図面 (/)

この項目の情報は公開日時点(1995年7月4日)のものです。
また、この項目は機械的に抽出しているため、正しく解析できていない場合があります

図面 (9)

目的

テストキャリア分析ステムにてアナログ光信号を検出および評価するとき、二次光遮光による干渉を排除して開放系で行なうことができる分析法を提供する。

構成

テストキャリア分析装置において該分析装置にホルダによって保持されたテストキャリアのテスト領域は、入光相と遮光相にクロックされた光源によって照射され、テスト領域で反射された光は受光器によって検出され、そして該測定値は評価のために測定値積分化およびデジタル化回路に送られ、そしてそこで、クロックされた光源の複数の入光相および遮光相からなる測定期間にわたり、該測定値が各入光相の少なくとも一部にわたっておよび各遮光相の少なくとも一部にわたって積分され、そして合計積分値が測定値積分化およびデジタル化回路において入光相および遮光相の積分値から形成される方法において、測定期間中の該入光相および該遮光相が、その周波数スペクトルが多数の異なった周波数からなる不規則シーケンスを形成することを特徴とする方法。

概要

背景

前記テストキャリア分析ステム分泌液の分析、特に血や尿のような体液の、健康診断のための分析に多く用いられている。これらのシステムは本質的に評価装置と特別に設計されたテストキャリアから構成される。

前記テストキャリアは通常、ベース層とその上に配設された少なくとも1個のテスト層を有するテスト領域からなるテストストリップの形がしばしば用いられている。該テスト層は1種またはそれ以上の試薬を含有している。たとえば、体液のようなサンプルがテスト層に供給されたばあいに、該サンプルの成分と化学反応が起こり、検出可能な変化、特に色調変化検出層に起こる。この変化は適切な方法とそれに対応する装置によって定量的解析のために評価される。

このように、たとえば、前記反応が起こったのちに、テスト領域の拡散反射率から、調べるべき体液中の成分濃度推定するために評価装置による反射光測定を用いることができる。ばあいによっては、所望の分析結果は測定時間にわたる反射率の変化からうることができる。

反射率の一般的に小さな変化を測定するべく充分な解像度で非常に微小測定電流または測定電圧を検出するため、そして定量分析を可能にするために光信号の検出と評価に、特に厳しい精度が要求される。その反面、数多くの干渉(interference)源が存在する。これらは、極めて小さな信号の検出のための評価電子技術にともなうよく知られた問題点であり、特に商用(mains )周波数でのピックアップによる増幅器入力電流およびクリープまたは残留電流、または増幅器浮漂、スパーインポーズ直流電圧高周波ノイズ電圧低周波交流およびリップル電圧などが知られている。

さらに、光学測定に関連する典型的な干渉が、二次光(secondary light )および迷光(stray light )によって惹き起こされる。これらには、比較的定常な二次光成分および慣習的に用いられる商用周波数である50Hzまたは60Hzで動作する二次光源からの典型的干渉の双方が含まれる。

従来、テストキャリアー評価装置は通常、前記のような二次光成分や迷光を避けるために、二次光が、測定中に、テスト領域とクロックされた光源受光測定器が配置されている装置の測定部へできるだけ入らないような構造になっている。この目的のためには、たとえば、テストキャリアーは狭い溝の中に挿入される。別の装置では、測定中にテストキャリアーを収容するためのテストキャリアーホルダーフラップを備えた光遮断室に配置し、そのフラップをテスト担体が挿入されるときに開き、測定中では閉じている。

これら公知の光遮断測定は、それらに関連する欠点をもっている。狭い溝の測定部は、たとえば血液サンプルのようなキャリアが挿入されたばあいには容易に汚れてしまう。2番目ケースでは、構成および製造のコストが、フラップが必要な分増大する。さらに、もしフラップが完全に閉まっていなかったり、早く開いてしまえば、該フラップが、しばしば誤動作の原因となることがわかっている。テスト用担体の評価装置は主として糖尿病者のためのグルコースレベル自己診断用に使用されている。しかしながら、病気性質のため、糖尿病患者手先器用さが限られていたり視力衰えていたりする。

テストキャリア分析装置部を構成するばあいも含むより大きな分析装置では、二次光の起こす干渉をさらに電子的に抑制することが提案されている。ここでは光源は入光相−遮光相にクロックされている。受光器からの信号は、ついで入光相と遮光相の双方にわたって評価され、そののち入光相の結果から遮光相の結果を差し引くことにより、測定光に付加的な影響を与えかつ光源のクロック周波数に関連してゆっくり変化する干渉を実質的に排除することを可能にする。

高周波数の干渉を抑制する望ましい方法としては、受光器からの信号をある測定期間にわたって積分する方法があげられる。これは、繰り返される積分時間よりずっと大きい周波数の干渉を実質的に抑制する。

ドイツ特許第28 14 358号明細書には、これら二つの計測方法を組み合せた方法とそれによる装置が開示されている。ここでは受光器はクロックされた光源によって照射され、そして信号は入光相と遮光相双方にわたって積分される。この公知の方法では、受光器からの信号は入光相と遮光相双方にわたって評価され、そして2つのデジタル化された結果は一方から他方を差し引くことで補正された測定値を与える。

ヨーロッパ特許第0 075 767号明細書には、前記のタイプの測定誤差を単純な方法で低構成費用で高精度の結果がえられるような方法とそれに従った配置が提案されている。該明細書は、最初に示したタイプの方法を開示しており、ここでは、いくつかの連続した入光相−遮光相にわたる積分を途中でデジタル化しないで行ない、それによって光源が比較的高いクロック周波数のばあいにおいても長い積分時間を実現する。これは、一方では長い積分時間のために依然として比較的低周波数においても存在する高周波数干渉を、他方では比較的高いクロック周波数のため比較的速く変化をする直流電圧成分を大幅に排除する。

