JP2002537980A - 改良電池式マイクロプロセッサ制御携帯電子ピペット - Google Patents

改良電池式マイクロプロセッサ制御携帯電子ピペット

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JP2002537980A JP2000602397A JP2000602397A JP2002537980A JP 2002537980 A JP2002537980 A JP 2002537980A JP 2000602397 A JP2000602397 A JP 2000602397A JP 2000602397 A JP2000602397 A JP 2000602397A JP 2002537980 A JP2002537980 A JP 2002537980A
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Abstract

(57)【要約】 電池式マイクロプロセッサ制御携帯電子ピペット(10)は握り可能ハウジングを含み、ハウジングは電池(16)、ハウジングから延びるピペット先端(60)内へ流体を吸い込みかつこれから放出するためにシリンダ内で縦にプランジャ(90)を駆動する線形アクチュエータ(40)、及び線形アクチュエータに対する制御回路を支持する。線形アクチュエータは、電池によって附勢されかつプランジャ(90)に縦運動を伝えるために回転子を電磁的に駆動する電流受取り巻線を備えたステッパ・モータ(40)を含む。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】 (関連出願) これは、1999年3月5日に出願された米国特許出願第09/263,13
2号の一部継続出願である。
【0002】 (発明の分野) 本発明は、ピペットに関し、特に軽量でありかつ延長時間間隔にわたってユー
ザによって容易に操作される電池式マイクロプロセッサ制御携帯電子ピペットに
関する。
【0003】 (背景) レイニン・インスツルメント社(the Rainin Instrumen
t Co.,Inc.)、本発明の讓受者による電池式マイクロプロセッサ制御
握り可能かつ容易に運搬可能な電子ピペットの最初の商業的導入以来、25年よ
り長くの間レイニン・インスツルメント社によって米国内で独占的に販売された
世界的に有名なPIPETMANピペットのような手動ピペットの機能感触及び
操作能力を有する電子ピペットを用意することは、全ての電子ピペット製造業者
の望みであったし、またあり続けている。特にこれに関して、軽量であり、ユー
ザによって容易に握り可能かつ運搬可能であり、かつピペット・ユーザの手及び
前腕に物理的応力及びひずみを生じないで延長時間間隔にわたっていくつかの操
作モードで操作可能である電子ピペットを開発し及び製造することは、電子ピペ
ットを開発し及び製造する全ての電子ピペット製造業者の目標であり続けている
。1984年に導入されたレイニン・インツルメント社のEDP電子ピペット及
びその後継モデルは、前掲の設計判定基準の各々に取り組んだ。レイニンに続い
て、電子ピペットを開発し及び製造する他の会社は、同じ判定基準にまた取り組
んできており、及び数年にわたって電子ピペットはいくらか更に軽量になってお
りかつユーザにかなり優しくなっている。しかしながら、感触特徴及び機能特徴
の点で手動ピペットのそれらに極めて接近する電子ピペットに対する願望は、完
全には決して達成されていない。したがって、本発明によって満足されるような
電子ピペットの必要があり続けている。
【0004】 (発明の要約) 基本的には、本発明は、軽量であり、ユーザの右手又は左手のどちらかで快適
に握り可能であり、かつ異なったユーザ選択標本量及び操作速度に対する異なっ
たユーザ選択操作モードを通してユーザがピペットのマイクロプロセッサ制御操
作を指図することで容易に操作される電子ピペットを用意することによって、前
掲の必要を満足する。異なったユーザ選択標本量及び操作速度に対して異なった
ユーザ選択操作モードを用意するに当たり、このようなユーザに優しい電子ピペ
ットを用意するに当たり、本発明は同時に出願した米国特許出願第09/263
,131号に詳細に説明された左右対称(bilaterally symme
trical)設計を含み、この同時出願米国特許出願はここに引用することに
よってその内容を本明細書に組み込んである。基本的に、その設計は、軸方向に
長い中空ハウジングを含み、このハウジングは垂直に延びる縦軸及び垂直に延び
かつ実質的に同軸の上側部と下側部を有する。ハウジングの上側部は前方区画を
含み、この区画は前方に面しハウジングの頂部に隣接した英数字ディスプレイを
含む。このように置かれて、ディスプレイは、ピペットがユーザの右手に持たれ
ても左手に持たれても、その全操作モード中ユーザが容易に眺めることができる
。ディスプレイに加えて、前方区画は、前方に面する制御キーの複数の列(co
lumn)ばかりでなく制御キーの列の下に複数の前方に面するトリガ・スイッ
チを含む。ディスプレイ、制御キーの列、及びトリガ・スイッチは、ハウジング
の縦軸に対して左右対称的である。更に、ハウジングの上側部は後方区画を含み
、この区画はハウジング内に含まれるマイクロプロセッサ及び線形アクチュエー
タを附勢する交換可能かつ再充電可能電池を含む。ハウジングの下側部は垂直に
長いハンドルを含み、このハンドルはハウジングの縦軸と同軸である。ハンドル
は、隣接した左右対称的なかつピペットのユーザによる右手又は左手握りのどち
らか用に垂直に延びる前部及び後部を有する。ハンドルの前部は、ハウジングの
上側部の前方へ延びかつハウジングの下端まで下向きに垂直に延び、及び1実施
の形態ではピペット先端エジェクタの上側部を内部に含みかつ遮蔽する。設計の
好適実施の形態では、ピペット先端エジェクタは、ハンドルの前部の頂部に置か
れた親指作動押しボタン及び垂直に運動可能な先端エジェクタ・アームを有し、
このアームはハウジングの下をかつピペット先端取付け軸に沿って垂直に延びて
取付け軸の下端近くでこの軸を囲む。このように構成されて、ピペット先端エジ
ェクタは、先端エジェクタ・アームの下向き運動の際に取付け軸の下端からピペ
ット先端を突出させる。このような下向きの運動は、ピペット・ユーザがピペッ
トのハンドルを握っている間にユーザによって押しボタンに加えられる下向き親
指力に応答して生じる。ハンドルの後部は、前部から後方へ延びかつハンドルの
上端の背から後方へ延びるホックを有する。ホックは、ユーザが親指を自由にし
てハンドルを握ると共に親指で左右対称制御キー、同トリガ・スイッチ、同押し
ボンを所望のいずれかのシーケンスで操作する間に、ユーザの人差し指(又は、
望むならば、中指)の上側に係合する下向きに曲がった下側表面を含む。この全
てをユーザは自由に行う一方、英数字ディスプレイを明瞭に眺める。というのは
、ディスプレイは、制御キー及びトリガ・スイッチの操作に応答するからである
。これに関して、ホック、ハンドルの前部と後部、押しボタンとエジェクタ・ア
ームを含むピペット先端エジェクタは、ハウジングの縦軸に関して全て左右対称
的である。このように配置されて、本発明のピペットは、ユーザの人差し指をハ
ンドルの後部でホックの下に置いたその左手又は右手のどちらかでユーザによっ
て容易にかつ快適に握られる。これは、ユーザの親指を自由にしたまま親指で望
むように制御キー又はトリガ・スイッチのいずれかを操作するようにし、これら
のキー又はスイッチは電子ピペットの種々の操作モードばかりでなくピペットの
いくつかの操作モード中ピペットによって吸い込まれかつ放出される液体の量を
調整する。これの全ては、ユーザによって快適に完遂される一方、制御キー、ト
リガ・スイッチ、及び押しボタンに最小限の親指力しか加えない。それゆえ、本
発明の電子ピペットは、ユーザの親指、手、又は前腕に不当に応力を与えないで
延長時間間隔にわたって使用可能であって、ユーザの制御の下にピペットの全て
の操作モードでピペットの正確なかつ繰返し操作をできるようにする。
【0005】 本発明の電子ピペットはまた、好適には、比較的簡単な電子制御回路を含み、
この回路は、ソフトウェア制御可能マイクロプロセッサが線形アクチュエータに
含まれたステッパ・モータの巻線に対するパルス幅変調(PWM)駆動信号を発
生するマイクロコントローラとして機能できるようにする。PMW信号は、モー
タのステッピング・レートを定義するクロック・パルスと同期して発生される。
これで、在来の電流センシング又は帰還回路部の使用を要求する制御回路を伴な
って、マイクロコントローラは、PWM信号を発生できるようになる。
【0006】 電子制御回路はまた、ステップ・モータの電力要件を最少限にし、それによっ
てピペットを附勢する電池の電力消散(power drain)を減少させる
。これに立ち代わって、電池の要求される再充電間のピペットの操作寿命を延長
する。
【0007】 電子制御回路はまた、ピペットのユーザに優しい制御を補足し、ユーザがピペ
ットの種々の操作モード間を容易にスイッチしかつ各モードで種々の操作速度間
及びサイクル・カウンティングを含む操作特徴間で選択できるようにする。サイ
クル・カウンティング特徴がピペット使用によって選択されるときに、ユーザは
ピペットの操作サイクルについて連続的にアドバイスされる。これは、ユーザが
、ピペットの特定操作サイクルの追跡を失わないで、ピペット操作のシーケンス
を割り込めるようにする。
【0008】 更に、本発明のピペットの電子制御回路は、単一電源から多数のピペットを順
次再充電するようになっている。
【0009】 (発明の詳細な説明) 図1及び2に示したピペット10は、左右対称軽量握り可能電池式マイクロプ
ロセッサ制御電子ピペットを含む。図示したように、ピペット10は軸方向に長
い中空ハウジング12を含み、ハウジングは垂直に延びる縦軸14を有する。ハ
ウジング12は、垂直に延びるかつ実質的に同軸の上側部16及び下側部18を
含む。ハウジングの上側部16は前方区画20を含む。区画20は、前方に面し
ハウジングの頂部24に隣接した英数字ディスプレイ22を含みかつ支持する。
ディスプレイは、在来設計のLCDディスプレイである。更に、前方区画20は
、ディスプレイの下に置かれた前方に面する制御キーの複数の(例えば、2つの
)列及び制御キーの列の各々のすぐ下に1つずつ置かれた前方に面する複数のト
リガ・スイッチを含みかつ支持する。本発明の図示の実施の形態では、垂直に間
隔を取った上側制御キー26a及び下側制御キー26bは、ハウジング12の縦
軸14の左へ間隔を取った制御キーの第1列を構成する。同様に、垂直に間隔を
取った上側制御キー28a及び下側制御キー28bは、縦軸14からの制御キー
26、26bの間隔と実質的に等しい距離だけ、縦軸の右へ間隔を取った制御キ
ーの第2列を構成する。また、トリガ・スイッチ30は制御キー26a、26b
の列の下で軸14の左に区画20内で支持されるのに対して、トリガ・スイッチ
32は制御キー28a、28bの第2列の下で軸14の右に区画20内で支持さ
れる。事実、図示の実施の形態では、トリガ・スイッチ30の右側及びトリガ・
スイッチ32の左側は、縦軸14を含む垂直面上に実質的に横たわる。
【0010】 これに関して、ディスプレイ22、制御キー26a、26b及び28a、28
bの列、及びトリガ・スイッチ30、32は、ハウジング12の縦軸14に関し
て左右対称的であり、かつ以下に説明するようにピペットのユーザがその右手又
は左手にピペット10を握っておりかつディスプレイ22を眺めている間にユー
ザの親指に極く近接していることが、本発明の重要な特徴である。
【0011】 前方区画20に加えて、ハウジング12の上側部16は後方区画34を含む。
図示したように、後方区画34は、マイクロプロセッサ38及びハウジング12
内に支持された線形アクチュエータ41に含まれたステッパ・モータ40を附勢
する交換可能電池36を含む。
【0012】 他方、ハウジング12の下側部18は、ハウジングの縦軸14と同軸の垂直に
長いハンドル42を含む。ハンドル42は、ピペット10のユーザによる握り用
に隣接した左右対称的なかつ垂直に延びる前部44及び後部46を有する。
【0013】 図示したように、ハンドル42の前部44は、ハウジング12の上側部16よ
り前方へ拡がる。前部はまた、ハウジング12の下端48まで下向きに垂直に延
び、及びピペット先端エジェクタ50の上側部を内部に含みかつ遮蔽し、エジェ
クタは前部の頂部54に置かれた親指操作押しボタン52を有する。更に、ピペ
ット先端エジェクタ50は、垂直に運動可能な先端エジェクタ・アーム56を含
み、このアームはハウジング12の下をかつピペット先端取付け軸58に沿って
垂直に延びてこの軸の下端59近くで取付け軸を囲む。ピペット先端エジェクタ
50は、周知のPIPETMANピペットに含まれたような在来設計のものであ
ってよく又は本発明の讓受者に讓受されたかつここに引用することによってその
内容を本明細書に組み込んである、1997年3月25日に発行された米国特許
第5,614,153号に図示されかつ説明された形を取ってよい。この特許に
充分に説明されているように及びPIPETMANに関して周知であるように、
ユーザによって押しボタン52に加えられる下向き親指力に応答して取付け軸5
8から、先端60のような、ピペット先端を突出させるのが、ピペット先端エジ
ェクタ50の機能である。
【0014】 図示したように、ハンドル42の後部46は、前部44から後方へ延びかつハ
ンドルの上端66の背64から後方へ延びるホック62を有する。ホックは、好
適には、ピペット・ユーザがその右手又は左手でハンドルを握っている間に、ユ
ーザの人差し指又は中指の上側に係合する下向きに曲がった下側表面68を含む
。これは、ユーザが親指を自由にしたまま親指で左右対称のかつ狭い間隔を取っ
た制御キー(26a、26b、28a、28b)、同トリガ・スイッチ(30、
32)、及び同押しボン(50)を所望のいずれかのシーケンスで操作するよう
にする一方、ユーザが英数字ディスプレイ22を明瞭に眺めるようにする。とい
うのは、ディスプレイは、制御キー及びトリガ・スイッチの操作に応答するから
である。これに関して、ホック62、ハンドル42の前部と後部、押しボタン5
2及びエジェクタ・アーム54を含むピペット先端エジェクタ50は、ハウジン
グの縦軸14に関して全て左右対称的である。更に、注意を要するのは、ホック
62の下側表面の最上部70が押しボタン52の頂部72と実質的に同じ水平面
に横たわることである。これは、ピペットの取付け軸からピペット先端を突出さ
せようと望むとき、種々の狭い間隔を取った制御キー及びトリガ・スイッチばか
りでなく押しボタンを操作するユーザの親指に運動の自由を与えるというように
、ハンドル42を握る際にユーザのその手の位置決めを更に助長する。
【0015】 これに関して、左側列内の制御キー26aは、好適には、操作ピペット・モー
ド制御キーを構成するのに対して、同じ列内の制御キー26bはピペットの操作
をリセット又は修正するように設計されている。これについては、全て以下に説
明する。
【0016】 更に、図示のように、制御キーの右縦列内で、制御キー28a、28bは、以
下にまた詳細に説明するように、ディスプレイ22によって表示される数値を制
御する。例えば、制御キー28aの操作は、ディスプレイ22上に指示されるピ
ペット10に対する量設定又は操作速度設定を増すことがある。他方、制御キー
28bの操作は、ディスプレイ22上に指示されたピペット10に対する量設定
又は操作速度設定を減らすことがある。
【0017】 最後に、以下に更に説明するように、ピペットに対する操作「手動モード」で
は、トリガ・スイッチ30、32のうちの第1ユーザ押しスイッチは吸込み動作
又は採取トリガ・スイッチを構成することがあるのに対して、トリガ・スイッチ
のうちの他のスイッチは放出動作トリガ・スイッチを構成することがある。ピペ
ットの他の全ての操作モードでは、トリガ・スイッチ30又は32のどちらかの
操作は、ピペットの操作ユーザ選択モードでのその次のプログラム化ステップを
トリガすることがある。
【0018】 更に特に、本発明のピペットの好適実施の形態では、ピペットの内部構造は、
重心をハンドル42内に有するピペットを与える。これは、平衡ピペットを用意
し、平衡ピペットは頂部も底も重くなくかつユーザがハンドル上のその握りを解
きかつピペットを支持するためにホック42に頼るとき、望ましくない傾斜を生
じない。このような平衡構造は図2に最も明瞭に表してあり、この図は電子ピペ
ットの内部構造を断面で示す。
【0019】 これに関して、注意を要するのは、ディスプレイ22がピペット・ハウジング
12の上側部16の前面を含む表縁(bezel)76内の上側窓74のすぐ背
後かつ同窓内の止め板のような在来の手段によって固定されていることである。
ディスプレイは、前方区画20を区切るためにハウジング12の上側部内に垂直
に取り付けられた印刷配線板78に電気的に接続され、前方区画は図示のように
ディスプレイ22、制御キー(26a、b、28a、b)及びトリガ・スイッチ
30と32を含む。
【0020】 制御キー(26a、b、28a、b)は、在来設計のものであり、かつディス
プレイ22を含む上側窓74のすぐ下で表縁76内にある窓84内の開口82内
で水平チューブ80によって各々支持されている。チューブ80は、このチュー
ブの前方に露出した端を押しているユーザの親指がチューブの後端及びそれによ
って坦持された導体素子を印刷配線板78に押し当てて印刷配線板78上に収容
されたマイクロプロセッサ38を作動して、(i)ピペットの操作モードを変化
させる又はリセットする、又は(ii)ユーザ選択操作モードによって取り扱わ
れる液体の量及び/又はこのモードに従うピペットの操作速度を変化させる、及
び(iii)ディスプレイ22上の相当する英数字表示を変化させるように、軸
方向に運動可能である。特に、吸込み及び放出の容積設定及び速度は、キー28
aと28bによって制御されかつ制御キー26aの操作によって選択された種々
のモードでのピペットの操作の修正に反映され、制御キー26bは「リセット・
キー」である。
【0021】 他方、トリガ・スイッチ30、32は、マイクロプロセッサと閉路しており(
in circuit)かつ同時提出特許出願に説明されているように、それら
のスイッチのうちの1つの親指操作は吸込みのようなピペットの操作をするとい
うように、ピペットの操作をする一方、トリガ・スイッチ30、32のうちの他
の親指操作はピペットによる液体の放出のようなピペットの異なった操作をする
というように、ベゼル76に溶接されている又は、そうでなければ、接続されて
いる。
【0022】 更に、図示したように、電池36は、ハウジングの上側部16に含まれた印刷
配線板78と取外し可能ドア85との間の後方区画34に含まれている。電池3
6は、印刷回路板78に接続されたパワー・ジャッキを通す電気接続によってマ
イクロプセッサ38及びモータ40を附勢する。モータ40は、印刷配線板78
の下のピペット10のハンドル42に置かれかつハウジング内の背骨支持体88
上の支持リブ86によって垂直に固定されている。モータ40は、在来設計のも
のであってよくかつ、好適には、電池36で附勢されかつ以下に詳細に説明する
方法でマイクロプロセッサ38によって制御されるステッパ・モータである。
【0023】 図示したように、出力軸89は、ステッパ・モータ40から垂直に延びかつ、
モータ内の回転子の回転が、出力軸89の軸方向運動及びピペット先端取付け軸
56内のピストン90の相当する軸方向運動を生じるというように、ピストン9
0に在来の方法で接続されている。ピペット先端取付け軸58は、立ち代わって
、ハンドル42の下側端から軸方向に延びるねじ込み継輪92にねじ込みナット
91によって固定される。ピストン90は、ばね装荷シール止め94によってピ
ストンの回りで適当な場所に固定されているピストン・シール93を通過する(
ばねは図の明瞭のために除いてある)。
【0024】 また図の明瞭のために、図2に示したピペット先端エジェクタ50では戻しば
ねが除いてある。戻しばねは、押しボタン52とロッド96の反対端に固定され
たエジェクタ・アーム54との間でロッドの回りに延びる。押しボタン52の下
向きの運動は戻しばねによって反対され、かつ押しボタンの解放の際、戻しばね
が押しボタン及びロッド96をそれらの最上位置へと戻す。
【0025】 ピペット10の操作中、モータ40の出力軸89の軸方向運動は、ピペット先
端取付け軸56内でピストン90の制御された軸方向運動を生じて取付け軸の下
端に固定されたピペット先端60内へ液体を引き込む又はこの先端から液体を放
出する。ピペット10の操作の全て中、ピペットのユーザは、その右手又は左手
にハンドル42を握ると共にその親指又は中指をホック62の下に当てる。これ
は、ユーザの親指を自由にしたまま親指で押しボタン52、トリガ・スイッチ3
0、32、及び/又は制御キー26a、b又は28a、bをその望むいずれかの
シーケンスで操作するようにする一方、ユーザがディスプレイ22を明瞭に眺め
るようにする。トリガ・スイッチ及び制御キーは、ピペットの縦軸14に対して
左右対称的であって、ユーザの親指、手、又は前腕に応力又はひずみを生じるお
それのある力を加えないでユーザの親指によって容易に操作される。これで、本
発明の電子ピペットは、ユーザの親指又は手に疲労又は望ましくないひずみを生
じないで、長期間技術者によって研究所内で操作されるようになる。
【0026】 図3を形成する図3A、3B、3C、3D、及び3Eに示したように、本発明
のピペットに対する電子制御回路は、全体的に100で指示され、かつ、内部回
路部102を備えたマイクロプロセッサ38(図3D)及び外部支援回路部を基
本的に含むものであって、壁電源(wall power supply)(外
部電源)回路部104(図3A)、電池電力管理及び再充電回路部106(図3
A、3B、3D)、外部リセット回路部108(図3C)、EEPROMメモリ
回路部110(図3B)、基準電圧回路部112(図3B)、外部アナログ・デ
ィジタル(A・D)変換回路114(図3A、3B、3D)、LCDディスプレ
イ22(図3D)、バイアス回路部116(図3D)、及びモータ駆動回路部1
18(図3C、3E)を含む。
【0027】 先に簡単に述べたように、制御回路部110は、電池36又は外部電源37(
図22)から電力を導出してマイクロプロセッサ38を附勢し、マイクロプロセ
ッサは、立ち代わって、ディスプレイ22及び線形アクチュエータ41に含まれ
たステッパ・モータ40の動作を制御する。このような制御は、制御キー26a
、26b、28a、28b(図3Aにそれぞれ機能スイッチSW1、SW2、S
W3、SW4として指示されている)、及びトリガ・スイッチ30、32(図3
BにそれぞれSW4、SW6として指示されている)のユーザ操作に応答し、機
能スイッチ及びトリガ・スイッチは後に説明するようにピペット10用キーボー
ド120を定義する。ディスプレイ22及びステッパ・モータ40のこのような
マイクロプロセッサ制御は、図4b−1、4b−2、5、6、7a〜7f、8、
19に示されたデータのようなマイクロプロセッサ38内のメモリ内へプログラ
ムされ、かつこれに記憶されたデータのテーブルに及び/又は図9及び9a〜9
fに示されたデータのような図3Dに示されたEEPROMメモリ回路部116
内へプログラムされ、かつこれに記憶されたデータのテーブルに基づいている。
種々の操作ピペット・モードでのマイクロプロセッサ38の動作は、図10A〜
16B及び21a〜cに示されたソフトウェア・ルーチン及びソフトウェア・サ
ブルーチンによってまたプログラムされる。
【0028】 これらに関して、ステッパ・モータ40は、マイクロプロセッサ38及びモー
タ駆動回路部118から駆動信号を受信するそれぞれ図3C及び3Eに示された
電流受取り巻線A及びBを含み、モータの回転子を電磁的に駆動して、プランジ
ャに先に述べた縦運動を伝え、プランジャはシリンダ92(図2)内のピストン
90を含み、ピペット先端60(図1)内へ液体を吸い込みかつ先端から液体を
放出する。更にこれらに関し、かつ図4、4a、4b−1、4b−2、5〜7f
、17〜21cに関して更に詳細に説明するように、マイクロプロセッサ38内
のソフトウェア・プログラムの制御の下に、プランジャ38の縦運動は、一連の
マイクロステップを通してユーザ制御速度にある。特に、マイクロプロセッサ3
8はステッパ・モータに対する駆動信号を発生するようにプログラムされ、駆動
信号はパルス幅変調(PWM)信号であって、ステッパ・モータ運動の速度を決
定するためにマイクロプロセッサに含まれた内部メモリに記憶されたデータの第
1テーブルからマイクロプロセッサによって導出されたステッパ・モータに対す
る異なったマイクロステップ位置に相当するデューティ・サイクルを有しかつそ
のメモリに記憶されたデータの第2テーブルからマイクロプロセッサによって導
出された繰返しパターンを有する。
【0029】 これに関して、マイクロプロセッサ38は、PWM駆動信号がオーバラップし
ない位相を有し、それによってステッパ・モータ40の電流受取り巻線A及びB
に印加されるPWM駆動信号のオーバラップが存在しないように、更にプログラ
ムされる。
【0030】 (マイクロプロセッサ) 例として、マイクロプロセッサ38は、図3DにU1として指定したカルフォ
ルニア、サンタクララ、NEC・エレクトロニクス社(NEC.Electro
nics Inc.)によって製造されたμPD753036なる4ビット単一
チップ・マイクロコントローラ(4 Bit Single Chip Mic
rocontroller)のような単一チップ・マイクロコントローラ又はマ
イクロプロセッサを含む。このプロセッサは、1.8Vほどの低い電圧及び5.
