JP4342643B2 - 超音波を用いて分析容器の特徴を決定するための動的非接触検出 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
【０００２】
（マイクロフィッシュ添付資料）
本発明には、マイクロフィッシュの添付資料が添付されており、本出願の一部を形成するものである。マイクロフィッシュ添付資料は、全部で８８枚の像を有するマイクロフィッシュである。
【０００３】
本発明の開示の一部分は、著作権保護の対象を有している。著作権所有者は、特許商標庁において出願又は記録してあるため、いかなる者への特許の開示も許諾するものであるが、それ以外についてはいかなる場合でもすべての著作権を有するものである。
【０００４】
【本発明の分野】
本発明は、容器のタイプ、容器がキャップされてる（キャップが取付けられている）かどうか、キャップされていない（キャップが取付けられていない）場合には容器の液体レベル、といった容器についての情報を決定するために処理されるシリーズとなったデータポイントを検出するための超音波液体レベルセンサを用いた容器のプロフィル測定(profiling of container)に関する。
【０００５】
（関連出願のクロスリファレンス）
本発明は、バイヤーコーポレーション(Bayer Corporation)、タリータウン(Tarrytown)、ニューヨーク州に共に譲受された後述する表示された題名の米国特許出願に係わるものであり、下記の出願は本発明の一部を構成するものである。
本発明と同時に出願された出願整理番号アトーニードケットNo.8698-2035「輸送コンテナのためのロボット及び自動化された分析機器内の物体並びに保守ロボットのための保守治具」に関する実用新案登録出願；本発明と同時に出願された出願、出願整理番号アトーニードケットNo.8698-2050「分析機器に出し入れされる供給容器のための自動化されたハンドラ（「サンプルハンドラ」）；１９９８年６月１５日に出願された出願、内部整理番号No.MST-2302「サンプルチューブ架」；１９９７年１２月５日に出願された米国特許出願第08/985,759号、内部整理番号MST-1968.1「試薬パッケージ」；１９９８年５月１４日に出願された米国特許出願第29/088,045号、内部整理番号MST-2305「希釈剤パッケージ」；内部整理番号MST-2307、「スタットシャトルアダプタ(Stat Shuttle Acdaptor)及び輸送デバイス」；本発明と同時に出願された出願整理番号アトーニードケットNo.8698-2049「自動化キャップ取り外し装置」；出願整理番号アトーニードケットNo.8698-2039「自動化臨床化学アナライザシステムのためのキャップハンドリングサブシステム」である。
【０００６】
【従来の技術】
試験チューブ及びインサートには、種々の異なったタイプ及びサイズがあり（たとえば、本来ではVacutainer（登録商標）試験チューブに挿入されるEzee Nest（登録商標）チューブ又はMicrotainer（登録商標）ホルダに挿入されるサンプルカップ等）、概ね「容器」又は「ベッセル」は、世界中の実験室及び病院で現在用いられている。しかしながら、使用されている容器の大半はわずか数種類のものに限られている。これらの容器としては、ベクトン−ディッキンソン(Becton-Dickinson)コーポレーションにより製造される、Vacutainer（登録商標）試験チューブ及びMicrotainer（登録商標）ホルダー、ドイツ国のサルステッド(Sarstedt)社の試験チューブ、及び上述したもののインサート２種類：Ezee Nest（登録商標）インサート及びMicrotainer（登録商標）ホルダである。別の試験チューブは、ドイツ国のブラウン(Braun)社、メリーランド州のベルエア(Bel Air)のメディテック社(Meditech, Inc.)、グレイナ(Greiner)社等により製造されるものを挙げることができる。以下に説明する発明の詳細な説明は、Vacutainer（登録商標）及びサルステッド社製の試験チューブ及びインサートを参照して行うが、システムが容器を同定し、他の容器から区別しうるようにワークステーションソフトウエアに充分な情報を提供することができる限り、別の試験チューブ及び他の容器にも等しく適用できるものである。
【０００７】
Vacutainer（登録商標）試験チューブは、１３ｍｍ（直径）ｘ７５ｍｍ（高さ）、１３ｍｍｘ１００ｍｍ、１６ｍｍｘ７５ｍｍ、１６ｍｍｘ１００ｍｍの４つのサイズのものが使用できる。これらのVacutainer（登録商標）試験チューブは、ゴム製のストッパ又はゴム製のHemoguard（登録商標）キャップによりキャップすることができる。７５ｍｍの高さの試験チューブは、これとは別にEzee Nest（登録商標）インサートも用いることができ、Ezee Nest（登録商標）インサートは、Vacutainer（登録商標）試験チューブの頂部へと挿入されて試験チューブの口辺部により支持することで少量のサンプルを保持するようにされている。サルステッド試験チューブは、１６ｍｍｘ７５ｍｍ及び１６ｍｍｘ９２ｍｍの２つのサイズが使用でき、独特のツイスト−オンキャップによりキャップすることができる。これ以外の参照した類似の試験チューブは、それらを同定することができるサイズ等独特の特徴を有している。
上述した種々のタイプの容器のいくつかを図１に示す。容器には、１〜１９までの番号が付けられており、図１中の対応表中に同定されている。各容器の最大高さは、その容器を示す図の下側に表示されている。このようにリストされた高さは、容器の高さとキャップ又はインサートの高さによるどのような付加的な長さをも含むものとされている。
容器に関する情報のデータ入力を行うといった人間の介在を可能な限り最小限としつつ、自動化分析機器における異なったタイプの容器を取り扱うことができるようにすることが重要である。したがって、容器タイプや容器の液体レベルを動的に決定する分析装置が有用である。同様に、上述した機器はまた、試験チューブをさらに処理するに先立って上述の機器の自動キャップ取り外し領域で自動的にどのキャップを外す必要があるかを検知するため、キャップされた試験チューブを検出することが必要とされる。
またさらには、分析機器のスループットを最大化させるようにすることが望ましい。スループットを最大化させる一つの方法は、プローブを降下させる速度を最大化させることにより、容器から液体サンプルを吸引するためのプローブの下側への移動を最小限にすることにある。プローブは、プローブ先端における流体界面を乱さないように、高速で液面に侵入しないように液体にはゆっくりと侵入させる必要がある。各容器内の液体レベルがプローブが下降する前にわかっていれば、このプローブを液面の僅かに上のレベルまで迅速に下降させ、サンプルに侵入するためのさらに僅かな距離だけプローブを下げるため、プローブ先端に設けた容量型液面センサを用いることが可能となる。このようにすることにより、プローブが液体レベルを決定するまでに一定のゆっくりとした速度で下降されなければならないことに比べて、各サンプルを吸引するためのサイクルタイムがスピードアップできる。プローブをより迅速に下降させるには、液体の表面の位置によって決定される特定の加速／減速運動プロファイルが必要とされる。
【０００８】
超音波センサは、センサに接触していない物体を検出するために用いることができる。これを図２に示す。超音波センサは、センサホルダ２０にマウントされた圧電素子を有するトランスデューサ２１を備えている。このトランスデューサ２１は、トランスミッタ及びレシーバとして交互に動作するようにされている。トランスミッタとして動作される場合には、トランスデューサ２１へと電気的パルスが印加され、トランスデューサ２１が約５０ｋＨｚから２ＭＨｚの範囲の特定の超音波周波数で鳴動するようにされる。トランスデューサ２１は、鳴動が結果的に停止されるまで自由に鳴動する。この鳴動は、トランスデューサ２１に印加されるパルス幅及びトランスデューサ２１のサイズに依存した時間長さで矢印２３で示される超音波バーストを伝達させる。この超音波バーストは、最初に発生された振幅がより大きな振幅を有しており、その後時間が経過するにつれて減衰して行く。これが図４に示されている。このバーストは、面２２で示されるターゲット面にまで空気中を進行して行き、ターゲット面を衝撃すると、少なくとも波の一部分は、ターゲット面には吸収されず、もし吸収されたとしても、１つ以上のエコー２４となってセンサ２１へと戻される。このセンサ２１は、鳴動が終了した後、エコーを検出することができ、レシーバモードへ切りかえられる。超音波バーストは、円錐形の波として進行する。図３を参照すると、第１の面２５は、アパーチャ２６を有しており、バーストは、第１の面２５に衝突し、かつアパーチャ２６を通過し、幾分かは第２のより低い面２９へと衝突する。バーストは、第１のより近接した面２５から第１のエコー２７として反射され、第２のエコー２８として第2のより遠い面２９から反射され、この第２のエコー２８は、第１のエコー２７の後にセンサ２１へと到達する。各超音波バーストがセンサ２１から発射され、１つ以上のエコーとなってセンサ２１へと戻るに要する時間は、メモリ内に記憶される。当業者、典型的にはプリント配線板アセンブリ（以下データ取得ボードとして参照する）のセンサ製造者には知られているが、ソフトウェアはセンサを駆動するように設計されており、その後に時間測定を既知の音速（室温において３３１．３６ｍ／ｓに等しい）を用いて超音波バーストが移動した距離測定へと変換する。
