(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の試薬パッド（５０）を含む試薬試験片（４０）が配置された標的区域に光を照射し、該標的区域からの光を受けるための、測光診断計の読み取りヘッドにおいて、該読み取りヘッドが、
測光診断計に組み込まれるようにしたハウジング（１２、１４、１６）と、
前記ハウジング（１２、１４、１６）に対して固定位置に取り付けられた、実質的に単色である第一の波長の光を発するためのただ１つの発光ダイオード（２０）からなる第一の光源（２０）と、
前記ハウジング（１２、１４、１６）に対して固定位置に取り付けられた、実質的に単色である前記第一の波長とは実質的に異なる第二の波長の光を発するためのただ１つの発光ダイオード（２０）からなる第二の光源（２０）と、
前記光源（２０）のそれぞれからの光を受けるために取り付けられた、前記光源（２０）の一方のみが光を照射するとき、前記一方の光源（２０）からの光の実質的にすべてを標的区域に伝達し、前記標的区域が実質的に均一に照射されるようにするための光ガイド手段（２６）であって、光ガイド手段の入口は前記各光源（２０）に対応する比較的小さな幅を有し、光ガイド手段の出口は前記標的区域に対応する比較的大きな幅を有する末広がりの光ガイド手段（２６）と、
前記標的区域からの光を受けるために備え付けられた光検出器（７０）と、
を含むことを特徴とする読み取りヘッド。
【請求項２】
前記光ガイド手段（２６）が、前記一方の光源によって発された光をランダム化するための手段を含む、請求項１記載の読み取りヘッド。
【請求項３】
前記光ガイド手段（２６）が、前記一方の光源（２０）によって発された前記光を、前記光ガイド手段（２６）の入口から前記光ガイド手段（２６）の出口まで完全に内的に反射させる形状を有する透明な材料を含む、請求項１記載の読み取りヘッド。
【請求項４】
前記標的区域からの光を前記光検出器（７０）に向けるための手段をさらに含み、前記光を向けるための手段が、
前記標的区域からの光を受けるように配置されたミラー（５８）と、
前記ミラー（５８）によって反射された光を受け、光を前記光検出器（７０）に伝送するために配置されたレンズ（６６）とを含む、請求項１記載の読み取りヘッド。
【請求項５】
前記標的区域からの光を前記光検出器（７０）に向けるための手段をさらに含み、前記光を向けるための手段が、前記標的区域からの光を受けるように配置されたミラー（５８）を含み、前記ミラー（５８）が円筒状湾曲面を有する、請求項１記載の読み取りヘッド。
【請求項６】
複数の試薬パッド（５０）を含む試薬試験片（４０）が配置された標的区域に光を照射し、前記標的区域からの光を受けるための、測光診断計の読み取りヘッドにおいて、読み取りヘッドが、
測光診断計に組み込まれるようにしたハウジング（１２、１４、１６）と、
前記ハウジングに対して固定位置に取り付けられた、光を発するための発光ダイオード（２０）を含む光源（２０）と、
前記発光ダイオード（２０）から発された光を標的区域に伝達するための、前記光源（２０）に対して固定位置に取り付けられ、前記発光ダイオード（２０）によって発された光をランダム化するための手段を含む光ガイド手段（２６）であって、光ガイド手段の入口は前記光源（２０）に対応する比較的小さな幅を有し、光ガイド手段の出口は前記標的区域に対応する比較的大きな幅を有する末広がりの光ガイド手段（２６）と、
前記標的区域からの光を受けるために備え付けられた光検出器（７０）と、
を含むことを特徴とする読み取りヘッド。
【請求項７】
前記標的区域からの光を前記光検出器（７０）に向けるための手段をさらに含み、前記光を向けるための手段が、
前記標的区域からの光を受けるように配置されたミラー（５８）と、
前記ミラー（５８）によって反射された光を受け、光を前記光検出器（７０）に伝送するために配置されたレンズ（６６）とを含む、請求項６記載の読み取りヘッド。
【請求項８】
標的区域に光を照射し、前記標的区域からの光を受けるための、測光診断計の読み取りヘッドにおいて、該読み取りヘッドが、
測光診断計に組み込まれるようにしたハウジング（１２、１４、１６）と、
前記ハウジング（１２、１４、１６）に対して固定位置に取り付けられた、レンズレス発光ダイオード（２０）を含む光源（２０）と、
