光学測定装置
【課題】試験片３の移動速度を検知し、試験片３に測定光を照射して発生する反射光または散乱光のデータサンプリング間隔を試験片３の移動速度に応じて変更することのできる光学測定装置を提供する。
【解決手段】ステージ４の下部にラック１３とラック１３に噛み合って回転する回転ギア１４を設け、回転ギア１４の同軸上にエンコーダを設置する。試験片３をセットしたアタッチメント２をステージに設置し、試験片３が走査したときの移動速度を所定時間中のエンコーダ出力波形１８のパルス数をカウントして求める。試験片３の移動速度からデータサンプリング間隔を計算することにより、ＡＤＣ１１のサンプリング間隔を移動速度に応じて変更することができる。
【解決手段】ステージ４の下部にラック１３とラック１３に噛み合って回転する回転ギア１４を設け、回転ギア１４の同軸上にエンコーダを設置する。試験片３をセットしたアタッチメント２をステージに設置し、試験片３が走査したときの移動速度を所定時間中のエンコーダ出力波形１８のパルス数をカウントして求める。試験片３の移動速度からデータサンプリング間隔を計算することにより、ＡＤＣ１１のサンプリング間隔を移動速度に応じて変更することができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、試験片上に点着した液体試料に含まれる被測定物質と特異的に結合する抗体を固体化した呈色部を有する試験片の光学特性を、試験片に測定光を照射しながら走査させて測定し、被測定物質の濃度を定量的に測定する光学測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
図１１に従来の光学測定装置で使用する試験片３を示す。試験片３はメンブレンなどの多孔質な基材上に第一呈色部３１及び第二呈色部３２を形成する。これらの呈色部には被測定物質と特異的に結合する抗体を予め基材上に固定化している。標識部３３は、標識物質に被測定物質と特異的に結合する抗体を結合させて塗布している。被測定物質を含む液体試料を標識部３３に点着すると、メンブレン上を図１１に示す方向に展開して、第一呈色部３１及び第二呈色部３２にて、被測定物質が標識化された抗体と結合して固定化される。この試験片３に光を照射して反射光、散乱光または透過光などの光学特性を測定する。標識化された被測定物質が固定化している第一呈色部３１及び第二呈色部３２とメンブレンの他の部分との光学特性とが異なるので、この光学特性の差を利用して被測定物質の濃度測定を行う。
【０００３】
従来例１の光学測定装置を図１２に示す。従来の光学測定装置１はアタッチメント２に試験片３をセットし、液体試料を試験片３に点着する。アタッチメント２は装置内部でステージ４によって固定され、ステージ４はアタッチメントの挿入検出用にスイッチ５を設置し、その上部には測定光が入射して試験片３に照射できるように開口を設けている。光学部６は発光ダイオード（ＬＥＤ）、半導体レーザ（ＬＤ）などの光源と、それが出射するビームを整形するレンズ群及びマイコン１２からの指令を受けて光源の光出力を制御する光源制御器７で構成している。
【０００４】
スイッチ５にてアタッチメント２の挿入を検知すると光源を点灯して測定光を試験片３に照射し、その状態でアタッチメント２とステージ４を使用者が光学測定装置１の内部に押し込むことで測定光が試験片３上を走査する。このときの試験片３で発生する反射光、散乱光または透過光を試験片３の光学特性として検出部８で検出する。検出部８はフォトトランジスタ、ＣＣＤ、フォトダイオード（ＰＤ）、アバランシェフォトダイオード（ＡＰＤ）、光電子増倍管（ＰＭＴ）のいずれかで構成する受光素子９と、受光素子９で発生する光電流を電圧に変換するＩ−Ｖ変換１０で構成している。電圧変換した光学特性をＡＤコンバータ（ＡＤＣ）１１に入力してデジタルデータに変換し、マイコン１２に入力して被測定物質の濃度計算を行う。このときのＡＤＣ１１のサンプリング間隔とサンプリング数は予めマイコン１２によって設定されている。
【０００５】
しかしながら、前記従来例１の光学測定装置の構成では、試験片３の走査速度は使用者のアタッチメント２を押す速度によって変化する。したがって、マイコン１２にて予め設定しているＡＤＣ１１のサンプリング間隔では、速度の大小によってＡＤＣ１１でサンプリングしたデータ間の試験片３上の距離にばらつき生じ、データサンプル数が不足して測定誤差が大きくなる課題が生じる。そのために、次に示す従来例２の技術が考案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００６】
従来例２の光学測定装置を図１３に示す。光学測定装置３４は、試験紙ホルダー３５、往復運動可能な試験紙保持テーブル３６、試験紙３７、試験紙保持テーブル３６を導入する区画を装置内部に設けると共にピン３９を取り付けた仕切り板３８を設置している。このピン３９によって装置内部で固定される試験紙ホルダー３５は、解除スイッチ４４を押すことで固定が解除される。仕切り板３８には試験紙３７を光学測定するための窓４０が開けられている。また、試験紙保持テーブル３６の片側にはラック４３が形成されており、それと噛み合うようにアイドルギア４２及び、アイドルギア４２と噛み合うように駆動ギア４１が光学測定装置３４に設けられている。アイドルギア４２には粘性ダンパ（不図示）を装着しており、駆動ギア４１はねじりコイルバネにより、試験紙保持テーブル３６を装置内部に押し込んだときに装置外部に押し出すように作用する。
【０００７】
予め試験紙ホルダー３５にセットされている試験紙３７に被測定物質を含む液体試料を点着した後に、試験紙ホルダー３５を試験紙保持テーブル３６にセットする。その状態で試験紙保持テーブル３６を装置内部に押し入れると、ラック４３によって駆動ギアが回転することでコイルバネが巻き取られる。ピン３９によって固定されるまで試験紙保持テーブル３６を押し込んだ後に解除スイッチ４４を押すと、窓４０から測定光を照射して測定動作が開始されると共に、コイルバネによって駆動ギア４１が回転して試験紙保持テーブル３６が装置の外に向かって押し出される。このときの試験紙保持テーブル３６の速度は、アイドルギア４２に粘性ダンパが設置されているのでほぼ等速にすることができる。
【特許文献１】特開２００１−２１５２２３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、前記従来例２の光学測定装置３４では、コイルバネ及び粘性ダンパの性能ばらつきで移動速度に差が生じやすく、またそれらの性能の経時変化でも移動速度が変化するために、従来例１の光学測定装置と同様にＡＤＣ１１でサンプリングされたデータ間の試験片３上の実距離に差が生じるために測定誤差が大きくなるという課題を有していた。
【０００９】
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、試験片３の移動速度を検知してそれに応じてＡＤＣ１１のサンプリング間隔を変更することとした光学測定装置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】
【００１０】
前記従来の課題を解決するために、本発明の光学測定装置は、被測定物質と特異的に結合する呈色部を設けた試験片と、前記試験片を保持して水平移動するステージと、前記走査中に前記試験片に対して測定光を照射する光源を持つ光学部と、前記試験片の光学特性を測定して電気信号に変換する検出部と、