概要

テストキャリア分析システムにてアナログ光信号を検出および評価するとき、二次光や遮光による干渉を排除して開放系で行なうことができる分析法を提供する。

テストキャリア分析装置において該分析装置にホルダによって保持されたテストキャリアのテスト領域は、入光相と遮光相にクロックされた光源によって照射され、テスト領域で反射された光は受光器によって検出され、そして該測定値は評価のために測定値積分化およびデジタル化回路に送られ、そしてそこで、クロックされた光源の複数の入光相および遮光相からなる測定期間にわたり、該測定値が各入光相の少なくとも一部にわたっておよび各遮光相の少なくとも一部にわたって積分され、そして合計積分値が測定値積分化およびデジタル化回路において入光相および遮光相の積分値から形成される方法において、測定期間中の該入光相および該遮光相が、その周波数スペクトルが多数の異なった周波数からなる不規則シーケンスを形成することを特徴とする方法。

目的

本発明の目的は、従来技術に照して、テストキャリア分析システムにおいてアナログ光信号を検出し評価する方法、および該方法を実施するための装置を提供することにあり、ここで迷光および二次光成分の排除は、開放系の配置にて、通常周囲の光におけるどんな迷光の光源からも遮蔽することなくテストキャリア分析システムを用いて測定ができるように改善される。

効果

実績

技術文献被引用数
1件
牽制数
2件

この技術が所属する分野

(分野番号表示ON)※整理標準化データをもとに当社作成

ライセンス契約や譲渡などの可能性がある特許掲載中! 開放特許随時追加・更新中 詳しくはこちら

請求項1

テストキャリア分析装置においてアナログ光学測定信号を検出および評価する方法であって、該分析装置にホルダによって保持されたテストキャリアのテスト領域は、入光相と遮光相にクロックされた光源によって照射され、テスト領域で反射された光は受光器によって検出され、そして該測定値は評価のために測定値積分化およびデジタル化回路に送られ、そしてそこで、クロックされた光源の複数の入光相および遮光相からなる測定期間にわたり、該測定値が各入光相の少なくとも一部にわたっておよび各遮光相の少なくとも一部にわたって積分され、そして合計積分値が測定値積分化およびデジタル化回路において入光相および遮光相の積分値から形成される方法において、測定期間中の該入光相および該遮光相が、その周波数スペクトルが多数の異なった周波数からなる不規則シーケンスを形成することを特徴とする方法。

請求項2

入光相および遮光相のシーケンスが疑似乱数シーケンスとして発生させられることを特徴とする請求項1記載の方法。

請求項3

合計積分値の形成において、受光器からの測定値が複数の同一の疑似乱数シーケンスにわたって積分されることを特徴とする請求項2記載の方法。

請求項4

受光器の信号がハイパスフィルタを通して送られることを特徴とする請求項1記載の方法。

請求項5

各入光相および遮光相の開始時において、受光器からの測定値を遅延時間の間積分しないことを特徴とする請求項1記載の方法。

請求項6

入光相の積分部分および遮光相の積分部分にわたる積分が複数の連続サンプリングステップにおいて行なわれることを特徴とする請求項1記載の方法。

請求項7

入光相と遮光相の積分部分が同一の大きさであり、測定値積分化およびデジタル化回路が積分器を含んでおり、該積分器へ受光器からの信号が入光相間と遮光相間にて逆の極性で適用され、遮光相にわたってえらるアナログ積分測定値が入光相にわたってえらるアナログ積分測定値から引かれて合計アナログ積分値をうることを特徴とする請求項1、2、3、4、5または6記載の方法。

請求項8

積分値をデジタル信号に変換するための積分器がデュアルスロープ法(dual-slope method )によって作動することを特徴とする請求項7記載の方法。

請求項9

積分値をデジタル信号に変換するための積分器がシグマデルタ法によって作動することを特徴とする請求項7記載の方法。

請求項10

周波数スペクトルにおける最大振幅の少なくとも5%の振幅をもつ入光相と遮光相の不規則シーケンスの周波数スペクトル中の周波数が、最高最低の周波数が少なくとも10倍、好ましくは少なくとも30倍、特に好ましくは少なくとも100倍異なる周波数帯に存在することを特徴とする請求項1、2、3、4、5、6、7、8または9記載の方法。

請求項11

周波数スペクトルにおける最大振幅の少なくとも5%の振幅をもつ入光相と遮光相の不規則シーケンスの周波数スペクトル中の周波数が、下限が10kHz以下、好ましくは5kHz以下であり、上限が50kHz以上、好ましくは100kHz以上である周波数帯に存在することを特徴とする請求項1、2、3、4、5、6、7、8、9または10記載の方法。

請求項12

周波数スペクトルにおいて最大振幅の少なくとも5%の振幅をもつ入光相と遮光相の不規則シーケンスの周波数スペクトル中の周波数の数が、20より大きく、好ましくは50より大きく、そして特に好ましくは100より大きいことを特徴とする請求項1、2、3、4、5、6、7、8、9、10または11記載の方法。

請求項13

請求項1記載の方法を実施するための装置が、測定すべきテストキャリアのテスト領域を照射するための光源;光源をトリガして入光−遮光相にクロックするためのトリガ装置;トリガ装置のためのパルスシーケンスを発生するためのパルスシーケンスジェネレタ;テスト領域で反射した光をピックアップするための受光器;および受光器からの測定値が測定、積分およびデジタル化のために送られる測定値積分化ならびにデジタル化回路からなり、該回路が、受光器からの信号を増幅するためのプリアンプ相関信号(34)を作成し、入光相の少なくとも一部および遮光相の少なくとも一部の間の測定期間の間に逆の極性でプリアンプからの出力信号倍率するレリイ倍率ステージ、合計アナログ積分値をあたえるため遮光相の積分される部分にわたってえられるアナログ積分測定値が入光相の積分される部分にわたってえられるアナログ積分測定値から引算されるように相関信号を測定期間にわたり積分するし、かつ測定イベントナンバに変換するためのアナログ−デジタル変換器、および測定の過程コントロールするための制御回路からなるものであって、パルスシーケンスジェネレータが不規則パルスシーケンスを発生する乱数シーケンスジェネレータであることを特徴とする装置。

