JPS59109844A

JPS59109844A - 反射光測定装置

Info

Publication number: JPS59109844A
Application number: JP22227983A
Authority: JP
Inventors: アルバ−ト・ブランステイング
Original assignee: Miles Laboratories Inc
Current assignee: Bayer Corp
Priority date: 1982-11-29
Filing date: 1983-11-28
Publication date: 1984-06-25
Also published as: EP0110262A3; AU1852583A; CA1201299A; EP0110262A2; AU538365B2

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】〔発明の技術分野〕本発明は光反射率計用の光学的読取ヘッドに関し、更に
詳しくは、試験具を照射し、反射光を測定するための光
学的読取ヘッドに関する。

〔発明の技術的背景とその問題点〕

かつては問題にさえならなかった新たな問題を仰ｒ決す
るために、より複雑・粘巧な分析方法及び分析具が要求
される第一線の先端技術として、生化学が注目され始め
てから、それ以来、分析化学技術は非常に大きな進歩を
とげてきた。その上、特に医療業者には、高精度な分析
結果を迅速に得なければならないという切実な要望かあ
り、その要望にこたえろべく分析化学の発展が促されて
きた。また、更に、醸造・化学製品製造業によっても、
分析化学は、その発達に拍車がかけられてきた。

このような増大する技術的要望を満足せしめるべく、溶
液化学技術、自動制御装置や所謂゛′浸漬−読取”型の
試薬帯片等の多くの分析手法、分析試薬組成物及び装置
が開発されてきた。

特に、試薬帯片からなる試験具は、廉価であり、使い易
く、しかも迅速に分析結果が得られるという理由で、多
くの分析用途、特に生物学的流体の化学分析に広く用い
られている。例えば、医学分野において、尿もしくは血
液等の体液試料中に試薬試験具を単に浸漬し、色変化又
は試験具の反射光もしくは吸収光の光偕変化等の検知可
能な信号を観測することによって多くの生理学的機能を
監視することができる。これらの試験具の多くは、仮令
、定量的でないとしても、少なくとも半定量的な検知可
能な信号を・与える。例えば、予め定めた時間の後、そ
の信号を測定することによって、分析者は試験試料中に
特定成分が存在するか否かについて明確な情報を得るこ
とができるばかりか、その成分の存在量を推定すること
もできる。すなわち、医者は、このような試験具によっ
て、疾病もしくは身体の機能不全を正確に、かつ、手軽
に診１１ｒすることができる。

現在使用されているこのような試験具には、例えば、Ｃ
ＬＩＮＩＳＴＩ通、　　ＭＵＬＴＩＳＴＩガ５’、　　
ＤＩＡＳＴＩＸ■。

ＤＥＸＴＲＯ８ＴＩＸ■等の商標の、Ｍｉｌｅｓ　Ｌａ
ｂｏｒａｔｏｒｉｅｓ、　ＩｎｃのＡｒｎｅｓ部門から
入手可能な製品かある。これら試験具は、通７常、特定
の試料成分の存在下で色変化を呈する特定な試薬、即ち
反応性試藝と、該試薬系を担持する支持体マ）　ＩＪラ
ックス例えば、吸収性の紙）とから成る。

特定のマ）　ＩＪラックス相持された反応試薬系に依っ
て、これら試験具はグルコース、ケトン幹部、ビリルビ
ン、ウロビリノーケ゛ン、潜血、亜硝酸塩その他の物質
の存否を検出することができる。試験具を試料と接触せ
しめてから一定時間が経過した時点で観察される特定の
色変化及び色強度は試料中の特定成分の存否及びその成
分濃度を示す。

これらの試験具及びそれらの反応試薬系の幾つかは米国
特許第３，１２３，４４３号（ＣＬＩＮＩＳＴＩＸ■）
；同第３，２１２，８５５号（ＫＥＴＯ８ＴＩＸ■）；
同第３，１８４，６６８号、同第３，１６４，５３４号
及び同第２，９８１，６０６号（ＤＩＡＳＴＩＸ■）、
並びに、同第３，２９８，７８９号、同第３，０９２，
４６５号、同第３，１６４，５３４号及び同第２．９８
１，６０６号（ＤＥＸＴＲＯ３ＴＩＸ■）に開示されて
いる。

化学反応試薬を手で取扱うことを不要とし、しかも読出
しがプログラムとして編組された自動制御装置が開発さ
れるや、測定信頼度の要因となる分析者の主観が実質的
に排除されるようになり、また試験の再現性も改善され
、その結果、これら試験具の用途は大巾に拡大されるよ
うになった。

