(57)【要約】【課題】吸光度計測及び分析の精度及び再現性を向上できる技術を提供する。【解決手段】本分光分析装置は、試料の吸光度を計測するための光学系として、試料を格納する容器である反応セルが配置される透光部２２０と、透光部２２０の容器の試料に対して照明光を照射するための光源を含む照明部２１０と、透光部２２０の容器の試料からの透過光を分光して波長ごとの強度を検出することで試料の吸光度を計測する測光部２３０とを有し、照明部２１０と透光部２２０との間を接続し照明光を導光する第１光ファイバ２４０、透光部２２０と測光部２３０との間を接続し透過光を導光する第２光ファイバ２５０を有し、光源からの照明光の部分偏光特性を第１光ファイバ２４０によって解消して非偏光として試料に照射する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
対象の試料の吸光度を計測する機能を有する分光分析装置であって、
前記試料の吸光度を計測するための光学系は、
前記試料を格納する容器が配置される透光部と、
前記透光部の容器の試料に対して照明光を照射するための光源を含む照明部と、
前記透光部の容器の試料からの透過光を分光して波長ごとの強度を検出することで前記試料の吸光度を計測する測光部と、を有し、
前記照明部と前記透光部との間を接続し前記照明光を導光する第１の光ファイバを有し、
前記光源からの照明光の部分偏光特性を前記第１の光ファイバによって解消して非偏光として前記試料に照射する、分光分析装置。
【請求項２】
請求項１記載の分光分析装置において、
前記試料の吸光度を計測するための光学系は、
前記透光部と前記測光部との間を接続し前記透過光を導光する第２の光ファイバを有する、分光分析装置。
【請求項３】
請求項２記載の分光分析装置において、
前記光学系は、前記透光部において、前記第１の光ファイバの出射端と、前記第２の光ファイバの入射端とが、共役関係で配置されている、分光分析装置。
【請求項４】
請求項３記載の分光分析装置において、
前記光学系は、前記透光部において、前記第１の光ファイバの出射端の中間像位置と、前記第２の光ファイバの入射端の中間像位置とが一致し、前記第１の光ファイバの出射端と前記中間像位置とが共役関係で配置され、前記第２の光ファイバの入射端と前記中間像位置とが共役関係で配置されている、分光分析装置。
【請求項５】
請求項３記載の分光分析装置において、
前記光学系は、前記透光部において、前記第１の光ファイバの出射端の開口寸法に対し、前記第２の光ファイバの入射端の開口寸法が、同等以上である、分光分析装置。
【請求項６】
請求項４記載の分光分析装置において、
前記光学系は、前記透光部において、前記第１の光ファイバの出射端の中間像の大きさに対し、前記第２の光ファイバの入射端の中間像の大きさが、同等以上である、分光分析装置。
【請求項７】
請求項２記載の分光分析装置において、
前記光学系は、前記透光部において、前記第１の光ファイバの出射端と、前記第２の光ファイバの入射端とが、無限共役比の関係で配置されている、分光分析装置。
【請求項８】
請求項７記載の分光分析装置において、
前記光学系は、前記透光部において、前記第１の光ファイバの出射端の開口寸法に対し、前記第２の光ファイバの入射端の開口寸法が、同等以上である、分光分析装置。
【請求項９】
請求項２記載の分光分析装置において、
前記光学系は、前記照明部、第１の光ファイバ、透光部、第２の光ファイバ、及び測光部が、前記第１の光ファイバまたは第２の光ファイバの直線状の配置により、直線状の光路を形成している、分光分析装置。
【請求項１０】
請求項２記載の分光分析装置において、
前記光学系は、前記照明部、第１の光ファイバ、透光部、第２の光ファイバ、及び測光部が、前記第１または第２の光ファイバの少なくとも一方の非直線状の配置により、非直線状の光路を形成する、分光分析装置。
【請求項１１】
請求項１記載の分光分析装置において、
前記照明部の前記光源はハロゲンランプである、分光分析装置。
【請求項１２】
請求項２記載の分光分析装置において、
前記容器として複数の反応セルを保持しその位置決めを行うセルディスクと、前記容器を格納する恒温槽と、を有し、
前記透光部は、前記第１の光ファイバからの出射光を通過させて前記容器へ入射させるための第１のスリット及び第１のレンズと、前記容器からの出射光を通過させて前記第２の光ファイバへ入射させるための第２のレンズ及び第２のスリットと、を有し、
前記測光部は、前記第２の光ファイバからの出射光を分光する回折格子と、前記回折格子からの分光を検出する光検出器と、を有する、分光分析装置。
【請求項１３】
対象の試料の吸光度を計測する機能を有する分光分析装置であって、
前記試料の吸光度を計測するための光学系は、
前記試料を格納する容器が配置される透光部と、
前記透光部の容器の試料に対して照明光を照射するための光源を含む照明部と、
前記透光部の容器の試料からの透過光を分光して波長ごとの強度を検出することで前記試料の吸光度を計測する測光部と、を有し、
前記透光部と前記測光部との間を接続し前記透過光を導光する光ファイバを有し、
前記容器を透過した前記光源からの照明光の部分偏光特性を前記光ファイバによって解消して非偏光として前記測光部に導光する、分光分析装置。
【請求項１４】
請求項１３記載の分光分析装置において、
前記照明部の前記光源はハロゲンランプである、分光分析装置。
【請求項１５】
請求項１３記載の分光分析装置において、
前記光ファイバは、単線の光ファイバである、分光分析装置。
【請求項１６】
請求項１３記載の分光分析装置において、
前記光学系は、前記光源から放出される光の一部を通過させるためのスリットを有し、
前記スリットと前記光ファイバの入射端とが共役関係である、分光分析装置。
【請求項１７】
請求項１６記載の分光分析装置において、
前記光学系は、前記透光部において、前記スリットの出射端と、前記スリットの出射端の中間像位置とが共役関係で配置され、前記スリットの出射端の中間像位置と前記光ファイバの入射端とが共役関係で配置されている、分光分析装置。
【請求項１８】
請求項１６記載の分光分析装置において、
前記光学系は、前記光ファイバの入射端に形成される前記スリットの像の大きさが、前記光ファイバの入射端のコア径よりも小さいことにより、前記スリットを通過し且つ前記容器を透過した光の全光束が前記光ファイバに入射する、分光分析装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、分光分析装置などの技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
分析対象の試料の吸光度ないし分光波長強度を計測する機能を有する分光分析装置は、例えば血液や尿などの試料に含まれる成分量を分析する生化学自動分析装置などに適用される。分光分析装置などに関する先行技術例として、米国特許第４４５１４３３号（特開昭５７−８２７６９号公報）（特許文献１）、特開２００８−７０８７０号公報（特許文献２）、特開平８−２９２９３号公報（特許文献３）が挙げられる。
【０００３】
特許文献１は、自動分析装置として、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光度計に取り込み、回折格子にて分光した光強度を受光素子で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割り出す構成が開示されている。
【０００４】
特許文献１等の自動分析装置は、光源としてハロゲンランプが広く用いられる。ハロゲンランプは、放電式のランプと比較して光量の経時変化が少なく安価であり、また発光スペクトルないし波長帯域として紫外域から近赤外域までが得られる。
【０００５】
特許文献２は、偏光解消素子であるデポラライザにおいて、パターン化半波長板に入射される偏光された光ビームが像面で実質的に無偏光化される旨が記載されている。特許文献２は、回折格子が固有の偏光感応性を有し、これを解消するために、回折格子の前方にデポラライザを挿入し、回折格子に入射する光の偏光特性を解消する、即ち回折格子に対して非偏光を入射することが効果的である旨が記載されている。
【０００６】
特許文献３は、シングルモード光ファイバの偏波モード分散特性評価を例として、光源の偏光特性をデポラライザで解消し、非偏光として被測定光ファイバに入射する例が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】米国特許第４４５１４３３号（特開昭５７−８２７６９号公報）
【特許文献２】特開２００８−７０８７０号公報
