(57)【要約】【課題】本発明は、測定ヘッド（１０）から一定距離に配置された試験対象物（１４）および特に尿または血液などの体液用試験片の標的面（１２）を反射光により分析するための、放射線発生源（３６）および放射線検出器（２６）を含む測定ヘッド（１０）を有する反射光分析システムに関する。【解決手段】測定距離をモニタまたは調節するために非接触でその距離を検査するための、光学的三角測量に基づいて操作できる三角測量ユニット（１６）を提案するものである。【選択図】　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定ヘッド（１０）から一定距離に配置された試験対象物（１４）、特に尿または血液などの体液用試験片の標的面（１２）を反射率検査するための、放射線発生源（３６）および放射線検出器（２６）からなる測定ヘッド（１０）を含む反射光分析システムであって、標的面（１２）から測定ヘッド（１０）までの距離を非接触で検査するための、光学的三角測量に基づいて操作できる三角測量ユニット（１６）を含むことを特徴とする反射光分析システム。
【請求項２】
三角測量ユニット（１６）が、入射軸（４２）に沿って標的面（１２）に方向付けられている発光部（３４）と、受光軸（５０）の方向で標的面（１２）に向いている受光部（４８）とを有することを特徴とする、請求項１に記載の反射光分析システム。
【請求項３】
入射軸および受光軸（４２、５０）が、標的面１２上の基準位置を規定する基準点（５２）にて特定角度で交差することを特徴とする、請求項２に記載の反射光分析システム。
【請求項４】
入射軸および受光軸（４２、５０）が、標的面（１２）の垂線に対して異なる角度をなすことを特徴とする、請求項２または３に記載の反射光分析システム。
【請求項５】
受光部（４８）が、受光軸（５０）に直角に配置された位置解像センサ、および特に、ＰＳＤセンサ、ＣＣＤセンサまたは多素子ダイオードセンサ（４６）を有することを特徴とする、請求項２から４のいずれか１項に記載の反射光分析システム。
【請求項６】
受光部（４８）が、好ましくは並列かつ受光軸（５０）に対して対称に配置された２つの単一センサ（４６）による二重センサを有することを特徴とする、請求項２から５のいずれか１項に記載の反射光分析システム。
【請求項７】
受光部（４８）が、光軸が標的面（１２）から反射される光の焦点を合わせるための受光軸（５０）を規定している集光システム（４４）を有することを特徴とする、請求項２から６のいずれか１項に記載の反射光分析システム。
【請求項８】
発光部（３４）が、光源（３８）、特に点光源と、光軸が標的面（１２）に入射する光ビームを発生させるための入射軸（４２）を規定しているコリメータ光学システム（４０）とを有することを特徴とする、請求項２から７のいずれか１項に記載の反射光分析システム。
【請求項９】
発光部（３４）が、光源（３８）を時変式に、好ましくは、パルス形状で作動するための変調段（５４）を有することを特徴とする、請求項２から８のいずれか１項に記載の反射光分析システム。
【請求項１０】
発光部（３４）が、非直線状で、好ましくは、指数関数的に増加または減少する光パルスを発生するためのエッジジェネレータ（５６）を有することを特徴とする、請求項２から９のいずれか１項に記載の反射光分析システム。
【請求項１１】
三角測量ユニット（１６）が、標的面（１２）上の基準位置に対する距離の変化を決定するための信号処理回路（６０）を有しているという利点を有することを特徴とする、請求項１から１０のいずれか１項に記載の反射光分析システム。
【請求項１２】
信号処理回路（６０）が、三角測量ユニット（１６）が発する出力信号の特定信号振幅の時間間隔を決定するためのコンパレータ（６４）およびタイマ（６６）を有することを特徴とする、請求項１１に記載の反射光分析システム。
【請求項１３】
三角測量ユニット（１６）と相互に作用して、サーボドライブ（２８）により標的面（１２）と測定ヘッド（１０）との間の特定距離をセットする制御装置（１８）を含むことを特徴とする、請求項１から１２のいずれか１項に記載の反射光分析システム。
【請求項１４】
測定ヘッド（１０）の経路を、経路測定装置（７４）で記録可能にすることにより、試験対象物（１４）の高さプロファイルを決定することを特徴とする、請求項１から１３のいずれか１項に記載の反射光分析システム。
【請求項１５】