前記光源（２０）からの光を標的区域に伝達するための、前記光源（２０）に対して固定位置に取り付けられた光ガイド手段（２６）と、
前記標的区域からの光を受けるために備え付けられた光検出器（７０）と、
を含むことを特徴とする読み取りヘッド。
【請求項９】
前記光ガイド手段（２６）が、前記光源（２０）によって発された前記光を、前記光ガイド手段（２６）の入口から前記光ガイド手段（２６）の出口まで完全に内的に反射させる形状を有する透明な材料を含む、請求項８記載の読み取りヘッド。
【請求項１０】
前記標的区域からの光を前記光検出器（７０）に向けるための手段をさらに含み、前記光を向けるための手段が、
前記標的区域からの光を受けるように配置されたミラー（５８）と、
前記ミラー（５８）によって反射された光を受け、光を前記光検出器（７０）に伝送するために配置されたレンズ（６６）とを含む、請求項８記載の読み取りヘッド。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術】
本発明は、分析対象の体液試料に対して試験を実施するための測光診断計、たとえば反射分光器の読み取りヘッドに関する。
【０００２】
【従来の技術】
種々の医療診断目的のために、反射分光器を用いて体液試料を分析する、たとえば、免疫試験片又は化学試験片の上で人間の尿中の血液の存在を検出することが有用である。従来の反射分光器は、試薬パッド上に配された尿試料中の血液の存在を検出するのに使用されてきた。尿中に血液が存在するならばそれが試薬パッド上の試薬と反応して、血液濃度に依存する程度の変色を試薬パッドに生じさせる。たとえば、比較的高濃度の血液の存在においては、そのような試薬パッドは、黄から濃緑色に変色することができる。
【０００３】
ある従来の反射分光器は、試薬パッドに光を照射し、試薬パッドから受ける、試薬パッドの色に相関する量の光を従来の反射検出器によって検出することにより、血液濃度を検出する。分光器は、反射検出器によって生成される反射率信号の大きさに基づいて、尿試料を多数の範疇、たとえば「含有せず」に対応する第一の範疇、「低濃度」に対応する第二の範疇、「中濃度」に対応する第三の範疇及び「高濃度」に対応する第四の範疇のいずれか一つに割り当てる。
【０００４】
従来技術の反射分光器には、読み取りヘッドの形態の光学系が設けられている。読み取りヘッドの中では、試験対象の試薬パッドの真上に電球が配置され、試薬パッドの水平面に対して４５°の角度で反射率検出器が配置されている。分光器からの光は、照射光源から第一の垂直光路を通過して試薬パッドに達し、試薬パッドから、第一の光路に対して４５°の角度で配置された第二の光路を通過して反射率検出器に到達する。
【０００５】
試薬パッドに光を照射するための他の装置が設計されている。たとえば、Shaffer への米国特許第４，７５５，０５８号明細書は、表面に光を照射し、その表面から発される光の強さを検出するための装置を開示している。表面は、表面に対して鋭角に配置された複数の発光ダイオードによって直接照射される。Dosmann らへの米国特許第５，５１８，６８９号明細書は、１個以上の発光ダイオードを使用して試薬パッドに光を照射し、試薬パッドからの光を光センサによって検出する、拡散光反射率読み取りヘッドを開示している。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、試薬試験を実施することができるよう、標的区域をただ１つの発光ダイオードによって実質的に均一に照射し、標的区域からの光を受けるための測光診断計の読み取りヘッドに関する。読み取りヘッドは、全標的区域を均一に照射する能力を有する（多数の試薬パッドが上に配された試薬試験片に相当する）ため、試薬試験片を発光ダイオードに対して動かすための手段を設ける必要がない。
【０００７】
本発明の一つの態様では、読み取りヘッドには、測光診断計に組み込まれるハウジングと、ハウジングに対して固定位置に取り付けられた第一及び第二の光源と、光源のそれぞれから光を受けるために取り付けられた、光源の一方だけが光を照射しているとき、その光源からの光の実質的にすべてを伝達し標的区域を実質的に均一に照射する光ガイドと、標的区域からの光を受けるために結合された光検出器とが設けられている。第一及び第二の光源それぞれは、特定波長の実質的に単色の光を発するための１個の発光ダイオードからなる。
【０００８】