5Vほどの高い電圧で動作することができ、かつ16,384×8ビットの内部
ROM又はPROM、768×4ビットの内部RAM、100μA未満の待機電
流、及び4.0mA未満の6.00MHzで動作電流を特徴とすることがある。
また、このマイクロプロセッサは、ポートと呼ばれる群に配置された多数の入出
力ピンを有する。
【0031】 電子ピペット10の機能の多くは、マイクロプロセッサ38のオンボード(o
n−boad)又は内部回路部102によって取り扱われる。電子ピペット10
操作に関して最も重要な内部回路を以下に論じる。
【0032】 (内部回路及びポート) マイクロプロセッサ38は、内部リセット回路を具備している。外部リセット
回108(図3C)がマイクロプロセッサのRESETピンを低にさせるとき、
又は内部ウォッチドッグ・タイマが時間切れするとき、リセット・シーケンスは
開始される。このリセット・シーケンスは、遅延をトリガする。6.00MHz
で、遅延は21.8msである。外部リセット線が解放されかつVCCにもたらさ
れるとき、この遅延は開始する。
【0033】 マイクロプロセッサ38はまた、「メイン・システム・クロック(Main
System Clock)」及び「サブシステム・クロック(Subsyst
em Clock)」と呼ばれる2つの在来発振回路120及び122を有する
。「メイン・システム・クロック」120は、メガヘルツ周波数範囲で動作する
高速発振回路である。発振回路120は、電力を保存するためにマイクロプロセ
ッサ制御の下で停止させることができる。電力投入の際又はメイン・クロックが
プロセッサによって停止させられていた後に再開始されるとき、周波数が安定で
あると保証されかつプロセッサがインストラクション命令を実際に実行する前に
発振器120に5.46msの遅延がある。インストラクション命令実行時間は
、マイクロプロセッサに対するプログラムによって選択された分割比に依存し、
かつ0.67μsから10.7μsの範囲を取ることができる。
【0034】 「サブシステム・クロック」122は、電力保存目的及び時間維持目的のため
に使用されるように意図された低速クロックである。このクロック用の結晶は、
32,768Hzである。このクロックは、常に活性であるが、しかし非常に僅
かの電流(4μA)しか使用しない。
【0035】 結晶自体に加えて、2つの小形コンデンサC2、C3及びC4、C5(22p
F)が各発振器の動作に必要である。更にまた、300KΩ抵抗器R13は、サ
ブシステム・クロック122の動作に必要である。
【0036】 いくつかのポートが電子ピペット10に対して重要な特性を有する。ポート6
(P60〜P63)及び7(P70〜P73)は、制御キー及びトリガ・スイッ
チ26a、b、28a、b、30、32(SW1〜SW6)に対する回路を自己
バイアスするために使用される。それらの活性化は、関連したマイクロプロセッ
入力を地絡させる。更に、ポート6のピン60及び61は、以下に説明するよう
に、電圧基準を附勢する。
【0037】 ポート5(P50〜P53)は、13Vまでの電圧に耐えることができる開放
ドレイン出力である。これは、VCCより高い電圧の存在を扱う際に助けになり、
かつ以下に説明するように電池充電電力を調整するU7として指定された在来の
ジュアル相補形(Dual Complementary)MOSFET内のP
チャネルMOSFETの制御を極めて簡単化する。
【0038】 ポートS(S12〜S31)は、ディスプレイ22のLCDセグメントに対す
る多数の駆動レベルを与える。
【0039】 ポートN(AN0〜AN7)は、マイクロプロセッサに含まれた内部アナログ
・ディジタル(A・D)変換器へのアナログ入力である。A・D変換器は、好適
には、内部サンプル・ホールド(saple and hold)回路を具備し
た8ビット逐次近似変換器である。6.00MHzで、各変換が少なくとも28
μsかかることになる。変換は、ポートAVrefに現れる基準電圧に対して行
われる。この変換基準電圧は、2.5Vに固定されたかつU2として指定された
低ドロップアウト・マイクロパワー3端子基準電圧によって供給される。U2は
、マキシム・インテグレーティッド・プロダクツ(Maxim Integra
ted Products)から入手可能なMAX 6125であってよい。
【0040】 内部A・D変換器は、2つの機能、すなわち、VCC接続点電圧を測定すること
及び壁接続点(Wall Node)電圧を測定することを働く(図3A)。両
方の場合に、内部変換器への入力電圧は、外部A・D回路部114内のR3〜R
4及びR4〜R6によって形成される分圧器の作用によって実値の0.41倍に
低められる。6.00MHzのクロック周波数で、変換は、28μsかかること
になる。内部A・D変換器への入力がサンプルかつホールドされるので、信号は
全変換期間の間安定である必要はない。しかしながら、AVref入力は、変換
全体の間安定でなければならない。C8は、ディスプイレ22LCDバイアス回
路部116によって発生されるスパイクを減結合する。
【0041】 SPI(直列(Serial))(P00〜P03)ポートは、U8として指
定された直列EEPROMメモリをプログラムしかつ読み出すために使用される
。このポートは、電子ピペット印刷配線板上の「DOパッド(DO Pad)」
入力、DIパッド(DI Pad)」入力、「CLKパッド(CLK PAD)
」入力が利用されるならば、マイクロプロセッサ38への通信ポートとしてもま
た働く。この直列リンクは、プロセッサへ及びこれからの高速双方向通信を与え
る。
【0042】 マイクロプロセッサ38のLCD(S12〜S31及びCOM0〜COM3)
ポートは、メモリに記憶されたセグメント・データをディスプレイ22のLCD
セグメントへ転送する半自律周辺回路である。この回路は、多重化ディスプレイ
を制御するために必要な多数の電圧を自動的に出力する。利用可能な20本のセ
グメント線及び4本の共通線がある。多重化を通して、4つの共通線(COM0
〜COM3)は、80までの個別LCDセグメントを制御することができる。実
多重化回路部の全ては、マイクロプロセッサ38に含まれている。ディスプレイ
上のLCDセグメントを活性化するには、或る1つのビットをメモリに書き込む
。操作モードを選択した後、マイクロプロセッサは、在来方法で、実ディスプレ
イ機能の全てを取り扱う。
【0043】 LCDディスプレイに対するバイアス電圧は、内部A・D変換器に使用される
2.5基準電圧を分圧することによるVLCポート(VLC0〜VLC2)への
入力である。
【0044】 内部A・D変換器に使用される電圧基準U2なるVrefは、LCDディスプ
レイに対するバイアス電圧源としてまた使用される。VLC0は、全2.50ボ
ルト基準信号を受信する。このレベルは、R11及びR10によって更に分圧さ
れて、VLC1及びVLC2に対する第2電圧レベル1.25Vを供給する。
【0045】 (ディスプレイ) ディスプレイ22は、合計57個のアナンシエータ、すなわち、個々にスイッ
チ可能なセグメントを含む無逆光(non−backlit)液晶型のディスプ
レイである。
【0046】 アナンシエータは、次のように所与の時刻にユニットの状態を記述する。すな
わち、 「8.8.8.8」 個々にアドレス指定可能なセグメントを用いた量数字 であって、量を指示する。これらは、他のアナンシエ ータと比較して大きくかつ目立つ。 また、電池が完全に充電されているとき「FULL」 を表示するばかりでなく、他のメッセージを表示する 。 「μl」 量の単位を指示しかつ4番目量表示数字のすぐ右に位 置する。 「88X」 区切りのよい量の個数。個々にアドレス指定可能なセ グメントからなる2つの数字に「X」が続く。多放出 モードにあるとき放出することができる区切りのよい 量の個数を指示するために使用される。量数字の左又 は上に置かれ、それでディスプレイは、例えば、 10x 20μL を読み出す。 これらの数字は、サイクル・カウントを指示するため にまた使用される。 「PICKUP」 ユニットがその「ホーム」位置にありかつ或る液体を 吸い込む準備がてきていること、又はそのように行う プロセスにあることを指示する。 「DISPENSE」 ユニットが或る液体を放出する準備ができていること 、又はそのように行うプロセスにあることを指示する 。 「PIPET」 ピペットが(省略時)ピペット・モードにあることを 指示する。 「MULTI] 「dispense」の左に置かれ、このアナンシエ ータは、ユニットが多放出モードにあることを指示す る。結果として、放出する準備のできているとき、デ ィスプレイは、「多放出」を読み出す。 「& MIX」 「Pipet」の右に置かれ、このアナンシエータは 、ユニットが「混合」オプションを活性化されている ことを指示する。 「MANUAL] ユニットが操作手動モードにあることを指示する。 「RESET」 ユニットが全てのその区切りのよい量を放出するのを 済ませたとき、多放出モードでフラッシュしかつユー ザは、残留量を廃棄する又は戻すことを要求される。 リセット機能(すなわち、放出、吹消し、ホーム位置 へ復帰)が遂行されている間にリセット・アナンシエ ータは、点灯(定常)である。 「SPEED」 速度オプションが選択されているとき現在速度設定を 指示する。 「[低電池(low bat)]アイコン」 低電池充電レベルを指示する。 電池が充電を必要とするとき現れる。 「発光ボルト(Lightning Bolt)」アイコン ユニットが充 電電源に接続されていることを指示する。更に、ピペ ット電池が充電を受けているとき、指示器はフラッシ ュする。
【0047】 (外部リセット回路部) マイクロプロセッサ38に対するリセットは、図3Cに示されたリセット回路
部108によって制御されかつマキシム・インテグレーテッド・プロダクツから
入手可能なMAX821RUS(U9)を含むことがある。電力がユニットU9
に最初に印加されるとき、回路は、電力が2.63Vのしきい電圧に達した後1
00msの間リセットを低(接地)に保持する。所与の時間長の間電力が2.6
3Vより下へ降下するならば、回路はリセットをまた低く(接地に)する。リセ
ットを開始するために要求される時間は、2.63Vレべルより下の降下の振幅
及びいかに長く電力がそのレベルより下に滞在しているかの両方に依存する。供
給電流は、2.5μAである。リセットは、1.0Vほどの低い電圧に対しては
低く保持されることを保証される。
【0048】 (EEPROMメモリ回路部110) U8として指定されかつ図3Bに示したEEPROMメモリは、93LC56
ASNのような不揮発性電気的消去可能プログラマブル・メモリである。このメ
モリは、各8ビットの256語を記録するもので、セルフタイム式書込み及び消
去サイクルを有しかつ2.0Vまで下げて動作することができる。更に、このメ
モリは、1,000,000消去−書込みサイクルを経ることができる。動作中
の電流は1MAであるのに対して、待機中の電流は5μAである。
【0049】 データは、3線式SPI直列リンクを経由してEEPROMメモリ110へ及
びこれから転送される。更に、CSピンが具備され、これは活性高(HIGH)
である。
【0050】 電子ピペットの正規操作中、EEPROMのプログラミングが要求されないと
き、U8は附勢されない。これは、GND端子、ピンVSSをVCC接続点電圧に取
ることによって完遂される。情報がU8に書き込まれない又はこれから読み出さ
れない正規操作中、U7 NチャネルMOSFETは使用可能とされず、マイク
ロプロセッサのポート・ビットP81は低である。この作用は、U8に対する電
力帰路を否定する。SPIポートの線P03、P02、P01はU8の線の全て
を同じ電圧レベルにもたらすために高に保持されねばならないことに、また注意
されたい。
【0051】 ポート・ビットP80は、正規操作中また高に保持するものとする。これは、
3つの方法のうちの1つによって完遂することができる。最も好適なのは、その
線を3状態(浮動)条件に置きかつEEPROM回路部110のR1にその線を
CC接続点電圧にまで引き上げさせることである。これに代えて、ポート・ビッ
トP80は、入力にすることができ、かつソフトウェアで使用可能とされる内部
プルアップ抵抗器の作用によって受動的に引き上げられる。又は最後に、線P8
0は能動的に高状態へ駆動することができるが、これは3つのオプションのうち
で最も望ましさに欠ける。
【0052】 EEPROMを読み出す又は書き込むことが必要になるときは、ポート・ビッ
トP81を高にもたらす。この作用は、U7内のNチャネルMOSFETをター
ンオンし、U8上のVSSピンに対するGNDへの通路を用意する。P80が3状
態条件にあるならば、この作用は、R1の作用を通してCS線を低へ引き下げる
ことになる。P80が能動的に駆動されるならば、VSSピンをGNDに取った後
直ちに又は取る前に直ちにP80を低状態にセットするものとする。P80が内
部プルアップ抵抗器の作用によって受動的に引き上げられるならば、それを直ち
に出力にして、かつ低へ駆動するものとする。
【0053】 U8のピンCSは能動高入力でありかつそれが高である限り、チップは使用可
能とされる。いったんチップU8が電力投入されかつ安定休止(idle)状態
にあるならば、CS線、データ入力(Data In)線、データ出力(Dat
a Out)線、及びクロック(Clock)線は、そのチップからの読み出し
及びチップに書き込むために正規方法で使用することができる。これらの線は、
データ伝送用工業標準SPIプロトコルに従う。
【0054】 U8の電力を切る理想的なシーケンスは、P80を3状態に置くことである。
P80をR1の作用で低状態に保持するものとする。P02及びP01を高にセ
ットするものとする。最後に、P81を能動的に低にさせるものとする。U7内
のNチャネルMOSFETのドレインの電圧が立ち上がるに連れて、R1はCS
をチップ上の線の残りと共に引き上げるはずである。このようにして、CS線は
他の線よりも決して速く立ち上がらず、したがって、EEPROMは決して使用
可能とされないことになる。
【0055】 次のパラメータは、在来方法で図3Aの電池接続器J3を介してパーソナル・
コンピュータ又はワーク・ステーションへの接続を通してEEPROMメモリU
8内へ記憶される。 a. EEPROMデータ・セットのバージョン# b. ピペットの全目盛量範囲(2、10、20、100、200、1000 、2000μL) c. オフセット・テーブル(全てのモードに使用される同じテーブル)。E EPROMメモリの230バイトに関する用途。各バイトは、ピペット の量設定に相当しかつ各量におけるオフセットの±254マイクロステ ップを見込む。 d. 多放出残留値 e. 多放出オーバシュート値 f. 多放出オーバシュート休止持続時間 g. ピペット・モード及び多放出モードに対する速度制限。 h. 走行方向を変えるときモータ運動に加えられる(バックラッシュに対す る)手動モード・ヒステリシス。 i. トリガ・ダブルクリック最長遅延時間 j. 長いキー押し最短時間。このパラメータは、モード又はリセット・キー が「長い押し(long press)」に対して充分に長く押された かどうか判定するために使用される。 k. 各モードに対して(電力投入の際にセットされた)省略時速度設定。
【0056】 (モータ駆動回路部118) モータ駆動は、SOIC 8ピン・パッケージ内の4つのMMDF2C01H
Dジュアル相補形MOSFET(U3〜U6)で構成される。各パッケージは、
PチャネルMOSFET及びNチャネルMOSFETの両方を含む。各FETは
、12Vまでで2Aを取り扱うことができる。パッケージの電力消散は、2ワッ
トである。Nチャネルについてドレイン・ソース間抵抗(Rds)は0.045
オーム及びPチャネルについて0.18オームである。
【0057】 これらのMOSFETは、クラシックなHブリッジ構成に配置されている。各
FETは、マイクロプロセッサによって個々に制御される。
【0058】 リセット状況、電力投入状況、又は吹消し状況中の事故導通を防止するために
、各PチャネルFETは、51KΩプルアップ抵抗器によってVCC接続点電圧へ
引き上げられる。
【0059】 マイクロプロセッサ38のポート2(P20〜P23)及び3(P30〜P3
3)からの全て8ビットは、相補形FET対U3〜U6のゲートに直接接続され
る。U3〜U6は、図3C及び3Eに示したようにステッパ・モータの2つの巻
線A及びBを駆動する2つの全Hブリッジ駆動を形成する。この回路は、電流セ
ンシング又はモータからの帰還のない簡単なクラッシク回路である。このような
簡単な回路は、通常、ステッパ・モータに対する正規全ステップ駆動又は半ステ
ップ駆動に関連している。この回路は、マイクロステッピングに関連しない。な
ぜならば、この回路は、比較器への帰還を用いた通例のモータ巻線電流センス及
びモータ電流にマイクロステップ・コントローラからの制御信号の追跡をさせる
パルス幅変調(PWM)駆動を形成する関連回路部を欠くからである。通例のマ
イクロステップ駆動回路では、PWM信号の周波数又は周期は、マイクロステッ
プ・コントローラからのモータ・ステッピング・レートとは非同期である。
【0060】 ステッパ・モータのマイクロステップ制御は、簡単な全又は半ステッピングに
わたって望ましい。なぜならば、この制御は、モータ位置決めのかなりの微細制
御を行うばかりでなくモータを高速でかなり効率的に運転(すなわち、モータへ
の所与の入力に対してモータからのより多い出力)させるからである。これらの
特性の両方共、電池式電子ピペットに重要である。
【0061】 PWM周期がステッピング・レートと同期しているならば、モータのマイクロ
ステップ制御は、図3に示した簡単な回路で以て達成される。これは、マイクロ
プロセッサ38に2つのHブリッジへPWM信号を発生させ、かつ各マイクロス
テップを整数個のPWM周期に対応させることによって完遂される。最高モータ
速度で、各PWM周期は、1つの新マイクロステップに対応することになる。図
4は、最高速度(すなわち、PWM周期とマイクロステップとの間の1:1の対
応)で運転している17マイクロステップ時間間隔にわたるHブリッジ・ゲート
駆動に対するタイミング線図を示す。各PWM周期は、所与のマイクロステップ
中のモータ巻線への所望駆動電流に相当して異なったデューティ・サイクルを有
する。
【0062】 マイクロプロセッサ38は、全ステップを16マイクロステップに分割する。
したがって、電気回転(electrical rotation)の全360
度(すなわち、4全ステップ)が64マイクロステップを含む。図4は、最高速
度で45度の電気位置から135度の位置へ移行するゲート駆動信号を示す。各
モータ巻線へのデューティ・サイクルは、5.625度増分で進む正弦関数及び
余弦関数に相当する。周期1は、両モータ巻線が等しい電流を受け取る電気回転
の45度に相当する。巻線A、余弦関数はポート2(P20からP23)から駆
動され、及び巻線B、正弦関数はポート3(P30から33)から駆動される。
両ポートは、45度及び135度で等しいデューティ・サイクルを有する。第1
7周期(マイクロステップ)は、135度の電気位置に相当する。PWM周期は
約188マイクロ秒に等しく、これは各モータ巻線への約5.32kHzのPW
M駆動周波数に相当する。1PWM周期が1マイクロステップに相当する最高速
度で、ステッピング・レートは、毎秒332の全ステップ(5.32kHzを1
6周期毎全ステップで除したもの)である。
【0063】 PチャネルFETは、通常、ゲート駆動を低に維持することによってオンに維
持される(P21、P23、P31、P33)。PチャネルFETがターンオフ
される(ゲートが高へ移行する)時間のみが、対応するNチャネルFETがター
ンオンされる(ゲートがP20、P22、P30、P32によって高へ駆動され
る)ときである。使用されるFETは低しきい値、高速FETであり、それで、
小さい保護周波数帯(guard band)がPチャネルFETの各スイッチ
ング・エッジに加えられて、対応するNチャネルFETがターンオンする前にそ
れらのPチャネルFETがオフするのを保証する。これは、スパイクがスイッチ
ング遷移中に相補形FET対を通して流れるのを回避する。周波数保護帯は、図
4の第1周期のみを示した図4aに容易に見ることができる。周期1の始まりに
、P21は、高に移行してまずPチャネルFETをターンオフする。マイクロコ
ントローラ上で約1マシン・サイクル遅れて(2.67マイクロ秒)、P20は
高に移行してNチャネルFETをターンオンする。約77マイクロ秒遅れてP2
0は低へ移行してNチャネルFETをターンオフし、それから2.7マイクロ秒
の後でP21がPチャネルFETをターンしてオンに戻す。巻線Aの他の側は、
P23によって駆動されるPチャネルFETによって給電レールに接続を維持さ
れる。周期1の残りの間に巻線Aの両側は給電レールに結合を維持されて、巻線
に電流が最少限の外部損失で循環できるようになる。
【0064】 巻線Bは巻線Aと類似の様式でポート3によって駆動されるが、ただし先行技
術PWM回路から期待されるであろうように「オン」部分が第1周期の始まりで
はなくて終りにあることを除く。2つの巻線をPWM周期の異なった端で駆動す
ることの利点は、もし正弦関数のピークPWMデューティ・サイクルが約70%
を超えず、したがって45度点で正弦及び余弦PWMデューティ・サイクルが各
々50%を超えないならば、両巻線を同時にオンにするのを回避することが可能
であるということである。Pチャネル周波数保護帯及びマイクコントローラ処理
時間を見込むならば、実用ピーク・デューティ・サイクルは(70%よりはむし
ろ)60%に近く、各巻線に対して45度点で約42%のデューティ・サイクル
を生じる。60%未満のPWMピーク・デューティ・サイクルは、両巻線が同時
には決してオンでないことを保証する。両巻線を同時にオンにしないことの利点
は、それが電源からの電流変動(リプル)を顕著に減少させ、それによって供給
電圧リプルを減少させるということである。減少電流リプルのために、電圧リプ
ルを許容限界内に維持するために給電レール上の小さい値のバイパス・コンデン
サ(C1及びC6)を使用できるようになる。またもっと厳しい制約は、ユニッ
トを附勢しかつ電池を充電するために使用される壁電源37(図22)が電池で
厳しい高速電流制限作用2.6C率(1.04アンペア)を持つ事実によって起
こされる。もしモータが壁電源から1.04アンペアより多く引き出そうと試み
たならば、バイパス・コンデンサ(C1及びC6)のみが電流制限点を超える電
流を供給するので供給電圧は急速に降下することになる。この潜在的問題は、両
巻線が同時にオンであるのを許さないことによって容易に回避される。
【0065】 PWM周期に同じデューティ・サイクルを繰り返させることによって、すなわ
ち、逐次駆動パルスのデューティ・サイクルのマイクロコントローラ制御によっ
て、モータをかなり低速で運転することができるのは、本発明の好適実施の形態
の重要な特徴である。もし毎マイクロステップにデューティ・サイクルも2つの
PWM周期に使用されたとしたならば、モータ速度は最高速度の2分の1である
ことになる(すなわち、PWM周期とマイクロステップとの間の2:1対応)。
もし毎ステップが3PWM周期に使用されたとしたならば(3:1比)、モータ
速度は最高速度の3分の1であることになる、以下同様。かなり微細な制御には
、毎マイクロステップを同じ量だけ繰り返す必要はない。例えば、16番目毎の
マイクロステップを1回繰り返しかつ他の15マイクロステップは繰り返さない
ならば、結果の速度は最大速度の94.12%(16/17)であることになり
、同様に、8番目毎のマイクロステップを1回繰り返すならば、結果の速度は再
高速度の88.89%(8/9)であることになる。16番目毎のマイクロステ
ップを1回よりも低い頻度で或る1つのマイクロステップを繰り返すことによっ
て最高速度にかなり近い速度をまた得ることができる。10の異なったピペット
速度は、所望のモータ速度を与えるために、基本的に適当な繰り返しパターンを
使用する。図5のテーブルは、マイクロプロセッサ・メモリに記憶されている相
当するテーブルで以て本発明の特徴を示す。
【0066】 停止から指定ピペッティング速度へ加速されるとき、図7a〜7bに示したそ
れと類似の加速度テーブルが使用され、これは、速度が指定運転速度に漸近的に
接近するというようにマイクロステップ・デューティ・サイクルがPWM周期内
で繰り返されるパターンを定義する。図6及び図8は、そのデータを示したグラ
フである。加速度傾斜(減速にはまた逆をたどる)は、加速度を定義しかつ制限
する。加速度は、モータが逐次かなり微細な速度変化を行うことによってその最
高速度に接近するに従って下げられる。マイクロプロセッサがステッパ・モータ
の動作にこのような制御を施せるようにデータの相当するテーブルがマイクロプ
ロセッサに記憶されている。
【0067】 上に概説した簡単化マイクロステップ回路及び方法から得られるモータ電流は
、通例の先行技術PWM駆動回路におけるように供給電圧に無関係でない。むし
ろそれは供給電圧依存性である。本発明に使用されるLiイオン電池36からの
電池電圧は、電池がほとんど枯渇しているときの3.2ボルトから電池が全容量
に充電されているときの4.1ボルトまで変動する。同じ振幅(すなわち、ピー
ク・デューティ・サイクル)正弦/余弦テーブルがこの電圧範囲全体を通して使
用されるならば、モータへの電力はその電圧範囲にわたって電圧比の平方だけ変
動することになる(すなわち、3.2ボルトにおけるよりも4.1ボルトにおけ
る方が64%多い電力)。壁電源から附勢されている間にピペットが使用される
とき、供給電圧は典型的に5.3ボルトであって、これは、同じテーブルが使用
されるならば、3.2ボルトに比較してほとんど3倍も多い電力をモータへ駆動
させる。使用されるマイクロコントローラは、先に説明したように、マイクロプ
ロセッサ・アナログ・ディジタル変換器を用いて供給電圧を測定する能力を有す
る。上の欠点は、供給電圧を異なった範囲に分割しかつ各範囲に対して異なった
振幅の正弦/余弦テーブルを使用することによって極めて減らすことができる。
これは、異なった範囲に対してモータ電流を正規化することを可能にする。本発
明のマイクロプロセッサは、供給電圧を4つの範囲に分裂させるようにプログラ
ムされ、かつ4つ異なった振幅の正弦/余弦テーブルを有し、これらが異なった
範囲の間でモータ電流を正規化する。これは、図4b−1及び図4b−2のテー
ブルに示してあり、かつモータ電流を減少させ、それゆえ全供給電圧範囲にわた
って電力変動を遥かに小さい値に減少させる効果を有する。使用される範囲は、
3.200から3.476、3,476から3.775、3.775から4.1
、及び5.0から5.6である。これは、電池電圧範囲について、ちょうど1つ
の範囲が使用されるとした場合の電力変動を64%から3つの範囲が使用される
場合の18%未満に減少させ、第4範囲は壁電流に対して使用される。供給電圧
の関数として異なった電力範囲を使用することは、不必要な電池電力消散(ba
ttery drain)を減少させる効果を有し、それによって電池寿命を顕
著に延長する。また、壁電源の流出(running off)のときモータ電
力定格を超える可能性を除去する。
【0068】 (操作ピペット・モード) 本発明の図示の実施の形態において、及び先に説明したように、制御キー26
は、ピペット用キーボード内の「モード」制御キーを含む。「モード(Mode
)」キーは、3つの操作正規ピペット・モードをくまなくトグル又は回転する。
モード・キー用マイクロプロセッサ38のソフトウェア・ルーチンを図12に示
す(「モード・キー・ルーチン)。図示したように、モード・キー・ルーチン内
へのエントリは、マイクロプロセッサ内の内部タイマを開始させる。タイマは、
プリセット持続時間をEEPROM110に記憶されている。モード・キーがプ
リセット持続時間以上に長い時間間隔の間押されるならば、リセット・キーの「
長い押し」が起こっておりこれが所与のモードに対するオプション・メニューを
活性化し、かつモード・キーを更に押すと所与のモードに対する利用可能オプシ
ョンをくまなく回転する。他の長い押しは、オプション・メニューを不活性化し
て、更にモードを選択する押しをしてよいようにする。 モード: 1. ピペット 2. 手動 3. 多放出
【0069】 上向き及び下向き「矢印」キー28a、28bは、図14に示したマイクロプ
ロセッサ・ソフトウェア・ルーチンに従って量又は速度のようないずれかの選択
パラメータを編集又は変えるために使用される。
【0070】 第4キー26b、「リセット(Reset)」は、ユニットがそのホーム位置
にあるかどうかに依存して2つの主要な機能を有する。1ピペットがホーム(す
なわち、放出の準備ができている又は多放出モードでその区切りよい量の全てを
放出し澄みである)にないならば、リセット・キーを押すことが図13に示した
マイクロプロセッサ・ソフトウェア・ルーチンに従ってピペットに放出、吹消し
の実行、及びホーム位置への復帰を行わせる。装置がホームにあり、採取の準備
ができているとき、リセット・キー26bは、選択モードで編集することができ
る種々のパラメータをくまなくトグル又は回転するために使用される。例えば、
多放出モードでは、このキーは、区切りのよい量の個数と放出量との間でトグル
するために使用されるので、どちらか1つを編集することができる。
【0071】 ピペット10に対する次の操作モードの各々で、ピペットは、シリンダ92内
のプランシャ90に縦運動を伝えるために回転子を電磁的に駆動する電流受取り
巻線A及びBを備えたモータ40、及びモータに対する駆動信号を発生するよう
にプログラムされたマイクロプロセッサ38を含む制御回路110を含む。各こ
のような操作モードで、制御回路110は、ディスプレイ22、マイクロプロセ
ッサ内に操作ピペット・モード、液体採取量、液体放出、ピペットの操作を制御
するピペット操作速度信号とピペット・リセット信号、及びディスプレイ上の英
数字ユーザ読取り可能表示を発生するためにマイクロプロセッサに電気的に接続
されたユーザ操作可能制御キー26a、26b、28a、28b、データのテー
ブルを記憶したかつピペットの操作を制御するためにマイクロプロセッサによっ
てアクセス可能かつ使用可能なそのメモリ、制御キーのユーザ操作によって選択
されたピペット操作をトリガする少なくとも1つのユーザ操作可能スイッチ30
、32を含む。各このような操作モードで、マイクロプロセッサは、「モード」
キーを定義する制御キーのうちの第1キーの逐次ユーザ操作に応答して操作の逐
次ユーザ選択モードに順次に入るようにかつ各選択モードでピペットの操作を制
御するように、更にプログラムされ、それであるから (a) オプション・キーを定義する制御キーのうちのモード・キー又は他
のキーの第2動作は、マイクロプロセッサに選択モードのみに対して第1操作オ
プションを表示するようにディスプレイを制御させ、 (b) 制御キーのうちの第2キーは「上向き」キーを定義し、その操作は
マイクロプロセッサに操作オプションの活性化又は不活性化、或は操作オプショ
ンに関連した数値表示について増える値を指示するようにディスプレイを制御さ
せ、かつ (c) 制御キーのうちの第3キーは「下向き」キーを定義し、その操作は
、マイクロプロセッサに操作オプションの活性化又は不活性化、或は数値表示に
ついて減る値を指示するようにディスプレイを制御させ、かつ (d) トリガ・スイッチのその後のユーザ操作は、先端内へ液体を採取す
る上向き方向に、次いで先端から液体を放出する下向き方向に、操作オプション
によって拡大された選択モードでプランシャを駆動するようにモータを作動する
【0072】 また、マイクロプロセッサは、各選択モードで、オプション・キーの逐次ユー
ザ操作がマイクロプロセッサに選択モードのみに対して、逐次操作オプションを
順次表示するようにディスプレイを制御させ、各オプションは制御可能で上の(
b)及び(c)に従うように、更にプログラムされる。なお更に、マイクロプロ
セッサ38は、モード・キーがモード・キーの瞬時押しよりも長い時間間隔の間
のモード・キーの初期持続押しとこれに続くモード・キーの逐次瞬時押しに応答
して逐次操作オプション間をステップするオプション・キーとして機能するよう
に、好適には、プログラムされる。また、マイクロプロセッサ38は、ディスプ
レイが操作オプションを出る一方、「リセット」キーを定義する制御キーのうち
の第4キーのユーザ操作及び/又はモード・キーのその後の持続押しに応答して
