JP2005049197A - Nozzle tip position measuring device and spotting device using it - Google Patents

Nozzle tip position measuring device and spotting device using it Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a nozzle tip position measuring device causing no damage of the nozzle tip, generating no foreign matter contamination, and capable of measuring precisely accurate position information in the micrometer order. <P>SOLUTION: In this device for measuring the tip position of a nozzle provided in a moving means movable relatively in the XYZ triaxial directions mutually orthogonal to the XY plane on a base, the nozzle tip is equipped with a reference area imaging means for photographing an image in a reference area determined beforehand on the base, and a position displacement from the reference position of the nozzle tip is measured by the photographed image when the nozzle tip is moved to the reference position determined beforehand in the reference area. Especially, in the device, movement of the moving means is controlled by position information by the photographed image from the imaging means for imaging the surface of the base, and the reference area imaging means includes an optical path for guiding the image of the reference area to the imaging means. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は例えばガラスプレートなどの基板上に微小量の液を滴下するスポッティング装置のノズル先端の位置計測を行うノズル先端位置計測装置に関するものである。   The present invention relates to a nozzle tip position measuring device that measures the position of a nozzle tip of a spotting device that drops a minute amount of liquid onto a substrate such as a glass plate.

近年、医療の分野では遺伝子(DNA)を用いた治療や薬品の開発が行われている。例えば、異なる遺伝子のコピーを試料としてガラス板や合成樹脂板等からなる基板上に数千個〜数万個張り付けた所謂「DNAチップ」と呼ばれるものや、また、半導体等の基板上に数千個〜数万個の極小の反応槽(マイクロウェル)を備え、このマイクロウェル内に遺伝子(DNA)を始めとして、蛋白質を合成する試料や酵素を入れて反応を行う所謂「タンパク合成チップ」と呼ばれるものが提案されている(例えば、引用文献1参照)。   In recent years, in the medical field, treatments and drugs using genes (DNA) have been developed. For example, what is called a “DNA chip” in which thousands to tens of thousands of copies of different genes are sampled on a substrate made of a glass plate, a synthetic resin plate, or the like, or thousands on a substrate such as a semiconductor A so-called “protein synthesis chip” that has a reaction vessel (microwell) of from tens to tens of thousands of cells, and performs a reaction by putting a sample (synthesizing protein) or an enzyme into the microwell. What is called has been proposed (see, for example, cited document 1).

このチップの製作に使用するスポッティング装置では、微量の試薬を基板上に滴下するために、例えばスタンフォードタイプのような先端が鋭利なピンをパイオチップに接触させてスポットするタイプが主流であった。しかし、バイオチップやピンの破損、およびそれに由来する異物混入(コンタミネーション)の発生などの問題からバイオチップに接触しない非接触のノズルが開発された。これら接触式のピンや非接触ノズルを扱うにあたり、正確なスポットを行なうためにチップとピン、ノズルの位置関係を正確に得ることが重要視されている。   In the spotting apparatus used for manufacturing the chip, in order to drop a small amount of reagent onto the substrate, a type in which a pin with a sharp tip such as a Stanford type is brought into contact with the pio chip and spotted is the mainstream. However, non-contact nozzles that do not come into contact with biochips have been developed due to problems such as damage to biochips and pins, and the occurrence of contamination (contamination) derived therefrom. In handling these contact-type pins and non-contact nozzles, it is important to accurately obtain the positional relationship between the tip, the pin, and the nozzle in order to perform an accurate spot.

このようなスポッティング装置において、本出願人は既に、互いに直交するXYZ3軸方向に相対移動可能な移動手段にスポッティングヘッドを備え、撮像手段による位置情報によりヘッドを制御するスポッティング装置を提案している(例えば、特許文献2参照)。   In such a spotting apparatus, the present applicant has already proposed a spotting apparatus in which a spotting head is provided in a moving means that can move relative to each other in the XYZ three-axis directions orthogonal to each other, and the head is controlled based on position information from the imaging means ( For example, see Patent Document 2).