【特許文献３】特開平８−２９２９３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
従来の分光分析装置は、吸光度計測光学系を構成する光源や容器などの要素における特性の差異により、試料の吸光度の計測及び分析の結果の精度及び再現性に課題がある。装置性能向上のためには、当該精度及び再現性を向上させる必要がある。また設計仕様が同じ装置間の機差を最小に抑えること、及び設計仕様が異なる装置間でも同一の試料の計測結果が一致することが望ましい。
【０００９】
上記装置の光学系における計測結果を変動させる最大の要因は、光学的要因であり、この光学的要因は、光源の特性の差異や、容器の特性の差異を含む。上記要因となる光源の特性は、光源として用いられるハロゲンランプからの出射光の部分偏光特性を含む。特許文献１等の装置は、光源としてハロゲンランプが用いられる。当該装置の光学系は、計測対象によっては、上記部分偏光特性が計測結果に悪影響を与える場合がある。
【００１０】
また上記要因となる容器の特性は、メーカや機種ごとの容器の個体差、あるいは１つの装置に備える複数の容器の個体差による、容器の透光面での複屈折特性を含む。容器を透過する光は、これらの影響を受けることで、計測結果に悪影響を与える場合がある。
【００１１】
偏光特性に関する対策としては、特許文献２の例のように、偏光解消素子であるデポラライザを用いる構成が考えられるが、この構成でも、光源や容器の特性の影響により、吸光度の変動の解消は難しい。更に、光学結晶素子であるデポラライザは高価であり、当該素子を備える光学系及び装置は、コストが大幅に増加してしまう。
【００１２】
また特許文献１等の従来の自動分析装置は、吸光度計測光学系として、光源から回折格子までを一直線上に配置した共通の構成が採用されている。このような構成に関しては小型化の要求が高い。
【００１３】
本発明の目的は、上記分光分析装置に関し、高価な光学結晶素子を使用する必要無く低コストな装置構成によって吸光度の計測及び分析の精度及び再現性を向上することができる技術を提供することである。本発明の他の目的は、光源や容器の特性の差異による影響を受け難く、当該差異に適応し易く、装置及び機種が異なる場合にも共通して使用可能である汎用的な吸光度計測光学系を実現できる技術を提供することである。本発明の他の目的は、吸光度計測光学系の小型化を実現して装置全体の小型化に寄与できる技術を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記目的を達成するため、本発明のうち代表的な実施の形態は、分光分析装置であって、以下に示す構成を有することを特徴とする。
【００１５】
（１）  一実施の形態の分光分析装置は、対象の試料の吸光度ないし分光波長強度を計測する機能を有し、試料の吸光度を計測するための光学系は、試料を含む物質を格納する容器が配置される透光部と、透光部の容器の試料に対して照明光を照射するための光源を含む照明部と、透光部の容器の試料からの透過光を分光して波長ごとの強度を検出することで試料の吸光度を計測する測光部とを有し、照明部と透光部との間を接続し照明光を導光する第１の光ファイバを有し、光源からの照明光の部分偏光特性を第１の光ファイバによって解消して非偏光として試料に照射する。
【００１６】
（２）  上記（１）の分光分析装置において、光学系は、透光部と測光部との間を接続し透過光を導光する第２の光ファイバを有する。
【００１７】
（３）  上記（２）の分光分析装置において、光学系は、透光部において、第１の光ファイバの出射端と、第２の光ファイバの入射端とが、共役関係で配置される。
【００１８】
（４）  上記（２）の分光分析装置において、光学系は、透光部において、第１の光ファイバの出射端と、第２の光ファイバの入射端とが、無限共役比の関係で配置される。
【００１９】
（５）  一実施の形態の分光分析装置は、対象の試料の吸光度ないし分光波長強度を計測する機能を有し、試料の吸光度を計測するための光学系は、試料を含む物質を格納する容器が配置される透光部と、透光部の容器の試料に対して照明光を照射するための光源を含む照明部と、透光部の容器の試料からの透過光を分光して波長ごとの強度を検出することで試料の吸光度を計測する測光部とを有し、透光部と測光部とを接続し試料からの透過光を導光する光ファイバによって、容器を透過した光源からの照明光の部分偏光特性を解消すると共に、測光部への入射光軸変動を解消する。
【発明の効果】
【００２０】
本発明のうち代表的な実施の形態によれば、分光分析装置に関し、高価な光学結晶素子を使用する必要無く低コストな装置構成によって吸光度の計測及び分析の精度及び再現性を向上することができる。また本発明のうち代表的な実施の形態によれば、光源や容器の特性の差異の影響を受け難く、当該差異に適応し易く、装置及び機種が異なる場合にも共通して使用可能である汎用的な吸光度計測光学系を実現できる。また本発明のうち代表的な実施の形態によれば、吸光度計測光学系の小型化を実現して装置全体の小型化に寄与できる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の実施の形態１の生化学自動分析装置の平面構成を示す図である。
【図２】図１の生化学自動分析装置におけるセルブロックの構造、及び測光光軸を示す図である。
【図３】実施の形態１の生化学自動分析装置の一部である分光分析装置の概略ブロック構成を示す図である。
【図４】実施の形態１の分光分析装置の吸光度計測光学系の透光部の構成を示す図である。
【図５】実施の形態１の分光分析装置の吸光度計測光学系の照明部の構成を示す図である。
【図６】実施の形態１の分光分析装置の吸光度計測光学系の測光部の構成を示す図である。
【図７】本発明の実施の形態２の分光分析装置の吸光度計測光学系の透光部の構成を示す図である。
【図８】本発明の実施の形態３の分光分析装置の吸光度計測光学系の透光部の構成を示す図である。
【図９】実施の形態３での容器の移動に伴う測光光軸の第１の状態を示す図である。
【図１０】実施の形態３での容器の移動に伴う測光光軸の第３の状態を示す図である。
【図１１】図９の測光光軸の第１の状態の部分拡大図である。
【図１２】実施の形態１〜３で使用する単線の測光用光ファイバの入射端面及び出射端面の構造を示す図である。
【図１３】バンドルタイプの光ファイバの入射端面及び出射端面の構造を示す図である。
【図１４】実施の形態１の変形例として、非直線状の吸光度計測光学系及び光路を含む分光分析装置の構成例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明の好適な実施の形態を図面に基づき詳細に説明する。なお実施の形態を説明するための全図において同一部には原則として同一符号を付し繰り返しの説明は省略する。
【００２３】
＜概要等＞
図３及び図４等に示される本実施の形態の分光分析装置は、対象の試料を格納する容器である反応セルに対して照明光を照射してその透過光を分光して波長ごとの強度を検出することで試料の吸光度を計測及び分析する機能を有する。本実施の形態の自動分析装置は、当該分光分析装置を、臨床検査用途に使用される生化学自動分析装置に適用した例を説明する。本構成は、吸光度計測光学系を構成する照明部、透光部、及び測光部において、照明部と透光部の間に第１の光ファイバが配置され、透光部と測光部の間に第２の光ファイバが配置される。光源としてハロゲンランプの照明光の持つ部分偏光特性を、第１の光ファイバによって解消して非偏光とし、透光部の反応セルの試料に対して照射する。そしてその透過光を第２の光ファイバを通じて測光部へ入射し、分光して波長ごとの強度を検出することで試料の吸光度を計測及び分析する。本構成により、光源の偏光特性の差異や、反応セルの透光面の光学特性の差異による影響を排除または低減し、安価な光ファイバ等の部品を用いて、高い精度及び再現性の吸光度計測及び分析が実現される。
【００２４】
＜前提技術＞
本実施の形態の分光分析装置に対する前提技術やその課題について補足する。自動分析装置ないし分光分析装置である装置は、共通の原理を採用した吸光度計測光学系として以下の構成を有する。なお説明上、吸光度の計測に必要な光学系を吸光度計測光学系ともいう。当該装置は、ハロゲンランプによる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、当該試料を透過した光を回折格子で分光し、受光素子ないし光検出器で波長ごとの光強度である分光波長強度を計測して吸光度を算出し、算出した吸光度を用いて成分量を分析する。
【００２５】
