吸光度測定部（吸光光度計）１１３が配置される。
　図２は、吸光度測定部１１３の構成例を示す図である。光源部３０１から発生した照射光は、光軸４０１に沿って出射され、集光レンズ４０３により集光されて反応セル１０８に照射される。このとき、光の照射面内光量分布を均一にするために光源側スリット４０２を配置し、光源部３０１からの出射光の幅を制限することがある。
　反応セル１０８の中の反応溶液１０７を透過した光は、分光器３０２中の回折格子３０２１によって分光され、多数の受光器を備える検出器アレイ３０２２によって受光される。このとき、反応溶液１０７を透過していない光はノイズになるので、そうした迷光が分光器３０２に入るのを防ぐために分光器側スリット４０４を配置することがある。
　検出器アレイ３０２２が受光する測定波長は、１例として、３４０ｎｍ、３７６ｎｍ、４０５ｎｍ、４１５ｎｍ、４５０ｎｍ、４８０ｎｍ、５０５ｎｍ、５４６ｎｍ、５７０ｎｍ、６００ｎｍ、６６０ｎｍ、７００ｎｍ、７５０ｎｍ、８００ｎｍなどがある。これら受光器による受光信号は、光量測定回路２０２を通じ、データ処理部２０３の情報記録部２０３１に送信される。
　サンプル１０１に含まれるタンパク質、糖、脂質などの成分量の算出は、次の手順により実施される。まず、制御回路２０１は、洗浄部１１４に指示し、反応セル１０８を洗浄する。次に、制御回路２０１は、サンプル分注機構１１０により、サンプルカップ１０２内のサンプル１０１を反応セル１０８に一定量分注する。次に、制御回路２０１は、試薬分注機構１１１により、試薬ボトル１０５内の試薬１０４を反応セル１０８に一定量分注する。
　各溶液の分注時、制御回路２０１は、それぞれに対応する駆動部により、サンプルディスク１０３、試薬ディスク１０６、反応ディスク１０９を回転駆動させる。この際、サンプルカップ１０２、試薬ボトル１０５、反応セル１０８は、それぞれに対応する分注機構の駆動タイミングに応じ、所定の分注位置に位置決めされる。
　続いて、制御回路２０１は、攪拌部１１２を制御して、反応セル１０８内に分注されたサンプル１０１と試薬１０４とを攪拌し、反応溶液１０７を生成する。反応ディスク１０９の回転により、反応溶液１０７を収容する反応セル１０８は、吸光度測定部１１３が配置された測定位置を通過する。測定位置を通過するたび、反応溶液１０７からの透過光量が吸光度測定部１１３を介して測定される。測定データは情報記録部２０３１に順次出力され、反応過程データとして蓄積される。
　この反応過程データの蓄積の間、必要であれば、別の試薬１０４を試薬分注機構１１１により反応セル１０８に追加で分注し、攪拌部１１２により攪拌し、さらに一定時間測定する。これにより、一定の時間間隔で取得された反応過程データが、情報記録部２０３１に格納される。
　図３は、光源部３０１の構成例を示す図である。ＬＥＤ実装基板５０３上には、第１ＬＥＤ５０１と第２ＬＥＤ５０２が実装されている。ＬＥＤ実装基板５０３は、第１ＬＥＤ５０１と第２ＬＥＤ５０２に電力を供給し、ＬＥＤ素子と温度調整部５０４の温度を平衡化する役割を持つ。熱伝導率の観点から、ＬＥＤ実装基板５０３は、アルミニウムまたは銅のような金属を基材とするものによって構成されることが好ましい。第１ＬＥＤ５０１と、第２ＬＥＤ５０２とが、熱伝導率の高い一枚のＬＥＤ実装基板５０３に実装されていることにより、温度調整部５０４の温度制御によって共通の温度変動特性が得られる。温度調整部５０４に設定する温度は、例えば３７℃とする。温度調整部５０４の内部やＬＥＤ実装基板５０３の近傍に設置した温度センサ５０５によって取得した温度にしたがって温度調整部５０４を制御することにより、各ＬＥＤ素子を一定温度に保つ。温度センサ５０５は、例えばサーミスタ、熱電対、測温抵抗体などによって構成できる。