従来のスポッティング装置におけるピンやノズルの先端位置計測方法には、以下のような方法がある。
・X、Y軸(水平方向)については実際にチップに試し打ちを行ない、目的の位置に対する実際のスポット位置のズレを補正する方法。
・Z軸(上下方向)については目視でノズルをチップ付近まで下ろし、微調整でノズルをチップに接触させゼロ点調整する方法。
その他
・マイクロマニピュレータでは目視で大まかに位置合わせを行ない、顕微鏡視野内に入るように手動で微細な位置調整を行なう方法。
・半導体製造装置では、基板を撮影するカメラとは別にツール先端を撮影するための赤外線カメラなどを設置してツール先端位置情報を取得する方法。
There are the following methods for measuring the tip position of a pin or nozzle in a conventional spotting apparatus.
A method for correcting the deviation of the actual spot position with respect to the target position by actually making a test strike on the X and Y axes (horizontal direction).
・ For the Z axis (vertical direction), the nozzle is visually lowered to the vicinity of the tip, and the zero point is adjusted by making the nozzle contact the tip by fine adjustment.
Others • A method that uses a micromanipulator to roughly align the position visually, and then finely adjust the position manually so that it is within the microscope field of view.
In a semiconductor manufacturing apparatus, a method of acquiring tool tip position information by installing an infrared camera or the like for photographing a tool tip separately from a camera for photographing a substrate.

特開2000−236876JP 2000-236876 A 特開2003−149094JP2003-149094

しかしながら、従来のノズル先端位置計測方法では、次のような問題がある。
・マイクロメートルオーダーの正確な位置情報が得られない。
・物理的にノズル先端を接触させる場合、ノズル先端を破損する危険性があり、異物混入が発生する原因となる。
・手作業で行なう場合、時間がかかったり、位置データにばらつきが出たりする可能性が高い。
・別置きのカメラシステムを使用する場合、ノズル先端位置測定用のカメラはその用途のためにしか使用しないため、コスト的に問題がある。
・レーザ計測器などでノズル先端の位置を計測する場合、使用する計測器によってはレーザスポット径がノズル先端よりも大きいと計測できない、あるいは計測精度が悪くなる。
However, the conventional nozzle tip position measuring method has the following problems.
-Accurate position information on the micrometer order cannot be obtained.
・ If the nozzle tip is physically contacted, there is a risk of damaging the nozzle tip, which may cause contamination.
・ When performing manually, there is a high possibility that it will take time and position data will vary.
When a separate camera system is used, a camera for measuring the nozzle tip position is used only for that purpose, which is problematic in terms of cost.
When measuring the position of the nozzle tip with a laser measuring instrument or the like, depending on the measuring instrument to be used, if the laser spot diameter is larger than the nozzle tip, measurement cannot be performed or measurement accuracy is deteriorated.

本発明は、先の問題に鑑みてなされたものであり、ノズル先端の破損や異物混入の発生のない、マイクロメートルオーダの正確な位置情報を精度よく計測することができるノズル先端位置計測装置を得ることを目的とし、更にコスト的に問題のないノズル先端位置計測装置を得ることを目的とする。   The present invention has been made in view of the above problems, and provides a nozzle tip position measuring device capable of accurately measuring accurate position information on the order of micrometers without causing damage to the nozzle tip or contamination. An object of the present invention is to obtain a nozzle tip position measuring device that is free from cost problems.

請求項1に記載された発明に係るノズル先端位置計測装置は、基台のXY平面に対して互いに直交するXYZ3軸方向に相対移動可能な移動手段に備えられたノズルの先端位置を計測する装置であって、
前記ノズル先端が前記基台上の予め定められた基準エリア内の画像を撮影する基準エリア撮像手段を備え、
この基準エリア内に予め定められた基準位置に前記ノズル先端を移動させた際の撮影画像により、前記ノズル先端の基準位置からの位置ズレを計測することを特徴とするものである。
A nozzle tip position measuring device according to the invention described in claim 1 is a device for measuring the tip position of a nozzle provided in a moving means that can move relative to each other in three XYZ axial directions orthogonal to the XY plane of a base. Because
The nozzle tip comprises a reference area imaging means for capturing an image in a predetermined reference area on the base,
The positional deviation of the nozzle tip from the reference position is measured from a photographed image when the nozzle tip is moved to a predetermined reference position in the reference area.

請求項2に記載された発明に係るノズル先端位置計測装置は、請求項1に記載の移動手段が、前記基台上を撮影する撮像手段からの撮影画像による位置情報により移動を制御されており、
前記基準エリア撮像手段が、基準エリアの映像を前記撮像手段に導く光学経路を含んでいることを特徴とするものである。
According to a second aspect of the present invention, in the nozzle tip position measuring device according to the first aspect, the movement of the moving means according to the first aspect is controlled by position information based on a photographed image from the photographing means for photographing the base. ,
The reference area imaging unit includes an optical path for guiding an image of the reference area to the imaging unit.

