JP2011022041A - 液面検出装置および自動分析装置 - Google Patents

Abstract

【課題】感度よく液面を検出することができる液面検出装置および自動分析装置を提供すること。
【解決手段】検体容器１１ｄに収容された検体Ｌを吸引し吐き出して分注するプローブ１２ａを有し、プローブ１２ａが検体Ｌの液面に接触することによるプローブ１２ａと、プローブ１２ａと対になる電極１１ｇ，１１ｈとの間の静電容量の変化を検出することによって検体Ｌの液面を検出する液面検出装置２０において、プローブ１２ａと対になる電極１１ｇ，１１ｈは、検体容器１１ｄの外壁のうち少なくとも底部の外壁を覆う。
【選択図】図２

Description

本発明は、容器に収容された液体の液面を検出する液面検出装置および自動分析装置に関するものである。

従来、容器に収容された液体の液面を検出する液面検出装置において、一対の電極の静電容量の変化に基づいて液面を検出するものがある。例えば、プローブと、容器外で鉛直方向に固定された板状の導体との静電容量の変化を検出する技術が開示されている（特許文献１参照）。

特開平９−１５０２４号公報

しかしながら、検出される液体と電極となる板状の導体とが、液体を収容する容器およびこの容器を保持するラックを挟んだ離れた位置に配置されるため、液面を検出する前後での静電容量の変化が小さくなってしまう問題があった。特に容器に収容される液体が少量の場合、静電容量の変化が小さくなると、液面を検出することが難しくなる。この際、電極に付加する信号の出力を上昇させることも考えられるが、静電気等のノイズの問題が発生して、結果的に液面を検出することが難しくなる。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、感度よく液面を検出することができる液面検出装置および自動分析装置を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の液面検出装置は、容器に収容された液体を吸引し吐き出して分注するプローブを有し、該プローブが前記液体の液面に接触することによる該プローブと、前記プローブと対になる電極との間の静電容量の変化を検出することによって前記液体の液面を検出する液面検出装置において、前記プローブと対になる電極は、前記容器の外壁のうち少なくとも底部の外壁を覆うことを特徴とする。

また、本発明にかかる液面検出装置は、上記の発明において、前記電極は、前記容器の外壁のうち少なくとも底部の外壁を覆う導電部と、前記導電部に接し、電気的に接地する接地部と、を有することを特徴とする。

また、本発明にかかる液面検出装置は、上記の発明において、前記導電部は、前記容器を保持する保持手段であることを特徴とする。

また、本発明にかかる液面検出装置は、上記の発明において、前記保持手段は、前記容器を支持する支持部材と、前記支持部材を保持する保持部と、を備えることを特徴とする。

また、本発明にかかる液面検出装置は、上記の発明において、前記容器を保持し、該容器を保持した際、前記容器の側面の一部を外部に露出する開口部を有する保持手段をさらに有し、前記導電部は、前記保持手段によって前記容器を保持した際、該容器と前記保持手段との間に配置される位置に設けられ、前記接地部は、前記開口部を介して前記導電部に接することを特徴とする。

また、本発明にかかる液面検出装置は、上記の発明において、前記導電部は、前記容器の外壁のうち底部の外壁のみを覆うことを特徴とする。

また、上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかる自動分析装置は、反応容器に収容された検体と試薬とを反応させ、該検体と該試薬との反応液の光学的特性を測定して前記検体を分析する自動分析装置であって、前記液面検出装置を用いて前記検体あるいは前記試薬の液面を検出すると共に、前記反応容器に前記検体あるいは前記試薬を分注し、前記反応容器内の前記反応液を分析することを特徴とする。

本発明にかかる液面検出装置は、容器に収容された液体を吸引し吐き出して分注するプローブを有し、該プローブが前記液体の液面に接触することによる該プローブと、前記プローブと対になる電極との間の静電容量の変化を検出することによって前記液体の液面を検出する液面検出装置において、前記プローブと対になる電極は、前記容器の外壁のうち少なくとも底部の外壁を覆うので、前記プローブと対になる前記電極を容器内の前記液体の近傍に位置させて液面を検出するようにしている。このため、前記プローブが液面に接したとき、静電容量の増加量が極端に大きくなるので、感度よく液面を検出することができる。