　温度調整部５０４としては、例えば恒温流体を流した金属ブロックや、ペルチェ素子を使用することができる。ペルチェ素子の場合、温度センサ５０５のフィードバック制御によって、制御回路２０１を介して温度調整部５０４のＬＥＤ側（ＬＥＤ実装基板５０３の裏面）は例えば３７±０．０１℃程度に制御することができる。この構成によれば、第１ＬＥＤ５０１の素子温度と第２ＬＥＤ５０２の素子温度が一定範囲で同等となり、自動分析装置１０が２波長測定法を実施するとき高い精度の定量分析が可能になる。
　一方、一枚のＬＥＤ実装基板５０３に対して、第１ＬＥＤ５０１と第２ＬＥＤ５０２を実装する場合、２つのＬＥＤの光軸を一致させるために高度な設計公差が求められる。ＬＥＤの発光素子位置、ＬＥＤのパッケージの基板への実装位置、だけでなく、２つのＬＥＤ光を合波する際のフィルタやミラーにも設計公差が求められる。
　本実施形態１においては、図３に示すように、光量が十分でない波長帯のＬＥＤ光を第１ＬＥＤ５０１として用い、分光器３０２に対して直進入射させて光量を確保するとともに、光量が十分な波長帯のＬＥＤ光を第２ＬＥＤ５０２として用い、２段階反射を経て分光器３０２に入射させる。第１ＬＥＤ５０１の光路上に、入射角４５°で入射するダイクロイックフィルタ５０６を配置し、さらに、第２ＬＥＤ５０２の光路上に、入射角４５°で入射する、例えばミラーのような反射板５０７を配置する。
　第２ＬＥＤ５０２から出射された光は、反射板５０７とダイクロイックフィルタ５０６それぞれにおいて２段階反射した後、第１ＬＥＤ５０１が出射した光と合波されて、光軸４０１の経路で分光器３０２に入射する。このとき、第１ＬＥＤ５０１のみの光軸を、分光器３０２に入射する光軸４０１に合わせる設計とし、第２ＬＥＤ５０２からの出射光は拡散板によって光束範囲を拡大させて入射する方が望ましい。詳細は実施形態２で説明する。
　図４は、同一アルミ基板に２種のＬＥＤを実装し温度制御した場合の光量変動の結果例を示す。測定時間は約２０分間である。第１ＬＥＤ５０１として、波長３７０ｎｍ付近から８００ｎｍまでの光を出射する白色ＬＥＤ光源（電流６００ｍＡで駆動）を用い、第２ＬＥＤ５０２として、波長３４０ｎｍの光を出射する紫外光ＬＥＤ光源（電流１２０ｍＡで駆動）を用いた。温度調整部５０４は、２０ｍｍ×２０ｍｍの冷却面（ペルチェ素子によって冷却する面）を有し、この冷却面を３７±０．０１℃に制御した。
　図４のグラフに示すように、ＬＥＤは、素子および環境温度によって光量が変動してしまう（図４上段のグラフ中央に光量変動が大きくなる部分がある）。ＬＥＤを熱伝導率の高いアルミ製のＬＥＤ実装基板５０３に実装することにより、波長３４０ｎｍの光量変動の経時特性と波長４８０ｎｍの光量変動の経時特性との間に正の相関が見られ、これにより気泡などの外乱による２波長間の光量変動差をキャンセルする（２波長差は吸光度０．００１Ａｂｓ相当以内）効果が確認できた。
　図５は、ダイクロイックフィルタの光透過率の波長依存性の例を示す図である。第１ＬＥＤ５０１として、波長３７０ｎｍ付近から８００ｎｍまでの光を出射する白色ＬＥＤ光源を用い、第２ＬＥＤ５０２として、波長３４０ｎｍの光を出射する紫外光ＬＥＤ光源を用いた場合、ダイクロイックフィルタ５０６は、図５に示すように、波長３４０ｎｍの光を反射し、波長３７０ｎｍ付近から８００ｎｍまでの長波長側の光を透過するフィルタを用いることが望ましい。これにより所望の合波特性が得られることになる。
＜実施の形態１：まとめ＞
　本実施形態１に係る自動分析装置１０は、光量が十分でない波長帯のＬＥＤ光（第１ＬＥＤ５０１）を分析部に対して直進入射させて光量を確保するとともに、光量が十分な波長帯のＬＥＤ光（第２ＬＥＤ５０２）は一定の光量減衰を許容できるので、２段階反射によって第１ＬＥＤ５０１の出射光と合波させる。これにより、広い波長範囲を確保するとともに光量を確保できるので、広範囲の波長範囲にわたって高い分析性能を維持することができる。