前記電気信号をサンプリングするＡＤコンバータと、前記ＡＤコンバータによりサンプリングされた信号を利用して被測定物質の濃度を計算する濃度計算手段と、前記ステージの移動速度を検知するステージ速度検出手段と、前記速度検出手段で検知された移動速度に応じて前記ＡＤコンバータのサンプリング時間を制御するサンプリング時間制御手段を有することを特徴としたものである。
【発明の効果】
【００１１】
以上のように、本発明の光学測定装置によれば、検知した試験片３の移動速度に応じたＡＤＣ１１のサンプリング間隔が設定できるので、ＡＤＣ１１でサンプリングを行ったデータ間の試験片３上での距離が等しいために、被測定物質の測定ばらつきを低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下に、本発明の光学測定装置の実施の形態を図面とともに詳細に説明する。
（実施の形態１）
図１に本発明の第一の実施の形態における光学測定装置の構成図を示す。試験片３は図１１で示す試験片３を使用する。光学測定装置１は、試験片３をセットするアタッチメント２、装置内部でアタッチメント２を固定するステージ４、アタッチメント２のステージ４への挿入を検知するスイッチ５、ステージ４の移動速度を検出するステージ速度検出手段１５、試験片３に測定光を照射する光学部６、試験片３からの反射光を検出する検出部８、検出部８からの出力電圧をサンプリング時間制御手段５２により指示されるサンプリング間隔でサンプリングするＡＤコンバータ（以下ＡＤＣと表現）１１の出力より試験片３の非測定物質の濃度を計算する濃度計算手段５１とから構成される。
【００１３】
光学部６は、ＬＥＤまたはＬＤなどの光源から発するビームを整形するレンズ群と、光源の光量を制御する光源制御器７とから構成されている。制御手段１２は、光源制御器７に対し光学部６の光源を点灯する指令信号を出力する。また検出部８は、フォトトランジスタ、ＣＣＤ、ＰＤ、ＡＰＤ、ＰＭＴなどの受光素子９と、受光素子９からの出力電流を電圧に変換するＩ−Ｖ変換器１０とから構成されている。また、ステージ４にはラック１３が取り付けられ、ラック１３と噛み合って回転する回転ギア１４を設けることで水平移動出来るように構成されている。回転ギア１４には、その回転軸上にエンコーダが設けられており、ステージ４の走査によって得られる回転速度はエンコーダ出力信号に変換されてステージ速度検出手段１５内部のエンコーダ出力手段に送られて波形整形された後、サンプリング時間制御手段５２に送られる。サンプリング時間制御手段５２では、ステージ速度検出手段１５より送られてきた信号に応じてＡＤＣ１１へのサンプリングクロックを供給する。
【００１４】
次に本発明の動作について説明する。試験片３をアタッチメント２にセットした状態で液体試料を標識部３３に点着する。試験片３上を液体試料が十分に展開したことを確認した後にステージ４にアタッチメント２をセットし、スイッチ５にてアタッチメント２の挿入を検知すると測定動作を開始する。
【００１５】
制御手段１２は光源制御器７に指令を送り、所定の光出力で光源を点灯させて試験片３に測定光を照射し、試験片３からの散乱光または反射光は受光素子９で受光してＩ−Ｖ変換器１０で電圧変換した後にＡＤＣ１１に入力して濃度計算手段５１のための濃度データ測定データを出力する。
【００１６】
このときのＡＤＣ１１は、サンプリング時間制御手段１２で予め設定された初期サンプリング間隔ｔにてデータのサンプリングを行う。この状態でアタッチメント２をステージ４上で水平移動させることにより測定光を試験片３上で走査させる。このとき、ステージ４の水平移動に伴い回転ギア１４が回転するため、エンコーダ出力が得られる。エンコーダ出力とＡＤＣ１１のサンプリング間隔を同期させて測定すると、受光素子９の受光強度は図２のようになる。１６は試験片３上の第一呈色部の受光強度、１７は第二呈色部の受光強度を示している。
【００１７】
測定動作中のサンプリング時間の第一の設定方法について図３を使用して説明する。４５は試験片３の移動速度を示し、図３では試験片３を入れたアタッチメント２を手動で移動させたときに、移動速度が途中で変化している様子を現している。１８はエンコーダ出力波形、１９はＡＤＣ１１のサンプリングクロックである。期間１は始動時であり、期間２〜６はそれ以降の期間を示す。ここでの試験片３の移動速度は、期間１〜３が等速、期間４で減速し、期間５、６では再び等速になっている。期間１〜６のサンプリング時間の決め方を説明する。
【００１８】
期間１の始動時のサンプリング時間ｔは、予め実験などを行って決定する実験値でありサンプリング時間制御手段５２に予め記憶しておく。この期間１の間中、エンコーダ出力波形のパルス数ｎ1をパルスの立ち上がりでカウントし、期間１のパルスの平均周期をＴ1＝ｔ／ｎ1として計算する。平均周期が短い場合は、試験片３の移動速度が速いことを示しているので、サンプリング時間は短くてよい。したがって、平均周期とサンプリング時間は比例関係にある。期間２のサンプリング時間ｔ2は期間１の平均周期Ｔ1を使用してｔ2＝α・Ｔ1（αは任意の定数）とする。この計算を期間１の間中サンプリング時間制御手段５２で行い、期間の終了時にサンプリング時間ｔ2のパルスをＡＤＣ１１に出力する。ここで出力するパルスのＯＮ幅は少なくともサンプリング時間ｔ2よりも短い幅にする。
【００１９】
期間２のサンプリングクロックを出力すると、パルス数ｎ1のカウントをリセットし、期間２のパルス数ｎ2をカウントして平均周期Ｔ2＝ｔ2／ｎ2を求める。期間１のときと同様にエンコーダパルスのカウント毎にＴ2および期間３のサンプリング時間ｔ3＝α・Ｔ2を順次求める。その他の期間のサンプリング時間も同様に求める。期間５は試験片３の移動速度減少によってエンコーダパルス数が減少しているので、期間６のサンプリング時間ｔ6＝α・ｔ5／ｎ5は期間２〜５のサンプリング時間に比べて長くなる。
【００２０】
以上のようにサンプリング時間制御手段５２は、試験片３の移動に同期して回転するエンコーダの出力パルス数を求めて試験片３の移動速度を計算することで、ＡＤＣ１１の次のサンプリング間隔を計算しＡＤＣ１１に出力する。
【００２１】
サンプリング時間制御手段５２を用いることにより、試験片３の移動速度に対応してＡＤＣ１１のサンプリング間隔を変更することが出来るので、測定中の試験片３の水平移動速度のばらつき、すなわち、走査中の速度が変動した場合でも、ＡＤＣ１１のデータサンプリング数が不足せず、正常な測定を行うことが出来る。このため、測定精度を向上させることが出来る。
【００２２】
（実施の形態２）
本実施の形態２では、実施の形態１と異なる点のみを説明する。図４は、本発明の実施の形態の２の光学測定装置１の構成図を示す。実施の形態１の光学測定装置１では、ステージ４の移動速度を検出するために、エンコーダを用いたステージ速度検出手段１５を設けていたが、本実施の形態２では、回転ギアの回転軸上に発電機を設置したステージ速度検出手段１５を用いる。発電機の出力は演算手段２０にてアンプなどを介して波形整形したのちにサンプリング時間制御手段５２に入力し、サンプリング時間制御手段５２の内部に有するクロックにてデータを取得する。
【００２３】
次に、本実施例を使用したＡＤＣ１１のサンプリング間隔の設定方法について図５を用いて説明する。２１は発電機の出力波形、１９は実施例１と同様にサンプリングクロックを示している。
【００２４】