請求項3に記載された発明に係るスポッティング装置は、基板上に複数のマイクロウェルが集積化されたマイクロウェル集積体の個々のマイクロウェル内への試薬の配置又は個々のマイクロウェル内からの試薬の採取を行うスポッティング装置であって、
前記マイクロウェル集積体を載置したXY平面の基台に対して互いに直交するXYZ3軸方向に相対移動可能な移動手段と、前記移動手段に備えられ、前記個々のマイクロウェル内に試薬を配置又は個々のマイクロウェル内から試薬を採取するスポッティングノズルと、前記複数のマイクロウェルの配列を上方より撮影する撮像手段と、前記撮像手段で得た画像情報から個々のマイクロウェル像の位置情報を算出する演算手段と、前記演算手段によって算出された位置情報に基づいて前記移動手段及びスポッティングノズル手段を制御する制御手段と、
前記基台上の予め定められた基準エリア内の画像を撮影する基準エリア撮像手段と、
この基準エリア内に予め定められた基準位置に前記スポッティングノズル先端を移動させた際の撮影画像により、前記ノズル先端の基準位置からの位置ズレを計測する位置計測手段とを備え、
計測手段から出力される位置ズレ情報を前記制御手段の校正情報として用いることを特徴とするものである。
The spotting apparatus according to the invention described in claim 3 is an arrangement of a reagent in each microwell of a microwell assembly in which a plurality of microwells are integrated on a substrate, or a reagent from within each microwell. A spotting device for collecting
A moving means capable of relatively moving in the XYZ triaxial directions perpendicular to each other with respect to a base of the XY plane on which the microwell assembly is placed; and the moving means, and a reagent is placed in each microwell. A spotting nozzle that collects a reagent from within each microwell, an imaging unit that images the array of the plurality of microwells from above, and position information of each microwell image is calculated from image information obtained by the imaging unit. Calculation means, and control means for controlling the moving means and the spotting nozzle means based on the position information calculated by the calculation means;
Reference area imaging means for capturing an image in a predetermined reference area on the base;
A position measuring means for measuring a positional deviation from the reference position of the nozzle tip based on a photographed image when the spotting nozzle tip is moved to a predetermined reference position in the reference area;
The positional deviation information output from the measuring means is used as calibration information for the control means.

請求項4に記載された発明に係るスポッティング装置は、請求項3に記載の基準エリア撮像手段が、基準エリアの映像を前記撮像手段に導く光学経路を含んでいることを特徴とするものである。   A spotting device according to a fourth aspect of the present invention is characterized in that the reference area imaging unit according to the third aspect includes an optical path that guides an image of the reference area to the imaging unit. .

本発明は以上説明した通り、ノズル先端の破損や異物混入の発生のない、マイクロメートルオーダの正確な位置情報を得ることができるノズル先端位置計測装置を得ることができるという効果がある。   As described above, the present invention has an effect that it is possible to obtain a nozzle tip position measuring device capable of obtaining accurate position information in the order of micrometers without causing damage to the nozzle tip or contamination.

本発明においては、基台に対して互いに直交するXYZ3軸方向に相対移動可能な移動手段に備えられたノズルの先端位置を計測する装置であって、前記ノズル先端が前記基台上の予め定められた基準エリア内の画像を撮影する基準エリア撮像手段を備え、この基準エリア内に予め定められた基準位置に前記ノズル先端を移動させた際の撮影画像により、前記ノズル先端の基準位置からの3方向のズレを計測するため、ノズル先端の破損や異物混入の発生のない、マイクロメートルオーダの正確な位置情報を精度よく計測することができる。   In the present invention, there is provided an apparatus for measuring a tip position of a nozzle provided in a moving means capable of relative movement in the XYZ triaxial directions orthogonal to the base, wherein the nozzle tip is predetermined on the base. A reference area imaging unit that captures an image in the reference area, and a captured image obtained by moving the nozzle tip to a predetermined reference position in the reference area from the reference position of the nozzle tip. Since the displacement in the three directions is measured, accurate position information on the order of micrometers can be accurately measured without causing damage to the nozzle tip or contamination.

