JP6824064B2 - 自動分析装置 - Google Patents

Description

本発明は、主に血液、尿等の生体サンプルの定性、定量分析を行う自動分析装置に係り、特に反応容器内において試薬とサンプルとを混合するための攪拌機構を備えた自動分析装置に関する。

自動分析装置は、分析対象成分と反応する試薬をサンプルと混合、攪拌し、所定時間反応させた後、主に光学的な測定によってサンプル中の目的成分の分析を行う。攪拌機構としては、例えば、被攪拌液にヘラ状の攪拌子を浸漬し、攪拌子を回転又は、往復運動させることにより被攪拌物を混合する接触攪拌方式と、被攪拌物に超音波を照射することによって被攪拌物を混合する非接触攪拌方式などがある。

このような非接触攪拌方式として、例えば、特許文献１には、サンプルと試薬を入れた反応容器の下方から反応容器の開放口に向けて超音波を照射してサンプルと試薬を非接触で攪拌し、混合する方法が記載されている。また、特許文献１には、恒温槽の底面に圧電素子を配し、圧電素子による振動波（超音波）の放射方向に音響レンズを設け、音響レンズにより超音波を集束させ、反応容器内のサンプルを音響直進流により浮揚させる旨開示されている。
また、特許文献２には、反応容器外部に複数の音源或は反射板を設け、音源と他の音源或いは反射板の間に反応容器が配されるようにして、反応容器に向けて複数の方向から超音波を照射して反応容器内の液体を効率よく流動化させて、サンプルと試薬を非接触で攪拌し混合する方法が記載されている。
また、特許文献３には、有底円筒状の反応容器の少なくとも内底面を球面状の凹部とし、反応容器の底面を、音響整合層を介して音源に位置付け、音源より反応容器内へ入射される超音波を集束させて、サンプルと試薬を攪拌し混合する方法が記載されている。

特開平８−１４６００７号公報 特開２００３−２５４９８１号公報 特開２００６−９０９９２号公報

しかしながら、特許文献１に記載される構成では、反応容器の下方から反応容器の開放口に向けて超音波を照射する、或いは、更に反応容器の側方から超音波を照射するものである。そのため、強い攪拌力を得ようとして下方の音源から強い超音波を照射すると、サンプルの液面が盛り上がり、サンプル液等が飛散する虞があり、一方、弱すぎる超音波を照射すると十分攪拌に寄与できない虞がある。
また、特許文献２に記載される構成では、強い撹拌力を得られるものの、反応容器の液面付近及び底面付近に超音波を入射させるため、ある程度の液面の高さが必要となる可能性がある。換言すれば、微量サンプルの分析には必ずしも十分とは言えない。
また、特許文献３に記載される構成では、反応容器の底面の形状を球面にすることにより、超音波を集束させるものである。しかしながら、焦点位置は固定であるため、反応容器内の液面の高さが変化すると反応液の対流にばらつきが生じ、撹拌力が不安定となる虞がある。
そこで、本発明は、反応容器内の試薬とサンプルの混合における攪拌効率の向上、及び、攪拌可能な試薬とサンプルを微量化し得る自動分析装置を提供する。

上記課題を解決するため、本発明に係る自動分析装置は、分注されたサンプルと試薬を収容し得る反応容器と、前記反応容器の側方に配されるアレイ状の超音波発生部と、前記超音波発生部と前記反応容器との間に配され、前記超音波発生部から出射された超音波を反応容器内のサンプルと試薬の混合物の所望の位置に集束させる音響レンズと、を備え、前記音響レンズは、反応容器内における前記超音波発生部から出射された超音波の集束点を変更することを特徴とする。

本発明によれば、反応容器内の試薬とサンプルの混合における攪拌効率の向上、及び、攪拌可能な試薬とサンプルを微量化し得る自動分析装置を提供することが可能となる。
上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。

本発明の一実施例に係る実施例１の自動分析装置の全体概略構成を示す斜視図である。 図１に示す反応ディスク及び攪拌機構の縦断面図である。 図２に示すドライバ回路の機能ブロック図である。 音源を構成するセグメントへの印加電圧と音響レンズによる超音波の集束の関係を示す概念図である。 本発明の他の実施例に係る実施例２の自動分析装置を構成する反応ディスク及び攪拌機構の縦断面図である。 図５に示すドライバ回路の機能ブロック図である。 音源を構成するセグメントへの印加電圧と音響レンズによる超音波の集束の関係を示す概念図である。 本発明の他の実施例に係る実施例３の自動分析装置を構成する反応ディスク及び攪拌機構の縦断面図である。 図８に示すドライバ回路の機能ブロック図である。 音源を構成するセグメントへの印加電圧と音響レンズによる超音波の集束の関係を示す概念図である。

本明細書において、自動分析装置とは、生化学自動分析装置及び免疫自動分析装置を含む。以下では、自動分析装置の一例として生化学自動分析装置について説明する。
生化学自動分析装置は、主に、分析対象となるサンプルを反応容器へ供給するためのサンプル分注機構、試薬を反応容器に供給するための試薬分注機構、反応容器内のサンプル及び試薬を攪拌するための攪拌機構、反応中或は反応が終了したサンプルの物性を光学的に計測するための測光機構、計測が終了したサンプルを吸引・排出し、反応容器を洗浄するための洗浄機構、及び、これらの動作を制御するコントローラなどから構成されている。
以下、図面を用いて本発明の実施例について説明する。

