周波数変換部材、周波数変換方法、攪拌装置及び自動分析装置
【課題】音波発生手段の用途の拡大を可能とする周波数変換部材、周波数変換方法、攪拌装置及び自動分析装置を提供すること。
【解決手段】圧電基板２２上に電極２３ａ，２３ｂが形成された音波発生素子２１が当接され、音波発生素子から出射される音波の周波数を変換する周波数変換部材２４、周波数変換方法、攪拌装置及び自動分析装置。周波数変換部材２４は、音波発生素子２１が当接される面又は当接される面の裏面に変換目標周波数の波長と等しいピッチを有し、音波発生素子が出射した音波の周波数を変換目標周波数に変換する凹凸部が形成されている。
【解決手段】圧電基板２２上に電極２３ａ，２３ｂが形成された音波発生素子２１が当接され、音波発生素子から出射される音波の周波数を変換する周波数変換部材２４、周波数変換方法、攪拌装置及び自動分析装置。周波数変換部材２４は、音波発生素子２１が当接される面又は当接される面の裏面に変換目標周波数の波長と等しいピッチを有し、音波発生素子が出射した音波の周波数を変換目標周波数に変換する凹凸部が形成されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、周波数変換部材とそれを用いた周波数変換方法、攪拌装置及び自動分析装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、分析装置は、検体と試薬とを反応させる際、これらの液体を攪拌する攪拌手段として厚み縦振動子が出射する音波によって攪拌する攪拌装置を使用するものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−９９０４９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、厚み縦振動子や表面弾性波素子等の音波発生手段が出射する音波の周波数は、通常、駆動信号の周波数に対応した狭い周波数範囲に限られ、用途が限られていた。このため、攪拌装置は、音波発生手段の用途の拡大が望まれていた。
【０００５】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、音波発生手段の用途の拡大を可能とする周波数変換部材、周波数変換方法、攪拌装置及び自動分析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】
【０００６】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の周波数変換部材は、圧電基板上に電極が形成された音波発生手段が当接され、当該音波発生手段から出射される音波の周波数を変換する周波数変換部材であって、当該周波数変換部材は、前記音波発生手段が当接される面又は前記当接される面の裏面に変換目標周波数の波長と等しいピッチを有し、前記音波発生手段が出射した音波の周波数を前記変換目標周波数に変換する凹凸部が形成されていることを特徴とする。
【０００７】
また、上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の周波数変換方法は、圧電基板上に電極が形成された音波発生手段から出射される音波の周波数を変換する周波数変換方法であって、前記音波発生手段から出射される音波を変換目標周波数の波長のピッチを有する凹凸部を通過させることによって前記変換目標周波数に周波数変換させることを特徴とする。
【０００８】
また、上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の攪拌装置は、容器に分注された液体を音波によって攪拌する攪拌装置であって、前記容器に配置され、電極が圧電基板上に形成された音波を出射する音波発生手段と、前記音波発生手段と前記容器との間に当接配置され、前記音波発生手段から出射される音波の周波数を変換目標周波数に変換する請求項１に記載の周波数変換部材と、前記音波発生手段の駆動を制御する駆動制御手段と、前記音波発生手段が出射する音波の周波数をモニタするモニタ手段と、前記モニタ手段がモニタした前記音波の周波数変化をもとに前記液体の液量を決定する液量決定手段と、を備え、前記駆動制御手段は、前記液量決定手段が決定した液量をもとに前記電極の駆動周波数を調整し、前記音波発生手段から出射され、前記周波数変換部材が変換目標周波数に変換した音波によって前記液体を攪拌することを特徴とする。
【０００９】
また、本発明の攪拌装置は、上記の発明において、前記音波発生手段は、前記容器の外壁面に設けられることを特徴とする。
【００１０】
また、本発明の攪拌装置は、上記の発明において、前記駆動制御手段は、前記電極を駆動する駆動信号の振幅及び周波数を変更自在なことを特徴とする。
【００１１】
また、本発明の攪拌装置は、上記の発明において、前記電極は、前記圧電基板と共に厚み縦振動子を形成することを特徴とする。
【００１２】
また、上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の自動分析装置は、検体と試薬を含む複数の異なる液体を攪拌して反応させ、反応液の光学的特性を測定して前記検体を分析する自動分析装置であって、前記攪拌装置を備え、前記液量決定手段が決定した液量をもとに前記駆動制御手段によって駆動周波数を調整し、前記音波発生手段から出射され、前記周波数変換部材が前記変換目標周波数に変換した音波によって前記液体を攪拌することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の周波数変換部材は、音波発生手段との当接面又は当接面の裏面に変換目標周波数の波長の２倍のピッチを有する凹凸部が形成され、音波発生手段から出射される音波を凹凸部を通過させることによって周波数変換する。また、本発明の攪拌装置及び自動分析装置は、周波数変換部材を利用しているので、音波発生手段の用途を拡大し、液体の攪拌と液量決定を行うことができるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の周波数変換部材、周波数変換方法、攪拌装置及び自動分析装置にかかる実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。図１は、本発明の自動分析装置を示す概略構成図である。図２は、反応容器を断面にして示す本発明の攪拌装置の概略構成図である。図３は、図２に示す攪拌装置で使用する音波発生素子の平面図である。
【００１５】
自動分析装置１は、図１に示すように、作業テーブル２上に検体テーブル３、検体分注機構５、キュベットホイール６、測光装置８、洗浄装置９、試薬分注機構１０及び試薬テーブル１１が設けられ、攪拌装置２０を備えている。
【００１６】
検体テーブル３は、図１に示すように、駆動手段によって矢印で示す方向に回転され、外周には周方向に沿って等間隔で配置される収納室３ａが複数設けられている。各収納室３ａは、検体を収容した検体容器４が着脱自在に収納される。