また当該装置は、分析精度の向上のため、光源からの光を試料または反応溶液を格納した容器に照明するための光学系、及び上記透過光を回折格子に照射して受光素子まで導くための光学系を有する。なお説明上、前者の光学系を照明部、後者の光学系を測光部とも称する。また、照明部と測光部との間に配置され、試料または反応溶液を格納した容器が配置され、光が透過する部分を透光部とも称する。
【００２６】
上記装置の吸光度計測光学系における試料の吸光度の計測及び分析の結果を変動させる最大の要因は、光学的要因である。この光学的要因は、光源の特性の差異や、容器の特性の差異を含む。上記要因となる光源の特性は、光源として使用するハロゲンランプの型式ないし種類、及び個体差によって、光源から放出される光の偏光特性が異なることを含む。特に、光源であるハロゲンランプからの出射光は、部分偏光特性を有する。光源としてハロゲンランプを用いた吸光度計測光学系は、その計測対象によっては、光源の出射光の部分偏光特性が計測結果に悪影響を与える場合がある。
【００２７】
なお光は、その進行方向と直交する方向に振動する横波の電磁波である。例えばレーザ発振器からの出射光は、振動する横波の位相が時間的にも空間的にも一定の関係に揃っているため、完全偏光である。これに対して自然光は、進行する波の位相がランダムに変化して規則性を持たないため、非偏光である。部分偏光とは、完全偏光と非偏光との中間の状態を指す。
【００２８】
また上記要因となる容器の特性は、容器の個体差により、容器の透光面に複屈折特性が生じること、あるいは、容器の個体差により、すべての容器の形状が厳密には一致していないこと、を含む。メーカや機種ごとに、装置に備える容器に個体差がある。また１つの装置に備える複数の容器においても設計上は同一の形状を目指すものの個体差が生じ得る。光源からの光が入射され容器内の試料を透過して出射される光は、上記容器の特性の差異の影響を受けることで、計測結果に悪影響を与える場合がある。
【００２９】
分光分析装置の性能向上のためには、吸光度の計測及び分析の精度及び再現性を向上させ、光源や容器の特性の差異を含む装置の差異に応じた計測結果の変動に対処できることが必要である。設計仕様が同一である複数の装置において同一の試料を計測した場合の結果の相違である機差を最小に抑えることが望ましい。また設計仕様が異なる複数の装置間においても同一の試料の計測結果が一致することが望ましい。
【００３０】
上記偏光特性及び計測結果の変動に関する対策として、特許文献２の例のように、光学結晶素子による偏光解消素子であるデポラライザを用いる構成が考えられる。当該デポラライザによって部分偏光を非偏光とするためには、入射光軸に対するデポラライザの回転方向ないし光学結晶の方向を精密に位置決めする必要がある。容器を透過した光の偏光状態である、光軸に直交する方向の偏光強度分布は、同一の容器であっても光の透過位置によって異なる。また、同一のハロゲンランプであっても、フィラメントから放射される光の波長によって偏光状態が異なる。
【００３１】
これらから、デポラライザを回折格子の前方に挿入する構成や、ハロゲンランプからの出射光をデポラライザに入射させる構成としても、回折格子に非偏光光を入射させることはできない。従って当該構成では吸光度の変動を完全に解消することはできない。更に、光学結晶素子であるデポラライザは高価であるため、当該素子を備える吸光度計測光学系及び分光分析装置はコストが大幅に増加してしまう。
【００３２】
特許文献１等の自動分析装置における吸光度計測光学系は、上記の照明部、透光部、及び測光部を含め、容器をほぼ中心として光源から回折格子までを一直線上に配置した共通の構成が採用されている。なお説明上、この共通の構成を「直線配置」等と称する。上記照明部は、光源であるハロゲンランプからの光を容器の透光面に向けて集光する光学的手段を含む。上記透光部は、試料が格納された容器を光が透過する部分を含む。上記測光部は、容器の試料を透過した光を回折格子まで導くための光学的手段を含む。
【００３３】
しかし当然ながら、上記装置及びその吸光度計測光学系は、メーカ毎に設計が独自である。同一のメーカの装置であっても、機種に応じて、容器の形状や容積などを含む吸光度計測光学系の設計仕様が異なる場合が多い。メーカや機種が異なる装置の場合、同一の試料であっても、計測結果の吸光度が厳密には一致しない事例も発生している。１つの装置、または設計仕様が同じ複数の装置、または設計仕様が異なる複数の装置において、同一の試料の計測結果が一致し、計測結果の変動が最小であることが望ましい。
【００３４】
また、上記の直線配置の吸光度計測光学系を持つ従来の装置は、当該光学系の小型化の要求が高い。直線配置の方向のサイズが大きいほど、それに対応して装置のサイズが大きくなるので不利である。光学系の小型化により、装置における光学系を含む構成部品のレイアウトが効率化でき、装置全体の小型化及び低コスト化が期待できる。また光学系の小型化は、当該光学系を備える装置の組み立て調整時間の短縮、即ち製造コストの削減や、組み立て誤差の低減、即ち機差の低減などの波及効果も期待できる。
【００３５】
上記光学系の小型化の観点に関する従来例としては、光源としてＬＥＤ（Light Emitting Diode）を用いる構成が挙げられる。しかしながらＬＥＤはハロゲンランプに比べると発光スペクトル幅が狭い。分光分析装置の光源としてＬＥＤを適用する場合、計測及び分析に必要な波長を網羅するためには、発光スペクトルの異なる複数の光源と、各光源に対応する光学系とを並列に配置する必要がある。更に、ＬＥＤは周辺環境温度変化による光量ドリフトが大きい。そのため、装置にＬＥＤの温度調節機能なども新たに付加する必要がある。従って、上記ＬＥＤを適用する構成の場合、光学系の小型化かつ低コスト化は見込めない。先行技術例に開示された範囲では、光学系の小型化の要求に対して、具体的な解決策は示されていない。
【００３６】
上述のように、分光分析装置において、光源となるハロゲンランプの部分偏光特性や、容器の透光面の複屈折特性などを含む光学特性の差異の影響を排除または低減して高い精度及び再現性による吸光度の計測及び分析を実現する必要がある。しかし先行技術例による構成では、光学系に高価な部品を使用することで装置が高コストになる課題がある。また当該構成では、上記光源や容器の光学特性の差異による悪影響を受け易く計測結果の変動が生じるので、汎用的な光学系としては使用できない課題がある。また光学系の直線配置の構成では小型化の要求を満たせない課題がある。
【００３７】
本実施の形態の分光分析装置は、上記偏光特性及び計測結果の変動などを含む課題に対して、偏光解消機能を持つ光ファイバを用いて、特有の吸光度計測光学系を構成する。なお光ファイバには偏光解消機能があること、即ち偏光解消素子として使用できることが知られている。
【００３８】
＜実施の形態１＞
図１〜図６を用いて、本発明の実施の形態１の生化学自動分析装置１００及び分光分析装置２００について説明する。実施の形態１の生化学自動分析装置１００及び分光分析装置２００では、血液などの生体試料の吸光度を高い精度及び再現性で低コストに計測でき、更に装置の小型化に寄与できる吸光度計測光学系を実現する例を示す。
【００３９】
［生化学自動分析装置］
図１は、実施の形態１の生化学自動分析装置１００の平面構成を示している。なお説明上、水平平面をＸ，Ｙ方向とし、垂直方向をＺ方向としている。生化学自動分析装置１００は、大別して、制御装置、セルディスク１０１、試料分注機構、試薬分注機構、撹拌機構、洗浄機構、及び分光分析装置２００を有する。分光分析装置２００は、機能概要としては、光源から反応セルの試料を含む反応溶液に対して照明光を照射してその透過光を分光して波長ごとの強度を検出し、試料での吸光度を測定する。
【００４０】
図１で、生化学自動分析装置１００の動作概要は以下である。血液を遠心分離することで血清が抽出された試料が、試料瓶１１２ａ〜１１２ｃに格納され、作業者によって試料ディスク１１１に搭載される。試料瓶１１２ａ〜１１２ｃには、試料を識別するためのバーコードが付けられており、試料ディスク１１１がθ２で示すように回転することで、図示しないバーコード読み取り位置に移動し、自動的にバーコードが読み取られる。
【００４１】
（セルディスク）  セルディスク１０１において、セルブロック１０を備える。セルブロック１０は、図２に示すように、複数の容器１である反応セルｃ１〜ｃ７を備える。セルディスク１０１がθ１で示すように回転することで、セルブロック１０及びその容器１の位置決めがされる。
【００４２】