【０００９】
超音波センサは、広い範囲の距離にわたる測定を行う種々の用途に用いることができる。これらは、センサから数センチメートルといった近接した測定を行うためのショートレンジセンサや、数メートルといった遠くの測定を行うためのロングレンジセンサとして用いられる。超音波センサは、典型的には固体物体の検出及び同定、作業片の形状及び配置の測定、物体間の衝突を回避するための衝突検知、空間検査、流れ測定、音波吸収測定による材料タイプの決定といった用途のために用いられてきている。
超音波液体レベル検知は、アナログ超音波センサを用い、液体に物理的な接触を行わずに容器内の液体のレベルを測定するための既知の技術である。超音波液体レベル検知のために用いることが可能なこのようなセンサの１つとしては、コンセンス社(Consense, Inc.)、ハウパージ(Hauppauge)、ニューヨーク州に譲渡された米国特許第5,507,178号に開示のものを挙げることができる。コンセンス社はまた、液体レベル検知に用いることが可能な超音波マイクロ測定システムML-102の製造者でもある。超音波センサは、光学的センサがほとんどの規格においてゴミに対して影響を受けてしまうことから、狭い容器においては光学的センサよりも液体レベルの検知に対してより適しているし、また広い範囲の距離で用いることができ、廉価であり、光が測定を妨げることもない。コンセンス社のセンサは、ベクトン−ディッキンソンコーポレーションによりセンサの下側に静置されたマイクロピペットトレイ内の液体レベルを決定するために使用されてきている。
【００１０】
従来技術によれば、低周波数の広いビームを用いたロングレンジのセンサを用いて収集された高いブースを通過する車両形状に関する情報は、特定の高いブースを通過する乗用車やトラックといった車両の量やタイプを決定するためには超音波液体レベルセンサに比較してずっと精度が落ちることが知られている。センサは数多くの読みとりを行ってデータポイントを集め車両の形状を構成する。明らかに車両の正確なモデル化又は車両の製造者には、このような状況下ではこれらのことが重要ではなく、また、さらに正確な測定値を得るために処理されるわけではないデータポイントを含む不正確な形状も、求められる情報を得るために用いられていたにずぎない。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
したがって、本発明の目的は、容器の移動する架の下側に焦点を合わせるようにして超音波ビームを伝搬させて、架と容器とのプロフィル測定を行うことにより、容器のタイプとサイズ、容器がキャップされているかどうか、及び容器がキャップされていない場合には容器内の液体レベルといった、架と容器についての情報を決定するための超音波センサを用いた方法を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明は、超音波センサを用いて架内の１つ以上の容器のプロフィル測定するための方法に関する。この架は、センサの検出領域内で例えば交差供給機構又はシャトルといった架輸送機構により架が輸送されることにより超音波センサの下側をスルー速度で移動する。超音波センサは、架に向かって複数の超音波バーストを伝達させている。このセンサは、比較的小さな容器の形状を得るために用いられるので、周波数約１ＭＨｚのバーストを放出させるようなショートレンジのセンサとして駆動されることが好ましい。このセンサは、架がセンサを通過するにつれ架及び容器に超音波バーストが衝突して発生した複数のエコーを検出する。それぞれのバーストによって発生した第１のエコー及び第２のエコーを検出して、処理が行われることにより容器のプロフィル測定が行われる。検出されたエコーを用いることにより、プロセッサは、超音波センサに反射されて戻される前の単一の方向へと進行するエコーの距離を示したデータポイントを発生させる。これらのデータポイントは、超音波センサに備えられた記憶デバイス内に保存され、容器のプロフィル測定をおこなうため処理されるように構成されている。
本発明及び本発明の変形例については、後述する詳細な説明及び図面から明確となろう。図中、同様の要素については同様の符号を用いて示している。
【００１３】
【発明の実施の形態】
図６Ａを参照すると、参照したサンプルハンドラ出願で説明するサンプルハンドラといった自動化分析機器のための自動化されたサンプルハンドラ６０は、機器内部へと容器を供給している。サンプルハンドラは、単一の機器の一部とされていても良くまた、サンプルを分析するための及び分析前のサンプルの処理のためのモジュールを備えたモジュール化された機器の単一モジュールとされていても良い。サンプルハンドラ６０は、内側供給部８０と交差供給部９５（すなわち、「交差供給シャトル」）と、外側供給部１００とを備えている。図６Ｂに示す架７０は、内部整理番号Ｎｏ．MST-2302として参照した出願のように、サンプルハンドラ６０内の容器を輸送するために用いられている。サンプルハンドラ６０は、マスタコントローラ（図示せず）を備えており、このコントローラは、例えばインテル３８６ＥＸマイクロプロセッサを用いて、サンプルハンドラ６０の動作を制御するようにされている。
容器の架７０は、内側供給部８０へと挿入され、内側供給部８０及び外側供給部１００の後ろ側に配置された交差供給部９５上のトラック１０２へと一度に１つ毎に輸送されるようにされている。架７０には、図１に示した１９のタイプの容器のうちの１種類の容器が１つ以上挿入されている。しかしながら、上述したように、、その特徴がワークステーションのソフトウエアに記録されている独特の形状を有したいかなる容器であっても、サンプルホルダ６０へと挿入でき、本発明の超音波プロフィル測定により形状を得ることができる。（ある場合には、全く容器を含まない完全に空の架を挿入することも可能である。）交差供給部９５における図示しない輸送機構は、架７０に係合されており、交差供給部９５の内側供給部側から外側供給部側へと架７０を押すと共に、その場所に固定するようにさせており、同時に容器を機器の所定の場所へと供給するため、上側を移動するロボットアームによって架から抜き出されるようにされている。これが図６Ｄに示されている。この架７０は、その後外側供給部１００へと排出される。機器の別のモジュールがその容器上での動作を完了させた後、容器は、サンプルハンドラ６０から取り出すためにロボットアームによって外側供給部１００内の架７０へと戻される。
各架７０は、図１に示す１９タイプを含む種々のタイプ及びサイズの容器を８つまで個々のチューブ受け部７２に保持することができるようにされており、そのチューブ受け部７２は、側壁７４によって等間隔に離間して分離されている。架７０内の各チューブ受け部７２は、規格で８ｍｍから１６ｍｍの種々の直径の容器を内部に収容するに充分な大きさの径とされている。各架７０は、架７０を同定するため、機械読みとり可能なバーコードラベルといった同定コードを有している。各容器もまた、機械読みとり可能な同定コードを有している。容器は、各架７０の横側前部壁７３の開口７１を通して容器同定コードが読みとれるようにチューブ受け部７２へと容器をしっかりと配置する操作者によって架７０内に配置される。バーコードリーダ７５（またはバーコード以外の機械読みとり可能な同定コードを用いている場合には、そのコードを読みとるための好適なデバイス）及び超音波液体レベルセンサ９０は、内側供給部８０と外側供給部１００の間の交差供給部９５の中央部に沿って配置されている。容器を搭載した架７０は、まず内側供給部８０と外側供給部１００の間の交差供給部９５の一方の側に配置されたバーコードリーダ７５を通過し、架７０及び容器のバーコードが読み込まれ、そのデータがサンプルハンドラコントローラへと送られて架及び容器それぞれ双方の同定が行われ、架７０内の容器の数が決定される。さらに交差供給部９５に沿って、架７０は、交差供給部９５の上側に配置された超音波液体レベルセンサ９０の下を通過する。これが図６Ｅに示されている。架７０は、好ましくは約２インチ／ｓｅｃ（約５．０８ｃｍ／ｓｅｃ）のスルーされた速度で交差供給部９５に輸送され、プロフィル測定のために充分な多数のデータポイントが得られるようにされている。