【００１７】
検体分注機構５は、キュベットホイール６に保持された複数の反応容器７に検体を分注する手段であり、図１に示すように、検体テーブル３の複数の検体容器４から検体を順次反応容器７に分注する。
【００１８】
キュベットホイール６は、検体テーブル３とは異なる駆動手段によって図１に矢印で示す方向に回転され、外周には周方向に沿って複数の凹部６ａが等間隔で設けられている。キュベットホイール６は、各凹部６ａの半径方向両側に測定光が通過する開口が形成されている。キュベットホイール６は、一周期で時計方向に（１周−１反応容器）／４個分回転し、四周期で反時計方向に凹部６ａの１個分回転する。また、キュベットホイール６は、反応容器７が移動する外縁部に測光装置８、洗浄装置９及び攪拌装置２０が配置されている。
【００１９】
反応容器７は、凹部６ａに抜き差し自在に配置される容量が数ｎＬ〜数十μＬと微量な容器であり、測光装置８の光源から出射された分析光の８０％以上を透過する透明素材、例えば、耐熱ガラスを含むガラス，環状オレフィンやポリスチレン等の合成樹脂が使用される。反応容器７は、図２に示すように、上部に開口７ａを有する四角筒形状のキュベットであり、底面に水やジェル等の音響整合層（図示せず）を介して攪拌装置２０の音波発生素子２１が配置されている。反応容器７は、分注される試薬や検体液体を含む液体Ｌを保持している。
【００２０】
測光装置８は、図１に示すように、キュベットホイール６外周の洗浄装置９と攪拌装置２０との間に配置され、反応容器７に保持された液体を分析する分析光（３４０〜８００ｎｍ）を出射する光源と、液体を透過した分析光を分光して受光する受光器とを有している。測光装置８は、前記光源と受光器がキュベットホイール６の凹部６ａを挟んで半径方向に対向する位置に配置されている。
【００２１】
洗浄装置９は、反応容器７から液体や洗浄液を排出する排出手段と、洗浄液の分注手段とを有している。洗浄装置９は、測光終了後の反応容器７から測光後の液体を排出した後、洗浄液を分注する。洗浄装置９は、洗浄液の分注と排出の動作を複数回繰り返すことにより、反応容器７の内部を洗浄する。このようにして洗浄された反応容器７は、再度、新たな検体の分析に使用される。
【００２２】
試薬分注機構１０は、キュベットホイール６に保持された複数の反応容器７に試薬を分注する手段であり、図１に示すように、試薬テーブル１１の所定の試薬容器１２から試薬を順次反応容器７に分注する。
【００２３】
試薬テーブル１１は、検体テーブル３及びキュベットホイール６とは異なる駆動手段によって図１に矢印で示す方向に回転され、扇形に成形された収納室１１ａが周方向に沿って複数設けられている。各収納室１１ａは、試薬容器１２が着脱自在に収納される。複数の試薬容器１２は、それぞれ検査項目に応じた所定の試薬が満たされ、外面には収容した試薬に関する情報を表示する情報記録媒体（図示せず）が貼付されている。
【００２４】
ここで、試薬テーブル１１の外周には、図１に示すように、試薬容器１２に貼付した前記情報記録媒体に記録された試薬の種類，ロット及び有効期限等の試薬情報を読み取り、制御部１４へ出力する読取装置１３が設置されている。
【００２５】
制御部１４は、検体テーブル３、検体分注機構５、キュベットホイール６、測光装置８、洗浄装置９、試薬分注機構１０、試薬テーブル１１、読取装置１３、分析部１５、入力部１６、表示部１７及び攪拌装置２０等と接続され、例えば、分析結果を記憶する記憶機能を備えたマイクロコンピュータ等が使用される。制御部１４は、自動分析装置１の各部の作動を制御すると共に、前記情報記録媒体の記録から読み取った試薬情報に基づき、試薬のロットや有効期限等が設置範囲外の場合、分析作業を停止するように自動分析装置１を制御し、或いは表示部１７等を介してオペレータに警告を発する。
【００２６】
分析部１５は、制御部１４を介して測光装置８に接続され、受光器が受光した光量に基づく反応容器７内の液体の吸光度から検体の成分濃度等を分析し、分析結果を制御部１４に出力する。入力部１６は、制御部１４へ検査項目等を入力する操作を行う部分であり、例えば、キーボードやマウス等が使用される。表示部１７は、分析内容や警告等を表示するもので、ディスプレイパネル等が使用される。
【００２７】
攪拌装置２０は、反応容器７内の液体の液量を決定すると共に、決定した液量をもとに反応容器７内の液体を攪拌する攪拌装置であり、図２に示すように、音波発生素子２１と、周波数変換部材２４と、攪拌制御部３０と、信号発生器３３と、周波数モニタ３４とを備えている。
【００２８】
音波発生素子２１は、図２及び図３に示すように、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ3）やチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）等からなる圧電基板２２の中央に液量検知電極２３が配置されている。液量検知電極２３は、圧電基板２２中央の一方の面にグランド側の電極２３ａが、他方の面に信号線側の電極２３ｂが、それぞれ設けられている。液量検知電極２３は、各電極２３ａ，２３ｂに電力供給用の引出し電極２３ｃが接続され、圧電基板２２と共に厚み縦振動子を形成している。
【００２９】
周波数変換部材２４は、図２に示すように、音波発生素子２１に当接配置され、液量検知電極２３から出射される音波の周波数（数ＫＨｚ〜数十ＫＨｚ）を数ＭＨｚ〜数十ＭＨｚに変換する板状の部材である。周波数変換部材２４は、図４に示すように、本体２４ａの両側に音波発生素子２１を保持する保持片２４ｂを有しており、反応容器７の下面と当接する本体２４ａの上面に平行な複数の凹溝を幅方向に形成することにより凹凸部２４ｃが形成されている。このとき、凹凸部２４ｃは、変換後の音波の目標周波数をｆ（数ＭＨｚ〜数十ＭＨｚ）、音速をＣとすると、ピッチを目標周波数ｆの波長（λ＝Ｃ／ｆ）と等しく設定し、高さ（深さ）ｈをピッチよりも低く設定する。周波数変換部材２４は、音波発生素子２１との境界における音波の伝搬損失を小さく抑えるように硬質材料、例えば、セラミック，ガラス，シリコン，金属等からなることが好ましい。
【００３０】
ここで、音波発生素子２１は、上記のように液量検知電極２３を圧電基板２２の中央に配置すると、反応容器７の荷重全体が作用し、偏荷重のない液量検知が可能になる。この場合、液量検知電極２３は、液量検知の精度を高めるうえで、面積が大きい方が好ましい。また、周波数変換部材２４は、音波発生素子２１を保持するために保持片２４ｂを設けており、他の手段によって保持することができれば保持片２４ｂは必要ない。
【００３１】
攪拌制御部３０は、図２に示すように、駆動制御部３１と液量決定部３２とを有している。
【００３２】
