(57)【要約】【課題】測定精度や測定レンジを確保でき、小流量にも対応できる構造にもでき、よどみが生じない構造にも容易にできる、簡単で低コストな光学セルおよびそれを用いた分析計を提供すること【解決手段】光源３１とその光源３１から出た測定光２を受光するフォトダイオード３２の間に介在するものであって、前記測定光２を導入する光導入口１２１と、前記測定光を導出する光導出口１３１と、前記光導入口１２１から前記光導出口１３１へ通過する測定光２を複数回横切る、測定対象の流体を流すための一本の流路１１を有することを特徴とする。【選択図】図１
2008051608.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源とその光源から出た測定光を受光する受光系の間に介在するものであって、前記測定光を導入する光導入口と、前記測定光を導出する光導出口と、前記光導入口から前記光導出口へ通過する測定光を複数回横切る、測定対象の流体を流すための一本の流路を有することを特徴とする光学セル。
【請求項２】
前記流路の断面形状が同じである請求項１に記載の光学セル。
【請求項３】
前記流路が前記測定光を垂直に横切ることを特徴とする請求項１または２いずれかに記載の光学セル。
【請求項４】
前記光学セルは平板状である請求項１乃至３いずれかに記載の光学セル。
【請求項５】
請求項１乃至４いずれかに記載の光学セルと、前記光を発生させるための光源と、前記光学セルを通過した光を受光する受光系とを有する測定装置。
【請求項６】
前記測定対象が血液を希釈した液体である請求項５に記載の測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ヘモグロビン等の濃度を測定するための測定装置及びそれに用いられる光学セルに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、特許文献１に示すように、透明セルにヘモグロビン等を含んだ測定対象流体を流し、その光透過率から、その濃度等を測定するような測定装置が開発されている。このような測定装置に用いられる光学セルの代表的なものとしては、図５に示すように、測定対象流体が細い流体流入路から太い柱状のセル本体の一端部に導入され、その他端部に接続された流体流出路から導出される構造のものがある。
【０００３】
このようなものでは、十分な光路長を確保して測定精度や測定レンジを確保するために、セル本体の流れの方向に沿って、つまりセル本体の一端部から他端部に向かって光を透過させ、その透過度によって測定対象流体の濃度を測定するようにしている。
【０００４】
しかしながら、図５から明らかなように、この光学セルにおいてセル本体は流体流入路と流体流出路よりも太く形成されていて、接続部分で流路径が大きく変化するため、流体の流れが大きく変化する。さらにこのことに加えて、セル本体の形状が角張っていることもあり、セル本体と流体流入路、流体流出路の接続部分やセル本体の角部でよどみが生じやすくなる。このよどみには気泡や過去の測定対象流体がたまりやすいので、それらが測定に悪影響を及ぼすという問題点を潜在的に有している。特に測定対象流体の流量が微小であるときは、よどみによる影響が大きく、重大な誤差の原因となる。
【０００５】
これを解決するために、たとえばセルの角部をなくして、流体流入路をセル本体と同径に太くしてよどみが生じない構造にすればよいと考えられるが、これではセルの体積が大きくなりすぎて、ヘモグロビンなどの微少流量の流体を測定することが難しくなる。逆に、セル本体を流体流入路と同径に細くすると、角部がないため曲面を有する細いセル本体内部に、その長手方向に沿って光を透過させることになり、構造的に無理が生じやすく、実用性が乏しくなる。
【０００６】
要は、従来のものは流体の流れに沿って光を透過させるようにしているために上記不具合が生じるのである。
【０００７】
かといって、単純に、流体の流れに直交するように光を透過させると、十分な光路長を確保できなくなり測定精度や測定レンジを確保できなくなる。
