(57)【要約】【課題】試薬３などの液剤を処理チップ１１上の担持部１に塗布し、その液剤の液量をリアルタイムで計測する場合において、単純かつ高精度に測定可能な液量測定装置および画像処理方法を提供する。【解決手段】本試薬の液量測定システムは、試薬３の液量を測定するための光学センサ５と、光学センサ５と試薬３との光路上に設置されるビームスプリッタ７と、ビームスプリッタ７を介して光学センサ５の撮像方向と同一方向かつ同軸上に照射する光源９と、試薬３を担持し、光学センサ５で受光される試薬３からの反射光の反射領域内に、担持面２１からの反射光を反射させる担持部１を有する処理チップ１１とを備えている。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
試薬の液量を測定するための光学センサと、
前記光学センサと前記試薬との光路上に設置されるビームスプリッタと、
前記ビームスプリッタを介して前記光学センサの撮像方向と同一方向かつ同軸上に照射する光源と、
前記試薬を担持し、前記光学センサで受光される前記試薬からの反射光の反射領域内に、担持面からの反射光を反射させる担持部を有する処理チップと、を備えた
ことを特徴とする試薬の液量測定システム。
【請求項２】
前記担持部は凹部形状である、
ことを特徴とする請求項１に記載の試薬の液量測定システム。
【請求項３】
前記凹部形状は略湾曲面である、
ことを特徴とする請求項２に記載の試薬の液量測定システム。
【請求項４】
前記ビームスプリッタまでの前記光源からの照射方向は前記光学センサの撮像方向に対して略垂直である、
ことを特徴とする請求項３に記載の試薬の液量測定システム。
【請求項５】
前記光源は前記光学センサの光軸に対し略平行光である、
ことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の試薬の液量測定システム。
【請求項６】
前記光源によって、前記担持部に担持されている前記試薬を単方向のみから照射する
ことを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の試薬の液量測定システム。
【請求項７】
前記光源は約５００［ｎｍ］以上の波長域である、
ことを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の試薬の液量測定システム。
【請求項８】
前記試薬の反射領域を検出し、事前に求めた反射領域の面積と塗布量の関係から前記試薬の液量を測定する計測部
を備えたことを特徴とする請求項７に記載の試薬の液量測定システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、血液と反応させる試薬を処理チップ上の担持部に塗布する場合において、その塗布された試薬の液量を測定するシステムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
液量を計測する技術として特許文献１に記載されたものが知られている。特許文献１では光学センサの周囲にLEDをリング状に設置し、対象となる液剤を照射する。LEDから照射された光は液剤表面上において反射し、光学センサで撮像される。このとき、撮像される反射像はリング形状である。そして反射像を円近似して円の直径を算出することで液剤体積の計測を実現する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−３３３０２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところが処理チップへ試薬を塗布する際、常に正確な量を処理チップ上の担持部へ塗布することが求められる。適切な量の試薬が塗布されない場合、血液中の成分だけでなく他の担持部に正常に塗布された試薬との反応特性にも影響を及ぼすおそれがあるので、ディスペンサから吐出される試薬の液量を高精度に計測する必要がある。
【０００５】
そのため、本発明では試薬を処理チップ上の担持部へ塗布する場合において、同軸落射照明と略湾曲凹担持部を組み合わせ、高精度に液量測定を行うシステム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】
【０００６】
この目的を達成するために、本発明の試薬の液量測定システムは、試薬の液量を測定するための光学センサと、前記光学センサと前記試薬との光路上に設置されるビームスプリッタと、前記ビームスプリッタを介して前記光学センサの撮像方向と同一方向かつ同軸上に照射する光源と、前記試薬を担持し、前記光学センサで受光される前記試薬からの反射光の反射領域内に、担持面からの反射光を反射させる担持部を有する処理チップと、を備えたことを特徴としている。