駆動制御部３１は、音波発生素子２１の駆動を制御する駆動制御手段であり、ＥＣＵ等の電子制御手段が使用され、信号発生器３３の作動を制御する。駆動制御部３１は、信号発生器３３を介して、例えば、音波発生素子２１の液量検知電極２３が発生する音波の特性（周波数，強度，位相，波の特性）、波形（正弦波，三角波，矩形波，バースト波等）或いは変調（振幅変調，周波数変調）等を制御する。また、駆動制御部３１は、内蔵したタイマに従って信号発生器３３が発振する発振信号の周波数や信号発生器３３の駆動時間を変更する。
【００３３】
液量決定部３２は、周波数モニタ３４がモニタした液量検知電極２３が出射した音波の周波数信号から得られる音波の周波数変化をもとに反応容器７内の液体の液量を決定する。液量決定部３２は、図２に示すように、液量変化量算出部３２ａ、加算部３２ｂ及び記憶部３２ｃを有している。液量変化量算出部３２ａは、分注後の液体の重量の変化量（ΔＷ）をもとに液量（μＬ）の変化量（ΔＶ）を算出する。加算部３２ｂは、液量変化量算出部３２ａが算出した液量（μＬ）の変化量（ΔＶ）に記憶部３２ｃから読み出した前回値を加算して液量を決定する。記憶部３２ｃは、使用する試薬と検体との総ての組み合わせについて予め作成しておいた重量の変化量（ΔＷ）を液量（μＬ）の変化量（ΔＶ）に換算する換算表又は換算グラフの他、決定した液量等を記憶する。
【００３４】
信号発生器３３は、駆動制御部３１による制御のもとに発振周波数を変更可能な発振回路を有しており、図２に示すように、液量検知電極２３の引出し電極２３ｃとの間が配線３３ａによって接続されている。信号発生器３３は、数ＫＨｚ〜数十ＫＨｚの駆動信号を液量検知電極２３へ出力する。
【００３５】
周波数モニタ３４は、液量検知電極２３が出射する音波の周波数（ｆ）をモニタする手段であり、例えば、周波数カウンタを使用することができる。周波数モニタ３４は、図２に示すように、音波発生素子２１の圧電基板２２との間がモニタ線３４ａによって接続されている。周波数モニタ３４は、モニタした液量検知電極２３が出射した音波の周波数信号を液量決定部３２へ出力する。
【００３６】
以上のように構成される自動分析装置１は、回転するキュベットホイール６によって周方向に沿って搬送されてくる複数の反応容器７に試薬分注機構１０が試薬容器１２から試薬を順次分注する。試薬が分注された反応容器７は、キュベットホイール６によって周方向に沿って搬送され、検体分注機構５によって検体テーブル３に保持された複数の検体容器４から検体が順次分注される。
【００３７】
そして、検体が分注された反応容器７は、キュベットホイール６によって攪拌装置２０へ搬送され、分注された試薬と検体が攪拌装置２０によって順次攪拌されて反応する。このようにして検体と試薬が反応した反応液は、キュベットホイール６が再び回転したときに測光装置８を通過し、光源から出射された分析光が透過する。そして、反応液を透過した分析光は、受光部で測光され、制御部１４において吸光度をもとに成分濃度等が分析される。そして、分析が終了した反応容器７は、洗浄装置９によって洗浄された後、再度検体の分析に使用される。
【００３８】
ここで、厚み縦振動子である液量検知電極２３は、数ＫＨｚ〜数十ＫＨｚの音波を発生するが、同一周波数の駆動信号が入力されても、反応容器７から電極２３ａ，２３ｂに作用する厚さ方向の応力によって出射する音波の周波数が変化する性質を有している。このとき、反応容器７が保持する液体の量が変化した場合、周波数モニタ３４がモニタする音波の周波数の液量変化前後の変化量（Δｆ）と液体重量の変化量（ΔＷ）との間には、図５に示す直線関係がある。
【００３９】
そして、図５に示すように、直線ａに示す特性を有する液量検知電極２３は、重量の変化量（ΔＷ）に対する周波数の変化量（Δｆa）の比が、重量の変化量（ΔＷ）に対する周波数の変化量（Δｆb）が大きい直線ｂに示す特性を有する液量検知電極２３の場合の比に比べると小さい。このため、液量検知電極２３は、図５に示す直線の傾きが小さいと、周波数（ｆ）の分解能が低いことになり、液量検知電極２３ごとに異なっている。従って、攪拌装置２０は、音波発生素子２１を設けた反応容器７ごとに重量の変化量（ΔＷ）と液量検知電極２３が出射する音波の周波数（Δｆ）との関係を測定しておく。ここで、液量検知電極２３の分解能は、用いる圧電基板２２の素材と大きさ、電極２３ａ，２３ｂの厚みと直径によって設計可能である。
【００４０】
一方、周波数モニタ３４がモニタした音波の周波数を反応容器７が保持する液体の液量毎に高速フーリエ変換（ＦＦＴ）すると、液量に応じてそれぞれ異なる周波数に強度ピークを有する図６に示す強度分布曲線が得られる。従って、液量の異なる２つの強度分布曲線の強度ピークの差（Δｆ）は、液量の差、即ち、重量の差によって生じている。従って、図６から求めた強度ピークの差（Δｆ）をもとに、図５を利用して分注後の検体や試薬の重量の変化量（ΔＷ）を求めることができる。
【００４１】
但し、図５から得られるものは液体の重量の変化量（ΔＷ）であるから、重量の変化量（ΔＷ）を液量（μＬ）の変化量（ΔＶ）に換算する必要がある。このため、自動分析装置１は、使用する試薬と検体との総ての組み合わせについて予め換算表又は換算グラフを作成し液量決定部３２の記憶部３２ｃに記憶しておく。そして、液量決定部３２は、試薬と検体との組み合わせと分注後の液体の重量の変化量（ΔＷ）とをもとに液量変化量算出部３２ａが液量（μＬ）の変化量（ΔＶ）を決定すると共に、記憶部３２ｃから読み出した前回値に加算して液量を決定し、駆動制御部３１へ出力する。これが、本発明における液量決定の原理である。
【００４２】
一方、周波数モニタ３４にモニタされる音波とは別に周波数変換部材２４に入射した音波は、図７に示すように、本体２４ａ内を疎密波Ｗcとして伝搬する。そして、疎密波Ｗcは、本発明の周波数変換方法により、凹凸部２４ｃの部分で周波数が数ＭＨｚ〜数十ＭＨｚに変換され、凹凸部２４ｃの凸部を山、凹部を谷とする表面弾性波ＷSAが本体２４ａの上面に沿って発生する。このとき、攪拌装置２０は、使用に際し周波数変換部材２４と反応容器７との間に水やジェル等の音響整合層を配置する。このため、図８に示すように、発生した表面弾性波ＷSAは、水Ｗtrを通って反応容器７の底壁７ｂから反応容器７が保持した液体Ｌ中へとへ伝搬する。
【００４３】
従って、図８において、音響整合層として水を使用した場合、同一媒質内では入射角と屈折角は等しくなるから、周波数変換部材２４と水Ｗtrとの境界における音波（表面弾性波ＳＡＷ）の入射角をθT、屈折角をθWtr、水Ｗtrと反応容器７の底壁７ｂとの境界における音波の入射角をθWtr、屈折角をθC、底壁７ｂと反応容器７が保持した液体Ｌとの境界における音波の入射角をθC、屈折角をθL、周波数変換部材２４の中の音速をＣT、水Ｗtrの中の音速をＣWtrとするとスネルの法則から次式が成り立つ。
sinθT／sinθWtr＝sinθWtr／sinθC＝sinθC／sinθL＝ＣT／ＣWtr
∴sinθL＝（ＣWtr／ＣT）sinθC
【００４４】
従って、周波数変換部材２４は、反応容器７が保持した液体Ｌ中へ音波（表面弾性波ＳＡＷ）の屈折角θL、即ち、音波（表面弾性波ＳＡＷ）が液体Ｌを攪拌するのに適切な角度で出射されるように反応容器７と共に素材を選定する。