図１は、この発明の実施の形態１にかかる液面検出装置を備えた自動分析装置の構成を示す模式図である。 図２は、図１に示した液面検出装置の要部の構成を示す模式図である。 図３は、図１に示したプローブが液面に接する前後での、プローブと、プローブと対になる電極間の距離の変化を示した図である。 図４は、図１に示したプローブが液面に接する前後での、プローブと、プローブと対になる電極間の静電容量の変化を示した図である。 図５は、図１に示した液面検出装置の変形例の要部構成を示す模式図である。 図６は、この発明の実施の形態２にかかる液面検出装置の構成を示す模式図である。 図７は、図６に示した検体ラックの変形例の要部構成を示す模式図である。

以下、図面を参照して、本発明にかかる液面検出装置および自動分析装置の好適な実施の形態を詳細に説明する。なお、この実施の形態によってこの発明が限定されるものではない。

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１にかかる液面検出装置を備えた自動分析装置１の構成を示す模式図である。自動分析装置１は、図１に示すように、測定部１０および制御装置３０を有する。測定部１０は、検体および試薬を反応容器１３ａ内にそれぞれ分注し、反応容器１３ａで生じる反応を光学的に測定する。制御装置３０は、測定部１０を含む自動分析装置１全体の制御を行うとともに測定部１０における測定データの分析を行う。自動分析装置１は、これら各部が連携することによって複数の検体の生化学分析を順次自動的に行う。

測定部１０は、検体供給部１１、検体分注部１２、反応テーブル１３、測光部１４、洗浄部１５、攪拌部１６、試薬分注部１７および試薬テーブル１８を有する。ここで、検体供給部１１、および検体分注部１２および制御装置３０の一部は液面検出装置２０の一部を兼ねている。

検体供給部１１は、供給部１１ａ、回収部１１ｂ、搬送部１１ｃを有する。供給部１１ａは、コンベア等によって実現され、分析対象の検体を収容する検体容器１１ｄを保持手段として保持する検体ラック１１ｇを、検体吸引位置に搬送するための待機場所である。供給部１１ａに保持された各検体ラック１１ｇは、順次搬送部１１ｃに送り出され、検体吸引位置に搬送される。

回収部１１ｂは、コンベア等によって実現され、供給部１１ａに対して並行配置される。回収部１１ｂは、搬送部１１ｃから搬送された回収対象の検体を収容する検体容器１１ｄを保持する検体ラック１１ｇを回収可能に一時保持する。

搬送部１１ｃは、ガイド部材１１ｈおよび押し出し機構１１ｉを有する。ガイド部材１１ｈは、図２に示すように、底壁および向かい合う側壁を有する断面コの字状をなし、供給部１１ａと回収部１１ｂとの間で検体ラック１１ｇの搬送路となる。押し出し機構１１ｉは、供給部１１ａから順次供給される検体ラック１１ｇを、ガイド部材１１ｈに沿って検体吸引位置および回収部１１ｂまで押し出して搬送する。

検体ラック１１ｇおよびガイド部材１１ｈは、導電性を有し、ガイド部材１１ｈは、電気的に接地されている。すなわち、ガイド部材１１ｈと接する検体ラック１１ｇは、電気的に接地されている。また、検体ラック１１ｇは、図２に示すように、検体容器１１ｄの底部Ａから上方に向けて検体容器１１ｄの外壁を覆うことで検体容器１１ｄを保持している。