【特許文献１】特開２００４−２５７７６８
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は上記問題点を解決するためになされたものであり、十分な光路長を確保して測定精度や測定レンジを確保できるうえに、小流量に対応する構造にも容易にできる、簡単で低コストな光学セルおよびそれを用いた測定装置を提供することを主たる目的にしている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
すなわち本発明に係る光学セルは、光源とその光源から出た測定光を受光する受光系の間に介在するものであって、前記測定光を導入する光導入口と、前記測定光を導出する光導出口と、前記光導入口から前記光導出口へ通過する測定光を複数回横切る、測定対象の流体を流すための一本の流路を有することを特徴としている。
【００１０】
ここで測定光とは、光源から出て受光系（検出器）に到達する光であり、光学セルへ最初に入射してから光学セルから最後に出射するまでの間に屈折して進行方向を変えていても、反射して進行方向を変えていない光である。またここで一本の流路と言う場合は、分岐があっても分岐した流路が測定光と交わらない場合も含む。
【００１１】
このような光学セルであれば、細い流路であってもその流路を測定光と必要な回数交わらせ、測定光が測定対象流体を通過する距離である光路長を、検出器で精度よく検出できる程度にまで長くすることができるので、測定精度、測定レンジを確保することができる。しかも、上述のように流路を細くすることができるので流路の体積が大きくならず、測定対象の流体が微量であっても測定ができる。
【００１２】
さらに後述するように、例えば流路断面を同じにし、かつ直線部及び／または滑らかな曲線部のみから流路を形成するといった構造にするだけで、よどみが生じないようにでき、そのよどみに起因する測定誤差を抑制できる。しかもそうして実現された構造は、言わば１本のひも状の流路が部分的に曲がっているだけの極めて単純なものであるため、構造複雑化やそれによるコストアップなどを招くこともない。またこのような構造に限られず、測定対象流体の性質やセル全体の形状等に合わせた種々の態様にすることも容易である。言い換えれば、従来のものに比べて流路にかかる制限が少なく、その設計自由度を大幅に向上させることができるという効果も得られる。
【００１３】
測定精度を高くするためには、流路全体でよどみが発生しないような構造にすることがのぞましい。このことにより、流路の光が当たる領域（光照射領域）のよどみからだけでなく、光照射領域以外の流路上のよどみから流路の光照射領域に気泡や過去の測定対象流体が流れ込むことを防止でき、サンプリング測定（バッチ測定）のみならず連続測定における測定誤差をも可及的に減じることができる。
【００１４】
そのための構造としては、例えば、流路断面の形状が流路の先端から終端に亘って同じであることが望ましい。流路が等断面であると、製造工程も簡単になる場合もある。ここで、流路断面とは流体の全体としての流れの方向に垂直な、流路の断面である。形状とは形と寸法を含む。
【００１５】
その他の構造としては、流路内壁が例えば流線型を描くように、滑らかに変化するようなものでもよい。
【００１６】
上述したように流路全体をよどみのない構造にしてもよいが、場合によっては、少なくとも光照射領域を含んだこれよりも上流側でよどみがないような構造にしてもよい、これでも同様の作用効果を奏し得る。
【００１７】
測定精度を高くするためのさらなる工夫としては、前記流路が前記測定光を垂直に横切るように構成すれば良い。このようなものであれば、測定光は、屈折することがないため、測定対象流体の屈折率の違いに関らず、常に同一光路上を、流路を横切って直進する。したがって受光系の同一位置に常に測定光が到達し、到達位置のずれによる測定誤差を回避できる。
【００１８】