【００４５】
以上のようにして、液体Ｌ中へ伝搬する表面弾性波ＷSAによって、図９に示すように、音響流Ｆaが発生し、液体Ｌが攪拌される。このとき、駆動制御部３１は、液量決定部３２が決定した液量（μＬ）をもとに液量検知電極２３の駆動時間を制御する。この場合、駆動制御部３１は、例えば、液量検知電極２３に入力する駆動信号の入力時間や周波数、発生する音波の特性（周波数，強度，位相，波の特性）、波形（正弦波，三角波，矩形波，バースト波等）或いは変調（振幅変調，周波数変調）等を制御する。また、駆動制御部３１は、液量（μＬ）と駆動時間との関係について表又は液量（μＬ）をもとに駆動時間を求める換算式を記憶しておく。
【００４６】
従って、本発明によれば、音波発生素子２１の用途を拡大することができる。即ち、攪拌装置２０は、１つの音波発生素子２１によって反応容器７が保持している液体の液量を液量決定部３２によって決定し、決定した液量に基づいて液体を攪拌することができる。また、液量決定部３２が決定した液量の値がゼロであれば、液量検知電極２３の駆動時間もゼロにすることができる。この結果、本発明の周波数変換部材２４を用いた自動分析装置１及び攪拌装置２０は、攪拌対象の液量に対応してエネルギー量の過不足なく液体を攪拌することができる。液量検知電極２３の駆動時間がゼロの場合には、更に制御部１４に対して分析エラーの信号を送るようにすることで、分析データの管理も行えるようにできる。
【００４７】
（変形例１）
ここで、周波数変換部材２４は、図１０に示すように、本体２４ａの上面に平行な複数の凸条を幅方向に形成することにより凹凸部２４ｃを形成してもよい。また、凹凸部２４ｃは、本体２４ａの上面ではなく、下面に形成してもよい。
【００４８】
（変形例２）
一方、本発明の周波数変換部材２４は、音波発生素子２１に当接され、音波発生素子２１が出射する音波の周波数を変換する凹凸部が形成されていれば周波数変換部材２４に限定されるものではない。例えば、本発明の周波数変換部材は、図１１に示すように、底壁７ｂの内面に上述した条件を満たす凹凸部７ｄを形成した反応容器７であってもよい。
【００４９】
この場合、凹凸部７ｄは、側壁７ｃの内面又は外面、或いは側壁７ｃの内面と外面の両面に形成する。また、液量検知電極２３は、底壁７ｂの外面に配置してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】本発明の自動分析装置を示す概略構成図である。
【図２】反応容器を断面にして示す本発明の攪拌装置の概略構成図である。
【図３】図２に示す攪拌装置で使用する音波発生素子の平面図である。
【図４】本発明の周波数変換部材の一例を示す斜視図である。
【図５】反応容器が保持する液体における、周波数モニタがモニタする音波の周波数の液量変化前後の変化量（Δｆ）と液体重量の変化量（ΔＷ）との関係を示す図である。
【図６】周波数モニタがモニタした音波の周波数を液体の液量毎に高速フーリエ変換して得られる強度分布曲線図である。
【図７】周波数変換部材に入射した音波の周波数が凹凸部によって変換され、表面弾性波が周波数変換部材の表面に沿って発生する様子を示すモデル図である。
【図８】周波数変換部材の表面に沿って発生した表面弾性波が音響整合層及び反応容器の底壁を通って反応容器が保持した液体中へとへ伝搬する様子並びにその際のスネルの法則を説明する拡大断面図である。
【図９】図２に示す攪拌装置の電極が出射した音波の周波数のモニタと、音波発生素子が出射した音波によって液体中に発生する音響流を示す図である。
【図１０】周波数変換部材の変形例１を示す断面図である。
【図１１】周波数変換部材の変形例２を示す断面図である。
【符号の説明】
【００５１】
１ 自動分析装置
２ 作業テーブル
３ 検体テーブル
４ 検体容器
５ 検体分注機構
６ キュベットホイール
７ 反応容器
８ 測光装置
９ 洗浄装置
１０ 試薬分注機構
１１ 試薬テーブル
１２ 試薬容器
１３ 読取装置
１４ 制御部
１５ 分析部
１６ 入力部
１７ 表示部
２０ 攪拌装置
２１ 音波発生素子
２２ 圧電基板
２３ 液量検知電極
２４ 周波数変換部材
２４ａ 本体
２４ｂ 保持片
２４ｃ 凹凸部
３０ 攪拌制御部
３１ 駆動制御部
３２ 液量決定部
３３ 信号発生器
３４ 周波数モニタ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、周波数変換部材とそれを用いた周波数変換方法、攪拌装置及び自動分析装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、分析装置は、検体と試薬とを反応させる際、これらの液体を攪拌する攪拌手段として厚み縦振動子が出射する音波によって攪拌する攪拌装置を使用するものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−９９０４９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、厚み縦振動子や表面弾性波素子等の音波発生手段が出射する音波の周波数は、通常、駆動信号の周波数に対応した狭い周波数範囲に限られ、用途が限られていた。このため、攪拌装置は、音波発生手段の用途の拡大が望まれていた。
【０００５】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、音波発生手段の用途の拡大を可能とする周波数変換部材、周波数変換方法、攪拌装置及び自動分析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】
【０００６】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の周波数変換部材は、圧電基板上に電極が形成された音波発生手段が当接され、当該音波発生手段から出射される音波の周波数を変換する周波数変換部材であって、当該周波数変換部材は、前記音波発生手段が当接される面又は前記当接される面の裏面に変換目標周波数の波長と等しいピッチを有し、前記音波発生手段が出射した音波の周波数を前記変換目標周波数に変換する凹凸部が形成されていることを特徴とする。
【０００７】
また、上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の周波数変換方法は、圧電基板上に電極が形成された音波発生手段から出射される音波の周波数を変換する周波数変換方法であって、前記音波発生手段から出射される音波を変換目標周波数の波長のピッチを有する凹凸部を通過させることによって前記変換目標周波数に周波数変換させることを特徴とする。
【０００８】