光ガイドは、光源によって発された光をランダム化するための手段、たとえば、光ガイドの入口に隣接する地点では比較的小さな幅を有し、光ガイドの出口に隣接する地点で比較的大きな幅を有する末広がりの光ガイドを含むことができる。光ガイドは、光源によって発された光を光ガイドの入口から光ガイドの出口まで完全に内的に反射させる形状の透明な材料からなることができる。
【０００９】
読み取りヘッドはまた、標的区域からの光を、標的区域からの光を受けるために配置されたミラーの形態の光検出器に向けるための手段と、ミラーによって反射された光を受け、光を光検出器に伝達するために配置されたレンズとを含むことができる。
【００１０】
本発明のもう一つの態様では、読み取りヘッドは、測光診断計に組み込まれるハウジングと、ハウジングに対して一定の位置に取り付けられた発光ダイオードを含む光源と、発光ダイオードから発された光を標的区域に伝達するための光ガイドと、標的区域からの光を受けるために結合された光検出器とを有する。光ガイドは、光源に対して固定位置に取り付けられ、発光ダイオードによって発された光をランダム化するための手段を含む。
【００１１】
本発明のさらなる態様では、読み取りヘッドには、測光診断計に組み込まれるハウジングと、ハウジングに対して一定の位置に取り付けられたレンズレス発光ダイオードを含む光源と、光源からの光を標的区域に伝達するための、光源に対して固定位置に取り付けられた光ガイドと、標的区域からの光を受けるために備え付けられた光検出器とが設けられている。
【００１２】
図面を参照しながら好ましい実施態様の詳細な説明を考察することにより、本発明のこれら及び他の特徴ならびに利点が当業者に明らかになるであろう。
【００１３】
【発明の実施の形態】
図１及び２は、反射分光計のような測光診断計のための読み取りヘッド１０の好ましい実施態様を示す。読み取りヘッド１０は、従来の方法で互いに接続することができる、上ハウジング部１２、中間ハウジング部１４及び下ハウジング部１６から形成されたハウジングを有する。ハウジング部１２、１４、１６は、ハウジングに入射する迷光線を実質的に吸収するために黒いプラスチックを含む射出成形部品であることができる。ハウジング部１２、１４、１６は、測光診断計に組み込まれるように成形され、適合されているが、ハウジング部１２、１４、１６の詳細な形状は、本発明にとって重要とはみなされず、さらなる構造、たとえば穴及びタブをハウジング部１２、１４、１６に含めて、ハウジング部１２、１４、１６の診断計への一体化を促進してもよい。
【００１４】
発光ダイオード（ＬＥＤ）２０の形態にある４個の光源が下ハウジング部１６に形成された縁２２の上に支持されている。ＬＥＤ２０は、プリント回路板（図示せず）の上に支持することもできる。ＬＥＤ２０それぞれは、赤の光、緑の光、青の光及び赤外線に対応する、異なる波長のモノクローム光線を発するように設計されている。発される光の波長は、約４００nm（青の光の場合）から約１，０００nm（赤外線の場合）の範囲で異なる。各ＬＥＤ２０は、ＬＥＤ２０と起動回路（図示せず）との間に接続された複数のワイヤ２４を介して選択的にオン及びオフに切り換えることができる。
【００１５】
ＬＥＤ２０は、ＬＥＤ２０から照射された光が入射する光ガイド２６の入口端２６ａにすぐ隣接するところ又は非常に近接するところに配置されている。図１に示すように、光ガイド２６は、比較的長い、実質的に平坦な部分２６ｂと、光ガイド２６の出口端２６ｄに向かって下向きにカーブする部分２６ｃとを有している。読み取りヘッド１０の一部の水平断面図である図２に示すように、光ガイド２６は、光ガイド２６の入口端２６ａから出口端２６ｄまで外側にそれる１対のカーブした側面２６ｅ、２６ｆを有している。
【００１６】
透明なプラスチック、たとえばアクリル又はポリカーボネートからなる射出成形部品であることができる光ガイド２６は、その入口端２６ａに入る実質的にすべての光を全内部反射によってその出口端２６ｄに誘導する。内的に反射した光が光ガイド２６をその入口２６ａと出口２６ｄとの間で出ることを防ぐため、光ガイド２６の外面を、場合によっては、反射性の高いコーティング、たとえば銀で被覆してもよい。
【００１７】
光ガイド２６は、下ハウジング部１６の中で、光ガイド２６の下に、その入口端２６ａに近い地点に配置された１対の支持体２８と、光ガイド２６の下に、その出口端２６ｄに近い地点に配置された複数の支持体３０とによって支持されている。支持体２８及び３０は、下ハウジング部１６と一体に形成することもできる。図２に示すように、光ガイド２６は、斜めに配設された１対のガイド壁３２、３４の間に配置されている。