選択モードに留まっているように、好適には、プログラムされる。
【0073】 なお更に、マイクロプロセッサ38は、リセット・キーの瞬時押しよりも長い
時間間隔の間のリセット・キーの初期持続押しに応答してリセット・キーがディ
スプレイ内の表示パラメータを零と読み出すように、好適には、更にプログラム
され、及びピペット先端から流体を吹くようにシリンダ内のプランジャを駆動す
るためにリセット・キーの瞬時ユーザ操作に応答して「吹消し」操作に入るよう
に、更にプログラムされる。また、マイクロプロセッサ38は、リセット・キー
の各逐次瞬時ユーザ操作がマイクロプロセッサに上向き又は下向きキーのユーザ
操作による編集用複数の逐次操作パラメータのうちの異なった1つを順次に表示
するようにディスプレイ22を制御させるように、好適には、更にプログラムさ
れ、及び、ピペット操作選択モードでピペットの操作の逐次サイクルの間異なっ
た表示をピペット・ユーザに明瞭に表示するようにディスプレイをカウントしか
つ制御し、それによって、ユーザがピペット操作のいずかの周期に対するピペッ
トの操作サイクルを決定できるように、更にプログラムされる。
【0074】 以下に説明するように、ピペット10の操作モードのうちの1つは手動モード
である。そのモードでは、ピペットは、制御キーのユーザ操作によって選択され
たピペット操作をトリガするために2つのユーザ操作可能スイッチ(30、32
)を利用する。手動モードでは、マイクロプロセッサ38は、モード・キーのユ
ーザ操作によって選択された操作の手動モードに入りかつ手動モードでピペット
の操作を制御するように、更にプログラムされ、それであるから (a) ユーザによって操作されたトリガ・スイッチのうちの第1スイッチ
は「上向き」トリガを定義し、その作動はマイクロプロセッサに先端内へ液体を
採取する上向き方向にプランジャを駆動するようにモータを制御させ、かつ (b) ユーザによって操作されたトリガ・スイッチのうちの第2スイッチ
は「下向き」トリガを定義し、その作動はマイクロプロセッサに先端から液体を
放出する下向き方向にプランジャを駆動するようにモータを制御させ、かつ先端
内の液体の量を指示するようにディスプレイを制御させる。更に、手動モードで
は、マイクロプロセッサ38は、ピペットの操作を制御するために更にプログラ
ムされ、それであるから、プランジャを液体の吸込み又は採取を開始しようと準
備している場所に置いたホーム位置にある間にディスプレイは、採取することの
できる最大量を表示し、及び、 (a) 「上向き」キーは、マイクロプロセッサに、「上向き」キーがユー
ザによって操作されるに連れて、先端によって採取される液体の選択最大量につ
いて増える値を指示するようにディスプレイを制御させ、かつ (b) 「下向き」キーは、マイクロプロセッサに先端によって採取される
液体の選択最大量について減る値を指示するようにディスプレイを制御させる。
なお更に、手動モードで、マイクロプロセッサ38は、それぞれ上向きトリガ及
び下向きトリガがユーザによって操作されるに連れて液体の採取及び放出の速度
を高めるように、更にプログラムされる。
【0075】 以下に説明するように、手動モードで、マイクロプロセッサ38によってアク
セス可能なメモリに記憶されたデータのテーブルのうちの1つは、ピペットによ
る液体の採取及び放出に関連した液体量誤りを減少させるためにピペットと関連
した最大採取量に対する補正率を含み、かつ補正率は量誤りを補正するためにモ
ータの採取運動及び放出運動に加えられる。更に、手動モードで、マイクロプロ
セッサ38は、ピペット操作手動モードでのピペットの操作の逐次サイクルの間
ピペット・ユーザに異なった表示を明瞭に表示し、それによってユーザがピペッ
ト操作のいずれかの周期に対するピペットの操作サイクルを決定できるようにデ
ィスプレイをカウントしかつ制御するように、更にプログラムされる。
【0076】 以下に更に詳細に説明するように、ピペット10に対する操作ピペット・モー
ドで、マイクロプロセッサ38は、ピペットの操作を制御するように、更にプロ
グラムされ、したがって (a) 「上向き」キー操作は、マイクロプロセッサに先端によって採取さ
れる液体の選択量について増える値を指示するようにディスプレイを制御させ、
かつ (b) 「下向き」キー操作は、マイクロプロセッサに先端によって採取さ
れる液体の選択量について減る値を指示するようにディスプレイを制御させ、か
つ (c) トリガ・スイッチのうちのいずれかの第1ユーザ操作は、先端内へ
液体の選択量を採取するために上向き方向にプランジャを駆動するようにモータ
を作動し、かつ (d) トリガ・スイッチのうちのいずれかの第2ユーザ操作は、先端から
液体の選択量を放出するために下向き方向にプランジャを駆動するようにモータ
を作動する。更に、ピペット・モードで、メモリに記憶されたデータのテーブル
のうちの1つは、制御キーのユーザ操作によって選択された操作速度設定に従っ
てモータの動作速度を制御する線形アクチュエータに印加される駆動信号を制御
するインストラクション命令を含み、及びメモリに記憶されたデータのテーブル
のうちの他のテーブルは、ピペットによる液体の採取及び放出に関連した液体量
誤りを制御しかつ除去するために制御キーのユーザ操作によって選択された液体
採取量の種々に対する補正率を含む。手動モードのように、ピペット・モードで
、マイクロプロセッサ38は、ピペット・モードでピペットの操作の逐次サイク
ルの間異なった表示をピペット・ユーザに明瞭に表示するようにディスプレイを
カウントしかつ制御し、それによって、ユーザがピペット操作のいずかの周期に
対するピペットの操作サイクルを決定できるように、プログラムされる。ピペッ
ト・モードに独特に、マイクロプロセッサ38は、(i)液体の選択量を放出す
るためにプランジャがホーム位置に接近する際トリガ・スイッチのうちの1つの
ユーザ操作に応答してプランジャがホーム位置に達するとき液体の第2選択量を
採取し、かつ(ii)液体の第2選択量を放出し及び液体の選択量と混合するよ
うに、更にプログラムされる。
【0077】 以下に更に詳細に説明するように、操作多放出モードで、マイクロプロセッサ
38は、ピペットの操作を制御するために、更にプログラムされ、それであるか
ら (a) 「上向き」キー操作は、マイクロプロセッサに先端によって放出さ
れる液体の選択量について増える値を指示するようにディスプレイを制御させ、
かつ (b) 「下向き」キー操作は、マイクロプロセッサに先端によって放出さ
れる液体の選択量について減る値を指示するようにディスプレイを制御させ、か
つ (c) 制御キーのうちの第3キーは「リセット」キーを定義し、その作動
はマイクロプロセッサにピペットが放出することができる選択量の液体の区切り
よい量の個数に相当する数を指示するようにディスプレイを制御させ、この数は
「上向き」キー及び「下向き」キーの操作によって調節可能であり、かつ (d) トリガ・スイッチのうちのいずれかの第1ユーザ操作は、ピペット
に対する全目盛量に相当する液体の量を先端内へ採取するために上向き方向にプ
ランジャを駆動するようにモータを作動し、かつ (e) トリガ・スイッチのうちのいずれかの第2ユーザ操作は、先端から
液体の選択量を放出するために下向き方向にプランジャを駆動するようにモータ
を作動し、これは前記個数の約数がピペットによって放出されるまでトリガ・ス
イッチのいずれかの各第2動作に対して繰り返される。手動モード及びピペット
・モードでのように、多放出モードで、メモリに記憶されデータのテーブルのう
ちの1つは、制御キーのユーザ操作によって選択された操作速度設定に従ってモ
ータの動作速度を制御する線形アクチュエータに印加される駆動信号を制御する
インストラクション命令を含み、及びメモリに記憶されたデータのテーブルのう
ちの他のテーブルは、ピペットによる液体の採取及び放出に関連した液体量誤り
を制御しかつ除去するために制御キーのユーザ操作によって選択された液体採取
量の種々に対する補正率を含む。更に、多放出モードで、マイクロプロセッサ3
8は、「吹消し」モードに入るためにモータを制御するように更にプログラムさ
れ、吹消しモードで、モータは、プランジャがプランジャに対するホーム位置に
達した後先端内に残留している液体を吹き消すようにホーム位置を超えてプラン
ジャを駆動する。
【0078】 (ピペット・モード) ピペット・モードは、図11A及び11Bのソフトウェア流れ図に示されかつ
ディスプレイ22上の点灯「ピペット(Pipet)」アナウンシエータによっ
て指示される。上向き及び下向き矢印キー28a及び28bは、量を変えるため
に使用される。矢印キーは、ピペットがオンしている「採取」アナウンシエータ
によって指示されたそのホーム位置にあるときに限り能動的である。トリガ・キ
ー30又は32のどちらかが押されると、ピペットは速度設定に相当するモータ
速度で指示された量を吸い込む。図11Aのソフトウェア流れ図に指示したよう
に、ピペット10がそのピペット・モードにあるとき、トリガ・スイッチ(30
、32)の活性化による液体のユーザ選択量の各採取は、補正しなければ選択量
よりも少ない吸込み量を生じることになる流体効果(fluid effect
)を補正するためにモータ運動にオフセットを加える。このような誤りは図9の
下側曲線によって示されるのに対して、各選択量に対する補正率は図9の上側曲
線によって示される。図9a〜9fは、ピペット10に対する種々のユーザ選択
又は「設定」量に対するこのような補正率のテーブルを図表形式で示す。このよ
うなデータのテーブルは、EEPROMメモリU8に記憶され、かつモータ40
の巻線A及びBへの駆動信号を含むパルスの列にマイクロステップとしてパルス
を加えるためにマイクロプロセッサ38によってアクセスされる。この結果、液
体の選択量を先端60内に引き込むためにシリンダ内のプランジャ90の縦運動
にオフセットを加える。
【0079】 吸込みの完了で、放出アナンシエータがターンオンすると同時に採取アナンシ
エータがターンオフする。どちらかのトリガが押されると、ピペットは速度設定
に従う速度でその全量を放出し、吹消しストロークを通して吹消しの底まで行き
、そこで1秒休止し、それからホーム位置へ復帰する。ピペットは、吹消しスト
ロークに入る前に、速度設定によって決定された時間間隔(一般に、速度が遅い
ほど長い)の間休止することになる。ピペットが吹消しの底に達するときトリガ
が押し下げられるならば、ピペットは、トリガが解放されるまで吹消しの底に滞
在する。
【0080】 図12に示したように、モード・キーが長持続時間(1秒を超える)の間押さ
れると、ピペット・モードに対するオプション・メニューは活性化される。表示
された第1項目は、オション・メニューの先行アクセスから表示された最終項目
であることになる(速度は初期化後省略時オプションである)。モード・キーの
逐次正規押しは、下にリストしたピペット・モードに対する利用可能オプション
をくまなくトグルすることになる。すなわち、 a. Speed b. & Mix c. Cycle Counter
【0081】 速度が選択されると、「Speed」アナウンシエータは点灯しかつ速度設定
は量表示の第1数字でフラッシュすることになる。上向き/下向き矢印キーは、
速度設定を変えるために使用することができる。速度設定は、各モードに対して
一意である。初期電力投入の際に選択される省略時設定は、何をEEPROM
U8内へプログラムするかによって決定される。これは、典型的に、ピペット・
モード及び多放出モードに利用可能である最高速度であり、及び手動モードに利
用可能な中速度であることになる。選択可能速度は、1から10の番号を付けら
れることになる。次の表は、各操作モードに対する速度設定に要する時間を指示
する。
【0082】
【表1】
【0083】
【表2】
【0084】 どちらかのトリガの押しの結果、選択速度でピペット・モード量を採取しかつ
オプション・メニューを出ることになる。モード・キーの長い押し又はリセット
・キーの押しの結果、オプション・メニューを出ることになる。モード・キーの
正規押しは、混合オプションにトグルすることになる。
【0085】 図15のソフトウェア流れ図に示したように、混合オプションがオプション・
メニューで選択されると、「& Mix」アナウンシエータは点灯しかつ量数字
表示は「OFF」又は「On」を読み出すことになる。上向き/下向き矢印キー
は、混合オプションをどちらかの状態にセットするために使用することができる
。混合オプションがオンのままのとき、「& Mix」アナウンシエータはオプ
ション・メニューを出るときまたオンのままである。
【0086】 混合オプションがオンでの操作は、混合を放出サイクルの完了で遂行すること
ができることを除いて、混合オプションがオフのときと類似している。
【0087】 混合は、次のように起こることになる。すなわち、 1. ピストンがホーム位置に近いときトリガが押し下げられるならば混合サ イクル(ホーム位置から混合量を吸い込みかつホーム位置へ復帰する) が遂行されることになる。 2. ピストンがホーム位置に近くかつトリガが押し下げられなくなるまで追 加混合サイクルが起こることになる。 3. 中速ストロークでのトリガの上げ及び再押し下げは、ホーム位置の近く にあるときトリガが押し下られる限り効果がないことになる。 4. (ピペッティング・ストローク又は混合サイクルのどちらかの後)ホー ム位置に近づいている際かつトリガが押し下げられないならば、ピペッ トは休止し、吹消しストロークが遂行され、ピペットは吹消しの底で休 止し、それからホーム位置に復帰することになる(サイクルの終端)。 したがって、もしもユーザが望むならば、混合オプションがオンでの操 作の間に混合をスキップすることができる。 5. 「採取」及び「放出」LCDアナウンシエータは、混合サイクルの各相 当する部分中活性化されることになる。(すなわち、吸込み中の採取及 び放出中の分散)。
【0088】 E3に対する混合量(混合サイクル中に吸い込まれかつ放出された量)は、ピ
ペットされる設定量と常に同じである。混合速度は、速度設定モードでプログラ
ムされたのと同じモータ速度であることになる。
【0089】 Cycle Counterがピペット・モード・オプション・メニューから
選択されるとき、数字表示は「CC OFF」又は「CC ON」のどちらかを
読み出す。上向き/下向きキーは、2つの状態の間でトグルするために使用する
ことができる。Cycle Counterがオンでオプション・メニューを出
るとき、量表示の左の2つの数字は、サイクル・カウントを指示することになる
。初期的にカウントは、00を読み出すことになる。ピペット・サイクルを完了
する都度、カウンタは1だけ増分することになる。カウントが99に達すると、
それは00へロール・オーバすることになる。
【0090】 サイクル・カウンタが能動的であるとき、ホームにある間にリセット・キーを
押すと、サイクル・カウンタ・カウント又は採取量を交互に選択することになる
。上向き/下向き矢印キーは、選択パラメータをいずれかの設定へ編集すること
ができる。リセット・キーの長持続時間押しは、サイクル・カウンタを零にする
敏速な方法である。
【0091】 次は、ピペット・モードでのキー押しの作用の要約である。 ホーム位置で、 「矢印」 どれが選択されても、採取量又はサイクル・カウンタ・カ ウントを調節する。 「リセット」 オンならば、正規持続時間押しは、採取量、又はサイクル ・カウンタ・カウントを選択する。そうでなければ、何も しない。 オンならば、長持続時間押しは、サイクル・カウンタを零 にする。そうでなければ、何もしない。 「モード」 正規持続時間押しは、その次のモードにトルグする。 長持続時間押しは、オプション・メニュー表示を活性化( 又は不活性化)する。 採取の後、 「矢印」 何もしない。 「リセット」 正規持続時間押しは、放出し、吹き消し、休止し、かつホ ーム位置へ復帰する。 長持続時間押しは、何もしない。 「モード」 何もしない。
【0092】 (手動モード) 手動モードに対するマイクロプロセッサ38ソフトウェア流れ図を図10A及
び10Bに示す。手動モードで、小さい量(「採取制限」)がセットされていな
ければ、表示された量は、省略時(全目盛)量である。これは、採取することが
できる液体の最大量を決定する。
【0093】 手動モードに入る際に押された第1トリガ(30又は32)は、省略時によっ
て「上向き」トリガになりかつ他は「下向き」トリガになる。
【0094】 「上向き」トリガを押すと、ディスプレイに最大採取制限を表示することを停
止させかつ液体の採取を最初は遅く、次いで速くまた速くなる速度で開始する。
ディスプレイは、それまで採取された液の量を表示する。最高速度は、図13及
び14に示したルーチンに従って先に説明したように速度オプションの使用によ
って選択された設定速度によって制御される。
【0095】 「上向き」キーを放すと、モータを停止させる。その同じトリガを再び押すな
らば、そのトリガは、採取を、上のように、最初は遅く、次いで速くまた速くな
る速度で続ける。それゆえ、採取が最高速度へ立ち上がる前にトリガを繰り返し
押しかつ解放することによって、液体の採取の非常に微細な制御を達成すること
ができる。
【0096】 ディスプレイは、ホーム位置からの合計液体採取を示し続ける。リセット・ボ
タンが長持続時間押されるならば、ディスプレイは零にリセットされ、かつディ
スプレイは、次いで、それがリセットされた後に、(どのトリガが次に押される
かに依存して)採取された又は放出された量を指示することになる。リセット・
ボタンが正規持続時間押されるならば、ユニットは、放出し、「吹き消し」を通
り、吹消しの底で休止し、ホーム位置に復帰し、かつ表示された量は最新にセッ
トされた採取制限に戻る。
【0097】 「下向き」キーを押すと、上のように、最初は遅く、次いで、速くまた速くな
る速度で液体を放出させる。採取から分散への変化が起こる(又はこの逆が起こ
る)とき常に、モータ運動が流体及び機械バックラッシュ効果をオフセットする
ようにオフセット・ステップが加えられる。オフセット・ステップの数は、器械
の容量範囲に依存しかつEEPROMメモリU8にマイクロプロセッサ・アクセ
ス可能データとして記憶される。これは、補正率テーブルに加えて、操作ピペッ
ト・モードに対する流体効果補正に関して参照されるデータである。
【0098】 放出する間に、ディスプレイがリセットされていなければ、ディスプレイは、
(ホーム位置から採取された)先端内の液体の量を指示するように減分する。こ
れは、オーバシュートし、次いで所望量へ復帰してよいようにする。
【0099】 もしディスプレイが(リセット・ボタンを長持続時間の間押すことによって)
リセットされているならば、ディスプレイは、その後は、その時点から採取した
液体の量を正の数として、又はその時点から放出した量を負の数として指示する
。最も右の区切よい量の中央横棒は「マイナス」記号である。上に注意したよう
に、モータ方向にいずれかの変化があると、オフセット・ステップの適正量がそ
の量範囲に対して加えられる。
【0100】 放出トリガの連続押しは、「ホーム」位置に達するまで液体を放出させること
になる。この時点で、モータは停止することになる。これは、ユーザが偶発的に
吹消しに入るのを防止し、かつ最も良く手動ピペットを見習う(ユーザは手動で
混合をすることもできる等)。ホーム位置で、放出トリガの「ダブル・クリック
」は、ユニットに吹き消しさせかつホーム位置に復帰させる。
【0101】 (手動モード・オプション) モード・キーの長持続時間押しで以てオプション・メニューを活性化する際、
次のオプションは、正規持続時間モード・キー押しで以て選択するとができる。
すなわち、 a. 速度 b. サイクル・カウンタ これらのオプションは、操作ピペット・モードの下に説明したように編集するこ
とができる。
【0102】 手動モードでのキー押しの作用の要約は、次の通り。 ホーム位置で、 「矢印」 どれが選択されても、採取量又はサイクル・カウンタ・カ ウントを調節する。 「リセット」 オンならば、正規持続時間押しは、採取量、又はサイクル ・カウンタ・カウントを選択する。そうでなければ、何も しない。 オンならば、長持続時間押しは、サイクル・カウンタを零 にする。そうでなければ、何もしない。 「モード」 正規持続時間押しは、その次のモードにトルグする。 長持続時間押しは、オプション・メニュー表示を活性化( 又は不活性化)する。 採取の後、 「矢印」 何もしない。 「リセット」 正規持続時間押しは、放出し、吹き消し、休止し、かつホ ーム位置へ復帰する。 長持続時間押しは、量表示を零にする。 「モード」 何もしない。
【0103】 (多放出モード) ピペット操作の多放出モードに対するマイクロプロセッサ38ソフトウェア流
れ図を図16A及び16Bに示す。モード・キーを活性化することによってこの
モードにトグルするとき、放出量は、能動的でありかつ矢印キー28a、28b
で以て編集することができる。ユニットが「ホーム」にいるときばかりでなくユ
ニットが放出を待機している間に放出量を変えることができる。放出量を変える
とき、区切りよい量の個数を再計算し、かつ「X」記号に隣接した2つの小さい
専用数字でディスプレイ22上に表示する。ピペットが「ホーム」にあるならば
、区切りよい量の個数をそれが取り得る最大であるように、かつなお充分に大き
い残留量を持つように(すなわち、最大目盛採取)計算する。残留量は、EEP
ROMメモリU8に記憶されているから、それを容易に計算できる。放出してい
る間に放出量値を変えるならば、区切りよい量の個数「X」を先端内の在留約数
を表するように再計算する(残留約数については放出量は不変のままであると仮
定する)。放出段階にある間(先端にある残留量の制限内で)量を休止点のいず
れかでかつ全てで変えることができる。各放出量を分散した後に区切りよい量の
個数は1つだけ減分しそれであるからディスプレイはいくつの区切りよい量が先
端に残留しているかを常に示す。「X」が零に達すると、ディスプレイは、「リ
セット」記号をフラッシュしてユーザに「リセット」キーを押すように喚起する
【0104】 ユーザが先端内に全目盛負荷を吸い込むのを欲しないならば、採取前にまだ「
ホーム」にある間にユーザは、区切りよい量の計算した個数を減らすことができ
る。これを行うために、ユーザは「リセット」キーを押し、これが編集するため
に区切りよい量のフィールドを活性化する。区切りよい量の個数数字及び「X」
記号は、フラッシュして矢印キーが区切りよい量の個数を変えることになる旨を
指示する。「リセット」キーが押されるか又はトリガが押されるかどちらかが行
われるまで、区切りよい量の個数フィールドは活性化されたままであり、どちら
の場合にも放出量は活性化する(しかし、トリガが押されたならば、液体はまた
吸い込まれる)。「ホーム」位置にあるとき、「リセット」キーを押すと、放出
量と約数の個数フィールドを交互に活性化する。「X」値を省略時計算から減ら
してあるならば、ユーザがその値を再び変えるか又は放出量を変えるまでその値
は不変のままである。モードを変え(又はリセットを押し)ても設定を変えるこ
とはない。多放出モードでの放出量を変えるときは常に、新全目盛「X」値を自
動的に計算することになる。
【0105】 図16Aに示したように、上に説明したように矢印キー及びリセット・キーの
活性化によってピペットをプリセットしてあり、かつ先に説明した矢印キー・ル
ーチン及びリセット・キー・ルーチンを使用するとき、ユーザは、トリガ・スイ
ッチ(30、32)のうちの1つを活性化する。プリセッティングが記憶されて
ある間、マイクロプロセッサ38は、モータ40を制御して、区切りよい量の個
数倍した量(選択合計量)に等しい量を超える液体の量を先端60内へ採取する
。モータは、逆転して液体のいくらかを分散して先端に液体の正しい選択合計量
及び残留量を残す。その時点で、もしそう望むならば、区切りよい量を修正する
ために矢印キーを活性化することができ、これに伴って区切りよい量の個数につ
いてのいずれかの必要なマイクロプロセッサ再計算が行われる。リセット・キー
26bの活性化は、ピペットにその多モード操作を無効にして先端内の全液体を
放出させる。
【0106】 しかしながら、トリガ・スイッチのうちの1つの活性化に応答して、ピペット
は図1Bに示したマイクロプロセッサ制御放出ルーチンに入り、これと共に、マ
イクロプロセッサは、ピペット操作ピペット・モードについて説明した図9及び
9a〜9fの補正曲線及びテーブルに類似した補正データのようなEEPROM
メモリU8に記憶されたデータに従うオフセット補正を導入する。この操作は、
全ての区切りよい量が放出されるまでトリガ・スイッチの各その後の活性化につ
いて繰り返される。その時点で、リセット・キーの活性化又はトリガ・スイッチ
のダブルクリックのどちらかは、マイクロプロセッサにモータを吹消しルーチに
入るように駆動させ、このルーチンでプランジャ90は「ホーム」を過ぎて駆動
されて先端から全ての残留液体を吹き、それからプランジャは「ホーム」に復帰
させられ、かつプリセッティングが回復されて、ピペットを第2多放出操作に対
して準備させる。
【0107】 多放出モードで、オプション・メニュー上の唯一のオプションは速度設定であ
って、これは先に説明した方法で操作する。
【0108】 したがって、要約すると、 ホーム位置で、 「矢印」 どれが選択されても、放出量又は区切りよい量の個数を調 節する。 「リセット」 正規持続時間押しは、放出量、又は区切りよい量の個数を 選択する。 長持続時間押しは、何もしない。 「モード」 正規持続時間押しは、その次のモードにトルグする。 長持続時間押しは、オプション・メニュー表示を活性化( 又は不活性化)して速度設定を調節してよいようにする。
採取の後、 「矢印」 調節量及び残留約数を再計算する。 「リセット」 正規持続時間押しは、放出し、吹き消し、休止し、かつホ ーム位置へ復帰する。 長持続時間押しは、何もしない。 「モード」 何もしない。 最終の区切りよい量が放出されており(かつユーザがリセットするようにプロン
プトされる)とき、 「矢印」 下のようにリセットを遂行する。すなわち、 「リセット」 正規持続時間押しは、放出し、吹き消し、休止し、かつホー ム位置へ復帰する(量設定及び区切りよい量の 個数は、多放出の際ホーム位置でユーザによっ て矢印で以て最新にセットされた値へ復帰させ られる)。 「モード」 上のようにリセットを遂行し、次いでその次の モードにトルグし、 ピペットが3低電池状態のいずれかにあることを指示するために表示される。そ
れはフラッシュしない。というのは、フラッシュすると、ピペットが充電中のと
き発光ボルトがフラッシュすることがあればそれと混同される潜在性があるから
である。
【0109】 (電池電力管理及び再充電回路部106) ピペット10に入れる電池36は、400mA時間定格を有するリチウムイオ
ン電池である。それゆえ、電池への平均充電電流は、電池への潜在的損傷を回避
するために最大400mA(すなわち、1C率)に制限されるものとする。モー
タ40は、動作中800mAより大きい最大電流を引き出す。ピペット10は電
池をこの装置に設置しないで壁電源37(図22)からで操作できることが望ま
れるから、壁電源は、リプルを起こす過電圧を生じないでmAよりも多く供給す
る能力がなければならない。壁電源をピペット10にプラグ接続しているときピ
ペットに設置した電池を充電するために同じ壁電源を使用することがまた望まれ
る。更に、図22に示したように、オプショナル充電スタンド(図示してない)
であって、2つ又は3つのピペット(10、10’)を格納し、かつこの充電ス
タンドに置かれ充電される必要のある電池を備えたいずれかのピペットを自動的
に充電するために使用することができる充電スタンドを充電するために同じ壁電
源37を使用することが望まれる。
【0110】 ピペット内の利用可能な小さな空間は、モータがピペットの操作中に消散する
もの以外にピペット内で起こるいずれかの顕著な熱消散を見込んでいない。
【0111】 壁電源からの利用可能な電流は、電池に許される最大充電電流よりも相当に大
きい。充電電流を制限するために使用されることがある通例の方法は、電池を充
電する間に1C率(400mA)に電流を制限するために壁電源と電池との間に
線形電流源を置くことである。しかしながら、このような回路はピペット内に位
置させる必要があろうし、それでその回路は電池を充電中であるときに限り電流
を制限しかつモータを電池なしで使用中であるとき電流を制限しないことが保証
され得よう。典型的に、このような回路は、それの両端間に2から3ボルトの電
圧降下を有し、かつそれを通して400mAを流すことで以て約1ワットの電力
消散を生じることになる。電池を1時間まで充電中である間に1ワットの熱をピ
ペット電子部に消散することは、電子ピペットの寸法を持つコンパクト・ピペッ
ト内の利用可能な空間よりも大きなヒート・シンクを要求するであろう。更に、
熱は、ピペット本体及び電池の温度を望ましくないレベルへ上げるであろう。
【0112】 しかしながら、本発明のピペット10では、上に説明した線形電流制限回路に
関連した熱消散問題を克服するために、スイッチング回路が使用される。このス
イッチング回路は、ピペット内のマイクロプロセッサのポートP50からのパル
ス幅変調(PWM)スイッチ制御信号による「オン」時間対「オフ」時間に基づ
いて制御されるU7内PチャネルFETを含む。壁電源37からの電流制限にP
MW信号のデューティ・サイクルを乗じたものは、電池への平均充電電流を表す
。PWMスイッチ制御信号が充分に高いならば、壁電源から電池への電流の「オ
ン」パルスは充分に短い持続時間のものであり、それであるからピーク振幅は電
池によって平均される「オン」時間と「オフ」時間の平均ほど重要でないことに
なる。本発明のピペットに使用されるリチウムイオン36電池は、電池が偶発的
に過充電されるならば電池を開放する(切る)保護回路を組み込んでいる。電池
36内の組込み保護回路は、リチウムイオン電池に標準的であって、過電圧及び
過充電電流ばかりでなく過電流負荷条件及び不足電圧条件に対して保護するやや
複雑な回路である。ピペット10に使用される電池に出入するピーク電流は、組
込み保護回路の引外しがなければ約2Aを超えることはできない。壁電源FET
(U7内のPチャネルFET)がターンオンされるとき、電流制限がその定格値
(すなわち、1.04A)で直ちに行われる結果壁電源から直ちに電圧降下を生
じて電池を大きな電流スパイクに晒さないように、壁電源は、充分に高速な電流
制限を持たなければならない。商用的に入手可能な電流制限付き壁電源は、一般
にそれらの出力を充分高速に制限しない。ほとんどのオフ・ザ・シェルフ(of
f theshelf)電源は、それらの回路に比較的大形のフィルタ・コンデ
ンサを有するものであって、負荷(電池)が電源出力上で突然スイッチされると
き大きな電流スパイクを生じる。大きな電流スパイクは、最長1ミリ秒程度の間
には電流制限値に降下しないことがある。このような電源は、電池を充電するP
WM制御スイッチ内の使用に許容不能である。
【0113】 したがって、ピペット10に使用される壁電源37は、公称1.04Aで高速
電流制限を有するように、かつ電池がU7内のPチャネルFET(図3A)を含
む1kHzの繰返し数(rate)PWM制御スイッチ(PWMスイッチ)によ
って充電されるとき電流オーバシュートを生じないように設計される。1C率で
充電するとき、電池が400mAのちょうど下の平均充電電流を見るというよう
に、PWMデューティ・サイクルを約36%「オン」時間(360μsオンかつ
640μsオフにセットする。調整壁電源電圧は、公称5.6ボルトである。無
負荷電池電圧は、4.1ボルト以下である。したがって、PWMスイッチをター
ン「オン」するとき、(壁接続点で測定された)壁電源電圧は、電池電圧にPW
Mスイッチ及びダイオードD1上の降下ばかりでなく充電電流に因る電池の内部
抵抗上の電圧降下を加えたものに降下することになる。図3Aの壁接続点で測定
された壁電源電圧及びポートAN2でのマイクロプロセッサ38の入力は、全て
一緒にして、PWMスイッチをターンオンするときの無負荷電池電圧より典型的
に約0.4から0.5ボルト高い。図3A、3B、3Dに示したように、測定さ
れた電池電圧は、ポートAN0でのマイクロプロセッサへの入力である。PWM
スイッチをターン「オフ」するとき、壁電源電圧は、直ちに調整5.6ボルトに
復帰する。電池を1C率で充電中のとき、壁接続点(ポートAN2)の電圧は、
図17に示したもののように見えることになる。PHは調整電圧(典型的に5.