双方向スタットシャトル８５は、例えば内側供給部８０と外側供給部１００の間のサンプルハンドラ６０に備えられていて、優先順位を持って又は内側供給部８０が破損した場合には試験チューブが挿入されるようにされている。これが図６Ａに示されている。スタットシャトルはまた、機器のために用いられる別の容器、例えば試薬または希釈剤パッケージを挿入するためにも、また試験チューブや別の容器を取り出すためにも用いることができるようにされている。交差供給部９５のように、スタットシャトル８５は、バーコードリーダ８６と、スタットシャトル８５に隣接して位置決めされた超音波液体レベルセンサ８７とを備えていて、容器がスタットシャトル８５を介してサンプルハンドラ６０に供給される場合にも同様の動作を行わせるようにされている。空間的な制約により、バーコードリーダ８６は、センサ８７の後ろ側にマウントされていて、ミラー８８を介してバーコードを読み取るようにさせている。
【００１４】
架７０の両側のタブ（すなわち「耳」）７６ａ，７６ｂは、架７０の各側部の同一の高さ２で架７０の頂部に配置されている。タブ７６ａ，７６ｂは、架７０を真上に保持したり上昇させたり、架７０の位置を内側供給部８０や外側供給部１００の位置へと進めたりする等、後述する種々の目的のために用いられる。本発明において特に重要なことは、タブ７６ａ，７６ｂが後述するプロフィル測定のための参照レベルを与えることにある。１つの好ましい実施例では、架７０は、高さが約３インチ（約７．６２ｃｍ）とされ、一方のタブの外側端部から別のタブの外側端部まで約２２８ｍｍとされている。当業者によれば、架７０は、そのサイズを変化させることができ、後述するアルゴリズムは、正確な架形状に応じて調節できることが理解されよう。
超音波液体レベルセンサ９０は、Ｌ−形状のブラケット９４の頂部にマウントされたセンサホルダ９２に図６Ｂのように交差供給部９５に覆い被さるようにマウントされていることが好ましい。センサホルダ９２は、非金属ジンバル９６（図６Ｆ）を有しており、この非金属製ジンバル９６は、センサ９０を架７０のターゲット頂部の垂直なポイントに調節されるようにさせている。ジンバル９６の正確なアライメントは、架７０と同様の治具（図示せず）により行われる。チューブピンは、ジンバル９６と、治具上のチューブ受け部と、トラック１０２内のアパーチャとを介して押圧されており、ジンバル９６を自動的に整列させるようにさせている。ジンバル９６が調節された後、２つのセットとなった螺子９７によって固定されるがこれが図６Ｅに示されている。チューブピンは、その後取り外されセンサ９０がジンバル９６内部に配置される。
センサ９０は、センサホルダ９２によってトランスデューサ９９上に保持されており、トランスデューサ９９の鳴動を妨げないようにしていると共に、超音波バーストのビーム形状を制限しないようにされている。機器を保守した後にセンサ９０を再配列する必要を無くするために、ブラケット９４は、技術者がシステムに対して作業をすることができるようにブラケットを下側に保持した螺子が取り去られた場合にブラケット９４がヒンジ（図示せず）上で後方側に枢軸回転するようにされていることが好ましい。データ取得ボード９８は、同様にブラケット９４の近くにマウントされている。ボード９８は、サンプルハンドラコントローラに接続されている。
超音波液体レベルセンサ９０は、センサ９０からショートレンジの領域内で表面を検知することができるようにされている必要がある。センサ９０は、鳴動しながらエコーを受け取って検出することはできない。したがって、センサ９０に隣接する領域が設けられて、この領域を通してセンサ９０がエコーを検出するに先だって超音波バーストを伝搬するようにさせている。この領域は、この領域において表面から反射されたエコーがセンサ９０により検出されなくなるデッドゾーンとなる。
【００１５】
好ましい実施例では、センサ９０は、コンセンス社のセンサ部品No.123-10001とされていることが好ましい。センサ９０は、トランスデューサ９９を有しており、このトランスデューサ９９は、直径が０．２５インチ（０．６３５ｃｍ）とされ、長さが約０．７５インチ（１．９０５ｃｍ）とされている。約１．０ＭＨｚの周波数でパルス幅が約１μｓのパルスをセンサ９０に印加して、センサ９０を１００μｓ以下の長さで鳴動させる。これらのパラメータで駆動する場合には、センサ９０は、約１２．７ｍｍ（＝０．５インチ）のデッドゾーンを有する。１．０ＭＨｚの高い超音波周波数（典型的には超音波センサはｋＨｚ領域で駆動される）を用いることで、トランスデューサ９９の鳴動する長さを低減させ、デッドゾーンのサイズを低減させることが可能とされる。同一の理由から、センサホルダ９２は、非金属製とされていてトランスデューサ９９の鳴動の時間長さを延ばさせないようにしている。
センサ９０は、容器の上側の充分に高い位置においてセンサホルダ９２内に保持する必要があり（約０．６５インチ（約１．６５１ｃｍ）〜１インチ（約２．５４ｃｍ）が好ましい）、このようにすることで最も高い試験チューブにキャップがされている場合でも、センサ９０によって検出されないデッドゾーン内にまで侵入しないようにされている。（これについてはさらに後述する。）センサ９０はまた、容器の底部までの液体レベルを検出できるようにする必要がある。デッドゾーンから最も高い試験チューブの間に１インチ（約２．５４ｃｍ）確保し、上述した寸法のセンサ９０を用い、このセンサ９０を上述した特定周波数で駆動することにより、約５インチ（約１２．７ｃｍ）の領域を検出することができる。必要な検出領域に適合させるために、センサ９０は、容器が載置される最も低いポイントの上側約５インチ（１２．７ｃｍ）にマウントすることが必要である。容器がセンサ９０の検出領域の外側を通過する場合には、図５（ｃ）に示されるように全く検出が行われず、エラーコードが発生される。
センサ９０は、ブラケット９４に適切に配列されなければならず、そうすることによって、超音波バーストが、正確に各容器の中心に向かって下向きに向けられるようにされる。センサ９０が２°以上誤配置されている場合には、超音波バーストによって発生されるエコーは、容器の側壁の間で前方及び後方へと図５（ｄ）に示すように反射されることになり、このためセンサ９０に適切に戻るためにはより長くかかる。この場合には、容器は、間違って同定され、液体レベルが間違って測定され、認識不能となるか、又は全く検出できずとして除外される。架７０はまた、架が、誤配置と言った問題を生じさせる可能性があるため、センサ９０と整列されている必要がある。したがって、交差供給部９５上のト架１０２は、水平にされている必要があり、架７０を輸送機構の架に係合させるための架７０の底部の連結機構は、センサ９０の下を架７０が移動するにつれてトラック１０２と面一になるように架７０を保持させる必要がある。交差供給部９５の前部壁及び後部壁１０４，１０５はまた、交差供給部９５の後部壁１０５に対して架７０の前部を予め押しつけておくことにより、トラック１０２上に架を垂直に保持させるのを補助させている。
第１のエコーを検出することで容器のプロフィル測定を行うに充分であるが、超音波バーストによって生じた第２のエコーを検知することは、第１のエコーにより与えられない所定の情報を得るためには有効である。この第２のエコーによって得られる情報は、細いEzee-Nest（登録商標）インサート及びMICROTAINERサンプルカップのような狭い容器をプロフィル測定する場合には、第１のエコーと第２のエコーとが伝わる距離の差が大きく異なるので特に重要となる。図３から理解されるように、超音波バーストが所定の容器のアパーチャ等の細いアパーチャに衝突すると、第１のエコーは細いVACUTAINER試験チューブ又はMICROTAINERホルダの上部の曲線となった口辺部で比較的迅速に反射されるが、第２のエコーは、さらに下側にあるサンプルによって発生される。したがって第１のエコーによるプロフィル測定のみを用いる場合には、平坦な頂部を有した容器の形状が得られ液体レベルは決定されない。
架７０及び架７０内の容器のプロフィル測定は、サンプルハンドラコントローラ内のソフトウエアにより開始されるアルゴリズムを用いて行われる。好ましいプロフィル測定アルゴリズムのソースコードは、マイクロフィッシュの添付資料に含まれており、図１１には、そのアルゴリズムのフローチャートがステップ２００から開始するのが示されている。ステップ２１０では、データポイントが架７０が交差供給部９５に沿って移動するにつれて集められる。内側供給部８０の後ろ側の休止位置から開始して、交差供給部９５内の架７０は、２インチ（５．０８ｃｍ）／ｓｅｃのスルー速度まで加速される。この速度は、センサ９０がデータポイントのレベルを読みとることができるように、架７０がセンサ９０の下側を通過するまで一定で、できるだけスムースに維持される必要がある。このようにすることで、これらのデータポイントが架７０の長さに沿って互いに等距離で離間するようにできる。センサ９０は、架７０が交差供給部９５上を移動するように架輸送機構が起動されると、サンプルハンドラコントローラにより起動される。センサ９０は、２．５ｍｓ毎に約１μｓの１つの超音波バーストを放出する。上述したように、超音波バーストは、１００μｓより長くは鳴動されていない。この時間の間には、まったく信号は検出されず、センサ９０は、「ウインドウ閉鎖」状態となる。１００μｓバーストの後、センサ９０は、レシーブモードに切り替えられ、これを「ウインドウ開」状態とする。約９００ｍｓでセンサ９０に反射して戻ってきた超音波バーストの第１のエコーと第２のエコーとを検出する。