経路測定装置（７４）が、試験対象物（１４）を識別するための高さプロファイル記憶装置（７８）を有することを特徴とする、請求項１４に記載の反射光分析システム。
【請求項１６】
三角測量ユニット（１６）が、標的面（１２）と測定ヘッド（１０）との間の距離に基づいて光分析結果を標準化するための後続評価ユニットを有することを特徴とする、請求項１から１５のいずれか１項に記載の反射光分析システム。
【請求項１７】
光源（３６）が同時に発光部（３４）でもあり、および／または、放射線検出器（２６）が同時に三角測量ユニット（１６）の受光部（４８）でもあることを特徴とする、請求項２から１６のいずれか１項に記載の反射光分析システム。
【請求項１８】
測定ヘッド（１０）から一定距離に配置された試験対象物（１４）、および特に尿または血液などの体液用試験片の標的面（１２）を反射率により分析する方法であって、光学的三角測量に基づく三角測量ユニット（１６）により、測定ヘッド（１０）と標的面（１２）との間の測定距離を検査することを特徴とする方法。
【請求項１９】
標的面（１２）の基準距離に対する距離の変化が、三角測量ユニット（１６）の受光部（４８）上における対応光偏向により検出されることを特徴とする、請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
測定距離が、制御装置（１８）により一定に保たれることを特徴とする、請求項１８または１９に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、放射線発生源を含む測定ヘッドと、測定ヘッドから一定距離に配置された試験対象物、および特に尿または血液などの体液試験片の標的面からの反射率を分析するための放射線検出器とを有する反射光分析システムに関する。本発明はまた、これに対応する測定方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
この種のシステムは、試験片により試験液内の特定分析物の有無およびその濃度を決定するために、特に臨床分析分野で使用されるものである。この自動機器では、試験片のうち放射線を照射された試験部分から反射される放射線を、分光学的に分析することができる。反射率測定に重要なファクタとなるのが、試験部分の高さが一定ではない可能性があり、試料液の吸収による膨脹量も異なる可能性があることを考慮しつつ、測定距離を一定に保つことである。そこでこれまで、試験結果が距離によりなるべく変化しないように、焦点距離を長くして、標的面に垂直に位置合わせされる開口を大幅に縮小した受信光学システムが用いられてきた。しかし、このシステムは、広いスペースが必要である上、光検出器の信号電流が小さいため、これを処理するためには複雑な測定計測装備を準備しなければならない。
【０００３】
同様の背景から、距離測定用センサおよび測定距離調節用制御ユニットが、すでに日本特許出願０３−１６６７３８（公開番号１０９４８／１９９３年）で提案されている。しかし、この特許には、距離検出の操作原理に関する開示内容はない。一般に、試験片の表面に試料液が塗布されると、それがほぼ乾いて凹凸になった表面、ならびにまだ濡れて光っている表面ができる可能性があるため、その表面特性が大きく変化しかねないということが問題なのである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
これが、従来技術の欠点を回避することと、標的面の高さプロファイルが可変であっても高精度測定を実行できるように上記分析システムおよびこの種の方法を改良することとを目的とする本発明の出発点である。特に、このシステムは、測定距離を高い信頼性で制御できるものでなければならない。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、この問題を解決するために、請求項１から１８に記載した特徴の組合せを提案するものである。従属請求項からは、本発明の有利な実施形態および付随する成果が得られる。
【０００６】
本発明は、測定距離の変化を、それに対応して変化する光線路の位置解像によって検出できるとの考案に基づいている。したがって、本発明は、測定ヘッドと標的面との間の距離を非接触で検査するための光学三角測量に基づいて操作する三角測量ユニットを提案するものである。これにより簡単に、光度測定システムの有効性を損なうことなく、標的面の高さが変化することで受ける影響をなくすことができ、標的面上のあらゆる測定箇所、特に、完全に乱反射する箇所をも精査することができるようになる。この三角測量方法の距離解像度は高く、位置決め動作中に実質的にリアルタイムで動作させることができる。