請求項14

パルスシーケンスジェネレータが疑似乱数シーケンスを発生する回路であることを特徴とする請求項13記載の装置。

請求項15

パルスシーケンスジェネレータが疑似乱数シーケンスを作成するための二値遡及シフトレジスタを有することを特徴とする請求項13または14記載の装置。

請求項16

変調器がシフトレジスタの下流に接続されていることを特徴とする請求項15記載の装置。

請求項17

アナログ−デジタル変換器がシグマ−デルタ変換器であることを特徴とする請求項13、14、15または16記載の装置。

請求項18

ハイパスフィルタが受光器からの信号をフィルタするために設けられていることを特徴とする請求項13、14、15、16または17記載の装置。

請求項19

光源と受光器との系の感度誤差補償のためのプログラマブル増幅器プレアンプの下流に接続されていることを特徴とする請求項13、14、15、16、17または18記載の装置。

請求項20

光源とプレアンプの誤差の補償のために働くスイッチアブル増幅器が、アナログ−デジタル変換器の上流に接続されていることを特徴とする請求項13、14、15、16、17、18または19記載の装置。

請求項21

ハイパスフィルタ、プログラマブル増幅器またはスイッチアブル増幅器がスイッチドコンデンサ技術を用いて接続されていることを特徴とする請求項18、19または20記載の装置。

請求項22

測定信号飽和したばあいにエラービットを設定するモニタ装置が、プレアンプ、ハイパスフィルタ、プログラマブル増幅器、スイッチアブル増幅器またはアナログ−デジタル変換器に設けられていることを特徴とする請求項13、14、15、16、17、18、19または20記載の装置。

請求項23

光源と受光器以外の、すべての装置の構成成分が1つのチップに含まれていることを特徴とする請求項13、14、15、16、17、18、19、20または21記載の装置。

技術分野

0001

本発明は、テストキャリア分析ステムにおいてアナログ光信号を検出および評価する方法に関し、ここで該テストキャリアのテスト領域は入光相−遮光相にクロックされた光源によって照射され、テスト領域で反射された光は受光器によって検出され、その測定値は評価のため測定値積分化およびデジタル化回路に送信される。そしてここで、該クロックされた光源の数個の入光および遮光相からなる測定期間にわたって、測定値が少なくとも各入光相部にわたっておよび少なくとも各遮光相部にわたって積分され、そして総積分値は測定値積分化およびデジタル化回路にて入光および遮光相の積分値から形成される。

0002

本発明はさらに該方法を実施するための装置に関する。

背景技術

0003

前記テストキャリア分析システムは分泌液の分析、特に血や尿のような体液の、健康診断のための分析に多く用いられている。これらのシステムは本質的に評価装置と特別に設計されたテストキャリアから構成される。

0004

前記テストキャリアは通常、ベース層とその上に配設された少なくとも1個のテスト層を有するテスト領域からなるテストストリップの形がしばしば用いられている。該テスト層は1種またはそれ以上の試薬を含有している。たとえば、体液のようなサンプルがテスト層に供給されたばあいに、該サンプルの成分と化学反応が起こり、検出可能な変化、特に色調変化検出層に起こる。この変化は適切な方法とそれに対応する装置によって定量的解析のために評価される。

0005

このように、たとえば、前記反応が起こったのちに、テスト領域の拡散反射率から、調べるべき体液中の成分濃度推定するために評価装置による反射光測定を用いることができる。ばあいによっては、所望の分析結果は測定時間にわたる反射率の変化からうることができる。

0006

反射率の一般的に小さな変化を測定するべく充分な解像度で非常に微小測定電流または測定電圧を検出するため、そして定量分析を可能にするために光信号の検出と評価に、特に厳しい精度が要求される。その反面、数多くの干渉(interference)源が存在する。これらは、極めて小さな信号の検出のための評価電子技術にともなうよく知られた問題点であり、特に商用(mains )周波数でのピックアップによる増幅器入力電流およびクリープまたは残留電流、または増幅器浮漂、スパーインポーズ直流電圧高周波ノイズ電圧低周波交流およびリップル電圧などが知られている。

0007

さらに、光学測定に関連する典型的な干渉が、二次光(secondary light )および迷光(stray light )によって惹き起こされる。これらには、比較的定常な二次光成分および慣習的に用いられる商用周波数である50Hzまたは60Hzで動作する二次光源からの典型的干渉の双方が含まれる。

0008

従来、テストキャリアー評価装置は通常、前記のような二次光成分や迷光を避けるために、二次光が、測定中に、テスト領域とクロックされた光源と受光測定器が配置されている装置の測定部へできるだけ入らないような構造になっている。この目的のためには、たとえば、テストキャリアーは狭い溝の中に挿入される。別の装置では、測定中にテストキャリアーを収容するためのテストキャリアーホルダーフラップを備えた光遮断室に配置し、そのフラップをテスト担体が挿入されるときに開き、測定中では閉じている。

0009

これら公知の光遮断測定は、それらに関連する欠点をもっている。狭い溝の測定部は、たとえば血液サンプルのようなキャリアが挿入されたばあいには容易に汚れてしまう。2番目ケースでは、構成および製造のコストが、フラップが必要な分増大する。さらに、もしフラップが完全に閉まっていなかったり、早く開いてしまえば、該フラップが、しばしば誤動作の原因となることがわかっている。テスト用担体の評価装置は主として糖尿病者のためのグルコースレベル自己診断用に使用されている。しかしながら、病気性質のため、糖尿病患者手先器用さが限られていたり視力衰えていたりする。