空の受け部を０インチの高さとする。これは、容器壁の検出と連結されて容器が無いか又は容器が空であることを決定する。
【００１６】
「ウインドウ開」状態にあるセンサ９０は、その後約２．５ｍｓ毎に連続して読み取りを行い、これは、５／１０００インチ毎に１回読みとりを行う、すなわち架の長さに沿って１インチあたり２００回の測定を行うことに等しい。読み取りの値（「データポイント」）は、コンセンス社により製造されるモデルNo.MIL-101といったデータ取得ボード９８上のＦＩＦＯバッファ中に記録され、このデータ取得ボード９８は、センサ９０にＲＳ−２３２シリアルポートを介して接続されている（MIL-101は、単一の超音波センサからのデータのみを受け取る単一チャネルのボードである。マルチプル超音波センサから連続的にデータを読み取るマルチチャンネルボードをこれとは別に用いることができる）。データは、フォーマットＭＭＭＭＭＮＮＮＮＮとしてＦＩＦＯバッファ中に記録され、ＭＭＭＭＭ及びＮＮＮＮＮは、５桁のＡＳＣＩＩの固定小数点値である。ＭＭＭＭＭは、第１のエコーがセンサ９０に戻ってきた際のインチでの値であり、ＮＮＮＮＮは、第２のエコーがセンサ９０に戻ってきた際のインチにおける値である。例えば、ＭＭＭＭＭが０２３４５に等しく、ＮＮＮＮＮが０４５６７に等しければ、これは、第１のエコーがセンサ９０に２．３４５インチ（約５．９５６ｃｍ）だけセンサ９０から離れたところから反射されて戻ってきたことを示し、第２のエコーがセンサ９０から４．５６７インチ（約１１．６００ｃｍ）離れたところから反射されてきたことを示している。これとは別に、データは、バイナリ又はこれとは別のフォーマットでＦＩＦＯバッファ中に記録することも可能である。
センサ９０は、架７０全体をプロフィル測定するためのデータポイントに充分な数を超えている２４００のデータポイントを読みとった後停止される。２４００データポイントが必要とされる理由は、架が２２８ｍｍの長さを有しており、インチあたり約２００の読み取りを行うので、約１７９５の規定されたデータポイントは、架が輸送される間の時間についてデータ取得ボード９８によって得られる全読みとり値１７９５のセットに含まれている架あたりのセンサ９０による読み取り値１７９５から構成される（＝（２２８ｍｍ／２５．４ｍｍ／インチ）ｘ２００読み取り／インチ）。架７０がセンサ９０の下側を通過する前後の所定距離内で得られるデータポイントはまた、架７０の前縁端及び後縁端を検出する能力を与えることになるので重要である。前縁端と後縁端の間に必要とされる最小のデータポイント数を可能な限り１７９５データポイントに接近させることも可能であるが、架７０についてすべてで２４００データポイントを測定し、ＦＩＦＯバッファに記録することが有効であることが見出された。このうち、架７０については１７９５ポイントが用いられる。これは、架７０の前縁端及び後縁端に関するデータを測定するための６０５データポイントが残されていること、すなわち架７０の前後の双方の端部当り約１．５１インチ／端部の点があることに相当する（６０５データポイント／２００データポイント／インチ／２つの端部＝１．５１）。各装置について正確には設定することができないので、これらの付加的な読み取り値は、モータ速度及び交差供給部９５の輸送機構の起動及び停止加速と共にパラメータがプロフィル測定が容易となる。
表１に示した容器を収容した１つの架７０の第１のエコーについての粗データを図７Ａに示す。同一の架についての第２のエコーの粗データを図７Ｂに示す。
【００１７】
【表１】
EZEE-NESTインサートを取り付けた８つの７５ｘ１００VACUTAINER試験チューブを搭載した架によって発生された第１のエコーについての粗データを図１０Ａに示す。この同一の架及び容器によって発生した第２のエコーの粗データを、図１０Ｂに示す。
ステップ２２０では、関連する２４００データポイントの粗データの完全なセットがデータを処理するサンプルハンドラコントローラへと送られ、ＭＭＭＭＭＮＮＮＮＮフォーマットから、特定のハードウエア、駆動システム、アプリケーションソフトウエアにより規定される別の適切なフォーマット（例えば３２ビット浮動小数点表示）へとデータを変換してＦＩＦＯバッファ中に記録する。
第１の超音波バーストが発生されてから９００μｓの後、センサ９０は、再度「ウインドウ閉鎖」状態とされ、別の超音波バーストを発生する準備が整えられる。音速が室温において３３１．３６ｍ／ｓｅｃ＝１０８９フィート／ｓｅｃ＝１３０６８インチ／ｓｅｃであるので、超音波バーストが検出されるまでに移動する距離は、１００ｍｓで１．３０７インチ（約３．３２０ｃｍ）であり、検出されるまでの最大距離は、９００ｍｓで１１．７６インチ（約２９．８７ｃｍ）となる。超音波バーストは、「ウインドウ開」状態となる時間の間に移動し戻らなければならないので、超音波バーストの検出される最小及び最大移動距離は、０．６５インチ（約１．６５１ｃｍ）（＝１．３０７インチ／２方向）及び５．８８インチ（約１４．９４ｃｍ）（＝１１．７６／２）となる。「ウインドウ閉鎖」状態は、センサ９０が１００ｍｓ以下で鳴動停止された後であっても、デッドゾーンが０．５インチとなるようにセンサ９０の鳴動に対して余分な時間を意図的に残すようにされている。エコーがこの期間内に検出されなければ、エコーは失われ、ゼロ値０００００ ０００００がデータ取得ボード９８へと戻される。
データをＦＩＦＯバッファにコンパイルした後、フォーマット化されたデータは、その後データが処理されるサンプルハンドラコントローラへと送られる。ステップ２３０でデータがチェックされて、得られたデータが有効か否かが決定される。ここでは、情報が架７０全体のスパンにわたった充分なポイントを有しているか、取得されたデータの値が関連する領域において基本的には０〜６インチの間にあるかどうかをチェックすることが必要とされる。データが有効ではない場合には、ステップ３１０においてエラーフラッグがセットされ、このアルゴリズムは、ステップ３３０で終了する。データが有効である場合には、コントローラは、ステップ２４０へと進み、架７０の始点及び終点（すなわち、架の開始点及び終了点である）を図１２に示すフローチャートのアルゴリズムＡ１を用いて第１のエコーからのデータを参照して算出する。ステップ２５０では、システムは算出された開始点及び終了点が有効であるか否かを、架７０によって発生されることが期待されるデータストリームの長さにおけるデータポイントの概略数を判断して、チェックを行う。このことによって、架と容器との特定の特徴を正確に決定するに必要なポイント数が得られる略正確な速度で、架がセンサ９０の下を輸送されたことを保証することになる。開始点及び終了点がタブ７６ａ，７６ｂについて許容できるのであれば、ポイントは、有効であると決定され、システムは、ステップ２６０へと進行する。それ以外の場合は、開始点及び終了点は有効ではなく、システムは、ステップ３１０に進行してエラーフラッグをセットする。
【００１８】
アルゴリズムＡ１は、ステップ３４０から開始し、超音波バーストが交差供給部９５（トラック１０２下部）底部から反射して戻されると、架７０の開始点及び終了点をバックグラウンドレベルから、架７０のタブ７６ａ，７６ｂまでのシグナルベルの変化に基づいて算出する。これは、全体のデータストリームの中の架７０の長さを決定することを容易にしている。ステップ３５０では、架７０のタブ７６ａ，７６ｂが好適な実施例においては、約１４ｍｍの長さであるので、このデータは、タブ７６ａ，７６ｂである関連する第１の領域内の約３０データポイントについてのデータの定常的レベルの領域を探すことにより解析される。そしてこれはバックグラウンドレベルの上側約３〜３．５インチ（７．６２〜８．８９ｃｍ）の間にある。３０ポイントをチェックすることにより、チューブ受け部７２の間の距離が２．５ｍｍとされているため、ソフトウエアがチューブ受け部７２の間の架の頂部面をタブとして誤って同定することが無くされる。適当なレベルでデータの定常レベルがある場合、定常レベルへのレベル変化が始まるデータポイントは、架７０の開始点にセットされている。架開始点が有効であることは、ステップ３６０において確認される。データの定常的レベルが無い場合、又はデータが最初の２インチ（約５．０８ｃｍ）内に存在しない場合には、その後のステップ４１０においてエラーフラッグがセットされる。ステップ３７０では、架の終了位置がバックグラウンドレベルから上の約３〜３．５インチの間の高さで約３０ポイントにおける定常レベルでの第２のデータ長さを探すことによって算出される。
