WO2022254977A1 - Ｌｅｄ光源装置 - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to an LED light source device.
- the technique of measuring substances contained in a sample by irradiating the sample with light is used in various analytical devices. For example, by measuring the absorbance of a target substance, the substance can be quantified.
- the light source for example, an LED (Light Emitting Diode) light source can be used.
- Patent Document 1 relates to a high-performance liquid chromatography system, "A system and method for a UV-VIS spectrophotometer, such as a UV-VIS detector unit included in a high-performance liquid chromatography system, is provided.”
- a system of UV-VIS detector units includes a first light source, a signal detector, a channel intermediate the first light source and the signal detector, a second light source, and a reference detector.
- a first light source, a signal detector, and a flow path are aligned along a first axis.
- a second light source and a reference detector are aligned along a second axis that is different than the first axis. (see abstract).
- the first and second light sources in the same document are composed of, for example, LEDs (see 0050 of the same document).
- Patent Document 2 describes an example of using an LED light source in a photopolymerization device that advances a photopolymerization reaction.
- the same document states that ⁇ a small polymerization apparatus that is easy to carry and can increase the intensity of the light irradiated to the polymerization target, enables stable and highly accurate polymerization and curing, and furthermore, However, it contains a low-molecular-weight monofunctional polymerizable monomer component that volatilizes due to the heat generated during polymerization and curing.
- a polymerization apparatus is provided.
- ⁇ An LED package with a heat sink using multiple LEDs is placed in the light source chamber as a light source, and the outer surface of the light-transmitting window material for irradiating the light emitted from the light source to the outside is covered with a protective film. By doing so, when the dirt occurs, only the protective film can be replaced, thereby reducing the labor and cost of maintenance. (see abstract).
- the light source temperature may fluctuate due to various disturbances. Such temperature fluctuations also affect the light intensity of the LED light source. Therefore, it is important from the viewpoint of analysis accuracy to minimize fluctuations in the light source temperature due to disturbances.
- Patent Documents 1 and 2 it is considered that there is room for improvement in quickly stabilizing the amount of light when the LED light source is activated and in suppressing fluctuations due to disturbance after activation.
- the present invention has been made in view of the above problems, and aims to quickly stabilize the light intensity of an LED light source device used in absorbance analysis and to suppress temperature fluctuations due to disturbance.
- an LED substrate is arranged on a spacer, and the substrate and the spacer are brought into contact with at least one of a device housing and a device lid, and the thermal conductivity of the substrate and the spacer is equal to the housing. higher than the thermal conductivity of the body and said lid.
- the LED light source device According to the LED light source device according to the present invention, it is possible to quickly stabilize the light intensity of the LED light source device used in the absorbance analysis and suppress temperature fluctuations due to disturbance.
- Other subjects, configurations, advantages, etc. of the present invention will become apparent by referring to the following embodiments.
- FIG. 1 is a cross-sectional view illustrating the structure of an LED light source device 1 according to Embodiment 1.
- FIG. 1 is a cross-sectional view illustrating the structure of an LED light source device 1 according to Embodiment 1.
- FIG. 1 is a cross-sectional view illustrating the structure of an LED light source device 1 according to Embodiment 1 of the present invention.
- the LED light source device 1 is used as a light source in an analyzer that quantifies a substance contained in a sample by measuring the absorbance of the substance.
- the LED light source device 1 can be used as a light source in an automatic analyzer that measures a substance to be measured contained in a blood sample by light irradiation.
- the LED light source device 1 has a structure in which a member such as a substrate 102 is housed inside a housing 104 and sealed with a lid 105 . Light emitted by the LED light source device 1 is output from the optical path 113 .
- optical path 113 has an opening at least on the optical axis (ie along the arrow next to 113 in FIG. 1).
- the LED 101 is mounted on the substrate 102.
- the spacer 103 is a member that supports the substrate 102 and is in mechanical contact with the housing 104 and the lid 105 as well. By adjusting the position of the spacer 103 , the optical axis of the light emitted by the LED 101 can be aligned with the opening of the optical path 113 and the optical axis of the optical component 112 . That is, the spacer 103 supports the substrate 102 and also serves as a member for aligning the optical axis.
- Light emitted by the LED 101 is combined by a combining device 111 and emitted toward an optical path 113 via an optical component 112 (for example, a lens or a slit). This light is output from an opening of an optical path 113 via an optical component 112 (for example, a lens, a slit, etc.).