また、上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の攪拌装置は、容器に分注された液体を音波によって攪拌する攪拌装置であって、前記容器に配置され、電極が圧電基板上に形成された音波を出射する音波発生手段と、前記音波発生手段と前記容器との間に当接配置され、前記音波発生手段から出射される音波の周波数を変換目標周波数に変換する請求項１に記載の周波数変換部材と、前記音波発生手段の駆動を制御する駆動制御手段と、前記音波発生手段が出射する音波の周波数をモニタするモニタ手段と、前記モニタ手段がモニタした前記音波の周波数変化をもとに前記液体の液量を決定する液量決定手段と、を備え、前記駆動制御手段は、前記液量決定手段が決定した液量をもとに前記電極の駆動周波数を調整し、前記音波発生手段から出射され、前記周波数変換部材が変換目標周波数に変換した音波によって前記液体を攪拌することを特徴とする。
【０００９】
また、本発明の攪拌装置は、上記の発明において、前記音波発生手段は、前記容器の外壁面に設けられることを特徴とする。
【００１０】
また、本発明の攪拌装置は、上記の発明において、前記駆動制御手段は、前記電極を駆動する駆動信号の振幅及び周波数を変更自在なことを特徴とする。
【００１１】
また、本発明の攪拌装置は、上記の発明において、前記電極は、前記圧電基板と共に厚み縦振動子を形成することを特徴とする。
【００１２】
また、上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の自動分析装置は、検体と試薬を含む複数の異なる液体を攪拌して反応させ、反応液の光学的特性を測定して前記検体を分析する自動分析装置であって、前記攪拌装置を備え、前記液量決定手段が決定した液量をもとに前記駆動制御手段によって駆動周波数を調整し、前記音波発生手段から出射され、前記周波数変換部材が前記変換目標周波数に変換した音波によって前記液体を攪拌することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の周波数変換部材は、音波発生手段との当接面又は当接面の裏面に変換目標周波数の波長の２倍のピッチを有する凹凸部が形成され、音波発生手段から出射される音波を凹凸部を通過させることによって周波数変換する。また、本発明の攪拌装置及び自動分析装置は、周波数変換部材を利用しているので、音波発生手段の用途を拡大し、液体の攪拌と液量決定を行うことができるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の周波数変換部材、周波数変換方法、攪拌装置及び自動分析装置にかかる実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。図１は、本発明の自動分析装置を示す概略構成図である。図２は、反応容器を断面にして示す本発明の攪拌装置の概略構成図である。図３は、図２に示す攪拌装置で使用する音波発生素子の平面図である。
【００１５】
自動分析装置１は、図１に示すように、作業テーブル２上に検体テーブル３、検体分注機構５、キュベットホイール６、測光装置８、洗浄装置９、試薬分注機構１０及び試薬テーブル１１が設けられ、攪拌装置２０を備えている。
【００１６】
検体テーブル３は、図１に示すように、駆動手段によって矢印で示す方向に回転され、外周には周方向に沿って等間隔で配置される収納室３ａが複数設けられている。各収納室３ａは、検体を収容した検体容器４が着脱自在に収納される。
【００１７】
検体分注機構５は、キュベットホイール６に保持された複数の反応容器７に検体を分注する手段であり、図１に示すように、検体テーブル３の複数の検体容器４から検体を順次反応容器７に分注する。
【００１８】
キュベットホイール６は、検体テーブル３とは異なる駆動手段によって図１に矢印で示す方向に回転され、外周には周方向に沿って複数の凹部６ａが等間隔で設けられている。キュベットホイール６は、各凹部６ａの半径方向両側に測定光が通過する開口が形成されている。キュベットホイール６は、一周期で時計方向に（１周−１反応容器）／４個分回転し、四周期で反時計方向に凹部６ａの１個分回転する。また、キュベットホイール６は、反応容器７が移動する外縁部に測光装置８、洗浄装置９及び攪拌装置２０が配置されている。
【００１９】
反応容器７は、凹部６ａに抜き差し自在に配置される容量が数ｎＬ〜数十μＬと微量な容器であり、測光装置８の光源から出射された分析光の８０％以上を透過する透明素材、例えば、耐熱ガラスを含むガラス，環状オレフィンやポリスチレン等の合成樹脂が使用される。反応容器７は、図２に示すように、上部に開口７ａを有する四角筒形状のキュベットであり、底面に水やジェル等の音響整合層（図示せず）を介して攪拌装置２０の音波発生素子２１が配置されている。反応容器７は、分注される試薬や検体液体を含む液体Ｌを保持している。
【００２０】
測光装置８は、図１に示すように、キュベットホイール６外周の洗浄装置９と攪拌装置２０との間に配置され、反応容器７に保持された液体を分析する分析光（３４０〜８００ｎｍ）を出射する光源と、液体を透過した分析光を分光して受光する受光器とを有している。測光装置８は、前記光源と受光器がキュベットホイール６の凹部６ａを挟んで半径方向に対向する位置に配置されている。
【００２１】
洗浄装置９は、反応容器７から液体や洗浄液を排出する排出手段と、洗浄液の分注手段とを有している。洗浄装置９は、測光終了後の反応容器７から測光後の液体を排出した後、洗浄液を分注する。洗浄装置９は、洗浄液の分注と排出の動作を複数回繰り返すことにより、反応容器７の内部を洗浄する。このようにして洗浄された反応容器７は、再度、新たな検体の分析に使用される。
【００２２】
試薬分注機構１０は、キュベットホイール６に保持された複数の反応容器７に試薬を分注する手段であり、図１に示すように、試薬テーブル１１の所定の試薬容器１２から試薬を順次反応容器７に分注する。
【００２３】
試薬テーブル１１は、検体テーブル３及びキュベットホイール６とは異なる駆動手段によって図１に矢印で示す方向に回転され、扇形に成形された収納室１１ａが周方向に沿って複数設けられている。各収納室１１ａは、試薬容器１２が着脱自在に収納される。複数の試薬容器１２は、それぞれ検査項目に応じた所定の試薬が満たされ、外面には収容した試薬に関する情報を表示する情報記録媒体（図示せず）が貼付されている。
【００２４】
ここで、試薬テーブル１１の外周には、図１に示すように、試薬容器１２に貼付した前記情報記録媒体に記録された試薬の種類，ロット及び有効期限等の試薬情報を読み取り、制御部１４へ出力する読取装置１３が設置されている。
【００２５】
制御部１４は、検体テーブル３、検体分注機構５、キュベットホイール６、測光装置８、洗浄装置９、試薬分注機構１０、試薬テーブル１１、読取装置１３、分析部１５、入力部１６、表示部１７及び攪拌装置２０等と接続され、例えば、分析結果を記憶する記憶機能を備えたマイクロコンピュータ等が使用される。制御部１４は、自動分析装置１の各部の作動を制御すると共に、前記情報記録媒体の記録から読み取った試薬情報に基づき、試薬のロットや有効期限等が設置範囲外の場合、分析作業を停止するように自動分析装置１を制御し、或いは表示部１７等を介してオペレータに警告を発する。