発電機１４の出力電圧２１の大きさは、回転速度に対して比例関係にある。したがって、出力電圧２１の振る舞いは試験片３の移動速度の増減と等しい。図５では、試験片３は期間１で加速して一定速度になり、期間５で減速して、期間６で再び一定速度になっている様子を示している。このような速度で移動する試験片３に対して、サンプリング時間制御手段１２において、期間１〜６でのサンプリング時間の決め方を説明する。
【００２５】
期間１の始動時のサンプリング時間ｔは、予め実験などを行って決定する実験値でありサンプリング時間制御手段５２に予め記憶しておく。このサンプリング時間をｎ分割し、ｎ分割した１番目の時間での発電機１４の電圧をＶ11、ｎ番目の電圧をＶ1nとして、期間１での発電機の平均電圧をＶ1＝（Ｖ11＋Ｖ12＋・・・＋Ｖ1n）／ｎとして計算する。平均電圧Ｖ1が高い場合は、試験片３の移動速度が速いことを示しているので、サンプリング時間は短くてよい。したがって、平均電圧とサンプリング時間は反比例関係にある。期間２のサンプリング時間ｔ2は期間１の平均電圧Ｖ1を使用してｔ2＝α／Ｖ1（αは任意の定数）とする。この計算を期間１のｎ分割したサンプリング間隔毎にサンプリング制御手段５２で行い、期間の終了時にサンプリング時間ｔ2のパルスをＡＤＣ１１に出力する。ここで出力するパルスのＯＮ幅は少なくともサンプリング時間ｔ2よりも短い幅にする。
【００２６】
期間２のサンプリングクロックを出力すると、平均電圧の計算をリセットし、期間１のときと同様にサンプリング時間ｔ2をｎ分割したタイミングで発電機１４の電圧を演算手段から入手して、平均電圧Ｖ2＝（Ｖ21＋Ｖ22＋・・・＋Ｖ2ｎ）／ｎを計算する。期間3)のサンプリング時間はｔ3＝α／Ｖ2として求め、その他の期間のサンプリング時間も同様にして求められる。期間５以降は、試験片３の移動速度が期間２〜４から減少しているので、発電機１４の電圧が減少する。したがって、期間６、７のサンプリング時間は期間２〜５のサンプリング時間に比べて長くなる。
【００２７】
以上のように、本実施の形態２のサンプリング時間制御手段１２においては試験片３の移動速度に比例する値としてＡＤＣ１１がデータサンプリング期間中に発電機の出力電圧の平均値を求め、次の期間のサンプリング間隔を決定した。このような構成においても実施例１と同じようなデータサンプリング間隔のばらつきを防止による測定精度の向上が可能である。
【００２８】
なお、本実施例においては発電機の出力電圧の平均値を求めるようにしたが、出力電圧の各瞬時値から同様の計算でサンプリング間隔ｔｎを求めて、各期間の最後の値を次の期間のサンプリング間隔とするようにしても同様の効果が得られる。
【００２９】
（実施の形態３）
本実施の形態では先の実施の形態１及び２と異なる点のみを説明する。本実施の形態では、図１２に示す従来の装置においても、本発明の課題が解決できる試験片３を説明する。
【００３０】
図６に本発明の実施の形態３で使用する試験片３の図を示す。図６の試験片は第一呈色部３１と第二呈色部３２のそれぞれの展開方向前方に第一速度確認ライン２２と第二速度確認ライン２３を有している。２２、２３の速度確認ラインは例えば黒の染料など、反射、散乱光がほとんどない染料で予め染色している。また、第一、第二速度確認ライン２２，２３の各々のライン間の距離はｄ１＝ｄ２＝ｄ３＝ｄ４＝ａとなっている。
【００３１】
図７は試験片に測定光を照射することで発生する反射光または散乱光とＡＤＣ１１のサンプリングクロック１９の図である。第一速度確認ラインの受光強度２４は第一速度確認ラインに対応する受光素子９に入射する反射または散乱光の受光強度、第二速度確認ラインの受光強度２５は第二速度確認ラインに対応する反射または散乱光の受光素子９での受光強度を示している。
【００３２】
次に本実施例でのＡＤＣ１１におけるデータのサンプリング間隔設定方法について説明する。図７の１の期間で示される測定の初期段階では、マイコン１２にて予め設定している初期サンプリング間隔ｔを使用する。装置が第一速度確認ライン２２をスキャンすると、第一速度確認ラインの受光強度２４から極小値を検出し、各極小値間の距離ｄ１、ｄ２のサンプリングクロック数ｍ１、ｍ２（＝極小値間のデータ数）を求める。クロック数ｍ１を用いてｄ１をスキャンしたときの試験片３の移動速度はｖｄ１＝ａ／（ｍ１・ｔ）として計算される。同様に、ｖｄ２＝ａ／（ｍ２・ｔ）となる。このｖｄ１、ｖｄ２から、第一速度確認ライン２２をスキャンしたときの試験片３の移動速度の平均値ｖ１をｖ１＝（ｖｄ１＋ｖｄ２）／２として求め、図７の２の期間のサンプリング間隔ｔ２＝αｖ１（αは任意の定数）とする。このサンプリング間隔ｔ２は第一速度確認ライン２２の測定が終了した時点で適用し、第一呈色部３１の測定はこのサンプリング間隔ｔ２を使用する。試験片３が更に移動して第二速度確認ライン２３をスキャンすると、同様にして第二速度確認ライン２３の各ラインの距離ｄ３、ｄ４間の移動速度を求める。第二速度確認ライン２３をスキャンしたときｄ３、ｄ４のダンプリングクロック数がそれぞれｍ３、ｍ４のときｄ３、ｄ４での試験片３の移動速度ｖｄ３、ｖｄ４はそれぞれ、ｖｄ３＝ａ／（ｍ３・ｔ２）、ｖｄ４＝ａ／（ｍ４・ｔ２）となる。第二速度確認ラインでの試験片３の移動速度の平均値ｖ２は同様にしてｖ２＝（ｖｄ３＋ｖｄ４）／２となり、図７の３の期間のサンプリング間隔ｔ３はｔ３＝αｖ２（αは任意）で計算する。このサンプリング間隔ｔ３は第二速度確認ライン２３の測定が終了した時点で適用し、第二呈色部の受光強度１７はこのサンプリング間隔を使用して測定する。
【００３３】
以上のように、本実施例３においては試験片３上の第一呈色部３１、第二呈色部３２の手前に、反射または吸光の低い複数のラインで形成する第一速度確認ライン２２と第二速度確認ライン２３を設けた。各ライン間ｄ１〜ｄ４のサンプリングクロック数試験片３の移動速度を求めて、第一、第二速度確認ライン通過時の平均移動速度ｖ１、ｖ２を計算した。このｖ１、ｖ２を用いてサンプリング間隔ｔ１、ｔ２を決定し、第一呈色部３１と第二呈色部３２の測定にそれらのサンプリング間隔を使用した。このように各々の呈色部の測定の手前で試験片３の移動速度を求めてサンプリング間隔を決定することで、実施例１、２と同様に試験片３の移動速度の違いによって生じるデータサンプリング間隔のばらつきを防止することが可能である。
【００３４】
本実施例において、試験片上の呈色部と速度確認ラインはそれぞれ２箇所設けているが、呈色部と速度確認ライン共に１箇所以上設けていれば同様の効果が得られる。また、図６の速度確認ラインは２本以上設けて、それぞれの平均速度を求めるようにすれば同様の効果が得られることは言うまでもない。
（実施の形態４）
本実施の形態では実施の形態１から３と異なる点のみを説明する。図８に本発明の実施の形態４の光学測定装置の構成図を示す。ステージ４の下部に反射板２６、フォトリフレクタのような反射型の光センサ２７を設置し、光センサ２７は光センサ制御部２８によって制御され、その出力はマイコン１２に入力する。図９に示すように反射板２６は等間隔に光を反射しないスリットを設け、アルミ、鉄、ステンレスなどの光を反射しやすい素材で構成する。このスリットは貫通穴、反射防止塗料、反射防止シールなどが使用可能である。この光センサ２７からの信号は、光センサ検出部を内臓したステージ速度検出手段１５に送られ、演算手段により波形整形をした後、サンプリング時間制御手段５２に送られる。光センサ出力波形の周期＞サンプリング時間であり、光センサの出力波形の周期の方が小さい場合には実施例１と同様の方法で測定が可能である。
【００３５】