光学セルが板状であれば、板状部材に溝を形成し、蓋をすることで容易に流路を形成することができ、光学セルの製造が容易になる。また光学セルを薄くすることができるので、携帯用の測定装置に有用である。
【００１９】
ヘモグロビンの濃度を測定する場合、小量の流体しか得られないし、よどみによる影響も受けやすいため、本発明を適用してその効果が特に顕著なものとなる。
【発明の効果】
【００２０】
このように本発明によれば、測定精度、測定レンジを確保でき、流路を細くすることもでき、よどみを生じない構造にもでき、設計自由度の高い光学セルおよびこれを利用した測定装置を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
次に、本発明の光学セルおよびこれを利用した測定装置に係る一実施形態について図面を参照して説明する。
【００２２】
図１は、本実施形態に係る光学セル１及びこれを含む測定装置３の全体を概略的に示している。この測定装置３は、光源３１から出射され光学セル１に収容されたヘモグロビンを含む測定対象流体を通過した測定光２を、受光系を構成する検出器３２で検出し、その検出された測定光２の強度からヘモグロビンの濃度を求める測定に用いられるものである。
【００２３】
まず本実施形態に係る光学セル１につき、製造方法の一例を述べながらその構造を説明する。
【００２４】
図２〜図４に示すように、まず矩形板状の本体部材０１の一面０１１に、エッチングや機械的な手段によって有底の一本の溝０３を設ける。この本体部材０１は少なくとも測定に用いられる光２を透過させる必要があるので、ここでは例えば光透過性のある透明アクリル樹脂でできている。
【００２５】
次に、前記本体部材０１の面０１１側から、当該本体部材０１と同じ平面寸法を有する矩形シート状の蓋部材０２を被せ、開口した溝０３を塞ぐことで流路１１が形成され、平板状の光学セル１ができる。この流路１１の先端及び終端の位置で蓋部材０３に孔を設けることで流体導入口１１１と流体導出口１１２を形成する。この流体導入口１１１と流体導出口１１２は光学セル１の同じ面上にあり、さらに同じ側面側に偏らせて形成されている。
【００２６】
前記一本の流路１１は、流体導入口１１１と流体導出口１１２とそれらに挟まれた中間部１１３で構成されている。さらに中間部１１３は互いに平行で長さが同じ複数の直線部１１３１と直線部１１３１間を滑らかに接続する半円状の曲部１１３２を有しており、流路１１は折り返して、曲がっている。
【００２７】
なお溝の断面は幅１ｍｍ、深さ１ｍｍの正方形としており、形成される流路１１の直線部１１３１と曲部１１３２の断面も正方形である。直線部１１３１が平行で、その幅が同じであることによって、光路長を容易に計算できる。つまり光路長は流路が測定光２を横切った回数に流路の幅を乗じたものになり、本実施例では５回横切り、幅が１ｍｍであるので、５ｍｍである。また直線部１１３１の側面は光学セル１の側面と平行である。
【００２８】
光源３１から出た光２の少なくとも一部は光学セル１の一側面１２から光学セルに入り、光学セル１の内部で反射することなく、光学セル１の一側面１２に対向する他側面１３から光学セル１を出て、検出器に届く（測定光２）。この測定光２が光学セル１に入射する部位が光導入口１２１で、測定光２が出射する部位が光導出口１３１である。この測定光２は光学セル１を通過し、光導入口１２１と光導出口１３１をつなぐ直線が測定光の光軸２１である。光学セル１の流路１１の直線部１１３１はこの測定光２の光軸２１を垂直に横切る。つまり複数の直線部１１３１が平行になっているので、一つの直線部１１３１が光軸２１を垂直に横切れば他の直線部１１３１も光軸２１を垂直に横切ることになる。
【００２９】
本実施形態の光学セル１を用いたヘモグロビン濃度装置３を説明する。この測定装置３は、前述の光学セル１と、光学セル１に測定光２を入射させるためのLED（光源）３１と、測定光を受ける検出器であるフォトダイオード３２と、演算処理部３３と、を有している。
【００３０】