図１は、本発明の一実施例に係る実施例１の自動分析装置の全体概略構成を示す斜視図であり、図２は図１に示す反応ディスク及び攪拌機構の縦断面図である。図１に示すように自動分析装置１００としての生化学自動分析装置は、主として、反応容器1０２を周方向に沿って所定の間隔にて相互に離間するよう複数格納する反応ディスク１０１、反応ディスク１０１に格納されている反応容器１０２の恒温状態を保つための恒温槽１１４、サンプルカップ１０４を周方向に沿って所定の間隔にて相互に離間するよう複数収納するサンプルディスク１０３、試薬ボトル１０５を周方向に沿って複数格納する試薬ディスク１０６、サンプルカップ１０４内のサンプルを反応容器１０２へ所定量分注するサンプル分注機構１０７、試薬ボトル１０５内の試薬を反応容器１０２へ所定量に分注する試薬分注機構１０８、分注されたサンプルと試薬を反応容器１０２内で非接触にて攪拌し混合する攪拌機構１０９、反応容器１０２内のサンプルと試薬の混合物の反応過程及び反応後の例えば吸光度を測定する測光機構１１０、及び、測光（検査）が終了した後に反応容器１０２を洗浄する洗浄機構１１１より構成される。これらの各構成要素は、検査を開始する前に予めユーザー（検査技師）によりコンソール１１３を介して設定された情報（例えば、分析項目、分析項目に応じたサンプル及び試薬の分注量（液量）等）に基づき、コントローラ１１２がプログラムを作成し当該ブログラムを実行することにより動作が制御される。

なお、図１では、サンプルディスク１０３に周方向に沿って複数のサンプルカップ１０４を格納する例を示すが、必ずしもこれに限られるものではない。例えば、同心円状に内周側及び外周側に周方向に沿って複数のサンプルカップ１０４を格納するようサンプルディスク１０３を構成しても良い。また、更には、サンプルディスク１０３に代えて、サンプルを収容する複数本のサンプル容器をサンプルラックに収納する構成としても良い。
また、反応ディスク１０１についても、例えば、同心円状に内周側及び外周側に周方向に沿って複数の反応容器１０２を格納する構成としても良い。但しこの場合、内周側に格納される反応容器１０２と外周側に格納刺される反応容器１０２とが、反応ディスク１０１の径方向において重ならぬよう格納する必要がある。

以下に、自動分析装置１００としての生化学自動分析装置の動作について説明する。
コントローラ１１２からの制御信号（制御指令）により、サンプル分注機構１０７は、サンプルカップ１０４より所定量（所定の液量）のサンプルを吸引し、指定された反応容器１０２に所定量（所定の液量）のサンプルを吐出することでサンプル分注動作を実行する。次に、コントローラ１１２からの制御信号（制御指令）により、サンプル分注機構１０７によって所定量（所定の液量）のサンプルが分注された反応容器１０２が試薬分注ポジションへ位置付けるよう反応ディスク１０１が回転する。試薬分注機構１０８は、コントローラ１１２からの制御信号（制御指令）により、試薬ディスク１０６に格納される試薬ボトル１０５から分析項目に応じた液量の試薬を吸引する。その後、サンプル分注機構１０７は、円弧状の軌跡を描くよう回動し、試薬分注ポジションに位置付けられた所定量（所定の液量）のサンプルを収容する反応容器１０２へ試薬を吐出することで試薬分注動作を実行する。

続いて、反応ディスク１０１は、コントローラ１１２からの制御信号（制御指令）により、サンプル及び試薬が分注された反応容器１０２が攪拌ポジション、すなわち、攪拌機構１０９が設置されている位置まで回転する。攪拌機構１０９は、反応容器１０２内のサンプルと試薬を非接触にて攪拌し混合する。コントローラ１１２からの制御信号（制御指令）により、攪拌が終了した時点から測定が開始され反応が終了した時点で、反応ディスク１０１は洗浄ポジションまで回転する。洗浄機構１１１は、反応容器１０２内のサンプルと試薬の混合物を吸引し、空となった反応容器１０２の洗浄処理を実行する。
上述のサンプル分注動作から洗浄処理までの一連のプロセスが、複数のサンプルに対して逐一バッチ処理的に実行される。

次に攪拌機構１０９の詳細について説明する。図２に示すように攪拌機構１０９は、反応ディスク１０１に格納される反応容器１０２の外部の側方であって恒温槽１１４の内壁に支持されるよう設けられた超音波発生部（音源）２０１、超音波発生部（音源）２０１より出射された超音波を集束させて反応容器１０２内に入射させるための超音波集束部（音響レンズ）２０６、超音波集束部（音響レンズ）２０６を鉛直方向に沿って上下動させる詳細後述する上下動機構、及び、超音波集束部（音響レンズ）２０６の上部側が反応容器１０２へ近づくよう超音波集束部（音響レンズ）２０６を傾斜させる傾斜機構を備える。超音波集束部（音響レンズ）２０６は、超音波発生部（音源）２０１と、反応容器１０２の外側面であって超音波発生部（音源）２０１側の外側面との間に、相互に所定の間隔を介して配されている。ここで、所定の間隔とは、超音波集束部（音響レンズ）２０６の上部側が、傾斜機構により反応容器１０２へ近づくよう傾斜させた場合においても超音波集束部（音響レンズ）２０６が反応容器１０２の外側面と接触しない範囲内で設定される。これら、超音波発生部（音源）２０１、超音波集束部（音響レンズ）２０６、上下動機構、及び、傾斜機構は、恒温槽１１４内の恒温水２０２に浸漬している。