【発明の効果】
【０００７】
本発明である試薬の液量測定システムによれば、限りなくノイズ成分の影響を抑制でき、高精度に試薬の液量を計測できる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の実施の形態に係るバイオセンサの斜視図と担持部の断面説明図の拡大図
【図２】本発明の実施の形態に係る液量測定システムの構成概略図
【図３】本発明の実施の形態に係る液量測定システムにおいて試薬を照射したときの反射方向の説明図
【図４】（ａ）本発明の実施の形態に係る光源から照射された光が試薬の表面上において反射する様子を示す光学センサの撮像図、（ｂ）（ａ）に対して閾値処理を施した図
【図５】本発明の実施の形態に係る試薬の液量に対する撮像画像上における反射領域の検量線の説明図
【図６】（ａ）本発明の実施の形態に係る試薬の表面上における反射の説明図、（ｂ）本発明の実施の形態に係る担持部の担持面上における反射の説明図
【図７】（ａ）従来の試薬の表面上における反射の比較説明図、（ｂ）従来の担持部での担持部の担持面上における反射の比較説明図
【図８】（ａ）本発明の他の実施形態に係る、略楕円形状である担持部を示す断面説明図、（ｂ）本発明の他の実施形態に係る、上面が最大でない担持部の断面説明図、（ｃ）本発明の他の実施形態に係る、底面が微小平面の担持部の断面説明図、（ｄ）本発明の他の実施形態に係る、担持面が略円錐形の担持部の断面説明図。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下に、本発明に係る試薬の液量測定システム１９の実施形態を図面とともに詳細に説明する。
【００１０】
図１は、バイオセンサ１１の斜視図と担持面２１に試薬３が担持された担持部１の断面説明図の拡大図である。担持部１は１つのバイオセンサ１１上に複数存在し、全ての担持部１に試薬３が塗布される。担持部１は、試薬３の反射光に覆われる範囲で入射光を反射されるように構成されている。具体的には、担持部１の担持面２１は略湾曲した凹部となっている。このような担持部を用いた場合、担持部１の表面に比べて試薬３の表面の曲率が常に小さくなる。また試薬３が塗布される方向、すなわち試薬３を照射する方向あるいは光学センサ５の撮像方向から見た場合、担持部１の形状は略円形である。
【００１１】
図２は、本発明の実施の形態における試薬３の液量測定システム１９の構成概略図である。本発明の液量測定システム１９は、試薬３の液量を測定するために試薬３の表面を撮像する光学センサ５と、試薬３を照射する光源９と、この光源９から放たれる照射光１３の光路を調節するビームスプリッタ７と、試薬３を担持する担持部１を備えたバイオセンサ１１などから構成される。
【００１２】
光学センサ５は、担持面２１に対向するように配置される。光源９は光学センサ５の光軸、つまり撮像方向に対して略垂直となる位置姿勢に配置される。ここで、その波長域は試薬３の性能に影響を与えない約５００［ｎｍ］以上の波長である。
【００１３】
ビームスプリッタ７は試薬３が担持される担持部１と光源９および光学センサ５それぞれの光路上となる位置に配置される。またその姿勢は、光源９の光がビームスプリッタ７を介して担持部１に担持されている試薬３へと向かう角度で配置される。
【００１４】
担持部１は、光学センサ５で受光される試薬３からの反射光の反射領域２４内に、担持面２１からの反射光を反射させる。
【００１５】
さらに、光学センサ５、ビームスプリッタ７および光源９は、ビームスプリッタ７を介して担持部１に担持されている試薬３を照射する光１５が光学センサ５の光軸と同軸上かつ略平行となる位置に調節される。また、担持部１に担持される試薬３の適切な液量は、少なくとも試薬３の縁が担持部の縁に掛かり、試薬３の表面形状が凹形状となる液量である。
【００１６】
次に、図２から図５を用いて、このような液量測定システム１９を用いた試薬３の測定動作を説明する。本発明で実施される照明手法では試薬３は単方向のみから照射される。光源９から照射される光１３はビームスプリッタ７を介して二方向へ分光される。すなわち光１３は、光源９の位置を起点に、一方はビームスプリッタ７を透過しそのまま直進する、つまり光学センサ５の撮像方向に対して略垂直である方向、他方はビームスプリッタ７で反射して試薬３を照射する方向、つまり光学センサ５の撮像方向と同軸方向へ分光する（光１５）。
【００１７】
試薬３を照射する方向へ進む光１５は、光学センサ５の光軸に対して略平行であり、試薬３が担持されている位置まで到達すると試薬３の表面上において反射される。