LED３１とフォトダイオード３２は光学セル１の一側面１２に垂直な直線上にあり、LED３１は光学セル１の一側面１２に望んで配置され、フォトダイオード３２は一側面１２と対向する他側面１３に望んで配置されて、両者で光学セル１を挟んでいる。
【００３１】
演算処理部３３は、後述する処理を行う。
【００３２】
本実施形態に係る光学セル１を有する測定装置３の動作を説明する。流体供給系３４から光学セル１に測定対象流体Sが供給され、光学セル１の流路１１に沿って流れ、流体排出系３５に排出される。流路１１に例えばヘモグロビンを含む測定対象流体Sが流されている状態で測定が行われる。
【００３３】
LED３１から光が放出されると、前述のように測定光２が光学セル１を通過し、フォトダイオード３２に入射する。フォトダイオード３２は受光した測定光２の強度を電気信号に変換する。演算処理部３３はこの信号を受信する。光学セル１を通過する際、測定対象流体Sが流された流路１１の直線部１１３１は測定光２に垂直に複数回交わり、測定対象流体Sによって測定光２は吸収されるので、流路１１に測定光２を吸収しない例えばヘモグロビンを含まない水を流した場合と比べて、フォトダイオード３２で検出される測定光２の強度は小さくなる。この差から測定対象流体S中のヘモグロビン濃度を求めることができる。
【００３４】
この第一実施形態の光学セル１は、流路１１の直線部１１３１と曲部１１３２の断面形状が同じ正方形であり、直線部１１３１と曲部１１３２は滑らかに接続されているので、流路１１によどみが発生しないため気泡や測定対象流体Ｓの滞留がなくなり、測定精度が上がる。特に時間変化を測定する場合に有効である。また光学セル１の洗浄が容易になる。さらに流路１１の直線部１１３１の本数を増やすことで、測定光２と測定対象流体Sが通過する流路１１を必要な回数交わらせることができるので、光路長（測定光が測定対象流体を通過する長さ）を長くでき、測定対象流体Ｓの濃度が低くても十分な吸光度が得られ、測定精度、測定レンジを確保することができる。
【００３５】
さらに流路１１を細くしても、流路１１が測定光２を横切る回数を適当な数にすることにより、十分な吸光度が得られ、測定精度、測定レンジを確保することができる。流路１１を一つの板状部材０１に溝０３を掘り、蓋部材０２をかぶせることで流路１１を形成するのでセルの製造が容易になる。流体導入口１１１と流体導出口１１２は光学セル１の同じ側面側に偏らせて形成されているので、例えば光学セル１をカートリッジにし測定装置３に滑り込ませてはめ込むように装着するようにしたとき、光学セル１の装置３への取りつけ取り外しを容易に行うことができる。
【００３６】
前述のように従来の光学セルでは、よどみを避けた上で、光を垂直に入射させることができない。従来の光学セルにおいて、よどみが発生する角部をなくし、よどみが発生しないような曲面とする設計もできる。しかしこの場合、光はよどみではなく、この曲がっている部分に入射することになる。曲がった境界面によって、光は反射や屈折をして、検出部で検出される光の強度が小さくなり測定に必要な光量を確保できなくなり、測定精度が低くなる。本第一実施形態の光学セル１では流路１１の直線部１１３１の対向する側面同士、つまり測定光２が入射、出射する側面同士は互いに平行で、さらに光学セル１の側面とも平行であるので、光２の流路形成部材に対する入射角、出射角、光の流路に対する入射角、出射角が直角であるように測定光が入射できる。ちなみに、ここでは曲部１１３２の側面同士も平行にしている。このようにすれば曲面に測定光２が入射したことによる屈折や反射により測定光２が散乱されないため、測定光２の強度が小さくなりにくく測定に必要な光量を確保でき、測定精度を高くすることができる。
【００３７】
直線部１１３１の側面が平行であるので、その面内に垂直に入射する測定光２は直進できる。直線部１１３１の側面が平行であるので、光源が光学セルに対して相対的に位置がずれても、測定光２の光路長は同じになり、濃度測定に影響を及ぼさない。
【００３８】
なお、本発明は本実施形態に限られるものではない。
【００３９】