図２に示すように超音波発生部（音源）２０１は、１つの圧電素子に対し、超音波集束部（音響レンズ）２０６に対向する側の面に１枚の電極（図示せず）が設けられ、他方の面、すなわち、１枚の電極（図示せず）が設けられた面とは反対側の面にアレイ状に分割された複数の電極が設けられている。これにより、超音波発生部（音源）２０１は、それぞれ独立に駆動可能なセグメント２０５がアレイ状に配置された構造を有する。なお、ここでアレイ状とは、一次元アレイ又は二次元アレイを意味する。また、図２では、１つの圧電素子に対し、超音波集束部（音響レンズ）２０６に対向する側の面に１枚の電極（図示せず）を設け、他方の面にアレイ状に分割された複数の電極を設ける例を示しているが、これに限らず、複数の圧電素子をアレイ状に配し超音波発生部（音源）２０１を構成しても良い。

一般的に、超音波は伝搬してく途中で徐々に減衰するものの、密度×音速にて規定される音響インピーダンスが急激に変化する界面が存在すると、当該界面にて超音波の一部が反射される。そこで、超音波発生部（音源）２０１との間に恒温水２０２が介在しつつ配される超音波集束部（音響レンズ）２０６の材質としては、例えば、エポキシ樹脂などの音響インピーダンスが整合するような、或は、反射を極力抑制可能な樹脂が適宜選択され用いられる。また、超音波集束部（音響レンズ）２０６は、超音波発生部（音源）２０１に対向する側の面が平坦な平板状をなし、他方の面、すなわち、反応容器１０２に対向する側の面に凹部を有している。超音波集束部（音響レンズ）２０６の凹部の形状は、球面の一部として近似された形状が望ましく、円筒の側面の一部として近似された形状でも良い。なお、球面の一部として近似された形状又は円筒の側面の一部として近似された形状である凹部の曲率半径は、反応容器１０２内の水平方向略中央部に中心を有する曲率半径又は、反応容器１０２内の水平方向略中央部より超音波発生部（音源）２０１側（手前側）であって反応容器１０２の内壁面と離間する位置に中心を有する曲率半径となる。

超音波集束部（音響レンズ）２０６を鉛直方向に沿って上下動させる上下動機構は、防水性のリニアサーボ２１１、一端が超音波集束部（音響レンズ）２０６の底面に接触し超音波集束部（音響レンズ）２０６を支持するシリンダロッド２１２、及び、防水性のリニアサーボ２１１を支持する支持部２１３を備える。防水性のリニアサーボ２１１には、ドライバ回路２０３より制御信号（制御指令）が伝送され、図示しない電源部より給電される。防水性のリニアサーボ２１１の制御により、シリンダロッド２１２が鉛直方向に上下動することで、超音波集束部（音響レンズ）２０６の高さが調節される。
また、超音波集束部（音響レンズ）２０６の上部側が反応容器１０２へ近づくよう超音波集束部（音響レンズ）２０６を傾斜させる傾斜機構は、超音波集束部（音響レンズ）２０６の底面との接触部分であるシリンダロッド２１２の上端部が前後及び/又は左右に変位することで実現される。接触部分のシリンダロッド２１２の上端部には、例えば、シリンダロッド２１２の内部にサーボ（図示せず）、又は、複数のワイヤ線（図示せず）が仕込まれている。仮に、サーボであれば、ドライバ回路２０３より制御信号（制御指令）が伝送され、図示しない電源部より給電されることで、接触部分のシリンダロッド２１２の上端部を変位させる。一方、仮に、複数のワイヤ線であれば、ワイヤ線を例えば恒温槽１１４内に設定される水密（防水性）なモータにより巻き取る又は送り出すことにより、接触部分のシリンダロッド２１２の上端部を変位させる。
なお、超音波集束部（音響レンズ）２０６を鉛直方向に沿って上下動させる上下動機構として、リニアサーボ２１１、シリンダロッド２１２、及びリニアサーボ２１１を支持する支持部２１３を設ける構成を一例として説明したが、これに限られるものではない。例えば、水密（防水性）なモータと、モータの回転力を直動に変換し得るクランク機構、及び水密（防水性）なモータを恒温槽１１４の底部に固定する支持部を有する構成としても良い。