0010

テストキャリア分析装置部を構成するばあいも含むより大きな分析装置では、二次光の起こす干渉をさらに電子的に抑制することが提案されている。ここでは光源は入光相−遮光相にクロックされている。受光器からの信号は、ついで入光相と遮光相の双方にわたって評価され、そののち入光相の結果から遮光相の結果を差し引くことにより、測定光に付加的な影響を与えかつ光源のクロック周波数に関連してゆっくり変化する干渉を実質的に排除することを可能にする。

0011

高周波数の干渉を抑制する望ましい方法としては、受光器からの信号をある測定期間にわたって積分する方法があげられる。これは、繰り返される積分時間よりずっと大きい周波数の干渉を実質的に抑制する。

0012

ドイツ特許第28 14 358号明細書には、これら二つの計測方法を組み合せた方法とそれによる装置が開示されている。ここでは受光器はクロックされた光源によって照射され、そして信号は入光相と遮光相双方にわたって積分される。この公知の方法では、受光器からの信号は入光相と遮光相双方にわたって評価され、そして2つのデジタル化された結果は一方から他方を差し引くことで補正された測定値を与える。

0013

ヨーロッパ特許第0 075 767号明細書には、前記のタイプの測定誤差を単純な方法で低構成費用で高精度の結果がえられるような方法とそれに従った配置が提案されている。該明細書は、最初に示したタイプの方法を開示しており、ここでは、いくつかの連続した入光相−遮光相にわたる積分を途中でデジタル化しないで行ない、それによって光源が比較的高いクロック周波数のばあいにおいても長い積分時間を実現する。これは、一方では長い積分時間のために依然として比較的低周波数においても存在する高周波数干渉を、他方では比較的高いクロック周波数のため比較的速く変化をする直流電圧成分を大幅に排除する。

発明が解決しようとする課題

0014

本発明の目的は、従来技術に照して、テストキャリア分析システムにおいてアナログ光信号を検出し評価する方法、および該方法を実施するための装置を提供することにあり、ここで迷光および二次光成分の排除は、開放系の配置にて、通常周囲の光におけるどんな迷光の光源からも遮蔽することなくテストキャリア分析システムを用いて測定ができるように改善される。

課題を解決するための手段

0015

本発明は、テストキャリア分析装置においてアナログ光学測定信号を検出および評価する方法であって、該分析装置にホルダによって保持されたテストキャリアのテスト領域は、入光相と遮光相にクロックされた光源によって照射され、テスト領域で反射された光は受光器によって検出され、そして該測定値は評価のために測定値積分化およびデジタル化回路に送られ、そしてそこで、クロックされた光源の複数の入光相および遮光相からなる測定期間にわたり、該測定値が各入光相の少なくとも一部にわたっておよび各遮光相の少なくとも一部にわたって積分され、そして合計積分値が測定値積分化およびデジタル化回路において入光相および遮光相の積分値から形成される方法において、測定期間中の該入光相および該遮光相が、その周波数スペクトルが多数の異なった周波数からなる不規則シーケンスを形成することを特徴とする方法に関する。

0016

入光相および遮光相のシーケンスが疑似乱数シーケンスとして発生させられることが好ましい。

0017

また、合計積分値の形成において、受光器からの測定値が複数の同一の疑似乱数シーケンスにわたって積分されることが好ましい。

0018

また、受光器の信号がハイパスフィルタを通して送られることが好ましい。

0019

また、各入光相および遮光相の開始時において、受光器からの測定値を遅延時間の間積分しないことが好ましい。

0020

また、入光相の積分部分および遮光相の積分部分にわたる積分が複数の連続サンプリングステップにおいて行なわれることが好ましい。

0021

また、入光相と遮光相の積分部分が同一の大きさであり、測定値積分化およびデジタル化回路が積分器を含んでおり、該積分器へ受光器からの信号が入光相間と遮光相間にて逆の極性で適用され、遮光相にわたってえらるアナログ積分測定値が入光相にわたってえらるアナログ積分測定値から引かれて合計アナログ積分値をうることが好ましい。

0022

また、積分値をデジタル信号に変換するための積分器がデュアルスロープ法(dual-slope method )によって作動することが好ましい。

0023

また、積分値をデジタル信号に変換するための積分器がシグマデルタ法によって作動することが好ましい。

0024

また、周波数スペクトルにおける最大振幅の少なくとも5%の振幅をもつ入光相と遮光相の不規則シーケンスの周波数スペクトル中の周波数が、最高最低の周波数が少なくとも10倍、好ましくは少なくとも30倍、特に好ましくは少なくとも100倍異なる周波数帯に存在することが好ましい。

0025

また、周波数スペクトルにおける最大振幅の少なくとも5%の振幅をもつ入光相と遮光相の不規則シーケンスの周波数スペクトル中の周波数が、下限が10kHz以下、好ましくは5kHz以下であり、上限が50kHz以上、好ましくは100kHz以上である周波数帯に存在することが好ましい。

0026

また、周波数スペクトルにおいて最大振幅の少なくとも5%の振幅をもつ入光相と遮光相の不規則シーケンスの周波数スペクトル中の周波数の数が、20より大きく、好ましくは50より大きく、そして特に好ましくは100より大きいことが好ましい。