本発明の装置は例えば既存のスポッティング装置に追加して組み込むことが可能となる。即ち、基板上に複数のマイクロウェルが集積化されたマイクロウェル集積体の個々のマイクロウェル内への試薬の配置又は個々のマイクロウェル内からの試薬の採取を行うスポッティング装置であって、前記マイクロウェル集積体を載置したXY平面の基台に対して互いに直交するXYZ3軸方向に相対移動可能な移動手段と、前記移動手段に備えられ、前記個々のマイクロウェル内に試薬を配置又は個々のマイクロウェル内から試薬を採取するスポッティングノズルと、前記複数のマイクロウェルの配列を上方より撮影する撮像手段と、前記撮像手段で得た画像情報から個々のマイクロウェル像の位置情報を算出する演算手段と、前記演算手段によって算出された位置情報に基づいて前記移動手段及びスポッティングノズル手段を制御する制御手段と、前記基台上の予め定められた基準エリア内の画像を撮影する基準エリア撮像手段と、この基準エリア内に予め定められた基準位置に前記スポッティングノズル先端を移動させた際の撮影画像により、前記ノズル先端の基準位置からの3方向のズレを計測する位置計測手段とを備え、計測手段から出力される位置ズレ情報を前記制御手段の校正情報として用いる。これにより、ノズル先端の破損や異物混入の発生のない、マイクロメートルオーダの正確な位置情報を精度よく計測可能なスポッティング装置を得ることができる。   The apparatus of the present invention can be incorporated in addition to, for example, an existing spotting apparatus. That is, a spotting apparatus for arranging a reagent in each microwell of a microwell assembly in which a plurality of microwells are integrated on a substrate or collecting a reagent from each microwell, A moving means capable of relatively moving in the XYZ three-axis directions perpendicular to each other with respect to the base of the XY plane on which the well integrated body is placed, and provided in the moving means, and a reagent is arranged in each individual microwell A spotting nozzle that collects a reagent from within the microwell, an imaging unit that images the array of the plurality of microwells from above, and an arithmetic unit that calculates position information of each microwell image from image information obtained by the imaging unit And controlling the moving means and the spotting nozzle means based on the position information calculated by the calculating means. Control means, reference area imaging means for capturing an image in a predetermined reference area on the base, and photographing when the spotting nozzle tip is moved to a predetermined reference position in the reference area And a position measuring unit that measures a deviation in three directions from the reference position of the nozzle tip according to an image, and uses positional deviation information output from the measuring unit as calibration information of the control unit. Thereby, it is possible to obtain a spotting device capable of accurately measuring accurate position information on the order of micrometers without causing breakage of the nozzle tip or mixing of foreign matters.

本発明の基準エリア撮像手段としては、新たな撮像手段を講じてもよいが、既存の撮像手段を利用してもよい。例えば、移動手段が、基台上を撮影する撮像手段からの撮影画像による位置情報により移動を制御されており、基準エリア撮像手段が、基準エリアの映像を前記撮像手段に導く光学経路を含んでいるものである。これにより、コスト的に問題のないノズル先端位置計測装置を得る。   As the reference area imaging means of the present invention, a new imaging means may be provided, but an existing imaging means may be used. For example, the movement unit is controlled to move based on position information based on a captured image from an imaging unit that images a base, and the reference area imaging unit includes an optical path that guides an image of the reference area to the imaging unit. It is what. Thereby, a nozzle tip position measuring device having no problem in cost is obtained.

即ち、光学経路としては、予め入力側のフォーカスを基準エリアとして、基準の穴が空けてある基準プレートの底面に合うようにミラー、レンズ等の光学系の位置を調整しておき、例えばノズルに並設された撮像手段に基準エリアの画像を導くようにすればよい。なお、中間のレンズ部分にミラーを入れて、光路を水平方向で曲げるような配置にしてあっても何ら構わない。   That is, as the optical path, the position of the optical system such as a mirror and a lens is adjusted in advance so that the input side focus is the reference area and matches the bottom surface of the reference plate in which the reference hole is formed. The image of the reference area may be guided to the image pickup means arranged in parallel. It does not matter if a mirror is inserted in the middle lens part and the optical path is bent in the horizontal direction.

