(57)【要約】【課題】短時間で光密度変化を安定させ、高精度な分析に適した分析装置を提供する。【解決手段】発光ダイオード２から射出し試料７を透過した光６を受光して、試料７を分析する分析装置１であって、発光ダイオード２は、筐体部３と筐体部３から延出した端子部４とを備えており、端子部４に、塊状の蓄熱部材５が取り付けられており、蓄熱部材５の内部に、端子部４が空気に触れないように埋設されている。このことにより、短時間で光密度変化を安定させることができ、この安定後は、測定光の測定値を、モニタ光の測定値を用いて光量ドリフト量を含んでいない正確な値に補正することが可能になり、短いエージング時間で正確な測定を開始することが可能になる。【選択図】図４
2010085314.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光ダイオードから射出し試料を透過した光を受光して、前記試料を分析する分析装置であって、
前記発光ダイオードは、筐体部と前記筐体部から延出した端子部とを備えており、
前記端子部に、塊状の蓄熱部材が取り付けられており、
前記蓄熱部材の内部に、前記端子部が空気に触れないように埋設されていることを特徴とする分析装置。
【請求項２】
前記試料を透過した光を受光する第１受光部と、前記発光ダイオードから射出した発散光の一部を受光する第２受光部とを備えており、前記第２受光部で算出した光量変化のデータを用いて、第１受光部で算出した光量を補正することができる請求項１に記載の分析装置。
【請求項３】
前記塊状の蓄熱部材は、さらに断熱部材で囲まれている請求項１又は２に記載の装置。
【請求項４】
前記蓄熱部材は、塊状体に貫通孔を形成したものであり、前記貫通孔に前記端子部が挿通している請求項１から３のいずれかに記載の分析装置。
【請求項５】
前記貫通孔の少なくとも１つに、熱伝導性材料を充填している請求項４に記載の分析装置。
【請求項６】
前記蓄熱部材は、複数の塊状体を組み合わせたものである請求項１から５のいずれかに記載の分析装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光ダイオードからの光を照射して試料を分析する分析装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、発光ダイオード（以下、「ＬＥＤ」という。）を光源とした分析装置が知られている。このような分析装置においては、試料に、ＬＥＤの射出光を透過させ、この透過光を受光して試料を分析する。このような分析においては、時間当たりの光密度変化が問題になる場合がある。光密度変化は、ＬＥＤチップの発熱により、ＬＥＤチップがマウントされている金属が線膨張により微小に形状が変形したり、モールド樹脂が変形することにより発生する。
【０００３】
試料を透過させる測定光は、射出光の一部である。このため、前記のように光密度の変化があると、測定光の光量も増減する。すなわち、測定光には、光密度の変化により時間当たりの光量が変化する光量ドリフトが発生することになる。
【０００４】
光量ドリフトがあると、測定値は、光量ドリフトによるドリフト量が加ったものとなる。このため、ドリフト量が大きいと、精度の高い測定値が得られないことになる。
【０００５】
したがって、測定の開始時には、ＬＥＤを温調した雰囲気に馴染ませて、ＬＥＤのチップの温度上昇と雰囲気への放熱のバランスを保つようにエージングをすることが行われている。
【０００６】
また、高出力ＬＥＤにおいては、カソード端子にフィンを接続し、放熱を促進させるものがある。さらに、下記特許文献１−３には、ＬＥＤの放熱効果を高めるための各種構成が提案されている。
【特許文献１】実用新案登録第３１０８４５２号公報
【特許文献２】実用新案登録第３１０８６５１号公報
【特許文献３】特開２００２−３２９８９６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、前記のように、ＬＥＤを温調した雰囲気に馴染ませる方法では、エージング時間が長くなり、使用までの待機時間が長くなるという問題があった。