　本実施形態１に係る自動分析装置１０は、第１ＬＥＤ５０１と第２ＬＥＤ５０２を１枚のＬＥＤ実装基板５０３上に実装し、ＬＥＤ実装基板５０３を温度調整部５０４によって温度制御する。これにより、第１ＬＥＤ５０１の温度と第２ＬＥＤ５０２の温度を略同一に制御し、ＬＥＤ間の光量変動差を抑制することができる。したがって、自動分析装置１０の限られた内部空間において、温度調整部５０４のスペースを抑制しつつ、安定した光量を得ることができる。
＜実施の形態２＞
　図６Ａは、本発明の実施形態２に係る自動分析装置１０が備える光源部３０１の構成例である。本実施形態２においては、第２ＬＥＤ５０２の出射光を拡散させることにより、分光器３０２の受光器の受光面上において、第２ＬＥＤ５０２の出射光の光量分布を均一化することを図る。その他構成は実施形態１と同様である。
　ＬＥＤ光源の有効発光領域を１．０ｍｍ角としたとき、高い精度の定量分析を可能にする光量を得るためには、第１ＬＥＤ５０１のみの光軸を、分光器３０２に入射する光軸４０１に合わせる設計が必要となる。しかしこの場合、第２ＬＥＤ５０２の出射光軸を、分光器３０２に入射する光軸４０１に合わせるのは困難である。そうすると、反応溶液に対する光軸と光量分布をＬＥＤ間で一致させることが困難となり、２波長測定法の測定精度が低下する可能性がある。そこで本実施形態２においては、反射板５０７に入射する前に第２ＬＥＤ５０２の有効発光領域を広げるための拡散板５０８を配置した。
　図６Ｂは、拡散板５０８を用いることによる効果を説明する模式図である。分光器３０２の受光面３０２Ａ上において、第１ＬＥＤ５０１からの出射光は範囲５０１Ａに拡散するものとする。拡散板５０８を用いない場合、第２ＬＥＤ５０２からの出射光は範囲５０２Ａに拡散するものとする。ＬＥＤ間の光軸がずれていると、受光面３０２Ａ上において両出射光が重なる部分と重ならない部分が生じ（図６Ｂ左図）、受光面３０２Ａ上において光量の面内分布が不均一となる。
　拡散板５０８を用いる場合、第２ＬＥＤ５０２からの出射光は範囲５０２Ｂに拡散し、範囲５０１Ａを包含する。これにより受光面３０２Ａ上において両出射光が重なり、受光面３０２Ａ上において光量の面内分布を均一にすることができる。すなわち拡散板５０８は、受光面３０２Ａ上において範囲５０２Ｂが範囲５０１Ａを包含するように構成することが望ましい。
　図７は、本実施形態２における光源部３０１の別構成例である。図７においては拡散板５０８に代えて、反射板５０７そのものに光拡散のための表面加工をする、これにより、光量が十分である第２ＬＥＤ５０２の利点を生かして光束範囲を拡大し、受光面３０２Ａ上において光量分布を均一にすることができる。さらに、第２ＬＥＤ５０２の光出射位置を反射板５０７の位置とみなすことができるので、分光器３０２から第１ＬＥＤ５０１の出射位置までの距離と分光器３０２から第２ＬＥＤ５０２の出射位置までの距離（すなわち焦点距離）が同一となり、光量分布がより近しくなるので好ましい。
　図８Ａは、ダイクロイックフィルタの透過率を制御した場合のスペクトル例を示す図である。従来、自動分析装置の吸光分析の光源として例えばハロゲンランプが用いられている。ハロゲンランプと同じスペクトルを再現できると、分析性能の結果も近しくなることが予想される。したがって第１ＬＥＤ５０１と第２ＬＥＤ５０２の合波光のスペクトルをなるべくハロゲンランプ光のスペクトルに近づけることが望ましい。本発明においては、ダイクロイックフィルタ５０６の透過特性を調整することにより、任意波長における透過率を調整することができる。透過率調整は、例えばダイクロイックフィルタ５０６の膜厚を制御することによって実現できる。
　第１ＬＥＤ５０１と第２ＬＥＤ５０２の合波光は、例えば図８Ａ実線に示すようなスペクトルとなる。ダイクロイックフィルタ５０６の透過特性を調整することにより、合波光のスペクトルを図８Ａ点線のように調整することができる。これにより合波光のスペクトル形状は、ハロゲンランプのスペクトル形状（図８Ａ一点鎖線）に近づく。