図２は、セルブロック１０の構造例を示す。図２（ａ）はセルブロック１０の水平方向の面であるＸ−Ｙ平面をＺ方向上側から見た面を示す。図２（ｂ）は図２（ａ）のＡ−Ａ’断面であるＸ−Ｚ平面を示す。セルブロック１０は、例えば、光学的に透明なポリプロピレン等の樹脂を成型して成る容器である。セルブロック１０のフランジ面には貫通穴８，９が形成されており、セルブロック１０は貫通穴８，９を利用してセルディスク１０１にねじ止め固定されている。
【００４３】
セルブロック１０は、試料ないし反応溶液を格納することができる個別の容器１である複数の反応セルｃ１〜ｃ７を備える。セルブロック１０は、複数の反応セルｃ１〜ｃ７が円弧上に一体成型された構造体である。セルブロック１０において、複数の同一の形状の反応セルｃ１〜ｃ７が、所定の曲率を持つ軌道Ｌ上に円弧状に配列されている。１つの容器１は例えば図示のようにＺ方向に長い直方体の形状であり、Ｚ方向上側が矩形の開口面となっている。セルディスク１０１の外周の軌道Ｌの曲率半径は、円弧状に一定間隔で配列された複数の反応セルｃ１〜ｃ７の曲率半径と一致している。
【００４４】
生化学自動分析装置１００は、セルディスク１０１をθ１のように回転させることで、すべての反応セルｃ１〜ｃ７を軌道Ｌ上で位置決めできる。Ａ−Ａ’線が後述の測光光軸Ｊ０であるとすると、セルディスク１０１の回転角度の制御に応じて、Ａ−Ａ’線の測光光軸Ｊ０上に所望の容器１を位置決めできる。セルディスク１０１のθ１の回転に伴って全ての反応セルｃ１〜ｃ７が軌道Ｌ上を移動し、測光光軸Ｊ０を通過する。
【００４５】
（試料分注機構）  試料分注アーム１１３の先端には分注ノズルが取り付けられており、分注ノズルは試料瓶１１２ａから試料を定量吸引し、セルブロック１０の容器１の内部に吐出する。試料分注アーム１１３は上下回転機構１１４によって駆動され、分注動作が終了した分注ノズルの先端は洗浄ポート１１５で洗浄される。分注ノズルは、試料の吸引、吐出、洗浄を繰り返し、例えば試料瓶１１２ｂ，１１２ｃの内部の試料をセルブロック１０の反応セルｃ２，ｃ３に順次分注する。
【００４６】
（試薬分注機構）  試料が分注された容器１である例えば反応セルｃ１〜ｃ３には、続いて試薬が分注される。試薬ディスク１２１には、試薬瓶１２２ａ〜１２２ｃが搭載されており、試薬ディスク１２１のθ３で示す回転によって試薬、例えば試薬瓶１２２ａ内の試薬が選択され、試薬分注アーム１２３の直下に位置決めされる。試薬分注アーム１２３の先端には分注ノズルが取り付けられており、分注ノズルは、試薬瓶１２２ａから試薬を定量吸引し、セルブロック１０の容器１の内部に試薬を吐出する。試薬分注アーム１２３は上下回転機構１２４によって駆動され、分注動作が終了した分注ノズルの先端は洗浄ポート１２５で洗浄される。分注ノズルは、試薬の吸引、吐出、洗浄を繰り返し、選択した試薬を容器１である例えば反応セルｃ２，ｃ３に順次分注する。
【００４７】
（撹拌機構）  容器１である例えば反応セルｃ１〜ｃ３の内部に分注された試料と試薬は、反応を促進する目的で撹拌される。撹拌アーム１３１の先端には撹拌子が取り付けられており、撹拌子を容器１の内部に挿入して適度に回転させる。撹拌アーム１３１は上下回転機構１３２によって駆動され、撹拌動作が終了した撹拌子は洗浄ポート１３３で洗浄される。複数の容器１である例えば反応セルｃ２，ｃ３に対して同様に撹拌動作が繰り返される。
【００４８】
撹拌動作の終了後、セルブロック１０は一定速度で分光分析装置２００の透光部２２０上を通過する。そして分光分析装置２００により、セルブロック１０の複数の容器１である例えば反応セルｃ１〜ｃ３の内部の対象の反応溶液の吸光度が計測される。吸光度計測の終了後、洗浄アーム１４１の先端に取り付けられた洗浄ノズルにより、容器１の内部から反応溶液が吸引され、容器１の内部が洗浄される。複数の容器１に対して同様に反応溶液の吸引と洗浄が繰り返される。洗浄ノズルは適宜洗浄ポート１４３で洗浄可能である。
【００４９】
以上、生化学自動分析装置１００における全ての装置動作は、図示しない制御装置により自動制御され、分析する試料の数や分析項目に応じて装置動作が最適化される。なお図１に示した生化学自動分析装置１００では、セルディスク１０１にセルブロック１０を１個のみ取り付けて用いた例を示したが、セルディスク１０１には同一形状のセルブロックを複数個取り付けることができる。また、セルディスク１０１の周囲には図示しない後述の環状の恒温水槽が設けられており、容器１の内部に格納された反応溶液の温度を一定に保持する。セルディスク１０１に取り付けられた複数のすべての容器１は、上記恒温水槽にその一部分が浸漬された状態で、図２の軌道Ｌ上を移動し、各容器１は順次にＡ−Ａ’線の測光光軸を通過する。
【００５０】
［分光分析装置］
図３は、実施の形態１の生化学自動分析装置１００の一部である分光分析装置２００の概略ブロック構成を示している。分光分析装置２００は、吸光度計測光学系の構成要素として、照明部２１０、第１光ファイバ２４０、透光部２２０、第２光ファイバ２５０、測光部２３０を有し、照明部２１０と透光部２２０とが第１光ファイバ２４０で接続され、透光部２２０と測光部２３０とが第２光ファイバ２５０で接続されている。第１光ファイバ２４０は照明用光ファイバであり、第２光ファイバ２５０は測光用光ファイバ（検出用光ファイバともいう）である。
【００５１】
Ａは、照明部２１０の出力端及び第１光ファイバ２４０の入力端の位置である。Ｂは、第１光ファイバ２４０の出力端及び透光部２２０の入力端の位置である。Ｃは、透光部２２０の出力端及び第２光ファイバ２５０の入力端の位置である。Ｄは、第２光ファイバ２５０の出力端及び測光部２３０の入力端の位置である。φＡ等は開口径及び寸法を示す。Ａ〜Ｄを経由するＪ０で示す一点鎖線は、吸光度計測における測光の光軸を示す。Ｐは透光部２２０における容器１である反応セルの中間位置である。照明部２１０は、光源として特にハロゲンランプを用いる。測光部２３０は、分光機能を含み、回折格子と光検出器とを含む。
【００５２】
第１光ファイバ２４０及び第２光ファイバ２５０は、導光機能及び偏光解消機能を有する光導波路である。第１光ファイバ２４０及び第２光ファイバ２５０は、偏光解消機能を持つタイプの光ファイバを使用する。Ｌ１，Ｌ２は光ファイバ長を示す。特に第１光ファイバ２４０の偏光解消機能は、照明部２１０の光源であるハロゲンランプの部分偏光特性を解消して非偏光にする。
【００５３】
［吸光度計測光学系］
以下、実施の形態１の分光分析装置２００の吸光度計測光学系の構成要素として、図４は透光部２２０の構成、図５は照明部２１０の構成、図６は測光部２３０の構成を示す。
【００５４】
実施の形態１の吸光度計測光学系の構成では、図４等のように、位置Ｂ−Ｃが共役の関係、位置Ｂ−Ｐが共役の関係、位置Ｐ−Ｃが共役の関係である。第１光ファイバ２４０のコア径、入射端Ａの開口径φＡ及び出射端Ｂの開口径φＢは、例えば０．５ｍｍである。第１光ファイバ２４０の長さＬ１は５０ｍｍ以上が望ましい。第２光ファイバ２５０のコア径、入射端Ｃの開口径φＣ及び出射端Ｄの開口径φＤは、例えば１．０ｍｍであり、第１光ファイバ２４０の２倍である。第２光ファイバ２５０の長さＬ２は５０ｍｍ以上が望ましい。実施の形態１では、位置Ｂ，Ｐ，Ｃの間における距離ａ，ｂ，ｃ，ｄは、ａ＜ｂ，ｃ＞ｄを満たす。
【００５５】
［透光部（１）］
図４は、実施の形態１の吸光度計測光学系における主に透光部２２０の構造をＸ−Ｚ面で示している。図４では、セルブロック１０の容器１の内部に試料と試薬とが混合された反応溶液１１が格納され、透光部２２０の測光光軸Ｊ０上に容器１が位置し、反応溶液１１の吸光度が計測される状態を示している。２２１は、環状の恒温水槽であり、セルブロック１０の複数の容器１を浸す。恒温水槽２２１は、一点鎖線で示す測光光軸Ｊ０の途上に入射窓２２４及び出射窓２２５がいずれも石英材料で設けられている。
【００５６】
図４で、透光部２２０は、第１光ファイバ２４０の位置Ｂの出射端面２４２から、第２光ファイバ２５０の位置Ｃの入射端面２５１までとし、恒温水槽２２１は含めない。透光部２２０は、照明用スリット２２２、照明用結像レンズ２２３、測光用結像レンズ２２６、及び測光用スリット２２７を有する。
【００５７】
［照明部］
図５は、主に照明部２１０の構造を示している。照明部２１０は、光源であるハロゲンランプ２１１、集光用の楕円ミラー２１２を有する。照明部２１０の光源であるハロゲンランプ２１１から出射した白色光は、楕円ミラー２１２で集光されて、照明用光ファイバ２４０の入射端面２４１に入射する。照明用光ファイバ２４０は、コア径が０．５ｍｍ、開口率が０．２２である単線の石英ファイバを用いている。照明用光ファイバ２４０の入射端面２４１の開口寸法（φＡ）及び出射端面２４２の開口寸法（φＢ）は、コア径と同じくφ０．５ｍｍである（φ：直径）。よって、ハロゲンランプ２１１から出射された光の一部のみが、照明用光ファイバ２４０を通じて、図４の透光部２２０へと導光され、出射端面２４２から出射する。