ステップ３８０では、算出された架終了が有効かどうかが決定される。架開始位置は、すでに決定され、架７０のすべてがほぼ同一の長さとされているものと考えられるので、架終了位置は、架開始位置からすでに知られている距離とされる。架終了位置が架開始位置からの距離でない場合や、第２の定常レベルのデータがない場合、又は第１の定常レベル及び第２の定常レベルのデータが互いに２２８ｍｍ内にない場合には、算出された架終了は有効ではなく、サブルーチンは、ステップ４１０へと進行してエラーフラッグをセットする。算出された架終了位置が有効である場合には、ステップ３９０で架開始データ及び架終了データをデータの定常的レベルから架のタブレベルを算出するために使用する。架開始位置である前縁端を超えた３０データポイントの平均値をまず算出し、その平均はその後最初に算出された平均値から５％以上異なった３０データポイントのいかなるものも除外して再度算出される。この後者の値は再計算された平均値とされ、タブ７６ａの開始部に対する架タブレベルとして設定される。同様にして後縁端より前の３０データポイントの平均値がまず計算され、この平均値はその後最初に算出された平均値から５％以上異なった３０データポイントのうちのいかなるデータ（「外側にある値」）をも除外して再計算される。この後者の値をタブ７６ｂの終点に対する架タブレベルとして設定する。タブ領域を規定するデータポイントは、この時点でＦＩＦＯバッファ内では平均値に等しく変換される。容器の内径及び外径及び容器の液体レベルの測定は、その後これらのレベルに基づいて算出される。
ステップ４００では、タブ７６ａ，７６ｂの開始及び終了の参照レベルを再度チェックして、タブ７６ａ，７６ｂが有効レベルにあるかどうかを確認する。これは、それぞれのレベルが適正な高さ、すなわち架７０の頂部の５〜８ｍｍ内にされているかどうかをチェックし、さらにタブレベルの開始点及び終了点が互いに５ｍｍ以内となっているかどうかをチェックすることを含んでいる。データの第１の定常レベル及び第２の定常レベルは同一でなければならないが、架７０は、交差供給部９５に適切に据えられていることは必要とはされず、架７０が一方のタブが他方のタブよりも高くなるように角度を付けらて据え付けられていても良い。架タブレベルが有効でない場合には、ステップ４１０においてエラーフラッグがセットされる。架タブレベルが有効な場合には、図１２のアルゴリズムは終了する。
【００１９】
エコーは、センサ９０に「ウインドウ開」状態となる前に早すぎて到達したり又は「ウインドウ閉鎖」状態となった後に遅すぎて達すると失われてしまう。また、デッドゾーンで反射されるとエコーは失われることになる。エコーはまた、図５（ａ）に示されているように容器３６の液体表面に気泡３８が存在する場合等のように、超音波バーストが衝突する物体がバーストを吸収する場合や、極わずかに許容できないエコーを反射する場合には失われてしまうことになる。エコーが失われてしまうさらに別の状況は、容器の頂部が高すぎることにより発生するが、この理由は容器が架７０に完全に下まで適切に据えられていないことや、架７０内の容器が機器に用いるには高すぎることによるものである。
バーストは、容器の長さにわたって反射され、エコーは必要以上に長い距離移動する場合は、エコーが遅延して到達する、すなわち「ウインドウ閉鎖」状態となった後に到達する。この失われたエコーの状態は、センサ９０の誤配置により、また検出器が適切は配置からずれていたりすること、図５（ｂ）に示すように超音波バーストが容器の曲がった部分を、すなわち容器４０内の液体サンプルの頂部面の、例えば低表面張力で形成されるメニスカス４３から衝撃することによって引き起こされる。後者の場合には、第１のエコー４２は検出されるものの、第２のエコー４４は、容器４０の側壁の間で反射され、センサに戻る時間が長くかかりすぎることになるため失われることになる。
エコーが失われるとデータには、図８に示すように観測される大きなスパイクが形成される。失われたエコーにより生じた、フローチャートのノイズレベルＩで示されるノイズをフィルターするために、ステップ２６０でエコーが失われたことにより発生したスパイクを除去することができる。各スパイクは、取り込まれるデータストリーム内での最後の良好なデータで置き換えられる。例えば、図８をフィルタ処理したデータが図９で示されている。
ステップ２７０では、データがフィルタされた後、架の参照面のレベルを、タブ開始参照レベルとタブ終点参照レベルの間で直線をプロットすることにより決定する。
ステップ２８０では、タブ７６ａ，７６ｂのタブ開始部及びタブ終了部は再度チェックが行われて、タブ７６ａ，７６ｂの開始部及び終了部が依然として約３〜３．５インチ（約７．６２ｃｍ〜約８．８９ｃｍ）だけフィルタリングに拘わらずセンサ９０から離れた正確な領域にあることを確認する。このレベルが有効ではなくなっている場合には、アルゴリズムは、ステップ３１０に進行し、エラーフラッグをセットする。このレベルが有効であれば、アルゴリズムは、ステップ２９０に進み、小さなスパイクノイズ用のノイズレベルＩＩのための第２のノイズフィルタを、すでにノイズレベルＩのためのフィルタ処理がなされたデータに適用する。図７Ａに示すような小さなスパイクは、周囲を取り囲むエレクトロニクス機器により生じるものであり、例えばシステムのバックグラウンドノイズレベルより２ｍｍより大きな場合等、架のタブ７６ａ，７６ｂの領域及び容器の頂部の領域においてスムース化する必要がある。データは、このようにして平坦化されて、容器及び架の高さの良好な見積もりを与えることになる。このフィルタには、ワークステーションソフトウエアにプログラムされるノイズ許容値と連続許容値といった２つのパラメータが必要である。ノイズ許容値は、特定のデータポイントがその隣接したデータポイントからどれだけ離れているかを示すものである。連続許容値は、検討しているデータポイントを取り囲むより大きいデータに隣接した別のデータからデータポイントがどれだけ離れているか５ポイントを用いた許容値である。好適な実施例では、特定のデータポイントについてのノイズ許容値は、先行する２つのデータポイント及びそれに続いた検討している２データポイントといった互いに隣接した４つのデータポイントを検索することにより判断が行われる。このノイズ許容値を超える場合には、データポイントの値は、それに隣接する４つのデータポイントと比較が行われる。検討しているデータポイントが隣接する４つのデータポイントの平均値から連続許容値を超えている場合には、検討しているデータポイントの値を隣接する４つのデータポイントの平均値に設定する。好ましい実施例では、ノイズ許容値は、２．５ｍｍ（約０．１インチ）であり、連続許容値は、１ｍｍ（約０．０５インチ）とされる。
【００２０】
ノイズレベルＩＩについてのフィルタ処理が完了した後、ルーチンはステップ３００に進み、架の頂部により規定される各容器の参照面上側にある高さ及び容器タイプを決定し、容器がキャップを有していない場合にはまた、容器内の液体のレベルを決定する。ステップ３００を実行するアルゴリズムＡ２の詳細は図１３に示されており、ステップ４３０から開始する。ステップ４４０では、データの結果は、すべての容器の設定が有効ではないものと設定して開始される。次いで、ステップ４５０では、架７０内の８つ以下の容器の関連するポイントについて、図９のフィルターされたデータから容器の特性を決定するために解析が行われる領域を「粗出力」までマップする。関連するこれらのポイントは、どの位置に容器が存在していようとも、架のすべての８つの位置についてマップされる。これらの領域は、すでに算出された架７０の開始ポイント及び終了ポイントと、交差供給部９５における架７０の移動する速度と、各容器について集積されたデータポイントの概略数を知ることにより決定される。
８つの容器について関連するポイントをマップした後、ステップ４６０では、２つの読みとり値の間の時間経過に関する第１のデータポイントと隣り合った第２のデータポイントの測定レベルにおける変化の一次微分をし全データストリームにおける各データポイントについて算出しバッファー内に記憶させる。。この微分は、容器の外径の開始又は容器の内径の開始のいずれかを示した変化を反映している。この変化は、容器タイプが同定されているかいないかに拘わらずに液体レベルを検知するための指標となる情報を与える。
変化が同定されると、ソフトウエアは、ステップ４８０〜５８０が含まれているステップ４７０のループに入る。このループは、一度に１つずつ８つの容器の特徴を分析するまで８度繰り返される。第１の容器から開始し、ステップ４８０において第１の容器の外径の特徴、すなわち巾を一次微分を用いて同定する。ステップ４９０では、容器にキャップが無いことが同定されている場合には内径の特徴を同定する。容器がキャップされている場合には、内径については検出されない。ステップ５００では、上述した外径の特徴を用いて容器の巾を見積もるが、この見積もりは、容器の変動、検出器ビームの変動及びビームアライメント等のために信頼性は高くないので、容器タイプを決定するためには用いられない。容器の巾が知られれば、ステップ５１０において容器の最大高さは特定の容器についての２つの外径のポイントにおける一次微分に等しい。容器の最大高さはまた、容器がキャップされているかどうか及び容器のタイプを決定するために用いられる。