- an optical component 112 for example, a lens or a slit.
- a water channel is formed inside the wall of the housing 104 for circulating constant temperature liquid (for example, water) for adjusting the temperature of the LED light source device 1 .
- a constant temperature liquid is supplied from inlet 121 and discharged from outlet 122 .
- the constant temperature liquid may be, for example, a constant temperature liquid used in a constant temperature bath provided for maintaining the temperature of the sample in the automatic analyzer.
- inlet 121 and outlet 122 are connected to the constant temperature bath.
- ⁇ Embodiment 1 About the principle of the device> When the LED light source device 1 is powered on, the LED 101 emits light, and the temperature of the LED 101 (and its surrounding members) gradually rises over time. The amount of temperature rise (temperature rise rate) with respect to the elapsed time gradually decreases, and when the temperature reaches a certain level, the temperature stabilizes.
- the light intensity and wavelength of the light emitted by the LED 101 have temperature characteristics, and these fluctuate according to the temperature.
- the characteristics of emitted light must be stable. Therefore, it can be said that it is desirable to quickly stabilize the characteristics of the emitted light after the LED light source device 1 is powered on.
- the heat capacity of the substrate 102 and the heat capacity of the spacer 103 are reduced by minimizing the volume of the substrate 102 and the volume of the spacer 103 as much as possible.
- the substrate 102 and the spacer 103 are made of a material such as metal with high thermal conductivity (for example, aluminum).
- the heat from the LED 101 is efficiently propagated to the surrounding members such as the housing 104, so that the temperature of the LED 101 can be quickly increased to a stable state. Thereby, the light intensity and wavelength of the LED 101 can be quickly stabilized.
- the thermal conductivity of the substrate 102 and the thermal conductivity of the spacer 103 be higher than the thermal conductivity of the housing 104 and the thermal conductivity of the lid 105 .
- the thermal conductivity of the housing 104 and the thermal conductivity of the lid 105 can be, for example, 10 W/(m ⁇ k) or more and 50 W/(m ⁇ k) or less.
- the heat capacity of the housing 104 and the heat capacity of the lid 105 are increased by increasing the volume of the housing 104 and the volume of the lid 105 as much as possible.
- the housing 104 and the lid 105 are less susceptible to temperature fluctuation due to disturbance, so that temperature fluctuation after the operation of the LED 101 is stabilized can be suppressed.
- the temperature fluctuation due to disturbance can be suppressed to some extent by the thermal conductivity of the housing 104 and lid 105 respectively. That is, if the thermal conductivity of these members is small, even if the outside air temperature fluctuates, the propagation of the fluctuation to the inside of the device can be suppressed to some extent.
- the water channel for circulating the constant temperature liquid has a role as a temperature adjustment mechanism for adjusting the temperature of the LED light source device 1 .
- the temperature of the constant temperature liquid is set to a temperature higher than the ambient temperature of the LED light source device 1, for example. In this case, if you want to lower the temperature, you can reduce the amount of water and the amount of heat that propagates will decrease, so the temperature will naturally drop. There are advantages that are possible.
- the temperature control mechanism can also be configured by using an element capable of both heating and cooling to heat and cool the housing 104 and the lid 105 instead of or in combination with the water channel.
- an element capable of both heating and cooling to heat and cool the housing 104 and the lid 105 instead of or in combination with the water channel.
- a heater with a thermostat, a Peltier element, or the like.
- the constant temperature liquid may be shared with the constant temperature liquid circulation mechanism provided in the automatic analyzer to which the LED light source device 1 supplies light.
- An automated analyzer may have a constant temperature bath for maintaining a constant temperature of the sample, and a constant temperature liquid is circulated around the constant temperature bath to maintain the temperature of the constant temperature bath. In this case, by supplying the constant temperature liquid to the LED light source device 1, the LED light source device 1 does not need to have its own constant temperature liquid supply source, which is useful.
- the control of the constant temperature liquid flow rate, etc. may be entrusted to the automatic analyzer.
- the LED light source device 1 itself may have the flow rate control function by arranging a flow rate adjustment valve or the like inside the LED light source device 1 .
- a device such as a controller that gives control instructions may be incorporated inside the LED light source device 1 or may be configured as a device outside the LED light source device 1 .
