JP3703240B2 - 液量測定装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は液量測定装置、特に、ノズル吸引量、吐出量、液漏れなどを光学的に測定する装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
特開平７−２７７７０号公報には、従来の液量測定装置が開示されている。この従来装置では、透明なノズルによって試料の吸引が行われる。この従来において、試料吸引前にはノズルに沿って光が透過され、その際の透過光量を示す第１透過光量特性が取得される。また、試料吸引後には上記同様にノズルに沿って光が透過され、その際の透過光量を示す第２透過光量特性が取得される。そして、両特性の差分を演算することによりノズル内における液の高さが演算され、それに基づいて液量が演算される。この原理を利用すれば、吐出量の演算やノズル移動前後での液漏れの判定などを行える。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来装置において、ノズルの高さは垂直位置を検出するセンサによって検出されている。従って、別々に測定された２つの透過光量特性の垂直方向の位置合わせを行って、両者の差分特性を演算することが可能である。
【０００４】
しかしながら、例えはノズルの装着具合の変動、機械的な誤差、位置検出誤差などに起因して２つの透過光量特性間で座標ずれが生じると、最終的に演算される液量の精度が低下するという問題がある。従って、そのような誤差要因が発生しても、それを事後的に排除して高精度の液量演算を行うことが望まれる。
【０００５】
本発明は、上記従来の課題に鑑みなされたものであり、その目的は、２つの透過光量特性の差分を演算する場合に、各透過光量特性の位置ずれを解消することにある。
【０００６】
本発明の他の目的は、ノズル固有の形態上の特徴を有効に利用して各透過光量特性の位置合わせを行うことにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は、ノズル操作前にノズルに沿って光を透過させ、第１透過光量特性を取り込む第１測定手段と、ノズル操作後にノズルに沿って光を透過させ、第２透過光量特性を取り込む第２測定手段と、前記第１透過光量特性と前記第２透過光量特性とを比較して差分特性を演算する手段であって、一方の透過光量特性に対して他方の透過光量特性をノズル長手方向に段階的にシフトさせながら前記差分特性を演算する差分演算手段と、前記段階的なシフトによって得られた複数の差分特性の中から、第１及び第２光量特性の位置合わせが適切になされた真の差分特性を判定する判定手段と、前記真の差分特性に基づいてノズル内の液量又は液量の変動分を演算する演算手段と、を含むことを特徴とする。
【０００８】
上記構成によれば、第１透過光量特性と第２透過光量特性との間に位置ずれがあったとしても、一方に対して他方の段階的にシフトさせながら、その都度差分特性が演算され、それらの差分特性を参照することにより、その中から真の差分特性が判定される。すなわち、２つの透過光量特性の相対的な位置合わせがなされる。よって、一方の透過光量特性と他方の透過光量特性の基準座標がずれていても、それを事後的に解消して適切な位置決めの下、液量などの演算を行える。本発明の好適な態様では、前記ノズル操作は試料吸引であり、前記演算手段は吸引された液量を演算することを特徴とする。また、本発明の好適な態様では、前記ノズル操作は試料吐出であり、前記演算手段は吐出された液量を演算することを特徴とする。また、本発明の好適な態様では、前記ノズル操作はノズル移動であり、前記演算手段はノズル移動中の液量の減少分を演算することを特徴とする。すなわち、本発明によれば、何らかのノズル操作の前後において液量の変動を判定・演算する場合に、その判定・演算を高精度に行える。
【０００９】