【００２６】
分析部１５は、制御部１４を介して測光装置８に接続され、受光器が受光した光量に基づく反応容器７内の液体の吸光度から検体の成分濃度等を分析し、分析結果を制御部１４に出力する。入力部１６は、制御部１４へ検査項目等を入力する操作を行う部分であり、例えば、キーボードやマウス等が使用される。表示部１７は、分析内容や警告等を表示するもので、ディスプレイパネル等が使用される。
【００２７】
攪拌装置２０は、反応容器７内の液体の液量を決定すると共に、決定した液量をもとに反応容器７内の液体を攪拌する攪拌装置であり、図２に示すように、音波発生素子２１と、周波数変換部材２４と、攪拌制御部３０と、信号発生器３３と、周波数モニタ３４とを備えている。
【００２８】
音波発生素子２１は、図２及び図３に示すように、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ3）やチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）等からなる圧電基板２２の中央に液量検知電極２３が配置されている。液量検知電極２３は、圧電基板２２中央の一方の面にグランド側の電極２３ａが、他方の面に信号線側の電極２３ｂが、それぞれ設けられている。液量検知電極２３は、各電極２３ａ，２３ｂに電力供給用の引出し電極２３ｃが接続され、圧電基板２２と共に厚み縦振動子を形成している。
【００２９】
周波数変換部材２４は、図２に示すように、音波発生素子２１に当接配置され、液量検知電極２３から出射される音波の周波数（数ＫＨｚ〜数十ＫＨｚ）を数ＭＨｚ〜数十ＭＨｚに変換する板状の部材である。周波数変換部材２４は、図４に示すように、本体２４ａの両側に音波発生素子２１を保持する保持片２４ｂを有しており、反応容器７の下面と当接する本体２４ａの上面に平行な複数の凹溝を幅方向に形成することにより凹凸部２４ｃが形成されている。このとき、凹凸部２４ｃは、変換後の音波の目標周波数をｆ（数ＭＨｚ〜数十ＭＨｚ）、音速をＣとすると、ピッチを目標周波数ｆの波長（λ＝Ｃ／ｆ）と等しく設定し、高さ（深さ）ｈをピッチよりも低く設定する。周波数変換部材２４は、音波発生素子２１との境界における音波の伝搬損失を小さく抑えるように硬質材料、例えば、セラミック，ガラス，シリコン，金属等からなることが好ましい。
【００３０】
ここで、音波発生素子２１は、上記のように液量検知電極２３を圧電基板２２の中央に配置すると、反応容器７の荷重全体が作用し、偏荷重のない液量検知が可能になる。この場合、液量検知電極２３は、液量検知の精度を高めるうえで、面積が大きい方が好ましい。また、周波数変換部材２４は、音波発生素子２１を保持するために保持片２４ｂを設けており、他の手段によって保持することができれば保持片２４ｂは必要ない。
【００３１】
攪拌制御部３０は、図２に示すように、駆動制御部３１と液量決定部３２とを有している。
【００３２】
駆動制御部３１は、音波発生素子２１の駆動を制御する駆動制御手段であり、ＥＣＵ等の電子制御手段が使用され、信号発生器３３の作動を制御する。駆動制御部３１は、信号発生器３３を介して、例えば、音波発生素子２１の液量検知電極２３が発生する音波の特性（周波数，強度，位相，波の特性）、波形（正弦波，三角波，矩形波，バースト波等）或いは変調（振幅変調，周波数変調）等を制御する。また、駆動制御部３１は、内蔵したタイマに従って信号発生器３３が発振する発振信号の周波数や信号発生器３３の駆動時間を変更する。
【００３３】
液量決定部３２は、周波数モニタ３４がモニタした液量検知電極２３が出射した音波の周波数信号から得られる音波の周波数変化をもとに反応容器７内の液体の液量を決定する。液量決定部３２は、図２に示すように、液量変化量算出部３２ａ、加算部３２ｂ及び記憶部３２ｃを有している。液量変化量算出部３２ａは、分注後の液体の重量の変化量（ΔＷ）をもとに液量（μＬ）の変化量（ΔＶ）を算出する。加算部３２ｂは、液量変化量算出部３２ａが算出した液量（μＬ）の変化量（ΔＶ）に記憶部３２ｃから読み出した前回値を加算して液量を決定する。記憶部３２ｃは、使用する試薬と検体との総ての組み合わせについて予め作成しておいた重量の変化量（ΔＷ）を液量（μＬ）の変化量（ΔＶ）に換算する換算表又は換算グラフの他、決定した液量等を記憶する。
【００３４】
信号発生器３３は、駆動制御部３１による制御のもとに発振周波数を変更可能な発振回路を有しており、図２に示すように、液量検知電極２３の引出し電極２３ｃとの間が配線３３ａによって接続されている。信号発生器３３は、数ＫＨｚ〜数十ＫＨｚの駆動信号を液量検知電極２３へ出力する。
【００３５】
周波数モニタ３４は、液量検知電極２３が出射する音波の周波数（ｆ）をモニタする手段であり、例えば、周波数カウンタを使用することができる。周波数モニタ３４は、図２に示すように、音波発生素子２１の圧電基板２２との間がモニタ線３４ａによって接続されている。周波数モニタ３４は、モニタした液量検知電極２３が出射した音波の周波数信号を液量決定部３２へ出力する。
【００３６】
以上のように構成される自動分析装置１は、回転するキュベットホイール６によって周方向に沿って搬送されてくる複数の反応容器７に試薬分注機構１０が試薬容器１２から試薬を順次分注する。試薬が分注された反応容器７は、キュベットホイール６によって周方向に沿って搬送され、検体分注機構５によって検体テーブル３に保持された複数の検体容器４から検体が順次分注される。
【００３７】
そして、検体が分注された反応容器７は、キュベットホイール６によって攪拌装置２０へ搬送され、分注された試薬と検体が攪拌装置２０によって順次攪拌されて反応する。このようにして検体と試薬が反応した反応液は、キュベットホイール６が再び回転したときに測光装置８を通過し、光源から出射された分析光が透過する。そして、反応液を透過した分析光は、受光部で測光され、制御部１４において吸光度をもとに成分濃度等が分析される。そして、分析が終了した反応容器７は、洗浄装置９によって洗浄された後、再度検体の分析に使用される。
【００３８】
ここで、厚み縦振動子である液量検知電極２３は、数ＫＨｚ〜数十ＫＨｚの音波を発生するが、同一周波数の駆動信号が入力されても、反応容器７から電極２３ａ，２３ｂに作用する厚さ方向の応力によって出射する音波の周波数が変化する性質を有している。このとき、反応容器７が保持する液体の量が変化した場合、周波数モニタ３４がモニタする音波の周波数の液量変化前後の変化量（Δｆ）と液体重量の変化量（ΔＷ）との間には、図５に示す直線関係がある。
【００３９】