本発明の装置でのノズル先端の位置を測定する際は、基準エリアを光学装置の配置に合わせて位置決めし、ノズルを下降してノズル先端を基準孔に入れる。基準エリアのカメラ画像上で、基準プレートとノズル先端のフォーカス位置とを合わせることによってノズル先端の上下方向の位置を取得することができる。エリアカメラ画像を画像処理することによって、基準孔に対するノズル先端の相対位置によって得られ、基準孔の絶対位置とノズル先端の相対位置を計算することによって、ノズル先端の水平面内の位置情報を取得することができる。   When measuring the position of the nozzle tip in the apparatus of the present invention, the reference area is positioned according to the arrangement of the optical device, the nozzle is lowered, and the nozzle tip is inserted into the reference hole. By aligning the reference plate and the focus position of the nozzle tip on the camera image of the reference area, the vertical position of the nozzle tip can be acquired. By processing the area camera image, it is obtained by the relative position of the nozzle tip with respect to the reference hole, and by calculating the absolute position of the reference hole and the relative position of the nozzle tip, position information in the horizontal plane of the nozzle tip is obtained. be able to.

この既存の撮像手段を利用する本発明の装置も既存の装置に追加して組み込むことができ、コスト的に問題のない装置を得ることができる。   The apparatus of the present invention using this existing image pickup means can be additionally incorporated into the existing apparatus, and an apparatus having no problem in cost can be obtained.

また、本発明では、ノズル先端の3方向(X軸、Y軸、Z軸)の位置を、センサでの接触やレンズやカメラなどの交換なしに、既存の画像処理装置によって、基準プレートに対する相対位置として測定できる。例えば、Z軸方向については、カメラおよびレンズの性能により測定精度が悪くなる場合もあるが、既存の画像処理用カメラをノズル先端位置の測定に流用できるためコストパフォーマンスに優れる、非接触で測定を行なうことができるためノズル先端の破損を引き起こさない、という利点がある。XY軸についても、基準孔の精度さえ出ていればノズルやカメラの取付位置自体の精度を追求する必要が無いため、精度の高い高価な部品や機器を追加する必要が無くコストパフォーマンスに優れるという利点がある。   In the present invention, the position of the nozzle tip in the three directions (X axis, Y axis, and Z axis) is set relative to the reference plate by an existing image processing apparatus without contact with a sensor or replacement of a lens, a camera, or the like. It can be measured as a position. For example, in the Z-axis direction, the measurement accuracy may deteriorate due to the performance of the camera and lens, but the existing image processing camera can be diverted to the measurement of the nozzle tip position. Since it can be performed, there is an advantage that the nozzle tip is not damaged. As for the XY axis, it is not necessary to pursue the accuracy of the nozzle or camera mounting position itself as long as the accuracy of the reference hole is obtained, so there is no need to add expensive and highly accurate parts and equipment, and the cost performance is excellent. There are advantages.

また、測定のたびに既存の設備を取り外す必要がないため、簡単に再現性の高い測定を行なうことができる。   In addition, since it is not necessary to remove existing equipment every time measurement is performed, measurement with high reproducibility can be easily performed.

以上のように、本装置により次に示す種々の効果を奏することができる。基準エリアを使用することで、基準エリアに対するノズル先端の相対的位置の測定を行なうことになるため、光学系の位置ずれが多少あっても高い測定精度を得ることができる。また、ノズル先端の位置を正確に測定することができるため、試し打ちなどをすること無く、ノズル先端の位置調整を行なうことができる。これにより、常に安定したスポットを行なうことができる。更に、対物レンズの外側に光学系を組み込むため、ノズル先端の測定を行なう度にレンズを取り換えたりする手間を省くとともに、高い再現性を確保することができる。また、既存の画像処理カメラを流用できるため、機器を追加する必要がなくコストパフォーマンスに優れる。更に、非接触でノズル先端の位置を計測するため、ノズルの破損などによる異物混入の発生する可能性が低い。   As described above, the following effects can be achieved by this apparatus. Since the relative position of the nozzle tip with respect to the reference area is measured by using the reference area, high measurement accuracy can be obtained even if there is a slight displacement of the optical system. In addition, since the position of the nozzle tip can be accurately measured, the position of the nozzle tip can be adjusted without performing trial strikes. Thereby, a stable spot can always be performed. Furthermore, since the optical system is incorporated outside the objective lens, it is possible to save the trouble of replacing the lens each time the nozzle tip is measured, and to ensure high reproducibility. In addition, since an existing image processing camera can be used, there is no need to add a device and the cost performance is excellent. Furthermore, since the position of the nozzle tip is measured in a non-contact manner, there is a low possibility of foreign matter contamination due to nozzle breakage or the like.