図２に示すように、ドライバ回路２０３より各セグメント２０５へそれぞれ位相差を有する電圧が印加されると、超音波発生部（音源）２０１は、反応容器１０２の下方側へと向かう超音波（平面波）２０７を出射する。出射された超音波（平面波）２０７は、恒温水２０２中を伝搬し超音波集束部（音響レンズ）２０６の平坦な平板状をなす面に入射する。超音波集束部（音響レンズ）２０６に入射した超音波（平面波）２０７は、超音波集束部（音響レンズ）２０６の凹部の形状に沿った超音波（球面波）２０８となり恒温水２０２中を伝搬し、反応容器１０２内のサンプルと試薬の混合物の液面付近の焦点２０９に集束する。音響放射圧の作用により、反応容器１０２内のサンプルと試薬の混合物に対流２１０が生じ、サンプルと試薬の混合物が攪拌され、混合される。
なお、上述の反応容器１０２内のサンプルと試薬の混合物の液面付近の焦点２０９に超音波が集束した状態で、上述の傾斜機構が超音波集束部（音響レンズ）２０６の傾斜角を変更しつつ、上述の上下動機構が超音波集束部（音響レンズ）２０６を鉛直方向下方へと移動させることにより、反応容器１０２内のサンプルと試薬の混合物の液面付近の焦点２０９は、略円弧状の軌道に沿って反応容器１０２の下方へと移動する。これにより反応容器１０２内のサンプルと試薬の混合物に生ずる対流２１０の流速が増加し、サンプルと試薬の混合物の攪拌効率を向上させることが可能となる。なお、上述の上下動機構が超音波集束部（音響レンズ）２０６を鉛直方向に上下動させても良い。すなわち、反応容器１０２内のサンプルと試薬の混合物の液面付近の焦点２０９が、略円弧状の軌道に沿って反応容器１０２の下方へと移動した後、上記略円弧状の軌道に沿って反応容器１０２内のサンプルと試薬の混合物の液面付近へと移動させても良い。

図３は、図２に示すドライバ回路の機能ブロック図であり、図４は、音源を構成するセグメントへの印加電圧と音響レンズによる超音波の集束の関係を示す概念図である。
図３に示すように、ドライバ回路２０３は、液面高さ演算部２３１、超音波照射領域決定部２３２、振幅変調部２３３、遅延制御部２３４、音響レンズ高さ・傾斜角決定部２３５、音響レンズ上下動制御部２３６、記憶部２３７、入力Ｉ／Ｆ２３８、出力Ｉ／Ｆ２３９を備え、これらは内部バス２４０介して相互に接続されている。ここで、液面高さ演算部２３１、超音波照射領域決定部２３２、振幅変調部２３３、遅延制御部２３４、音響レンズ高さ・傾斜角決定部２３５、及び音響レンズ上下動制御部２３６は、例えば、図示しないＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）などのプロセッサ、各種プログラムを格納するＲＯＭ、演算過程のデータを一時的に格納するＲＡＭ、外部記憶装置などの記憶装置にて実現されると共に、ＣＰＵなどのプロセッサがＲＯＭに格納された各種プログラムを読み出し実行し、実行結果である演算結果をＲＡＭ又は外部記憶装置に格納する。

記憶部２３７は、予めユーザー（検査技師）によりコンソール１１３の入力装置（例えば、マウス又はキーボード等）を介して設定された情報、すなわち、少なくとも、反応容器１０２に分注されるサンプルと試薬の量、反応容器１０２の体積と底面積、攪拌のタイミング、各セグメント２０５の位置情報、超音波集束部（音響レンズ）２０６の焦点距離と初期位置情報、超音波集束部（音響レンズ）２０６と反応容器１０２との間隔等を含む情報２０４（図２）を、コントローラ１１２より、入力Ｉ／Ｆ２３８及び内部バス２４０を介して所定の記憶領域に格納している。

液面高さ演算部２３１は、内部バス２４０を介して記憶部２３７へアクセスし、記憶部２３７に格納される、反応容器１０２に分注されるサンプルと試薬の量、及び反応容器１０２の体積と底面積を読み出し、反応容器１０２内に収容されている被攪拌液であるサンプルと試薬の混合物の液面の高さを演算する。液面高さ演算部２３１は、求めた液面の高さを、超音波照射領域決定部２３２、振幅変調部２３３、及び音響レンズ高さ・傾斜角決定部２３５へ内部バス２４０を介して転送する。

超音波照射領域決定部２３２は、液面高さ演算部２３１より転送された液面の高さに基づき、当該液面を含む反応容器１０２内の被攪拌液であるサンプルと試薬の混合物への最適な超音波照射領域を決定する。超音波照射領域決定部２３２は、決定した超音波照射領域を遅延制御部２３４及び音響レンズ高さ・傾斜角決定部２３５へ内部バス２４０を介して転送する。