最大高さに加えて、容器のおおよその高さは、参照架レベルを超えた容器の内側の特徴から測定されるレベルに基づいて算出され、容器タイプを同定するために用いられると共に、容器が正確に据えられているかどうかを決定するために用いられる。概略高さを算出するために、アルゴリズムは、容器の口辺部に隣接した平均レベルを決定し、外側に出た値を除外してデータをフィルタし（すなわち、最初に算出した平均レベルから５％以上異なったデータポイントを除外して再度平均することによる）、容器の高さであると考えられるものを再計算する。このアルゴリズムは、このようにして容器の口辺部高さの形状を決定する。ステップ５２０では、容器の口辺部のレベルを容器の最大高さとして設定する。口辺部の測定されたレベルが、口辺部の領域内で容器よりも高くなる場合には、容器がキャップされているとされ、キャップのタイプが容器を横断したデータポイントの高さにより同定される。また、ステップ５２０では、容器の高さと直径とに基づき容器タイプを推定する。
容器が第１のエコーについて算出された微分から測定可能な内径を有しているものと決定された場合には、容器の内部に液体が存在するものとし、そのレベルを測定する。測定可能な内径を有する容器の液体レベルは、アルゴリズムＡ４（図１５）を用いてステップ５３０で決定される。アルゴリズムＡ４は、ステップ６９０から開始され、容器の中間がステップ７００で容器の内径を同定するポイントの中間のポイントを用いて位置決めされる。このように見積もられたレベルは、中間ポイント及びこの中間ポイントの両側の７つのポイントの平均を得ることにより決定される（ステップ７１０）。また、ステップ７２０において容器の外径と内径の間のすべての内側データの平均を得ることにより、ベッセル(vessel)口辺部高さが左側の４つのポイントの最小値及び右側の４つのポイントの最小値のレベルを用いて算出される。この理由は、４ポイント毎の各セットは、典型的な容器のガラス壁の厚さを表しているためである。より厚い壁又はより薄い壁の容器については、ポイントを追加するか又はより少ないポイントをそれぞれベッセル口辺部高さを算出するために用いることができる。ステップ７２０において算出された平均レベルは、「ベッセル高さ」である。ステップ７３０では、中間の１５ポイントについてステップ７１０において算出することで見積られたレベルが、ステップ７４０で計算した結果(Result)から１０％以下で異なっているかどうかを決定する。１０％以内であれば、見積もったレベルは、Resultに等しくリセットされる。内側データすべてのモード値及び平均値（すなわち、容器の内径の間のデータポイント）は、ステップ７４０で算出される。モード値及び平均値が見積もった値の１０％以内であれば（これは、ステップ７３０の後の値を意味する）、見積もったレベルをResultに等しくリセットし、アルゴリズムはステップ７８０へと進む。モード値と平均値とが見積りの１０％内に入っていなければ（液体表面にメニスカスが形成されているためと考えられ、種々のデータポイントにより得られる液体レベルは、容器の中心部の低い液体レベルから中心から離れた高い液体レベルの間で変化する）、見積もったレベルをモード値に等しく設定する（ステップ７７０）。
ステップ７８０では、平均値がモード値を用いて再計算されてステップ７６０及び７７０において見積りレベルとして設定される。平均値が見積りレベルの５％以内であれば、液体レベルを見積り値に等しく設定する。それ以外の場合には、液体レベルを平均値に等しく設定する。ステップ８００では、計算された液体レベルが容器の所定のタイプの液体レベル限界と比較が行われる。
ステップ５４０では、計算された液体レベルが解析されて液体レベルが許容された限界内であるかどうか、が決定される。液体レベルが許容された限界内になければ、すなわち流体量が予め決定されている容器タイプにとって大きすぎたり、又は少な過ぎたりする場合には、ステップ５７０でその容器についてエラーフラッグをセットし、次の容器のデータがあれば、ステップ４８０から分析を開始する。液体レベルが許容限界内であれば、アルゴリズムは、次いでステップ５５０において容器と測定された液体レベルの最大特徴に基づいて液体レベルが第１のエコーのデータを適切に測定しているか否かについて決定する。容器タイプがインサートを有しているように見かけられる場合には、液体レベルが概ね正しく測定されていないが、これは、これらの容器の小さな開口が、測定される高さを容器の外側口辺部の高さに等しくさせてしまうためである。
【００２１】
容器の外径について測定された高さが７７ｍｍ（７５ｍｍVACUTAINERチューブにEZEE-NESTインサートを用いたことに対応する）又は９６ｍｍ（MICROTAINERホルダにサンプルカップを用いたものに対応する）である場合にはインサートが存在する。この条件にある図７Ａの容器Ｄ，Ｅ，Ｇ及び図７Ｂの容器Ｊ−Ｑについては、液体レベルは第１のエコーからは決定されず、第２のエコーを分析することによってステップ５６０で液体レベルが決定される。センサの読み取り値は、±１ｍｍで変化し、したがって７５ｍｍの高さであってEzee-Nest（登録商標）インサートを有しないVACTAINER容器とインサートを有するこれらの容器とは区別が困難であり、その液体レベルのデータが第１のエコーからVACTAINER容器のものであるであることが判断できたとしても、第２のエコーを用いて７５ｍｍのVACUTAINER容器の液体レベルを決定することが必要となる場合もある。液体レベルを決定するために必要ではない残りの第２のエコーデータは用いられない。
ステップ５６０の詳細を図１４のアルゴリズムＡ３で参照するフローチャートで示す。このアルゴリズムは、ステップ６００から開始する。第１のエコーデータのように、第２のエコーデータは、ステップ６１０でステップ２６０で用いた失われたエコーにより与えられる大きなノイズスパイクを排除したと同一の技術を用いてノイズレベルＩのフィルタが行われ、これが第２のエコーのデータにも適用される。ステップ６２０では、この場合には第２のエコーにより液体レベルが決定されなければならないタイプの内径を有する容器に関連するデータポイントがマップされる。第２のエコーにおける残されたデータポイントは、いかなるものであっても用いられない。ステップ６３０においてデータポイントは、ステップ２９０に関連して説明したと同一の技術を用いて液体レベルの深さにおける小さなノイズスパイクからなるノイズレベルＩＩに関するフィルタが行われる。ステップ６４０では、図１４に示すアルゴリズムＡ４を用いて上述したように、液体レベルが容器の内径内のデータポイントをスムースイング及びアベレージングすることによって、また液体レベルの見積もられた値を用いることによって決定され、外側に離れたものを除外することによって（最初に計算した平均値から５％よりも異なるデータポイントを計算から除外することにより平均レベルを再計算すること）液体レベルを容器の内径から再計算する。ステップ６５０では、ステップ６４０で計算した液体レベルを解析して、液体レベルが許容される液体レベル内にあるかどうかを決定し、許容されるレベルにあれば、算出した値に液体レベルを設定する。許容される液体レベルでない場合には、ステップ６６０においてエラーフラッグをセットする。液体レベルが限界以内であれば、液体レベルを認定してステップ６７０で設定する。図１３のアルゴリズムはその後ステップ６８０で終了し、解析すべき容器がさらにある場合にはアルゴリズムＡ２のステップ５８０へと戻される。さらなる容器が解析された後ステップ５９０でアルゴリズムＡ２が終了する。
一度容器の高さ、チューブタイプ、液体レベルが決定されれば、これらの結果をステップ３２０でシステムプロセッサへと送って、ステップ３３０においてアルゴリズムが終了する。
機器は、少なくとも温度が約１５〜３５℃の範囲で運転可能とされている。温度変化１０℃毎に音速は１％変化するので、データ取得ボードは、周期的に容器のプロフィル測定の間温度をボードに搭載された温度センサを用いて測定し、距離測定に用いられる超音波バーストの移動のために必要な時間の測定を変換する校正係数として用いることにより、いかなる温度変化をも補償するようにされている。この温度補償の構成は、コンセンス社データ取得ボードに組み込まれており、当業者によれば理解されるものである。
常に、といえるものではないが、データの精度を保証するために、上述のように算出された平均値は、いつでも見積もり値、平均値、モード値について算出することが好ましい。これらの３つの値は近接していなければならず又はそうでなければデータポイントは有効ではないものとして消去される。
すべての状況において、約２００ポイントの関連する領域を解析した後も容器タイプを決定できなければ、容器は認識不能として排除される。この排除された容器は、機器のいかなる場所へもロボットアームによっては抜き取られず、容器は、架が外側供給部１００へと出されるまで架に残される。