0027

本発明はさらに、前記方法を実施するための装置に関し、該装置は、測定すべきテストキャリアのテスト領域を照射するための光源;光源をトリガして入光−遮光相にクロックするためのトリガ装置;トリガ装置のためのパルスシーケンスを発生するためのパルスシーケンスジェネレタ;テスト領域で反射した光をピックアップするための受光器;および受光器からの測定値が測定、積分およびデジタル化のために送られる測定値積分化ならびにデジタル化回路からなり、該回路が、受光器からの信号を増幅するためのプリアンプ相関信号を作成し、入光相の少なくとも一部および遮光相の少なくとも一部の間の測定期間の間に逆の極性でプリアンプからの出力信号倍率するレリイ倍率ステージ、合計アナログ積分値をあたえるため遮光相の積分される部分にわたってえられるアナログ積分測定値が入光相の積分される部分にわたってえられるアナログ積分測定値から引算されるように相関信号を測定期間にわたり積分するし、かつ測定イベントナンバに変換するためのアナログ−デジタル変換器、および測定の過程コントロールするための制御回路からなるものであって、パルスシーケンスジェネレータが不規則パルスシーケンスを発生する乱数シーケンスジェネレータであることを特徴とする装置である。

0028

パルスシーケンスジェネレータが疑似乱数シーケンスを発生する回路であることが好ましい。

0029

また、パルスシーケンスジェネレータが疑似乱数シーケンスを作成するための二値遡及シフトレジスタを有することが好ましい。

0030

また、変調器がシフトレジスタの下流に接続されていることが好ましい。

0031

また、アナログ−デジタル変換器がシグマ−デルタ変換器であることが好ましい。

0032

また、ハイパスフィルタが受光器からの信号をフィルタするために設けられていることが好ましい。

0033

また、光源と受光器との系の感度誤差補償のためのプログラマブル増幅器プレアンプの下流に接続されていることが好ましい。

0034

また、光源とプレアンプの誤差の補償のために働くスイッチアブル増幅器が、アナログ−デジタル変換器の上流に接続されていることが好ましい。

0035

また、ハイパスフィルタ、プログラマブル増幅器またはスイッチアブル増幅器がスイッチドコンデンサ技術を用いて接続されていることが好ましい。

0036

また、測定信号飽和したばあいにエラービットを設定するモニタ装置が、プレアンプ、ハイパスフィルタ、プログラマブル増幅器、スイッチアブル増幅器またはアナログ−デジタル変換器に設けられていることが好ましい。

0037

また、光源と受光器以外の、すべての装置の構成成分が1つのチップに含まれていることが好ましい。

0038

最初に示したタイプの方法を用いてこの目的を達成するためには、測定期間にわたって積分される入光相と遮光相のシーケンスは、数多くの異なった周波数からなる周波数スペクトルがフーリエ変換によってそこからえられうるような仕方で不規則な状態となっている。本発明の構成において、入光相と遮光相の規則的なシーケンスと関連させて二次光および迷光を抑制するのは適切でないと考えた。これは、迷光がしばしば周波数的に安定性がない問題のある迷光源を含んでいるという事実に起因し、そのような例には、キャンピングライトまたはストロボスコープランプがある。さらに、均等にクロックされた光源の周波数との同期する周波数またはそれについての積分倍数(multiples )は完全には避けられない。

0039

本発明に従った方法では、入光相と遮光相のパルスシーケンスは幅広い周波数スペクトルに相応する。したがって、それぞれ個々の周波数は測定結果に小さな影響を与えるだけであり、そのために相応する干渉周波数もまた測定結果の誤りに部分的な影響を与えるにすぎない。この方法は二次光成分および迷光成分を極めてよく抑制でき、周囲の光から光を遮蔽しないですべき測定を全体的に行なうことを可能にする。

0040

第一の有利な態様では、乱数ジェネレターにより入光相と遮光相のシーケンスを発生している。真の乱数ジェネレターを用いることは可能であるが、特に等しい長さの積分時間が入光相と遮光相のそれぞれすべてにわたって実現されることが必要であるときには、電子的に実施するには技術的に複雑なものになる。

0041

したがって、前記入光相と遮光相のシーケンスは、あらかじめ決められた疑似乱数シーケンスとして発生するのが好ましい。それはたとえば、適宜、下流のモジュレータと連結した、プリセットされた遡及性(retro-active)シフトレジスタによって実現できる。これはたとえば、「Elektronik」特集209, 「Elektronik Arbeitsblaetter」フランツィス・フェルラク(Franzis verlag)、p.93に掲載された、「Erzeugung von Pseudo-Zufallsfolgen mit binaeren Schieberegistern(2値のシフトレジスタを用いた疑似乱数シーケンスの作成)」により詳しく述べられている。有利には、総積分値を与えるためには、受光器からの測定値を1つの疑似乱数シーケンスにわったて積分するだけではなく、同様に他の同一の疑似乱数シーケンスにわたっても積分する。1回またはそれ以上の回数の乱数シーケンスの繰り返しが信号対ノイズ比を改善する。

0042

さらに、本発明にしたがった方法の好ましい態様においては、各々入光相と遮光相の初期において、受光器からの測定値は遅延時間にわたっては積分されない。この方法では、入光相初期におけるオーバーシュート効果(overshoot effects )、遮光相の初期における緩和効果(relaxation effects)および他の一時的な過程(transient processes )は、該積分値に含まれず、それゆえ、それらが測定結果に影響を与えるどんな誤差も生じさせない。

0043

ある有益な特徴に従って、積分される入光相部および積分される遮光相部にわたる積分は、各々のばあいにいくつかの連続するサンプリングステップにて実行される。この手順は、スイッチドコンデンサー技術(switched capacitor technology )を用いて実行できるという利点をもっている。