- the optical path 113 has an opening through which the light emitted by the LED 101 passes. This opening allows air to flow in and out between the internal space of the LED light source device 1 and the outside air. Since such inflow and outflow of air causes temperature fluctuations in the internal space of the LED light source device 1, it is desirable to suppress such ingress and egress as much as possible. That is, it can be said that it is desirable to keep the aperture size of the optical path 113 to the minimum required for light emission.
- the cover 105 may be partially provided with a hole through which wiring for supplying power to the LED 101 is passed.
- the aperture size of the hole is smaller than the aperture size of the optical path 113 . That is, it is desirable that the ventilation capacity of the internal space of the LED light source device 1 is maximized by the opening size of the optical path 113 . As a result, heat exchange between the internal space and the outside air is minimized, so temperature fluctuations of the LED 101 can be suppressed.
- a ventilation hole is provided in addition to the opening of the optical path 113, it is desirable to seal the hole with a suitable sealing material or the like.
- the volume of the spacer 103 is affected by the size of other members, but in order to reduce the heat capacity of the spacer 103 as much as possible, the volume of the spacer 103 should be at least smaller than both the volume of the housing 104 and the volume of the lid 105. It is desirable to The same applies to the volume of substrate 102 .
- Embodiment 1 Summary>
- the heat conductivity of the substrate 102 and the heat conductivity of the spacer 103 are higher than the heat conductivity of the housing 104 and the heat conductivity of the lid 105 .
- the heat generated from the LED 101 is quickly propagated, so that the light amount and wavelength when the LED 101 is powered on can be quickly stabilized.
- the volume of the substrate 102 and the volume of the spacer 103 as small as possible (for example, making them smaller than both the volume of the housing 104 and the volume of the lid 105), the volume of the substrate 102 The heat capacity and the heat capacity of the spacer 103 are reduced. As a result, it is possible to quickly stabilize the light amount and wavelength when the LED 101 is powered on.
- the housing 104 and the volume of the lid 105 are made as large as possible (for example, making them smaller than both the volume of the substrate 102 and the volume of the spacer 103), the housing 104 and the heat capacity of the lid 105 are increased. Thereby, it is possible to suppress the temperature fluctuation after the operation of the LED 101 is stabilized.
- the space inside the housing 104 and the outside air can be ventilated through the opening of the optical path 113. Smaller than other aperture sizes possible. As a result, temperature fluctuations in the internal space can be minimized.
- the standard such as whether the dispersion of the average of the light intensity emitted by the LED 101 in the last 10 minutes is within 2%.
- Similar criteria can also be used to determine whether the temperature of a member such as housing 104 or lid 105 is stable.
- the object of the present invention may be achieved under such criteria.
- Embodiment 1 if the LED 101 is not turned on/off frequently and is kept on for a relatively long period of time, the wavelength and amount of light when power is applied to the LED 101 can be quickly stabilized. The challenge of making Even in this case, the effect of suppressing disturbance effects after the LED 101 is activated in the first embodiment is useful. On the other hand, when the LED light source device 1 is used in a device such as an automatic analyzer that turns light on and off frequently, the effect of the configuration of the first embodiment is significantly exhibited.
- Embodiment 1 if the amount of heat generated from the LED 101 is relatively small, the temperature adjustment mechanism can be omitted.
- the housing 104 and the lid 105 already provided with a temperature control mechanism in a light source device using a light source that generates a relatively large amount of heat can also be used for the present invention. In this case, there is an advantage that most of the members other than the light source itself, such as the substrate 102 and the LED 101, can be diverted.
- Embodiment 1 it is desirable to connect each metal member by a means that minimizes contact thermal resistance, except when electrical insulation is required.
- a means that minimizes contact thermal resistance except when electrical insulation is required.
- thermally conductive grease or the like it is conceivable to use thermally conductive grease or the like.
- the present invention is not limited to the above-described embodiments, and includes various modifications.
- the above-described embodiments have been described in detail in order to explain the present invention in an easy-to-understand manner, and are not necessarily limited to those having all the described configurations.
- it is possible to replace 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.
- the spacer 103 even if the spacer 103 is in mechanical contact with only one of the housing 104 and the lid 105, the spacer 103 performs the same role as in the above embodiments through the contact member. can be fulfilled.