【０００８】
また、カソード端子にフィンを接続したものは、実験確認したところ、放熱の速度むらや分布むらにより、光量がふらつき、高精度な分析には適さないことが判明している。
【０００９】
また、特許文献１−３に提案されている構成は、ＬＥＤの破損防止のためにＬＥＤの温度を下げることを目的としたものであり、光密度変化を安定させることに着眼し高精度な分析のために用いる構成ではなかった。
【００１０】
本発明は、前記のような従来の問題を解決するものであり、短時間で光密度変化を安定させ、高精度な分析に適した分析装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
前記目的を達成するために、本発明の分析装置は、発光ダイオードから射出し試料を透過した光を受光して、前記試料を分析する分析装置であって、前記発光ダイオードは、筐体部と前記筐体部から延出した端子部とを備えており、前記端子部に、塊状の蓄熱部材が取り付けられており、前記蓄熱部材の内部に、前記端子部が空気に触れないように埋設されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、短時間で光密度変化を安定させ、高精度な分析を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明によれば、短時間で光密度変化を安定させることができ、この安定後はモニタ光から求めた光量変化である光量ドリフト量を、測定光の光量ドリフト量とみなすことができる。このため、測定光の測定値を、モニタ光の測定値を用いて光量ドリフト量を含んでいない正確な値に補正することが可能になる。すなわち、消費電力の大きい強制的な温調を用いることなく、短いエージング時間で正確な測定を開始することが可能になる。
【００１４】
前記本発明の分析装置によれば、前記試料を透過した光を受光する第１受光部と、前記発光ダイオードから射出した発散光の一部を受光する第２受光部とを備えており、前記第２受光部で算出した光量変化のデータを用いて、第１受光部で算出した光量を補正することができることが好ましい。
【００１５】
また、前記塊状の蓄熱部材は、さらに断熱部材で囲まれていることが好ましい。この構成によれば、装置内の空気の対流による放熱速度のばらつきを抑えることができ、光密度変化の安定化に有利になる。
【００１６】
また、前記蓄熱部材は、塊状体に貫通孔を形成したものであり、前記貫通孔に前記端子部が挿通していることが好ましい。この構成によれば、確実に端子部を空気に触れないように埋設することができる。
【００１７】
また、前記貫通孔の少なくとも１つに、熱伝導性材料を充填していることが好ましい。この構成によれば、放熱効果に有利になる。
【００１８】
また、前記蓄熱部材は、複数の塊状体を組み合わせたものであってもよい。
【００１９】
また、前記蓄熱部材は、中空部材の内部に熱伝導性材料を充填したものであってもよい。この構成によっても、確実に端子部を空気に触れないように埋設することができる。
【００２０】
以下、本発明の一実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。図１は、本発明の一実施の形態に係る分析装置の概略図を示している。分析装置１は発光部３０を備えており、発光部３０は、発光ダイオード（以下、「ＬＥＤ」という。）を光源としたものである。光源であるＬＥＤ２からの射出光を、第１受光部１０と第２受光部２０とが受光する。第１受光部１０及び第２受光部２０には、例えばフォトダイオードが用いられる。
【００２１】
ＬＥＤ２は、筐体部３と筐体部３から延出した端子部４とを備えている。端子部４には塊状の蓄熱部材５が取り付けられている。ＬＥＤ２及び蓄熱部材５の詳細については、後に図２を参照して説明する。
【００２２】