0044

本発明に従った方法の特に重要な点は、フーリエ変換された周波数スペクトルが多数の異なる周波数からなるということである。その周波数が分布する周波数範囲が大きくなればなるほど、そして全体的な強度に実質的に影響を与える異なった周波数の数が多くなればれるほど、測定の際の二次光源および迷光源の影響の抑制がうまくいく。換言すれば、別々のフーリエ変換された周波数スペクトルは、できるだけ理論的理想的なものに近似すべきであるが、一定の強度およびありうる最も幅の広い周波数帯(50Hzまたは60Hzの商用周波数のように特別な共通して干渉を起こす周波数のばあいに、せいぜいいわゆるノッチ周波数を示す「白色」スペクトル)をもつ連続した周波数スペクトルという実際上実施不能なケースに限られる。

0045

本方法を実施するための、本発明に従った装置(arrangement )は以下の要素をもっている。すなわち、試験されるテストキャリアのテスト領域を照射する光源;入光相−遮光相にクロックされた、光源をトリガするためのトリガ装置;トリガ装置にパルスシーケンスを発生させるパルスシーケンスジェネレータ;テスト領域で反射した光をピックアップする受光器;ならびに測定、積分およびデジタル化のために受光器から測定値が送られる測定値積分化およびデジタル化回路である。この回路は受光器からの信号を増幅するためのプレアンプおよび相関信号を生ぜしめるためのリレイ増幅ステージ(relay multiplication stage)からなる。この増幅ステージによって、該プリアンプからの出力信号は、入光相部の少なくとも一部と遮光相の少なくとも一部にわたる測定期間の間、反極信号(opposite polarity signs )を供給する。該回路はまた、遮光相の積分された部分にわたってえられたアナログ積分測定値が入光相の積分された部分にわたってえられたアナログ積分測定値より差し引かれることにより合計アナログ積分値をうるように測定期間にわたって相関信号を積分するための、および測定イベントナンバ(measurement event number)に変換するためのアナログ−デジタル変換器と、測定の行程をコントロールするための制御回路とを有している。ここで、該パルスシーケンスジェネレーターは不規則なパルスシーケンスを発生する乱数シーケンスジェネレーターである。

0046

以下、本発明を図面に基づいて詳細に説明する。

0047

図1は、テストストリップホルダ3を備えた評価装置2、および該ホルダに挿入可能なテストストリップ4からなるテストストリップ分析システム1を示している。当テストストリップ4はベース層5とテスト層6よりなる。体液がテスト層6に適用されると、該体液とテスト層6に含有されている試薬との間に化学反応が起こる。これらの反応の結果で生じる光学的に検出可能な変化は、テスト領域7を形成するテスト層6の部分での反射光測定法により検出することができ、そして評価される。従来のテストストリップ分析システム1では、通例、干渉を生じたり測定を誤評価させる周囲光から測定部9を遮蔽するため、不透明のフラップ8が使用されてきた。図1には不透明のフラップ8は破線で示した。本発明による方法および本発明による装置においては、測定結果に不具合な効果をもたせずにそのようなフラップ8を省くことが可能である。

0048

図2に本発明に従う好ましい回路配置の基本的回路のダイヤグラムを示した。これはパルスシーケンスジェネレータ26を備えており、該パルスシーケンスジェネレータ26は図4に示した再帰性シフトレジスタ50によって、疑似乱数シーケンスPZを生ずる。ここで言うシーケンスはクロックされた光源11をトリガするためのデジタル参照信号(digital reference signal)33として働く。疑似乱数シーケンスPZを図5に示す。光源11は、クロックされ、かつコントロールされた均一電流源の形をとるトリガ装置25より信号が供給される発光ダイオードである。光源11に供給されるトリガ装置25からの出力信号は24と表示される。信号24のパルス振幅は、公差および測定条件に合わせて調節することができる。光源11はテスト領域7を照射し、そのテスト領域7の反射光REMが受光器12によって検出される。受光器12はフォトダイオードであり、反射光量REMを光電流に変換する。

0049

プレアンプ15は光電流を電圧に変換する。具体的に示すと、有用な電流の範囲は約1〜3mAであり、干渉電流の範囲は約0〜10mAである。プレアンプ15の飽和は飽和信号により評価することができる。プレアンプ15からの信号はハイパスフィルタ28でフィルタされる。ハイパスフィルタ28はつぎのステージの最適の電圧変調を補償するために一定の光の部分を分離し、そして好ましくはプレアンプ15の直後に設置される。

0050

DCカップリングのばあい、測定、積分化およびデジタル化回路の変調範囲は、干渉信号が有用な信号を越える割合だけ、減少される。これは、一定の光の部分をハイパスフィルタを用いて分離することによって、すなわち信号のACカップリングによって回避することができる。ハイパスフィルタ28の最低限界周波数は約200Hzであり、そしてプレアンプ15の最高限界周波数は約150kHzである。

0051

プレアンプ15からの過渡的な応答(transient response)は、図8に詳細に示されているように、もし1ビット以内の測定信号がそれぞれのケースにおいてプレアンプ15の過渡時間(transient time)よりも長い遅延時間(delay time)ののちでのみ決定されるなら、なんら影響を与えない。

0052

ハイパスフィルタ28の下流にあるのはプログラマブル増幅器29であり、その増幅は光源11および受光器12の感度の公差を補償するためにプログラムでき、そしてそれは、リレイ倍率ステージ(relay multiplication stage)27でのすべての変調を確実にする。該補償は、オフセット電圧ドリフトのための誤差を最小にするために、リレイ倍率ステージ27の上流にて行なう。ハイパスフィルタ28およびプログラマブル増幅器29は、チップでの積分を最大限にするようにスイッチ−コンデンサ技法(switched-capacitor technology )を用いて構成されている。前記信号はさらに3.25μsの期間でサンプリングされるサンプルコンデンサチャージ(sampled capacitor charges )の形に処理される。