そして、図５に示すように、直線ａに示す特性を有する液量検知電極２３は、重量の変化量（ΔＷ）に対する周波数の変化量（Δｆa）の比が、重量の変化量（ΔＷ）に対する周波数の変化量（Δｆb）が大きい直線ｂに示す特性を有する液量検知電極２３の場合の比に比べると小さい。このため、液量検知電極２３は、図５に示す直線の傾きが小さいと、周波数（ｆ）の分解能が低いことになり、液量検知電極２３ごとに異なっている。従って、攪拌装置２０は、音波発生素子２１を設けた反応容器７ごとに重量の変化量（ΔＷ）と液量検知電極２３が出射する音波の周波数（Δｆ）との関係を測定しておく。ここで、液量検知電極２３の分解能は、用いる圧電基板２２の素材と大きさ、電極２３ａ，２３ｂの厚みと直径によって設計可能である。
【００４０】
一方、周波数モニタ３４がモニタした音波の周波数を反応容器７が保持する液体の液量毎に高速フーリエ変換（ＦＦＴ）すると、液量に応じてそれぞれ異なる周波数に強度ピークを有する図６に示す強度分布曲線が得られる。従って、液量の異なる２つの強度分布曲線の強度ピークの差（Δｆ）は、液量の差、即ち、重量の差によって生じている。従って、図６から求めた強度ピークの差（Δｆ）をもとに、図５を利用して分注後の検体や試薬の重量の変化量（ΔＷ）を求めることができる。
【００４１】
但し、図５から得られるものは液体の重量の変化量（ΔＷ）であるから、重量の変化量（ΔＷ）を液量（μＬ）の変化量（ΔＶ）に換算する必要がある。このため、自動分析装置１は、使用する試薬と検体との総ての組み合わせについて予め換算表又は換算グラフを作成し液量決定部３２の記憶部３２ｃに記憶しておく。そして、液量決定部３２は、試薬と検体との組み合わせと分注後の液体の重量の変化量（ΔＷ）とをもとに液量変化量算出部３２ａが液量（μＬ）の変化量（ΔＶ）を決定すると共に、記憶部３２ｃから読み出した前回値に加算して液量を決定し、駆動制御部３１へ出力する。これが、本発明における液量決定の原理である。
【００４２】
一方、周波数モニタ３４にモニタされる音波とは別に周波数変換部材２４に入射した音波は、図７に示すように、本体２４ａ内を疎密波Ｗcとして伝搬する。そして、疎密波Ｗcは、本発明の周波数変換方法により、凹凸部２４ｃの部分で周波数が数ＭＨｚ〜数十ＭＨｚに変換され、凹凸部２４ｃの凸部を山、凹部を谷とする表面弾性波ＷSAが本体２４ａの上面に沿って発生する。このとき、攪拌装置２０は、使用に際し周波数変換部材２４と反応容器７との間に水やジェル等の音響整合層を配置する。このため、図８に示すように、発生した表面弾性波ＷSAは、水Ｗtrを通って反応容器７の底壁７ｂから反応容器７が保持した液体Ｌ中へとへ伝搬する。
【００４３】
従って、図８において、音響整合層として水を使用した場合、同一媒質内では入射角と屈折角は等しくなるから、周波数変換部材２４と水Ｗtrとの境界における音波（表面弾性波ＳＡＷ）の入射角をθT、屈折角をθWtr、水Ｗtrと反応容器７の底壁７ｂとの境界における音波の入射角をθWtr、屈折角をθC、底壁７ｂと反応容器７が保持した液体Ｌとの境界における音波の入射角をθC、屈折角をθL、周波数変換部材２４の中の音速をＣT、水Ｗtrの中の音速をＣWtrとするとスネルの法則から次式が成り立つ。
sinθT／sinθWtr＝sinθWtr／sinθC＝sinθC／sinθL＝ＣT／ＣWtr
∴sinθL＝（ＣWtr／ＣT）sinθC
【００４４】
従って、周波数変換部材２４は、反応容器７が保持した液体Ｌ中へ音波（表面弾性波ＳＡＷ）の屈折角θL、即ち、音波（表面弾性波ＳＡＷ）が液体Ｌを攪拌するのに適切な角度で出射されるように反応容器７と共に素材を選定する。
【００４５】
以上のようにして、液体Ｌ中へ伝搬する表面弾性波ＷSAによって、図９に示すように、音響流Ｆaが発生し、液体Ｌが攪拌される。このとき、駆動制御部３１は、液量決定部３２が決定した液量（μＬ）をもとに液量検知電極２３の駆動時間を制御する。この場合、駆動制御部３１は、例えば、液量検知電極２３に入力する駆動信号の入力時間や周波数、発生する音波の特性（周波数，強度，位相，波の特性）、波形（正弦波，三角波，矩形波，バースト波等）或いは変調（振幅変調，周波数変調）等を制御する。また、駆動制御部３１は、液量（μＬ）と駆動時間との関係について表又は液量（μＬ）をもとに駆動時間を求める換算式を記憶しておく。
【００４６】
従って、本発明によれば、音波発生素子２１の用途を拡大することができる。即ち、攪拌装置２０は、１つの音波発生素子２１によって反応容器７が保持している液体の液量を液量決定部３２によって決定し、決定した液量に基づいて液体を攪拌することができる。また、液量決定部３２が決定した液量の値がゼロであれば、液量検知電極２３の駆動時間もゼロにすることができる。この結果、本発明の周波数変換部材２４を用いた自動分析装置１及び攪拌装置２０は、攪拌対象の液量に対応してエネルギー量の過不足なく液体を攪拌することができる。液量検知電極２３の駆動時間がゼロの場合には、更に制御部１４に対して分析エラーの信号を送るようにすることで、分析データの管理も行えるようにできる。
【００４７】
（変形例１）
ここで、周波数変換部材２４は、図１０に示すように、本体２４ａの上面に平行な複数の凸条を幅方向に形成することにより凹凸部２４ｃを形成してもよい。また、凹凸部２４ｃは、本体２４ａの上面ではなく、下面に形成してもよい。
【００４８】
（変形例２）
一方、本発明の周波数変換部材２４は、音波発生素子２１に当接され、音波発生素子２１が出射する音波の周波数を変換する凹凸部が形成されていれば周波数変換部材２４に限定されるものではない。例えば、本発明の周波数変換部材は、図１１に示すように、底壁７ｂの内面に上述した条件を満たす凹凸部７ｄを形成した反応容器７であってもよい。
【００４９】
この場合、凹凸部７ｄは、側壁７ｃの内面又は外面、或いは側壁７ｃの内面と外面の両面に形成する。また、液量検知電極２３は、底壁７ｂの外面に配置してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】本発明の自動分析装置を示す概略構成図である。
【図２】反応容器を断面にして示す本発明の攪拌装置の概略構成図である。
【図３】図２に示す攪拌装置で使用する音波発生素子の平面図である。
【図４】本発明の周波数変換部材の一例を示す斜視図である。
【図５】反応容器が保持する液体における、周波数モニタがモニタする音波の周波数の液量変化前後の変化量（Δｆ）と液体重量の変化量（ΔＷ）との関係を示す図である。
【図６】周波数モニタがモニタした音波の周波数を液体の液量毎に高速フーリエ変換して得られる強度分布曲線図である。
【図７】周波数変換部材に入射した音波の周波数が凹凸部によって変換され、表面弾性波が周波数変換部材の表面に沿って発生する様子を示すモデル図である。
【図８】周波数変換部材の表面に沿って発生した表面弾性波が音響整合層及び反応容器の底壁を通って反応容器が保持した液体中へとへ伝搬する様子並びにその際のスネルの法則を説明する拡大断面図である。
【図９】図２に示す攪拌装置の電極が出射した音波の周波数のモニタと、音波発生素子が出射した音波によって液体中に発生する音響流を示す図である。