検体分注部１２は、検体の吸引および吐出を行うプローブ１２ａが先端部に取り付けられたアーム１２ｂを有する。プローブ１２ａは、液面検出装置２０の電極となる検体ラック１１ｇおよびガイド部材１１ｈと対になる電極である。アーム１２ｂは、鉛直方向への昇降および自身の基端部を通過する鉛直線を中心軸とする回転を自在に行う。検体分注部１２は、搬送部１１ｃの検体吸引位置に移送された検体容器１１ｄ内からプローブ１２ａによって検体を吸引し、アーム１２ｂを図中反時計回りに旋回させ、反応テーブル１３上の検体吐き出し位置に搬送された反応容器１３ａに検体を吐き出して分注を行う。

反応テーブル１３は、図示しない保温部材と、ホイール１３ｂとを有する。ホイール１３ｂは、複数の反応容器１３ａを保持し、図示しない駆動機構によって回転して反応容器１３ａを周方向に移送する。

測光部１４は、所定の測定位置に移送された反応容器１３ａに測定光を照射し、反応容器１３ａ内の検体と試薬との混合液を透過した光を分光し、各波長光の強度測定を行うことによって、分析対象である検体と試薬との混合液に特有の波長の吸光度を測定する。

洗浄部１５は、図示しないノズルによって、測光部１４による測定が終了した反応容器１３ａ内の混合液を吸引して排出するとともに、洗剤や洗浄水等の洗浄液を注入および吸引することで洗浄を行う。攪拌部１６は、反応容器１３ａに分注された試薬と検体との混合液の攪拌を行い、反応を促進させる。

試薬分注部１７は、試薬の吸引および吐出を行うプローブ１７ａが先端部に取り付けられたアーム１７ｂを有する。アーム１７ｂは、鉛直方向への昇降および自身の基端部を通過する鉛直線を中心軸とする回転を自在に行う。試薬分注部１７は、試薬テーブル１８上の所定位置に移送された試薬容器１８ｂ内の試薬をプローブ１７ａによって吸引し、アーム１７ｂを図中時計回りに旋回させ、反応テーブル１３上の所定位置に搬送された反応容器１３ａに、試薬を吐き出して分注を行う。

試薬テーブル１８は、ホイール１８ａを有する。ホイール１８ａは、複数の試薬容器１８ｂを保持し、図示しない駆動機構によって回転して試薬容器１８ｂを周方向に移送する。

制御装置３０は、制御部３１、入力部３２、出力部３３および記憶部３４を有する。測定部１０および制御装置３０内の上述した各部は、制御部３１に接続される。制御部３１は、ＣＰＵ等によって実現され、自動分析装置１の各部の処理および動作を制御する。制御部３１は、これらの各構成部位に入出力される情報について所定の入出力制御を行い、かつ、この情報に対して所定の情報処理を行う。また、制御部３１は、測光部１４によって測定された測定結果をもとに、検体内における検出対象物の濃度を求め、検体の成分分析等を行う。

入力部３２は、キーボードやマウス等によって実現され、検体の分析項目等の分析に関する各種情報の入力が可能である。出力部３３は、ディスプレイパネルやプリンタ等によって実現され、検体の分析データや警報等の各種情報を出力する。記憶部３４は、情報を磁気的に記憶するハードディスクと、自動分析装置１が処理を実行する際にこの処理にかかわる各種プログラムをハードディスクから読み出して電気的に記憶するメモリとを有する。記憶部３４は、演算処理された吸光度等を含む検体の分析データを記憶する。

液面検出装置２０は、図２に示すように、検体分注部１２による検体分注処理の際に、検体容器１１ｄに収容された検体Ｌの液面を検出する静電容量方式の検出装置であり、ガイド部材１１ｈ、検体ラック１１ｇ、検体分注部１２の他に、液面検出回路２１を有する。

液面検出回路２１は、プローブ１２ａと信号線によって接続し、プローブ１２ａと、電気的に接地されているガイド部材１１ｈおよび検体ラック１１ｇとの間に生ずる静電容量の変化に基づいて液面を検出するための回路である。液面検出回路２１は、発振部２１ａ、増幅部２１ｂ、バンドパスフィルター（ＢＰＦ）２１ｃ、整流部２１ｄおよび判定部２１ｅを有する。