6ボルト)でありかつPLは電池を充電中のとき典型的に3.4から4.6ボル
トであり、これは3.0から4.1ボルトの無負荷電池電圧に相当する。
【00114】 再充電可能リチウムイオン電池の製造者は、一般に、C/10率の事前充電電
流で3.0ボルトより下である単一4.1ボルト・セル電池(cell bat
tery)を推奨する。3.0Vより上しかし4.1ボルトより下で、この電池
は、1C率を超えない電流で充電することができる。(充電電流で測定された)
4.1ボルトで、電圧が4.1ボルトを超えないというように電流を除々に減少
させるものとする。これは、充電の定電圧段階(constant volta
ge charging phase)として知られている。この電圧制限を所
与の量だけ超えるならば、組込み保護回路部が電池を開路することになる。充電
率がC/10からC/20率に降下するか又は4時間の充電が経過するか、どち
らかが早く起こるまで、定電圧充電段階を継続するものとする。最終充電電圧制
限(4.1ボルト)は、約1パーセントの正確さで以て決定される必要がある。
壁電源をこの電圧及び精度に調整することは、不必要な出費を加えることにもな
る。
【0115】 先に説明したように、ピペット10内のマイクロプロセッサ38は、A・D変
換器を組み込まれており、この変換器は要求1パーセントの正確さを持つ精密電
圧基準としてU2を使用する。オンボードA・D変換器を使用することによって
、壁電源37は、電池を充電するために必要であるよりも高い電圧を供給するこ
とができ、かつ4.1ボルト充電制限はマイクロコントローラ及びそのA・D変
換器によって監視すること及び制御することができる。
【0116】 特に、マイクロプロセッサ38は、何時かなり小さい充電電流にスイッチする
か決定するために、多数の電圧しきい値を使用することによって、アナログ定電
圧充電段階をシミュレートするようにプログラムされる。マイクロプロセッサ3
8は、それによって、モータが運転中でないとき電力管理ルーチン内で毎秒1回
、A・D変換器を用いて電池(ポートAN0)電圧及び壁電源(ポートAN2)
電圧を測定する。マイクロプロセッサ38にプログラムされる電力管理ルーチン
は、図21a、b、cに示してある。図示したように、PWMスイッチ(壁電源
FET)をターンオフする間に測定を行い、それであるから電池電圧は無負荷電
池電圧を表し及び、他のピペットが壁電源に接続されておらずかつ充電中でない
と仮定して、壁電源電圧はその調整値である。電池を1Cで充電中である間の電
池電圧の(電池の内部インピーダンスに因る)平均上昇は、約0.15ボルトで
ある。したがって、第1しきい値電圧は、3.95ボルトにセットされる。開路
電圧が3.95ボルトと測定されるとき、1C率で充電している間の電池上の平
均電圧は、4.1ボルトである。この時点で、充電電流は、PWMデューティ・
サイクルを約20%に縮小することによって減少させられる(これは、充電の定
電圧段階の開始を表す)。オン時間の充電パルスは0.36ミリ秒で一定にされ
るのに対して、周期はオフ時間に充電することによって1.75ミリ秒に調節さ
れる。
【0117】 平均充電電流に因る電池の平均電圧の上昇を説明する定電圧アナログ充電回路
を近似するために、いくつかのしきいレベルが要求される。特定「オン」時間と
「オフ」時間、周期、デューティ・サイクル、電流、充電率、及び電圧しきい値
を図19に示す。電池36の典型的経時充電特性を5レベルの各々について図2
0に示す。指示したように、第1シフト(PWMデューティ・サイクル・レベル
0からレベル1へ、すなわち、1msから1.75ms周期へ)は、3.950
ボルトにセットされる。次いで、レベル1充電は4.025ボルトまで続き、そ
の後にレベル2充電(3.2ms周期)へシフトする。レベル2充電は4.07
5ボルトまで続き、その後にレベル3(約6ms周期)へシフトし、それからレ
ベル3以上の充電は、残りのレベル・シフトの間に4.100ボルトへ移行する
。これらの多数しきいレベルは、定電圧充電段階を近似する間に組込み電池保護
回路部が引き外すのを防止する。レベル5は、最小最終充電レベル、かつ約1.
5%のPWMデューティ・サイクル(24ms周期)を有する。
【0118】 各レベル変化で、4.100ボルト以下の電圧に対してデューティ・サイクル
をカットバックする前に2分最短充電時間が使用される。4.100ボルト以下
では、敏速充電の開始から測定された240分の総合充電時間制限に対してを除
き、いずれのデューティ・サイクルにも最短充電時間制限はない。
【0119】 フィルタした電池電圧測定が4.125ボルトよりも高くへ移行するならば、
充電デューティ・サイクルは、かなり低い遷移電圧(4.025から4.100
ボルト)で使用される最短2分遅延ではなくて、5秒内に1レベル上げられる。
デューティ・サイクルを縮小した後に電圧が4.125ボルト以上に留まってい
るならば、(レベル5の後に)電圧が4.125ボルトより低く下がるか又は充
電が完全にターンオフするまで(各デューティ・サイクルで5秒よりも短い充電
時間で以て)デューティ・サイクルを再びまた再び縮小するものとする。
【0120】 充電は、次の条件のどちらかを満たすまで続けられ、次いで終結する。すなわ
ち、 ・ 充電デューティ・サイクルが1.5%(レベル5)に縮小されており、 かつ電池電圧が4.1VDCに達する。 ・ 敏速充電の開始からの経過時間が240分に達している。 ・ 充電スタンド上の他のユニットが充電中であると検出される。
【0121】 電池は、それが3.95VDCにまで放電させられるか又はこのレベルに自己
放電するまで再び充電されないことになる。
【0122】 図21a〜cに示した電力管理ルーチンは、モータが運転中でなくかつPWM
スイッチ(壁電源FET)がターンオフしているとき、毎秒1回電圧測定を行う
。電池電圧は少なくとも16回測定されかつ計算された平均はマイクロプロセッ
サ38内のメモリ場所「BA」に記憶される。
【0123】 壁電源電圧について、毎秒20連続測定が行われる。マイクロコントローラ内
のサンプル・ホールド回路は、各測定の開始に電圧をサンプルかつホールドする
。各測定は256マイクロ秒を要し、それで20連続測定は完了するのに約5ミ
リ秒を要する。20測定のうちの最高はメモリに記憶されかつ「PH」と呼ばれ
及び最低読取りは記憶されかつ「PL」と呼ばれる。
【0124】 その電池を充電中であるピペット10が図22におけるように共用壁電源を備
えた共用充電スタンド(図示してない)上にあるとき、その充電中のピペットが
充電のその定電圧段階でレベル2を超えて進んでまだいないとするならば、共用
充電スタンド上のいずれか他のピペット(例えば、10’)によってPLは、4
.6ボルトよりも低いと毎秒測定されることが保証される。レベル3充電は6ミ
リ秒充電周期を有するから、PLがいずれか1つの5ミリ秒測定周期に4.6ボ
ルトよりも低いと測定されないことは、可能である。
【0125】 2つ以上のピペットが共用充電スタンド上に置かれ、かつ各々が充電される必
要のある電池を有するならば、各ピペット内のファームウェアは、そのPH及び
L測定値と一緒に、一度に1ピペットに限りその電池を充電することを、正規
には、許すことになる。共用スタンドに置かれた第1ピペットがまずその電池を
充電する。共用スタンドに置かれた第2及び第3ピペット(例えば、10’)は
、それが4.6ボルト以下でPL値を(及び壁電力が事実接続されていることを
指示する、4.9より上でPH値を)測定する事実によって或る1つのユニット
が既に充電中であることを検出することになる。ファームウェアは、ピペットが
4.6ボルト以下でPLを検出するならば、そのピペットがそれ自身の電池を充
電しないように、コード化される。ピペットが4.6ボルトより上とPLを測定
するとき、そのピペットは、それ自身の電池の充電を開始することは許容可能で
あると想定する。そのピペットが充電を開始した後、電力管理ルーチンは、他の
ユニットが充電中であるかどうか知るために再びPH、PL、及びBAを見るよう
にそのピペットに毎秒1回充電を短く休止させることになる。そのピペットが他
のピペットの充電中を検出するならば、検出したそのピペットは、自分が充電を
回復する前に、PLが4.6ボルトの上へ移行するまで充電を停止しかつ待機す
る。ユニットは、毎秒1回割り込むようにセットされた内部割込みタイマに基づ
いて、毎秒1回検査する。最初に自分が充電を開始してよいと判定するユニット
は、同じスタンド上の他のユニットが或る1つのユニットのそのスタンド上での
充電中を検出するのでそれら他のユニットが充電から自動的に締め出されている
間に、自分の電池の充電を開始することになる。或る1つのスタンド上の2つの
個別ピペット内の割込みタイマが同時に(互いについて0.25ミリ秒以内に)
割り込み中である公算は、極めて低い。これが起こるならば、両ユニットは、同
時に充電を開始することができる。最も低い電池電圧のユニットは、充電中の第
2ユニットに整合する電圧に充電するまで壁ユニットから電流のほどんどを取る
ことになる。2つの電池電圧が互いに等しくなり始めるに連れて、1つに限りユ
ニットが充電中であるとした場合に充電にかかる長さの約2倍をかけて電流は2
つの電池間に分裂することになる。この条件が起こるのに対して、個別クロック
を備えた2つの独立タイマは、それらの状態で同期していることかつ極めて公算
の低い(おそらく10,000の1の可能性よりも低い)であろう長時間間隔中
同期を維持する必要があることになる。しかし、それが起こったとしても別に危
害はない。正規には、上に説明した共用アルゴリズムは、ピペットが交替して全
充電まで充電しかつ一度に1つずつでのみ充電するという洗練した方法で働く。
【0126】 それゆえ、第1ピペットがその定電圧段階のレベル3にあるとき待機ピペット
は、通常、充電を開始し、第1ピペットの充電サイクルを終結することになる。
この時点で、第1ピペットの電池はほとんど全充電(全充電の90%を超え、お
そらく約95%)にある。もし充電中の他のユニットについての検出パラメータ
が第1ユニットにその定電圧段階のレベル5(100%全充電を考慮している)
を通して済ますことを許すようにもっと敏感に作られていたとしたならば、待機
ピペットは、更に30分以上を待機しなければならないことになる。検出パラメ
ータ(PL及び5ミリ秒サンプリング時間持続)は、充電されるためにかつ再び
使用される準備をするために共用充電スタンドに置かれた全てのピペットに対し
て、全電池充電を遂げることと合計時間との間の妥協案として選択された。完全
に放電しているピペット電池は約1時間で全容量の90%を超えて充電できるの
に対して、最後の10%はより以上の更に時間を要することもあり得る。
【0127】 本発明の特定好適実施の形態を本明細書に詳細に説明したが、承知のように、
本発明の精神に反しないで変形及び修正を例示の実施の形態に施すこともできる
。したがって、本発明は、前掲の特許請求の範囲の請求項によってのみ範囲を限
定される。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の電子ピペットの好適実施の形態の透視図である。
【図2】 図1のピペットの内部構造及びその構成部品を示す同ピペットの側断面図であ
る。
【図3】 本発明のピペットの電子回路の回路図であって、A、B、C、D、Eは、それ
ぞれ異なる部分を示す。
【図4】 本発明の電子ピペットにおけるステッパモータのコイルを駆動するための電界
効果トランジスタ(FET)のゲートに印加されるPWM信号のタイミング線図
である。
【図4a】 モータの駆動回路における2台のモータHブリッジ制御ゲートへ供給されるモ
ータ駆動信号の1パルス幅変調周期を示すタイミング線図である。
【図4b】 モータ・マイクロ・ステップ位置の関数としてモータ駆動パルス幅変調信号に
対する4つの異なった電力範囲を示す数値テーブルであり、図4b−1および図
4b−2からなる。
【図5】 ピペットに対する10操作速度の各々に対する各マイクロステップのパルス幅
変調モータ駆動信号繰返しパターンを示すテーブルである。
【図6】 零から速度10までピペットが傾斜する際の時間の関数としてのモータ速度を
示すグラフ図である。
【図7】 図6及び図8にグラフ表示されている零から速度10までの加速度/速度傾斜
に対するモータ駆動マイクロステップ・パルス幅変調繰返しパターンについての
数値を表すテーブルであって、a、b、c、d、e、fは、続き合う部分をそれ
ぞれ示す。
【図8】 零から速度10までピペットが傾斜する際の時間の関数としてのモータ加速度
を示すグラフ図である。
【図9】 ピペットに対する各異なった量設定に応答して選択されてメモリ及びマイクロ
プロセッサに記憶された、空気圧力効果及び液体表面張力効果に対する補正率の
適用によって補正される前及び後の典型的ピペット応答を示すグラフ図であって
、a、b、c、d、e、fは、グラフ図に使用されている100マイクロリット
ル範囲ピペット内の各量設定に対するグラフ図のグラフによって示された200
典型的補正値のテーブルの続き合う部分をそれぞれ示す。
【図10】 本発明の電子ピペットの操作手動モードを示すソフトウェア流れ図であって、
Aは開始を含む一部、Bは残りの部を示す。
【図11】 本発明の電子ピペットの操作ピペット・モードを示すソフトウェア流れ図であ
って、Aは開始を含む一部、Bは残りの部を示す。
【図12】 本発明の電子ピペットの操作手動モード、ピペット・モード、及び多モードで
のピペットの操作に含まれるモード・キー・ルーチンを示すソフトウェア流れ図
である。
【図13】 本発明の電子ピペットの操作手動モード、ピペット・モード、及び多モードで
のピペットの操作に含まれるリセット・キー・ルーチンを示すソフトウェア流れ
図である。
【図14】 本発明の電子ピペットの操作手動モード、ピペット・モード、及び多モードで
のピペットの操作に含まれる矢印キー・ルーチンを示すソフトウェア流れ図であ
る。
【図15】 本発明の電子ピペットの操作ピペット・モードでのピペットの操作に含まれる
混合キー・ルーチンを示すソフトウェア流れ図である。
【図16】 本発明の電子ピペットの操作多モードを示すソフトウェア流れ図であって、A
は開始を含む一部、Bは残りの部である。
【図17】 本発明の好適電子ピペットに含まれるマイクロプロセッサ及びステッパ・モー
タを附勢する電池を充電するために使用されている電源からの、時間の関数とし
ての、電圧のグラフ図である。
【図18】 本発明の好適電子ピペットに含まれるマイクロプロセッサ及びステッパ・モー
タを附勢する電池を充電するために使用された電源からの、時間の関数としての
、電流のグラフ図である。
【図19】 本発明の好適電子ピペットに含まれるマイクロプロセッサ及びステッパ・モー
タを附勢する電池を充電するために使用された種々の充電レベルに対するパルス
幅変調デューティ・サイクルのタイミングを示すテーブルである。
【図20】 本発明のピペットの好適方法によって充電される電池に対する、時間の関数と
しての、充電率、開路電池電圧、及び充電容量を示すグラフ図である。
【図21】 本発明のピペットの電源管理操作の電池充電部分を示すソフトウェア流れ図で
あって、aは開始を含む一部、bはaに続く一部、cは残りの部である。
【図22】 本発明の電池充電ルーチンに従ってピペット内の電池の順次充電のために1つ
の電源に接続された2つのピペットを示すブロック図である。
【手続補正書】
【提出日】平成13年4月16日(2001.4.16)
【手続補正1】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の名称】 改良電池式マイクロプロセッサ制御携帯電子ピペット
【特許請求の範囲】
請求項39請求項25記載のピペットにおいて、前記マイクロプロセ ッサ(38)は、ステップ(d)の先または後のいずれか、またはステップ(e )の先またはステップ(e)による操作後のいずれかで操作できるようにプログ ラムされている。
【発明の詳細な説明】
【0001】 (関連出願) これは、1999年3月5日に出願された米国特許出願第09/263,13
2号の一部継続出願である。
【0002】 (発明の分野) 本発明は、ピペットに関し、特に軽量でありかつ延長時間間隔にわたってユー
ザによって容易に操作される電池式マイクロプロセッサ制御携帯電子ピペットに
関する。
【0003】 (背景) レイニン・インスツルメント社(the Rainin Instrumen
t Co.,Inc.)、本発明の讓受者による電池式マイクロプロセッサ制御
握り可能かつ容易に運搬可能な電子ピペットの最初の商業的導入以来、25年よ
り長くの間レイニン・インスツルメント社によって米国内で独占的に販売された
世界的に有名なPIPETMANピペットのような手動ピペットの機能感触及び
操作能力を有する電子ピペットを用意することは、全ての電子ピペット製造業者
の望みであったし、またあり続けている。特にこれに関して、軽量であり、ユー
ザによって容易に握り可能かつ運搬可能であり、かつピペット・ユーザの手及び
前腕に物理的応力及びひずみを生じないで延長時間間隔にわたっていくつかの操
作モードで操作可能である電子ピペットを開発し及び製造することは、電子ピペ
ットを開発し及び製造する全ての電子ピペット製造業者の目標であり続けている
。1984年に導入されたレイニン・インツルメント社のEDP電子ピペット及
びその後継モデルは、前掲の設計判定基準の各々に取り組んだ。レイニンに続い
て、電子ピペットを開発し及び製造する他の会社は、同じ判定基準にまた取り組
んできており、及び数年にわたって電子ピペットはいくらか更に軽量になってお
りかつユーザにかなり優しくなっている。しかしながら、感触特徴及び機能 特徴の点で手動ピペットのそれらに極めて接近する電子ピペットに対する願望は
、完全には決して達成されていない。したがって、本発明によって満足されるよ
うな電子ピペットの必要があり続けている。
【0004】 (発明の要約) 基本的には、本発明は、軽量であり、ユーザの右手又は左手のどちらかで快適
に握り可能であり、かつ異なったユーザ選択標本量及び操作速度に対する異なっ
たユーザ選択操作モードを通してユーザがピペットのマイクロプロセッサ制御操
作を指図することで容易に操作される電子ピペットを用意することによって、前
掲の必要を満足する。異なったユーザ選択標本量及び操作速度に対して異なった
ユーザ選択操作モードを用意するに当たり、またこのようなユーザに優しい電子
ピペットを用意するに当たり、本発明は同時に出願した米国特許出願第09/2
63,131号に詳細に説明された左右対称(bilaterally sym
metrical)設計を含み、この同時出願米国特許出願はここに引用するこ
とによってその内容を本明細書に組み込んである。基本的に、その設計は、軸方
向に長い中空ハウジングを含み、このハウジングは垂直に延びる縦軸及び垂直に
延びかつ実質的に同軸の上側部と下側部を有する。ハウジングの上側部は前方区
画を含み、この区画は前方に面しハウジングの頂部に隣接した英数字ディスプレ
イを含む。このように置かれて、ディスプレイは、ピペットがユーザの右手に持
たれても左手に持たれても、その全操作モード中ユーザが容易に眺めることがで
きる。ディスプレイに加えて、前方区画は、前方に面する制御キーの複数の列(
column)ばかりでなく制御キーの列の下に複数の前方に面するトリガ・ス
イッチを含む。ディスプレイ、制御キーの列、及びトリガ・スイッチは、ハウジ
ングの縦軸に対して左右対称的である。更に、ハウジングの上側部は後方区画を
含み、この区画はハウジング内に含まれるマイクロプロセッサ及び線形アクチュ
エータを附勢する交換可能かつ再充電可能電池を含む。ハウジングの下側部は垂
直に長いハンドルを含み、このハンドルはハウジングの縦軸と同軸である。ハン
ドルは、隣接した左右対称的なかつピペットのユーザによる右手又は左手握りの
どちらか用に垂直に延びる前部及び後部を有する。ハンドルの前部は、ハウジン
グの上側部の前方へ延びかつハウジングの下端まで下向きに垂直に延び、及び1
実施の形態ではピペット先端エジェクタの上側部を内部に含みかつ遮蔽する。設
計の好適実施の形態では、ピペット先端エジェクタは、ハンドルの前部の頂部に
置かれた親指作動押しボタン及び垂直に運動可能な先端エジェクタ・アームを有
し、このアームはハウジングの下をかつピペット先端取付け軸に沿って垂直に延
びて取付け軸の下端近くでこの軸を囲む。このように構成されて、ピペット先端
エジェクタは、先端エジェクタ・アームの下向き運動の際に取付け軸の下端から
ピペット先端を突出させる。このような下向きの運動は、ピペット・ユーザがピ
ペットのハンドルを握っている間にユーザによって押しボタンに加えられる下向
き親指力に応答して生じる。ハンドルの後部は、前部から後方へ延びかつハンド
ルの上端の背から後方へ延びるホックを有する。ホックは、ユーザが親指を自由
にしてハンドルを握ると共に親指で左右対称制御キー、同トリガ・スイッチ、同
押しボタンを所望のいずれかのシーケンスで操作する間に、ユーザの人差し指(
又は、望むならば、中指)の上側に係合する下向きに曲がった下側表面を含む。
この全てをユーザは自由に行う一方、英数字ディスプレイを明瞭に眺める。とい
うのは、ディスプレイは、制御キー及びトリガ・スイッチの操作に応答するから
である。これに関して、ホック、ハンドルの前部と後部、押しボタンとエジェク
タ・アームを含むピペット先端エジェクタは、ハウジングの縦軸に関して全て左
右対称的である。このように配置されて、本発明のピペットは、ユーザの人差し
指をハンドルの後部でホックの下に置いたその左手又は右手のどちらかでユーザ
によって容易にかつ快適に握られる。これは、ユーザの親指を自由にしたまま親
指で望むように制御キー又はトリガ・スイッチのいずれかを操作するようにし、
これらのキー又はスイッチは電子ピペットの種々の操作モードばかりでなくピペ
ットのいくつかの操作モード中ピペットによって吸い込まれかつ放出される液体
の量を調整する。これの全ては、ユーザによって快適に完遂される一方、制御キ
ー、トリガ・スイッチ、及び押しボタンに最小限の親指力しか加えない。それゆ
え、本発明の電子ピペットは、ユーザの親指、手、又は前腕に不当に応力を与え
ないで延長時間間隔にわたって使用可能であって、ユーザの制御の下にピペット
の全ての操作モードでピペットの正確なかつ繰返し操作をできるようにする。
【0005】 本発明の電子ピペットはまた、好適には、比較的簡単な電子制御回路を含み、
この回路は、ソフトウェア制御可能マイクロプロセッサが線形アクチュエータに
含まれたステッパ・モータの巻線に対するパルス幅変調(PWM)駆動信号を発
生するマイクロコントローラとして機能できるようにする。PMW信号は、モー
タのステッピング・レートを定義するクロック・パルスと同期して発生される。
これで、在来の電流センシング又は帰還回路部の使用を要求する制御回路を伴な
って、マイクロコントローラは、PWM信号を発生できるようになる。
【0006】 電子制御回路はまた、ステップ・モータの電力要件を最少限にし、それによっ
てピペットを附勢する電池の電力消散(power drain)を減少させる
。これに立ち代わって、電池の要求される再充電間のピペットの操作寿命を延長
する。
【0007】 電子制御回路はまた、ピペットのユーザに優しい制御を補足し、ユーザがピペ
ットの種々の操作モード間を容易にスイッチしかつ各モードで種々の操作速度間
及びサイクル・カウンティングを含む操作特徴間で選択できるようにする。サ
イクル・カウンティング特徴がピペットユーザによって選択されるときに、ユ
ーザはピペットの操作サイクルについて連続的にアドバイスされる。これは、ユ
ーザが、ピペットの特定操作サイクルの追跡を失わないで、ピペット操作のシー
ケンスを割り込めるようにする。
【0008】 更に、本発明のピペットの電子制御回路は、単一電源から多数のピペットを順
次再充電するようになっている。
【0009】 (発明の詳細な説明) 図1及び2に示したピペット10は、左右対称軽量握り可能電池式マイクロプ
ロセッサ制御電子ピペットを含む。図示したように、ピペット10は軸方向に長
い中空ハウジング12を含み、ハウジングは垂直に延びる縦軸14を有する。ハ
ウジング12は、垂直に延びかつ実質的に同軸の上側部16及び下側部18を含
む。ハウジングの上側部16は前方区画20を含む。区画20は、前方に面しハ
ウジングの頂部24に隣接した英数字ディスプレイ22を含みかつ支持する。デ
ィスプレイは、在来設計のLCDディスプレイである。更に、前方区画20は、
ディスプレイの下に置かれた前方に面する制御キーの複数の(例えば、2つの)
列及び制御キーの列の各々のすぐ下に1つずつ置かれた前方に面する複数のトリ
ガ・スイッチを含みかつ支持する。本発明の図示の実施の形態では、垂直に間隔
を取った上側制御キー26a及び下側制御キー26bは、ハウジング12の縦軸
14の左へ間隔を取った制御キーの第1列を構成する。同様に、垂直に間隔を取
った上側制御キー28a及び下側制御キー28bは、縦軸14からの制御キー2
6、26bの間隔と実質的に等しい距離だけ、縦軸の右へ間隔を取った制御キー
の第2列を構成する。また、トリガ・スイッチ30は制御キー26a、26bの
列の下で軸14の左に区画20内で支持されるのに対して、トリガ・スイッチ3
2は制御キー28a、28bの第2列の下で軸14の右に区画20内で支持され
る。事実、図示の実施の形態では、トリガ・スイッチ30の右側及びトリガ・ス
イッチ32の左側は、縦軸14を含む垂直面上に実質的に横たわる。
【0010】 これに関して、ディスプレイ22、制御キー26a、26b及び28a、28
bの列、及びトリガ・スイッチ30、32は、ハウジング12の縦軸14に関し
て左右対称的であり、かつ以下に説明するようにピペットのユーザがその右手又
は左手にピペット10を握っておりかつディスプレイ22を眺めている間にユー
ザの親指に極く近接していることが、本発明の重要な特徴である。
【0011】 前方区画20に加えて、ハウジング12の上側部16は後方区画34を含む。
図示したように、後方区画34は、マイクロプロセッサ38及びハウジング12
内に支持された線形アクチュエータ41に含まれたステッパ・モータ40を附勢
する交換可能電池36を含む。
【0012】 他方、ハウジング12の下側部18は、ハウジングの縦軸14と同軸の垂直に
長いハンドル42を含む。ハンドル42は、ピペット10のユーザによる握り用
に隣接した左右対称的かつ垂直に延びる前部44及び後部46を有する。
【0013】 図示したように、ハンドル42の前部44は、ハウジング12の上側部16よ
り前方へ拡がる。前部はまた、ハウジング12の下端48まで下向きに垂直に延
び、及びピペット先端エジェクタ50の上側部を内部に含みかつ遮蔽し、エジェ
クタは前部の頂部54に置かれた親指操作押しボタン52を有する。更に、ピペ
ット先端エジェクタ50は、垂直に運動可能な先端エジェクタ・アーム56を含
み、このアームはハウジング12の下をかつピペット先端取付け軸58に沿って
垂直に延びてこの軸の下端59近くで取付け軸を囲む。ピペット先端エジェクタ
50は、周知のPIPETMANピペットに含まれたような在来設計のものであ
ってよく又は本発明の讓受者に讓受されかつここに引用することによってその内
容を本明細書に組み込んである、1997年3月25日に発行された米国特許第
5,614,153号に図示されかつ説明された形を取ってよい。この特許に充