第１受光素子１０は、ＬＥＤ２から射出し、試薬７を透過した測定光２を受光する。第２受光素子２０は、ＬＥＤ２からの発散光の一部であるモニタ光８を受光する。
【００２３】
第１受光部１０及び第２受光部２０が受光した光は電気信号に変換され、この電気信号に基づいて試料が分析されることになる。より具体的には、第２受光部２０に基づく光量変化のデータを用いて、第１受光部で算出した光量を補正して正確な分析値を算出する。この分析手法の詳細については、後に実験結果を参照しながら説明する。
【００２４】
図２は、本発明の一実施の形態に係る発光部３０の構成図を示している。ＬＥＤ２の筐体３の内部にＬＥＤチップ１１が埋設されている。端子部４は、アノード端子１２とカソード端子１３とで構成されており、各端子はＬＥＤチップ１１に接続され、筐体３の外部に延出している。アノード端子１２とカソード端子１３との間には、電源１８による電圧が引加され、アノード端子１２に正電圧が印加される。
【００２５】
端子部４には、塊状の蓄熱部材５が取り付けられている。蓄熱部材５の内部には、端子部４を空気に触れないように埋設させている。より具体的には、アノード端子１２は、蓄熱部材５に設けた貫通孔１４を挿通している。貫通孔１４内において、アノード端子７には、絶縁体１５を被せている。絶縁体１５としては、例えばテフロン(登録商標)チューブが挙げられる。
【００２６】
カソード端子１３は、蓄熱部材５に設けた貫通孔１６を挿通している。貫通孔１６内には、熱伝導性材料１７を充填している。
【００２７】
図３は、本発明の一実施の形態に係る発光部３０の別の一例の構成図を示している。図３の構成は図２の構成に比べ、蓄熱部材５の構成が異なっている。図３の塊状の蓄熱部材５は、中空部材２１の内部に熱伝導性材料２２を充填したものである。熱伝導性材料２２の充填部分においては、端子部４を空気に触れないように埋設させている。
【００２８】
図２、図３の構成は、いずれもＬＥＤ２の端子部４に塊状の蓄熱部材５を取り付けている。蓄熱部材５は、単に温度を下げるためのものではなく、蓄熱部材５の熱容量により、ＬＥＤ２の発光時における光密度変化を短時間で安定させるためのものである。
【００２９】
光密度に変化が生じると、ＬＥＤ２の射出光の一部についてみると、時間当たりの光量が変化する光量ドリフトが生じることになる。このため、図１において射出光の一部である測定光６及びモニタ光８のいずれにも、光量ドリフトが生じることになる。
【００３０】
この場合、光密度変化が不安定であれば、測定光６とモニタ光８との光量ドリフトにもばらつきが生じることになる。一方、短時間で光密度変化が安定すれば、図１における光軸方向の測定光６と、光軸から外れたモニタ光８との光量ドリフトは、短時間で同一とみなせる程度になる。このことにより、短いエージング時間で測定を開始することが可能になる。また、エージング時間を短縮させるために、消費電力の大きい強制的な温調を用いる必要もなく、節電効果も得られる。
【００３１】
以下、実験結果を参照しながら、本実施の形態に係る発光部３０の構成及び効果についてより具体的に説明する。実験には、実施例１−２及び比較例１−２を用いた。
【００３２】
実施例１は、図２に示した構成である。蓄熱部材５はアルミ中実棒とし、アルミ中実棒の外径Ｄは１０ｍｍ、長さＬは１８ｍｍとした。貫通孔１４、１６は直径１．６ｍｍとし、貫通孔１４と１６の中心軸間の間隔は３．５ｍｍとした。
【００３３】
貫通孔１４内の絶縁材１５は、テフロン(登録商標)チューブとし、アノード端子１２を挿通させた。貫通孔１６内には、熱伝導性コンパウンド（ＫＳ−６０９：信越化学工業製）を充填した。
【００３４】
実施例２は、図３に示した構成である。中空部材２１は、外径Ｄが８ｍｍ、厚さｔが１ｍｍ、長さＬが１８ｍｍのアルミパイプとした。熱伝導性材料２２は、熱伝導性接着剤（ＫＥ−３４９３：信越化学工業製）とした。
【００３５】