前記実施形態では、流路１１の断面形状をほぼ同じにすることで流路１１の全体でよどみが生じない構造にしているが、その他にも流路を徐々に拡縮させるなどして、その内壁面を流線型状つまり流路が角張って曲がることがなく滑らかに湾曲する構造にして流路の全体でよどみが生じないようにしてもよい。また、流路全体でよどみが生じない構造でなくても、図６に示すように、流路が光路を最後に横切った部分より上流によどみが生じる構造でなければよく、例えばその上流で少なくとも横断面形状が同一で、直線状または滑らかに湾曲しているものであればよい。このように構成してもよどみの影響を受けない光学セルを得ることができる。
【００４０】
また、図６に示すように、少なくとも流路と測定光が交わる領域によどみが生じない構造にしてもよい。このように構成してもよどみの影響を受けない光学セルを得ることができる。
【００４１】
前記実施形態では一本の流路１１は、同じ幅の平行な複数本の直線部１１３１で測定光２を垂直に複数回横切っているが、幅は異なっていてもよく、図６に示すように直線部は平行でなくてもよく、測定光の横切り方も垂直でなくてもよく、さらに直線部ではなく曲面で測定光を横切ってもよい。測定光を複数回横切るものであればよい。このような光学セルであれば、横切る回数を変えることで光路長を長くでき、測定精度、測定レンジを確保することができる。また流路が細くても、横切る回数を適当な数にすることで低流量にも対応できる。さらに上述のような、よどみが生じないような設計にも容易にできる。また流路は測定光を横切りさえすればよいだけであり、測定光と平行にする必要がないので、流路の自由度が高くなる。
【００４２】
前記実施形態では、光学セル１は一つの部材０１に溝０３を掘り、シート状部材０２で蓋をして２つの部材で流路を形成したが、この製造方法に限られず、複数の溝を設けた部材を組み合わせてなるものにしてもよく、蓋をせずに一つの部材に流路を形成してもよい。また本実施例では光学セルは平板であるが、光学セルの外形はどのようなものでもよい。例えば管状のものでも構わない。
【００４３】
前記実施形態では、光源としてLED３１を用いている。しかしこれに限定されず、適宜の光源を用いることもできる。また、光源は点光源、面光源を含み、光は平行光、一点から拡散する光でもよい。これらの光のうち少なくとも一部が光学セルに入射し、光学セルを反射することなく通過し、検出器に到達することができればよい。また検出器の代わりに、光ファイバを設けて光を離れた検出器に導くような検出系を設けてもよい。
【００４４】
測定対象流体の測定は、流体が流れている状態で行っているが、流れを止めた状態で測定を行っても良い。
【００４５】
前記実施形態では、測定対象流体として血液中のヘモグロビンを含む流体について説明したが、ヘモグロビンを含む流体以外の流体を測定するようにしても良く、例えば溶液中の金属イオンを発色剤で発色させ、金属イオンを測定するようにしても良い。また測定対象流体は液体、気体を含む。
【００４６】
その他、本発明は、前述した実施形態や変形形態の一部又は全部を適宜組み合わせても良いし、その趣旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明の一実施形態に係るヘモグロビン濃度測定装置の概略図
【図２】本発明の第一実施形態の光学セルの平面図
【図３】図２におけるＡ−Ａ’線断面図
【図４】図２におけるＢ−Ｂ’線断面図
【図５】従来の光学セルの縦断面図
【図６】本発明の第２実施形態の光学セルの縦断面図
【符号の説明】
【００４８】
１    ・・・光学セル
Ｓ    ・・・測定対象流体
３    ・・・ヘモグロビン濃度測定装置
１１        ・・・流路
２    ・・・測定光
【図１】
2008051608.tif 000003
【図２】
2008051608.tif 000004
【図３】
2008051608.tif 000005
【図４】
2008051608.tif 000006
【図５】
2008051608.tif 000007
【図６】
2008051608.tif 000008