キャップされた試験チューブは、自動化されたキャップ取り外し装置へと送るようにすることも可能であり、この自動化されたキャップ取り外し装置は、キャップが取り外され、この取り外し装置の容器上部に取り付けられた別の超音波液体レベルセンサがキャップが取り外された後に液体レベルを検出する。さらには、データにより容器がキャップされておらず、容器内の液体レベルが高すぎることを示している場合には、この容器はロボットアームによって抜き取られて外部デバイスへと輸送され、ロボットアームが容器を適切に据え付けるようにしていても良い。この外部装置は、上述した自動化されたキャップ取り外し装置とすることもできる。
【００２２】
プロフィル測定が行われる容器は、スタットシャトル８５に位置決めされた同一又は類似の架上に挿入することも可能である。この架は、スルー下で好ましくは超音波センサ９０と同一とされ、センサ９０と同一の方法で駆動され、同一の周波数及びパルス幅を用いた超音波センサ８７の下側を輸送される。さらに、センサ９０によって１つ以上の容器が適切に処理できない場合には、すなわち全く結果が得られないか又は不正確な結果が得られる場合には、ロボットアームは、容器をスタットシャトル８５上の試験チューブ架へと輸送するようにされていても良く、このためのスタットシャトル８５は、ほぼ交差供給部９５と同一とすることが可能であり、さらに好ましくはセンサ９０と同一の別の超音波センサ８７が搭載されていても良い。架に試験チューブを配置するために、スタットシャトル８５上の架は、ロボットアームの届く範囲内とされている必要がある。ロボットアームがスタットシャトル８５の後ろ側にのみ達するような場合には、試験チューブ架を、スタットシャトル８５の前方領域に押し出し、架がその後、後ろ側の領域へと輸送されるようにされていても良い。架は上述のようにしてセンサ８７の下側を通過し、別の試みにより容器が適切に形状測定がなされるようにすることもできる。
上述したシステムは、データ取得ボート９８内にデータを蓄積し、これらのデータを処理のためにサンプルハンドラコントローラへと送るようにされている。しかしながら、データの処理速度を向上させるために、ボード９８を改造して、充分なデータの処理速度を与えると共に、ボードに搭載される制御ソフトウエアを内蔵したメモリを設けることもできる。
当業者によれば、本発明は、制限するためにではなく、例示するために用いられる上述した好適な実施例に制限されるものではないことが理解されよう。上述した実施例に対して本発明の趣旨及び範囲を逸脱することなく、改良及び変更を加えることができることが可能である。本発明は説明したサンプルハンドラ又は架に限定されるものではないことは理解されるべきである。例えば図１６には、架９００が示されており、この架９００は、参照するサンプルハンドラの出願において説明したラボラトリオートメーションモードにおいて分析機器が駆動される場合、交差供給部９５上の超音波センサ９０を通過して移動する、架の別の実施例である。
【００２３】
【図面の簡単な説明】
【図１】プロフィル測定が行われる種々のタイプの容器の立面図。
【図２】容器に向けて超音波を伝搬させこの容器から反射される第１のエコーを受け取る本発明の超音波液体レベルセンサの立面側面図。
【図３】 MICROTAINER又はEZEE-NEST容器といった容器に向けて超音波を伝搬させる図２の超音波液体レベルセンサの側面立面図。
【図４】距離と超音波バースト第１のエコー及び第２のエコーの時間対距離をプロットしたグラフ。
【図５】（ａ）は、上面に気泡が存在する液体を含有する容器に超音波を放出している超音波液体レベルセンサの正面立面図であり、（ｂ）は、試験チューブ内にメニスカスが形成された容器に超音波を放出している超音波液体レベルセンサの正面立面図であり、（ｃ）は、超音波液体レベルセンサの領域外に配置された容器の正面立面図であり、（ｄ）は、誤配置された超音波液体レベルセンサの正面立面図である。
【図６Ａ】超音波液体レベルセンサを含むサンプルハンドラの等角図。
【図６Ｂ】サンプルハンドラの内側供給部に配置され、本発明が用いる架の第１の実施例を示した図。
【図６Ｃ】内側供給部から内側供給部の後ろ側の交差供給部に配置されるように輸送された架の等角図。
【図６Ｄ】外側供給部の後ろ側に配置されるように交差供給部を横切って輸送された後の架の等角図。
【図６Ｅ】超音波レベルセンサの下側へと容器の架を輸送するシャトル上部に配置されたセンサホルダにマウントされた超音波レベルセンサの等角図。
【図６Ｆ】センサホルダ内にマウントされたジンバルの等角図。
【図７Ａ】所定の容器を搭載した架をプロフィル測定することにより得られた第１のエコーについての粗データの超音波プロファイルのグラフ。
【図７Ｂ】図７Ａの架及び容器をプロフィル測定することにより得られた第２のエコーについての粗データのプロファイルを示したグラフ。
【図８】追加の粗データのプロファイルを示したグラフ。
【図９】粗データにおける大きなスパイクをフィルタするために用いる第１のフィルタ処理した後の図８に示した粗データのプロファイルを示したグラフ。
【図１０Ａ】 EZEE-NESTインサートを有する７５ｘ１００VACUTAINER試験チューブを搭載した架のプロフィル測定によって得られた第１のエコーの粗データの超音波プロファイルを示したグラフ。
【図１０Ｂ】図７Ｂの架及び容器のプロフィル測定により得られた第２のエコーについての粗データのプロファイルを示したグラフ。
【図１１】試験チューブ架と架内の試験チューブ又はインサートのプロフィル測定のためのアルゴリズムのフローチャート。
【図１２】第１のエコーから架の開始点及び終了点を算出するためのアルゴリズムのフローチャート（図１１のアルゴリズムのステップ２４０）。
【図１３】図１１に示した超音波プロファイルから高さ、液体レベル、容器タイプを算出するためのアルゴリズムのフローチャート（図１１のアルゴリズムのステップ３００）。
【図１４】液体レベルを得るために必要に応じて用いられる第２のエコーデータをフィルタするためのアルゴリズムのフローチャート（図１３のステップ５６０）。
【図１５】容器タイプを同定した後、液体レベルを得るためのアルゴリズムを示すフローチャート（図１３のステップ５３０及び図１４のステップ６４０）。
【図１６】本発明による架の第２の実施例の等角図。
【符号の説明】
１〜１９ 容器
２０ センサホルダ
２１ トランスデューサ
２２ 面
２３ 矢印
２４ エコー
２５ 面
２６ アパーチャ
２７ 第１のエコー
２８ 第２のエコー
２９ 面
【発明の属する技術分野】
【０００２】
（マイクロフィッシュ添付資料）
本発明には、マイクロフィッシュの添付資料が添付されており、本出願の一部を形成するものである。マイクロフィッシュ添付資料は、全部で８８枚の像を有するマイクロフィッシュである。
【０００３】
本発明の開示の一部分は、著作権保護の対象を有している。著作権所有者は、特許商標庁において出願又は記録してあるため、いかなる者への特許の開示も許諾するものであるが、それ以外についてはいかなる場合でもすべての著作権を有するものである。
【０００４】
【本発明の分野】
本発明は、容器のタイプ、容器がキャップされてる（キャップが取付けられている）かどうか、キャップされていない（キャップが取付けられていない）場合には容器の液体レベル、といった容器についての情報を決定するために処理されるシリーズとなったデータポイントを検出するための超音波液体レベルセンサを用いた容器のプロフィル測定(profiling of container)に関する。
【０００５】
（関連出願のクロスリファレンス）
本発明は、バイヤーコーポレーション(Bayer Corporation)、タリータウン(Tarrytown)、ニューヨーク州に共に譲受された後述する表示された題名の米国特許出願に係わるものであり、下記の出願は本発明の一部を構成するものである。
本発明と同時に出願された出願整理番号アトーニードケットNo.8698-2035「輸送コンテナのためのロボット及び自動化された分析機器内の物体並びに保守ロボットのための保守治具」に関する実用新案登録出願；本発明と同時に出願された出願、出願整理番号アトーニードケットNo.8698-2050「分析機器に出し入れされる供給容器のための自動化されたハンドラ（「サンプルハンドラ」）；１９９８年６月１５日に出願された出願、内部整理番号No.MST-2302「サンプルチューブ架」；１９９７年１２月５日に出願された米国特許出願第08/985,759号、内部整理番号MST-1968.1「試薬パッケージ」；１９９８年５月１４日に出願された米国特許出願第29/088,045号、内部整理番号MST-2305「希釈剤パッケージ」；内部整理番号MST-2307、「スタットシャトルアダプタ(Stat Shuttle Acdaptor)及び輸送デバイス」；本発明と同時に出願された出願整理番号アトーニードケットNo.8698-2049「自動化キャップ取り外し装置」；出願整理番号アトーニードケットNo.8698-2039「自動化臨床化学アナライザシステムのためのキャップハンドリングサブシステム」である。