音響レンズ高さ・傾斜角決定部２３５は、内部バス２４０を介して記憶部２３７へアクセスし、記憶部２３７に格納される、超音波集束部（音響レンズ）２０６の焦点距離と初期位置情報、及び、超音波集束部（音響レンズ）２０６と反応容器１０２との間隔を読み出す。音響レンズ高さ・傾斜角決定部２３５は、読み出した、超音波集束部（音響レンズ）２０６の焦点距離と初期位置情報、及び、超音波集束部（音響レンズ）２０６と反応容器１０２との間隔、更には、液面高さ演算部２３１より転送された液面の高さ及び超音波照射領域決定部２３２より転送された超音波照射領域に基づき、超音波集束部（音響レンズ）２０６の高さ及び傾斜角を決定する。具体的には、音響レンズ高さ・傾斜角決定部２３５は、超音波集束部（音響レンズ）２０６を鉛直方向に沿って上下動させる上下動機構を構成するシリンダロッド２１２の鉛直方向に沿ったストローク量を決定し、防水性のリニアサーボ２１１へ出力する制御信号（制御指令）を決定する。また、音響レンズ高さ・傾斜角決定部２３５は、液面の高さ及び焦点距離に基づき、液面付近に焦点２０９が位置付けられるよう傾斜角を決定し、超音波集束部（音響レンズ）２０６の上部側が反応容器１０２へ近づくよう超音波集束部（音響レンズ）２０６を傾斜させる傾斜機構へ出力する制御信号（制御指令）を決定する。音響レンズ高さ・傾斜角決定部２３５は、決定した超音波集束部（音響レンズ）２０６の高さ及び傾斜角を遅延制御部２３４へ内部バス２４０を介して転送する。
なお、傾斜機構が超音波集束部（音響レンズ）２０６の傾斜角を変更しつつ、上下動機構が超音波集束部（音響レンズ）２０６を鉛直方向下方へと移動させる場合においては、音響レンズ高さ・傾斜角決定部２３５は、超音波集束部（音響レンズ）２０６と反応容器１０２との間隔に基づき、超音波集束部（音響レンズ）２０６が反応容器１０２の外側面と接触しない範囲内となるよう傾斜角の変更量を決定する。また、音響レンズ高さ・傾斜角決定部２３５は、反応容器１０２内のサンプルと試薬の混合物の液面付近の焦点２０９の下方への移動量を決定する。そして、音響レンズ高さ・傾斜角決定部２３５は、焦点２０９の下方への移動量、すなわち、シリンダロッド２１２の鉛直方向に沿った下方へのストローク量を音響レンズ上下動制御部２３６へ内部バス２４０を介して転送する。

振幅変調部２３３は、内部バス２４０を介して記憶部２３７へアクセスし、記憶部２３７に格納される反応容器１０２の体積と底面積を読み出す。そして、振幅変調部２３３は、読み出した反応容器１０２の体積と底面積、及び液面高さ演算部２３１より転送された液面の高さに基づき、セグメント２０５へ印加する正弦波状の電圧の振幅を変調する。これは、一般的に液体中を伝搬してきた超音波が自由液面に到達すると、液体は飛沫又はミスト状となり気体側に飛び出すような力（音響放射圧が主要因）が作用する。そのため、振幅変調部２３３は、反応容器１０２の体積と底面積に基づく反応容器１０２の深さ及び反応容器１０２内のサンプルと試薬の混合物の液面の高さに応じて、換言すれば、サンプルと試薬の混合物の液面の高さから反応容器１０２の開放口までの距離に応じて、セグメント２０５へ印加する正弦波状の電圧の振幅を変調している。これにより、反応容器１０２の開放口よりサンプルと試薬の混合物の飛沫又はミストが飛散することを防止することが可能となる。

遅延制御部２３４は、内部バス２４０を介して記憶部２３７へアクセスし、記憶部２３７に格納される各セグメント２０５の位置情報を読み出す。遅延制御部２３４は、読み出したセグメント２０５の位置情報、超音波照射領域決定部２３２より転送された超音波照射領域、及び、音響レンズ高さ・傾斜角決定部２３５より転送される超音波集束部（音響レンズ）２０６の高さ及び傾斜角に基づき、超音波発生部（音源）２０１を構成する複数のセグメント２０５のうち、超音波照射領域に対応するセグメント２０５を選択する。そして、遅延制御部２３４は、超音波集束部（音響レンズ）２０６の平坦な平板状をなす面（超音波発生部（音源）２０１に対向する側の面）と、超音波発生部（音源）２０１より出射される超音波の位相面が平行となるよう、選択された各セグメント２０５へそれぞれ遅延を有する（位相差を有する）電圧を、出力Ｉ／Ｆ２３９を介して印加する。この時、各セグメント２０５へ印加される正弦波状の電圧の振幅は、振幅変調部２３３によって変調されている。

図４に示すように、記憶部２３７に格納された攪拌のタイミングに応じて、ドライバ回路２０３より遅延制御部２３４によって選択された各セグメント２０５へ印加される正弦波状の電圧は、振幅変調部２３３による振幅変調後の電圧であって、遅延制御部２３４によりそれぞれ位相差（遅延）を有している。選択された各セグメント２０５より下方へ超音波集束部（音響レンズ）２０６に向かい超音波（平面波）２０７が出射される。出射された超音波（平面波）２０７の位相面は、所定の傾斜角にて傾斜する超音波集束部（音響レンズ）２０６の平坦な平板状をなす面（超音波発生部（音源）２０１に対向する側の面）と平行であり、恒温水２０２中を伝搬し超音波集束部（音響レンズ）２０６に入射する。超音波集束部（音響レンズ）２０６に入射した超音波（平面波）２０７は、超音波集束部（音響レンズ）２０６の凹部の形状に沿った超音波（球面波）２０８となり恒温水２０２中を伝搬し、集束点２０９に集束する。図４及び図２に示すように、本実施例の自動分析装置１００としての生化学自動分析装置では、超音波発生部（音源）２０１の上端部が、反応容器１０２内のサンプルと試薬の混合物の液面の高さよりも上方に位置している。