次に、本実施の形態４に使用したサンプリング時間制御手段５２における、ＡＤＣ１１のサンプリング時間の設定方法について図１０を用いて説明する。４５は試験片３の移動速度を示し、図１０では試験片３を入れたアタッチメント２を手動で移動させたときに、移動速度が途中で変化している様子を現している。３０は演算手段から得られる光センサ出力波形、１９はＡＤＣのサンプリングクロックである。期間１は始動時であり、期間２〜７はそれ以降のサンプリングクロックの期間を示す。ここでの試験片３の移動速度は、期間１〜３が等速、期間４、５で減速し、期間６、７では再び等速になっている。期間１〜６のサンプリング時間の決め方を説明する。
【００３６】
サンプリング時間制御手段５２では、ＡＤＣ１１にサンプリングクロックを出力すると同時に光センサ出力波形３０の周期を測定する。光センサ出力波形３０の周期が短い場合は、試験片３の移動速度が速いことを示しているので、サンプリング時間は短くてよい。したがって、周期ＴAの光センサ出力に対応するサンプリング時間はｔA＝α・ＴA（αは任意の定数）とする。期間１の始動時のサンプリング時間ｔは予め実験などを行って決定する実験値であり、サンプリング時間制御手段５２に予め記憶しておく。期間２のサンプリングクロック立ち上がり時には、光センサ出力３０の期間Ａが終了していないので、期間１と同様に予め記憶しているサンプリング時間ｔのクロックを出力する。
【００３７】
期間２の途中で期間Ａが終了するので、サンプリング時間ｔAが求められ、サンプリング時間ｔと置き換えられる。期間３のサンプリングクロック立ち上がり時には、サンプリング時間はｔからｔAに置き換えられているので、サンプリング時間ｔAのクロックを出力する。期間４〜７でも同様にして、期間４：ｔB、期間５：ｔC、期間６：ｔC、期間７：ｔDに、サンプリング時間がそれぞれ設定される。
【００３８】
以上のように、本実施の形態４のサンプリング時間制御手段５２においては試験片３の移動速度に反比例する値としてＡＤＣ１１のデータサンプリング中の光センサ出力波形３０の周期を測定し、サンプリング間隔を決定した。このような構成にすることで実施例１〜３と同様にデータサンプリング間隔のばらつきを防止できる。
【００３９】
なお、本実施の形態では反射板２６と光センサ２７をステージ４の底部に設けたが、光センサ出力波形３０が得られる箇所であればステージのいかなる部分にも取り付け可能である。また、ステージ４に直接に反射部と被反射部のパターンを設けて、反射材２６を設置しない場合でも同様の効果が得られることは言うまでもない。また、本実施の形態では光センサ３０として反射型のセンサを使用しているが、反射材２６のスリット２９を貫通穴とすれば透過型の光センサも使用が可能である。
【産業上の利用可能性】
【００４０】
本発明にかかる光学測定装置は、試験片を装置内部で走査して光学特性を測定する際に、走査速度のばらつきによる測定制度低下の改善効果を有し、試験上の被測定物質の濃度を光学的に測定する分野等に有用である。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明の実施例１における光学測定装置の断面図
【図２】本発明の実施例１における受光強度の図
【図３】本発明の実施例１におけるエンコーダ出力波形とサンプリングクロックの図
【図４】本発明の実施例２における光学測定装置の断面図
【図５】本発明の実施例２におけるエンコーダ出力波形とサンプリングクロックの図
【図６】本発明の実施例３における試験片の図
【図７】本発明の実施例３における試験片の光学特性の図
【図８】本発明の実施例４における光学測定装置の断面図
【図９】本発明の実施例４における反射板の図
【図１０】本発明の実施例４における光センサ出力波形とサンプリングクロックの図
【図１１】従来の試験片の図
【図１２】従来例１の光学測定装置の図
【図１３】従来例２の光学測定装置の図
【符号の説明】
【００４２】
１ 光学測定装置
２ アタッチメント
３ 試験片
４ ステージ
５ スイッチ
６ 光学部
７ 光源制御器
８ 検出部
９ 受光素子
１０ Ｉ−Ｖ変換器
１１ ＡＤコンバータ（ＡＤＣ）
１２ マイコン
１３ ラック
１４ 回転ギア
１５ ステージ速度検出手段
１６ 第一呈色部の受光強度
１７ 第二呈色部の受光強度
１８ エンコーダ出力波形
１９ サンプリングクロック
２０ 演算手段
２１ 発電機出力波形
２２ 第一速度確認ライン
２３ 第二速度確認ライン
２４ 第一速度確認ラインの受光強度
２５ 第二速度確認ラインの受光強度
２６ 反射板
２７ 光センサ
２８ スリット
２９ 光センサ制御部
３０ 光センサ出力波形
３１ 第一呈色部
３２ 第二呈色部
３３ 標識部
３４ 光学測定装置
３５ 試験紙ホルダー
３６ 試験紙保持テーブル
３７ 試験紙
３８ 試験紙保持テーブル
３９ ピン
４０ 窓
４１ 駆動ギア
４２ アイドルギア
４３ ラック
４４ 解除スイッチ
４５ 移動速度
５１ 濃度計算手段
５２ サンプリング時間制御手段
【技術分野】
【０００１】
本発明は、試験片上に点着した液体試料に含まれる被測定物質と特異的に結合する抗体を固体化した呈色部を有する試験片の光学特性を、試験片に測定光を照射しながら走査させて測定し、被測定物質の濃度を定量的に測定する光学測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
図１１に従来の光学測定装置で使用する試験片３を示す。試験片３はメンブレンなどの多孔質な基材上に第一呈色部３１及び第二呈色部３２を形成する。これらの呈色部には被測定物質と特異的に結合する抗体を予め基材上に固定化している。標識部３３は、標識物質に被測定物質と特異的に結合する抗体を結合させて塗布している。被測定物質を含む液体試料を標識部３３に点着すると、メンブレン上を図１１に示す方向に展開して、第一呈色部３１及び第二呈色部３２にて、被測定物質が標識化された抗体と結合して固定化される。この試験片３に光を照射して反射光、散乱光または透過光などの光学特性を測定する。標識化された被測定物質が固定化している第一呈色部３１及び第二呈色部３２とメンブレンの他の部分との光学特性とが異なるので、この光学特性の差を利用して被測定物質の濃度測定を行う。
【０００３】
従来例１の光学測定装置を図１２に示す。従来の光学測定装置１はアタッチメント２に試験片３をセットし、液体試料を試験片３に点着する。アタッチメント２は装置内部でステージ４によって固定され、ステージ４はアタッチメントの挿入検出用にスイッチ５を設置し、その上部には測定光が入射して試験片３に照射できるように開口を設けている。光学部６は発光ダイオード（ＬＥＤ）、半導体レーザ（ＬＤ）などの光源と、それが出射するビームを整形するレンズ群及びマイコン１２からの指令を受けて光源の光出力を制御する光源制御器７で構成している。
【０００４】
スイッチ５にてアタッチメント２の挿入を検知すると光源を点灯して測定光を試験片３に照射し、その状態でアタッチメント２とステージ４を使用者が光学測定装置１の内部に押し込むことで測定光が試験片３上を走査する。このときの試験片３で発生する反射光、散乱光または透過光を試験片３の光学特性として検出部８で検出する。検出部８はフォトトランジスタ、ＣＣＤ、フォトダイオード（ＰＤ）、アバランシェフォトダイオード（ＡＰＤ）、光電子増倍管（ＰＭＴ）のいずれかで構成する受光素子９と、受光素子９で発生する光電流を電圧に変換するＩ−Ｖ変換１０で構成している。電圧変換した光学特性をＡＤコンバータ（ＡＤＣ）１１に入力してデジタルデータに変換し、マイコン１２に入力して被測定物質の濃度計算を行う。このときのＡＤＣ１１のサンプリング間隔とサンプリング数は予めマイコン１２によって設定されている。