分に説明されているように及びPIPETMANに関して周知であるように、ユ
ーザによって押しボタン52に加えられる下向き親指力に応答して取付け軸58
から、先端60のような、ピペット先端を突出させるのが、ピペット先端エジェ
クタ50の機能である。
【0014】 図示したように、ハンドル42の後部46は、前部44から後方へ延びかつハ
ンドルの上端66の背64から後方へ延びるホック62を有する。ホックは、好
適には、ピペット・ユーザがその右手又は左手でハンドルを握っている間に、ユ
ーザの人差し指又は中指の上側に係合する下向きに曲がった下側表面68を含む
。これは、ユーザが親指を自由にしたまま親指で左右対称のかつ狭い間隔を取っ
た制御キー(26a、26b、28a、28b)、同トリガ・スイッチ(30、
32)、及び同押しボタン(50)を所望のいずれかのシーケンスで操作するよ
うにする一方、ユーザが英数字ディスプレイ22を明瞭に眺めるようにする。と
いうのは、ディスプレイは、制御キー及びトリガ・スイッチの操作に応答するか
らである。これに関して、ホック62、ハンドル42の前部と後部、押しボタン
52及びエジェクタ・アーム54を含むピペット先端エジェクタ50は、ハウジ
ングの縦軸14に関して全て左右対称的である。更に、注意を要するのは、ホッ
ク62の下側表面の最上部70が押しボタン52の頂部72と実質的に同じ水平
面に横たわることである。これは、ピペットの取付け軸からピペット先端を突出
させようと望むとき、種々の狭い間隔を取った制御キー及びトリガ・スイッチば
かりでなく押しボタンを操作するユーザの親指に運動の自由を与えるというよう
に、ハンドル42を握る際にユーザのその手の位置決めを更に助長する。
【0015】 これに関して、左側列内の制御キー26aは、好適には、操作ピペット・モー
ド制御キーを構成するのに対して、同じ列内の制御キー26bはピペットの操作
をリセット又は修正するように設計されている。これについては、全て以下に説
明する。
【0016】 更に、図示のように、制御キーの右縦列内で、制御キー28a、28bは、以
下にまた詳細に説明するように、ディスプレイ22によって表示される数値を制
御する。例えば、制御キー28aの操作は、ディスプレイ22上に指示されるピ
ペット10に対する量設定又は操作速度設定を増すことがある。他方、制御キー
28bの操作は、ディスプレイ22上に指示されたピペット10に対する量設定
又は操作速度設定を減らすことがある。
【0017】 最後に、以下に更に説明するように、ピペットに対する操作「手動モード」で
は、トリガ・スイッチ30、32のうちの第1ユーザ押しスイッチは吸込み動作
又は採取トリガ・スイッチを構成することがあるのに対して、トリガ・スイッチ
のうちの他のスイッチは放出動作トリガ・スイッチを構成することがある。ピペ
ットの他の全ての操作モードでは、トリガ・スイッチ30又は32のどちらかの
操作は、ピペットの操作ユーザ選択モードでのその次のプログラム化ステップを
トリガすることがある。
【0018】 更に特に、本発明のピペットの好適実施の形態では、ピペットの内部構造は、
重心をハンドル42内に有するピペットを与える。これは、平衡ピペットを用意
し、平衡ピペットは頂部も底も重くなくかつユーザがハンドル上のその握りを解
きかつピペットを支持するためにホック42に頼るとき、望ましくない傾斜を生
じない。このような平衡構造は図2に最も明瞭に表してあり、この図は電子ピペ
ットの内部構造を断面で示す。
【0019】 これに関して、注意を要するのは、ディスプレイ22がピペット・ハウジング
12の上側部16の前面を含む表縁(bezel)76内の上側窓74のすぐ背
後かつ同窓内の止め板のような在来の手段によって固定されていることである。
ディスプレイは、前方区画20を区切るためにハウジング12の上側部内に垂直
に取り付けられた印刷配線板78に電気的に接続され、前方区画は図示のように
ディスプレイ22、制御キー(26a、26b、28a、28b)及びトリガ・
スイッチ30と32を含む。
【0020】 制御キー(26a、26b、28a、28b)は、在来設計のものであり、か
つディスプレイ22を含む上側窓74のすぐ下で表縁76内にある窓84内の開
口82内で水平チューブ80によって各々支持されている。チューブ80は、こ
のチューブの前方に露出した端を押しているユーザの親指がチューブの後端及び
それによって坦持された導体素子を印刷配線板78に押し当てて印刷配線板78
上に収容されたマイクロプロセッサ38を作動して、(i)ピペットの操作モー
ドを変化させる又はリセットする、又は(ii)ユーザ選択操作モードによって
取り扱われる液体の量またはこのモードに従うピペットの操作速度のいずれか
変化させる、及び(iii)ディスプレイ22上の相当する英数字表示を変化さ
せるように、軸方向に運動可能である。特に、吸込み及び放出の容積設定及び速
度は、キー28aと28bによって制御されかつ制御キー26aの操作によって
選択された種々のモードでのピペットの操作の修正に反映され、制御キー26b
は「リセット・キー」である。
【0021】 他方、トリガ・スイッチ30、32は、マイクロプロセッサと閉路しており(
in circuit)かつ同時提出特許出願に説明されているように、それら
のスイッチのうちの1つの親指操作は吸込みのようなピペットの操作をするとい
うように、ピペットの操作をする一方、トリガ・スイッチ30、32のうちの他
の親指操作はピペットによる液体の放出のようなピペットの異なった操作をする
というように、ベゼル76に溶接されている又は、そうでなければ、接続されて
いる。
【0022】 更に、図示したように、電池36は、ハウジングの上側部16に含まれた印刷
配線板78と取外し可能ドア85との間の後方区画34に含まれている。電池3
6は、印刷回路板78に接続されたパワー・ジャッキを通す電気接続によってマ
イクロプセッサ38及びモータ40を附勢する。モータ40は、印刷配線板78
の下のピペット10のハンドル42に置かれかつハウジング内の背骨支持体88
上の支持リブ86によって垂直に固定されている。モータ40は、在来設計のも
のであってよくかつ、好適には、電池36で附勢されかつ以下に詳細に説明する
方法でマイクロプロセッサ38によって制御されるステッパ・モータである。
【0023】 図示したように、出力軸89は、ステッパ・モータ40から垂直に延びかつ、
モータ内の回転子の回転が、出力軸89の軸方向運動及びピペット先端取付け軸
56内のピストン90の相当する軸方向運動を生じるというように、ピストン9
0に在来の方法で接続されている。ピペット先端取付け軸58は、立ち代わって
、ハンドル42の下側端から軸方向に延びるねじ込み継輪92にねじ込みナット
91によって固定される。ピストン90は、ばね装荷シール止め94によってピ
ストンの回りで適当な場所に固定されているピストン・シール93を通過する(
ばねは図の明瞭のために除いてある)。
【0024】 また図の明瞭のために、図2に示したピペット先端エジェクタ50では戻しば
ねが除いてある。戻しばねは、押しボタン52とロッド96の反対端に固定され
たエジェクタ・アーム54との間でロッドの回りに延びる。押しボタン52の下
向きの運動は戻しばねによって反対され、かつ押しボタンの解放の際、戻しば
ねが押しボタン及びロッド96をそれらの最上位置へと戻す。
【0025】 ピペット10の操作中、モータ40の出力軸89の軸方向運動は、ピペット先
端取付け軸56内でピストン90の制御された軸方向運動を生じて取付け軸の下
端に固定されたピペット先端60内へ液体を引き込む又はこの先端から液体を放
出する。ピペット10の操作において、ピペットのユーザは、その右手又は左
手にハンドル42を握ると共にその親指又は中指をホック62の下に当てる。こ
れは、ユーザの親指を自由にしたまま親指で押しボタン52、トリガ・スイッチ
30、32、または制御キー26a、26b又は28a、28のいずれかをそ
の望むいずれかのシーケンスで操作するようにする一方、ユーザがディスプレイ
22を明瞭に眺めるようにする。トリガ・スイッチ及び制御キーは、ピペットの
縦軸14に対して左右対称的であって、ユーザの親指、手、又は前腕に応力又は
ひずみを生じるおそれのある力を加えないでユーザの親指によって容易に操作さ
れる。これで、本発明の電子ピペットは、ユーザの親指又は手に疲労又は望まし
くないひずみを生じないで、長期間技術者によって研究所内で操作されるように
なる。
【0026】 図3を形成する図3A、3B、3C、3D、及び3Eに示したように、本発明
のピペットに対する電子制御回路は、全体的に100で指示され、かつ、内部回
路部102を備えたマイクロプロセッサ38(図3D)及び外部支援回路部を基
本的に含むものであって、壁電源(wall power supply)(外
部電源)回路部104(図3A)、電池電力管理及び再充電回路部106(図3
A、3B、3D)、外部リセット回路部108(図3C)、EEPROMメモリ
回路部110(図3B)、基準電圧回路部112(図3B)、外部アナログ・デ
ィジタル(A・D)変換回路114(図3A、3B、3D)、LCDディスプレ
イ22(図3D)、バイアス回路部116(図3D)、及びモータ駆動回路部1
18(図3C、3E)を含む。
【0027】 先に簡単に述べたように、制御回路部110は、電池36又は外部電源37(
図22)から電力を導出してマイクロプロセッサ38を附勢し、マイクロプロセ
ッサは、立ち代わって、ディスプレイ22及び線形アクチュエータ41に含まれ
たステッパ・モータ40の動作を制御する。このような制御は、制御キー26a
、26b、28a、28b(図3Aにそれぞれ機能スイッチSW1、SW2、S
W3、SW4として指示されている)、及びトリガ・スイッチ30、32(図3
BにそれぞれSW4、SW6として指示されている)のユーザ操作に応答し、機
能スイッチ及びトリガ・スイッチは後に説明するようにピペット10用キーボー
ド120を定義する。ディスプレイ22及びステッパ・モータ40のこのような
マイクロプロセッサ制御は、図4b−1、4b−2、5、6、7a〜7f、8、
19に示されたデータのようなマイクロプロセッサ38内のメモリ内へプログラ
ムされ、かつこれに記憶されたデータのテーブルにまたは図9及び9a〜9fに
示されたデータのいずれかのような図3Dに示されたEEPROMメモリ回路部
116内へプログラムされ、かつこれに記憶されたデータのテーブルに基づいて
いる。種々の操作ピペット・モードでのマイクロプロセッサ38の動作は、図1
0A〜16B及び21a〜cに示されたソフトウェア・ルーチン及びソフトウェ
ア・サブルーチンによってまたプログラムされる。
【0028】 これらに関して、ステッパ・モータ40は、マイクロプロセッサ38及びモー
タ駆動回路部118から駆動信号を受信するそれぞれ図3C及び3Eに示された
電流受取り巻線A及びBを含み、モータの回転子を電磁的に駆動して、プランジ
ャに先に述べた縦運動を伝え、プランジャはシリンダ92(図2)内のピスト 含み、ピペット先端60(図1)内へ液体を吸い込みかつ先端から液体を放出
する。更にこれらに関し、かつ図4、4a、4b−1、4b−2、5〜7f、1
7〜21cに関して更に詳細に説明するように、マイクロプロセッサ38内のソ
フトウェア・プログラムの制御の下に、プランジャ90の縦運動は、一連のマイ
クロステップを通してユーザ制御速度にる。特に、マイクロプロセッサ38は
ステッパ・モータに対する駆動信号を発生するようにプログラムされ、駆動信号
はパルス幅変調(PWM)信号であって、ステッパ・モータ運動の速度を決定す
るためにマイクロプロセッサに含まれた内部メモリに記憶されたデータの第1テ
ーブルからマイクロプロセッサによって導出されたステッパ・モータに対する異
なったマイクロステップ位置に相当するデューティ・サイクルを有しかつそのメ
モリに記憶されたデータの第2テーブルからマイクロプロセッサによって導出さ
れた繰返しパターンを有する。
【0029】 これに関して、マイクロプロセッサ38は、PWM駆動信号がオーバラップし
ない位相を有し、それによってステッパ・モータ40の電流受取り巻線A及びB
に印加されるPWM駆動信号のオーバラップが存在しないように、更にプログラ
ムされる。
【0030】 (マイクロプロセッサ) 例として、マイクロプロセッサ38は、図3DにU1として指定したカルフォ
ルニア、サンタクララ、NEC・エレクトロニクス社(NEC.Electro
nics Inc.)によって製造されたμPD753036なる4ビット単一
チップ・マイクロコントローラ(4 Bit Single Chip Mic
rocontroller)のような単一チップ・マイクロコントローラ又はマ
イクロプロセッサを含む。このプロセッサは、1.8Vほどの低い電圧及び5.
5Vほどの高い電圧で動作することができ、かつ16,384×8ビットの内部
ROM又はPROM、768×4ビットの内部RAM、100μA未満の待機電
流、及び4.0mA未満の6.00MHzで動作電流を特徴とする。また、この
マイクロプロセッサは、ポートと呼ばれる群に配置された多数の入出力ピンを有
する。
【0031】 電子ピペット10の機能の多くは、マイクロプロセッサ38のオンボード(o
n−boad)又は内部回路部102によって取り扱われる。電子ピペット10 操作に関して最も重要な内部回路を以下に論じる。
【0032】 (内部回路及びポート) マイクロプロセッサ38は、内部リセット回路を具備している。外部リセット
回108(図3C)がマイクロプロセッサのRESETピンを低にさせるとき、
又は内部ウォッチドッグ・タイマが時間切れするとき、リセット・シーケンスは
開始される。このリセット・シーケンスは、遅延をトリガする。6.00MHz
で、遅延は21.8msである。外部リセット線が解放されかつVCCにもたらさ
れるとき、この遅延は開始する。
【0033】 マイクロプロセッサ38はまた、「メイン・システム・クロック(Main
System Clock)」及び「サブシステム・クロック(Subsyst
em Clock)」と呼ばれる2つの在来発振回路120及び122を有する
。「メイン・システム・クロック」120は、メガヘルツ周波数範囲で動作する
高速発振回路である。発振回路120は、電力を保存するためにマイクロプロセ
ッサ制御の下で停止させることができる。電力投入の際又はメイン・クロックが
プロセッサによって停止させられていた後に再開始されるとき、周波数が安定で
あると保証されかつプロセッサがインストラクション命令を実際に実行する前に
発振器120に5.46msの遅延がある。インストラクション命令実行時間は
、マイクロプロセッサに対するプログラムによって選択された分割比に依存し、
かつ0.67μsから10.7μsの範囲を取ることができる。
【0034】 「サブシステム・クロック」122は、電力保存目的及び時間維持目的のため
に使用されるように意図された低速クロックである。このクロック用の水晶素子 は、32,768Hzのものである。このクロックは、常に活性であるが、しか
し非常に僅かの電流(4μA)しか使用しない。
【0035】 水晶素子自体に加えて、2つの小形コンデンサC2、C3及びC4、C5(2
2pF)が各発振器の動作に必要である。更にまた、300KΩ抵抗器R13は
、サブシステム・クロック122の動作に必要である。
【0036】 いくつかのポートが電子ピペット10に対して重要な特性を有する。ポート6
(P60〜P63)及び7(P70〜P73)は、制御キー及びトリガ・スイッ
チ26a、26b、28a、28b、30、32(SW1〜SW6)に対する回
路を自己バイアスするために使用される。それらの活性化は、関連したマイクロ
プロセッ入力を地絡させる。更に、ポート6のピン60及び61は、以下に説明
するように、電圧基準を附勢する。
【0037】 ポート5(P50〜P53)は、13Vまでの電圧に耐えることができる開放
ドレイン出力である。これは、VCCより高い電圧の存在を扱う際に助けになり、
かつ以下に説明するように電池充電電力を調整するU7として指定された在来の
ジュアル相補形(Dual Complementary)MOSFET内のP
チャネルMOSFETの制御を極めて簡単化する。
【0038】 ポートS(S12〜S31)は、ディスプレイ22のLCDセグメントに対す
る多数の駆動レベルを与える。
【0039】 ポートN(AN0〜AN7)は、マイクロプロセッサに含まれた内部アナログ
・ディジタル(A・D)変換器へのアナログ入力である。A・D変換器は、好適
には、内部サンプル・ホールド(saple and hold)回路を具備し
た8ビット逐次近似変換器である。6.00MHzで、各変換が少なくとも28
μsかかることになる。変換は、ポートAVrefに現れる基準電圧に対して行
われる。この変換基準電圧は、2.5Vに固定されたかつU2として指定された
低ドロップアウト・マイクロパワー3端子基準電圧によって供給される。U2は
、マキシム・インテグレーティッド・プロダクツ(Maxim Integra
ted Products)から入手可能なMAX 6125であってよい。
【0040】 内部A・D変換器は、2つの機能、すなわち、VCC接続点電圧を測定すること
及び壁接続点(Wall Node)電圧を測定することを役目とする(図3A
)。両方の場合に、内部変換器への入力電圧は、外部A・D回路部114内のR
3〜R4及びR4〜R6によって形成される分圧器の作用によって実値の0.4
1倍に低められる。6.00MHzのクロック周波数で、変換は、28μsかか
ることになる。内部A・D変換器への入力がサンプルかつホールドされるので、
信号は全変換期間の間安定である必要はない。しかしながら、AVref入力は
、変換全体の間安定でなければならない。C8は、ディスプイレ22LCDバイ
アス回路部116によって発生されるスパイクを結合する。
【0041】 SPI(直列(Serial))(P00〜P03)ポートは、U8として指
定された直列EEPROMメモリをプログラムしかつ読み出すために使用される
。このポートは、電子ピペット印刷配線板上の「DOパッド(DO Pad)」
入力、DIパッド(DI Pad)」入力、「CLKパッド(CLK PAD)
」入力が利用されるならば、マイクロプロセッサ38への通信ポートとしてもま
た働く。この直列リンクは、プロセッサへ及びこれからの高速双方向通信を与え
る。
【0042】 マイクロプロセッサ38のLCD(S12〜S31及びCOM0〜COM3)
ポートは、メモリに記憶されたセグメント・データをディスプレイ22のLCD
セグメントへ転送する半自律周辺回路である。この回路は、多重化ディスプレイ
を制御するために必要な多数の電圧を自動的に出力する。利用可能な20本のセ
グメント線及び4本の共通線がある。多重化を通して、4つの共通線(COM0
〜COM3)は、80までの個別LCDセグメントを制御することができる。実
多重化回路部の全ては、マイクロプロセッサ38に含まれている。ディスプレイ
上のLCDセグメントを活性化するには、或る1つのビットをメモリに書き込む
。操作モードを選択した後、マイクロプロセッサは、在来方法で、実ディスプレ
イ機能の全てを取り扱う。
【0043】 LCDディスプレイに対するバイアス電圧は、内部A・D変換器に使用される
2.5基準電圧を分圧することによるVLCポート(VLC0〜VLC2)への
入力である。
【0044】 内部A・D変換器に使用される電圧基準U2なるVrefは、LCDディスプ
レイに対するバイアス電圧源としてまた使用される。VLC0は、全2.50ボ
ルト基準信号を受信する。このレベルは、R11及びR10によって更に分圧さ
れて、VLC1及びVLC2に対する第2電圧レベル1.25Vを供給する。
【0045】 (ディスプレイ) ディスプレイ22は、合計57個のアナンシエータ、すなわち、個々にスイッ
チ可能なセグメントを含む無逆光(non−backlit)液晶型のディスプ
レイである。
【0046】 アナンシエータは、次のように所与の時刻にユニットの状態を記述する。すな
わち、 「8.8.8.8」 個々にアドレス指定可能なセグメントを用いた量数字 であって、量を指示する。これらは、他のアナンシエ ータと比較して大きくかつ目立つ。 また、電池が完全に充電されているとき「FULL」 を表示するばかりでなく、他のメッセージを表示する 。 「μl」 量の単位を指示しかつ4番目量表示数字のすぐ右に位 置する。 「88X」 区切りのよい量の個数。個々にアドレス指定可能なセ グメントからなる2つの数字に「X」が続く。多放出 モードにあるとき放出することができる区切りのよい 量の個数を指示するために使用される。量数字の左又 は上に置かれ、それでディスプレイは、例えば、 10x20μL を読み出す。 これらの数字は、サイクル・カウントを指示するため にまた使用される。 「PICKUP」 ユニットがその「ホーム」位置にありかつ或る液体を 吸い込む準備がてきていること、又はそのように行う プロセスにあることを指示する。 「DISPENSE」 ユニットが或る液体を放出する準備ができていること 、又はそのように行うプロセスにあることを指示する 。 「PIPET」 ピペットが(省略時)ピペット・モードにあることを 指示する。 「MULTI] 「dispense」の左に置かれ、このアナンシエ ータは、ユニットが多放出モードにあることを指示す る。結果として、放出する準備のできているとき、デ ィスプレイは、「多放出」を読み出す。 「& MIX」 「Pipet」の右に置かれ、このアナンシエータは 、ユニットが「混合」オプションを活性化されている ことを指示する。 「MANUAL] ユニットが操作手動モードにあることを指示する。 「RESET」 ユニットが全てのその区切りのよい量を放出するのを 済ませたとき、多放出モードでフラッシュしかつユー ザは、残留量を廃棄する又は戻すことを要求される。 リセット機能(すなわち、放出、吹消し、ホーム位置 へ復帰)が遂行されている間にリセット・アナンシエ ータは、点灯(定常)する。 「SPEED」 速度オプションが選択されているとき現在速度設定を 指示する。 「[低電池(low bat)]アイコン」 低電池充電レベルを指示する。 電池が充電を必要とするとき現れる。 「発光ボルト(Lightning Bolt)」アイコン ユニットが充 電電源に接続されていることを指示する。更に、ピペ ット電池が充電を受けているとき、指示器はフラッシ ュする。
【0047】 (外部リセット回路部) マイクロプロセッサ38に対するリセットは、図3Cに示されたリセット回路
部108によって制御されかつマキシム・インテグレーテッド・プロダクツから
入手可能なMAX821RUS(U9)を含むことがある。電力がユニットU9
に最初に印加されるとき、回路は、電力が2.63Vのしきい電圧に達した後1
00msの間リセットを低(接地)に保持する。所与の時間長の間電力が2.6
3Vより下へ降下するならば、回路はリセットをまた低く(接地に)する。リセ
ットを開始するために要求される時間は、2.63Vレべルより下の降下の振幅
及びいかに長く電力がそのレベルより下に滞在しているかの両方に依存する。供
給電流は、2.5μAである。リセットは、1.0Vほどの低い電圧に対しては
低く保持されることを保証される。
【0048】 (EEPROMメモリ回路部110) U8として指定されかつ図3Bに示したEEPROMメモリは、93LC56
ASNのような不揮発性電気的消去可能プログラマブル・メモリである。このメ
モリは、各8ビットの256語を記録するもので、セルフタイム式書込み及び消
去サイクルを有しかつ2.0Vまで下げて動作することができる。更に、このメ
モリは、1,000,000消去−書込みサイクルを経ることができる。動作中
の電流は1Aであるのに対して、待機中の電流は5μAである。
【0049】 データは、3線式SPI直列リンクを経由してEEPROMメモリ110へ及
びこれから転送される。更に、CSピンが具備され、これは活性高(HIGH)
である。
【0050】 電子ピペットの正規操作中、EEPROMのプログラミングが要求されないと
き、U8は附勢されない。これは、GND端子、ピンVSSをVCC接続点電圧に取
ることによって完遂される。情報がU8に書き込まれない又はこれから読み出さ
れない正規操作中、U7 NチャネルMOSFETは使用可能とされず、マイク
ロプロセッサのポート・ビットP81は低である。この作用は、U8に対する電
力帰路を否定する。SPIポートの線P03、P02、P01はU8の線の全て
を同じ電圧レベルにもたらすために高に保持されねばならないことに、また注意
されたい。
【0051】 ポート・ビットP80は、正規操作中また高に保持するものとする。これは、
3つの方法のうちの1つによって完遂することができる。最も好適なのは、その
線を3状態(浮動)条件に置きかつEEPROM回路部110のR1にその線を
CC接続点電圧にまで引き上げさせることである。これに代えて、ポート・ビッ
トP80は、入力にすることができ、かつソフトウェアで使用可能とされる内部
プルアップ抵抗器の作用によって受動的に引き上げられる。又は最後に、線P8
0は能動的に高状態へ駆動することができるが、これは3つのオプションのうち
で最も望ましさに欠ける。
【0052】 EEPROMを読み出す又は書き込むことが必要になるときは、ポート・ビッ
トP81を高にもたらす。この作用は、U7内のNチャネルMOSFETをター
ンオンし、U8上のVSSピンに対するGNDへの通路を用意する。P80が3状
態条件にあるならば、この作用は、R1の作用を通してCS線を低へ引き下げる
ことになる。P80が能動的に駆動されるならば、VSSピンをGNDに取った後
直ちに又は取る前に直ちにP80を低状態にセットするものとする。P80が内
部プルアップ抵抗器の作用によって受動的に引き上げられるならば、それを直ち
に出力にして、かつ低へ駆動するものとする。
【0053】 U8のピンCSは能動高入力でありかつそれが高である限り、チップは使用可
能とされる。いったんチップU8が電力投入されかつ安定休止(idle)状態
にあるならば、CS線、データ入力(Data In)線、データ出力(Dat
a Out)線、及びクロック(Clock)線は、そのチップからの読み出し
及びチップに書き込むために正規方法で使用することができる。これらの線は、
データ伝送用工業標準SPIプロトコルに従う。
【0054】 U8の電力を切る理想的なシーケンスは、P80を3状態に置くことである。
P80をR1の作用で低状態に保持するものとする。P02及びP01を高にセ
ットするものとする。最後に、P81を能動的に低にさせるものとする。U7内
のNチャネルMOSFETのドレインの電圧が立ち上がるに連れて、R1はCS
をチップ上の線の残りと共に引き上げるはずである。このようにして、CS線は
他の線よりも決して速く立ち上がらず、したがって、EEPROMは決して使用
可能とされないことになる。
【0055】 次のパラメータは、在来方法で図3Aの電池接続器J3を介してパーソナル・
コンピュータ又はワーク・ステーションへの接続を通してEEPROMメモリU