反射率計としては、光源と、対照光源によって照射され
た着色表面の反射光を測定することによって色値を求め
ろ光電管もしくは感知手段とを使用するものが多く用い
られている。しかしなから、信頼できる読取値を得るた
めには、正反射光の効果を可及的に小さくするように、
光源と感知手段とをうまく配設する必要がある。

正反射光の不都合な効果、例えば、試料の形状及び／又
は光源の色温度に依存するような正反射光の効果を可及
的に除去し、拡散反射率を測定するように設計された機
器にあっては、従来より、米国特許第３，６０４，８１
５号及び第３，９０７，５０３号に記載されている如く
、光を試料面に直角に照射し、試料面の法線に対して４
５度の角度で反射する光を集光する方法がとられてきた
。当然、このような試料面の法線に対して４５度の角度
で光照射し、集光角を試料面の法線方向とする逆の位筒
関係にすることもできる。しかしなから、かかる位置間
　　。

係を得るには、機器要素の配列をやや複雑にせざるを得
す、所望位置に首尾よく光を伝達せしめるのに光学ファ
イバーの使用を必要とすることさえあった。

その他、米国特許第４，２７９，５１４　　号に記載の
如き、法線に対して４５度角に置かれた複数の光源を使
用し、試料の法線方向の反射光を集光する方法も提案さ
れている。

以上の、幾何学的配置関係は、これまで反射光を測定す
る上で最も大切なことであると考えられてきた。例えば
［反射光測定の絶対的方法（Ａｂｓｏｌｕｔｅ　Ｍｅｔ
ｈｏｄｓ　ｆｏｒ　Ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ　（Ｍｅａｓ
ｕｒｅｍｅｎｔｓ）　Ｊと題する国際照明委員会（Ｉｎ
ｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ　Ｃｏｍｍ５ｓｉｏｎｏｎ　Ｉ
ｌｌｕｍｉｎａｔｉｏｎ　）の刊行物、ＣＩＥ　Ｎ１４
４　（ＴＣ−２、３）１９７９を参照されたい。

〔発明の目的〕

特に、本発明は試薬パッド（試料）を照射し、非正反射
光の測定を得るための、小型で、高い信頼性を有し、か
つ、安価な光学ヘッド構成体を提供することを目的とす
る。理想的には反射率計の全外形寸法をポケットもしく
は手さげ袋に入れて運ぶことができるように出来るだけ
小さくすることである。

〔発明の概要〕

本発明によると、光源から１つ以上の光検出器に通る迷
走光を可及的″に少なくする遮光器（ｌｉｇｈｔｔｒａ
ｐ　）か設けられた、試薬パッドを照射し、非正反射光
の測定を得るための光学ヘッドが開示される。

本発明の内容をなす装置は、少なくとも１つの光源と；
少なくとも１つの検出器（例えば光電管と；試料台と；
検出器占試料との間に配設された遮光器を有することを
特徴とする。

本発明の更なる利点及び特徴は、以下の詳細な説明及び
参照される添付図面から当業者に明らかになるであろう
。

図面の第１図は反射率測定用の装置ｌＯを表わす。この
装Ｎ１０は光源１２と；試料台１４と；反射光検出器１
６とを有する。照射軸１３は試料１８面の法線軸１５と
平行になっている。また光検出軸１７は法線軸１５と４
５度の角をなす。従って、試料台１４によって保持され
た試料１８からの光反射率は、光源１２を用いて試料１
８を照射し、検出器１６を用いてその反射光を検出する
ことによって測定される。

一般に、第１図の装置１０は、試験具、即ち試料１８上
に試料窓２０　（例えば、ガラス窓）が設けられた構成
を有する。また、反射率測定装置１０には、関心のある
スペクトル領域を選択するべく、反射光検出器１６の前
方に分光フィルター２２が配設される。更に、光源１２
からの光を試料１８上に集めるためにレンズ２３を用い
ることも出来る０本発明によれば、反射率測定装置１０の検出器１６と試
料１８の間には遮光器２４が配設される。

遮光器２４の形状は詳細な限定を受けるものではないが
、遮光器２４の器壁が直接光源１２によって照射される
ことがないように、光源１２から試料１８に至る光透過
路２６より大きくする。上述の通り、遮光器２４の目的
は迷走光が検出器１６に至るのを防止することにある。