【０００５】
しかしながら、前記従来例１の光学測定装置の構成では、試験片３の走査速度は使用者のアタッチメント２を押す速度によって変化する。したがって、マイコン１２にて予め設定しているＡＤＣ１１のサンプリング間隔では、速度の大小によってＡＤＣ１１でサンプリングしたデータ間の試験片３上の距離にばらつき生じ、データサンプル数が不足して測定誤差が大きくなる課題が生じる。そのために、次に示す従来例２の技術が考案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００６】
従来例２の光学測定装置を図１３に示す。光学測定装置３４は、試験紙ホルダー３５、往復運動可能な試験紙保持テーブル３６、試験紙３７、試験紙保持テーブル３６を導入する区画を装置内部に設けると共にピン３９を取り付けた仕切り板３８を設置している。このピン３９によって装置内部で固定される試験紙ホルダー３５は、解除スイッチ４４を押すことで固定が解除される。仕切り板３８には試験紙３７を光学測定するための窓４０が開けられている。また、試験紙保持テーブル３６の片側にはラック４３が形成されており、それと噛み合うようにアイドルギア４２及び、アイドルギア４２と噛み合うように駆動ギア４１が光学測定装置３４に設けられている。アイドルギア４２には粘性ダンパ（不図示）を装着しており、駆動ギア４１はねじりコイルバネにより、試験紙保持テーブル３６を装置内部に押し込んだときに装置外部に押し出すように作用する。
【０００７】
予め試験紙ホルダー３５にセットされている試験紙３７に被測定物質を含む液体試料を点着した後に、試験紙ホルダー３５を試験紙保持テーブル３６にセットする。その状態で試験紙保持テーブル３６を装置内部に押し入れると、ラック４３によって駆動ギアが回転することでコイルバネが巻き取られる。ピン３９によって固定されるまで試験紙保持テーブル３６を押し込んだ後に解除スイッチ４４を押すと、窓４０から測定光を照射して測定動作が開始されると共に、コイルバネによって駆動ギア４１が回転して試験紙保持テーブル３６が装置の外に向かって押し出される。このときの試験紙保持テーブル３６の速度は、アイドルギア４２に粘性ダンパが設置されているのでほぼ等速にすることができる。
【特許文献１】特開２００１−２１５２２３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、前記従来例２の光学測定装置３４では、コイルバネ及び粘性ダンパの性能ばらつきで移動速度に差が生じやすく、またそれらの性能の経時変化でも移動速度が変化するために、従来例１の光学測定装置と同様にＡＤＣ１１でサンプリングされたデータ間の試験片３上の実距離に差が生じるために測定誤差が大きくなるという課題を有していた。
【０００９】
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、試験片３の移動速度を検知してそれに応じてＡＤＣ１１のサンプリング間隔を変更することとした光学測定装置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】
【００１０】
前記従来の課題を解決するために、本発明の光学測定装置は、被測定物質と特異的に結合する呈色部を設けた試験片と、前記試験片を保持して水平移動するステージと、前記走査中に前記試験片に対して測定光を照射する光源を持つ光学部と、前記試験片の光学特性を測定して電気信号に変換する検出部と、
前記電気信号をサンプリングするＡＤコンバータと、前記ＡＤコンバータによりサンプリングされた信号を利用して被測定物質の濃度を計算する濃度計算手段と、前記ステージの移動速度を検知するステージ速度検出手段と、前記速度検出手段で検知された移動速度に応じて前記ＡＤコンバータのサンプリング時間を制御するサンプリング時間制御手段を有することを特徴としたものである。
【発明の効果】
【００１１】
以上のように、本発明の光学測定装置によれば、検知した試験片３の移動速度に応じたＡＤＣ１１のサンプリング間隔が設定できるので、ＡＤＣ１１でサンプリングを行ったデータ間の試験片３上での距離が等しいために、被測定物質の測定ばらつきを低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下に、本発明の光学測定装置の実施の形態を図面とともに詳細に説明する。
（実施の形態１）
図１に本発明の第一の実施の形態における光学測定装置の構成図を示す。試験片３は図１１で示す試験片３を使用する。光学測定装置１は、試験片３をセットするアタッチメント２、装置内部でアタッチメント２を固定するステージ４、アタッチメント２のステージ４への挿入を検知するスイッチ５、ステージ４の移動速度を検出するステージ速度検出手段１５、試験片３に測定光を照射する光学部６、試験片３からの反射光を検出する検出部８、検出部８からの出力電圧をサンプリング時間制御手段５２により指示されるサンプリング間隔でサンプリングするＡＤコンバータ（以下ＡＤＣと表現）１１の出力より試験片３の非測定物質の濃度を計算する濃度計算手段５１とから構成される。
【００１３】
光学部６は、ＬＥＤまたはＬＤなどの光源から発するビームを整形するレンズ群と、光源の光量を制御する光源制御器７とから構成されている。制御手段１２は、光源制御器７に対し光学部６の光源を点灯する指令信号を出力する。また検出部８は、フォトトランジスタ、ＣＣＤ、ＰＤ、ＡＰＤ、ＰＭＴなどの受光素子９と、受光素子９からの出力電流を電圧に変換するＩ−Ｖ変換器１０とから構成されている。また、ステージ４にはラック１３が取り付けられ、ラック１３と噛み合って回転する回転ギア１４を設けることで水平移動出来るように構成されている。回転ギア１４には、その回転軸上にエンコーダが設けられており、ステージ４の走査によって得られる回転速度はエンコーダ出力信号に変換されてステージ速度検出手段１５内部のエンコーダ出力手段に送られて波形整形された後、サンプリング時間制御手段５２に送られる。サンプリング時間制御手段５２では、ステージ速度検出手段１５より送られてきた信号に応じてＡＤＣ１１へのサンプリングクロックを供給する。
【００１４】
次に本発明の動作について説明する。試験片３をアタッチメント２にセットした状態で液体試料を標識部３３に点着する。試験片３上を液体試料が十分に展開したことを確認した後にステージ４にアタッチメント２をセットし、スイッチ５にてアタッチメント２の挿入を検知すると測定動作を開始する。
【００１５】
制御手段１２は光源制御器７に指令を送り、所定の光出力で光源を点灯させて試験片３に測定光を照射し、試験片３からの散乱光または反射光は受光素子９で受光してＩ−Ｖ変換器１０で電圧変換した後にＡＤＣ１１に入力して濃度計算手段５１のための濃度データ測定データを出力する。
【００１６】
このときのＡＤＣ１１は、サンプリング時間制御手段１２で予め設定された初期サンプリング間隔ｔにてデータのサンプリングを行う。この状態でアタッチメント２をステージ４上で水平移動させることにより測定光を試験片３上で走査させる。このとき、ステージ４の水平移動に伴い回転ギア１４が回転するため、エンコーダ出力が得られる。エンコーダ出力とＡＤＣ１１のサンプリング間隔を同期させて測定すると、受光素子９の受光強度は図２のようになる。１６は試験片３上の第一呈色部の受光強度、１７は第二呈色部の受光強度を示している。
【００１７】