【図１０】周波数変換部材の変形例１を示す断面図である。
【図１１】周波数変換部材の変形例２を示す断面図である。
【符号の説明】
【００５１】
１ 自動分析装置
２ 作業テーブル
３ 検体テーブル
４ 検体容器
５ 検体分注機構
６ キュベットホイール
７ 反応容器
８ 測光装置
９ 洗浄装置
１０ 試薬分注機構
１１ 試薬テーブル
１２ 試薬容器
１３ 読取装置
１４ 制御部
１５ 分析部
１６ 入力部
１７ 表示部
２０ 攪拌装置
２１ 音波発生素子
２２ 圧電基板
２３ 液量検知電極
２４ 周波数変換部材
２４ａ 本体
２４ｂ 保持片
２４ｃ 凹凸部
３０ 攪拌制御部
３１ 駆動制御部
３２ 液量決定部
３３ 信号発生器
３４ 周波数モニタ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧電基板上に電極が形成された音波発生手段が当接され、当該音波発生手段から出射される音波の周波数を変換する周波数変換部材であって、
当該周波数変換部材は、前記音波発生手段が当接される面又は前記当接される面の裏面に変換目標周波数の波長と等しいピッチを有し、前記音波発生手段が出射した音波の周波数を前記変換目標周波数に変換する凹凸部が形成されていることを特徴とする周波数変換部材。
【請求項２】
圧電基板上に電極が形成された音波発生手段から出射される音波の周波数を変換する周波数変換方法であって、
前記音波発生手段から出射される音波を変換目標周波数の波長のピッチを有する凹凸部を通過させることによって前記変換目標周波数に周波数変換させることを特徴とする周波数変換方法。
【請求項３】
容器に分注された液体を音波によって攪拌する攪拌装置であって、
前記容器に配置され、電極が圧電基板上に形成された音波を出射する音波発生手段と、
前記音波発生手段と前記容器との間に当接配置され、前記音波発生手段から出射される音波の周波数を変換目標周波数に変換する請求項１に記載の周波数変換部材と、
前記音波発生手段の駆動を制御する駆動制御手段と、
前記音波発生手段が出射する音波の周波数をモニタするモニタ手段と、
前記モニタ手段がモニタした前記音波の周波数変化をもとに前記液体の液量を決定する液量決定手段と、
を備え、前記駆動制御手段は、前記液量決定手段が決定した液量をもとに前記電極の駆動周波数を調整し、前記音波発生手段から出射され、前記周波数変換部材が変換目標周波数に変換した音波によって前記液体を攪拌することを特徴とする攪拌装置。
【請求項４】
前記音波発生手段は、前記容器の外壁面に設けられることを特徴とする請求項３に記載の攪拌装置。
【請求項５】
前記駆動制御手段は、前記電極を駆動する駆動信号の振幅及び周波数を変更自在なことを特徴とする請求項３又は４に記載の攪拌装置。
【請求項６】
前記電極は、前記圧電基板と共に厚み縦振動子を形成することを特徴とする請求項３〜５のいずれか一つに記載の攪拌装置。
【請求項７】
検体と試薬を含む複数の異なる液体を攪拌して反応させ、反応液の光学的特性を測定して前記検体を分析する自動分析装置であって、請求項３〜６のいずれか一つに記載の攪拌装置を備え、前記液量決定手段が決定した液量をもとに前記駆動制御手段によって駆動周波数を調整し、前記音波発生手段から出射され、前記周波数変換部材が変換目標周波数に変換した音波によって前記液体を攪拌することを特徴とする自動分析装置。
【請求項１】
圧電基板上に電極が形成された音波発生手段が当接され、当該音波発生手段から出射される音波の周波数を変換する周波数変換部材であって、
当該周波数変換部材は、前記音波発生手段が当接される面又は前記当接される面の裏面に変換目標周波数の波長と等しいピッチを有し、前記音波発生手段が出射した音波の周波数を前記変換目標周波数に変換する凹凸部が形成されていることを特徴とする周波数変換部材。
【請求項２】
圧電基板上に電極が形成された音波発生手段から出射される音波の周波数を変換する周波数変換方法であって、
前記音波発生手段から出射される音波を変換目標周波数の波長のピッチを有する凹凸部を通過させることによって前記変換目標周波数に周波数変換させることを特徴とする周波数変換方法。
【請求項３】
容器に分注された液体を音波によって攪拌する攪拌装置であって、
前記容器に配置され、電極が圧電基板上に形成された音波を出射する音波発生手段と、
前記音波発生手段と前記容器との間に当接配置され、前記音波発生手段から出射される音波の周波数を変換目標周波数に変換する請求項１に記載の周波数変換部材と、
前記音波発生手段の駆動を制御する駆動制御手段と、
前記音波発生手段が出射する音波の周波数をモニタするモニタ手段と、
前記モニタ手段がモニタした前記音波の周波数変化をもとに前記液体の液量を決定する液量決定手段と、
を備え、前記駆動制御手段は、前記液量決定手段が決定した液量をもとに前記電極の駆動周波数を調整し、前記音波発生手段から出射され、前記周波数変換部材が変換目標周波数に変換した音波によって前記液体を攪拌することを特徴とする攪拌装置。
【請求項４】
前記音波発生手段は、前記容器の外壁面に設けられることを特徴とする請求項３に記載の攪拌装置。
【請求項５】
前記駆動制御手段は、前記電極を駆動する駆動信号の振幅及び周波数を変更自在なことを特徴とする請求項３又は４に記載の攪拌装置。
【請求項６】
前記電極は、前記圧電基板と共に厚み縦振動子を形成することを特徴とする請求項３〜５のいずれか一つに記載の攪拌装置。
【請求項７】
検体と試薬を含む複数の異なる液体を攪拌して反応させ、反応液の光学的特性を測定して前記検体を分析する自動分析装置であって、請求項３〜６のいずれか一つに記載の攪拌装置を備え、前記液量決定手段が決定した液量をもとに前記駆動制御手段によって駆動周波数を調整し、前記音波発生手段から出射され、前記周波数変換部材が変換目標周波数に変換した音波によって前記液体を攪拌することを特徴とする自動分析装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２０１０−２１７０４９（Ｐ２０１０−２１７０４９Ａ）
【公開日】平成２２年９月３０日（２０１０．９．３０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−６５２２６（Ｐ２００９−６５２２６）
【出願日】平成２１年３月１７日（２００９．３．１７）
【出願人】（５１０００５８８９）ベックマン コールター， インコーポレイテッド (174)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年９月３０日（２０１０．９．３０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年３月１７日（２００９．３．１７）
【出願人】（５１０００５８８９）ベックマン コールター， インコーポレイテッド (174)
【Ｆターム（参考）】
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