0053

信号はリレイ倍率ステージ27に送られ、そこでアナログ信号はパルスシーケンスジェネレータ26からの参照信号33と歩調を合わせて、光源11からの入光相の積分部分にわたって+1倍され、そして遮光相Dの積分部分にわたって−1倍される。これはその後の積分のための相関信号34を形成し、遮光相にわたってえられるアナログ積分測定値と入光相にわたってえられるアナログ積分測定値との間の差に相当する。リレー乗率は、26μsの1ビット(疑似乱数シーケンスのサイクル時間)内に3.25μsの等間隔で6個の連続サンプルの形で行なわれる。サンプリング率は、有用な信号および干渉信号のバンド幅を考慮して、たとえば干渉の高い抑制などの交叉相関原理(cross-correlation principle)の良い特性をうるために高いものでなければならない。疑似乱数シーケンス期間の26μs間に一回だけのサンプリングでは充分でない。しかしながら、1μsの間隔でのサンプリングでは図5による疑似乱数シーケンスの全ての調波(harmonics )を計算にいれてしまうので、実質的にさらに高い技術上の出費が必要となる。

0054

相関信号34はスイッチアブル増幅器(switchable amplifier)30に送られ、その増幅器はスイッチド−コンデンサ技術(switched-capacitor technology)を用いて構成されている。スイッチアブル増幅は光源11およびプレアンプ15の公差を補償する働きをする。アナログ−デジタル変換器31はシグマ−デルタ変換の原理に従って操作されており、チップ中の変換器の完全な積分を可能にしており、そのような変換器は極めて小さいコンデンサしか必要としない。それは、3844カウント、すなわち約12ビットの分解能をもち、100msの測定期間にわたりアナログ相関信号34を積分し、かつ測定イベントナンバNMに変換する。

0055

本発明に従う装置は測定の過程をコントロールするための制御回路32も備えている。該コントロール信号は破線で示されている。

0056

測定信号はプレアンプ15、ハイパスフィルタ28、プログラマブル増幅器29、スイッチアブル増幅器30、アナログ−デジタル変換器31でモニターされる。これはテストストリップ分析システム1が、正しい測定を許さないような環境条件を自動的に認知することを可能にする。

0057

全回路は1個のチップに集積され、光源11および受光器12だけがチップの外側に位置する。チップの内部抵抗値およびチップの内部容量は比較的高い製造公差をもっている。プレアンプ15および光源11の公差はプログラマブル増幅器29およびスイッチアブル増幅器30の可変増幅によって補償される。

0058

図3に本発明に従う改良した回路構成の基本的回路図を示す。図2に示した回路構成と比較すると、遅延回路35がグループ遅延時間を補償するために参照信号33用に設けられているという特徴をもっており、ここにいう回路はアナログ信号でインフェーズリレイ倍率(in-phase relay multiplication )を保証する。図8の下方に示された図によれば、リレー倍率ステージ27に現われる参照信号33とアナログ測定値との過渡時間における差が遅延時間、その間受光器12からの測定値が各入光相または遮光相の開始点で測定されない、よりも小さいなら、グループ遅延時間の補償はしなくてすむ。

0059

図4は、5個連なりの再帰性2値シフトレジスタ(retroactive binary shiftregister) 50を用い疑似ランダムシーケンスを作成するための基本的回路図を示す。フィードバックが3番目および5番目のレジスター排他的論理ゲート52を経由してインプットタッピング(tapping)することにより有効になる。5個のレジスタには初めに1が入っている。これらはそれからすべてのサイクルで右に一位置移動し、入力で供給される論理状態は排他的論理ゲート52の機能により与えられる。前記したケースの結果は、最大4の連続する同一の状態(0または1)でパルスシーケンスとなる。これは不都合を生み出すので、付加的にデジタル変調が変調器51(変調器51は逆排他的論理ゲートである)の助けによって行なわれ、そしてパルストレインは変調器51の下流に表されている。シフトレジスタ50および変調のサイクルは26μsである。連続状態での、デジタル参照信号33の同一の連続状態の最大の数は2である。ここでいう信号は、したがって各ばあいにおいて最大52μs間の0または1である。

0060

図5図4に従う回路によりつくり出される疑似乱数シーケンスPZの期間を示す。それは62ビットのシーケンスであり、それぞれ26μsのパルス長をもっている。疑似乱数シーケンスPZは、充分なSN比をもつ合計積分値を与えるために、測定期間中何回か繰り返される。記載された態様は、62ビットの疑似乱数シーケンスは測定結果を決定するために1つの測定期間内に62回繰り返され、100msの測定期間長を与える。えられた信号33はトリガ装置25を経由して光源11をトリガし、光源は信号33のサイクルに従って、測定期間中、入光相および遮光相の不規則的シーケンスでテスト領域7を照射する。入光相および遮光相の双方とも異なった長さをもつ(実施例においては各々2つの長さだけが可能である)、そしてシーケンスは不規則である。

0061

4個のそのような62ビットの単独シーケンスが連続にセットされそして別々のフーエ変換がコサイン関数(cosine window fanction)に従って行なわれるなら、周波数fの関数として周波数振幅BFの強度で表われる図6のスペクトルがえられる。測定期間MPの100msの全パルスシーケンスがフーリエ変換されるなら、このスペクトルの形状に極めてわずかな変化があるだけであろう。フーリエ変換によってえられた、光源11に供給される信号24の周波数スペクトルは、ちょうどゼロから約150kHzの幅にあり、そして全ての強度に実質的な影響を与える多数の周波数からなる。このスペクトルのゼロ値は52μsの変調の連続である。図6の周波数スペクトルに対応する積分標準化強度(integratedstandarized power density)Iは図7に表わされる。