発振部２１ａは、プローブ１２ａと増幅部２１ｂとを接続する信号線に接続して設けられ、交流信号を発振し、増幅部２１ｂに出力する。

増幅部２１ｂは、発振部２１ａによって発振される信号を増幅する。バンドパスフィルター２１ｃは、発振部２１ａによって増幅された信号のうち、発振周波数と近似する周波数の波形のみ帯域制限して通過させる。整流部２１ｄは、バンドパスフィルター２１ｃを通過した信号を直流電圧信号に変換して判定部２１ｅに出力する。

判定部２１ｅは、プローブ１２ａが検体Ｌの液面に接触することによるプローブ１２ａと、ガイド部材１１ｈおよび検体ラック１１ｇとの間の静電容量の変化に基づいて液面を検出したか否かを判定する。具体的には、判定部２１ｅは、整流部２１ｄが出力する信号の電圧変化をもとに検体Ｌの液面か否かを判定する。例えば、検体分注処理にともなうプローブ１２ａの下降開始時の静電容量を記憶し、プローブ１２ａが下降する間に、下降開始時に記憶した静電容量に対して、所定の閾値以上の静電容量の増加がある場合に検体Ｌの液面を検出したことを判定する。判定部２１ｅは、検体Ｌの液面を検出した際、液面を検出した旨を示す液面検出信号を制御部３１に出力する。

以上のように構成された自動分析装置１では、順次搬送される複数の反応容器１３ａに対して、試薬分注部１７が、試薬容器１８ｂから反応容器１３ａに試薬を分注し、検体分注部１２が、検体容器１１ｄから反応容器１３ａに所定量の検体を分注する。続いて、攪拌部１６が、反応容器１３ａ内の試薬と検体とを撹拌して反応させた後、測光部１４が、試薬と検体との混合液の吸光度測定を行う。そして、制御部３１が、測定結果を分析し、検体の成分分析等を自動的に行う。また、洗浄部１５が、測光部１４による測定が終了した反応容器１３ａの洗浄・乾燥を行い、一連の分析動作が連続して繰り返し行われる。

ここで、図３および図４を用いて検体ラック１１ｇが導電性を有する場合と、非導電性の場合とでの静電容量の変化の違いについて説明する。図３は、プローブ１２ａが液面に接する前後での、プローブ１２ａと、プローブ１２ａと対になる電極間の距離の変化を示したものである。図４は、プローブ１２ａが液面に接する前後での、プローブ１２ａと、プローブ１２ａと対になる電極間の静電容量の変化を示したものである。図４は、プローブ１２ａが下降を開始した時点での静電容量Ｃｂを基準とし、静電容量Ｃｂに対する静電量の増加量を矢印で示している。

プローブ１２ａが検体Ｌの液面に接する前は、図３（ａ）に示すように、検体ラック１１ｇが導電性を有する場合の距離Ｄ１は、検体ラック１１ｇが非導電性の場合の距離Ｄ２に比して短い。このため、この時点では、図４（ａ）に示すように、検体ラック１１ｇが導電性を有する場合の静電容量Ｃ１が、検体ラック１１ｇが非導電性である場合の静電容量Ｃ２に比して大きくなっている。この傾向は、静電容量Ｃｓが、Ｃｓ＝εＳ／ｄ（εは誘電率、Ｓは導体の表面積、ｄは導体間の距離）の式で求められることから明らかである。