本発明の好適な態様では、前記判定手段は、ノズル長手方向の内で液量の変動によっても透過光量特性が影響されない所定部位についての差分特性を参照し、前記真の差分特性を判定することを特徴とする。各透過光量特性の全域を対象として差分特性を演算し、それに基づいて真の差分特性すなわち位置ずれ補正量を特定してもよいが、部分的な範囲（所定部位）のみの参照によればその演算量を削減して迅速な判定を行える。また、誤判定を防止して判定精度を向上できる。本発明の好適な態様では、前記ノズルは、それと異なる光透過性をもったノズル基部に装着され、前記所定部位は、前記ノズル基部のノズル装着端近傍であることを特徴とする。ノズル装着端（及びその近傍）の透過光量は液量に影響されないため、その部位を含む所定の参照範囲を参照して真の差分特性を判定するものである。
【００１０】
本発明の好適な態様では、前記ノズルは透明性をもった部材で構成され、前記ノズル基部は不透明性をもった部材で構成されたことを特徴とする。ノズルは例えば透明性を有する樹脂材料で形成され、ディスポーザブルなノズルチップとして使用される。一方、ノズル基部は例えば金属製のチップフィッティングとして構成される。
【００１１】
本発明の好適な態様では、前記判定手段は、前記ノズル装着端の差分特性が最小になる場合に前記第１及び第２の透過光量特性が適切に位置決めされたことを判定することを特徴とする。
【００１２】
上記原理から明らかなように、位置ずれがない状態における差分特性は最小となるため、それをもって位置ずれ量の判定を行うものである。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施形態を図面に基づいて説明する。
【００１４】
図１には、本発明に係る液量測定装置が組み込まれた分注装置の全体構成が概念図として示されている。この分注装置は、試料の吸引・吐出を行うノズルを有する。
【００１５】
ノズルはノズルチップ１０とノズル基部１２とで構成される。ノズルチップはディスポーザブル型として使用され、例えば透明な樹脂で構成されるものである。ノズル基部１２にはそのノズルチップ１０が着脱自在に装着される。ノズル基部１２は例えばステンレスなどの金属材料で構成される。ノズル基部１２には、図示されていないエアホースを介して、吐出力・吸引力を発生する分注ポンプ１４が接続されている。この分注ポンプ１４は例えばピストン及びシリンダで構成されるものである。駆動機構１６はノズルを三次元方向に自在に駆動する機構であり、特に後述する透過光量特性を取得する際にノズルに対する上下駆動を行う。
【００１６】
ノズルの両側、具体的にはノズルチップ１０の通過経路の両側には発光器２０及び受光器２２が配置されている。これらの発光器２０及び受光器２２はノズルと一体的に駆動機構１６によって搬送される。ただし、ノズルの上下運動に対しては固定されており、これにより後述の透過光量特性を取得することができる。発光器２０は例えば近赤外線の光を発生し、その光がノズルチップ１０を透過し、その透過光が受光器２２にて受光される。この実施形態においてはノズルの上下運動によって透過光量特性が取得されているが、例えば複数の発光器及び受光器をノズル長手方向に配置して一度に透過光量特性を取得することも可能である。
【００１７】
制御部１８は、分注装置の中央制御部としても機能するものであり、特にこの制御部１８は光計測制御機能、液量演算機能を有する。すなわち制御部１８から発光器２０へ発光信号が出力され、一方、受光器２２からの受光信号が制御部１８へ入力されている。制御部１８には記憶部２４が接続されており、例えば取得された透過光量特性はこの記憶部２４に一旦格納される。表示部２６には装置の動作に当たって必要な表示がなされる。
【００１８】
図２（Ａ）には透過光量特性が示されている。そのグラフにおける横軸は上下方向（高さ方向）のＺ座標であり、その単位は例えばｍｍである。そのグラフの縦軸は透過光量を示しており、その単位は例えばＶである。
【００１９】
図２（Ｂ１）に示すように、何らの液も入っていない状態において、その空ノズルの上昇運動あるいは下降運動の際に光を透過させると、図２（Ａ）の符号１００で示される透過光量特性が取得される。そして、図２（Ｂ２）に示すように、例えば試料吸引後においてノズルチップに対して同様の光測定を行うと、図２（Ａ）の符号１０２で示すような透過光量特性が得られる。これらの透過光量特性１００及び１０２の差分を演算すればノズル内に吸引された液の高さを特定でき、その高さから液量を演算することができる。これが上述した特開平７−２７７７０号公報に記載された装置の原理である。
【００２０】