- LED light source device 101 LED 102: Substrate 103: Spacer 104: Housing 105: Lid 113: Optical path
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Abstract
本発明は、吸光度分析において用いるＬＥＤ光源装置の光量を速やかに安定させるとともに、外乱に対する温度変動を抑制することを目的とする。本発明に係るＬＥＤ光源装置は、スペーサ上にＬＥＤ基板を配置するとともに、前記基板とスペーサを装置筐体または装置蓋のうち少なくともいずれかと接触させ、前記基板と前記スペーサの熱伝導率は前記筐体と前記蓋の熱伝導率よりも高い（図１参照）。
Description
本発明は、ＬＥＤ光源装置に関する。
試料に対して光を照射することにより、その試料のなかに含まれる物質を測定する技術は、様々な分析装置において用いられている。例えば対象物質の吸光度を測定することにより、その物質を定量化することができる。光源としては、例えばＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）光源などを用いることができる。
下記特許文献１は、高速液体クロマトグラフィーシステムに関して、『高速液体クロマトグラフィーシステムに含まれるＵＶ－ＶＩＳ検出器ユニットなどのＵＶ－ＶＩＳ分光光度計のためのシステムおよび方法が提供される。一例では、ＵＶ－ＶＩＳ検出器ユニットのシステムは、第１光源と、信号検出器と、第１光源および信号検出器の中間に位置する流路と、第２光源と、基準検出器とを含む。第１の光源、信号検出器、および流路は、第１の軸に沿って整列される。第２の光源および基準検出器は、第１の軸とは異なる第２の軸に沿って整列される。』という技術を記載している（要約参照）。同文献における第１および第２の光源は、例えばＬＥＤによって構成される（同文献の００５０参照）。
下記特許文献２は、光重合反応を進行させる光重合器において、ＬＥＤ光源を用いる例を記載している。同文献は、『携行して運び易い小型の重合装置であって、重合対象物に照射する光の強度を高くすることができ、安定して精度の高い重合硬化が可能で、さらに、対象物が、重合硬化時の重合発熱によって揮発する低分子量の単官能重合性単量体成分を含有し、当該成分が装置内に汚れとして付着・固化するような場合であっても、メンテナンスが容易な重合装置を提供する。』ことを課題として、『複数のＬＥＤを用いたヒートシンク付きＬＥＤパッケージを光源として光源室内に配置すると共に光源出射された光外部に照射するための光透過性窓材の外表面を保護フィルムで被覆することにより、前記汚れが発生した場合には、当該保護フィルムのみを交換できるようにし、メンテナンスの手間やコストを低減する。』という技術を記載している（要約参照）。
ＬＥＤ光源を用いる分析装置において、分析スループットを向上させるためには、電源を投入してからＬＥＤ光源の光量が安定するまでに要する時間を、なるべく短くすることが望ましい。ＬＥＤ光源の光量は光源温度によって影響を受けることに鑑みると、光源温度を速やかに安定化させることが必要である。
ＬＥＤ光源の光量が安定した後であっても、様々な外乱の影響により光源温度が変動する可能性がある。このような温度変動は、ＬＥＤ光源の光量に対しても影響を与える。したがって外乱に対する光源温度の変動を、できる限り少なくすることが、分析精度の観点から重要である。
上記特許文献１～２においては、このようにＬＥＤ光源を起動したときの光量を速やかに安定化させることや、起動後の外乱による変動を抑制することについて、改善する余地があると考えられる。
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、吸光度分析において用いるＬＥＤ光源装置の光量を速やかに安定させるとともに、外乱に対する温度変動を抑制することを目的とする。
本発明に係るＬＥＤ光源装置は、スペーサ上にＬＥＤ基板を配置するとともに、前記基板とスペーサを装置筐体または装置蓋のうち少なくともいずれかと接触させ、前記基板と前記スペーサの熱伝導率は前記筐体と前記蓋の熱伝導率よりも高い。