8内へ記憶される。 a. EEPROMデータ・セットのバージョン# b. ピペットの全目盛量範囲(2、10、20、100、200、1000 、2000μL) c. オフセット・テーブル(全てのモードに使用される同じテーブル)。E EPROMメモリの230バイトに関する用途。各バイトは、ピペット の量設定に相当しかつ各量におけるオフセットの±254マイクロステ ップを見込む。 d. 多放出残留値 e. 多放出オーバシュート値 f. 多放出オーバシュート休止持続時間 g. ピペット・モード及び多放出モードに対する速度制限。 h. 走行方向を変えるときモータ運動に加えられる(バックラッシュに対す る)手動モード・ヒステリシス。 i. トリガ・ダブルクリック最長遅延時間 j. 長いキー押し最短時間。このパラメータは、モード又はリセット・キー が「長い押し(long press)」に対して充分に長く押された かどうか判定するために使用される。 k. 各モードに対して(電力投入の際にセットされた)省略時速度設定。
【0056】 (モータ駆動回路部118) モータ駆動は、SOIC 8ピン・パッケージ内の4つのMMDF2C01H
Dジュアル相補形MOSFET(U3〜U6)で構成される。各パッケージは、
PチャネルMOSFET及びNチャネルMOSFETの両方を含む。各FETは
、12Vまでで2Aを取り扱うことができる。パッケージの電力消散は、2ワッ
トである。Nチャネルについてドレイン・ソース間抵抗(Rds)は0.045
オーム及びPチャネルについて0.18オームである。
【0057】 これらのMOSFETは、クラシックなHブリッジ構成に配置されている。各
FETは、マイクロプロセッサによって個々に制御される。
【0058】 リセット状況、電力投入状況、又は吹消し状況中の事故導通を防止するために
、各PチャネルFETは、51KΩプルアップ抵抗器によってVCC接続点電圧へ
引き上げられる。
【0059】 マイクロプロセッサ38のポート2(P20〜P23)及び3(P30〜P3
3)からの全て8ビットは、相補形FET対U3〜U6のゲートに直接接続され
る。U3〜U6は、図3C及び3Eに示したようにステッパ・モータの2つの巻
線A及びBを駆動する2つの全Hブリッジ駆動を形成する。この回路は、電流セ
ンシング又はモータからの帰還のない簡単なクラッシク回路である。このような
簡単な回路は、通常、ステッパ・モータに対する正規全ステップ駆動又は半ステ
ップ駆動に関連している。この回路は、マイクロステッピングに関連しない。な
ぜならば、この回路は、比較器への帰還を用いた通例のモータ巻線電流センス及
びモータ電流にマイクロステップ・コントローラからの制御信号の追跡をさせる
パルス幅変調(PWM)駆動を形成する関連回路部を欠くからである。通例のマ
イクロステップ駆動回路では、PWM信号の周波数又は周期は、マイクロステッ
プ・コントローラからのモータ・ステッピング・レートとは非同期である。
【0060】 ステッパ・モータのマイクロステップ制御は、簡単な全又は半ステッピングに
わたることが望ましい。なぜならば、この制御は、モータ位置決めのかなりの微
細制御を行うばかりでなくモータを高速でかなり効率的に運転(すなわち、モー
タへの所与の入力に対してモータからのより多い出力)させるからである。これ
らの特性の両方共、電池式電子ピペットにとって重要である。
【0061】 PWM周期がステッピング・レートと同期しているならば、モータのマイクロ
ステップ制御は、図3に示した簡単な回路で以て達成される。これは、マイクロ
プロセッサ38に2つのHブリッジへPWM信号を発生させ、かつ各マイクロス
テップを整数個のPWM周期に対応させることによって完遂される。最高モータ
速度で、各PWM周期は、1つの新マイクロステップに対応することになる。図
4は、最高速度(すなわち、PWM周期とマイクロステップとの間の1:1の対
応)で運転している17マイクロステップ時間間隔にわたるHブリッジ・ゲート
駆動に対するタイミング線図を示す。各PWM周期は、所与のマイクロステップ
中のモータ巻線への所望駆動電流に相当して異なったデューティ・サイクルを有
する。
【0062】 マイクロプロセッサ38は、全ステップを16マイクロステップに分割する。
したがって、電気回転(electrical rotation)の全360
度(すなわち、4全ステップ)が64マイクロステップを含む。図4は、最高速
度で45度の電気位置から135度の位置へ移行するゲート駆動信号を示す。各
モータ巻線へのデューティ・サイクルは、5.625度増分で進む正弦関数及び
余弦関数に相当する。周期1は、両モータ巻線が等しい電流を受け取る電気回転
の45度に相当する。巻線A、余弦関数はポート2(P20からP23)から駆
動され、及び巻線B、正弦関数はポート3(P30から33)から駆動される。
両ポートは、45度及び135度で等しいデューティ・サイクルを有する。第1
7周期(マイクロステップ)は、135度の電気位置に相当する。PWM周期は
約188マイクロ秒に等しく、これは各モータ巻線への約5.32kHzのPW
M駆動周波数に相当する。1PWM周期が1マイクロステップに相当する最高速
度で、ステッピング・レートは、毎秒332の全ステップ(5.32kHzを1
6周期毎全ステップで除したもの)である。
【0063】 PチャネルFETは、通常、ゲート駆動を低に維持することによってオンに維
持される(P21、P23、P31、P33)。PチャネルFETがターンオフ
される(ゲートが高へ移行する)時間のみが、対応するNチャネルFETがター
ンオンされる(ゲートがP20、P22、P30、P32によって高へ駆動され
る)ときである。使用されるFETは低しきい値、高速FETであり、それで、
小さい保護周波数帯(guard band)がPチャネルFETの各スイッチ
ング・エッジに加えられて、対応するNチャネルFETがターンオンする前にそ
れらのPチャネルFETがオフするのを保証する。これは、スパイクがスイッチ
ング遷移中に相補形FET対を通して流れるのを回避する。周波数保護帯は、図
4の第1周期のみを示した図4aに容易に見ることができる。周期1の始まりに
、P21は、高に移行してまずPチャネルFETをターンオフする。マイクロコ
ントローラ上で約1マシン・サイクル遅れて(2.67マイクロ秒)、P20は
高に移行してNチャネルFETをターンオンする。約77マイクロ秒遅れてP2
0は低へ移行してNチャネルFETをターンオフし、それから2.7マイクロ秒
の後でP21がPチャネルFETをターンしてオンに戻す。巻線Aの他の側は、
P23によって駆動されるPチャネルFETによって給電レールに接続を維持さ
れる。周期1の残りの間に巻線Aの両側は給電レールに結合を維持されて、巻線
に電流が最少限の外部損失で循環できるようになる。
【0064】 巻線Bは巻線Aと類似の様式でポート3によって駆動されるが、ただし先行技
術PWM回路から期待されるであろうように「オン」部分が第1周期の始まりで
はなくて終りにあることを除く。2つの巻線をPWM周期の異なった端で駆動す
ることの利点は、もし正弦関数のピークPWMデューティ・サイクルが約70%
を超えず、したがって45度点で正弦及び余弦PWMデューティ・サイクルが各
々50%を超えないならば、両巻線を同時にオンにするのを回避することが可能
であるということである。Pチャネル周波数保護帯及びマイクコントローラ処理
時間を見込むならば、実用ピーク・デューティ・サイクルは(70%よりはむし
ろ)60%に近く、各巻線に対して45度点で約42%のデューティ・サイクル
を生じる。60%未満のPWMピーク・デューティ・サイクルは、両巻線が同時
には決してオンでないことを保証する。両巻線を同時にオンにしないことの利点
は、それが電源からの電流変動(リプル)を顕著に減少させ、それによって供給
電圧リプルを減少させるということである。減少電流リプルのために、電圧リプ
ルを許容限界内に維持するために給電レール上の小さい値のバイパス・コンデン
サ(C1及びC6)を使用できるようになる。またもっと厳しい制約は、ユニッ
トを附勢しかつ電池を充電するために使用される壁電源37(図22)が電池で
厳しい高速電流制限作用2.6C率(1.04アンペア)を持つ事実によって起
こされる。もしモータが壁電源から1.04アンペアより多く引き出そうと試み
たならば、バイパス・コンデンサ(C1及びC6)のみが電流制限点を超える電
流を供給するので供給電圧は急速に降下することになる。この潜在的問題は、両
巻線が同時にオンであるのを許さないことによって容易に回避される。
【0065】 PWM周期に同じデューティ・サイクルを繰り返させることによって、すなわ
ち、逐次駆動パルスのデューティ・サイクルのマイクロコントローラ制御によっ
て、モータをかなり低速で運転することができるのは、本発明の好適実施の形態
の重要な特徴である。もしマイクロステップにデューティ・サイクルも2つの
PWM周期に使用されたとしたならば、モータ速度は最高速度の2分の1である
ことになる(すなわち、PWM周期とマイクロステップとの間の2:1対応)。
もし毎ステップが3PWM周期に使用されたとしたならば(3:1比)、モータ
速度は最高速度の3分の1であることになる、以下同様。かなり微細な制御には
各々マイクロステップを同じ量だけ繰り返す必要はない。例えば、16番目毎
のマイクロステップを1回繰り返しかつ他の15マイクロステップは繰り返さな
いならば、結果の速度は最大速度の94.12%(16/17)であることにな
り、同様に、8番目毎のマイクロステップを1回繰り返すならば、結果の速度は
再高速度の88.89%(8/9)であることになる。16番目毎のマイクロス
テップを1回よりも低い頻度で或る1つのマイクロステップを繰り返すことによ
って最高速度にかなり近い速度をまた得ることができる。10の異なったピペッ
ト速度は、所望のモータ速度を与えるために、基本的に適当な繰り返しパターン
を使用する。図5のテーブルは、マイクロプロセッサ・メモリに記憶されている 対応 テーブルで以て本発明の特徴を示す。
【0066】 停止から指定ピペッティング速度へ加速されるとき、図7a〜7bに示したそ
れと類似の加速度テーブルが使用され、これは、速度が指定運転速度に漸近的に
接近するというようにマイクロステップ・デューティ・サイクルがPWM周期内
で繰り返されるパターンを定義する。図6及び図8は、そのデータを示したグラ
フである。加速度傾斜(減速には逆をたどる)は、加速度を定義しかつ制限する
。加速度は、モータが逐次かなり微細な速度変化を行うことによってその最高速
度に接近するに従って下げられる。マイクロプロセッサがステッパ・モータの動
作にこのような制御を施せるようにデータに対応のテーブルがマイクロプロセッ
サに記憶されている。
【0067】 上に概説した簡単化マイクロステップ回路及び方法から得られるモータ電流は
、通例の先行技術PWM駆動回路におけるように供給電圧に無関係でない。むし
ろそれは供給電圧依存性である。本発明に使用されるLiイオン電池36からの
電池電圧は、電池がほとんど枯渇しているときの3.2ボルトから電池が全容量
に充電されているときの4.1ボルトまで変動する。同じ振幅(すなわち、ピー
ク・デューティ・サイクル)正弦または余弦テーブルがこの電圧範囲全体を通し
て使用されるならば、モータへの電力はその電圧範囲にわたって電圧比の平方だ
け変動することになる(すなわち、3.2ボルトにおけるよりも4.1ボルトに
おける方が64%多い電力)。壁電源から附勢されている間にピペットが使用さ
れるとき、供給電圧は典型的に5.3ボルトであって、これは、同じテーブルが
使用されるならば、3.2ボルトに比較してほとんど3倍も多い電力をモータへ 供給する 。使用されるマイクロコントローラは、先に説明したように、マイクロ
プロセッサ・アナログ・ディジタル変換器を用いて供給電圧を測定する能力を有
する。上の欠点は、供給電圧を異なった範囲に分割しかつ各範囲に対して異なっ
た振幅の正弦または余弦テーブルを使用することによって極めて減らすことがで
きる。これは、異なった範囲に対してモータ電流を正規化することを可能にする
。本発明のマイクロプロセッサは、供給電圧を4つの範囲に分裂させるようにプ
ログラムされ、かつ4つ異なった振幅の正弦または余弦テーブルを有し、これ
らが異なった範囲の間でモータ電流を正規化する。これは、図4b−1及び図4
b−2のテーブルに示してあり、かつモータ電流を減少させ、それゆえ全供給電
圧範囲にわたって電力変動を遥かに小さい値に減少させる効果を有する。使用さ
れる範囲は、3.200から3.476、3,476から3.775、3.77
5から4.1、及び5.0から5.6である。これは、電池電圧範囲について、
ちょうど1つの範囲が使用されるとした場合の電力変動を64%から3つの範囲
が使用される場合の18%未満に減少させ、第4範囲は壁電流に対して使用され
る。供給電圧の関数として異なった電力範囲を使用することは、不必要な電池電
力消散(battery drain)を減少させる効果を有し、それによって
電池寿命を顕著に延長する。また、壁電源の流出(running off)の
ときモータ電力定格を超える可能性を除去する。
【0068】 (操作ピペット・モード) 本発明の図示の実施の形態において、及び先に説明したように、制御キー26
は、ピペット用キーボード内の「モード」制御キーを含む。「モード(Mode
)」キーは、3つの操作正規ピペット・モードをくまなくトグル又は回転する。
モード・キー用マイクロプロセッサ38のソフトウェア・ルーチンを図12に示
す(「モード・キー・ルーチン)。図示したように、モード・キー・ルーチン内
へのエントリは、マイクロプロセッサ内の内部タイマを開始させる。タイマは、
プリセット持続時間をEEPROM110に記憶ている。モード・キーがプリ
セット持続時間以上に長い時間間隔の間押されるならば、リセット・キーの「長
い押し」が起こっておりこれが所与のモードに対するオプション・メニューを活
性化し、かつモード・キーを更に押すと所与のモードに対する利用可能オプショ
ンをくまなく回転する。他の長い押しは、オプション・メニューを不活性化して
、更にモードを選択する押しをしてよいようにする。 モード: 1. ピペット 2. 手動 3. 多放出
【0069】 上向き及び下向き「矢印」キー28a、28bは、図14に示したマイクロプ
ロセッサ・ソフトウェア・ルーチンに従って量又は速度のようないずれかの選択
パラメータを編集又は変えるために使用される。
【0070】 第4キー26b、「リセット(Reset)」は、ユニットがその元の位置に
あるかどうかに依存して2つの主要な機能を有する。1ピペットが元の位置(す
なわち、放出の準備ができている又は多放出モードでその区切りよい量の全てを
放出し済みである)にないならば、リセット・キーを押すことが図13に示した
マイクロプロセッサ・ソフトウェア・ルーチンに従ってピペットに放出、吹消し
の実行、及び元の位置への復帰を行わせる。装置が元の位置にあり、採取の準備
ができているとき、リセット・キー26bは、選択モードで編集することができ
る種々のパラメータをくまなくトグル又は回転するために使用される。例えば、
多放出モードでは、このキーは、区切りのよい量の個数と放出量との間でトグル
するために使用されるので、どちらか1つを編集することができる。
【0071】 ピペット10に対する次の操作モードの各々で、ピペットは、シリンダ92内
のプランシャ90に縦運動を伝えるために回転子を電磁的に駆動する電流受取り
巻線A及びBを備えたモータ40、及びモータに対する駆動信号を発生するよう
にプログラムされたマイクロプロセッサ38を含む制御回路110を含む。それ ぞれの このような操作モードで、制御回路110は、ディスプレイ22、マイク
ロプロセッサ内に操作ピペット・モード、液体採取量、液体放出、ピペットの操
作を制御するピペット操作速度信号とピペット・リセット信号、及びディスプレ
イ上の英数字ユーザ読取り可能表示を発生するためにマイクロプロセッサに電気
的に接続されたユーザ操作可能制御キー26a、26b、28a、28b、デー
タのテーブルを記憶しかつピペットの操作を制御するためにマイクロプロセッサ
によってアクセス可能かつ使用可能なそのメモリ、制御キーのユーザ操作によっ
て選択されたピペット操作をトリガする少なくとも1つのユーザ操作可能スイッ
チ30、32を含む。それぞれのこのような操作モードで、マイクロプロセッサ
は、「モード」キーを定義する制御キーのうちの第1キーの逐次ユーザ操作に応
答して操作の逐次ユーザ選択モードに順次に入るようにかつ各選択モードでピペ
ットの操作を制御するように、更にプログラムされ、それであるから (a) オプション・キーを定義する制御キーのうちのモード・キー又は他
のキーの第2動作は、マイクロプロセッサに選択モードのみに対して第1操作オ
プションを表示するようにディスプレイを制御させ、 (b) 制御キーのうちの第2キーは「上向き」キーを定義し、その操作は
マイクロプロセッサに操作オプションの活性化又は不活性化、或は操作オプショ
ンに関連した数値表示について増える値を指示するようにディスプレイを制御さ
せ、かつ (c) 制御キーのうちの第3キーは「下向き」キーを定義し、その操作は
、マイクロプロセッサに操作オプションの活性化又は不活性化、或は数値表示に
ついて減る値を指示するようにディスプレイを制御させ、かつ (d) トリガ・スイッチのその後のユーザ操作は、先端内へ液体を採取す
る上向き方向に、次いで先端から液体を放出する下向き方向に、操作オプション
によって拡大された選択モードでプランシャを駆動するようにモータを作動する
【0072】 また、マイクロプロセッサは、各選択モードで、オプション・キーの逐次ユー
ザ操作がマイクロプロセッサに選択モードのみに対して、逐次操作オプションを
順次表示するようにディスプレイを制御させ、各オプションは制御可能で上の(
b)及び(c)に従うように、更にプログラムされる。なお更に、マイクロプロ
セッサ38は、モード・キーがモード・キーの瞬時押しよりも長い時間間隔の間
のモード・キーの初期持続押しとこれに続くモード・キーの逐次瞬時押しに応答
して逐次操作オプション間をステップするオプション・キーとして機能するよう
に、好適には、プログラムされる。また、マイクロプロセッサ38は、ディスプ
レイが操作オプションを出る一方、「リセット」キーを定義する制御キーのうち
の第4キーのユーザ操作またはモード・キーのうちのいずれかのその後の持続押
しに応答して選択モードに留まっているように、好適には、プログラムされる。
【0073】 なお更に、マイクロプロセッサ38は、リセット・キーの瞬時押しよりも長い
時間間隔の間のリセット・キーの初期持続押しに応答してリセット・キーがディ
スプレイ内の表示パラメータを零と読み出すように、好適には、更にプログラム
され、及びピペット先端から流体を吹くようにシリンダ内のプランジャを駆動す
るためにリセット・キーの瞬時ユーザ操作に応答して「吹消し」操作に入るよう
に、更にプログラムされる。また、マイクロプロセッサ38は、リセット・キー
の各逐次瞬時ユーザ操作がマイクロプロセッサに上向き又は下向きキーのユーザ
操作による編集用複数の逐次操作パラメータのうちの異なった1つを順次に表示
するようにディスプレイ22を制御させるように、好適には、更にプログラムさ
れ、及び、ピペット操作選択モードでピペットの操作の逐次サイクルの間異なっ
た表示をピペット・ユーザに明瞭に表示するようにディスプレイをカウントしか
つ制御し、それによって、ユーザがピペット操作のいずかの周期に対するピペッ
トの操作サイクルを決定できるように、更にプログラムされる。
【0074】 以下に説明するように、ピペット10の操作モードのうちの1つは手動モード
である。そのモードでは、ピペットは、制御キーのユーザ操作によって選択され
たピペット操作をトリガするために2つのユーザ操作可能スイッチ(30、32
)を利用する。手動モードでは、マイクロプロセッサ38は、モード・キーのユ
ーザ操作によって選択された操作の手動モードに入りかつ手動モードでピペット
の操作を制御するように、更にプログラムされ、それであるから (a) ユーザによって操作されたトリガ・スイッチのうちの第1スイッチ
は「上向き」トリガを定義し、その作動はマイクロプロセッサに先端内へ液体を
採取する上向き方向にプランジャを駆動するようにモータを制御させ、かつ (b) ユーザによって操作されたトリガ・スイッチのうちの第2スイッチ
は「下向き」トリガを定義し、その作動はマイクロプロセッサに先端から液体を
放出する下向き方向にプランジャを駆動するようにモータを制御させ、かつ先端
内の液体の量を指示するようにディスプレイを制御させる。更に、手動モードで
は、マイクロプロセッサ38は、ピペットの操作を制御するために更にプログラ
ムされ、それであるから、プランジャを液体の吸込み又は採取を開始しようと準
備している場所に置いた元の位置にある間にディスプレイは、採取することので
きる最大量を表示し、及び、 (a) 「上向き」キーは、マイクロプロセッサに、「上向き」キーがユー
ザによって操作されるに連れて、先端によって採取される液体の選択最大量につ
いて増える値を指示するようにディスプレイを制御させ、かつ (b) 「下向き」キーは、マイクロプロセッサに先端によって採取される
液体の選択最大量について減る値を指示するようにディスプレイを制御させる。
なお更に、手動モードで、マイクロプロセッサ38は、それぞれ上向きトリガ及
び下向きトリガがユーザによって操作されるに連れて液体の採取及び放出の速度
を高めるように、更にプログラムされる。
【0075】 以下に説明するように、手動モードで、マイクロプロセッサ38によってアク
セス可能なメモリに記憶されたデータのテーブルのうちの1つは、ピペットによ
る液体の採取及び放出に関連した液体量誤りを減少させるためにピペットと関連
した最大採取量に対する補正率を含み、かつ補正率は量誤りを補正するためにモ
ータの採取運動及び放出運動に加えられる。更に、手動モードで、マイクロプロ
セッサ38は、ピペット操作手動モードでのピペットの操作の逐次サイクルの間
ピペット・ユーザに異なった表示を明瞭に表示し、それによってユーザがピペッ
ト操作のいずれかの周期に対するピペットの操作サイクルを決定できるようにデ
ィスプレイをカウントしかつ制御するように、更にプログラムされる。
【0076】 以下に更に詳細に説明するように、ピペット10に対する操作ピペット・モー
ドで、マイクロプロセッサ38は、ピペットの操作を制御するように、更にプロ
グラムされ、したがって (a) 「上向き」キー操作は、マイクロプロセッサに先端によって採取さ
れる液体の選択量について増える値を指示するようにディスプレイを制御させ、
かつ (b) 「下向き」キー操作は、マイクロプロセッサに先端によって採取さ
れる液体の選択量について減る値を指示するようにディスプレイを制御させ、か
つ (c) トリガ・スイッチのうちのいずれかの第1ユーザ操作は、先端内へ
液体の選択量を採取するために上向き方向にプランジャを駆動するようにモータ
を作動し、かつ (d) トリガ・スイッチのうちのいずれかの第2ユーザ操作は、先端から
液体の選択量を放出するために下向き方向にプランジャを駆動するようにモータ
を作動する。更に、ピペット・モードで、メモリに記憶されたデータのテーブル
のうちの1つは、制御キーのユーザ操作によって選択された操作速度設定に従っ
てモータの動作速度を制御する線形アクチュエータに印加される駆動信号を制御
するインストラクション命令を含み、及びメモリに記憶されたデータのテーブル
のうちの他のテーブルは、ピペットによる液体の採取及び放出に関連した液体量
誤りを制御しかつ除去するために制御キーのユーザ操作によって選択された液体
採取量の種々に対する補正率を含む。手動モードのように、ピペット・モードで
、マイクロプロセッサ38は、ピペット・モードでピペットの操作の逐次サイク
ルの間異なった表示をピペット・ユーザに明瞭に表示するようにディスプレイを
カウントしかつ制御し、それによって、ユーザがピペット操作のいずかの周期に
対するピペットの操作サイクルを決定できるように、プログラムされる。ピペッ
ト・モードに独特に、マイクロプロセッサ38は、(i)液体の選択量を放出す
るためにプランジャが元の位置に接近する際トリガ・スイッチのうちの1つのユ
ーザ操作に応答してプランジャが元の位置に達するとき液体の第2選択量を採取
し、かつ(ii)液体の第2選択量を放出し及び液体の選択量と混合するように
、更にプログラムされる。
【0077】 以下に更に詳細に説明するように、操作多放出モードで、マイクロプロセッサ
38は、ピペットの操作を制御するために、更にプログラムされ、それであるか
ら (a) 「上向き」キー操作は、マイクロプロセッサに先端によって放出さ
れる液体の選択量について増える値を指示するようにディスプレイを制御させ、
かつ (b) 「下向き」キー操作は、マイクロプロセッサに先端によって放出さ
れる液体の選択量について減る値を指示するようにディスプレイを制御させ、か
つ (c) 制御キーのうちの第3キーは「リセット」キーを定義し、その作動
はマイクロプロセッサにピペットが放出することができる選択量の液体の区切り
よい量の個数に相当する数を指示するようにディスプレイを制御させ、この数は
「上向き」キー及び「下向き」キーの操作によって調節可能であり、かつ (d) 以下に「多放出モード」について説明すると、トリガ・スイッチの
うちのいずれかの第1ユーザ操作は、区切りよい量の数の選択量倍に等しい量を 超える液体の量をピペット 先端内へ採取するために上向き方向にプランジャを駆
動するようにモータを作動し、かつ (e) トリガ・スイッチのうちのいずれかの第2ユーザ操作は、先端から
液体の選択量を放出するために下向き方向にプランジャを駆動するようにモータ
を作動し、これは前記個数の約数がピペットによって放出されるまでトリガ・ス
イッチのいずれかの各第2動作に対して繰り返される。手動モード及びピペット
・モードでのように、多放出モードで、メモリに記憶されデータのテーブルのう
ちの1つは、制御キーのユーザ操作によって選択された操作速度設定に従ってモ
ータの動作速度を制御する線形アクチュエータに印加される駆動信号を制御する
インストラクション命令を含み、及びメモリに記憶されたデータのテーブルのう
ちの他のテーブルは、ピペットによる液体の採取及び放出に関連した液体量誤り
を制御しかつ除去するために制御キーのユーザ操作によって選択された液体採取
量の種々に対する補正率を含む。更に、多放出モードで、マイクロプロセッサ3
8は、「吹消し」モードに入るためにモータを制御するように更にプログラムさ
れ、吹消しモードで、モータは、プランジャがプランジャに対する元の位置に達
した後先端内に残留している液体を吹き消すように元の位置を超えてプランジャ
を駆動する。
【0078】 (ピペット・モード) ピペット・モードは、図11A及び11Bのソフトウェア流れ図に示されかつ
ディスプレイ22上の点灯「ピペット(Pipet)」アナンシエータによって
指示される。上向き及び下向き矢印キー28a及び28bは、量を変えるために
使用される。矢印キーは、ピペットがオンしている「採取」アナンシエータによ
って指示されたその元の位置にあるときに限り能動的である。トリガ・キー30
又は32のどちらかが押されると、ピペットは速度設定に相当するモータ速度で
指示された量を吸い込む。図11Aのソフトウェア流れ図に指示したように、ピ
ペット10がそのピペット・モードにあるとき、トリガ・スイッチ(30、32
)の活性化による液体のユーザ選択量の各採取は、補正しなければ選択量よりも
少ない吸込み量を生じることになる流体効果(fluid effect)を補
正するためにモータ運動にオフセットを加える。このような誤りは図9の下側曲
線によって示されるのに対して、各選択量に対する補正率は図9の上側曲線によ