なお、本実施例では、遅延制御部２３４をソフトウェアにて実現する場合を示したがこれに限られるものではない。例えば、遅延制御部２３４をスイッチ等のハードウェアにて構成し、各セグメント２０５に電圧を印加する配線にそれぞれスイッチを配し、各スイッチを所定の遅延時間間隔のタイミングにて投入するよう構成しても良い。
また、本実施例では、音響レンズ高さ・傾斜角決定部２３５及び音響レンズ上下動制御部２３６をドライバ回路２０３に備える構成としたが、必ずしもこれに限られず、これら音響レンズ高さ・傾斜角決定部２３５及び音響レンズ上下動制御部２３６をコントローラ１１２に設ける構成としても良い。

以上のとおり、本実施例によれば、反応容器内の試薬とサンプルの混合における攪拌効率の向上、及び、攪拌可能な試薬とサンプルを微量化し得る自動分析装置を提供することが可能となる。
また、本実施例によれば、攪拌可能な反応容器内のサンプルと試薬の混合物の液面高さを、超音波発生部（音源）の高さ以下とすることができる。

図５は、本発明の他の実施例に係る実施例２の自動分析装置を構成する反応ディスク及び攪拌機構の縦断面図であり、図６は、図５に示すドライバ回路の機能ブロック図であり、図７は、音源を構成するセグメントへの印加電圧と音響レンズによる超音波の集束の関係を示す概念図である。本実施例では、超音波集束部（音響レンズ）の超音波発生部（音源）に対向する側の面が球面の一部として近似された形状又は円柱の側面の一部として近似された形状の凸部を有する点、及び超音波発生部（音源）より出射する超音波がその伝搬方向において凹となる球面波である点が実施例１と異なる。その他の構成は実施例１と同様であるため、以下では、実施例１と同様の構成要素に同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

図５に示すように、自動分析装置１００としての生化学自動分析装置の攪拌機構１０９を構成する超音波集束部（音響レンズ）２０６ａは、反応容器１０２に対向する側の面に実施例１と同様に、球面の一部として近似された形状又は円筒の側面の一部として近似された形状を有する凹部を有すると共に、超音波発生部（音源）２０１に対向する側の面に球面の一部として近似された形状又は円柱の側面の一部として近似された形状を有する凸部を有する。そして、凸部の曲率半径は凹部の曲率半径よりも大きい。

図６及び図７に示すように、本実施例のドライバ回路２０３ａを構成する遅延制御部２３４ａは、内部バス２４０を介して記憶部２３７へアクセスし、記憶部２３７に格納される各セグメント２０５の位置情報を読み出す。遅延制御部２３４は、読み出したセグメント２０５の位置情報、超音波照射領域決定部２３２より転送された超音波照射領域、及び、音響レンズ高さ・傾斜角決定部２３５より転送される超音波集束部（音響レンズ）２０６ａの高さ及び傾斜角に基づき、超音波発生部（音源）２０１を構成する複数のセグメント２０５のうち、超音波照射領域に対応するセグメント２０５を選択する。そして、遅延制御部２３４ａは、超音波集束部（音響レンズ）２０６ａの超音波発生部（音源）２０１に対向する側の面に設けられる球面の一部として近似された形状又は円柱の側面の一部として近似された形状の凸部と、超音波発生部（音源）２０１より出射される超音波の位相面が整合するよう、選択された各セグメント２０５へそれぞれ遅延を有する（位相差を有する）電圧を、出力Ｉ／Ｆ２３９を介して印加する。この時、各セグメント２０５へ印加される正弦波状の電圧の振幅は、振幅変調部２３３によって変調されている。

図7に示すように、記憶部２３７に格納された攪拌のタイミングに応じて、ドライバ回路２０３ａより遅延制御部２３４ａによって選択された各セグメント２０５へ印加される正弦波状の電圧は、振幅変調部２３３による振幅変調後の電圧であって、遅延制御部２３４ａによりそれぞれ位相差（遅延）を有している。選択された各セグメント２０５より下方へ超音波集束部（音響レンズ）２０６ａに向かい伝搬方向において凹となる超音波（球面波）２０８が出射される。出射された超音波（球面波）２０８の位相面は、所定の傾斜角にて傾斜する超音波集束部（音響レンズ）２０６の球面の一部として近似された形状又は円柱の側面の一部として近似された形状の凸部（超音波発生部（音源）２０１に対向する側の面）に整合することから、選択された各セグメント２０５から超音波（球面波）２０８が出射される段階で１段目の集束がかかる。選択された各セグメント２０５より出射された超音波（球面波）２０８は、恒温水２０２中を伝搬し超音波集束部（音響レンズ）２０６に入射する。超音波集束部（音響レンズ）２０６に入射した超音波（球面波）２０８は、超音波集束部（音響レンズ）２０６の凹部の形状に沿った超音波（球面波）２０８となり恒温水２０２中を伝搬し、集束点２０９に集束する。すなわち、超音波集束部（音響レンズ）２０６にて２段目の集束がかかる。このように、超音波発生部（音源）２０１より出射され、反応容器１０２内のサンプルと試薬の混合物の液面付近の焦点２０９に集束する超音波は２段階にて集束されることから、超音波の集束効率が向上され、攪拌効率が向上する。また、更に、対流２０１の流速を上昇させることが可能となる。