本発明に係るＬＥＤ光源装置によれば、吸光度分析において用いるＬＥＤ光源装置の光量を速やかに安定させるとともに、外乱に対する温度変動を抑制することができる。本発明のその他の課題、構成、利点などについては、以下の実施形態を参照することによって明らかとなる。
＜実施の形態１＞
図１は、本発明の実施形態１に係るＬＥＤ光源装置１の構造を説明する断面図である。ＬＥＤ光源装置１は、試料に含まれる物質の吸光度を測定することによりその物質を定量化する分析装置において、光源として用いられる。例えば血液試料に含まれる測定対象物質を、光照射によって測定する自動分析装置において、光源としてＬＥＤ光源装置１を用いることができる。
図１は、本発明の実施形態１に係るＬＥＤ光源装置１の構造を説明する断面図である。ＬＥＤ光源装置１は、試料に含まれる物質の吸光度を測定することによりその物質を定量化する分析装置において、光源として用いられる。例えば血液試料に含まれる測定対象物質を、光照射によって測定する自動分析装置において、光源としてＬＥＤ光源装置１を用いることができる。
ＬＥＤ光源装置１は、筐体１０４の内部に基板１０２などの部材を収容し、蓋１０５によって封止した構造を有する。ＬＥＤ光源装置１が発光する光は、光路１１３から出力される。したがって光路１１３は、少なくとも光軸上に（すなわち図１における符号１１３の隣の矢印に沿った位置に）開口部を有する。
ＬＥＤ１０１は、基板１０２上に実装されている。スペーサ１０３は、基板１０２を支持する部材であり、筐体１０４と機械的に接触するとともに蓋１０５とも機械的に接触している。スペーサ１０３の位置を調整することにより、ＬＥＤ１０１が出射する光の光軸を、光路１１３が有する開口部や光学部品１１２の光軸と揃えることができる。すなわちスペーサ１０３は、基板１０２を支持するとともに、光軸の位置合わせをする部材としての役割を有する。
ＬＥＤ１０１が出射する光は、合波装置１１１によって合波され、光学部品１１２（例えばレンズやスリットなど）を介して光路１１３へ向けて出射される。この光は、光学部品１１２（例えばレンズ、スリットなど）を介して、光路１１３が有する開口部から出力される。
筐体１０４の壁の内部には、ＬＥＤ光源装置１の温度を調整するための恒温液（例えば水）を循環させるための水路が形成されている。恒温液は、入口１２１から供給され、出口１２２から排出される。恒温液は、例えば自動分析装置が試料の温度を維持するために備える恒温槽において用いられる恒温液を流用したものであってもよい。この場合は入口１２１と出口１２２が恒温槽と接続される。
＜実施の形態１：装置の原理について＞
ＬＥＤ光源装置１に対して電源が投入されると、ＬＥＤ１０１が発光するとともに、ＬＥＤ１０１（およびその周辺部材）の温度が時間経過にともなって次第に上昇する。経過時間に対する温度上昇量（温度上昇率）は次第に小さくなり、ある程度の温度に達すると温度は安定する。
ＬＥＤ光源装置１に対して電源が投入されると、ＬＥＤ１０１が発光するとともに、ＬＥＤ１０１（およびその周辺部材）の温度が時間経過にともなって次第に上昇する。経過時間に対する温度上昇量（温度上昇率）は次第に小さくなり、ある程度の温度に達すると温度は安定する。
ＬＥＤ１０１が出射する光の光量や波長は温度特性を有し、温度に応じてこれらが変動する。吸光度分析における分析精度を確保するためには、出射光の特性が安定している必要がある。したがって、ＬＥＤ光源装置１に対して電源を投入した後、出射光の特性を速やかに安定させることが望ましいといえる。
出射光の特性を速やかに安定させるためには、ＬＥＤ１０１およびその周辺部材の温度が安定状態まで速やかに上昇する必要がある。そこで本実施形態１においては、基板１０２の体積とスペーサ１０３の体積をできる限り小さくすることにより、基板１０２の熱容量とスペーサ１０３の熱容量を小さくする。さらに基板１０２とスペーサ１０３は、熱伝導率が高い金属などの材料（例えばアルミニウム）によって構成する。これにより、ＬＥＤ１０１からの熱が効率よく筐体１０４などの周辺部材へ伝搬するので、ＬＥＤ１０１の温度を速やかに安定状態まで上昇させることができる。これにより、ＬＥＤ１０１の光量と波長を速やかに安定させることができる。