好ましくは、遮光器２４は暗黒色塗料で塗付され、所望
ならば遮光器２４には迷走光の遮光を助けるバッフルを
設けることもできる。

第２図は本発明の反射率測定装置の別の態様を示す模式
図である。こ゛の反射率測定装置３０は光源３２と、試
料台３４と、検出器３６とから成る。

光源３２と検出器３６の両者は同一平面３８上に互に近
接して装着されている。また、試料台３４は光照射軸と
光検出軸３５を含む平面に関して釣２６度の角度で配設
されている。

試料台３４は試料４ｏを試料窓４２と呼応した位置に保
持している。また、遮光器４４は試料窓４２と隘接した
位置に設けられる。光透過路４６は遮光器４４と比較し
て口径が小さなものとする。

このようにして、光源３２からの光は光透過路４６Ｅｔ
び窩４２を通過し、試料４ｏを照射することになる。試
料４０からの反射光は光透過路４６に戻って検出器３６
に至る。１９８２年１１月１日に出願された米国特許出
願第４３８，０１０号に於いて強調した通り、光源３２
と検出器３６を互に近接させて同一平面上に置くと、よ
り安価な構成が望まれる装置全体の価格を低減せしめる
ばかりでなく、装置の小型化を容易ならしめる。

第１図に示した遮光器２４の場合と同様に、第２図中の
遮光器４４を暗黒色塗料で被覆することができ、また迷
走光のドラッグもしくは制止を促進すべく遮光器４４に
パンフルを設けることもできる。第２図において、遮光
器４４は傾斜壁４７−４７を有するように描かれている
。この傾斜壁４７−４７もまた、迷走光を抑制する上で
助けとなる。また、検出器３６に至る迷走光の透過を更
に出来る限り少なくするため、光透過路４６内に絞りも
しくはバッフルを設けてもよい。

用いる光源１２．３２及び検出器１６．３６は特定のも
のに限定されるものではない。好ましい光源の１つとし
ては、アメリカ合衆国、カルフォルニア州、ハルオーア
ルドのヒユーレット・ノやツカード（Ｈｅｗｌｅｔｔ　
−Ｐａｃｋａｒｄ　）社製の発光ダイオード（ＬＥＤ　
）モジュールＨＬＭＰ　−３９５０が挙けられる。

しかしながら、この光源は適切な如何なる白熱光源もし
くは非白熱光源であってもよく、また、所望ならば、集
光のため、第１図及び第２図に示されるイ”−６ｆラル
・レンズ（ｉｎｔｅｇｒａｌ　１ｅｎｓ　）　　２３　
。

４８のようなレンズを有していてもよい。更に、試料へ
の照射光を拡散゛せしめるべく、光源をつや消ししても
よく、また拡散手段と併用することもできる。好適な検
出器としては、アメリカ合衆国、ロード・アイランド州
、クランストンのチェリー・セミコンダクター・コーポ
レーション（ＣｈｅｒｒｙＳｅｒｎｉｃｏｎｄｕｃｔｏ
ｒ　Ｃｏｒｐ、　）社製の積分比側光電流増巾器付の光
ダイオードセンサーかある。

第３図及び第４図の棒グラフは、第１図に示した光学読
取ヘッドで測定された相対的光電流（Ａ）と、遮光器を
有していない同様の光学読取ヘッドで測定された相対的
光電流（Ｂ）とを比較して示す。第３図から明らかな通
り、本発明の光学読取ヘッドを用いると、より多くのス
ループット（遮光器を有しない光学読取ヘッドに比較し
て３０％過犬な光電流）か得られる。

第４図は光学読取ヘッドの試料窓に掻傷がある場合の相
対的光電流を示す。第４図から明らかな辿り、遮光器か
存在する場合には、試料窓上の掻傷はさほど大きな要因
とはならなくなる。

遮光器の効果を比較する方法の一つに、遮光器を有する
ものと有しないものによって反射率を測定し、得られた
反射率の値を暗色パッドの反射率と比較する方法がある
。”暗色“　（即ち、暗黒色）パッドに対して認められ
た反射率の値は５．１８％である。第１図で示された遮
光器２４と同様の遮光器を使用すると、反射率４．７７
％の値か得られた。一方、遮光器のない同様の反射率測
定装置では、反射率の値は６．５５％となった。

光学ヘッドの構成体に用いる材料は限定されず、適切な
如何なる不透明材料（例えば、金属もしくはプラスチッ
クス）を使用してもよい。しかしながら、好ましくは、
光学読取ヘッドはアクリロニトリル−ブタジェン−子チ
レン共重合体、ポリメチルメタクリレート、ポリスチレ
ン、ポリエチレン等の注型黒色プラスチックから成る。