ところが、例えば機械的な誤差などに起因し、２つの透過光量特性の差分を取る際に、各透過光量特性のＺ座標が相対的に若干シフトする場合もある。例えば図２（Ｂ３）に示すようにノズルが上方に若干シフトしたような場合、図２（Ａ）の符号１０４で示すような透過光量特性が得られ、一方図２（Ｂ４）に示すようにノズルが若干下方へシフトしたような場合には図２（Ａ）の符号１０６で示すような透過光量特性が得られる。このような吸引前後における位置ずれが生じると、上述した原理から明らかなように、最終的に求められる液量が不正確になるおそれがある。もちろん、ノズルのＺ座標は駆動機構１６に内蔵された位置センサによって検出されているが、何らかの不具合によって２つの透過光量特性の取得時間における位置ずれが生じると、上述のような問題が発生する。
【００２１】
そこで、本実施形態の分注装置においては、そのような位置ずれを判定して真の差分特性を得るために、図３に示すようなデータシフトを制御部１８上において行っている。すなわち、制御部１８は、一方の透過光量特性を固定しつつ他方の透過光量特性をノズル長手方向に段階的にシフトさせながら差分特性を演算する機能を有しており、またそのような処理により得られた差分特性の中から真の差分特性を判定する機能を有している。これを以下に詳述する。
【００２２】
図３においては一方の透過光量特性を基準として相対的に他方の透過光量特性を左右方向（上下方向）に段階的にシフトさせながら差分を演算した結果が示されている。（Ｃ）に示す差分特性はシフトを行わない場合のものであり、（Ａ）及び（Ｂ）に示す差分特性はそれぞれ左に２データ分シフトした差分特性及び左へ１データ分シフトさせた差分特性を示している。これと同様に、（Ｄ）及び（Ｅ）に示す差分特性はそれぞれ右側へ１データ分シフトさせた差分特性を示し、また右側へ２データ分シフトさせた差分特性を示している。
【００２３】
このような相対的シフトによる複数の差分特性の演算の後、その差分特性の面積が最も小さいものを真の差分特性として判定している。図３に示す例では（Ｃ）に示す差分特性が真の差分特性であると判定され、この例では位置ずれがないと判定される。
【００２４】
本実施形態では、このような真の差分特性の判定に当たっては、特に所定の参照範囲２００についての参照が行われている。この参照範囲２００はノズル基部１２のノズル装着部近傍を含む所定の範囲であり、すなわち透過光量が液の量に影響されない範囲である。このような参照範囲において差分データの２乗和を演算し、その２乗和の最も小さいものが真の差分データであると判定されている。もちろん、位置ずれがない状態ではその参照範囲２００内における２乗和が０あるいはその０に近づくことになる。
【００２５】
上記実施形態では２乗和の演算を行っているが、もちろん絶対値の演算など他の手法を利用して真の差分特性の判定を行ってもよい。
【００２６】
上記のような真の差分特性が判定されると、その差分特性を利用して上述したように液柱の高さが求められ、その高さから液量が演算される。
【００２７】
上記実施形態では、特に吸引量の演算について説明したが、もちろん上記原理は吐出量の演算及びノズル移動前後における液だれ量の演算などに適用することも可能である。すなわち、何らかのノズル操作の前後において、あるいは液量の変動分を演算するような場合に上記原理を適用できる。
【００２８】
次に、図４を用いて図１に示した装置の動作について説明する。
【００２９】
Ｓ１０１では、第１透過光量特性が取り込まれる。例えばノズル基部１２に対して新しいノズルチップ１０を装着した後、このＳ１０１が実行される。Ｓ１０２ではその第１透過光量特性が制御部１８に接続された記憶部２４に格納される。
【００３０】
Ｓ１０３では第２透過光量特性が取り込まれる。これは例えばノズルによって試料を吸引した後に実行される。Ｓ１０４ではそのような第２透過光量特性が記憶部２４に記憶される。
【００３１】
Ｓ１０５では、以上のように求められた２つの透過光量特性に対して初期位置合わせが行われる。これは、上述した位置センサによって検出されたＺ座標に基づいて２つの透過光量特性の位置が合わせられ、これによって二つの透過光量特性の相対的な基準すなわちシフト量ゼロのポイントが特定される。
【００３２】