なお、本実施例では、遅延制御部２３４ａをソフトウェアにて実現する場合を示したがこれに限られるものではない。例えば、遅延制御部２３４ａをスイッチ等のハードウェアにて構成し、各セグメント２０５に電圧を印加する配線にそれぞれスイッチを配し、各スイッチを所定の遅延時間間隔のタイミングにて投入するよう構成しても良い。
また、本実施例では、音響レンズ高さ・傾斜角決定部２３５及び音響レンズ上下動制御部２３６をドライバ回路２０３に備える構成としたが、必ずしもこれに限られず、これら音響レンズ高さ・傾斜角決定部２３５及び音響レンズ上下動制御部２３６をコントローラ１１２に設ける構成としても良い。

以上のとおり、本実施例によれば、実施例１の効果に加え、実施例１と比較し、超音波の集束効率が向上し、攪拌効率を向上することが可能となる。また、更に対流の流速を上昇させることが可能となる。

図８は、本発明の他の実施例に係る実施例３の自動分析装置を構成する反応ディスク及び攪拌機構の縦断面図であり、図９は、図８に示すドライバ回路の機能ブロック図であり、図１０は、音源を構成するセグメントへの印加電圧と音響レンズによる超音波の集束の関係を示す概念図である。本実施例では、超音波集束部（音響レンズ）の超音波発生部（音源）に対向する側の面が球面の一部として近似された形状又は円筒の側面の一部として近似された形状の凹部を有する点、及び遅延制御部を有しない点が実施例１及び実施例２と異なる。その他の構成は実施例１と同様であるため、以下では、実施例１と同様の構成要素に同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

図８に示すように、自動分析装置１００としての生化学自動分析装置の攪拌機構１０９を構成する超音波集束部（音響レンズ）２０６ｂは、反応容器１０２に対向する側の面に実施例１と同様に、球面の一部として近似された形状又は円筒の側面の一部として近似された形状を有する凹部を有すると共に、超音波発生部（音源）２０１に対向する側の面に球面の一部として近似された形状又は円筒の側面の一部として近似された形状を有する凹部を有する。そして、超音波発生部（音源）２０１に対向する側の面の凹部の曲率半径は、反応容器１０２に対向する側の面の凹部の曲率半径よりも大きい。

図９に示すように、本実施例のドライバ回路２０３ｂは、遅延制御部を有しない。ドライバ回路２０３ｂを構成する振幅変調部２３３は、内部バス２４０を介して記憶部２３７へアクセスし、記憶部２３７に格納される反応容器１０２の体積と底面積を読み出す。そして、振幅変調部２３３は、読み出した反応容器１０２の体積と底面積、及び液面高さ演算部２３１より転送された液面の高さに基づき、セグメント２０５へ印加する正弦波状の電圧の振幅を変調する。そして、振幅変調部２３３は、超音波照射領域決定部２３２より決定された超音波照射領域に対応する各セグメント２０５へ、振幅が変調された正弦波状の電圧を、出力Ｉ／Ｆ２３９を介して同位相にて印加する。

図１０に示すように、記憶部２３７に格納された攪拌のタイミングに応じて、振幅が変調された正弦波状の電圧が同位相にて各セグメント２０５に印加されると、各セグメント２０５は音波集束部（音響レンズ）２０６ｂに向かい超音波（平面波）２０７を出射する。各セグメント２０５より出射された超音波（平面波）２０７は、恒温水２０２中を伝搬し超音波集束部（音響レンズ）２０６ｂに到達するまでの間に、伝搬方向において凸となる超音波（球面波）２０８に変化する現象が生じる場合がある。これは、それぞれ独立に駆動可能なセグメント２０５がアレイ状に配置された構造を有する超音波発生部（音源）２０１に同位相の正弦波状の電圧が印加されると、あたかも点音源或は巨視的に一つのセグメントから超音波が出射された場合と等価となることによる。このような場合であっても、本実施例の音波集束部（音響レンズ）２０６ｂは、超音波発生部（音源）２０１に対向する側の面に球面の一部として近似された形状又は円筒の側面の一部として近似された形状を有する凹部を有することから、伝搬方向において凸となる超音波（球面波）２０８と超音波発生部（音源）２０１に対向する側の面の凹部とが整合する。そして、超音波集束部（音響レンズ）２０６ｂに入射した超音波（球面波）２０８は、超音波集束部（音響レンズ）２０６の反応容器１０２に対向する側の面の凹部の形状に沿った超音波（球面波）２０８となり恒温水２０２中を伝搬し、集束点２０９に集束する。

なお、本実施例では、超音波発生部（音源）２０１を複数のセグメント２０５にて構成したが、これに限らず、超音波発生部（音源）２０１を点音源としても良い。

以上のとおり、本実施例によれば、実施例１の効果に加え、遅延制御が不要となることから、ドライバ回路の構成を実施例１と比較し簡素化できる。

なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。また、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。

１００…自動分析装置
１０１…反応ディスク
１０２…反応容器
１０３…サンプルディスク
１０４…サンプルカップ
１０５…試薬ボトル
１０６…試薬ディスク
１０７…サンプル分注機構
１０８…試薬分注機構
１０９…攪拌機構
１１０…測光機構
１１１…洗浄機構
１１２…コントローラ
１１３…コンソール
１１４…恒温槽
２０１…超音波発生部（音源）
２０２…恒温水
２０３，２０３ａ，２０３ｂ…ドライバ回路
２０４…情報
２０５…セグメント
２０６，２０６ａ，２０６ｂ…超音波集束部（音響レンズ）
２０７…超音波（平面波）
２０８…超音波（球面波）
２０９…焦点
２１０…対流
２１１…リニアサーボ
２１２…シリンダロッド
２１３…支持部
２３１…液面高さ演算部
２３２…超音波照射領域決定部
２３３…振幅変調部
２３４，２３４ａ…遅延制御部
２３５…音響レンズ高さ・傾斜角決定部
２３６…音響レンズ上下動制御部
２３７…記憶部
２３８…入力Ｉ／Ｆ
２３９…出力Ｉ／Ｆ
２４０…内部バス