その後、プローブ１２ａが検体Ｌの液面に接すると検体Ｌが導体として機能する。このため、図３（ｂ）に示すように、検体ラック１１ｇが導電性を有する場合、検体Ｌと検体ラック１１ｇとが一対の電極として機能するので、この電極間の距離Ｄ１１が距離Ｄ１に比して極端に短くなる。このため、図４（ｂ）に示すように、静電容量は、静電容量Ｃ１から静電容量Ｃ１１に大きく増加する。一方、検体ラック１１ｇが非導電性である場合、図３（ｂ）に示すように、距離Ｄ２２が距離Ｄ２に比して短くなり、静電容量は、図４（ｂ）に示すように、静電容量Ｃ２から静電容量Ｃ２２に増加する。しかしながら、静電容量Ｃ２から静電容量Ｃ２２への増加量は、電極間の距離Ｄ１１が極端に短くなったことによる静電容量Ｃ１から静電容量Ｃ１１への増加量に比して少ない。すなわち、検体ラック１１ｇが導電性を有する場合、検体ラック１１ｇが非導電性の場合に比してプローブ１２ａが液面に接した際の静電容量の増加量が大きくなる。このため、図４に示すように、判定部２１ｅが検体Ｌの液面を検出したか否かの判定に用いる閾値Ｔを大きく設定することができる。

この実施の形態１の液面検出装置２０では、検体ラック１１ｇが、検体容器１１ｄの外壁のうち底部Ａの外壁を覆い、プローブ１２ａと対になる電気的に接地した電極となるので、プローブ１２ａが液面に接した際、一対の電極として機能する検体と検体ラック１１ｇとの間の距離が極端に短くなる。このため、プローブ１２ａが液面に接したとき、静電容量の増加量が大きくなるので、感度よく液面を検出することができる。

また、この実施の形態１の液面検出装置２０では、検体ラック１１ｇが導電性であり、電気的に接地しているので、検体容器１１ｄの帯電量を低減することができる。このため、検体の液面を検出する際の静電気に起因するノイズの影響を低減することができる。

（変形例）
次に、この実施の形態１にかかる液面検出装置の変形例について説明する。この変形例では、図５に示すように、導電性を有し、検体容器１１ｄの底部Ａから上方に向けて検体容器１１ｄの外壁を覆うことで検体容器１１ｄを支持する支持部材１１ｊを用いる。支持部材１１ｊは、下部の形状が検体容器１１ｄと同様な形状をなし、検体容器１１ｄと同様にして検体ラック１１ｇによって保持される。検体ラック１１ｇは、保持部として支持部材１１ｊを保持するので、支持部材１１ｊは、プローブ１２ａと対になる電気的に接地した電極となる。

（実施の形態２）
次に、この発明の実施の形態２について説明する。実施の形態１では導電性を有する検体ラック１１ｇがガイド部材１１ｈに接することにより電気的に接地されるものを例示したが、実施の形態２の液面検出装置４０では、検体ラック４１は、非導電性のものを用いている。液面検出装置４０は、図６に示すように、導電部として導電性を有するアダプター４２および導電性を有するブラシ４３を有する。また、検体ラック４１は、検体容器１１ｄを保持した際、検体容器１１ｄの側面の一部を外部に露出する開口部４１ａを有する。また、その他の構成で実施の形態１と同一構成部分には同一符号を付している。

アダプター４２は、検体ラック４１によって検体容器１１ｄを保持した際、検体容器１１ｄと検体ラック４１との間になる位置に設けられる。アダプター４２は、検体容器１１ｄの外壁のうち底部Ａの外壁のみを覆う。ブラシ４３は、接地部としてガイド部材１１ｈの側壁に設けられる。ブラシ４３は、検体容器１１ｄの開口部４１ａを介してアダプター４２に接する。このため、電気的に接地されたガイド部材１１ｈに設けられたブラシ４３が、開口部４１ａを介してアダプター４２に接するので、アダプター４２は電気的に接地され、プローブ１２ａと対になる電極となる。

この実施の形態２の液面検出装置４０では、実施の形態１と同様の効果を奏するとともに、アダプター４２が、検体容器１１ｄの底部Ａの外壁のみを覆うので、プローブ１２ａが液面に接するまでの間に導電性を有するアダプター４２と近づくことによって生じる静電容量の増加量を少なく抑えることができる。すなわち、プローブ１２ａが液面に接したときの、静電容量の増加量をさらに大きくすることができる。