比較例１、２は、図４に示した構成である。図４の構成は、ＬＥＤ２は、図３、４と同様の構成であるが、蓄熱部材５に代えて、厚さの薄いシート材２３でカソード端子１３を挟み込んだ構成とした。
【００３６】
比較例１は、シート材２３を銅箔テープとし、幅８ｍｍ、長さ２０ｍｍ、厚さ０．１ｍｍの銅箔テープ２枚でカソード端子１３を挟み込んだ構成とした。比較例２は、シート材２３をアルミプレートとし、幅２５ｍｍ、長さ２０ｍｍ、厚さ１ｍｍのアルミプレートを２つ折りにして、カソード端子８を挟み込んだ構成とした。また、アルミプレート間には、実施例１に用いた熱伝導性コンパウンドを塗布した。
【００３７】
なお、実施例１においては、熱伝導性コンパウンドはカソード端子１３側のみに充填し、比較例１、２においては、シート材２３をカソード端子１３側のみに取り付けている。これは、カソード端子１３は、ＬＥＤチップ１１がマウントされている金属の皿状部材と一体になっており、カソード端子１３側への熱伝導が大きいためである。
【００３８】
実験に用いた分析装置は、図１の構成とし、第１受光部１０及び第２受光部２０には、フォトダイオード（ＰＤ）を用いた。第１受光部１０に用いたフォトダイオードをＰＤ１、第２受光部２０に用いたフォトダイオードをＰＤ２と呼ぶことにする。測定光６とモニタ光８の光量変化を、同一条件で比較するため、試料７は用いていない。すなわち、ＰＤ１及びＰＤ２の測定対象は共通しており、いずれも空気である。
【００３９】
実施例１、２の測定回数は各２回とし、比較例１、２の測定回数は各１回とした。図５に実施例１の２回目の測定結果を示している。図５は経過時間と、ＰＤ１及びＰＤ２の電圧との関係を示している。
【００４０】
図５（ａ）は、０−１５分（０−９００秒）におけるＰＤ１電圧（Ｖ）及びＰＤ２電圧（Ｖ）を示している。図５（ｂ）は、１５−３０分（９００−１８００秒）におけるＰＤ１電圧（Ｖ）及びＰＤ２電圧（Ｖ）を示している。図５（ａ）、（ｂ）において、線２６はＰＤ１電圧の変化、線２５はＰＤ２電圧の変化を示している。
【００４１】
図５（ａ）を見ると、初期においては線２５と線２６は離れているが、２００秒程度経過すると、２つの線２５、２６は重なり合っており、以後この状態が続いている。約７００秒経過すると、２つの線２５、２６は離れているがその差は小さい。
【００４２】
図５（ａ）の約２００秒以降のように、２つの線２５、２６が重なり合っているか又は近接していれば、時間当たりの電圧（光量）の変化は同じ又はほぼ同じとなる。このため、モニタ光８を受光したＰＤ２から求めた光量ドリフト量と、測定光６を受光したＰＤ１から求めた光量ドリフト量とが同じ又はほぼ同じになる。この場合、ＰＤ２から求めた光量ドリフト量を、測定光６の光量ドリフト量とみなすことができる。
【００４３】
図５（ｂ）においては、２つの線２５、２６が重なり合ってはいないが、２つの線２５、２６はほぼ直線状であり、各線の傾きもほぼ同じである。各線の傾きが同じであれば、時間当たりの電圧（光量）の変化は同じになり、測定光６とモニタ光８の光量ドリフト量は同じになる。
【００４４】
したがって、図５に示したような電圧（光量）の変化であれば、２００秒程度の短時間のエージングを経れば、以後は、ＰＤ２に基づく光量変化のデータを用いて、ＰＤ１で算出した光量を補正して正確な分析値を算出することが可能になる。
【００４５】
具体的には下記のようになる。試料に測定光を透過させたときに、ＰＤ１の測定値に変化があった場合、この変化量は、試料の変化による量とドリフト量とが加算されたものである。したがって、ドリフト量が大きいと、この測定値は精度の高いものとはいえないことになる。
【００４６】
この場合、ＰＤ１の測定値から、光量ドリフトにより変化分を減算することができれば、試料の正確な測定値が得られることになる。前記の通り、図５のような電圧変化であれば、約２００秒以降は、ＰＤ２から求めた光量ドリフト量を、測定光６の光量ドリフト量とみなすことができる。したがって、約２００秒以降は、ＰＤ１の測定値から、ＰＤ２により求めた光量ドリフト量を減算することにより、ＰＤ１の測定値をドリフト量を含んでいない正確な値に補正することが可能になる。