【００１８】
図１に示すように、光は、矢印４６によって示すように、光ガイド２６の出口端２６ｄから照射室４４中の支持体４２の上に配された試薬試験片４０に向けて発される。支持体４２は、ハウジング部１２、１４、１６に対して動くことができない。試薬試験片４０は、多数の試薬パッド５０が上に固定される薄い非反応性の基板を有している。各試薬パッド５０は、反応試薬を含浸させた比較的吸収性の材料からなり、各試薬及び試薬パッド５０は、実施される特定の試験に対応するものである。尿分析試験を実施するとき、そのような試験には、たとえば、尿中白血球試験、尿pH試験、尿血試験などがある。各試薬パッド５０が尿試料と接触すると、パッドは、使用する試薬及び尿試料の特性に依存して、一定期間にわたって色を変える。従来のものである試薬試験片４０は、Bayer 社から市販されているMultistix （登録商標）試薬試験片であることができる。
【００１９】
試薬試験片４０からの光は、下ハウジング部１６に形成された長方形の開口５４を矢印５６で示す方向に通過して、上ハウジング部１２の左上角に固定されたミラー要素５８に達する。ミラー要素５８は、円筒形のミラー６０と、ミラー６０に接続された１対の取り付けタブ６２とからなる。反射性の高い材料で被覆された湾曲部６０を有するプラスチック射出成形部品であってもよいミラー要素５８は、図２に示す窓５４の長手とほぼ同じ長さを延びている。ミラー６０は、矢印６８で示すように、試薬試験片４０からそれに入射した光を反射して、中間ハウジング部１４に形成された正方形の窓６４に通し、中間ハウジング部１４によって支持されたレンズ６６に送る。レンズ６６の片側は平坦な面を有し、レンズ６６の他面は凸面（非球面）を有している。レンズ６６を通過した光は、矢印７２によって示すように、光検出器アレイ７０に伝送される。
【００２０】
上ハウジング部１２の側壁７４に固定された検出器アレイ７０は、従来の検出器アレイ、たとえば、Texas Instruments 社から市販されている、水平方向一列に並べられた２５６個の光検出器からなるＴＳＬ１４０２を含むことができる。
【００２１】
動作中、一度にＬＥＤ２０の１個だけが光を照射し、その１個のＬＥＤ２０によって提供される照射が、上述した試薬試験を満足に実施するのに十分な光を検出器アレイ７０が試薬試験片４０から検出することができる程度に試薬試験片４０を均一に照射するのに十分である。アレイ７０中の個々の光検出器それぞれは、試薬試験片４０の長手に沿って特定の点からの光を感知する。たとえば、図２に示す一番下の試薬パッド５０からの光を検出するためには、検出器アレイ７０の対応する端部にある多数の光検出器を起動することになる。アレイ７０の検出器すべてを起動することにより、すべての試薬パッド５０からの光を同時に検出することができる。
【００２２】
ミラー６０の断面形状は、検出器アレイ７０の各光検出器が、直線的な断面形状を有するミラーを使用した場合よりも幅広く試薬試験片４０の部分からの光を検出できるよう湾曲している。しかし、読み取りヘッド１０の特定の設計に依存して、円筒形に湾曲したミラー６０の代わりに直線的なミラーを使用してもよい。
【００２３】
図２を参照すると、光ガイド２６は、その入口端２６ａで比較的幅が狭く、その出口端２６ｄで比較的幅が広い、末広がりである。光ガイド２６が末広がりであるという事実は、１）ＬＥＤ２０の１個からの光を、出口端２６ｄまでの長さに対応する比較的大きな距離にわたって拡散させ、２）光線の一部を光ガイド２６の中で種々の角度に反射させることにより、ＬＥＤ２０の１個によって発された光線をランダム化し、それにより、試薬試験片４０が位置する標的区域でより均一な照射を提供するように作用する。
【００２４】
機能２）に関して、末広がりする側壁を有する光ガイドでは、一つの光線を壁から様々な角度（すなわち、光線が入口から出口に通過するにつれ、側壁に対する入射角度が徐々に浅くなる）で反射させ、それにより、光線のランダムさ及び照射の均一性を増大できることが理解されよう。
【００２５】