以上に鑑みると、基板１０２の熱伝導率とスペーサ１０３の熱伝導率は、筐体１０４の熱伝導率と蓋１０５の熱伝導率いずれよりも高いことが望ましい。例えば蓋１０５または筐体１０４のうち少なくともいずれかをリン青銅によって形成した場合、基板１０２の熱伝導率とスペーサ１０３の熱伝導率は、いずれもリン青銅の熱伝導率と同じかまたはより大きいことが望ましい。筐体１０４の熱伝導率と蓋１０５の熱伝導率は、例えば１０Ｗ／（ｍ・ｋ）以上５０Ｗ／（ｍ・ｋ）以下とすることができる。
ＬＥＤ１０１の動作が安定した後であっても、例えばＬＥＤ光源装置１周辺の気流などが変動することにより外乱が生じ、これによりＬＥＤ１０１およびその周辺部材の温度が変動する可能性がある。これにより、ＬＥＤ１０１が出射する光の光量や波長が変動する可能性がある。したがって、ＬＥＤ１０１の動作が安定した後であっても、このような外乱に対する温度変動を小さくすることが望ましいといえる。
そこで本実施形態１においては、筐体１０４の体積と蓋１０５の体積をできる限り大きくすることにより、筐体１０４の熱容量と蓋１０５の熱容量を大きくする。これにより、筐体１０４と蓋１０５は、外乱に対する温度変動が小さくなるので、ＬＥＤ１０１の動作が安定した以後における温度変動を抑制することができる。
外乱に対する温度変動は、筐体１０４と蓋１０５それぞれの熱伝導率によってある程度抑制することもできる。すなわち、これら部材の熱伝導率が小さければ、外気温が変動したとしても、その変動が装置内部へ伝搬することをある程度抑制できる。
＜実施の形態１：その他の部材＞
恒温液を循環させる水路は、ＬＥＤ光源装置１の温度を調整する温度調整機構としての役割を有する。恒温液の温度は、例えばＬＥＤ光源装置１の外気温度よりも高い温度に設定する。この場合は、温度を下げたければ水量を減らすことによって伝搬する熱量が低下して自然に温度が低下するので、冷却動作が可能な素子などを別途設ける必要がなく、簡便な構成によって温度調整が可能となる利点がある。
恒温液を循環させる水路は、ＬＥＤ光源装置１の温度を調整する温度調整機構としての役割を有する。恒温液の温度は、例えばＬＥＤ光源装置１の外気温度よりも高い温度に設定する。この場合は、温度を下げたければ水量を減らすことによって伝搬する熱量が低下して自然に温度が低下するので、冷却動作が可能な素子などを別途設ける必要がなく、簡便な構成によって温度調整が可能となる利点がある。
温度調整機構は、水路に代えてまたはこれと併用して、加熱と冷却いずれも可能な素子が筐体１０４や蓋１０５を加熱・冷却することによって構成することもできる。例えばサーモスタットを備えたヒータやペルチェ素子などを併用することが考えられる。
温度調整機構として恒温液を用いる場合、その恒温液は、ＬＥＤ光源装置１が光を供給する自動分析装置において備えられている恒温液循環機構と共用してもよい。自動分析装置は、試料の温度を一定に維持するための恒温槽を備えている場合があり、その恒温槽の温度を維持するために恒温液を恒温槽の周囲に循環させる。この場合、その恒温液をＬＥＤ光源装置１に対して供給することにより、ＬＥＤ光源装置１が独自の恒温液供給源を備える必要がないので、有用である。
恒温液を自動分析装置との間で共用する場合、恒温液の流量などの制御は、自動分析装置に委ねてもよい。あるいは例えばＬＥＤ光源装置１の内部に流量調整弁などを配置することにより、ＬＥＤ光源装置１自身が流量制御機能を備えてもよい。制御指示を与えるコントローラなどの装置は、ＬＥＤ光源装置１内部に組み込んでもよいし、ＬＥＤ光源装置１外のデバイスとして構成してもよい。
光路１１３は、ＬＥＤ１０１が出射する光を通過させる開口を有している。この開口によって、ＬＥＤ光源装置１の内部空間と外気との間で空気が出入りすることができる。このような空気の出入りは、ＬＥＤ光源装置１の内部空間の温度を変動させる要因となるので、なるべく抑制することが望ましい。すなわち光路１１３の開口サイズは、光を出射するために必要な最小限に留めることが望ましいと言える。
光路１１３が有する開口の他に、ＬＥＤ光源装置１の内部空間と外気との間で換気可能な孔を設ける場合がある。例えばＬＥＤ１０１に対して給電するための配線を通す孔を蓋１０５の一部に設ける場合がある。この場合であっても、その孔の開口サイズは、光路１１３が有する開口サイズよりも小さくすることが望ましい。すなわち、ＬＥＤ光源装置１の内部空間の換気能力は、光路１１３の開口サイズによるものが最大となるようにすることが望ましい。これにより、内部空間と外気との間の熱交換が最小限に抑制されるので、ＬＥＤ１０１の温度変動を抑制することができる。光路１１３の開口以外に換気可能な孔を設ける場合であっても、その孔を適当な封止材などによって封止できるのであれば、封止することが望ましい。