図1は本発明による計測装置を組み込んだスポッティング装置の構成を示す説明図である。図に示す通り、基台11の対向する平行な2辺を囲むように一対のレール12,13が立上り、このyアーム部としてのレール12,13上に横架された状態で移動可能なyステージ14が備わっている。yステージ14は一対のレール上を移動させるためのリニアモータ(図示せず)が搭載され、高い位置精度を得ることができる。   FIG. 1 is an explanatory view showing a configuration of a spotting apparatus incorporating a measuring apparatus according to the present invention. As shown in the figure, a pair of rails 12 and 13 rises so as to surround two opposite parallel sides of the base 11 and can be moved in a state of being horizontally mounted on the rails 12 and 13 as the y arm portion. A stage 14 is provided. The y stage 14 is equipped with a linear motor (not shown) for moving on a pair of rails, and can obtain high positional accuracy.

yステージ14にはレール12,13に直行する方向に渡されたxアーム部15に沿って移動可能なxステージ16が備わっている。このxステージ16にもxアーム部15上を移動させるためのリニアモータ(図示せず)が搭載され、高い位置精度を得ることができる。このxステージ16には高さ方向に延ばされたzアーム部17に沿って移動可能なzステージ18が備わっている。このzステージ18ではサーボモータとボールネジ(図示せず)でzアーム部17上を移動させる。   The y stage 14 is provided with an x stage 16 that is movable along an x arm portion 15 that extends in a direction perpendicular to the rails 12 and 13. The x stage 16 is also equipped with a linear motor (not shown) for moving on the x arm portion 15, and high positional accuracy can be obtained. The x stage 16 is provided with a z stage 18 that is movable along a z arm portion 17 that extends in the height direction. The z stage 18 is moved on the z arm 17 by a servo motor and a ball screw (not shown).

zステージ18には、基台11上に載置・固定されたマイクロウェル集積体19に形成されたマイクロウェル内に試薬を配置及び個々のマイクロウェル内から試薬を採取するスポッティングノズル21と、このノズル21に並設されたエリアカメラ22とが備わっている。   In the z stage 18, a spotting nozzle 21 for arranging a reagent in a microwell formed in a microwell assembly 19 placed and fixed on the base 11 and collecting the reagent from each microwell, and this An area camera 22 arranged in parallel with the nozzle 21 is provided.

マイクロウェル集積体19が載置・固定されている基台11上には、ノズルの洗浄を行う洗浄ユニット2と、洗浄したノズルを乾燥させる乾燥ユニット3と、試薬入れ5とが並設されると共にノズル先端位置測定用の光学システム20が並設されている。   On the base 11 on which the microwell assembly 19 is placed and fixed, a cleaning unit 2 for cleaning the nozzle, a drying unit 3 for drying the cleaned nozzle, and a reagent container 5 are arranged in parallel. In addition, an optical system 20 for measuring the nozzle tip position is provided side by side.

ノズル先端位置測定用の光学システム20には、スポッティングノズル21が挿入される基準エリアとしての基準孔23と、スポッティングノズル21が基準孔23に挿入される際にエリアカメラ22の直下に形成されたフォーカス孔24とが形成されている。   The optical system 20 for measuring the tip position of the nozzle has a reference hole 23 as a reference area into which the spotting nozzle 21 is inserted, and is formed immediately below the area camera 22 when the spotting nozzle 21 is inserted into the reference hole 23. A focus hole 24 is formed.

図2はノズル先端位置測定用の光学システムの一実施例の構成を示す説明図である。図2に示す通り、基準孔23とフォーカス孔24との直下には、各々ミラー25,26が設けられており、この2つのミラーの光路を繋ぐようにレンズ27,28が装着されている。光学システムのノズル側のフォーカスは、基準プレート底面に合わせておく。通常、エリアカメラ22の焦点距離はチップ(ガラスプレート)を撮影するために固定されているが、その焦点距離を維持してフォーカスを変更することなくノズル先端の測定に使用するために、光路距離とレンズ27,28を予め調整しておく。   FIG. 2 is an explanatory diagram showing the configuration of an embodiment of an optical system for measuring the nozzle tip position. As shown in FIG. 2, mirrors 25 and 26 are provided directly below the reference hole 23 and the focus hole 24, and lenses 27 and 28 are mounted so as to connect the optical paths of the two mirrors. The focus on the nozzle side of the optical system is adjusted to the bottom surface of the reference plate. Usually, the focal length of the area camera 22 is fixed for photographing a chip (glass plate), but in order to maintain the focal length and use it for measuring the nozzle tip without changing the focus, the optical path distance is used. And lenses 27 and 28 are adjusted in advance.