測定動作中のサンプリング時間の第一の設定方法について図３を使用して説明する。４５は試験片３の移動速度を示し、図３では試験片３を入れたアタッチメント２を手動で移動させたときに、移動速度が途中で変化している様子を現している。１８はエンコーダ出力波形、１９はＡＤＣ１１のサンプリングクロックである。期間１は始動時であり、期間２〜６はそれ以降の期間を示す。ここでの試験片３の移動速度は、期間１〜３が等速、期間４で減速し、期間５、６では再び等速になっている。期間１〜６のサンプリング時間の決め方を説明する。
【００１８】
期間１の始動時のサンプリング時間ｔは、予め実験などを行って決定する実験値でありサンプリング時間制御手段５２に予め記憶しておく。この期間１の間中、エンコーダ出力波形のパルス数ｎ1をパルスの立ち上がりでカウントし、期間１のパルスの平均周期をＴ1＝ｔ／ｎ1として計算する。平均周期が短い場合は、試験片３の移動速度が速いことを示しているので、サンプリング時間は短くてよい。したがって、平均周期とサンプリング時間は比例関係にある。期間２のサンプリング時間ｔ2は期間１の平均周期Ｔ1を使用してｔ2＝α・Ｔ1（αは任意の定数）とする。この計算を期間１の間中サンプリング時間制御手段５２で行い、期間の終了時にサンプリング時間ｔ2のパルスをＡＤＣ１１に出力する。ここで出力するパルスのＯＮ幅は少なくともサンプリング時間ｔ2よりも短い幅にする。
【００１９】
期間２のサンプリングクロックを出力すると、パルス数ｎ1のカウントをリセットし、期間２のパルス数ｎ2をカウントして平均周期Ｔ2＝ｔ2／ｎ2を求める。期間１のときと同様にエンコーダパルスのカウント毎にＴ2および期間３のサンプリング時間ｔ3＝α・Ｔ2を順次求める。その他の期間のサンプリング時間も同様に求める。期間５は試験片３の移動速度減少によってエンコーダパルス数が減少しているので、期間６のサンプリング時間ｔ6＝α・ｔ5／ｎ5は期間２〜５のサンプリング時間に比べて長くなる。
【００２０】
以上のようにサンプリング時間制御手段５２は、試験片３の移動に同期して回転するエンコーダの出力パルス数を求めて試験片３の移動速度を計算することで、ＡＤＣ１１の次のサンプリング間隔を計算しＡＤＣ１１に出力する。
【００２１】
サンプリング時間制御手段５２を用いることにより、試験片３の移動速度に対応してＡＤＣ１１のサンプリング間隔を変更することが出来るので、測定中の試験片３の水平移動速度のばらつき、すなわち、走査中の速度が変動した場合でも、ＡＤＣ１１のデータサンプリング数が不足せず、正常な測定を行うことが出来る。このため、測定精度を向上させることが出来る。
【００２２】
（実施の形態２）
本実施の形態２では、実施の形態１と異なる点のみを説明する。図４は、本発明の実施の形態の２の光学測定装置１の構成図を示す。実施の形態１の光学測定装置１では、ステージ４の移動速度を検出するために、エンコーダを用いたステージ速度検出手段１５を設けていたが、本実施の形態２では、回転ギアの回転軸上に発電機を設置したステージ速度検出手段１５を用いる。発電機の出力は演算手段２０にてアンプなどを介して波形整形したのちにサンプリング時間制御手段５２に入力し、サンプリング時間制御手段５２の内部に有するクロックにてデータを取得する。
【００２３】
次に、本実施例を使用したＡＤＣ１１のサンプリング間隔の設定方法について図５を用いて説明する。２１は発電機の出力波形、１９は実施例１と同様にサンプリングクロックを示している。
【００２４】
発電機１４の出力電圧２１の大きさは、回転速度に対して比例関係にある。したがって、出力電圧２１の振る舞いは試験片３の移動速度の増減と等しい。図５では、試験片３は期間１で加速して一定速度になり、期間５で減速して、期間６で再び一定速度になっている様子を示している。このような速度で移動する試験片３に対して、サンプリング時間制御手段１２において、期間１〜６でのサンプリング時間の決め方を説明する。
【００２５】
期間１の始動時のサンプリング時間ｔは、予め実験などを行って決定する実験値でありサンプリング時間制御手段５２に予め記憶しておく。このサンプリング時間をｎ分割し、ｎ分割した１番目の時間での発電機１４の電圧をＶ11、ｎ番目の電圧をＶ1nとして、期間１での発電機の平均電圧をＶ1＝（Ｖ11＋Ｖ12＋・・・＋Ｖ1n）／ｎとして計算する。平均電圧Ｖ1が高い場合は、試験片３の移動速度が速いことを示しているので、サンプリング時間は短くてよい。したがって、平均電圧とサンプリング時間は反比例関係にある。期間２のサンプリング時間ｔ2は期間１の平均電圧Ｖ1を使用してｔ2＝α／Ｖ1（αは任意の定数）とする。この計算を期間１のｎ分割したサンプリング間隔毎にサンプリング制御手段５２で行い、期間の終了時にサンプリング時間ｔ2のパルスをＡＤＣ１１に出力する。ここで出力するパルスのＯＮ幅は少なくともサンプリング時間ｔ2よりも短い幅にする。
【００２６】
期間２のサンプリングクロックを出力すると、平均電圧の計算をリセットし、期間１のときと同様にサンプリング時間ｔ2をｎ分割したタイミングで発電機１４の電圧を演算手段から入手して、平均電圧Ｖ2＝（Ｖ21＋Ｖ22＋・・・＋Ｖ2ｎ）／ｎを計算する。期間3)のサンプリング時間はｔ3＝α／Ｖ2として求め、その他の期間のサンプリング時間も同様にして求められる。期間５以降は、試験片３の移動速度が期間２〜４から減少しているので、発電機１４の電圧が減少する。したがって、期間６、７のサンプリング時間は期間２〜５のサンプリング時間に比べて長くなる。
【００２７】
以上のように、本実施の形態２のサンプリング時間制御手段１２においては試験片３の移動速度に比例する値としてＡＤＣ１１がデータサンプリング期間中に発電機の出力電圧の平均値を求め、次の期間のサンプリング間隔を決定した。このような構成においても実施例１と同じようなデータサンプリング間隔のばらつきを防止による測定精度の向上が可能である。
【００２８】
なお、本実施例においては発電機の出力電圧の平均値を求めるようにしたが、出力電圧の各瞬時値から同様の計算でサンプリング間隔ｔｎを求めて、各期間の最後の値を次の期間のサンプリング間隔とするようにしても同様の効果が得られる。
【００２９】
（実施の形態３）
本実施の形態では先の実施の形態１及び２と異なる点のみを説明する。本実施の形態では、図１２に示す従来の装置においても、本発明の課題が解決できる試験片３を説明する。
【００３０】
図６に本発明の実施の形態３で使用する試験片３の図を示す。図６の試験片は第一呈色部３１と第二呈色部３２のそれぞれの展開方向前方に第一速度確認ライン２２と第二速度確認ライン２３を有している。２２、２３の速度確認ラインは例えば黒の染料など、反射、散乱光がほとんどない染料で予め染色している。また、第一、第二速度確認ライン２２，２３の各々のライン間の距離はｄ１＝ｄ２＝ｄ３＝ｄ４＝ａとなっている。
【００３１】
図７は試験片に測定光を照射することで発生する反射光または散乱光とＡＤＣ１１のサンプリングクロック１９の図である。第一速度確認ラインの受光強度２４は第一速度確認ラインに対応する受光素子９に入射する反射または散乱光の受光強度、第二速度確認ラインの受光強度２５は第二速度確認ラインに対応する反射または散乱光の受光素子９での受光強度を示している。
【００３２】