【００５８】
ここで、ハロゲンランプ２１１から放出される光は、前述のように部分偏光特性を有する。この光は、照明用光ファイバ２４０に入射し、当該光ファイバ内で全反射を繰り返すことで、部分偏光特性が解消され、出射端面２４２から、ほぼ完全な非偏光の光を得ることができる。この照明用光ファイバ２４０の偏光解消機能による偏光特性解消効果は、使用するハロゲンランプ２１１の型式に応じた偏光特性に依存することなく、常に同様の効果を得ることができる。しかしながら、照明用光ファイバ２４０の全長である入射端面２４１から出射端面２４２までの長さＬ１は、少なくとも５０ｍｍ以上確保するのが望ましい。
【００５９】
［透光部（２）］
図４に戻り、照明用光ファイバ２４０の出射端面２４２からの出射光は、測光光軸Ｊ０上、照明用スリット２２２、照明用結像レンズ２２３を通じて、恒温水槽２２１の入射窓２２４に入射し、容器１の反応溶液１１の中間位置Ｐを通過する。そして当該光は、恒温水槽２２１の出射窓２２５から出射し、測光用結像レンズ２２６、測光用スリット２２７を通じて、測光用光ファイバ２５０の入射端面２５１に入射する。
【００６０】
照明用結像レンズ２２３は、石英材料から成り、焦点距離は１５ｍｍである。照明用結像レンズ２２３により、照明用光ファイバ２４０の位置Ｂの出射端面２４２は、測光光軸Ｊ０上の容器１の中間位置Ｐと共役の関係となっている。スリット２２２は、φ５ｍｍの照明側スリットであり、照明用結像レンズ２２３の開口を制限し、当該レンズの色収差の発生を抑制すると共に、測光時の迷光発生を防止している。
【００６１】
測光用光ファイバ２５０は、コア径が１ｍｍ、開口率が０．２２である単線の石英ファイバを用いている。測光用光ファイバ２５０の入射端面２５１の開口寸法（φＣ）及び出射端面２５２の開口寸法（φＤ）は、コア径と同じくφ１ｍｍである。測光用光ファイバ２５０の位置Ｃの入射端面２５１は、測光用結像レンズ２２６により、測光光軸Ｊ０上の容器１の中間位置Ｐと共役の関係となっている。
【００６２】
測光用結像レンズ２２６は、石英材料から成り、焦点距離が１５ｍｍである。スリット２２７は、φ５ｍｍの測光側スリットであり、測光用結像レンズ２２６の開口寸法を制限し、当該レンズの色収差の発生を抑制すると共に、測光用光ファイバ２５０への迷光入射を防止している。
【００６３】
Ｘ方向における恒温水槽２２１の測光光軸Ｊ０上の光路長を３０ｍｍとし、恒温水槽２２１の中の水の屈折率を１．３３と仮定する。これに対応して、実施の形態１の吸光度計測光学系は、距離ａを３０ｍｍ、距離ｂを約３４ｍｍとし、距離ｄを３０ｍｍ、距離ｃを約３４ｍｍとする。距離ａは、照明用光ファイバ２４０の出射端面２４２から照明用結像レンズ２２３の主点までの距離である。距離ｂは、照明用結像レンズ２２３の主点から中間像位置（中間位置）Ｐまでの距離であり、照明用結像レンズ２２３の焦点距離に対応する。距離ｃは、測光用結像レンズ２２６の主点から中間像位置Ｐまでの距離であり、測光用結像レンズ２２６の焦点距離に対応する。距離ｄは、測光用光ファイバ２５０の入射端面２５１から測光用結像レンズ２２６の主点までの距離である。
【００６４】
上記設計により、中間像位置Ｐを介在して照明用光ファイバ２４０の位置Ｂの出射端面２４２と測光用光ファイバ２５０の位置Ｃの入射端面２５１とを共役の関係とすることができる。ただし、上記の距離ｂ，ｃは、入射窓２２４、出射窓２２５、及び容器１のそれぞれの屈折率、及び光軸方向の厚さを無視して算出したので、詳細な値は適宜調整される。
【００６５】
繰り返しとなるが、以上のような透光部２２０の構成により、照明用結像レンズ２２３によって照明用光ファイバ２４０の出射端面２４２の開口寸法（φＢ＝φ０．５ｍｍ）が、その１倍であるφ０．５ｍｍの中間像としてＰ点に結像する。同様に、測光用結像レンズ２２６によって測光用光ファイバ２５０の入射端面２５１の開口寸法（φＣ＝φ１ｍｍ）が、その１倍であるφ１ｍｍの中間像としてＰ点に結像する。即ち、Ｐ点に結像する検出側の中間像が、照明側の中間像よりも大きく、２倍になる。これにより、反応溶液１１を透過した白色光は、効率よく測光用光ファイバ２５０の入射端面２５１に取り込まれるという効果がある。なお上記開口寸法の基本的な条件としては、上記２倍に限らず、φＢに対しφＣを同等以上とすればよい。
【００６６】
また上記のような透光部２２０の構成により、測光光軸Ｊ０における照明用光ファイバ２４０の位置Ｂの出射端面２４２から測光用光ファイバ２５０の位置Ｃの入射端面２５１までの長さを、従来の構成よりも大幅に短縮することができる。本実施の形態の吸光度計測光学系及びその測光光軸Ｊ０は、Ｘ方向の直線配置であり、位置Ｂから位置Ｃまでの距離は、ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄから、約１２８ｍｍである。この光学系は、特許文献１等の従来の直線配置の光学系の１／２以下の大きさが実現できる。
【００６７】
なお照明用結像レンズ２２３及び測光用結像レンズ２２６は、吸光度計測に用いる波長帯域である概ね３４０ｎｍ〜８００ｎｍにおいて色合わせが行われたアクロマートレンズやアポクロマートレンズなどの組み合わせレンズを使用することが望ましい。また組み合わせレンズではなく単レンズを使用して、吸光度計測に用いる波長帯域の中心波長である５７０ｎｍ前後で透光部２２０を設計してもよい。
【００６８】
また上記構成に限らず、測光光軸Ｊ０上の距離ａ，ｂ，ｃ，ｄを調整した構成により、照明用結像レンズ２２３及び測光用結像レンズ２２６による結像倍率を可変にしてもよい。照明側の結像に対して測光側の結像を同等以上とする構成としてもよい。例えば、距離ａを４０ｍｍ、距離ｂを２８ｍｍとすることで、照明用結像レンズ２２３によって照明用光ファイバ２４０の出射端面２４２の開口寸法（φＢ＝φ０．５ｍｍ）に対応した像が、その０．７倍であるφ０．３５ｍｍの中間像としてＰ点に結像する。また、距離ｃを４４ｍｍ、距離ｄを２４ｍｍとすることで、測光用結像レンズ２２６によって測光用光ファイバ２５０の入射端面２５１の開口寸法（φＣ＝φ１ｍｍ）に対応した像を、その１．６７倍であるφ１．６７ｍｍの中間像としてＰ点に結像させることができる。上記設計例では、Ｐ点の中間像が、入射ないし照明側の０．７倍に対して、出射ないし測光側の１．６７倍となり、入射側に対して出射側が約２．４倍と大きくなる。これにより透過光を効率よく測光用光ファイバ２５０に取り込むことができる。
【００６９】
更に、上記の照明側と測光側との中間像は、必ずしも、図示するＸ方向の測光光軸Ｊ０上の容器１の反応溶液１１の中央部の位置Ｐ、ないし恒温水槽２２１の光路長（３０ｍｍ）の範囲の中心の位置Ｐ、に設ける必要は無い。即ち当該中間像の位置は、例えば容器１の位置Ｐよりも前または後ろにある透光面の表面の位置としてもよいし、恒温水槽２２１の中の、恒温水槽２２１の表面と容器１の透光面との間の位置としてもよい。
【００７０】
［測光部］
図６は、主に測光部２３０の構造を示している。測光部２３０は、凹面回折格子２３１、光検出器２３２を有する。凹面回折格子２３１は言い換えると分光器、光検出器２３２は言い換えると受光素子である。
【００７１】
前述の測光用光ファイバ２５０に取り込まれた白色光は、測光部２３０へと導光され、出射端面２５２から、凹面回折格子２３１に向けて照射される。測光用光ファイバ２５０の出射端面２５２における開口寸法（φＤ）は前述のようにφ１ｍｍである。この測光用光ファイバ２５０の開口を分光器マスクとして用いる。これにより、１０００本／ｍｍ程度の凹面回折格子２３１を使用すれば、概算で１ｎｍ程度の波長分解能を得ることができる。光検出器２３２では、凹面回折格子２３１で回折した光を空間的に分割して検出することにより、各波長の光強度、即ち吸光度を計測することができる。
【００７２】
なお図示しないが光検出器２３２から更にフォトダイオードアンプやアナログデジタル変換器といった公知の要素に接続されてもよいし、更にＩＣや計算機に接続されて分光分析処理や画面表示処理などが行われてもよい。
【００７３】
上記第２光ファイバである測光用光ファイバ２５０は、第１光ファイバである照明用光ファイバ２４０と同様に、導光機能及び偏光解消機能を有する。凹面回折格子２３１は、入射光が部分偏光である場合、光検出器２３２での検出ないし吸光度計測にばらつき等の影響を与えてしてしまう。本実施の形態の光学系の構成では、第１光ファイバ２４０及び第２光ファイバ２５０を通じて部分偏光などが解消されているので、光検出器２３２での検出ないし吸光度計測の精度及び再現性が高い。