図３は、そのときの反射特性の様子を示した図である。ここで、ビームスプリッタ７および光源９は説明上省略する。
【００１８】
入射光１５は試薬３の表面形状に応じて反射方向が決定される。担持部１に担持されている試薬３の表面形状は表面張力の影響を受けて略湾曲面に変形するため、入射光１５はそれぞれの反射位置における法線方向に応じて反射方向が異なる。そして試薬３の表面上で反射した光のうち、光学センサ５の光軸と同軸上へ反射した光１７、言い換えると、試薬３の表面形状が撮像方向に対して略垂直面である領域（反射領域２４）で反射した光１７のみが光学センサ５で撮像され、光学センサ５の光軸と同軸上以外へ反射された光２３は光学センサ５で撮像されない。
【００１９】
ここで、試薬３の表面上で発生する反射は鏡面反射であるが、試薬３を照射する全ての光が、その表面上で反射するわけではない。入射光１５の一部は試薬３の表面を透過し、試薬３を担持している担持部１の担持面２１まで到達した後、反射する。この反射光を符号３１、３３で示す。試薬３の表面上において発生する反射同様に、試薬３を透過した光は担持面２１上での反射位置における法線方向に応じて光３１，３３として反射される。これらの反射光のうち、試薬３の表面形状が撮像方向に対して略垂直面である反射領域２４内に反射される、担持面２１からの反射光３１が光学センサ５で撮像され、試薬３からの反射領域２４外に反射される、担持面２１からの反射光３３は撮像されない。
図４(a)は、このような反射光１７を光学センサ５で撮像した様子を示した図である。この図に示すように、光源９から照射された光が試薬３の表面上において反射光１７として反射すると撮像画像上では領域２５のように輝度値が高く表示される。
【００２０】
図４(b)は、図４(a)に対して閾値処理を行った図である。 この図に示すように、反射している領域を図４(a)に示すような濃淡画像で扱うよりも、閾値処理を施した方が反射領域２７の特定が容易となる。 
【００２１】
撮像画像上における反射領域２７の大きさは試薬３の液量に応じて変化する。これは、試薬３の液量に応じて試薬３の表面の略湾曲形状が変化し、光学センサ５の光軸と同軸上へ反射する光１７の量が増減するためである。言い換えると、光学センサ５の撮像方向に対して試薬３の表面形状が略垂直面である領域が増減するためである。試薬３の液量の増加に伴い撮像画像上での反射領域２７は大きくなり、試薬３の液量の減少に伴い撮像画像上での反射領域２７は小さくなる。
【００２２】
実施例で実施される液量測定システム１９では、事前に試薬３の液量と撮像画像上での反射領域２７を多項式回帰により求めた検量線２９を用いて関係づける。
図５は、試薬３の液量に対する撮像画像上での反射領域２７の検量線２９の説明図である。この検量線２９は事前にいくつかの塗布量の試薬３を塗布し、図４(b)に示すような反射領域２７が撮像された画像をサンプルとして取得する。各サンプルの試薬３の液量に対する撮像画像上での反射領域２７の関係は高次多項式によって、この回帰が求められる。その回帰率は0.99であり、バイオセンサ１１上の担持部１に塗布された試薬３の液量測定を高精度に実現する。
【００２３】
このような測定によって、光学センサ５の光軸と同軸上に照射する照明手法を用いて、試薬３を担時する担持部１の形状を略湾曲形状としたので、限りなくノイズ成分の影響を抑制でき、高精度に試薬３の液量を測定できる。さらに、液量測定システム１９の構成要素が少ないため、システムが複雑化しない効果もある。さらに、実施する際の装置面積も抑えられるといった効果もある。さらに、特殊な照明手法ではなく汎用性も高いため、他の検査に組み合わせられるといった効果もある。
【００２４】
次に、高精度に試薬３の液量を測定できる点について、図６および図７を用いてさらに詳細に説明する。
【００２５】
図６は、図３の試薬３の表面上における反射の様子（図６(a)）と、担持部１の担持面２１上における反射の様子（図６(b)）をそれぞれ分けて示した図である。ここで、光学センサ５、ビームスプリッタ７および光源９は説明上省略する。
【００２６】
図６(a)に示すとおり、入射光１５は試薬３の表面上において、反射光１７、２３のように反射する。光学センサ５に撮像されるのは、光学センサ５の光軸と同軸上へ反射した反射光１７のみであり、反射光２３は撮像されない。図６(b)に示すとおり、入射光１５は試薬３を透過し、担持部１の担持面２１上において、反射光３１、３３のように反射する。これらの反射光のうち、光学センサ５に撮像されるのは、光学センサ５の光軸と同軸上へ反射した反射光３１、すなわち試薬３からの反射光の反射領域内に反射させる反射光のみであり、反射光３３は撮像されない。
【００２７】