次に本実施例でのＡＤＣ１１におけるデータのサンプリング間隔設定方法について説明する。図７の１の期間で示される測定の初期段階では、マイコン１２にて予め設定している初期サンプリング間隔ｔを使用する。装置が第一速度確認ライン２２をスキャンすると、第一速度確認ラインの受光強度２４から極小値を検出し、各極小値間の距離ｄ１、ｄ２のサンプリングクロック数ｍ１、ｍ２（＝極小値間のデータ数）を求める。クロック数ｍ１を用いてｄ１をスキャンしたときの試験片３の移動速度はｖｄ１＝ａ／（ｍ１・ｔ）として計算される。同様に、ｖｄ２＝ａ／（ｍ２・ｔ）となる。このｖｄ１、ｖｄ２から、第一速度確認ライン２２をスキャンしたときの試験片３の移動速度の平均値ｖ１をｖ１＝（ｖｄ１＋ｖｄ２）／２として求め、図７の２の期間のサンプリング間隔ｔ２＝αｖ１（αは任意の定数）とする。このサンプリング間隔ｔ２は第一速度確認ライン２２の測定が終了した時点で適用し、第一呈色部３１の測定はこのサンプリング間隔ｔ２を使用する。試験片３が更に移動して第二速度確認ライン２３をスキャンすると、同様にして第二速度確認ライン２３の各ラインの距離ｄ３、ｄ４間の移動速度を求める。第二速度確認ライン２３をスキャンしたときｄ３、ｄ４のダンプリングクロック数がそれぞれｍ３、ｍ４のときｄ３、ｄ４での試験片３の移動速度ｖｄ３、ｖｄ４はそれぞれ、ｖｄ３＝ａ／（ｍ３・ｔ２）、ｖｄ４＝ａ／（ｍ４・ｔ２）となる。第二速度確認ラインでの試験片３の移動速度の平均値ｖ２は同様にしてｖ２＝（ｖｄ３＋ｖｄ４）／２となり、図７の３の期間のサンプリング間隔ｔ３はｔ３＝αｖ２（αは任意）で計算する。このサンプリング間隔ｔ３は第二速度確認ライン２３の測定が終了した時点で適用し、第二呈色部の受光強度１７はこのサンプリング間隔を使用して測定する。
【００３３】
以上のように、本実施例３においては試験片３上の第一呈色部３１、第二呈色部３２の手前に、反射または吸光の低い複数のラインで形成する第一速度確認ライン２２と第二速度確認ライン２３を設けた。各ライン間ｄ１〜ｄ４のサンプリングクロック数試験片３の移動速度を求めて、第一、第二速度確認ライン通過時の平均移動速度ｖ１、ｖ２を計算した。このｖ１、ｖ２を用いてサンプリング間隔ｔ１、ｔ２を決定し、第一呈色部３１と第二呈色部３２の測定にそれらのサンプリング間隔を使用した。このように各々の呈色部の測定の手前で試験片３の移動速度を求めてサンプリング間隔を決定することで、実施例１、２と同様に試験片３の移動速度の違いによって生じるデータサンプリング間隔のばらつきを防止することが可能である。
【００３４】
本実施例において、試験片上の呈色部と速度確認ラインはそれぞれ２箇所設けているが、呈色部と速度確認ライン共に１箇所以上設けていれば同様の効果が得られる。また、図６の速度確認ラインは２本以上設けて、それぞれの平均速度を求めるようにすれば同様の効果が得られることは言うまでもない。
（実施の形態４）
本実施の形態では実施の形態１から３と異なる点のみを説明する。図８に本発明の実施の形態４の光学測定装置の構成図を示す。ステージ４の下部に反射板２６、フォトリフレクタのような反射型の光センサ２７を設置し、光センサ２７は光センサ制御部２８によって制御され、その出力はマイコン１２に入力する。図９に示すように反射板２６は等間隔に光を反射しないスリットを設け、アルミ、鉄、ステンレスなどの光を反射しやすい素材で構成する。このスリットは貫通穴、反射防止塗料、反射防止シールなどが使用可能である。この光センサ２７からの信号は、光センサ検出部を内臓したステージ速度検出手段１５に送られ、演算手段により波形整形をした後、サンプリング時間制御手段５２に送られる。光センサ出力波形の周期＞サンプリング時間であり、光センサの出力波形の周期の方が小さい場合には実施例１と同様の方法で測定が可能である。
【００３５】
次に、本実施の形態４に使用したサンプリング時間制御手段５２における、ＡＤＣ１１のサンプリング時間の設定方法について図１０を用いて説明する。４５は試験片３の移動速度を示し、図１０では試験片３を入れたアタッチメント２を手動で移動させたときに、移動速度が途中で変化している様子を現している。３０は演算手段から得られる光センサ出力波形、１９はＡＤＣのサンプリングクロックである。期間１は始動時であり、期間２〜７はそれ以降のサンプリングクロックの期間を示す。ここでの試験片３の移動速度は、期間１〜３が等速、期間４、５で減速し、期間６、７では再び等速になっている。期間１〜６のサンプリング時間の決め方を説明する。
【００３６】
サンプリング時間制御手段５２では、ＡＤＣ１１にサンプリングクロックを出力すると同時に光センサ出力波形３０の周期を測定する。光センサ出力波形３０の周期が短い場合は、試験片３の移動速度が速いことを示しているので、サンプリング時間は短くてよい。したがって、周期ＴAの光センサ出力に対応するサンプリング時間はｔA＝α・ＴA（αは任意の定数）とする。期間１の始動時のサンプリング時間ｔは予め実験などを行って決定する実験値であり、サンプリング時間制御手段５２に予め記憶しておく。期間２のサンプリングクロック立ち上がり時には、光センサ出力３０の期間Ａが終了していないので、期間１と同様に予め記憶しているサンプリング時間ｔのクロックを出力する。
【００３７】
期間２の途中で期間Ａが終了するので、サンプリング時間ｔAが求められ、サンプリング時間ｔと置き換えられる。期間３のサンプリングクロック立ち上がり時には、サンプリング時間はｔからｔAに置き換えられているので、サンプリング時間ｔAのクロックを出力する。期間４〜７でも同様にして、期間４：ｔB、期間５：ｔC、期間６：ｔC、期間７：ｔDに、サンプリング時間がそれぞれ設定される。
【００３８】
以上のように、本実施の形態４のサンプリング時間制御手段５２においては試験片３の移動速度に反比例する値としてＡＤＣ１１のデータサンプリング中の光センサ出力波形３０の周期を測定し、サンプリング間隔を決定した。このような構成にすることで実施例１〜３と同様にデータサンプリング間隔のばらつきを防止できる。
【００３９】
なお、本実施の形態では反射板２６と光センサ２７をステージ４の底部に設けたが、光センサ出力波形３０が得られる箇所であればステージのいかなる部分にも取り付け可能である。また、ステージ４に直接に反射部と被反射部のパターンを設けて、反射材２６を設置しない場合でも同様の効果が得られることは言うまでもない。また、本実施の形態では光センサ３０として反射型のセンサを使用しているが、反射材２６のスリット２９を貫通穴とすれば透過型の光センサも使用が可能である。
【産業上の利用可能性】
【００４０】
本発明にかかる光学測定装置は、試験片を装置内部で走査して光学特性を測定する際に、走査速度のばらつきによる測定制度低下の改善効果を有し、試験上の被測定物質の濃度を光学的に測定する分野等に有用である。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明の実施例１における光学測定装置の断面図
【図２】本発明の実施例１における受光強度の図
【図３】本発明の実施例１におけるエンコーダ出力波形とサンプリングクロックの図
【図４】本発明の実施例２における光学測定装置の断面図
【図５】本発明の実施例２におけるエンコーダ出力波形とサンプリングクロックの図
【図６】本発明の実施例３における試験片の図
【図７】本発明の実施例３における試験片の光学特性の図
【図８】本発明の実施例４における光学測定装置の断面図
【図９】本発明の実施例４における反射板の図
【図１０】本発明の実施例４における光センサ出力波形とサンプリングクロックの図
【図１１】従来の試験片の図
【図１２】従来例１の光学測定装置の図
【図１３】従来例２の光学測定装置の図
【符号の説明】
【００４２】
１ 光学測定装置
２ アタッチメント
３ 試験片
４ ステージ
５ スイッチ
６ 光学部
７ 光源制御器
８ 検出部
９ 受光素子
１０ Ｉ−Ｖ変換器