【０００７】
この三角測量ユニットは、有利なことに、入射軸方向で標的面上に向けられた発光部と、受光軸方向で標的面に向けられた受光部とを有する。これに関して、基準測定値用に、入射軸および受光軸を、標的面のセット位置を規定する基準点にて所定角度で交差させると有利である。
【０００８】
好ましくは後方散乱光を検出するために、入射軸および受光軸が、標的面上の垂線に対して異なる角度をなすと有利である。
【０００９】
一好適実施形態における受光部は、距離の変化と相関関係にある光偏向を検出するために、受光軸に対して直角に位置する位置解像センサを有する。この場合、有利なことに、ＰＳＤセンサ（位置検知検出器）、ＣＣＤセンサ（電荷結合デバイス）または多素子ダイオードセンサを使用することができる。
【００１０】
特に単純な実施形態において、受光部は、２つの単一センサ特に個別ダイオードを横に並べた、好ましくは受光軸に対して対称に具備する二重センサである。これにより、単一センサが受けた照光結果の違いから、距離の変化を検出することができる。
【００１１】
もう１つの有利な実施形態における受光部は、標的面から反射される光を焦点合わせするための、光軸が受光軸を規定している、集光光学システムを有し、この実施形態における発光部は、光源、特に点光源と、標的面に入射する光ビームを発するための、光軸が入射軸を規定しているコリメータ光学システムとを有する。
【００１２】
本発明の別の好適実施形態によれば、発光部は、光源を時変式に、好ましくは、パルス形状で作動させる変調段を有する。これにより、反射ファクタの許容差補償が改善され、検出用電子回路を簡略化することができる。これを目的として、発光部に、非直線状で、好ましくは指数関数的に増加または減少する光パルスを発生させるエッジジェネレータを具備することが好ましい。
【００１３】
この三角測量ユニットは、有利なことに、標的面上の基準位置に対する距離の変化を決定するための信号処理回路を有する。位置の変化を時間測定と関連づけるため、信号処理回路にコンパレータとタイマとを具備して、この三角測量ユニットによる出力信号の特定信号振幅の時間間隔を決定できるようにすると有利である。
【００１４】
別の好適実施形態では、三角測量ユニットと相互に作用して、サーボドライブにより標的面と測定ヘッドとの間の特定距離を設定する制御装置が得られる。
【００１５】
測定ヘッドの経路を経路測定装置により記録可能とすることにより、試験対象物の高さプロファイルを決定し、その経路測定装置に、その試験対象物を識別するための高さプロファイル記憶装置を具備するとさらなる利点が得られる。
【００１６】
距離を調整する代わりに、標的面と測定ヘッドとの間の距離に基づく光分析結果を標準と比較するために、この三角測量ユニットに評価ユニットを具備することも考えられる。
【００１７】
この三角測量ユニットの光源を同時に発光部とし、および／または、放射線検出器を同時に受光部とすると、さらに機能を簡略化することができる。
【００１８】
上述した目的は、測定ヘッドと標的面との間の測定距離を、光学的三角測量に基づく三角測量ユニットを用いて非接触で検査する方法により実行される。好ましくは、三角測量ユニットの受光部上に対する光偏向を適切にすることにより、標的面の特定距離に対する距離の変化を検出する。もう１つの有利な手法では、制御装置により測定距離を一定に保つことができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
図面に、一実施形態を概略的に図示する。この実施形態に基づく以下の記載により、本発明をさらに理解できるであろう。
【００２０】
この線図に図示した反射光分析システムは本質的に、分析試験片１４の標的面１２をその反射率により検査する測定ヘッド１０と、測定ヘッド１０と標的面１２との間の測定距離を検査または検出するための三角測量ユニット１６と、測定距離を一定に保つための制御装置１８とからなる。
【００２１】