【００４７】
以上、実例例１の２回目の測定結果に基づき説明したが、実例例１の１回目、実例例２の１、２回目においても同様の結果を示した。実例例１、２の図５（ｂ）に相当する測定結果について、下記の通り、比較例１、２と比較してみる。
【００４８】
前記の通り、図５（ｂ）においては、電圧の変化は直線状になっている。この点は比較例１、２についても同様であった。このため、図５（ｂ）の区間を、光量ドリフトの線形変化区間とみなし、ＰＤ１とＰＤ２とのドリフト乖離幅を算出した。この算出のため、各測定における図５（ｂ）の２本の線２５、２６に相当する線を、線形近似式に置き換えた。そして、これらの線形近似式の傾きａ（Ｖ／ｓ）を求めた。この傾きａに基づいて、１分間当たりの電圧の変化であるドリフト量Δ（μＶ／ｍｉｎ）を、下記の式（１）により求めた。
【００４９】
式（１）Δ＝ａ×６０×１０6
式（１）で求めたＰＤ１、ＰＤ２におけるドリフト量Δの差を算出し、ドリフト乖離幅を求めた。ＰＤ１におけるドリフト量ΔをＰＤ１、ＰＤ２におけるドリフト量ΔをＰＤ２とすると、ドリフト乖離幅は下記の式（２）で表される。
【００５０】
式（２）ドリフト乖離幅＝｜ＰＤ１−ＰＤ２｜
以下の表１に実施例１の測定結果に基いた傾きａ、ドリフト量Δ、ドリフト乖離幅の算出結果を示す。
【００５１】
【表１】
2010085314.tif 000003
【００５２】
表１のうち、実施例１の２回目では、ＰＤ１のドリフト量ΔとＰＤ２のドリフト量Δとは同一値であり、ドリフト乖離幅がゼロである。したがって、図５（ｂ）の１５−３０分（９００−１８００秒）の区間においては、モニタ光から得られた線２５の傾きから算出したドリフト量を、測定光のドリフト量とみなすことができる。
【００５３】
実施例１の１回目についても、ドリフト乖離幅はゼロに近い十分小さな値であり、この場合であっても、モニタ光から得られた線２５の傾きから算出したドリフト量を、測定光のドリフト量とみなすことができる。
【００５４】
以下の表２に、実施例２の測定結果に基いた傾きａ、ドリフト量Δ、ドリフト乖離幅の算出結果を示す。
【００５５】
【表２】
2010085314.tif 000004
【００５６】
実施例２におけるドリフト乖離幅は、実施例１と比べると大きくなっている。しかしながら、依然としてモニタ光から算出したドリフト量を、測定光のドリフト量とみなすことができる範囲内に収まっていると考えることができる。これは、電圧値を光量に変換する際には、電圧値が所定の振れ幅の範囲内にあれば同一光量としてカウントするためである。
【００５７】
以下の表３に、比較例１、２の測定結果に基いた傾きａ、ドリフト量Δ、ドリフト乖離幅の算出結果を示す。
【００５８】
【表３】
2010085314.tif 000005
【００５９】
比較例１、２におけるドリフト乖離幅は、実施例２の値よりさらに大きくなっている。実施例１と実施例２との間では、ドリフト乖離幅は２.４倍（７．２／３．０）以上の開きがある。
【００６０】
したがって、比較例１、２では、モニタ光から算出したドリフト量を、測定光のドリフト量とみなしてした場合は、実施例１、２ほどの高い精度の光量は算出できないことになる。
【００６１】
表１−３におけるドリフト乖離幅の比較を容易にするために、ドリフト乖離幅を図６に一覧表示した。図６から分かるように、実施例１、２におけるドリフト乖離幅は、比較例１、２に比べて、大幅に小さな値になっている。
【００６２】
ここで、実施例１、２は、熱伝導率が高く、かつＬＥＤチップ１１に比べ熱容量が大きい蓄熱部材を用いている。具体的には、アルミ中実棒の熱容量は３．４４Ｊ／Ｋであり、熱伝導率は２３７Ｗ／ｍ・Ｋである。実施例２の熱伝導性接着剤（ＫＥ−３４９３：信越化学工業製）は、熱容量の数値は不明であるが、ＬＥＤチップ１１に比べ十分大きな値である。また、熱伝導率は１．６Ｗ／ｍ・Ｋであり、空気（０．０２４１Ｗ／ｍ・Ｋ）に比べると、十分大きな値である。