0062

すでに述べたように、周波数スペクトルは実質的に均一に分散している。換言すると、信号強度に実質的な寄与を与える周波数は幅広い周波数範囲にわたって存在する。一般的に−図6に示すように−強度に実質的な寄与を与える周波数は数個のバンドBにわたって分散されており、その間には強度(ゼロに近い)に小さな寄与をする周波数帯が存在する。定量的には、フーリエ変換でえられ、かつその振幅が全スペクトル中の最大振幅の5%を超える量である光源11に供給される信号24の周波数スペクトル中の周波数が、最高と最低の周波数が少なくとも10倍、好ましくは少なくとも30倍、特に好ましくは100倍異なる周波数範囲にわたって存在すべきである。これは、その周波数範囲の外側にある少なくとも個別の周波数が、全スペクトル中の最大振幅の5%を超える振幅を依然として有していることを意味している。絶対的な限界に関して、スペクトルの最大振幅の少なくとも5%の振幅をもつ周波数が、下限が10kHz以下、好ましくは5kHz以下であり、上限が50kHz以上、好ましくは100kHz以上であるのが有利である。フーリエ変換された周波数スペクトルの最大振幅の少なくとも5%の振幅をもつ周波数の数が20より大きく、好ましくは50より大きく、特に好ましくは100より大きくすべきである。

0063

図8信号形式の変化および測定時間にわたるサンプリングポイントパルスダイアグラムを示す。以下、入光−遮光−入光パルスシーケンスに対する時間tの関数として示してある。すなわち、基準信号33のパルスシーケンス0−1−0;光源11に供給されるトリガ装置25(信号24)からの電流IL;プリアンプ15からの出力信号MS;プログラマブル増幅器29からのMSの逆相関する出力電圧UV。

0064

パルスシーケンスジェネレータ26によってコントロールされており光源11に供給される電流ILはほぼステップ状の形状をもち、各入光相および遮光相サイクルは26μs長さをもっている(示したケースのばあい、0−1−0のシーケンスは規則的である。しかしながらこの図は、入光相および遮光相が不規則シーケンスを形成している測定期間のほんの小さいセグメントしか表わしていない)。オーバーシュート、過渡および弛緩効果(transtent and relaxation effects)のため、受光器12からの測定信号、および信号MSは、有限立上りおよび立下り(finiterise and fall )時間(ここでは約9.25μs)をもつだけの電流ILにおける突然の変化に追従することができる。プログラマブル増幅器29からの出力電圧UVは逆数としてMSの形状に従う。

0065

時間は矢印で信号波形UVの下方に印されている。特定の時間間隔に対する数値記号図8の下方に示されている。

0066

シグマ−デルタ変換の電気的基準(electrical reference)の積分は時間Rから開始される。この時間は信号UVの立上りおよび立下り時間内にあり、それによって、信号UVがまだその適切な値に達せずそしてそのために積分されていないこれらの時間が有意義に使用できる。

0067

各ケースにおいて9.75μsという遅延時間TVHまたはTVDにより入光相Hまたは遮光相Dの開始よりも遅い、時間S1において、参照信号33およびアナログ信号UV間のリレイ倍率(relay multiplication)が3.25μsの等時間間隔で6個の連続サンプルに対して行なわれる。当6個のサンプルは、遮光相Dまたは入光相Hの期間TDまたはTH間にあり、信号UVが最終値に達しそして積分される。遮光相測定値が補正ファクタなしで明相測定値から引き算できるように、当暗相と明相は等しい長さであることが好ましい。

発明の効果

0068

本発明によれば、開放系で二次光や迷光などによる干渉を排除できる。

図面の簡単な説明

0069

図1本発明の方法を適用しうるテストキャリア分析システムの透視図である。
図2本発明に従う好ましい回路構成の基本的回路図である。
図3本発明に従う改良された回路構成の基本的回路図である。
図4本発明においてシフトレジスタをもつ疑似乱数シーケンスを作成するための基本的回路図である。
図5図4に従う疑似乱数シーケンスを示す。
図6図5に従うフーリエ変換された周波数スペクトルを示す。
図7図6に従う積分標準化強力密度を示す。
図8信号形式の変化および測定時間にわたるサンプリングポイントに関するパルスダイアグラムを示す。

--

0070

1テストキャリア分析装置
4 テストキャリア
7テスト領域
11光源
12受光器
15プリアンプ
25トリガ装置
26パルスシーケンスジェネレータ
27リレイ倍率ステージ
28ハイパスフィルタ
29プログラマブル増幅器
30 スイッチアブル増幅器
31アナログ−デジタル変換器
32制御回路
34相関信号
50シフトレジスタ
51 変調器

ページトップへ

この技術を出願した法人

この技術を発明した人物

ページトップへ

関連する挑戦したい社会課題

関連する公募課題

ページトップへ

技術視点だけで見ていませんか?

この技術の活用可能性がある分野

分野別動向を把握したい方- 事業化視点で見る -

(分野番号表示ON)※整理標準化データをもとに当社作成

ページトップへ

おススメ サービス

おススメ astavisionコンテンツ

新着 最近 公開された関連が強い技術

この 技術と関連性が強い人物

関連性が強い人物一覧

この 技術と関連する社会課題

関連する挑戦したい社会課題一覧

この 技術と関連する公募課題

関連する公募課題一覧

astavision 新着記事

サイト情報について

本サービスは、国が公開している情報(公開特許公報、特許整理標準化データ等)を元に構成されています。出典元のデータには一部間違いやノイズがあり、情報の正確さについては保証致しかねます。また一時的に、各データの収録範囲や更新周期によって、一部の情報が正しく表示されないことがございます。当サイトの情報を元にした諸問題、不利益等について当方は何ら責任を負いかねることを予めご承知おきのほど宜しくお願い申し上げます。

主たる情報の出典

特許情報…特許整理標準化データ(XML編)、公開特許公報、特許公報、審決公報、Patent Map Guidance System データ