これにより、ノズルを交換したときやその他の任意のタイミングで、下記の手順でノズル先端の3軸方向の位置を測定することができる。具体的な操作は次の通りである。
(1) 光学システムの基準孔の位置にノズルの位置を合わせるように、リニアステージの基準位置を位置決めしておく。又は、直接目視で、ノズル先端を基準孔に挿入する。
Thereby, when the nozzle is replaced or at any other timing, the position of the nozzle tip in the three-axis direction can be measured by the following procedure. The specific operation is as follows.
(1) Position the reference position of the linear stage so that the position of the nozzle is aligned with the position of the reference hole of the optical system. Alternatively, the nozzle tip is inserted into the reference hole by direct visual inspection.

(2) エリアカメラ画像で、基準プレー卜に対してノズル先端のフォーカスが合うようにZ軸を下降する。図3はノズル先端のZ軸方向の位置決定のためのフォーカスあわせの状態を示す説明図であり、A図はノズル先端が基準孔に挿入される前の状態とその時の画像を示し、B図はノズル先端が基準孔の基準位置に挿入された状態とその時の画像を示す。図に示す通り、Z軸方向の移動を行い、B図のようにフォーカスが合った位置でノズル先端と基準プレートの底面とがほぼ一致することになるので、ノズル先端のZ軸方向の位置を取得することができる。   (2) In the area camera image, lower the Z axis so that the tip of the nozzle is in focus with respect to the reference plate. FIG. 3 is an explanatory diagram showing a state of focusing for determining the position of the nozzle tip in the Z-axis direction. FIG. 3A shows a state before the nozzle tip is inserted into the reference hole and an image at that time. Indicates the state in which the nozzle tip is inserted at the reference position of the reference hole and the image at that time. As shown in the figure, the movement in the Z-axis direction is performed, and the nozzle tip and the bottom surface of the reference plate substantially coincide with each other at the focused position as shown in FIG. Can be acquired.

(3) ノズル先端のフォーカスが合った状態で、基準孔に対するノズル先端のX軸、Y軸方向のずれを画像処理により測定する。図4はノズル先端のX軸、Y軸方向のずれを示す説明図である。図に示す通り、Z軸については、エリアカメラの焦点距離を維持してフォーカスを変更することなく光路距離とレンズ27,28とを予め調整して基準孔の基準位置に決定されているため、フォーカスがあった地点がZ軸の基準位置である。また、フォーカスがあった時のノズル先端の基準位置(例えば、基準エリアの中心)からのX軸、Y軸方向のズレを校正情報として制御することができる。   (3) With the nozzle tip in focus, the displacement of the nozzle tip in the X-axis and Y-axis directions with respect to the reference hole is measured by image processing. FIG. 4 is an explanatory diagram showing the deviation of the nozzle tip in the X-axis and Y-axis directions. As shown in the figure, the Z axis is determined as the reference position of the reference hole by adjusting the optical path distance and the lenses 27 and 28 in advance without changing the focus while maintaining the focal length of the area camera. The point where the focus is obtained is the Z-axis reference position. Further, the deviation in the X-axis and Y-axis directions from the reference position of the nozzle tip (for example, the center of the reference area) when focus is achieved can be controlled as calibration information.

本発明による計測装置を組み込んだスポッティング装置の構成を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the structure of the spotting apparatus incorporating the measuring device by this invention. ノズル先端位置測定用の光学システムの一実施例の構成を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the structure of one Example of the optical system for nozzle tip position measurement. ノズル先端のZ軸方向の位置決定のためのフォーカスあわせの状態を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the state of the focus adjustment for the position determination of the Z-axis direction of the nozzle tip. ノズル先端のX軸、Y軸方向のずれを示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the shift | offset | difference of the X-axis direction of a nozzle front-end | tip, and a Y-axis direction.