　ハロゲンランプと透過後合波光を比較すると、透過後合波光は光量が不足する波長帯がある。温度調整部５０４がＬＥＤ素子の温度を下げることによりＬＥＤ光量の増加が望めるので、これにより透過後合波光の光量を全スペクトル範囲にわたって増加させ、スペクトルをさらにハロゲンランプへ近づけることができる。例えば一般の紫外光ＬＥＤは、全波長において１０℃の温度変化で約５％の光量変化がある。
　図８Ｂは、ハロゲンランプのスペクトルと透過後合波光のスペクトルが近似しているとみなす判断基準を説明する図である。図８Ｂ上段は図８Ａのハロゲンランプのスペクトルであり、図８Ｂ下段は図８Ａの透過後合波光のスペクトルである。スペクトルが近似しているというためには、波長間の光量比がスペクトル間で一致していればよい。図８Ｂの例を用いて具体的に説明する。なお、図８Ｂでは全波長域で光量比が一定になるように示しているが、測定に用いる波長のみで、波長間の光量比がスペクトル間で一致していればよい。
　透過後合波光のスペクトルは、第１波長において第１光量を有し、第２波長において第２光量を有し、第３波長において第３光量を有する。ハロゲンランプ光のスペクトルは、第１波長において第４光量を有し、第２波長において第５光量を有し、第３波長において第６光量を有する。図面上において用いる各波長と光量は、説明のためのみの例示であることを付言しておく。
　第１光量に対する第２光量の比（第１比率）と、第４光量に対する第５光量の比（第２比率）が、一致しているかまたは、第１比率と第２比率との間の差分が許容範囲内に収まっている場合、第１波長から第２波長に至る波長範囲において両スペクトルは近似しているとみなすことができる。
　同様に、第２光量に対する第３光量の比（第３比率）と、第５光量に対する第６光量の比（第４比率）が、一致しているかまたは、第３比率と第４比率との間の差分が許容範囲内に収まっている場合、第２波長から第３波長に至る波長範囲において両スペクトルは近似しているとみなすことができる。この許容範囲は第１比率と第２比率との間の差分における許容範囲と同じとすることが望ましい。波長間の光量比は、光量の大小によらずスペクトル間で同じであることが望ましいからである。
　図８Ｂにおいては説明の便宜上、３つの波長において光量比をスペクトル間で比較する例を示したが、比較する波長が多いほど、両スペクトルはより近似しているということができる。例えば１２個の波長において同様にスペクトル間で光量比を比較し、それぞれ許容範囲内に収まっていれば、両スペクトルは近似しているとみなすことができる。
＜実施の形態２：まとめ＞
　本実施形態２に係る自動分析装置１０は、第２ＬＥＤ５０２の出射光を拡散させることにより、受光面３０２Ａ上において範囲５０２Ｂが範囲５０１Ａを包含するようにする。これにより受光面３０２Ａ上において各ＬＥＤの光量の面内分布を均一にすることができる。
　本実施形態２に係る自動分析装置１０において、ダイクロイックフィルタ５０６は、合波光のスペクトル上における波長間の光量比が、ハロゲンランプのスペクトル上における同じ波長間の光量比と一致する（または同じ波長における光量比間の差分が許容範囲内に収まっている）ように構成されている。これにより透過後合波光のスペクトルはハロゲンランプのスペクトルと近似することとなるので、ＬＥＤ光源を用いる場合であっても、ハロゲンランプを用いるときの分析性能と近い特性を得ることができる。
＜実施の形態３＞
　自動分析装置１０の吸光分析の分析性能を安定的に得るためには、光源部３０１の光量が常に一定であることが好適である。光量を一定に保つ手段として、ＬＥＤ実装基板５０３の温度制御と、ＬＥＤの駆動電流制御を用いることができる。そこで本発明の実施形態３では、自動分析装置１０の光量を安定化させるための制御手順について説明する。自動分析装置１０の構成は実施形態１～２と同様である。