図１に示すように、試験片１４には、尿または血液などの検査すべき体液内の特定分析物を検出するのに用いる試験部分２０がいくつか含まれている。検出を目的として、測定ヘッド１０を、スライド２２に取付けて前方給送ドライブ２４により試験片に向けて移動させることができ、この間に、光度計の光検出器２６が、試験部分２０のうちの標的面１２から反射される光を検出する。この処理時に、光検出器２６と厚さが異なる試験部分２０の標的面１２との間の測定距離を、制御装置１８の調節ドライブ２８により、一定にセットすることができる。回転方向に感応する角度伝達器３０、３２が、ドライブ２４、２８の回転スピンドル周囲に配置されており、これにより、測定ヘッド１０の移動路を検出する。これらが、その回転移動時に計数パルスを出力し、このパルスから、スピンドルのピッチに従って、線形経路を算出することができる。
【００２２】
三角測量ユニット１６は、同時に反射率測定用の放射線発生源３６でもある発光部３４を有する。発光部３４は、光源としての半導体ダイオード３８と、標的面１２に向かう入射軸４２の方向に光ビームを発生させるためのコリメータ光学システム４０とを有する。
【００２３】
標的面１２から反射される光ビームを検出するために、三角測量ユニット１６は、集光装置４４と２つの単一ダイオード４６からなる二重ダイオードセンサとを含む受光部４８を有する。集光装置４４の光軸が、標的面１２のセット位置を決定する基準点５２で入射軸４２と交差する受光軸５０を規定している。単一ダイオード４６は、横並びに受光軸５０を中心として対称に配置されており、それぞれの受光面は、セット位置にあればどちらの単一ダイオード４６も同等に照光されるように標的面１２に対向している。セット位置から移動すると、これに対応して受信される光ビームの焦点も、入射軸および受光軸に規定される平面を横断して受光軸５０方向に移動し、一方の単一ダイオード４６が、もう一方よりより多く照光されるようになる。この照光量の差異が距離の変化に相当する。
【００２４】
図２に示すように、光源３８を、発生器回路によりパルス形態で作動させることができる。この回路は、パルス間隔を決定するための変調段５４と、指数関数的に減少する光パルス立下りを発生させるためのエッジジェネレータ５６と、光源３８に電力を供給する電圧電流変換器５８とからなる。これにより、電流パルスの時間的経過に光度が追従するようになっている。
【００２５】
図３でわかるように、受光部３４の出力信号を、距離検査を意味するものとして後続信号処理回路６０で分析することができる。これについては、以下でより詳細に説明する。この分析を目的として、信号ダイオード４６をそれぞれ、電流電圧変換器６２および閾値コンパレータ６４を介してタイマ６６および相比較構成要素６８に接続する。相比較構成要素６８の次には、積分器ステージ７０が、光パルスに割当てられたコンパレータ信号の時間差を、正確な極性符合を含む対応電圧信号に変換する。これが、調整信号としてアナログ増幅器ステージ７２に給送されて、位置決めドライブ２８を作動させる。このように、さまざまな試験部分２０を測定するにあたり、図３に示す回路が、基準位置および所定の測定距離を確実に維持する制御装置１８を形成している。
【００２６】
図４に示す光路記録システム７４により、試験片１４を、その試験部分２０の高さプロファイルに基づいて識別することができる。識別するために、角度伝達器３０、３２の計数パルスをマイクロコントローラ７６で計数して、初期位置から移動した測定ヘッド１０の現位置または移動路を決定する。距離を制御することにより、前方給送ドライブ２４を操作した時点で、高さプロファイルメモリ７８に格納されているデータと比較可能な高さプロファイルを得て、その測定値の有効性を決定することができる。
【００２７】
一般に、三角測量による測定距離は、対象物と集光レンズとを結んで形成される対象物三角形、および光路による集光レンズと受光レンズとを結んで形成される像三角形として集光レンズと受光レンズとの間で形成される類似三角形の比較に基づいたものである。本発明によれば、この方法は、試験対象物に（乱）反射された検出光の像位置が距離の変化により受光面で偏向されるような基準面についての測定に限定されることとなる。空間的偏向は、検出光のパルス調整により時間測定値に変換することができるため、その結果、指数強度の経時変化による測定システムの光効率許容差は本質的に全く影響を及ぼさない。
【００２８】