符号の説明Explanation of symbols

2…洗浄ユニット、
3…乾燥ユニット、
5…試薬入れ、
11…基台、
12…レール、
13…レール、
14…yステージ、
15…xアーム部、
16…xステージ、
17…zアーム部、
18…zステージ、
19…マイクロウェル集積体、
20…ノズル先端位置測定用の光学システム、
21…スポッティングノズル、
22…エリアカメラ、
23…基準孔、
24…フォーカス孔、
25…ミラー、
26…ミラー、
27…レンズ、
28…レンズ、
2 ... Cleaning unit,
3 ... Drying unit,
5 ... Reagent storage,
11 ... Base,
12 ... Rail,
13 ... Rail,
14 ... y stage
15 ... x arm part,
16 ... x stage,
17 ... z arm part,
18 ... z stage,
19 ... Microwell assembly,
20: Optical system for measuring the nozzle tip position,
21 ... Spotting nozzle,
22 Area camera,
23 ... Reference hole,
24: Focus hole,
25 ... Mirror,
26 ... Mirror,
27 ... Lens,
28 ... Lens,

Claims (4)

基台のXY平面に対して互いに直交するXYZ3軸方向に相対移動可能な移動手段に備えられたノズルの先端位置を計測する計測装置であって、
前記ノズル先端が前記基台上の予め定められた基準エリア内の画像を撮影する基準エリア撮像手段を備え、
この基準エリア内に予め定められた基準位置に前記ノズル先端を移動させた際の撮影画像により、前記ノズル先端の基準位置からの位置ズレを計測することを特徴とするノズル先端位置計測装置。
A measuring device for measuring a tip position of a nozzle provided in a moving means capable of relative movement in XYZ three-axis directions orthogonal to each other with respect to an XY plane of a base,
The nozzle tip comprises a reference area imaging means for capturing an image in a predetermined reference area on the base,
A nozzle tip position measuring apparatus, wherein a positional deviation of the nozzle tip from a reference position is measured based on a photographed image when the nozzle tip is moved to a predetermined reference position in the reference area.
前記移動手段が、前記基台上を撮影する撮像手段からの撮影画像による位置情報により移動を制御されており、
前記基準エリア撮像手段が、基準エリアの映像を前記撮像手段に導く光学経路を含んでいることを特徴とする請求項1に記載のノズル先端位置計測装置。
The movement means is controlled to move by position information based on a photographed image from an imaging means for photographing the base.
2. The nozzle tip position measuring device according to claim 1, wherein the reference area imaging unit includes an optical path for guiding an image of the reference area to the imaging unit.
基板上に複数のマイクロウェルが集積化されたマイクロウェル集積体の個々のマイクロウェル内への試薬の配置又は個々のマイクロウェル内からの試薬の採取を行うスポッティング装置であって、
前記マイクロウェル集積体を載置したXY平面の基台に対して互いに直交するXYZ3軸方向に相対移動可能な移動手段と、前記移動手段に備えられ、前記個々のマイクロウェル内に試薬を配置又は個々のマイクロウェル内から試薬を採取するスポッティングノズルと、前記複数のマイクロウェルの配列を上方より撮影する撮像手段と、前記撮像手段で得た画像情報から個々のマイクロウェル像の位置情報を算出する演算手段と、前記演算手段によって算出された位置情報に基づいて前記移動手段及びスポッティングノズル手段を制御する制御手段と、
前記基台上の予め定められた基準エリア内の画像を撮影する基準エリア撮像手段と、
この基準エリア内に予め定められた基準位置に前記スポッティングノズル先端を移動させた際の撮影画像により、前記ノズル先端の基準位置からの位置ズレを計測する位置計測手段とを備え、
計測手段から出力される位置ズレ情報を前記制御手段の校正情報として用いることを特徴とするスポッティング装置。
A spotting device for arranging a reagent in each microwell of a microwell assembly in which a plurality of microwells are integrated on a substrate or collecting a reagent from each microwell,
A moving means capable of relatively moving in the XYZ triaxial directions perpendicular to each other with respect to a base of the XY plane on which the microwell assembly is placed; and the moving means, and a reagent is placed in each microwell. A spotting nozzle that collects a reagent from within each microwell, an imaging unit that images the array of the plurality of microwells from above, and position information of each microwell image is calculated from image information obtained by the imaging unit. Calculation means, and control means for controlling the moving means and the spotting nozzle means based on the position information calculated by the calculation means;
Reference area imaging means for capturing an image in a predetermined reference area on the base;
A position measuring means for measuring a positional deviation from the reference position of the nozzle tip based on a photographed image when the spotting nozzle tip is moved to a predetermined reference position in the reference area;
A spotting apparatus using positional deviation information output from a measuring means as calibration information of the control means.
前記基準エリア撮像手段が、基準エリアの映像を前記撮像手段に導く光学経路を含んでいることを特徴とする請求項3に記載のスポッティング装置。
4. The spotting device according to claim 3, wherein the reference area imaging unit includes an optical path that guides an image of the reference area to the imaging unit.
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