　例えば、波長３４０ｎｍ以下の紫外光を発生させるＬＥＤとして、化合物半導体であるＡｌＧａＮ結晶が用いられる。ＡｌＧａＮ結晶を発光層として用いた場合、紫外ＬＥＤの発光効率は、一般的な白色ＬＥＤの発光層に用いられているＩｎＧａＮ結晶の発光効率と比較して数分の一から十数分の一と低く、ＡｌＧａＮ結晶の発光層は、投入した電力の大部分が熱になるという特徴を有する。ＬＥＤの使用温度が高いほど、そして、使用時間が長いほど、半導体結晶中に欠陥が形成され、光量が経時的に低下する。したがってＡｌＧａＮ結晶を用いたＬＥＤの寿命は、ＩｎＧａＮ結晶を用いたＬＥＤよりも短くなりやすい。市販されているＬＥＤにおいて、光量が７０％に低下する時間Ｌ７０の仕様値は、通常、パッケージ下面温度が２５℃で使用した場合で定められている。波長３４０ｎｍ以下の紫外光を発生させるＬＥＤの場合には、Ｌ７０は１０，０００時間以上であるが、使用温度が上昇するとＬ７０はアレニウスモデルにしたがって短くなることが知られている。すなわち、温度を下げて使用することにより光量は上昇し、寿命も長くすることができる。また、ＬＥＤの光量は、駆動電流を上げることによっても上げられる。
　図９は、自動分析装置１０の光量を安定させる手順を示すフローチャートである。装置を立ち上げて（Ｓ６０１）光源部３０１を稼動させた後（Ｓ６０２）、任意の反応セルに対して水を分注する（Ｓ６０３）。制御回路２０１は、温度センサ５０５から取得した温度データにしたがって、ＬＥＤ駆動電流および基板温度を制御する（Ｓ６０４）。制御回路２０１は、吸光度測定部１１３によって吸光度を測定し（Ｓ６０５）、光量測定回路２０２の光量データを情報記録部２０３１から取得する（Ｓ６０６）。規定範囲の光量が得られない、すなわち光量の低下が生じていると判定される場合には、Ｓ６０４へ戻ってＬＥＤ駆動電流とＬＥＤ実装基板５０３の温度を制御することにより、規定光量を得る。規定光量が得られていれば、吸光分析を開始する（Ｓ６０７）。
　図１０は、自動分析装置１０の光量を安定させる別手順を示すフローチャートである。本フローチャートは、自動分析装置１０の立ち上がり時間を短縮するために用いることができる。図９と同じ処理については同じステップ番号を付与した。制御回路２０１は、温度センサ５０５が取得する温度データにしたがって、装置立ち上がり初期のＬＥＤ駆動電流および基板温度を決定する（Ｓ７０１）。解析部２０３２は、温度センサ５０５から温度の経時的なデータ変化を取得する（Ｓ７０３）。制御回路２０１は、吸光度測定部１１３によって吸光度の経時変化を測定する（Ｓ７０４）。規定光量が得られていなければ、Ｓ７０２へ戻ってＬＥＤ駆動電流および基板温度を調整する（Ｓ６０６）。
　Ｓ７０２における調整処理としては例えば、ペルチェ素子によってＬＥＤ実装基板５０３の温度をＰＩＤ制御するとき、そのＰＩＤパラメータを温度データにもとづいて決定する。環境温度が２５℃、温度目標値が３７℃としたときに、３７℃を目標温度としてセットすると温度安定まで時間がかかる。そこで温度の経時的なデータ変化が緩やか（すなわち光量安定までに時間がかかりそう）である場合には、温度目標値を本来の目標値よりも高くセットする（例えば４２℃）。これにより目標温度へ速やかに到達することができる。すなわち温度の経時変化にしたがって目標温度を動的に変更することにより、光量安定までの時間を短縮できる。
＜本発明の変形例について＞
　本発明は、上記した実施形態に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施の例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成を加えることも可能である。また、各実施形態の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。