【００７４】
［効果等］
上述の通り、実施の形態１の吸光度計測光学系では、照明部２１０のハロゲンランプ２１１から出射する光の部分偏光特性が照明用光ファイバ２４０で解消されるので、容器１の透光面の複屈折特性を含む光学的特性の影響を排除または低減でき、高い精度及び再現性の計測及び分析が実現できる。また従来の高価で位置合わせ要求精度が高いデポラライザ等の素子を必要とせず、安価な光ファイバを使用した特有の光学系の構成により、低コストで高精度な分光分析装置を提供できる。
【００７５】
また実施の形態１の吸光度計測光学系は、照明部２１０、透光部２２０、及び測光部２３０を含んで構成され、それらの各モジュール間を、曲げることが可能な光ファイバである第１光ファイバ２４０及び第２光ファイバ２５０で結合するように構成している。よって、前述の位置Ｂから位置Ｃまでの距離にあたる透光部２２０の測光光軸Ｊ０の長さを、１００ｍｍ程度、例えば１２８ｍｍまで、小さくすることができる。このように小型化された光学系を持つ分光分析装置２００により、生化学自動分析装置１００への実装が容易化される効果が得られる。
【００７６】
また上記光学系は、第１光ファイバ２４０及び第２光ファイバ２５０を含む各部を直線配置として直線状の光軸ないし光路を構成してもよいし、各光ファイバを曲げる配置として非直線状の光軸ないし光路を構成してもよい。これにより光学系の長さの短縮と共に装置の小型化に寄与できる。
【００７７】
図１４は、実施の形態１の変形例として、非直線状の吸光度計測光学系及び光路を含む分光分析装置２００の構成例を示し、第２光ファイバ２５０を円弧状に曲げた例を示す。
【００７８】
なお実施の形態１の変形例として、測光部２３０側に第２光ファイバ２５０を設けずに従来方式の光学系や他の光学系を適用した構成とすることもできる。
【００７９】
＜実施の形態２＞
次に図７を用いて、本発明の実施の形態２について説明する。実施の形態２は、実施の形態１の構成に対し、図７のように透光部２２０の光学系の構成が異なる。実施の形態２の構成では、図７のように、位置Ｂと位置Ｃが無限共役比の関係である。位置Ｂと位置Ｃとの間の距離ｅ，ｆ，ｇ，ｈにおける距離ｆ，ｇは、それらを足した長さ（ｆ＋ｇ）が恒温水槽２２１の幅ないし光路長よりも大きい条件において任意である。
【００８０】
図７は、実施の形態２の分光分析装置２００の吸光度計測光学系の構成要素である透光部２２０の構造を前述の図４と同様に示している。照明用光ファイバ２４０及び測光用光ファイバ２５０は実施の形態１と同様のものを適用可能である。照明用光ファイバ２４０の位置Ｂの出射端面２４２における開口寸法（φＢ）は、実施の形態１と同じくφ０．５ｍｍである。また測光用光ファイバ２５０の位置Ｃの入射端面２５１の開口寸法（φＣ）は、実施の形態１と同じくφ１ｍｍである。
【００８１】
透光部２２０は、実施の形態１とは異なるレンズである照明用結像レンズ６０１及び測光用結像レンズ６０２を有する。照明用結像レンズ６０１は、石英材料から成り、焦点距離は１５ｍｍである。この焦点距離は、位置Ｂの出射端面２４２と照明用結像レンズ６０１の主点との距離ｅに対応する。スリット２２２は、前述同様にφ５ｍｍの照明側スリットであり、照明用結像レンズ６０１の開口を制限し、当該レンズの色収差の発生を抑制すると共に、測光時の迷光発生を防止している。
【００８２】
測光用結像レンズ６０２は、石英材料から成り、焦点距離は１５ｍｍである。この焦点距離は、位置Ｃの入射端面２５１と測光用結像レンズ６０２の主点との距離ｈに対応する。スリット２２７は、前述同様にφ５ｍｍの検出側スリットであり、測光用結像レンズ６０２の開口寸法を制限し、当該レンズの色収差の発生を抑制すると共に、測光用光ファイバ２５０への迷光入射を防止している。
【００８３】
実施の形態２では、透光部２２０における測光光軸Ｊ０上の照明側の寸法である距離ｅを、照明用結像レンズ６０１の焦点距離である１５ｍｍと一致させ、かつ、検出側の寸法である距離ｈを、測光用結像レンズ６０２の焦点距離である１５ｍｍと一致させた構成である。そして、照明用光ファイバ２４０の位置Ｂの出射端面２４２と、測光用光ファイバ２５０の位置Ｃの出射端面２５１とを、無限共役比の関係で配置した構成である。従って、恒温水槽２２１及び容器１の反応溶液１１の中間点Ｐには、照明側と検出側の中間像は存在しない。
【００８４】
距離ｆは、照明用結像レンズ６０１の主点と容器１の中間位置Ｐとの距離である。距離ｇは、測光用結像レンズ６０２の主点と容器１の中間位置Ｐとの距離である。距離ｆ，ｇは、可変であるが、図７の例では、恒温水槽２２１の光路長を３０ｍｍ以下としたとき、ｆ＝ｇ＝１５ｍｍ程度である。
【００８５】
上記のような透光部２２０の構成により、照明用光ファイバ２４０の位置Ｂの出射端面２４２の開口寸法（φＢ＝φ０．５ｍｍ）が、その１倍であるφ０．５ｍｍの中間像として測光用光ファイバ２５０の位置Ｃの入射端面２５１に結像する。位置Ｃの入射端面２５１の開口寸法（φＣ）が、φＢに対して２倍のφ１ｍｍである。よって実施の形態２は、前述の実施の形態１と同様に、反応溶液１１を透過した白色光を、効率よく測光用光ファイバ２５０に取り込むことができる。
【００８６】
実施の形態２における透光部２２０及び吸光度計測光学系の構成によれば、測光光軸Ｊ０上の距離ｆ及び距離ｇは、いかなる寸法となっても、照明用光ファイバ２４０の位置Ｂの出射端面２４２と測光用光ファイバ２５０の位置Ｃの入射端面２５１との間の共役関係が理論上維持される。よって、容器１の形状や寸法など、及び恒温水槽２２１の光路長などが変化したとしても、透光部２２０の光学系の構成を変更する必要が無い。即ち、容器１の種類や個体差や、光源の型式を含む装置の機種が異なったとしても、共通の図７の光学系を適用でき、装置間の機差を抑制できる効果がある。
【００８７】
以上のように、実施の形態２では、実施の形態１の効果に加えて更に、装置の小型化に寄与できると共に、光学系の共通化により、メーカや機種などによって異なる光源や容器などの差異に適応しやすい。
【００８８】
＜実施の形態３＞
次に図８を用いて、本発明の実施の形態３について説明する。実施の形態３は、実施の形態１並びに実施の形態２に対して異なる構成として、照明用光ファイバ２４０を使用せず測光用光ファイバ２５０を使用する構成とした。即ち実施の形態３は、光源であるハロゲンランプ２１１を、透光部２２０の測光光軸Ｊ０上に配置した構成である。また実施の形態３は、前述の照明用光ファイバ２４０の出射端面２４２に相当する位置Ｂに、矩形開口スリット８００を設けた。更に実施の形態３は、前述の測光用スリット２２７を取り外し、容器１を透過した照明光の全光束が測光用光ファイバ２５０に入射できる設計とした。
【００８９】
［透光部］
図８は、実施の形態３の分光分析装置２００の吸光度計測光学系における主に透光部２２０の構成を示す。実施の形態３の構成では、前述の図５に示した照明部２１０に代えて、図８の照明部２１０として、ハロゲンランプ２１１と矩形開口スリット８００とを有する。Ｘ方向の測光光軸Ｊ０において、ハロゲンランプ２１１の出射光は、矩形開口スリット８００を介して出射され、透光部２２０の照明側スリット２２２に入射される。
【００９０】
位置Ｂの矩形開口スリット８００は、矩形の開口を持つ。矩形開口スリット８００の開口寸法（開口Ｂ）は、Ｙ方向×Ｚ方向において１ｍｍ×１ｍｍである。照明側スリット２２２の開口寸法はφ８ｍｍである。照明用結像レンズ２２３の焦点距離は１５ｍｍである。測光用結像レンズ２２６の焦点距離は１５ｍｍである。
【００９１】
位置Ｂと位置Ｃとの間の距離ｋ，ｎ，ｑ，ｖにおいて、距離ｋは、位置Ｂの矩形開口スリット８００と照明用結像レンズ２２３の主点との距離である。距離ｎは、照明用結像レンズ２２３の主点と容器１の中間位置Ｐとの距離である。距離ｑは、測光用結像レンズ２２６の主点と容器１の中間位置Ｐとの距離である。距離ｖは、位置Ｃの測光用光ファイバ２５０の入射端面２５１と測光用結像レンズ２２６の主点との距離である。
【００９２】
実施の形態３は、上記光学系の距離ｋ，ｎ，ｑ，ｖの設計において、ｋ＝４５ｍｍ、ｎ＝２２．５ｍｍ、ｑ＝３０ｍｍ、ｖ＝３０ｍｍとする。これにより、位置Ｂと位置Ｃが共役の関係となり、位置Ｂと位置Ｐが共役の関係となり、位置Ｐと位置Ｃが共役の関係となっている。
【００９３】