Ｓ１０６では変数Ｎに−（ＰＦＮ）の値が代入される。ここで、ＰＦＮは右方向及び左方向のシフト幅を定義する値である。Ｓ１０７では、一方の透過光量特性を基準として他方の透過光量特性がＮポイントシフトされる。そして、Ｓ１０８では、図３に示したように、２つの透過光量特性の差分が差分特性として演算され、特に上述した参照範囲２００内において２つの特性の差の２乗和が演算される。Ｓ１０９ではＮがインクリメントされる。Ｓ１１０では、ＮがＰＦＮよりも小さいか否かが判定され、それよりも小さいと判定された場合すなわち全てのシフトが終了していないと判定された場合には上述したＳ１０７からの各工程が繰り返し実行される。
【００３３】
全ての差分特性の演算及び２乗和の演算が終了したのち、Ｓ１１１では、２乗和の最も小さいシフト量が特定される。これによって位置ずれがない状態における真の差分特性が特定されることになる。Ｓ１１２ではそのように特定された真の差分特性から液柱の高さが演算され、最終的に液量が演算されることになる。
上記のシフト量としては例えば左右方向に０．５から１ｍｍが挙げられる。
【００３４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、各透過光量特性の位置ずれを解消することができ、特に、本発明によればノズル固有の形態上の特徴を有効に利用して各透過光量特性の位置合わせを行うことができる。これによって液量演算精度を向上できるという利点がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明に係る液量測定装置が組み込まれた分注装置の全体構成を示すブロック図である。
【図２】 透過光量特性を示す説明図である。
【図３】 段階的なシフトによる差分特性を示す説明図である。
【図４】 本実施形態の動作を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１０ ノズルチップ、１２ ノズル基部、１６ 駆動機構、１８ 制御部、２０ 発光器、２２ 受光器、２４ 記憶部。

Claims (8)

1. ノズル操作前にノズルに沿って光を透過させ、第１透過光量特性を取り込む第１測定手段と、
   ノズル操作後にノズルに沿って光を透過させ、第２透過光量特性を取り込む第２測定手段と、
   前記第１透過光量特性と前記第２透過光量特性とを比較して差分特性を演算する手段であって、一方の透過光量特性に対して他方の透過光量特性をノズル長手方向に段階的にシフトさせながら前記差分特性を演算する差分演算手段と、
   前記段階的なシフトによって得られた複数の差分特性の中から、第１及び第２光量特性の位置合わせが適切になされた真の差分特性を判定する判定手段と、
   前記真の差分特性に基づいて、ノズル内の液量又は液量の変動分を演算する演算手段と、
   を含むことを特徴とする液量測定装置。
2. 請求項１記載の装置において、
   前記ノズル操作は試料吸引であり、
   前記演算手段は吸引された液量を演算することを特徴とする液量測定装置。
3. 請求項１記載の装置において、
   前記ノズル操作は試料吐出であり、
   前記演算手段は吐出された液量を演算することを特徴とする液量測定装置。
4. 請求項１記載の装置において、
   前記ノズル操作はノズル移動であり、
   前記演算手段はノズル移動中の液量の減少分を演算することを特徴とする液量測定装置。
5. 請求項１記載の装置において、
   前記判定手段は、ノズル長手方向の内で液量の変動によっても透過光量特性が影響されない所定部位についての差分特性に基づいて前記真の差分特性を判定することを特徴とする液量測定装置。
6. 請求項５記載の装置において、
   前記ノズルは、それと異なる光透過性をもったノズル基部に装着され、
   前記所定部位は、前記ノズル基部のノズル装着端近傍であることを特徴とする液量測定装置。
7. 請求項６記載の装置において、
   前記ノズルは透明性をもった部材で構成され、前記ノズル基部は不透明性をもった部材で構成されたことを特徴とする液量測定装置。
8. 請求項６記載の装置において、
   前記判定手段は、前記ノズル装着端の差分特性が最小になる場合に前記第１及び第２の透過光量特性が適切に位置決めされたことを判定することを特徴とする液量測定装置。

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