　図１１は、光源部３０１の変形例である。第１ＬＥＤ５０１は、必ずしも合波光と平行に光を出射する必要はなく、例えば図１２に示すように第１ＬＥＤ５０１の出射光をミラーなどによって反射して光路を変化させてもよい。この場合であっても、第２ＬＥＤ５０２の出射光を第１ＬＥＤ５０１の出射光と合波するためには、第２ＬＥＤ５０２の出射光のほうが第１ＬＥＤ５０１の出射光よりも反射回数を多くする必要がある。反射するごとに光量が減少することを考慮すると、光量が多い第２ＬＥＤ５０２の反射回数のほうが多いことが必要だからである。
１０１：サンプル
１０２：サンプルカップ
１０３：サンプルディスク
１０４：試薬
１０５：試薬ボトル
１０６：試薬ディスク
１０７：反応溶液
１０８：反応セル
１０９：反応ディスク
１１０：サンプル分注機構
１１１：試薬分注機構
１１２：攪拌部
１１３：吸光度測定部
１１４：洗浄部
１１５：恒温流体
２０１：制御回路
２０２：光量測定回路
２０３：データ処理部
２０３１：情報記録部
２０３２：解析部
２０４：入力部
２０５：出力部
３０１：光源部
３０２：分光器
３０２１：回折格子
３０２２：検出器アレイ
４０１：光軸
４０２：光源側スリット
４０３：集光レンズ
４０４：分光器側スリット
５０１：第１ＬＥＤ
５０２：第２ＬＥＤ
５０３：ＬＥＤ実装基板
５０４：温度調整部
５０５：温度センサ
５０６：ダイクロイックフィルタ
５０７：反射板
５０８：拡散板

Claims (12)

  1. 　試料を測定する自動分析装置であって、
    　前記試料を収容した反応容器に対して光を照射する光源、
    　前記光源の温度を調整する温度調整機構、
    　を備え、
    　前記光源は、第１ＬＥＤと第２ＬＥＤを有し、
    　前記光源は、前記第２ＬＥＤが出射した光が反射素子上で反射して光路を変更することにより、前記第１ＬＥＤが出射した光と同じ光軸上で合波するように構成されており、
    　前記温度調整機構は、前記第１ＬＥＤと前記第２ＬＥＤそれぞれに対して接触した同一の部材によって構成されている
    　ことを特徴とする自動分析装置。
  2. 　前記第２ＬＥＤの光量は、前記第１ＬＥＤの光量よりも大きく、
    　前記光源はさらに、
    　　前記第１ＬＥＤが出射する第１光のうち少なくとも一部を通過させる第１光学素子、　　前記第２ＬＥＤが出射する第２光を反射する第２光学素子、
    　を備え、
    　前記第１光学素子は、前記第２光のうち少なくとも一部を反射するように構成されており、
    　前記第１光学素子と前記第２光学素子は、前記第１光学素子を通過した前記第１光と前記第１光学素子において反射した前記第２光が同じ光軸上で合波して合波光となるように配置されている
    　ことを特徴とする請求項１記載の自動分析装置。
  3. 　前記第１ＬＥＤは、波長３５０ｎｍから８００ｎｍの範囲の白色光を発生する白色光ＬＥＤであり、
    　前記第２ＬＥＤは、中心波長が３５０ｎｍ以下の紫外光を発生する紫外光ＬＥＤである　ことを特徴とする請求項２記載の自動分析装置。
  4. 　前記温度調整機構は、
    　　前記第１ＬＥＤと前記第２ＬＥＤをそれぞれ実装する１枚のＬＥＤ実装基板、
    　　前記ＬＥＤ実装基板の温度を調整することにより前記第１ＬＥＤと前記第２ＬＥＤとの間の温度差を所定範囲内に抑える温度調整部、
    　によって構成されている
    　ことを特徴とする請求項１記載の自動分析装置。
  5. 　前記自動分析装置はさらに、前記第２光を拡散させる拡散部材を備える
    　ことを特徴とする請求項２記載の自動分析装置。
  6. 　前記第１光は、前記合波光を受光する受光器の受光面上において、第１拡散範囲内に拡散し、
    　前記第２光は、前記受光面上において、第２拡散範囲内に拡散し、