って示される。図9a〜9fは、ピペット10に対する種々のユーザ選択又は「
設定」量に対するこのような補正率のテーブルを図表形式で示す。このようなデ
ータのテーブルは、EEPROMメモリU8に記憶され、かつモータ40の巻線
A及びBへの駆動信号を含むパルスの列にマイクロステップとしてパルスを加え
るためにマイクロプロセッサ38によってアクセスされる。この結果、液体の選
択量を先端60内に引き込むためにシリンダ内のプランジャ90の縦運動にオフ
セットを加える。
【0079】 吸込みの完了で、放出アナンシエータがターンオンすると同時に採取アナンシ
エータがターンオフする。どちらかのトリガが押されると、ピペットは速度設定
に従う速度でその全量を放出し、吹消しストロークを通して吹消しの底まで行き
、そこで1秒休止し、それから元の位置へ復帰する。ピペットは、吹消しストロ
ークに入る前に、速度設定によって決定された時間間隔(一般に、速度が遅いほ
ど長い)の間休止することになる。ピペットが吹消しの底に達するときトリガが
押し下げられるならば、ピペットは、トリガが解放されるまで吹消しの底に滞在
する。
【0080】 図12に示したように、モード・キーが長持続時間(1秒を超える)の間押さ
れると、ピペット・モードに対するオプション・メニューは活性化される。表示
された第1項目は、オション・メニューの先行アクセスから表示された最終項目
であることになる(速度は初期化後省略時オプションである)。モード・キーの
逐次正規押しは、下にリストしたピペット・モードに対する利用可能オプション
をくまなくトグルすることになる。すなわち、 a. Speed b. & Mix c. Cycle Counter
【0081】 速度が選択されると、「Speed」アナンシエータは点灯しかつ速度設定は
量表示の第1数字でフラッシュすることになる。上向きまたは下向きのいずれか 矢印キーは、速度設定を変えるために使用することができる。速度設定は、各
モードに対して一意である。初期電力投入の際に選択される省略時設定は、何を
EEPROM U8内へプログラムするかによって決定される。これは、典型的
に、ピペット・モード及び多放出モードに利用可能である最高速度であり、及び
手動モードに利用可能な中速度であることになる。選択可能速度は、1から10
の番号を付けられることになる。次の表は、各操作モードに対する速度設定に要
する時間を指示する。
【0082】
【表1】
【0083】
【表2】
【0084】 どちらかのトリガの押しの結果、選択速度でピペット・モード量を採取しかつ
オプション・メニューを出ることになる。モード・キーの長い押し又はリセット
・キーの押しの結果、オプション・メニューを出ることになる。モード・キーの
正規押しは、混合オプションにトグルすることになる。
【0085】 図15のソフトウェア流れ図に示したように、混合オプションがオプション・
メニューで選択されると、「& Mix」アナンシエータは点灯しかつ量数字表
示は「OFF」又は「On」を読み出すことになる。上向きまたは下向きのいず れかの 矢印キーは、混合オプションをどちらかの状態にセットするために使用す
ることができる。混合オプションがオンのままのとき、「& Mix」アナン
エータはオプション・メニューを出るときまたオンのままである。
【0086】 混合オプションがオンでの操作は、混合を放出サイクルの完了で遂行すること
ができることを除いて、混合オプションがオフのときと類似している。
【0087】 混合は、次のように起こることになる。すなわち、 1. ピストンが元の位置に近いときトリガが押し下げられるならば混合サ イクル(元の位置から混合量を吸い込みかつ元の位置へ復帰する) が遂行されることになる。 2. ピストンが元の位置に近くかつトリガが押し下げられなくなるまで追 加混合サイクルが起こることになる。 3. 中速ストロークでのトリガの上げ及び再押し下げは、元の位置の近く にあるときトリガが押し下られる限り効果がないことになる。 4. (ピペッティング・ストローク又は混合サイクルのどちらかの後)ピス トンが元の位置に近づいている際かつトリガが押し下げられないならば 、ピペットは休止し、吹消しストロークが遂行され、ピペットは吹消し の底で休止し、それからホーム位置に復帰することになる(サイクルの 終端)。したがって、もしもユーザが望むならば、混合オプションがオ ンでの操作の間に混合をスキップすることができる。 5. 「採取」及び「放出」LCDアナンシエータは、混合サイクルの各相 当する部分の間活性化されることになる。(すなわち、吸込み中の採取 及び放出中の分散)。
【0088】 ピペット10に対する混合量(混合サイクル中に吸い込まれかつ放出された量
)は、ピペットされる設定量と常に同じである。混合速度は、速度設定モードで
プログラムされたのと同じモータ速度であることになる。
【0089】 Cycle Counterがピペット・モード・オプション・メニューから
選択されるとき、数字表示は「CC OFF」又は「CC ON」のどちらかを
読み出す。上向きまたは下向きのいずれいかのキーは、2つの状態の間でトグル
するために使用することができる。Cycle Counterがオンでオプシ
ョン・メニューを出るとき、量表示の左の2つの数字は、サイクル・カウントを
指示することになる。初期的にカウントは、00を読み出すことになる。ピペッ
ト・サイクルを完了する都度、カウンタは1だけ増分することになる。カウント
が99に達すると、それは00へロール・オーバすることになる。
【0090】 サイクル・カウンタが能動的であるとき、元の位置にある間にリセット・キー
を押すと、サイクル・カウンタ・カウント又は採取量を交互に選択することにな
る。上向きまたは下向きのいずれかの矢印キーは、選択パラメータをいずれかの
設定へ編集することができる。リセット・キーの長持続時間押しは、サイクル・
カウンタを零にする敏速な方法である。
【0091】 次は、ピペット・モードでのキー押しの作用の要約である。元の 位置で、 「矢印」 どれが選択されても、採取量又はサイクル・カウンタ・カ ウントを調節する。 「リセット」 オンならば、正規持続時間押しは、採取量、又はサイクル ・カウンタ・カウントを選択する。そうでなければ、何も しない。 オンならば、長持続時間押しは、サイクル・カウンタを零 にする。そうでなければ、何もしない。 「モード」 正規持続時間押しは、その次のモードにトグルする。 長持続時間押しは、オプション・メニュー表示を活性化( 又は不活性化)する。 採取の後、 「矢印」 何もしない。 「リセット」 正規持続時間押しは、放出し、吹き消し、休止し、かつ 位置へ復帰する。 長持続時間押しは、何もしない。 「モード」 何もしない。
【0092】 (手動モード) 手動モードに対するマイクロプロセッサ38ソフトウェア流れ図を図10A及
び10Bに示す。手動モードで、小さい量(「採取制限」)がセットされていな
ければ、表示された量は、省略時(全目盛)量である。これは、採取することが
できる液体の最大量を決定する。
【0093】 手動モードに入る際に押された第1トリガ(30又は32)は、省略時によっ
て「上向き」トリガになりかつ他は「下向き」トリガになる。
【0094】 「上向き」トリガを押すと、ディスプレイに最大採取制限を表示することを停
止させかつ液体の採取を最初は遅く、次いで速くまた速くなる速度で開始する。
ディスプレイは、それまで採取された液の量を表示する。最高速度は、図13及
び14に示したルーチンに従って先に説明したように速度オプションの使用によ
って選択された設定速度によって制御される。
【0095】 「上向き」キーを放すと、モータを停止させる。その同じトリガを再び押すな
らば、そのトリガは、採取を、上のように、最初は遅く、次いで速くまた速くな
る速度で続ける。それゆえ、採取が最高速度へ立ち上がる前にトリガを繰り返し
押しかつ解放することによって、液体の採取の非常に微細な制御を達成すること
ができる。
【0096】 ディスプレイは、元の位置からの合計液体採取を示し続ける。リセット・ボタ
ンが長持続時間押されるならば、ディスプレイは零にリセットされ、かつディス
プレイは、次いで、それがリセットされた後に、(どのトリガが次に押されるか
に依存して)採取された又は放出された量を指示することになる。リセット・ボ
タンが正規持続時間押されるならば、ユニットは、放出し、「吹き消し」を通り
、吹消しの底で休止し、元の位置に復帰し、かつ表示された量は最新にセットさ
れた採取制限に戻る。
【0097】 「下向き」キーを押すと、上のように、最初は遅く、次いで、速くまた速くな
る速度で液体を放出させる。採取から分散への変化が起こる(又はこの逆が起こ
る)とき常に、モータ運動が流体及び機械バックラッシュ効果をオフセットする
ようにオフセット・ステップが加えられる。オフセット・ステップの数は、器械
の容量範囲に依存しかつEEPROMメモリU8にマイクロプロセッサ・アクセ
ス可能データとして記憶される。これは、補正率テーブルに加えて、操作ピペッ
ト・モードに対する流体効果補正に関して参照されるデータである。
【0098】 放出する間に、ディスプレイがリセットされていなければ、ディスプレイは、
元の位置から採取された)先端内の液体の量を指示するように減分する。これ
は、オーバシュートし、次いで所望量へ復帰してよいようにする。
【0099】 もしディスプレイが(リセット・ボタンを長持続時間の間押すことによって)
リセットされているならば、ディスプレイは、その後は、その時点から採取した
液体の量を正の数として、又はその時点から放出した量を負の数として指示する
。最も右の区切よい量の中央横棒は「マイナス」記号である。上に注意したよう
に、モータ方向にいずれかの変化があると、オフセット・ステップの適正量がそ
の量範囲に対して加えられる。
【0100】 放出トリガの連続押しは、「元の」位置に達するまで液体を放出させることに
なる。この時点で、モータは停止することになる。これは、ユーザが偶発的に吹
消しに入るのを防止し、かつ程よく手動ピペットの操作による(ユーザは手動で
混合をすることもできる等)。元の位置で、放出トリガの「ダブル・クリック」
は、ユニットに吹き消しさせかつ元の位置に復帰させる。
【0101】 (手動モード・オプション) モード・キーの長持続時間押しで以てオプション・メニューを活性化する際、
次のオプションは、正規持続時間モード・キー押しで以て選択するとができる。
すなわち、 a. 速度 b. サイクル・カウンタ これらのオプションは、操作ピペット・モードの下に説明したように編集するこ
とができる。
【0102】 手動モードでのキー押しの作用の要約は、次の通り。元の 位置で、 「矢印」 どれが選択されても、採取量又はサイクル・カウンタ・カ ウントを調節する。 「リセット」 オンならば、正規持続時間押しは、採取量、又はサイクル ・カウンタ・カウントを選択する。そうでなければ、何も しない。 オンならば、長持続時間押しは、サイクル・カウンタを零 にする。そうでなければ、何もしない。 「モード」 正規持続時間押しは、その次のモードにトグルする。 長持続時間押しは、オプション・メニュー表示を活性化( 又は不活性化)する。 採取の後、 「矢印」 何もしない。 「リセット」 正規持続時間押しは、放出し、吹き消し、休止し、かつ 位置へ復帰する。 長持続時間押しは、量表示を零にする。 「モード」 何もしない。
【0103】 (多放出モード) ピペット操作の多放出モードに対するマイクロプロセッサ38ソフトウェア流
れ図を図16A及び16Bに示す。モード・キーを活性化することによってこの
モードにトグルするとき、放出量は、能動的でありかつ矢印キー28a、28b
で以て編集することができる。ユニットが「元の位置」にいるときばかりでなく
ユニットが放出を待機している間に放出量を変えることができる。放出量を変え
るとき、区切りよい量の個数を再計算し、かつ「X」記号に隣接した2つの小さ
い専用数字でディスプレイ22上に表示する。ピペットが「元の位置」にあるな
らば、区切りよい量の個数をそれが取り得る最大であるように、かつなお充分
に大きい残留量を持つように(すなわち、最大目盛採取)計算する。残留量は、
EEPROMメモリU8に記憶されているから、それを容易に計算できる。放出
している間に放出量値を変えるならば、区切りよい量の個数「X」を先端内の在
留約数を表するように再計算する(残留約数については放出量は不変のままであ
ると仮定する)。放出段階にある間(先端にある残留量の制限内で)量を休止点
のいずれかでかつ全てで変えることができる。各放出量を分散した後に区切りよ
い量の個数は1つだけ減分しそれであるからディスプレイはいくつの区切りよい
量が先端に残留しているかを常に示す。「X」が零に達すると、ディスプレイは
、「リセット」記号をフラッシュしてユーザに「リセット」キーを押すように喚
起する。
【0104】 ユーザが先端内に全目盛負荷を吸い込むのを欲しないならば、採取前にまだ「 元の位置 」にある間にユーザは、区切りよい量の計算した個数を減らすことがで
きる。これを行うために、ユーザは「リセット」キーを押し、これが編集するた
めに区切りよい量のフィールドを活性化する。区切りよい量の個数数字及び「X
」記号は、フラッシュして矢印キーが区切りよい量の個数を変えることになる旨
を指示する。「リセット」キーが押されるか又はトリガが押されるかどちらかが
行われるまで、区切りよい量の個数フィールドは活性化されたままであり、どち
らの場合にも放出量は活性化する(しかし、トリガが押されたならば、液体はま
た吸い込まれる)。「元の」位置にあるとき、「リセット」キーを押すと、放出
量と約数の個数フィールドを交互に活性化する。「X」値を省略時計算から減ら
してあるならば、ユーザがその値を再び変えるか又は放出量を変えるまでその値
は不変のままである。モードを変え(又はリセットを押し)ても設定を変えるこ
とはない。多放出モードでの放出量を変えるときは常に、新全目盛「X」値を自
動的に計算することになる。
【0105】 図16Aに示したように、上に説明したように矢印キー及びリセット・キーの
活性化によってピペットをプリセットしてあり、かつ先に説明した矢印キー・ル
ーチン及びリセット・キー・ルーチンを使用するとき、ユーザは、トリガ・スイ
ッチ(30、32)のうちの1つを活性化する。プリセッティングが記憶されて
ある間、マイクロプロセッサ38は、モータ40を制御して、区切りよい量の個
数倍した量(選択合計量)に等しい量を超える液体の量を先端60内へ採取する
。モータは、逆転して液体のいくらかを分散して先端に液体の正しい選択合計量
及び残留量を残す。その時点で、もしそう望むならば、区切りよい量を修正する
ために矢印キーを活性化することができ、これに伴って区切りよい量の個数につ
いてのいずれかの必要なマイクロプロセッサ再計算が行われる。リセット・キー
26bの活性化は、ピペットにその多モード操作を無効にして先端内の全液体を
放出させる。
【0106】 しかしながら、トリガ・スイッチのうちの1つの活性化に応答して、ピペット
は図1Bに示したマイクロプロセッサ制御放出ルーチンに入り、これと共に、マ
イクロプロセッサは、ピペット操作ピペット・モードについて説明した図9及び
9a〜9fの補正曲線及びテーブルに類似した補正データのようなEEPROM
メモリU8に記憶されたデータに従うオフセット補正を導入する。この操作は、
全ての区切りよい量が放出されるまでトリガ・スイッチのそれぞれのその後の活
性化について繰り返される。その時点で、リセット・キーの活性化又はトリガ・
スイッチのダブルクリックのどちらかは、マイクロプロセッサにモータを吹消し ルーチン に入るように駆動させ、このルーチンでプランジャ90は「元の位置
を過ぎて駆動されて先端から全ての残留液体を吹き、それからプランジャは「 の位置 」に復帰させられ、かつプリセッティングが回復されて、ピペットを第2
多放出操作に対して準備させる。
【0107】 多放出モードで、オプション・メニュー上の唯一のオプションは速度設定であ
って、これは先に説明した方法で操作する。
【0108】 したがって、要約すると、元の 位置で、 「矢印」 どれが選択されても、放出量又は区切りよい量の個数を調 節する。 「リセット」 正規持続時間押しは、放出量、又は区切りよい量の個数を 選択する。 長持続時間押しは、何もしない。 「モード」 正規持続時間押しは、その次のモードにトグルする。 長持続時間押しは、オプション・メニュー表示を活性化( 又は不活性化)して速度設定を調節してよいようにする。
採取の後、 「矢印」 調節量及び残留約数を再計算する。 「リセット」 正規持続時間押しは、放出し、吹き消し、休止し、かつ 位置へ復帰する。 長持続時間押しは、何もしない。 「モード」 何もしない。 最終の区切りよい量が放出されており(かつユーザがリセットするようにプロン
プトされる)とき、 「矢印」 下のようにリセットを遂行する。すなわち、 「リセット」 正規持続時間押しは、放出し、吹き消し、休止し、かつ 位置へ復帰する(量設定及び区切りよい量の個数は、多 放出の際元の位置でユーザによって矢印で以て最新にセ ットされた値へ復帰させられる)。 「モード」 上のようにリセットを遂行し、次いでその次のモードに グルし、 ピペットが3低電池状態のいずれかにあることを指示するために表示される。そ
れはフラッシュしない。というのは、フラッシュすると、ピペットが充電中のと
き発光ボルトがフラッシュすることがあればそれと混同される潜在性があるから
である。
【0109】 (電池電力管理及び再充電回路部106) ピペット10に入れる電池36は、400mA時間定格を有するリチウムイオ
ン電池である。それゆえ、電池への平均充電電流は、電池への潜在的損傷を回避
するために最大400mA(すなわち、1C率)に制限されるものとする。モー
タ40は、動作中800mAより大きい最大電流を引き出す。ピペット10は電
池をこの装置に設置しないで壁電源37(図22)からで操作できることが望ま
れるから、壁電源は、リプルを起こす過電圧を生じないでmAよりも多く供給す
る能力がなければならない。壁電源をピペット10にプラグ接続しているときピ
ペットに設置した電池を充電するために同じ壁電源を使用することがまた望まれ
る。更に、図22に示したように、オプショナル充電スタンド(図示してない)
であって、2つ又は3つのピペット(10、10’)を格納し、かつこの充電ス
タンドに置かれ充電される必要のある電池を備えたいずれかのピペットを自動的
に充電するために使用することができる充電スタンドを充電するために同じ壁電
源37を使用することが望まれる。
【0110】 ピペット内の利用可能な小さな空間は、モータがピペットの操作中に消散する
もの以外にピペット内で起こるいずれかの顕著な熱消散を見込んでいない。
【0111】 壁電源からの利用可能な電流は、電池に許される最大充電電流よりも相当に大
きい。充電電流を制限するために使用されることがある通例の方法は、電池を充
電する間に1C率(400mA)に電流を制限するために壁電源と電池との間に
線形電流源を置くことである。しかしながら、このような回路はピペット内に位
置させる必要があろうし、それでその回路は電池を充電中であるときに限り電流
を制限しかつモータを電池なしで使用中であるとき電流を制限しないことが保証
され得よう。典型的に、このような回路は、それの両端間に2から3ボルトの電
圧降下を有し、かつそれを通して400mAを流すことで以て約1ワットの電力
消散を生じることになる。電池を1時間まで充電中である間に1ワットの熱をピ
ペット電子部に消散することは、電子ピペットの寸法を持つコンパクト・ピペッ
ト内の利用可能な空間よりも大きなヒート・シンクを要求するであろう。更に、
熱は、ピペット本体及び電池の温度を望ましくないレベルへ上げるであろう。
【0112】 しかしながら、本発明のピペット10では、上に説明した線形電流制限回路に
関連した熱消散問題を克服するために、スイッチング回路が使用される。このス
イッチング回路は、ピペット内のマイクロプロセッサのポートP50からのパル
ス幅変調(PWM)スイッチ制御信号による「オン」時間対「オフ」時間に基づ
いて制御されるU7内PチャネルFETを含む。壁電源37からの電流制限にP
MW信号のデューティ・サイクルを乗じたものは、電池への平均充電電流を表す
。PWMスイッチ制御信号が充分に高いならば、壁電源から電池への電流の「オ
ン」パルスは充分に短い持続時間のものであり、それであるからピーク振幅は電
池によって平均される「オン」時間と「オフ」時間の平均ほど重要でないことに
なる。本発明のピペットに使用されるリチウムイオン36電池は、電池が偶発的
に過充電されるならば電池を開放する(切る)保護回路を組み込んでいる。電池
36内の組込み保護回路は、リチウムイオン電池に標準的であって、過電圧及び
過充電電流ばかりでなく過電流負荷条件及び不足電圧条件に対して保護するやや
複雑な回路である。ピペット10に使用される電池に出入するピーク電流は、組
込み保護回路の引外しがなければ約2Aを超えることはできない。壁電源FET
(U7内のPチャネルFET)がターンオンされるとき、電流制限がその定格値
(すなわち、1.04A)で直ちに行われる結果壁電源から直ちに電圧降下を生
じて電池を大きな電流スパイクに晒さないように、壁電源は、充分に高速な電流
制限を持たなければならない。商用的に入手可能な電流制限付き壁電源は、一般
にそれらの出力を充分高速に制限しない。ほとんどのオフ・ザ・シェルフ(of
f the shelf)電源は、それらの回路に比較的大形のフィルタ・コン
デンサを有するものであって、負荷(電池)が電源出力上で突然スイッチされる
とき大きな電流スパイクを生じる。大きな電流スパイクは、最長1ミリ秒程度の
間には電流制限値に降下しないことがある。このような電源は、電池を充電する
PWM制御スイッチ内の使用に許容不能である。
【0113】 したがって、ピペット10に使用される壁電源37は、公称1.04Aで高速
電流制限を有するように、かつ電池がU7内のPチャネルFET(図3A)を含
む1kHzの繰返し数(rate)PWM制御スイッチ(PWMスイッチ)によ
って充電されるとき電流オーバシュートを生じないように設計される。1C率で
充電するとき、電池が400mAのちょうど下の平均充電電流を見るというよう
に、PWMデューティ・サイクルを約36%「オン」時間(360μsオンかつ
640μsオフにセットする。調整壁電源電圧は、公称5.6ボルトである。無
負荷電池電圧は、4.1ボルト以下である。したがって、PWMスイッチをター
ン「オン」するとき、(壁接続点で測定された)壁電源電圧は、電池電圧にPW
Mスイッチ及びダイオードD1上の降下ばかりでなく充電電流に因る電池の内部
抵抗上の電圧降下を加えたものに降下することになる。図3Aの壁接続点で測定
された壁電源電圧及びポートAN2でのマイクロプロセッサ38の入力は、全て
一緒にして、PWMスイッチをターンオンするときの無負荷電池電圧より典型的
に約0.4から0.5ボルト高い。図3A、3B、3Dに示したように、測定さ
れた電池電圧は、ポートAN0でのマイクロプロセッサへの入力である。PWM
スイッチをターン「オフ」するとき、壁電源電圧は、直ちに調整5.6ボルトに
復帰する。電池を1C率で充電中のとき、壁接続点(ポートAN2)の電圧は、
図17に示したもののように見えることになる。PHは調整電圧(典型的に5.
6ボルト)でありかつPLは電池を充電中のとき典型的に3.4から4.6ボル
トであり、これは3.0から4.1ボルトの無負荷電池電圧に相当する。
【00114】 再充電可能リチウムイオン電池の製造者は、一般に、C/10率の事前充電電
流で3.0ボルトより下である単一4.1ボルト・セル電池(cell bat
tery)を推奨する。3.0Vより上しかし4.1ボルトより下で、この電池
は、1C率を超えない電流で充電することができる。(充電電流で測定された)
4.1ボルトで、電圧が4.1ボルトを超えないというように電流を除々に減少
させるものとする。これは、充電の定電圧段階(constant volta
ge charging phase)として知られている。この電圧制限を所
与の量だけ超えるならば、組込み保護回路部が電池を開路することになる。充電
率がC/10からC/20率に降下するか又は4時間の充電が経過するか、どち
らかが早く起こるまで、定電圧充電段階を継続するものとする。最終充電電圧制
限(4.1ボルト)は、約1パーセントの正確さで以て決定される必要がある。
壁電源をこの電圧及び精度に調整することは、不必要な出費を加えることにもな
る。
【0115】 先に説明したように、ピペット10内のマイクロプロセッサ38は、A・D変
換器を組み込まれており、この変換器は要求1パーセントの正確さを持つ精密電
圧基準としてU2を使用する。オンボードA・D変換器を使用することによって
、壁電源37は、電池を充電するために必要であるよりも高い電圧を供給するこ
とができ、かつ4.1ボルト充電制限はマイクロコントローラ及びそのA・D変
換器によって監視され制御される
【0116】 特に、マイクロプロセッサ38は、小さい充電電流にスイッチするとき決定す
るために、多数の電圧しきい値を使用することによって、アナログ定電圧充電段
階をシミュレートするようにプログラムされる。マイクロプロセッサ38は、そ
れによって、モータが運転中でないとき電力管理ルーチン内で毎秒1回、A・D
変換器を用いて電池(ポートAN0)電圧及び壁電源(ポートAN2)電圧を測
定する。マイクロプロセッサ38にプログラムされる電力管理ルーチンは、図2
1a、b、cに示してある。図示したように、PWMスイッチ(壁電源FET)
をターンオフする間に測定を行い、それであるから電池電圧は無負荷電池電圧を
表し、また他のピペットが壁電源に接続されておらずかつ充電中でないと仮定し
て、壁電源電圧はその調整値である。電池を1Cで充電中である間の電池電圧の
(電池の内部インピーダンスに因る)平均上昇は、約0.15ボルトである。し
たがって、第1しきい値電圧は、3.95ボルトにセットされる。開路電圧が3
.95ボルトと測定されるとき、1C率で充電している間の電池上の平均電圧は
、4.1ボルトである。この時点で、充電電流は、PWMデューティ・サイクル
を約20%に縮小することによって減少させられる(これは、充電の定電圧段階
の開始を表す)。オン時間の充電パルスは0.36ミリ秒で一定にされるのに対
して、周期はオフ時間に充電することによって1.75ミリ秒に調節される。
【0117】 平均充電電流に因る電池の平均電圧の上昇を説明する定電圧アナログ充電回路
を近似するために、いくつかのしきいレベルが要求される。特定「オン」時間と
「オフ」時間、周期、デューティ・サイクル、電流、充電率、及び電圧しきい値
を図19に示す。電池36の典型的経時充電特性を5レベルの各々について図2
0に示す。指示したように、第1シフト(PWMデューティ・サイクル・レベル
0からレベル1へ、すなわち、1msから1.75ms周期へ)は、3.950
ボルトにセットされる。次いで、レベル1充電は4.025ボルトまで続き、そ
の後にレベル2充電(3.2ms周期)へシフトする。レベル2充電は4.07
5ボルトまで続き、その後にレベル3(約6ms周期)へシフトし、それからレ
ベル3以上の充電は、残りのレベル・シフトの間に4.100ボルトへ移行する
。これらの多数しきいレベルは、定電圧充電段階を近似する間に組込み電池保護
回路部が引き外すのを防止する。レベル5は、最小最終充電レベル、かつ約1.