ＬＥＤ２０は、レンズレスＬＥＤ、たとえば表面取り付けＬＥＤを含むことが好ましい。従来のＬＥＤには通常、ＬＥＤの発光部品を覆うレンズが設けられている。このようなレンズは、光の発光角度に対するレンズ付きＬＥＤによって発される光の相対光度を示すグラフである図５に示すように、比較的高い程度の方向性を提供する。約２０°を超える発光角度では、光は光度が非常に弱い。レンズレスＬＥＤは、発光角度に対するレンズレスＬＥＤによって発される光の相対光度を示すグラフである図６に示すように、はるかに低い程度の方向性を示すことにより、むしろ均等拡散光源として作用する。
【００２６】
図７は、従来のレンズレスＬＥＤ２０の構造を示す。図７を参照すると、各ＬＥＤ２０は、中に形成されたキャビティ８２を有する基板８０を含む。発光構造８４がキャビティ８２の中に配設され、キャビティ８２又は発光構造８４を覆うレンズはない。
【００２７】
読み取りヘッド１０のある特定の実施態様では、ミラー６０の断面形状は、約１１mmの曲率半径を有する円形であり、ミラー６０は、試薬試験片４０の２２．５mm上かつ窓６４（図１）の約７９mm左に配置されている。窓６４は一片４mmの正方形であり、レンズ６６の約４mm左に配置されている。レンズ６６のもっとも厚い部分の幅は４．２６mmであり、レンズ６６は、検出器アレイ７０から約２０mm離れたところにあり、約５．５の倍率を有する。
【００２８】
上述の実施態様では、光ガイド２６の幅は、その入口端２６ａで２５mmであり、その出口端２６ｄで８３mmであり（この場合、試薬試験片の長さは９０mmである）、光ガイド２６の長さ（水平方向）は１０５mmである。側壁２６ｆ（側壁２６ｅとで対称をなす）は、光ガイド２６の左下縁から５３７．６mm下及び２０１．６mm右に位置する（光ガイド２６を図２に示すように見た場合）中心点から測定して半径５７４mmの円の湾曲を有している。光ガイド２６の湾曲部２６ｃの下寄り側面２６ｇ（図３）は、光ガイド２６の入口端２６ａの８４．１mm左及び光ガイド２６の上面の２６．４mm下に位置する中心点から測定して半径２２．９mmの円の湾曲を有している。湾曲部２６ｃの上側面２６ｈは、光ガイド２６の入口端２６ａの７８．７mm左かつ光ガイド２６の上面の４０mm下に位置する中心点から測定して半径４０mmの円の湾曲を有している。図３を参照すると、出口端２６ｄは、水平に対して３１．５°の角度θ1 で配置された第一の面２６ｉと、水平に対して７７．６°の角度θ2 で配置された第二の面２６ｊとを有している。図４を参照すると、出口端２６ａは、対称に配置された１対の斜めの面２６ｋを有している。
【００２９】
読み取りヘッド１０の構成部分の一つの具体的構造を詳細に説明したが、他の適当な構造を使用してもよい。従来の光線追跡コンピュータプログラム（多数の光線が反射する方向を自動的に示す）を使用してそのような構造を設計して、光ガイドによって発される光に望まれる均一性を提供する適当な設計を達成してもよい。
【００３０】
代替設計では、ミラー要素５８を省略してもよく、窓５４の真上に検出器７０を配置してもよい。
【００３１】
前記を考慮すると、本発明のさらなる変形及び代替態様が当業者に明らかになろう。この説明は、例を示すに過ぎず、当業者に対し、本発明を実行する最良の形態を教示することを目的とする。本発明の真髄を逸することなく、構造及び方法の詳細を実質的に変更することができ、請求の範囲に該当するすべての変形の排他的使用が保留される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の読み取りヘッドの好ましい実施態様の側断面図である。
【図２】図１の２−２線から見た読み取りヘッドの断面図である。
【図３】読み取りヘッドの光ガイドの出口端の構造を示す図である。
【図４】読み取りヘッドの光ガイドの入口端の構造を示す図である。
【図５】レンズを有する従来の発光ダイオードの光度対発光角度のグラフである。
【図６】レンズレス発光ダイオードの光度対発光角度のグラフである。
【図７】読み取りヘッドのレンズレス発光ダイオードアレイの側断面図である。
【符号の説明】
１２、１４、１６  ハウジング
２０  光源（発光ダイオード）
２６  光ガイド手段
５８  ミラー
６６  レンズ
７０  光検出器
【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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