Claims (13)

1. 分注されたサンプルと試薬を収容し得る反応容器と、
   前記反応容器の側方に配されるアレイ状の超音波発生部と、
   前記超音波発生部と前記反応容器との間に配され、前記超音波発生部から出射された超音波を反応容器内のサンプルと試薬の混合物の所望の位置に集束させる音響レンズと、を備え、
   前記音響レンズは、反応容器内における前記超音波発生部から出射された超音波の集束点を変更するものであり、
   前記音響レンズを前記反応容器に対して鉛直方向に上下動させる上下動機構を備え、
   前記上下動機構により前記音響レンズを鉛直方向に移動させながらサンプルと試薬の混合物の攪拌を行うことを特徴とする自動分析装置。
2. 請求項１に記載の自動分析装置において、
   前記上下動機構は、前記反応容器に収容されたサンプルと試薬の混合物の液面付近における超音波の集束点を下方へと移動するよう前記音響レンズを鉛直方向下方に移動させることを特徴とする自動分析装置。
3. 請求項２に記載の自動分析装置において、
   前記音響レンズを反応容器側へ所定の角度にて傾斜させる傾斜機構を備え、
   前記傾斜機構は、前記音響レンズの上部側が前記反応容器の側面に近づくよう傾斜させることにより、前記反応容器内における前記超音波発生部から出射された超音波の集束点を下方へと移動させることを特徴とする自動分析装置。
4. 請求項３に記載の自動分析装置において、
   前記音響レンズは、前記反応容器に対向する側の面に球面の一部として近似された形状又は円筒の側面の一部として近似された形状を有する凹部を有すると共に、前記超音波発生部に対向する側の面が平坦であることを特徴とする自動分析装置。
5. 請求項３に記載の自動分析装置において、
   前記音響レンズは、前記反応容器に対向する側の面に球面の一部として近似された形状又は円筒の側面の一部として近似された形状を有する凹部を有すると共に、前記超音波発生部に対向する側の面に球面の一部として近似された形状又は円柱の側面の一部として近似された形状を有する凸部を有することを特徴とする自動分析装置。
6. 請求項３に記載の自動分析装置において、
   前記音響レンズは、前記反応容器に対向する側の面に球面の一部として近似された形状又は円筒の側面の一部として近似された形状を有する凹部を有すると共に、前記超音波発生部に対向する側の面に球面の一部として近似された形状又は円筒の側面の一部として近似された形状を有する凹部を有することを特徴とする自動分析装置。
7. 請求項５に記載の自動分析装置において、
   前記凸部の曲率半径は、前記凹部の曲率半径よりも大きいことを特徴とする自動分析装置。
8. 請求項６に記載の自動分析装置において、
   前記超音波発生部に対向する側の面の凹部の曲率半径は、前記反応容器に対向する側の面の凹部の曲率半径よりも大きいことを特徴とする自動分析装置。
9. 請求項４乃至請求項６のうち、いずれか１項に記載の自動分析装置において、
   前記反応容器に対向する側の面の凹部の曲率半径は、前記反応容器の水平方向略中央部又は前記反応容器の水平方向略中央部より超音波発生部側であって前記反応容器の内壁面と離間する位置に中心を有することを特徴とする自動分析装置。
10. 請求項９に記載の自動分析装置において、
    前記超音波発生部は、
    前記反応容器の軸方向に延在する一の圧電素子と、前記圧電素子の前記音響レンズとは反対側の面にアレイ状に配される複数の電極を有する、又は、
    前記反応容器の軸方向にアレイ状に配される圧電素子と電極からなる複数のセグメントを有することを特徴とする自動分析装置。
11. 請求項１０に記載の自動分析装置において、
    前記音響レンズの平坦な面と、前記超音波発生部から出射される超音波の位相面が平行となるよう、各電極へそれぞれ遅延を有する正弦波状の電圧を印加することを特徴とする自動分析装置。
12. 請求項１０に記載の自動分析装置において、
    前記超音波発生部に対向する側の面に球面の一部として近似された形状又は円柱の側面の一部として近似された形状を有する凸部と、前記超音波発生部から出射される超音波の位相面が整合するよう、各電極へそれぞれ遅延を有する正弦波状の電圧を印加することを特徴とする自動分析装置。
13. 請求項１０に記載の自動分析装置において、
    前記音響レンズは、前記反応容器に対向する側の面に球面の一部として近似された形状又は円筒の側面の一部として近似された形状を有する凹部を有すると共に、前記超音波発生部に対向する側の面に球面の一部として近似された形状又は円筒の側面の一部として近似された形状を有する凹部を有し、
    各電極へ正弦波状の電圧を同位相にて印加することを特徴とする自動分析装置。

Images