（変形例）
次に、この実施の形態２にかかる液面検出装置の変形例について説明する。この変形例では、導電性を有するアダプター４４は、検体容器１１ｄの外壁のうち少なくとも底部の外壁を覆うようにしている。例えば、図７に示すように、サイズの異なる検体容器１１ｄを検体ラック４１内の適当な位置で保持するために用いる保持位置調整アダプターを導電性にしてアダプター４４として用いる。

なお、実施の形態１では、検体ラック１１ｇあるいは支持部材１１ｊが、検体容器１１ｄの底部Ａから上方に向けて検体容器１１ｄの外壁を覆うものを例示したが、これに限らず、検体容器１１ｄの外壁のうち底部Ａの外壁の少なくとも一部を覆えばよい。

また、この実施の形態１，２の液面検出装置２０，４０では、検体の液面を検出するものを例示したが、これに限らず、液体の液面を検出できればよい。例えば、試薬分注部１７に用いて、試薬の液面を検出するようにしてもよい。

また、この実施の形態１，２の液面検出装置２０，４０では、ガイド部材１１ｈは、底壁および向かい合う側壁を有する断面コの字状をなすものを例示したが、これに限らず、導電性を有し、電気的に接地され、検体ラック１１ｇに接していればよい。

１ 自動分析装置
１０ 測定部
１１ 検体供給部
１１ｃ 搬送部
１１ｄ 検体容器
１１ｇ，４１ 検体ラック
１１ｈ ガイド部材
１１ｊ 支持部材
１２ 検体分注部
１２ａ，１７ａ プローブ
１２ｂ，１７ｂ アーム
１３ 反応テーブル
１３ａ 反応容器
１４ 測光部
１５ 洗浄部
１６ 攪拌部
１７ 試薬分注部
１８ 試薬テーブル
１８ｂ 試薬容器
２０，４０ 液面検出装置
２１ 液面検出回路
２１ａ 発振部
２１ｂ 増幅部
２１ｃ バンドパスフィルター
２１ｄ 整流部
２１ｅ 判定部
３０ 制御装置
３１ 制御部
３２ 入力部
３３ 出力部
３４ 記憶部
４１ａ 開口部
４２ アダプター
４３ ブラシ
Ａ 底部

Claims (7)

1. 容器に収容された液体を吸引し吐き出して分注するプローブを有し、該プローブが前記液体の液面に接触することによる該プローブと、前記プローブと対になる電極との間の静電容量の変化を検出することによって前記液体の液面を検出する液面検出装置において、
   前記プローブと対になる電極は、前記容器の外壁のうち少なくとも底部の外壁を覆うことを特徴とする液面検出装置。
2. 前記電極は、
   前記容器の外壁のうち少なくとも底部の外壁を覆う導電部と、
   前記導電部に接し、電気的に接地する接地部と、
   を有することを特徴とする請求項１に記載の液面検出装置。
3. 前記導電部は、前記容器を保持する保持手段であることを特徴とする請求項２に記載の液面検出装置。
4. 前記保持手段は、
   前記容器を支持する支持部材と、
   前記支持部材を保持する保持部と、
   を備えることを特徴とする請求項３に記載の液面検出装置。
5. 前記容器を保持し、該容器を保持した際、前記容器の側面の一部を外部に露出する開口部を有する保持手段をさらに有し、
   前記導電部は、前記保持手段によって前記容器を保持した際、該容器と前記保持手段との間に配置される位置に設けられ、
   前記接地部は、前記開口部を介して前記導電部に接することを特徴とする請求項２に記載の液面検出装置。
6. 前記導電部は、前記容器の外壁のうち底部の外壁のみを覆うことを特徴とする請求項５に記載の液面検出装置。
7. 反応容器に収容された検体と試薬とを反応させ、該検体と該試薬との反応液の光学的特性を測定して前記検体を分析する自動分析装置であって、請求項１〜６のいずれか一つに記載の液面検出装置を用いて前記検体あるいは前記試薬の液面を検出すると共に、前記反応容器に前記検体あるいは前記試薬を分注し、前記反応容器内の前記反応液を分析することを特徴とする自動分析装置。

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