スペーサ１０３の体積は、その他部材のサイズなどによっても影響されるが、スペーサ１０３のなるべく熱容量を小さくするためには、スペーサ１０３の体積は少なくとも筐体１０４の体積と蓋１０５の体積いずれよりも小さくすることが望ましい。基板１０２の体積についても同様である。
＜実施の形態１：まとめ＞
本実施形態１に係るＬＥＤ光源装置１において、基板１０２の熱伝導率とスペーサ１０３の熱伝導率は、筐体１０４の熱伝導率と蓋１０５の熱伝導率いずれよりも高い。これにより、ＬＥＤ１０１からの発熱が速やかに伝搬するので、特にＬＥＤ１０１に対して電源が投入されたときの光量や波長を、速やかに安定させることができる。
本実施形態１に係るＬＥＤ光源装置１において、基板１０２の熱伝導率とスペーサ１０３の熱伝導率は、筐体１０４の熱伝導率と蓋１０５の熱伝導率いずれよりも高い。これにより、ＬＥＤ１０１からの発熱が速やかに伝搬するので、特にＬＥＤ１０１に対して電源が投入されたときの光量や波長を、速やかに安定させることができる。
本実施形態１に係るＬＥＤ光源装置１において、基板１０２の体積とスペーサ１０３の体積をできる限り小さくする（例えば筐体１０４の体積と蓋１０５の体積いずれよりも小さくする）ことにより、基板１０２の熱容量とスペーサ１０３の熱容量を小さくする。これにより、特にＬＥＤ１０１に対して電源が投入されたときの光量や波長を、速やかに安定させることができる。
本実施形態１に係るＬＥＤ光源装置１において、筐体１０４の体積と蓋１０５の体積をできる限り大きくする（例えば基板１０２の体積とスペーサ１０３の体積いずれよりも小さくする）ことにより、筐体１０４の熱容量と蓋１０５の熱容量を大きくする。これにより、ＬＥＤ１０１の動作が安定した以後における温度変動を抑制することができる。
本実施形態１に係るＬＥＤ光源装置１において、筐体１０４の内部空間と外気との間は光路１１３が有する開口を介して換気可能となっており、同開口の開口サイズは、内部空間を換気可能とするその他の開口サイズよりも小さい。これにより、内部空間の温度変動を最小限に抑制することができる。
＜実施の形態２＞
実施形態１において、ＬＥＤ１０１の動作が安定したか否かを判定するためには、例えばＬＥＤ１０１が出射する光量の直近１０分間における平均に対する分散が２％以内に収まっているか否かなどのような基準を用いることができる。同様の基準は、筐体１０４や蓋１０５などの部材の温度が安定しているか否かを判定するために用いることもできる。ＬＥＤ光源装置１の各部材の材料や体積などを設計する際には、このような基準の下で本発明の目的を達成することができるようにすればよい。
実施形態１において、ＬＥＤ１０１の動作が安定したか否かを判定するためには、例えばＬＥＤ１０１が出射する光量の直近１０分間における平均に対する分散が２％以内に収まっているか否かなどのような基準を用いることができる。同様の基準は、筐体１０４や蓋１０５などの部材の温度が安定しているか否かを判定するために用いることもできる。ＬＥＤ光源装置１の各部材の材料や体積などを設計する際には、このような基準の下で本発明の目的を達成することができるようにすればよい。
実施形態１において、ＬＥＤ１０１を頻繁にＯＮ／ＯＦＦすることなく、比較的長時間にわたってＯＮ状態を維持しておけば、ＬＥＤ１０１に対して電源を投入するときにおける光の波長や光量を速やかに安定化させる課題は緩和される。この場合であっても、実施形態１における、ＬＥＤ１０１起動後の外乱影響を抑制する効果は有用である。他方で例えば自動分析装置などのように、光を頻繁にＯＮ／ＯＦＦする装置においてＬＥＤ光源装置１を用いる場合においては、実施形態１の構成による効果が顕著に発揮される。
実施形態１において、ＬＥＤ１０１からの発熱量が比較的小さい場合は、温度調整機構を省略することもできる。他方で、比較的発熱量が大きい光源を用いる光源装置において既に温度調整機構を備えている筐体１０４や蓋１０５を、本発明のために流用することもできる。この場合は、基板１０２やＬＥＤ１０１など光源そのものを除く部材については大部分を流用できる利点がある。