図６(b)に示すとおり、光学センサ５の光軸と同軸上に反射する反射光３１は試薬３の液量に関わらず、常に担持部中心のみにしか存在しない。よって、光学センサ５に撮像される担持部１の担持面２１上において反射される反射光３１は、試薬３の表面上において反射される反射光１７により常に隠れることになる。反射光３１は、実施例で実施される液量測定のノイズ成分であるため、図６に示される担持部１を用いることにより、このノイズ成分の影響を抑制できるといった特徴がある。
【００２８】
これに対し、図７のような底面が平面である従来の担持部３５を用いた場合は、担持面２１上において反射する反射光３１が、試薬３の表面上において反射する反射光１７の反射領域３６に覆われない。そのため、試薬３の液量測定が困難となる。
【００２９】
ここで、図７(a)は入射光１５が試薬３の表面上において、反射光１７、２３のように反射される様子を説明した図である。図７(b)は入射光１５が試薬３を透過し、担持部１の担持面２１上において、反射光３１のように反射される様子を説明した図である。
以上のような実施例で実施される液量測定システム１９は、試薬３の液量に応じて変化する反射領域２７を光学センサ５で撮像する。そして事前に求めた検量線２９によって、反射領域２７の大きさから担持部１へ塗布されている試薬３の液量を算出する。略湾曲面の担持部１を用いることで、担持面２１上における反射光３１が、試薬３の表面上における反射光１７に常に覆われるため、測定のノイズ成分となる反射光３１の影響を限りなく抑制する。これにより、高精度に試薬３の液量測定が実現可能である。
【００３０】
次に、本発明の実施形態に係る変形例について図８を用いて説明する。
【００３１】
本発明で実施可能な担持部１は光学センサ５で撮像する際に、試薬３の表面上において発生する反射領域２７の撮像を妨げない反射特性を持つ担持部１である。つまり、担持部１の担持面２１上における反射領域２７が少なくとも試薬３の表面上における反射領域２７内に収まることが条件である。
【００３２】
図８(a)は、担持面２１の任意の位置において曲率が一定でない略楕円形状である担持部３７の断面説明図である。具体的には、担持部３７は凹部形状であり、その凹部形状は略湾曲面である。また、試薬３が塗布される開口部側から見た場合、担持部３７の形状は略円形である。
【００３３】
図８(b)は、開口部における径が他の深さ位置における径と比べて最大でない形状である担持部３９の断面説明図である。具体的には、担持部３９は凹部形状であり、その凹部形状は略湾曲面である。また、試薬３が塗布される開口部側から見た場合、担持部３９の形状は略円形である。
【００３４】
図８(c)は、底面部が試薬３の表面上における反射領域２７に影響を与えない、限りなく微小平面である担持部４１の断面説明図である。具体的には、担持部４１は凹部形状であり、試薬３が塗布される開口部側から見た場合、担持部４１の形状は略円形である。
図８(d)は、担持面２１の形状が略円錐形である担持部４３の断面説明図である。具体的には、担持部４３は凹部形状であり、試薬３が塗布される開口部側から見た場合、担持部４３の形状は略円形である。
【００３５】
以上、図８で示した担持部を用いた場合、担持面２１上において反射された反射光３１は試薬３の表面上において反射された反射光１７に隠されるため、試薬３の液量測定に影響を与えない。よって、このような担持部を用いたとしても、高精度に試薬３の液量測定が実施可能である。
【００３６】
なお、本発明で実施可能な担持部は前述した一例に限らない。
【符号の説明】
【００３７】
１    担持部
３    試薬
５    光学センサ
７    ビームスプリッタ
９    光源
１１  バイオセンサ（処理チップ）
１３  光源から照射された光
１５  ビームスプリッタで反射して試薬を照射する光
１７  光学センサで撮像される試薬表面での反射光
１９  液量測定システム
２１  担持面
２３  光学センサに撮像されない試薬表面での反射光
２４  試薬表面での反射領域
２５  反射した光によって輝度が高く表示された領域
２７  閾値処理後の反射領域
２９  試薬の液量に対する反射領域の検量線
３１  光学センサで撮像される担持面での反射光
３３  光学センサで撮像されない担持面での反射光
３５  底面が平面である担持部
３６  底面が平面である担持部に塗布された試薬表面での反射領域
３７  略楕円形である担持部
３９  上面が最大でない担持部
４１  底面が微小平面である担持部
４３  略円錐形である担持部
【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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