１１ ＡＤコンバータ（ＡＤＣ）
１２ マイコン
１３ ラック
１４ 回転ギア
１５ ステージ速度検出手段
１６ 第一呈色部の受光強度
１７ 第二呈色部の受光強度
１８ エンコーダ出力波形
１９ サンプリングクロック
２０ 演算手段
２１ 発電機出力波形
２２ 第一速度確認ライン
２３ 第二速度確認ライン
２４ 第一速度確認ラインの受光強度
２５ 第二速度確認ラインの受光強度
２６ 反射板
２７ 光センサ
２８ スリット
２９ 光センサ制御部
３０ 光センサ出力波形
３１ 第一呈色部
３２ 第二呈色部
３３ 標識部
３４ 光学測定装置
３５ 試験紙ホルダー
３６ 試験紙保持テーブル
３７ 試験紙
３８ 試験紙保持テーブル
３９ ピン
４０ 窓
４１ 駆動ギア
４２ アイドルギア
４３ ラック
４４ 解除スイッチ
４５ 移動速度
５１ 濃度計算手段
５２ サンプリング時間制御手段
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被測定物質と特異的に結合する呈色部を設けた試験片と、
前記試験片を保持して水平移動するステージと、
前記走査中に前記試験片に対して測定光を照射する光源を持つ光学部と、
前記試験片の光学特性を測定して電気信号に変換する検出部と、
前記電気信号をサンプリングするＡＤコンバータと、
前記ＡＤコンバータによりサンプリングされた信号を利用して被測定物質の濃度を計算する濃度計算手段と、
前記ステージの移動速度を検知するステージ速度検出手段と、
前記速度検出手段で検知された移動速度に応じて前記ＡＤコンバータのサンプリング時間を制御するサンプリング時間制御手段を有する、
光学測定装置。
【請求項２】
前記光源は、半導体レーザまたは発光ダイオードを用いて構成する請求項１に記載の光学測定装置。
【請求項３】
前記検出部は、フォトトランジスタ、ＣＣＤ、フォトダイオード、アバランシェフォトダイオード、光電子増倍管のいずれかを用いた受光素子と、前記受光素子から出力する光電流を電圧に変換するためのＩ−Ｖ変換素子からなる請求項１に記載の光学測定装置。
【請求項４】
前記ステージ速度検出手段は、前記ステージの移動速度を検出する回転エンコーダを有し、前記回転エンコーダからの出力波形の周期、あるいは所定時間内における前記出力波形のパルス数を計測して、前記ステージの移動速度を検出する演算手段を有する請求項１に記載の光学測定装置。
【請求項５】
前記ステージ速度検出手段は、前記ステージの移動に応じて回転する発電機を有し、前記発電機の出力電圧を用いて前記ステージの移動速度を検出する演算手段を有する請求項１に記載の光学測定装置。
【請求項６】
前記試験片は、その片側に標識部を持つとともに所定の間隔を設けて被測定物質と特異的に結合する一つ以上の呈色部とを有し、前記標識部と前記呈色部との間に複数のラインから成る速度確認ラインとを持つ請求項１に記載の光学測定装置。
【請求項７】
前記ステージ速度検出手段は、前記試験片を水平移動させる際に、前記速度確認ラインに含まれる複数のラインの間隔を光学的に読み取ることで前記ステージの移動速度を検出する請求項５に記載の光学測定装置。
【請求項８】
前記光学測定装置内の前記ステージが水平移動するための収納部の底部は、複数のスリットを有する反射板から構成され、かつ前記反射板の下部に光照射部と光センサとを有している請求項１に記載の光学測定装置。
【請求項９】
前記ステージ速度検出手段は、前記試験片を水平移動させる際に、前記光照射部から前記反射板に光を照射し、前記反射板を通過して前記ステージから反射された光を前記光センサで検出して前記スリットの間隔を光学的に読み取ることで前記ステージの移動速度を検出する請求項７に記載の光学測定装置。
【請求項１】
被測定物質と特異的に結合する呈色部を設けた試験片と、
前記試験片を保持して水平移動するステージと、
前記走査中に前記試験片に対して測定光を照射する光源を持つ光学部と、
前記試験片の光学特性を測定して電気信号に変換する検出部と、
前記電気信号をサンプリングするＡＤコンバータと、
前記ＡＤコンバータによりサンプリングされた信号を利用して被測定物質の濃度を計算する濃度計算手段と、
前記ステージの移動速度を検知するステージ速度検出手段と、
前記速度検出手段で検知された移動速度に応じて前記ＡＤコンバータのサンプリング時間を制御するサンプリング時間制御手段を有する、
光学測定装置。
【請求項２】
前記光源は、半導体レーザまたは発光ダイオードを用いて構成する請求項１に記載の光学測定装置。
【請求項３】
前記検出部は、フォトトランジスタ、ＣＣＤ、フォトダイオード、アバランシェフォトダイオード、光電子増倍管のいずれかを用いた受光素子と、前記受光素子から出力する光電流を電圧に変換するためのＩ−Ｖ変換素子からなる請求項１に記載の光学測定装置。
【請求項４】
前記ステージ速度検出手段は、前記ステージの移動速度を検出する回転エンコーダを有し、前記回転エンコーダからの出力波形の周期、あるいは所定時間内における前記出力波形のパルス数を計測して、前記ステージの移動速度を検出する演算手段を有する請求項１に記載の光学測定装置。
【請求項５】
前記ステージ速度検出手段は、前記ステージの移動に応じて回転する発電機を有し、前記発電機の出力電圧を用いて前記ステージの移動速度を検出する演算手段を有する請求項１に記載の光学測定装置。
【請求項６】
前記試験片は、その片側に標識部を持つとともに所定の間隔を設けて被測定物質と特異的に結合する一つ以上の呈色部とを有し、前記標識部と前記呈色部との間に複数のラインから成る速度確認ラインとを持つ請求項１に記載の光学測定装置。
【請求項７】
前記ステージ速度検出手段は、前記試験片を水平移動させる際に、前記速度確認ラインに含まれる複数のラインの間隔を光学的に読み取ることで前記ステージの移動速度を検出する請求項５に記載の光学測定装置。
【請求項８】
前記光学測定装置内の前記ステージが水平移動するための収納部の底部は、複数のスリットを有する反射板から構成され、かつ前記反射板の下部に光照射部と光センサとを有している請求項１に記載の光学測定装置。
【請求項９】
前記ステージ速度検出手段は、前記試験片を水平移動させる際に、前記光照射部から前記反射板に光を照射し、前記反射板を通過して前記ステージから反射された光を前記光センサで検出して前記スリットの間隔を光学的に読み取ることで前記ステージの移動速度を検出する請求項７に記載の光学測定装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公開番号】特開２００８−２０３１１４（Ｐ２００８−２０３１１４Ａ）
【公開日】平成２０年９月４日（２００８．９．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−４０２２６（Ｐ２００７−４０２２６）
【出願日】平成１９年２月２１日（２００７．２．２１）
【出願人】（０００００５８２１）松下電器産業株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年９月４日（２００８．９．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年２月２１日（２００７．２．２１）
【出願人】（０００００５８２１）松下電器産業株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
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