実施形態１において、各金属部材は、電気絶縁が必要な場合を除き、接触熱抵抗が最小となるような手段によって接続することが望ましい。例えば熱伝導グリースなどを用いることが考えられる。
＜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、上記した実施形態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例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例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。
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、上記した実施形態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例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例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。
以上の実施形態において、スペーサ１０３は、筐体１０４または蓋１０５のうちいずれか一方のみと機械的に接する場合であっても、その接触した部材を介して、以上の実施形態と同様の役割を果たすことができる。
１：ＬＥＤ光源装置
１０１：ＬＥＤ
１０２：基板
１０３：スペーサ
１０４：筐体
１０５：蓋
１１３：光路
１０１：ＬＥＤ
１０２：基板
１０３：スペーサ
１０４：筐体
１０５：蓋
１１３：光路
Claims (10)
- 試料の吸光度を測定するために用いる光を出射するＬＥＤ光源装置であって、
前記光を出射する発光素子、
前記発光素子を実装した基板、
前記基板を支持するスペーサ、
前記発光素子、前記基板、および前記スペーサを収容する筐体、
前記筐体を封止する蓋、
を備え、
前記発光素子はＬＥＤを用いて構成されており、
前記スペーサは、前記筐体または前記蓋のうち少なくともいずれかと接するように配置されており、
前記基板の熱伝導率と前記スペーサの熱伝導率は、前記筐体の熱伝導率と前記蓋の熱伝導率いずれよりも高い
ことを特徴とするＬＥＤ光源装置。 - 前記筐体の熱伝導率と前記蓋の熱伝導率は、いずれも１０Ｗ／（ｍ・ｋ）以上５０Ｗ／（ｍ・ｋ）以下である
ことを特徴とする請求項１記載のＬＥＤ光源装置。 - 前記基板の熱伝導率と前記スペーサの熱伝導率は、いずれもリン青銅の熱伝導率以上である
ことを特徴とする請求項１記載のＬＥＤ光源装置。 - 前記筐体は、前記筐体の内部を外気温よりも高い温度に調整することができる温度調整機構を有する
ことを特徴とする請求項１記載のＬＥＤ光源装置。 - 前記温度調整機構は、
前記筐体の内部において恒温液を循環させる機構、
前記筐体を加熱するヒータ、
のうち少なくともいずれかによって構成されている
ことを特徴とする請求項４記載のＬＥＤ光源装置。 - 前記温度調整機構は、前記筐体の内部において恒温液を循環させる機構によって構成されており、
前記温度調整機構は、前記恒温液の流量が減ることにより、前記筐体の内部の温度が下がるように構成されている
ことを特徴とする請求項４記載のＬＥＤ光源装置。 - 前記温度調整機構は、前記ＬＥＤ光源装置が前記光を供給する自動分析装置が備える恒温槽の温度を維持するために用いる恒温液を用いて、前記筐体の内部の温度を調整する
ことを特徴とする請求項４記載のＬＥＤ光源装置。 - 前記ＬＥＤ光源装置はさらに、前記発光素子が出射した前記光を通過させる光路を備えており、
前記光路は、前記光が通過する開口を有し、
前記筐体の内部空間と前記ＬＥＤ光源装置の外気との間は、前記開口を介して換気可能に構成されている
ことを特徴とする請求項１記載のＬＥＤ光源装置。 - 前記蓋は、前記発光素子に対して給電する配線を通過させる孔を有し、
前記孔の開口サイズは、前記光路の開口サイズよりも小さい
ことを特徴とする請求項８記載のＬＥＤ光源装置。 - 前記スペーサの体積は、前記筐体の体積と前記蓋の体積いずれよりも小さい
ことを特徴とする請求項１記載のＬＥＤ光源装置。
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