【００６３】
さらに、実施例１、２では、蓄熱部材の内部に端子部が空気に触れないように埋設されている。
【００６４】
これに対し、比較例１、２の放熱仕様は、熱伝導率の高い材料を用いているが、薄いシート状であり、塊状の蓄熱部材を用いた実施例１、２と比べると、熱容量は小さな値である。
【００６５】
以上のような実施例１、２と比較例３、４との放熱仕様の差異を考えると、実施例１、２のドリフト乖離幅が小さくなっているのは、蓄熱部材の熱伝導率による要因よりも、蓄熱部材の熱容量が大きいことによる要因が大きいといえる。
【００６６】
より具体的には、蓄熱部材の熱容量を大きくし、かつ蓄熱部材内に端子部が空気に触れないように蓄熱部材に埋設しておけば、外気温が端子部に与える影響が小さくなり、放熱の速度むらや分布むらが抑えられると考えられる。このことにより、ＬＥＤの光密度変化が安定し、このドリフト乖離幅も小さくなるものと考えられる。すなわち、実施例１、２の構成は、ＬＥＤを放熱させて温度を下げつつ、光密度変化を安定させる構成であるといえる。
【００６７】
このことから、蓄熱部材は、アルミニウムに限らず、銀、銅、金等を塊状にしたものや、これらの材料で外枠を形成し内部に熱伝導性コンパウンド、熱伝導性接着剤等を充填した構成も考えられる。
【００６８】
また、放熱速度が遅くなっても、前記の通り、放熱の速度むらや分布むらを抑えて光密度変化が安定していれば、正確な分析値を算出することが可能になる。このため、蓄熱部材を断熱材で囲んだ構成としてもよい。この構成によれば、装置内の空気の対流による放熱速度のばらつきを抑えることができ、光密度変化の安定化に有利になる。
【００６９】
また、塊状の蓄熱部材は、複数の塊状体を組み合わせたものでもよい。図７に、蓄熱部材５の別の例に係る斜視図を示している。蓄熱部材５は、塊状体５ａと塊状体５ｂとに分割している。図２に示したようなＬＥＤ２に取り付けるときには、塊状体５ａと塊状体５ｂとの間に、端子部４を挟み込むことになる。
【００７０】
この場合、図２の構成と同様に、アノード端子１２に絶縁体１５を被せ、カソード端子１３の周囲に熱伝導性材料１７を塗布すればよい。また、端子部４を挟み込む部分を溝状にしてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００７１】
以上のように、本発明によれば、短時間で光密度変化を安定させ、高精度な分析を実現することができるので、本発明は、光を照射して試料を分析するための分析装置に有用である。
【図面の簡単な説明】
【００７２】
【図１】本発明の一実施の形態に係る分析装置の概略図。
【図２】本発明の一実施の形態に係る発光部の構成図。
【図３】本発明に係る発光部の別の例の構成図。
【図４】比較例に係る発光部の構成図。
【図５】本発明の実施例１における経過時間と、ＰＤ１及びＰＤ２の電圧との関係を示す図であり、（ａ）図は０−１５分（０−９００秒）における測定結果を示す図、（ｂ）図は１５−３０分（９００−１８００秒）における測定結果を示す図。
【図６】実施例１、２及び比較例１、２のドリフト乖離幅の一覧表示した図。
【図７】本発明に係る蓄熱部材の別の例を示す図。
【符号の説明】
【００７３】
１  分析装置
２  ＬＥＤ
３  筐体
４  端子部
５  蓄熱部材
６  測定光
７  試料
８  モニタ光
１０  第１受光部
１４，１６  貫通孔
１７，２２  熱伝導性材料
２１  中空部材
２０  第２受光部
【図１】
2010085314.tif 000006
【図２】
2010085314.tif 000007
【図３】
2010085314.tif 000008
【図４】
2010085314.tif 000009
【図５】
2010085314.tif 000010
【図６】
2010085314.tif 000011
【図７】
2010085314.tif 000012