5%のPWMデューティ・サイクル(24ms周期)を有する。
【0118】 各レベル変化で、4.100ボルト以下の電圧に対してデューティ・サイクル
をカットバックする前に2分最短充電時間が使用される。4.100ボルト以下
では、敏速充電の開始から測定された240分の総合充電時間制限に対してを除
き、いずれのデューティ・サイクルにも最短充電時間制限はない。
【0119】 フィルタした電池電圧測定が4.125ボルトよりも高くへ移行するならば、
充電デューティ・サイクルは、かなり低い遷移電圧(4.025から4.100
ボルト)で使用される最短2分遅延ではなくて、5秒内に1レベル上げられる。
デューティ・サイクルを縮小した後に電圧が4.125ボルト以上に留まってい
るならば、(レベル5の後に)電圧が4.125ボルトより低く下がるか又は充
電が完全にターンオフするまで(各デューティ・サイクルで5秒よりも短い充電
時間で以て)デューティ・サイクルを再びまた再び縮小するものとする。
【0120】 充電は、次の条件のどちらかを満たすまで続けられ、次いで終結する。すなわ
ち、 ・ 充電デューティ・サイクルが1.5%(レベル5)に縮小されており、 かつ電池電圧が4.1VDCに達する。 ・ 敏速充電の開始からの経過時間が240分に達している。 ・ 充電スタンド上の他のユニットが充電中であると検出される。
【0121】 電池は、それが3.95VDCにまで放電させられるか又はこのレベルに自己
放電するまで再び充電されないことになる。
【0122】 図21a〜cに示した電力管理ルーチンは、モータが運転中でなくかつPWM
スイッチ(壁電源FET)がターンオフしているとき、毎秒1回電圧測定を行う
。電池電圧は少なくとも16回測定されかつ計算された平均はマイクロプロセッ
サ38内のメモリ場所「BA」に記憶される。
【0123】 壁電源電圧について、毎秒20連続測定が行われる。マイクロコントローラ内
のサンプル・ホールド回路は、各測定の開始に電圧をサンプルかつホールドする
。各測定は256マイクロ秒を要し、それで20連続測定は完了するのに約5
ミリ秒を要する。この20測定のうちの最高はメモリに記憶されかつ「PH
と呼ばれ及び最低読取りは記憶されかつ「PL」と呼ばれる。
【0124】 その電池を充電中であるピペット10が図22におけるように共用壁電源を備
えた共用充電スタンド(図示してない)上にあるとき、その充電中のピペットが
充電のその定電圧段階でレベル2を超えて進んでまだいないとするならば、共用
充電スタンド上のいずれか他のピペット(例えば、10’)によってPLは、4
.6ボルトよりも低いと毎秒測定されることが保証される。レベル3充電は6ミ
リ秒充電周期を有するから、PLがいずれか1つの5ミリ秒測定周期に4.6ボ
ルトよりも低いと測定されないことは、可能である。
【0125】 2つ以上のピペットが共用充電スタンド上に置かれ、かつ各々が充電される必
要のある電池を有するならば、各ピペット内のファームウェアは、そのPH及び
L測定値と一緒に、一度に1ピペットに限りその電池を充電することを、正規
には、許すことになる。共用スタンドに置かれた第1ピペットがまずその電池を
充電する。共用スタンドに置かれた第2及び第3ピペット(例えば、10’)は
、それが4.6ボルト以下でPL値を(及び壁電力が事実接続されていることを
指示する、4.9より上でPH値を)測定する事実によって或る1つのユニット
が既に充電中であることを検出することになる。ファームウェアは、ピペットが
4.6ボルト以下でPLを検出するならば、そのピペットがそれ自身の電池を充
電しないように、コード化される。ピペットが4.6ボルトより上とPLを測定
するとき、そのピペットは、それ自身の電池の充電を開始することは許容可能で
あると想定する。そのピペットが充電を開始した後、電力管理ルーチンは、他の
ユニットが充電中であるかどうか知るために再びPH、PL、及びBAを見るよう
にそのピペットに毎秒1回充電を短く休止させることになる。そのピペットが他
のピペットの充電中を検出するならば、検出したそのピペットは、自分が充電を
回復する前に、PLが4.6ボルトの上へ移行するまで充電を停止しかつ待機す
る。ユニットは、毎秒1回割り込むようにセットされた内部割込みタイマに基づ
いて、毎秒1回検査する。最初に自分が充電を開始してよいと判定するユニット
は、同じスタンド上の他のユニットが或る1つのユニットのそのスタンド上での
充電中を検出するのでそれら他のユニットが充電から自動的に締め出されている
間に、自分の電池の充電を開始することになる。或る1つのスタンド上の2つの
個別ピペット内の割込みタイマが同時に(互いについて0.25ミリ秒以内に)
割り込み中である公算は、極めて低い。これが起こるならば、両ユニットは、同
時に充電を開始することができる。最も低い電池電圧のユニットは、充電中の第
2ユニットに整合する電圧に充電するまで壁ユニットから電流のほどんどを取る
ことになる。2つの電池電圧が互いに等しくなり始めるに連れて、1つに限りユ
ニットが充電中であるとした場合に充電にかかる長さの約2倍をかけて電流は2
つの電池間に分裂することになる。この条件が起こるのに対して、個別クロック
を備えた2つの独立タイマは、それらの状態で同期していることかつ極めて公算
の低い(おそらく10,000の1の可能性よりも低い)であろう長時間間隔中
同期を維持する必要があることになる。しかし、それが起こったとしても別に危
害はない。正規には、上に説明した共用アルゴリズムは、ピペットが交替して全
充電まで充電しかつ一度に1つずつでのみ充電するという洗練した方法で働く。
【0126】 それゆえ、第1ピペットがその定電圧段階のレベル3にあるとき待機ピペット
は、通常、充電を開始し、第1ピペットの充電サイクルを終結することになる。
この時点で、第1ピペットの電池はほとんど全充電(全充電の90%を超え、お
そらく約95%)にある。もし充電中の他のユニットについての検出パラメータ
が第1ユニットにその定電圧段階のレベル5(100%全充電を考慮している)
を通して済ますことを許すようにもっと敏感に作られていたとしたならば、待機
ピペットは、更に30分以上を待機しなければならないことになる。検出パラメ
ータ(PL及び5ミリ秒サンプリング時間持続)は、充電されるためにかつ再び
使用される準備をするために共用充電スタンドに置かれた全てのピペットに対し
て、全電池充電を遂げることと合計時間との間の妥協案として選択された。完全
に放電しているピペット電池は約1時間で全容量の90%を超えて充電できるの
に対して、最後の10%はより以上の更に時間を要することもあり得る。
【0127】 本発明の特定好適実施の形態を本明細書に詳細に説明したが、承知のように、
本発明の精神に反しないで変形及び修正を例示の実施の形態に施すこともできる
。したがって、本発明は、前掲の特許請求の範囲の請求項によってのみ範囲を限
定される。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の電子ピペットの好適実施の形態の透視図である。
【図2】 図1のピペットの内部構造及びその構成部品を示す同ピペットの側断面図であ
る。
【図3】 本発明のピペットの電子回路の回路図であって、A、B、C、D、Eは、それ
ぞれ異なる部分を示す。
【図4】 本発明の電子ピペットにおけるステッパモータのコイルを駆動するための電界
効果トランジスタ(FET)のゲートに印加されるPWM信号のタイミング線図
である。
【図4a】 モータの駆動回路における2台のモータHブリッジ制御ゲートへ供給されるモ
ータ駆動信号の1パルス幅変調周期を示すタイミング線図である。
【図4b】 モータ・マイクロ・ステップ位置の関数としてモータ駆動パルス幅変調信号に
対する4つの異なった電力範囲を示す数値テーブルであり、図4b−1および図
4b−2からなる。
【図5】 ピペットに対する10操作速度の各々に対する各マイクロステップのパルス幅
変調モータ駆動信号繰返しパターンを示すテーブルである。
【図6】 零から速度10までピペットが傾斜する際の時間の関数としてのモータ速度を
示すグラフ図である。
【図7】 図6及び図8にグラフ表示されている零から速度10までの加速度/速度傾斜
に対するモータ駆動マイクロステップ・パルス幅変調繰返しパターンについての
数値を表すテーブルであって、a、b、c、d、e、fは、続き合う部分をそれ
ぞれ示す。
【図8】 零から速度10までピペットが傾斜する際の時間の関数としてのモータ加速度
を示すグラフ図である。
【図9】 ピペットに対する各異なった量設定に応答して選択されてメモリ及びマイクロ
プロセッサに記憶された、空気圧力効果及び液体表面張力効果に対する補正率の
適用によって補正される前及び後の典型的ピペット応答を示すグラフ図であって
、a、b、c、d、e、fは、グラフ図に使用されている100マイクロリット
ル範囲ピペット内の各量設定に対するグラフ図のグラフによって示された200
典型的補正値のテーブルの続き合う部分をそれぞれ示し、かつ図5もテーブルを 示す
【図10】 本発明の電子ピペットの操作手動モードを示すソフトウェア流れ図であって、
Aは開始を含む一部、Bは残りの部を示す。
【図11】 本発明の電子ピペットの操作ピペット・モードを示すソフトウェア流れ図であ
って、Aは開始を含む一部、Bは残りの部を示す。
【図12】 本発明の電子ピペットの操作手動モード、ピペット・モード、及び多モードで
のピペットの操作に含まれるモード・キー・ルーチンを示すソフトウェア流れ図
である。
【図13】 本発明の電子ピペットの操作手動モード、ピペット・モード、及び多モードで
のピペットの操作に含まれるリセット・キー・ルーチンを示すソフトウェア流れ
図である。
【図14】 本発明の電子ピペットの操作手動モード、ピペット・モード、及び多モードで
のピペットの操作に含まれる矢印キー・ルーチンを示すソフトウェア流れ図であ
る。
【図15】 本発明の電子ピペットの操作ピペット・モードでのピペットの操作に含まれる
混合キー・ルーチンを示すソフトウェア流れ図である。
【図16】 本発明の電子ピペットの操作多モードを示すソフトウェア流れ図であって、A
は開始を含む一部、Bは残りの部である。
【図17】 本発明の好適電子ピペットに含まれるマイクロプロセッサ及びステッパ・モー
タを附勢する電池を充電するために使用されている電源からの、時間の関数とし
ての、電圧のグラフ図である。
【図18】 本発明の好適電子ピペットに含まれるマイクロプロセッサ及びステッパ・モー
タを附勢する電池を充電するために使用された電源からの、時間の関数としての
、電流のグラフ図である。
【図19】 本発明の好適電子ピペットに含まれるマイクロプロセッサ及びステッパ・モー
タを附勢する電池を充電するために使用された種々の充電レベルに対するパルス
幅変調デューティ・サイクルのタイミングを示すテーブルである。
【図20】 本発明のピペットの好適方法によって充電される電池に対する、時間の関数と
しての、充電率、開路電池電圧、及び充電容量を示すグラフ図である。
【図21】 本発明のピペットの電源管理操作の電池充電部分を示すソフトウェア流れ図で
あって、aは開始を含む一部、bはaに続く一部、cは残りの部である。
【図22】 本発明の電池充電ルーチンに従ってピペット内の電池の順次充電のために1つ
の電源に接続された2つのピペットを示すブロック図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 EP(AT,BE,CH,CY, DE,DK,ES,FI,FR,GB,GR,IE,I T,LU,MC,NL,PT,SE),BR,CN,I N,JP,KR,MX,PL (72)発明者 マグヌッセン、ハーコン、ティ、ジュニア アメリカ合衆国 カリフォルニア、オリン ダ、 コーチウッド テラス 60 (72)発明者 ホムバーグ、ウィリアム、ディ アメリカ合衆国 カリフォルニア、オーク ランド、 ケールズ アベニュー 5505 Fターム(参考) 2G052 AD06 BA14 CA18 HC04 HC07 JA01 JA06 4G057 AB17 4G068 AA02 AA03 AB15 AD24 AD36 AE04 AF36 5G003 AA01 BA01 DA04 FA08 GC05 5H030 AA03 AA04 AS11 BB03 FF44

Claims (38)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 電子ピペットにおいて、 ピペット先端内へ流体を吸い込み及び選先端から流体を放出するためにシリン
    ダ内で縦にプランジャを駆動する線形アクチュエータを有し、該線形アクチュエ
    ータは前記プランジャに縦運動を伝えるために回転子を電磁的に駆動する電流受
    取り巻線を備えたモータを有し、 前記モータに対する駆動信号を発生するようにプログラムされたユーザ制御可
    能マイクロプロセッサを含む前記ピペットに対する制御回路を有し、 前記マイクロプロセッサに電気的に接続されたディスプレイを有し、 前記マイクロプロセッサに電気的に接続され、前記マイクロプロセッサ内に
    操作ピペット・モードと、液体採取量と、液体放出と、前記ピペットの操作を制
    御するピペット操作速度信号とピペット・リセット信号と、前記ディスプレイ上
    の英数字ユーザ読取り可能表示とを発生するユーザ操作可能制御キーを有し、 データのテーブルを記憶しかつ前記ピペットの操作を制御するために前記マ
    イクロプロセッサによってアクセス可能かつ使用可能なメモリを有し、 前記制御キーのユーザ操作によって選択されたピペット動作をトリガする少な
    くとも1つのユーザ操作可能スイッチと を更に含み、 前記マイクロプロセッサは、更にプログラムされて、「モード」キーを定義
    する前記制御キーのうちの第1キーの第1操作による逐次ユーザ操作に応答して
    動作逐次ユーザ選択モードに順次に入りかつ各選択モードで前記ピペットの動作
    を制御し、したがって、 (a) オプション・キーを定義する前記モード・キーの又は前記制御キ
    ーのうちの他のキーの第2操作は、前記マイクロプロセッサに前記選択モードの
    みに対して第1操作オプションを表示するように前記ディスプレイを制御し、 (b) 前記制御キーのうちの第2キーは「上向き」キーを定義し、該上
    向きキーの動作は、前記マイクロプロセッサに前記操作オプションの活性化又は
    不活性化或は前記操作オプションに関連した数値表示について増える値を表示す
    るように前記ディスプレイを制御し、 (c) 前記制御キーのうちの第3キーは「下向き」キーを定義し、該下
    向きキーの操作は前記マイクロプロセッサに前記操作オプションの活性化又は不
    活性化或は前記数値表示について減る値を指示するように前記ディスプレイを制
    御し、 (d) トリガ・スイッチのその後のユーザ操作は、液体を前記先端内へ
    採取するように上向き方向に、かつ次いで前記先端から液体を放出させるように
    下向き方向へ前記操作オプションによって拡大された前記選択モードで前記プラ
    ンジャを駆動するように前記モータを動作するようにする、 ことを備えた電子ピペット。
  2. 【請求項2】 請求項1記載のピペットにおいて、各選択モードで前記オプ
    ション・キーの逐次ユーザ操作が前記マイクロプロセッサに選択モードのみに対
    する逐次操作オプションを順次表示するように前記ディスプレイを制御し、各オ
    プションが請求項1の(b)と(c)とに従って制御可能であるように、前記マ
    イクロプロセッサは、更にプログラムされる、ピペット。
  3. 【請求項3】 請求項1記載のピペットにおいて、前記モード・キーの瞬時
    押しよりも長い時間間隔の間の前記モード・キーの初期持続押しと後続する前記
    モード・キーの逐次瞬時押しとに応答して前記オプション・キーが逐次操作オプ
    ション間でステップするに連れて前記モード・キーが機能するように、前記マイ
    クロプロセッサは、プログラムされる、ピペット。
  4. 【請求項4】 請求項1記載のピペットにおいて、「リセット」キーを定義
    する前記制御キーのうちの第4キーのユーザ操作及び/又は前記モード・キーの
    その後の持続押しに応答して前記選択モードに留まっている間に前記操作モード
    の表示が出るように前記ディスプレイを制御するように、前記マイクロプロセッ
    サは、更にプログラムされる、ピペット。
  5. 【請求項5】 請求項1記載のピペットにおいて、前記ユーザ操作可能制御
    キーのうちの第4キーが「リセット」キーを定義するように、前記マイクロプロ
    セッサは、プログラムされる、ピペット。
  6. 【請求項6】 請求項5記載のピペットにおいて、前記リセット・キーの瞬
    時押しよりも長い時間間隔の間の前記リセット・キーの初期持続押しに応答して
    前記リセット・キーが前記ディスプレイ内の表示パラメータに零を読み出すよう
    に、前記マイクロプロセッサは、更にプログラムされる、ピペット。
  7. 【請求項7】 請求項5記載のピペットにおいて、前記ピペット先端から流
    体を吹くように前記シリンダ内で前記プランジャを駆動するために、前記リセッ
    ト・キーの瞬時ユーザ操作に応答して「吹消し」操作に入るように、前記マイク
    ロプロセッサは、更にプログラムされる、ピペット。
  8. 【請求項8】 請求項5記載のピペットにおいて、前記リセット・キーの各
    逐次瞬時ユーザ操作が前記マイクロプロセッサに前記上向きキー又は下向きキー
    のユーザ操作による編集用に複数の逐次操作パラメータの異なった1つを順次に
    表示するように前記ディスプレイを制御するように、前記マイクロプロセッサは
    、更にプログラムされる、ピペット。
  9. 【請求項9】 請求項1記載のピペットにおいて、前記ピペット操作選択モ
    ードで前記ピペットの操作の逐次サイクルに対して異なった表示をピペット・ユ
    ーザに明瞭に表示するために前記ディスプレイをカウントしかつ制御し、それに
    よって前記ユーザがピペット操作のいずれかの周期に対して前記ピペットの操作
    サイクルを決定できるように、前記マイクロプロセッサは、更にプログラムされ
    る、ピペット。
  10. 【請求項10】 前記制御キーのユーザ操作によって選択されたピペット操
    作をトリガする2つのユーザ操作可能スイッチを備えた請求項1記載のピペット
    において、 前記マイクロプロセッサは、更にプログラムされて、前記モード・キーのユー
    ザ操作によって選択された操作手動モードに入りかつ前記手動モードで、 (i) 前記ピペットの操作を制御し、したがって、 (a) ユーザによって操作された前記トリガスイッチのうちの第1スイ
    ッチは「上向き」トリガを定義し、該上向きトリガの操作は前記マイクロプロセ
    ッサに前記先端内へ液体を採取する上向き方向に前記プランジャを駆動するよう
    に前記モータを制御し、 (b) ユーザによって制御される前記トリガ・スイッチのうちの第2ス
    イッチは「下向き」トリガを定義し、該下向きトリガの操作は前記マイクロプロ
    セッサに前記先端から液体を放出する下向き方向に前記プランジャを駆動するよ
    うに前記モータを制御し、 (ii) 前記先端内の液体の量を指示するように前記ディスプレイを制御
    する、 ピペット。
  11. 【請求項11】 請求項10記載のピペットにおいて、前記マイクロプロセ
    ッサは、前記手動モードで更にプログラムされ、したがって、 (i) 前記プランジャを液体の吸込み又は採取を開始しようと準備してい
    る場所に置いたホーム位置にある間に前記ディスプレイが採取することのできる
    最大量を表示するように前記ピペットの操作を制御し、 (a) 「上向き」キー操作は、前記マイクロプロセッサに前記上向きキ
    ーがユーザによって操作されるに連れて前記先端によって採取される液体の選択
    最大量について増える値を指示するように前記ディスプレイを制御し、 (b) 「下向き」キー操作は、前記マイクロプロセッサに前記下向きキ
    ーが前記先端によって採取される液体の選択最大量について減る値を指示するよ
    うに前記ディスプレイを制御する、 ピペット。
  12. 【請求項12】 請求項10記載のピペットにおいて、前記上向きトリガと
    前記下向きトリガとが、それぞれ、ユーザによって操作されるに連れて液体採取
    と放出との速度を上げるように、マイクロプロセッサは、更にプログラムされる
    、ピペット。
  13. 【請求項13】 請求項10記載のピペットにおいて、前記メモリに記憶さ
    れたデータの前記テーブルのうちの1つは前記ピペットによる液体の採取と放出
    とに関連した液体量誤りを減少させるために前記ピペット先端に関連した最大採
    取量に対する補正率を含み、かつ前記補正率は前記量誤りを補正するために前記
    モータの採取運動と放出運動とに加えられる、ピペット。
  14. 【請求項14】 請求項10記載のピペットにおいて、前記ピペットの手動
    操作モードで前記ピペットの操作の逐次サイクルに対して異なった表示をピペッ
    ト・ユーザに明瞭に表示するために前記ディスプレイをカウントしかつ制御し、
    それによって、前記ユーザがピペット操作のいずれかの周期に対して前記ピペッ
    トの操作サイクルを決定できるように、前記マイクロプロセッサは、更にプログ
    ラムされる、ピペット。
  15. 【請求項15】 請求項10記載のピペットにおいて、「吹消し」に入るよ
    うに前記モータを制御し前記吹消しにおいて前記モータは前記プランジャがホー
    ム位置に達した後に前記先端内に残留している液体を吹き消すために前記ホーム
    位置を超えて前記プランジャを駆動するように前記マイクロプロセッサは、更に
    プログラムされる、ピペット。
  16. 【請求項16】 請求項15記載のピペットにおいて、ユーザ操作又は前記
    制御キーのうちの1つ又は前記放出トリガの多重作動に応答して「吹消し」に入
    るように、前記マイクロプロセッサは、プログラムされる、ピペット。
  17. 【請求項17】 請求項16記載のピペットにおいて、「リセット」キーを
    定義する前記制御キーのうちの第4キーの瞬時ユーザ操作に応答して「吹消し」
    操作に入るように、前記マイクロプロセッサは、プログラムされる、ピペット。
  18. 【請求項18】 請求項17記載のピペットにおいて、前記ピペットがその
    ホーム位置にないとき前記モードの瞬時押しよりも長い時間間隔の間の前記リセ
    ット・キーの初期持続押しに応答して前記リセット・キーは前記量表示に零を読
    み出させるように、前記マイクロプロセッサは、更にプログラムされ、 前記表示が零である位置からの前記プランジャの更に上向き運動は前記量読出
    しを増やしかつ前記零位置からの前記プランジャの更に下向き運動は負量を表示
    する、 ピペット。
  19. 【請求項19】 請求項1記載のピペットにおいて、前記マイクロプロセッ
    サは、更にプログラムされて、前記モード・キーのユーザ操作によって選択され
    た操作ピペット・モードに入りかつ前記ピペット・モードで、 (i) 前記ピペットの操作を制御し、したがって、 (a) 上向きキー操作は、前記マイクロプロセッサに前記先端によって
    採取される液体の選択量について増える値を指示するように前記ディスプレイを
    制御し、 (b) 下向きキー操作は、前記マイクロプロセッサに前記先端によって
    採取される液体の選択量について減る値を指示するように前記ディスプレイを制
    御し、 (c) 前記トリガ・スイッチのいずれかの第1ユーザ操作は、前記先端
    内へ液体の選択量を採取する上向き方向に前記プランジャを駆動するように前記
    モータを作動し、 (d) 前記トリガ・スイッチのいずれかの第2ユーザ操作は、前記先端
    から液体の選択量を放出する下向き方向に前記プランジャを駆動するように前記
    モータを作動する、 ピペット。
  20. 【請求項20】 請求項19記載のピペットにおいて、前記メモリに記憶さ
    れたデータの前記テーブルのうちの1つは、前記制御キーのユーザ操作によって
    選択された動作速度設定に従って前記モータの動作速度を制御するために前記線
    形アクチュエータに印加される駆動信号を制御するインストラクション命令を含
    む、ピペット。
  21. 【請求項21】 請求項19記載のピペットにおいて、前記メモリに記憶さ
    れたデータの前記テーブルのうちの他のテーブルは、前記ピペットによる液体の
    採取と放出とに関連した液体量誤りを制御しかつ除去するために前記制御キーの
    ユーザ操作によって選択された液体採取量設定の種々に対する補正率を含む、ピ
    ペット。
  22. 【請求項22】 請求項19記載のピペットにおいて、前記操作ピペット・
    モードで前記ピペットの操作の逐次サイクルに対して異なった表示をピペット・
    ユーザに明瞭に表示するために前記ディスプレイをカウントしかつ制御し、それ
    によって、前記ユーザがピペット操作のいずれかの周期に対して前記ピペットの
    操作サイクルを決定できるように、前記マイクロプロセッサは、プログラムされ
    る、ピペット。
  23. 【請求項23】 請求項19記載のピペットにおいて、(i)液体の選択量
    を放出するために前記プランジャがホーム位置に接近する際前記トリガ・スイッ
    チのうちの1つのユーザ操作に応答して前記プランジャが前記ホーム位置に達す
    るとき液体の第2選択量を採取しかつ(ii)液体の前記第2選択量を放出しか
    つ液体の前記選択量と混合するように、前記マイクロプロセッサは、更にプログ
    ラムされる、ピペット。
  24. 【請求項24】 請求項23記載のピペットにおいて、前記プランジャが前
    記ホーム位置に近づくとき前記トリガ・スイッチのいずれもが活性化されなくな
    るまで(i)と(ii)とを繰り返しかつその後に前記先端から液体を吹き消す
    ように前記ホーム位置を超えて前記プランジャを延ばすために前記モータを駆動
    するように、前記マイクロプロセッサは、更にプログラムされる、ピペット。
  25. 【請求項25】 請求項1記載のピペットにおいて、前記マイクロプロセッ
    サは、更にプログラムされて、前記モード・キーのユーザ操作によって選択され
    た操作多モードに入りかつ前記多モードで、 (i) 前記ピペットの操作を制御し、したがって、 (a) 上向きキー操作は、前記マイクロプロセッサに前記先端によって
    放出される液体の選択量について増える値を指示するように前記ディスプレイを
    制御し、 (b) 下向きキー操作は、前記マイクロプロセッサに前記先端によって
    放出される液体の選択量について減る値を指示するように前記ディスプレイを制
    御し、 (c) 前記制御キーのうちの第3キーは「リセット・キー」を定義し、
    該リセット・キーの動作は前記マイクロプロセッサに前記ピペットが放出するこ
    とのできる選択量の液体の区切りよい量の個数であって前記「上向き」キーと前
    記「下向き」キーの動作によって調節可能の前記個数に相当する数を指示するよ
    うに前記ディスプレイを制御し、 (d) 前記トリガ・スイッチのいずれかの第1ユーザ操作は、前記ピペ
    ットに対する液の全目盛量に相当する液体の量を前記先端内へ採取するために上
    向き方向に前記プランジャを駆動するように前記モータを作動し、 (e) 前記トリガ・スイッチのいずれかの第2ユーザ操作は、前記先端
    から液の前記選択量を放出するために下向き方向に前記プランジャを駆動するよ
    うに前記モータを作動し、前記モータを該作動することは前記個数の区切りよい
    量が前記ピペットによって放出されるまで前記トリガ・スイッチのいずれかの各
    第2作動の間繰り返される、ピペット。
  26. 【請求項26】 請求項25記載のピペットにおいて、前記メモリに記憶さ
    れたデータの前記テーブルのうちの1つは、前記制御キーのユーザ操作によって
    選択された動作速度設定に従って前記モータの動作速度を制御するために前記線
    形アクチュエータに印加される駆動信号を制御するインストラクション命令を含
    む、ピペット。
  27. 【請求項27】 請求項25記載のピペットにおいて、前記メモリに記憶さ
    れたデータの前記テーブルのうちの他のテーブルは、前記ピペットによる液体の
    採取と放出とに関連した液体量誤りを制御しかつ除去するために前記制御キーの
    ユーザ操作によって選択された選択液体量設定の種々に対する補正率を含む、ピ
    ペット。
  28. 【請求項28】 請求項25記載のピペットにおいて、「吹消し」モードに
    入るように前記モータを制御し前記吹消しモードにおいて前記モータは前記プラ
    ンジャがホーム位置に達した後に前記先端内に残留している液体を吹き消すため
    に前記ホーム位置を超えて前記プランジャを駆動するように、前記マイクロプロ
    セッサは、更にプログラムされる、ピペット。
  29. 【請求項29】 マイクロプロセッサ制御携帯電子ピペットにおいて、 シリンダ内で縦にプランジャを駆動する線形アクチュエータを支持する握り可
    能ハウジングを有し、前記握り可能ハウジングから延びるピペット先端内へ液体
    を吸い込みかつ前記先端から液体を放出し、 前記線形アクチュエータは、前記ハウジングに内蔵された電池又は外部電源に
    よって附勢されかつ一連のマイクロステップを通して制御された速度で前記プラ
    ンジャに縦運動を伝えるために回転子を電磁的に駆動する駆動信号を受信する電
    流受取り巻線を備えたステッパ・モータを有し、 ユーザ制御可能マイクロプロセッサを含み前記ピペットに対する制御回路を有
    し、前記マイクロプロセッサは前記電池又は前記外部電源によって附勢されかつ
    前記ステッパ・モータに対する駆動信号を発生するようにプログラムされ、前記
    駆動信号は、前記制御回路に含まれたメモリに記憶されたデータの第1テーブル
    から前記マイクロプロセッサによって導出された前記ステッパ・モータの異なっ
    たマイクロステップ位置に相当するデューティ・サイクルを有しかつモータ運動
    の速度を決定するために前記メモリに記憶されたデータの第2テーブルから前記
    マイクロプロセッサによって導出された繰返しパターンを有するパルス幅変調(
    PWM)信号であり、 前記制御回路は前記ハウジングによって支持されかつ前記マイクロプロセッサ
    に電気的に接続されたディスプレイと、前記ハウジングによって支持されかつ前
    記マイクロプロセッサ内に操作ピペット・モードと、液体採取量と、液体放出と
    、前記ピペットの操作を制御するピペット操作速度信号とピペット・リセット信
    号と、前記ディスプレイ上の英数字ユーザ読取り可能表示とを発生するために前
    記マイクロプロセッサに電気的に接続されたユーザ操作可能制御キーとを更に含
    み、 前記メモリは前記第1テーブルと前記第2テーブルとを含むデータのテーブル
    を記憶しておりかつ前記ピペットの操作を制御するために前記マイクロプロセッ
    サによってアクセス可能かつ使用可能であり、 前記制御キーのユーザ操作によって選択されたピペット操作をトリガするため
    に前記ハウジングによって支持されたユーザ操作可能スイッチを、さらに備えた
    ピペット。
  30. 【請求項30】 請求項29記載のピペットにおいて、前記PWM駆動信号
    がオーバラップしない位相を有し、それによって前記ステッパ・モータの前記電
    流受取り巻線に印加される前記PWM駆動信号のオーバラップがない、ピペット
  31. 【請求項31】 請求項29記載のピペットにおいて、前記電池又は前記外
    部電源は供給電圧を発生し、かつ前記マイクロプロセッサは前記メモリに記憶さ
    れたデータの前記テーブルのうちのどれについて前記マイクロプロセッサが前記
    PWM駆動信号を導出するかの前記マイクロプロセッサの選択の際に前記供給電
    圧に応答するようにプログラムされる、ピペット。
  32. 【請求項32】 電池式マイクロプロセッサ制御携帯電子ピペットにおいて
    、 電池と、シリンダ内で縦にプランジャを駆動する線形アクチュエータとを支持
    する前記握り可能ハウジングを有し、前記ハウジングから延びるピペット先端内
    へ液体を吸い込みかつ前記先端から液体を放出し、 前記線形アクチュエータは前記電池によって附勢されかつ前記プランジャに縦
    運動を伝えるために回転子を電磁的に駆動する駆動信号を受信する電流受取り巻
    線を備えたモータを含み、 前記電池によって附勢されかつ前記モータに対する前記駆動信号を発生するよ
    うにプログラムされたユーザ制御可能マイクロプロセッサを含む前記ピペットに
    対する制御回路を有し、前記マイクロプロセッサは、 (i) 前記電池の充電状態と、前記電池に対する最大充電電流以上の電流
    制限を有する前記電池を充電する電源とを検査するために周期に基づいて電力管
    理ルーチンに入り、 (ii) 前記電源と前記電池との間のスイッチを開閉するように、 更にプログラムされ、 前記電源によって発生された電圧が調整値より下にある間に前記閉じたスイッ
    チは前記電池を充電するために前記電源から前記電流制限内で前記電池へ電流を
    通過させ、 前記スイッチが開いている間に前記マイクロプロセッサは定義された時間間隔
    の前記電源電圧を測定しかつ前記電源電圧の最高値(PH)と最低値(PL)を決
    定する、こと を備えたピペット。
  33. 【請求項33】 請求項32記載のピペットにおいて、前記電流からの制限
    電流に対して倍数分の前記パルス幅変調制御信号のデューティ・サイクルに等し
    い平均電流で前記電池が充電されるように、前記スイッチが開閉するためのパル
    ス幅変調スイッチ制御信号を発生させるために前記マイクロプロセッサは、更に
    プログラムされる、ピペット。
  34. 【請求項34】 請求項33記載のピペットにおいて、前記電池の充電状態
    によって決定された値へ前記パルス幅変調スイッチ制御信号のデューティ・サイ
    クルを制御するように、前記マイクロプロセッサは、更にプログラムされる、ピ
    ペット。
  35. 【請求項35】 前記電源に接続された請求項32によって定義された第2
    ピペットとの組合わせの第1ピペットを定義する請求項32記載のピペットにお
    いて、各ピペットは、該ピペットの電力管理ルーチンにある間に、前記各ピペッ
    トが前記電源から該ピペットの電池を充電することができるかどうか判定するた
    めに前記ピペットの測定されたPL値とPH値を前記ピペットのマイクロプロセッ
    サに記憶されたしきい値と比較する、ピペット。
  36. 【請求項36】 請求項35記載のピペットにおいて、PHとPLがそれぞれ
    のしきい値より高くなければ、前記電池の充電を起こすことができない、ピペッ
    ト。
  37. 【請求項37】 請求項36記載のピペットにおいて、前記電池がリチウム
    イオン電池であり、かつ電池充電を可能とするためにPLとPHに対するしきい値
    はそれぞれ4.6ボルトと4.9ボルトよりも高い、ピペット。
  38. 【請求項38】 請求項37記載のピペットにおいて、PLとPHを決定する
    ための時間間隔は1msより長いが、100msより短い、ピペット。
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