この操作モードを、図５にさらに例示する。このグラフは、標的面１２の第１の反射ファクタ（実線カーブ）、および半分に低下した第２の反射ファクタ（破線カーブ）の場合について、単一ダイオード４６が受信した信号の経時変化を示している。基準位置から偏差があるために、単一ダイオード４６に対する照光が非対称となり、初期振幅に違いが出ていると考えられる。エッジの関数を変調した照明強度の場合、これは、コンパレータ６４の閾値ＩＴｈに対するトリガ時間の差となっており、その時間差Δｔは、タイマ６６によって検出される。距離の変化方向は、相比較構成要素６８におけるトリガ信号の時間系列により決定される。図５に示すように、時間間隔Δｔは、どちらの反射ファクタについても同じである。数学的見地から、基準距離周辺において、時間差Δｔは、反射ファクタとは無関係であり、距離Δｈの変化に本質的に線形従属していることがわかる。したがって、上述の構成により、制御性能が良好で信頼性の高い制御ユニットが得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】測定距離を制御するために三角測量ユニットを有する反射光度計を示す線図である。
【図２】三角測量ユニットが含む発光部のパルス出力用発生器回路を示すブロック線図である。
【図３】三角測量ユニットと相互に作用する距離制御装置を示すブロック線図である。
【図４】検査すべき試験対象物の高さプロファイルを決定するための経路記録システムを示すブロック線図である。
【図５】三角測量ユニットで検出された光信号を示す時間線図である。
【図１】
2004069688.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【手続補正書】
【提出日】平成15年11月7日(2003.11.7)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定ヘッド（１０）から一定距離に配置された試験対象物（１４）、特に尿または血液な
どの体液用試験片の標的面（１２）を反射率検査するための、放射線発生源（３６）およ
び放射線検出器（２６）からなる測定ヘッド（１０）を含む反射光分析システムであって
、標的面（１２）から測定ヘッド（１０）までの距離を非接触で検査するための、光学的
三角測量に基づいて操作できる三角測量ユニット（１６）を含むことを特徴とする反射光
分析システム。
【請求項２】
三角測量ユニット（１６）が、入射軸（４２）に沿って標的面（１２）に方向付けられて
いる発光部（３４）と、受光軸（５０）の方向で標的面（１２）に向いている受光部（４
８）とを有することを特徴とする、請求項１に記載の反射光分析システム。
【請求項３】
入射軸および受光軸（４２、５０）が、標的面１２上の基準位置を規定する基準点（５２
）にて特定角度で交差することを特徴とする、請求項２に記載の反射光分析システム。
【請求項４】
受光部（４８）が、受光軸（５０）に直角に配置された位置解像センサ、および特に、Ｐ
ＳＤセンサ、ＣＣＤセンサまたは多素子ダイオードセンサ（４６）を有することを特徴と
する、請求項２又は３に記載の反射光分析システム。
【請求項５】
受光部（４８）が、好ましくは並列かつ受光軸（５０）に対して対称に配置された２つの
単一センサ（４６）による二重センサを有することを特徴とする、請求項２から４のいず
れか１項に記載の反射光分析システム。
【請求項６】
三角測量ユニット（１６）と相互に作用して、サーボドライブ（２８）により標的面（１
２）と測定ヘッド（１０）との間の特定距離をセットする制御装置（１８）を含むことを
特徴とする、請求項１から５のいずれか１項に記載の反射光分析システム。
【請求項７】
光源（３６）が同時に発光部（３４）でもあり、および／または、放射線検出器（２６）
が同時に三角測量ユニット（１６）の受光部（４８）でもあることを特徴とする、請求項
２から６のいずれか１項に記載の反射光分析システム。
【請求項８】
測定ヘッド（１０）から一定距離に配置された試験対象物（１４）、および特に尿または
血液などの体液用試験片の標的面（１２）を反射率により分析する方法であって、光学的
三角測量に基づく三角測量ユニット（１６）により、測定ヘッド（１０）と標的面（１２
）との間の測定距離を検査することを特徴とする方法。
【請求項９】
標的面（１２）の基準距離に対する距離の変化が、三角測量ユニット（１６）の受光部（
４８）上における対応光偏向により検出されることを特徴とする、請求項８に記載の方法
。