照明用結像レンズ２２３による結像倍率γ１はｎ／ｋであり、ｎ／ｋ＝２２．５ｍｍ／４５ｍｍ＝１／２である。よって、矩形開口スリット８００の開口寸法（開口Ｂ＝１ｍｍ×１ｍｍ）に対応した像は０．５倍に縮小され、位置Ｐには０．５ｍｍ×０．５ｍｍのスリット像が中間像として形成される。測光用結像レンズ２２６による結像倍率γ２はｑ／ｖであり、ｑ／ｖ＝３０ｍｍ／３０ｍｍ＝１である。よって、位置Ｐのスリット像は、その等倍で、測光用光ファイバ２５０の位置Ｃの入射端面２５１に結像する。ただし上記距離ｎ，ｑは、入射窓２２４、出射窓２２５、恒温水槽２２１、容器１及び反応溶液１１のそれぞれの屈折率及び光軸方向の厚さを無視して算出したので、詳細な値は適宜調整される。
【００９４】
ここで、照明用結像レンズ２２３の角倍率αから、容器１に入射する照明光の入射ＮＡ（ＮＡ：Numerical Aperture；開口数）を算出する。なお図８の照明用結像レンズ２２３に関し、ｕ１は、照明側スリット２２２の開口寸法と距離ｋとから決まる入射側の角度であり、ｕ２は、照明側スリット２２２の開口寸法と距離ｎとから決まる出射側の角度である。また測光用結像レンズ２２６に関し、ｕ２は、照明用結像レンズ２２３側の出射側の角度ｕ２と同じく、距離ｑから決まる入射側の角度であり、ｕ３は、距離ｖから決まる出射側の角度である。
【００９５】
照明用結像レンズ２２３の角倍率αは、α＝ｔａｎ（ｕ２）／ｔａｎ（ｕ１）である。また開口寸法がφ８ｍｍの照明側スリット２２２が照明用結像レンズ２２３と近接している場合、照明用結像レンズ２２３の入射光及び出射光のＹ方向及びＺ方向の直径を８ｍｍとし、ｔａｎ（ｕ１）≒（８／２）／ｋ＝４／ｋ＝４／４５、ｔａｎ（ｕ２）≒（８／２）／ｎ＝４／ｎ＝４／２２．５である。従って、ｕ１＝ａｒｃｔａｎ（４／ｋ）＝５．０８ｄｅｇ（度）となる。また、ｕ２＝ａｒｃｔａｎ（４／ｎ）＝１０．０８ｄｅｇとなる。一般に角倍率αは結像倍率の逆数となる。即ち、照明用結像レンズ２２３に関して、α＝１／γ１＝１／（１／２）＝２である。ｔａｎ（ｕ２）＝α×ｔａｎ（ｕ１）＝２×ｔａｎ（５．０８ｄｅｇ）である。従って、ｕ２＝１０．０８ｄｅｇである。
【００９６】
容器１に入射する照明光の入射ＮＡは、ＮＡ＝ｓｉｎ（ｕ２）で求めることができる。即ち、ＮＡ＝ｓｉｎ（１０．０８ｄｅｇ）≒０．１７５となる。容器１を透過した照明光は、この入射ＮＡである約０．１７５を維持して測光用結像レンズ２２６に入射する。測光用結像レンズ２２６の結像倍率は１倍であるため、測光用結像レンズ２２６に関して、ｕ２＝ｕ３＝１０．０８ｄｅｇとなる。結果的に、測光用光ファイバ２５０への入射光の入射ＮＡは、ＮＡ＝ｓｉｎ（ｕ３）≒０．１７５となる。
【００９７】
前述の通り、位置Ｐには０．５ｍｍ×０．５ｍｍの中間像が形成される。この中間像が測光用結像レンズ２２６によって測光用光ファイバ２５０の入射端面２５１に等倍で結像される。また容器１を透過した照明光が測光用光ファイバ２５０に入射する際の入射ＮＡが上記の通り約０．１７５である。これに対して、測光用光ファイバ２５０のコア径はφ１ｍｍであり、開口数であるＮＡは０．２２である。入射ＮＡ（０．１７５）よりも入射端面２５１のＮＡ（０．２２）の方が大きい。
【００９８】
実施の形態３の吸光度計測光学系は、光学的条件として、位置Ｃの測光用光ファイバ２５０の入射端面２５１に形成される像の大きさが、測光用光ファイバ２５０のコア径よりも小さく、且つ、位置Ｃの入射端面２５１に入射する光束の入射ＮＡ（０．１７５）が測光用光ファイバ２５０の入射端面２５１のＮＡ（０．２２）よりも小さい。よって、当該吸光度計測光学系は、照明側スリット２２２を抜けて容器１を透過した照明光の全光束を、測光用光ファイバ２５０に入射させることができる。上記のような光学的条件を満たす光学系であれば、各距離や各角度が異なる光学系としても同様に、容器１からの透過光の全光束を測光用光ファイバ２５０に入射させることができる。
【００９９】
測光用光ファイバ２５０に取り込まれた白色光は、前述の図６に示した測光部２３０へと導光され、測光部２３０で同様に分光の測定及び分析が行われる。測光部２３０への入射光の漏れが無いので、測定の精度が高い。
【０１００】
実施の形態３において、照明部２１０のハロゲンランプ２１１から放出される光は部分偏光特性を有する。また、透光部２２０の透光面となる容器１の素材は、複屈折特性を有する。これに対し、図８の実施の形態３における測光用光ファイバ２５０を含む吸光度計測光学系は、下記のように、ハロゲンランプ２１１からの照明光が容器１を透過した後にその部分偏光特性などが解消される構成となっている。
【０１０１】
固有の部分偏光特性ないし偏光強度分布を持つ照明光が容器１を透過すると、容器１の素材の複屈折特性に応じて、当該透過光の偏光強度分布が変化する。但し容器１の透光の部分となる透光面の肉厚が一定であれば、透過光量は変化しない。
【０１０２】
上記透過光は、測光用光ファイバ２５０に入射し、当該測光用光ファイバ２５０内で全反射を繰り返すことで、部分偏光特性が解消され、測光用光ファイバ２５０の出射端面２５２からは、ほぼ完全な非偏光の光を得ることができる。この測光用光ファイバ２５０の偏光解消機能による偏光特性解消効果は、光源として使用するハロゲンランプ２１１の型式に応じた偏光特性などに依存することなく、常に同様の効果を得ることができる。しかしながら、測光用光ファイバ２５０の全長である入射端面２５１から出射端面２５２までの長さＬ２は、少なくとも５０ｍｍ以上確保するのが望ましい。
【０１０３】
測光部２３０の凹面回折格子２３１は、入射光が部分偏光である場合、光検出器２３２での検出及び吸光度計測にばらつき等の影響を与えてしまう。実施の形態３の光学系の構成では、測光用光ファイバ２５０を通じて部分偏光が解消されているので、光検出器２３２での検出及び吸光度計測の精度及び再現性が高い。
【０１０４】
［容器の特性］
図９〜図１１及び前述の図２を用いて、実施の形態３における容器１の光学的な特性の差異の影響について説明する。特に容器１の透光面の複屈折特性について説明する。図２、図９及び図１０は、前述のセルディスク１０１のθ１で示す回転に伴って移動するセルブロック１０及びそれに備える複数の容器１と、セルブロック１０及び容器１の回転移動に伴って変化する測光光軸Ｊ０の様子などを示す。図９の第１の状態、図２の第２の状態、図１０の第３の状態の順に遷移する例を示す。なおセルブロック１０の反応セルｃ４を例に説明するが、他の反応セルｃ１〜ｃ３，ｃ５〜ｃ７についても同様である。
【０１０５】
まず前述の図２の測光光軸Ｊ０の状態は、基準となる第２の状態であり、Ｘ方向の直線の測光光軸Ｊ０に対して、軌道Ｌ上、θ１の方向に移動して通過する容器１、例えば反応セルｃ４の透光面が、垂直なＹ−Ｚ面になる状態を示す。即ち、反応セルｃ４の透光面に対して測光光軸Ｊ０が直交した状態である。Ｘ方向の測光光軸Ｊ０上、照明部２１０からの光は、反応セルｃ４の前後の透光面及び試料を透過し、測光部２３０へ入射される。
【０１０６】
図２の通り、容器１である反応セルｃ４の透光面に対して測光光軸Ｊ０が直交する条件及び状態であれば、反応セルｃ４を透過した後の光軸及び光束の主光線は、通過する前の光軸と同一のまま変化しない。即ち、第２の状態では、測光光軸Ｊ０にはズレが無い。
【０１０７】
図９は、第１の状態として、反応セルｃ４が図２の第２の状態に至る直前の状態であり、反応セルｃ４の測光を開始した直後の状態である。第１の状態からθ１の方向の回転が所定角度分進むことで第２の状態になる。この第１の状態では、Ｘ方向の測光光軸Ｊ０に対して、反応セルｃ４が通過し始める状態であり、反応セルｃ４の入射側及び出射側の透光面は垂直ではなく、図示するＹ方向右側に少し傾いた状態である。
【０１０８】
図１０は、第３の状態として、反応セルｃ４が図２の第２の状態を超えた直後の状態であり、反応セルｃ４の測光を終了する直前の状態である。第２の状態からθ１の方向の回転が所定角度分進むことで第３の状態になる。この第３の状態では、Ｘ方向の測光光軸Ｊ０に対して、反応セルｃ４が通過し終える状態であり、反応セルｃ４の入射側及び出射側の透光面は垂直ではなく、図示するＹ方向左側に少し傾いた状態である。
【０１０９】
図１１は、図９の第１の状態の反応セルｃ４の付近の拡大を示す。図１１で、容器１である反応セルｃ４は、水平方向の断面が長方形であり、垂直方向の四面の肉厚ｗ１は一定であり例えば１ｍｍとする。ｓｆ１及びｓｆ２は、測光光軸Ｊ０に対して交わる透光面ないしその厚さの中心線を示す。透光面は平行平面形状となっている。入射側の透光面ｓｆ１と出射側の透光面ｓｆ２とは平行である。透光面ｓｆ１の単位での入射側の面と出射側の面とが平行であり、透光面ｓｆ２の単位での入射側の面と出射側の面とが平行である。