上述の通り、遮光器の形状は種々の態様をとることがで
きるが、遮光器の表面は用いる光源によって直接照射を
受けるものであってはならない。

本発明の装置には、複数の光源２、複数の検出器、光源
と検出器の位置の逆転、照射光波長がそれぞれ異なる（
複数の）光源の使用、照射用光源もしくは検出される反
射光を制限するフィルターの使用等を始めとして、当業
者の為し得る範囲の多くの変形態様が含まれると理解す
べきである。

本発明の精神及び範囲から逸脱しない限り、上述の通り
、本発明には、他の多くの変更態様及び変形態様を含み
得ることは明白である。

〔発明の効果〕

本発明に係る遮光器を用いると、小型で、安価で、しか
も高い信頼性を有する反射率測定装置を構成することが
できる。事実、本発明を利用するならば、現在用いられ
ているＭｉｌｅｓ　ＬａｂｏｒａｔｏｒｉｅｓのＡｍｅ
ｓ部門製グルコメーター”　ＧＬＵＣＯＭＥＴＥＲ”　
　反射率光度計の寸法の約１／３の大きさに、光学読取
ヘッドを構成することが出来ることが見い出されている
。また、寸法が約１／３に減少するばがり”ｃ’ｅ＜、
本’＋明の光学読取ヘッドはグルフメータ反射率光度計
に用いられている光学読取ヘッドに比べて価格を約２０
％節減する。測定信頼度を何ら低下せしめることなく、
実質的に寸法と価格の低減を達成することができるのは
、ひとえに、本発明の新規な解決方法として用いられる
遮光器の存在による。

以上の説明から明らかな通り、本発明は上記目的の全て
を達成するのに適するばかりか、本発明に係る系固有の
性質から自明な他の様々な利点を有している。光源＝４
Ｌ＜は試料から発生する迷走光は、便利で、単純で、比
軸的安価で、現実的で、効果的で、しかも、高い信頼性
を有する方法によって、可及的に減少せしめられる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、光照射軸が試料面法線と平行であり、光検出
軸が試料面法線と４５度の角に配置された本発明の装置
の、−都市「面表示された模式的側１４ｊ図である。第２図は、光照射軸と光検出軸とが同一平面にあり、試
料が該軸と角＜Ｓ）をなしている本発明の装置の別の態
様の、一部断面表示された極式的側面図である。第３図は、第１は１に示した態様と同様な構成の、遮光
器を有する光学読取ヘッドの相対的光電流（Ａ、）と、
遮光器を有しない光学読取ヘッドの相対的光重、流の）
を示す棒グラフである。第４図は、読取ヘッドに掻傷のついた試料窓が存在する
ときの、第１図に示した構成と同様の、遮光器を有する
光学読取ヘッドを用いて得られた相対的光電流（Ａ＞と
、遮光器を有しない光学読取ヘッドの相対的光電流（Ｊ
３）を示す棒グラフである。１０．３０・・・反射率測定装置、１２．３２・・・光
源、１３．３５・・・光照射軸、１４．．３４・・・試
料台、１５・・・試料面法線軸、１６．３６・・・反射
光検出器、１７．３５・・・光検出軸、１８．４０・・
・試料、２０゜４２・・・試料窓、２２・・・分光フィ
ルター、２３．４８・・・レンズ、２４．４４・・・遮
光器、２６．４６・・・光透過路、３８・・・平面、４
７・・・傾斜壁。Ｂ八　　　　　８

Claims

【特許請求の範囲】１、光源と；該光源からの放出光に曝して反射率を測定
すべき表面を有した試料を保持する手段と；試料表面か
らの反射光を検出する手段とから成る反射光測定装置で
あって：試料と反射光検出手段との間に遮光器が配設さ
れていることを特徴とする前記装↑４゜２、遮光器が光
バッフルを有する特許請求の範囲第１項記載の装置。３、遮光器が試料を被覆する試料窓に隣接して設けられ
た特許請求の範囲第１項記載の装置。４　光源が白熱灯である特許請求の範囲第１項記載の装
置。５、　白熱灯かインテグラル・レンズを有する特許請求
の範囲第４項記載の装置。６、　白熱灯が拡散用の半透明表面を有する特許請求の
範囲第４項記載の装置。７　光源が発光タイオードである特許請求の範囲第１項
記載の装置。８、　試料と反射光検出手段との間に分光フィルターが
配設さ壮た特許請求の範囲第１項記載の装置。