    　前記拡散部材は、前記第１拡散範囲を前記第２拡散範囲が包含するように、前記第２光を拡散させる
    　ことを特徴とする請求項５記載の自動分析装置。
  7. 　前記拡散部材は、前記第２ＬＥＤと前記第２光学素子との間に配置され、前記第２光を拡散させる、拡散板によって構成されている
    　ことを特徴とする請求項５記載の自動分析装置。
  8. 　前記拡散部材は、前記第２光を拡散するように前記第２光学素子の反射面を加工することによって、前記第２光学素子の反射面上に構成されている
    　ことを特徴とする請求項５記載の自動分析装置。
  9. 　前記第１光学素子が前記第１光を通過させる透過率は、前記合波光が波長スペクトル上において、
    　　第１波長成分は第１光量を有し、
    　　第２波長成分は第２光量を有し、
    　　第３波長成分は第３光量を有する
    　ように構成されており、
    　ハロゲンランプの出射光が波長スペクトル上において、前記第１波長成分は第４光量を有し、前記第２波長成分は第５光量を有し、前記第３波長成分は第６光量を有している場合、前記第１光学素子は、
    　　前記第１光量に対する前記第２光量の第１比率と、前記第４光量に対する前記第５光量の第２比率との間の差分が、許容範囲内に収まるように構成されているとともに、
    　　前記第２光量に対する前記第３光量の第３比率と、前記第５光量に対する前記第６光量の第４比率との間の差分が、前記許容範囲内に収まるように構成されている
    　ことを特徴とする請求項２記載の自動分析装置。
  10. 　前記自動分析装置はさらに、前記光源の駆動電流と前記温度調整機構の温度を調整することにより、前記光源が出射する光量を調整する、制御部を備える
    　ことを特徴とする請求項１記載の自動分析装置。
  11. 　前記制御部は、前記自動分析装置が設置されている環境の経時的温度変化を取得し、
    　前記制御部は、前記経時的温度変化にしたがって、前記温度調整機構の目標温度を設定する
    　ことを特徴とする請求項１０記載の自動分析装置。
  12. 　試料を測定する自動分析装置であって、
    　前記試料を収容した反応容器に対して光を照射する光源、
    　を備え、
    　前記光源は、
    　　第１ＬＥＤと第２ＬＥＤ、
    　　前記第１ＬＥＤが出射する第１光のうち少なくとも一部を通過させる第１光学素子、　　前記第２ＬＥＤが出射する第２光を反射する第２光学素子、
    　を備え、
    　前記第１光学素子は、前記第２光のうち少なくとも一部を反射するように構成されており、
    　前記第１光学素子と前記第２光学素子は、前記第１光学素子を通過した前記第１光と前記第１光学素子において反射した前記第２光が同じ光軸上で合波して合波光となるように配置されており、
    　前記第１光学素子が前記第１光を通過させる透過率は、前記合波光の波長スペクトル上において、
    　　第１波長成分は第１光量を有し、
    　　第２波長成分は第２光量を有し、
    　　第３波長成分は第３光量を有する
    　ように構成されており、
    　ハロゲンランプの出射光が波長スペクトル上において、前記第１波長成分は第４光量を有し、前記第２波長成分は第５光量を有し、前記第３波長成分は第６光量を有している場合、前記第１光学素子は、
    　　前記第１光量に対する前記第２光量の第１比率と、前記第４光量に対する前記第５光量の第２比率との間の差分が、許容範囲内に収まるように構成されているとともに、
    　　前記第２光量に対する前記第３光量の第３比率と、前記第５光量に対する前記第６光量の第４比率との間の差分が、前記許容範囲内に収まるように構成されている
    　ことを特徴とする自動分析装置。
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