【０１１０】
図９、図１０、図１１に示すように、反応セルｃ４の透光面と測光光軸Ｊ０とが直交しない状態においては、透光面での屈折を含む作用により、反応セルｃ４を透過した後の光軸は、通過前の光軸に対して、Ｙ方向での平行移動、及び、反応セルｃ４の測光位置に応じた角度の変化による位置Ｃの測光用光ファイバ２５０の入射端面２５１での入射位置の変化、等の振舞いが生じる。
【０１１１】
上記測光光軸Ｊ０のＹ方向での平行移動の例は、図９及び図１１の−Δｙ１や、図１０の＋Δｙ３で示す。図１１では、反応セルｃ４の透光面ｓｆ１の入射前の光軸をＪ０としたとき、反応セルｃ４内の透光面ｓｆ１の入射後かつ透光面ｓｆ２の入射前の光軸をＪ１で示し、反応セルｃ４の透光面ｓｆ２の出射後の光軸をＪ２で示す。Ｊ０とＪ２との差がΔｙ１である。
【０１１２】
上記角度の変化による位置Ｃでの入射位置の変化の例は、図９及び図１１の角度変化である−φ１、及び位置ＣでのＹ方向の変化量である−Δｙ２、並びに図１０の角度変化である＋φ３、及び位置ＣでのＹ方向の変化量である＋Δｙ４で示す。ここでのφは光軸の角度の変化を示す。
【０１１３】
反応セルｃ４の透光面の肉厚は１ｍｍ程度と薄い。また透光面の付近の光軸上には反応溶液１１や恒温水槽２２１の水が存在している。そのため、反応セルｃ４の透光面が完全な平行平面である場合、上記測光光軸Ｊ０の平行移動の量である−Δｙ１や＋Δｙ３は、約１μｍ程度と小さい。
【０１１４】
しかしながら、容器１は、成型法などによって加工された場合、一般的にごく僅かではあるが寸法誤差が生じている。このため、上記光軸の平行移動の量（−Δｙ１，＋Δｙ３）や、光軸の角度変化の量（−φ１，＋φ３）は、容器１の透光面の形状に依存し、セルブロック１０及び容器１の移動に伴って不規則に変化する。
【０１１５】
セルブロック１０の複数の容器１におけるそれぞれの反応セルｃ１〜ｃ７を透過した場合の光軸の変化ないし振舞いは、上記角度変化について、φ１，φ３共に、最大で１ｍｒａｄ程度となることが分かった。なお１ｍｒａｄ＝（１／１０００）ｒａｄ＝１８０ｄｅｇ／πである。
【０１１６】
実施の形態３におけるセルブロック１０及び容器１の軌道Ｌの曲率半径は２００ｍｍである。容器１を透過した光軸の変化量は、軌道Ｌの曲率半径と反比例の関係となる。容器１の透過光の光軸の変化を抑制するには、軌道Ｌの曲率半径を大きくし、セルディスク１０１に対するセルブロック１０の取り付け寸法精度を上げて、全反応セルｃ１〜ｃ７がその軌道Ｌ上を誤差少なく移動するようにすればよい。
【０１１７】
上述のように、容器１の透光面の形状などの影響を受けることにより、その透過光の光軸が変化する。実施の形態３の吸光度計測光学系は、前述の光学的条件を満たす設計により、上記容器１の透過光の光軸の変化を吸収し、透過光の全光束を測光用光ファイバ２５０に入射させることができる。
【０１１８】
［測光用光ファイバ］
図１２は、実施の形態３の測光用光ファイバ２５０の位置Ｃの入射端面２５１のＹ−Ｚ平面を示す。測光用光ファイバ２５０は、単線の光ファイバを用いている。測光用光ファイバ２５０において、コア２５３、クラッド２５４、及び保護被膜２５５を有する。コア２５３の径はφ１ｍｍである。測光用光ファイバ２５０の位置Ｃの入射端面２５１において、前述の矩形開口スリット８００の１ｍｍ×１ｍｍの開口寸法によるスリット像である像８１０ａは、０．５ｍｍ×０．５ｍｍの寸法の像８１０ｂに縮小されて結像し、φ１ｍｍのコア２５３に入射する。
【０１１９】
前述の図８の光学系において、容器１を透過した側の距離ｑ及び距離ｖは、共に３０ｍｍである。よって、容器１を透過した光の光軸が、例えばＸ−Ｙ平面内で−１ｍｒａｄの角度で傾いた場合（１ｍｒａｄ≒０．０６ｄｅｇ）、即ち図９でφ１＝１ｍｒａｄである場合、位置Ｃでの入射位置の変化量であるΔｙ２は、０．０６ｍｍとなる。
【０１２０】
これにより、図１２のように、測光用光ファイバ２５０の位置Ｃの入射端面２５１及び円形のコア２５３において、スリットに基づく０．５ｍｍ×０．５ｍｍの寸法の像８１０ｂは、像８１１に示すように、−Δｙ２分移動する。
【０１２１】
実施の形態３の測光用光ファイバ２５０のコア２５３の直径は、上記光軸及び結像の変動を想定して、上記移動後の像８１０ｂよりも十分大きくなるように設計される。換言すると、上記移動後の像８１０ｂがコア２５３のＹ−Ｚ面の円形領域に内包されるように設計される。この条件を満たすコア２５３の直径として１ｍｍとしている。
【０１２２】
また前述の光学的条件のように、位置Ｃの入射端面２５１に入射する光束の入射ＮＡである０．１７５が、測光用光ファイバ２５０の入射端面２５１の開口率である０．２２よりも小さい。この測光用光ファイバ２５０の開口率であるＮＡについても、図９及び図１０のような光軸の角度の傾き（φ１，φ３）の発生を想定し、入射ＮＡに対して充分大きくなるように設計される。
【０１２３】
実施の形態３では、上記角度の傾き（φ１，φ３）は共に１ｍｒａｄを想定している。この角度の傾きである１ｍｒａｄが、前述の測光用結像レンズ２２６側の角度ｕ３＝ｕ２＝１０．０８ｄｅｇに加算される。容器１を透過した照明光が測光用光ファイバ２５０に入射する際の入射ＮＡは、ＮＡ≒０．１７５＋０．００１＝０．１７６で、約０．１７６となる。この入射ＮＡである約０．１７６は、測光用光ファイバ２５０の開口率であるＮＡ＝０．２２よりも充分に小さい。よって、実施の形態３は、容器１を透過した照明光の光軸が変動したとしても、常に、その透過光の全光束を測光用光ファイバ２５０に入射させて取り込むことができる。
【０１２４】
また測光部２３０の凹面回折格子２３１は、入射光軸が変動すると、光検出器２３２での検出及び吸光度計測にばらつき等の影響を与えてしまうが、実施の形態３の光学系の構成では、測光用光ファイバ２５０を通じて上記入射光軸の変動による光量の変動が解消される。従って、実施の形態３は、光検出器２３２での検出及び吸光度計測の精度が高い。
【０１２５】
なお以上では、容器１を透過した照明光の光軸の変動については、Ｘ−Ｙ平面内のみの現象について言及した。この透過光の光軸の変化は、Ｘ−Ｚ平面内においても同様に起こり得るが、上述したＸ−Ｙ平面内の現象と同様に考えることができる。
【０１２６】
図１３には、補足及び比較例として、一般的な、結束形ないしバンドルタイプと呼ばれる光ファイバ９００の入射端面の構造を示した。この光ファイバ９００は、例えば直径が０．０５ｍｍ程度の複数の素線の光ファイバ９０１を結束し、接着剤で固定して大きな受光面を形成した構造である。そのため、この光ファイバ９００の入射面の領域においては、各素線である光ファイバ９０１間に、接着剤の部分に対応した、光を透過しない部分が存在する。図１２に示した像８１０ｂに対応する透過光が、仮に図１３の光ファイバ９００の入射面に入射した場合には、入射光束のすべてを光ファイバ９００に入射させることはできず、上記の非透過部分による光量ロスが生じる。
【０１２７】
更には、前述の容器１の移動に伴って図１２のように像８１０ｂの位置が変化した場合、光ファイバ９００の出射端から出射する光量は変動してしまう。これは、像８１０ｂの空間光量分布が一様でない場合、特に顕著な光量変化につながる。これにより、光検出器２３２での検出及び吸光度計測の精度が低下してしまう。
【０１２８】
従って、上記の考慮を含め、実施の形態３の測光用光ファイバ２５０は、結束形の光ファイバではなく、図１２のようにコア２５３が単一である、単線の光ファイバを用いることが望ましい。
【０１２９】
以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることは言うまでもない。
【符号の説明】
【０１３０】
１…容器、ｃ１〜ｃ７…反応セル、１０…セルブロック、１１…反応溶液、１００…生化学自動分析装置、１０１…セルディスク、２００…分光分析装置、２１０…照明部、２１１…ハロゲンランプ、２１２…楕円ミラー、２２０…透光部、２２１…恒温水槽、２２２…照明用スリット、２２７…測光用スリット、２２３…照明用結像レンズ、２２４…入射窓、２２５…出射窓、２２６…測光用結像レンズ、２３０…測光部、２３１…凹面回折格子、２３２…光検出器、２４０…第１光ファイバ（照明用光ファイバ）、２４１…入射端面、２４２…出射端面、２５０…第２光ファイバ（測光用光ファイバ）、２５１…入射端面、２５２…出射端面、８００…矩形開口スリット、８１０ａ，８１０ｂ…像。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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