【０００６】
【従来の技術】
試験チューブ及びインサートには、種々の異なったタイプ及びサイズがあり（たとえば、本来ではVacutainer（登録商標）試験チューブに挿入されるEzee Nest（登録商標）チューブ又はMicrotainer（登録商標）ホルダに挿入されるサンプルカップ等）、概ね「容器」又は「ベッセル」は、世界中の実験室及び病院で現在用いられている。しかしながら、使用されている容器の大半はわずか数種類のものに限られている。これらの容器としては、ベクトン−ディッキンソン(Becton-Dickinson)コーポレーションにより製造される、Vacutainer（登録商標）試験チューブ及びMicrotainer（登録商標）ホルダー、ドイツ国のサルステッド(Sarstedt)社の試験チューブ、及び上述したもののインサート２種類：Ezee Nest（登録商標）インサート及びMicrotainer（登録商標）ホルダである。別の試験チューブは、ドイツ国のブラウン(Braun)社、メリーランド州のベルエア(Bel Air)のメディテック社(Meditech, Inc.)、グレイナ(Greiner)社等により製造されるものを挙げることができる。以下に説明する発明の詳細な説明は、Vacutainer（登録商標）及びサルステッド社製の試験チューブ及びインサートを参照して行うが、システムが容器を同定し、他の容器から区別しうるようにワークステーションソフトウエアに充分な情報を提供することができる限り、別の試験チューブ及び他の容器にも等しく適用できるものである。
【０００７】
Vacutainer（登録商標）試験チューブは、１３ｍｍ（直径）ｘ７５ｍｍ（高さ）、１３ｍｍｘ１００ｍｍ、１６ｍｍｘ７５ｍｍ、１６ｍｍｘ１００ｍｍの４つのサイズのものが使用できる。これらのVacutainer（登録商標）試験チューブは、ゴム製のストッパ又はゴム製のHemoguard（登録商標）キャップによりキャップすることができる。７５ｍｍの高さの試験チューブは、これとは別にEzee Nest（登録商標）インサートも用いることができ、Ezee Nest（登録商標）インサートは、Vacutainer（登録商標）試験チューブの頂部へと挿入されて試験チューブの口辺部により支持することで少量のサンプルを保持するようにされている。サルステッド試験チューブは、１６ｍｍｘ７５ｍｍ及び１６ｍｍｘ９２ｍｍの２つのサイズが使用でき、独特のツイスト−オンキャップによりキャップすることができる。これ以外の参照した類似の試験チューブは、それらを同定することができるサイズ等独特の特徴を有している。
上述した種々のタイプの容器のいくつかを図１に示す。容器には、１〜１９までの番号が付けられており、図１中の対応表中に同定されている。各容器の最大高さは、その容器を示す図の下側に表示されている。このようにリストされた高さは、容器の高さとキャップ又はインサートの高さによるどのような付加的な長さをも含むものとされている。
容器に関する情報のデータ入力を行うといった人間の介在を可能な限り最小限としつつ、自動化分析機器における異なったタイプの容器を取り扱うことができるようにすることが重要である。したがって、容器タイプや容器の液体レベルを動的に決定する分析装置が有用である。同様に、上述した機器はまた、試験チューブをさらに処理するに先立って上述の機器の自動キャップ取り外し領域で自動的にどのキャップを外す必要があるかを検知するため、キャップされた試験チューブを検出することが必要とされる。
またさらには、分析機器のスループットを最大化させるようにすることが望ましい。スループットを最大化させる一つの方法は、プローブを降下させる速度を最大化させることにより、容器から液体サンプルを吸引するためのプローブの下側への移動を最小限にすることにある。プローブは、プローブ先端における流体界面を乱さないように、高速で液面に侵入しないように液体にはゆっくりと侵入させる必要がある。各容器内の液体レベルがプローブが下降する前にわかっていれば、このプローブを液面の僅かに上のレベルまで迅速に下降させ、サンプルに侵入するためのさらに僅かな距離だけプローブを下げるため、プローブ先端に設けた容量型液面センサを用いることが可能となる。このようにすることにより、プローブが液体レベルを決定するまでに一定のゆっくりとした速度で下降されなければならないことに比べて、各サンプルを吸引するためのサイクルタイムがスピードアップできる。プローブをより迅速に下降させるには、液体の表面の位置によって決定される特定の加速／減速運動プロファイルが必要とされる。
【０００８】
超音波センサは、センサに接触していない物体を検出するために用いることができる。これを図２に示す。超音波センサは、センサホルダ２０にマウントされた圧電素子を有するトランスデューサ２１を備えている。このトランスデューサ２１は、トランスミッタ及びレシーバとして交互に動作するようにされている。トランスミッタとして動作される場合には、トランスデューサ２１へと電気的パルスが印加され、トランスデューサ２１が約５０ｋＨｚから２ＭＨｚの範囲の特定の超音波周波数で鳴動するようにされる。トランスデューサ２１は、鳴動が結果的に停止されるまで自由に鳴動する。この鳴動は、トランスデューサ２１に印加されるパルス幅及びトランスデューサ２１のサイズに依存した時間長さで矢印２３で示される超音波バーストを伝達させる。この超音波バーストは、最初に発生された振幅がより大きな振幅を有しており、その後時間が経過するにつれて減衰して行く。これが図４に示されている。このバーストは、面２２で示されるターゲット面にまで空気中を進行して行き、ターゲット面を衝撃すると、少なくとも波の一部分は、ターゲット面には吸収されず、もし吸収されたとしても、１つ以上のエコー２４となってセンサ２１へと戻される。このセンサ２１は、鳴動が終了した後、エコーを検出することができ、レシーバモードへ切りかえられる。超音波バーストは、円錐形の波として進行する。図３を参照すると、第１の面２５は、アパーチャ２６を有しており、バーストは、第１の面２５に衝突し、かつアパーチャ２６を通過し、幾分かは第２のより低い面２９へと衝突する。バーストは、第１のより近接した面２５から第１のエコー２７として反射され、第２のエコー２８として第2のより遠い面２９から反射され、この第２のエコー２８は、第１のエコー２７の後にセンサ２１へと到達する。各超音波バーストがセンサ２１から発射され、１つ以上のエコーとなってセンサ２１へと戻るに要する時間は、メモリ内に記憶される。当業者、典型的にはプリント配線板アセンブリ（以下データ取得ボードとして参照する）のセンサ製造者には知られているが、ソフトウェアはセンサを駆動するように設計されており、その後に時間測定を既知の音速（室温において３３１．３６ｍ／ｓに等しい）を用いて超音波バーストが移動した距離測定へと変換する。
【０００９】
超音波センサは、広い範囲の距離にわたる測定を行う種々の用途に用いることができる。これらは、センサから数センチメートルといった近接した測定を行うためのショートレンジセンサや、数メートルといった遠くの測定を行うためのロングレンジセンサとして用いられる。超音波センサは、典型的には固体物体の検出及び同定、作業片の形状及び配置の測定、物体間の衝突を回避するための衝突検知、空間検査、流れ測定、音波吸収測定による材料タイプの決定といった用途のために用いられてきている。
超音波液体レベル検知は、アナログ超音波センサを用い、液体に物理的な接触を行わずに容器内の液体のレベルを測定するための既知の技術である。超音波液体レベル検知のために用いることが可能なこのようなセンサの１つとしては、コンセンス社(Consense, Inc.)、ハウパージ(Hauppauge)、ニューヨーク州に譲渡された米国特許第5,507,178号に開示のものを挙げることができる。コンセンス社はまた、液体レベル検知に用いることが可能な超音波マイクロ測定システムML-102の製造者でもある。超音波センサは、光学的センサがほとんどの規格においてゴミに対して影響を受けてしまうことから、狭い容器においては光学的センサよりも液体レベルの検知に対してより適しているし、また広い範囲の距離で用いることができ、廉価であり、光が測定を妨げることもない。コンセンス社のセンサは、ベクトン−ディッキンソンコーポレーションによりセンサの下側に静置されたマイクロピペットトレイ内の液体レベルを決定するために使用されてきている。
【００１０】
従来技術によれば、低周波数の広いビームを用いたロングレンジのセンサを用いて収集された高いブースを通過する車両形状に関する情報は、特定の高いブースを通過する乗用車やトラックといった車両の量やタイプを決定するためには超音波液体レベルセンサに比較してずっと精度が落ちることが知られている。センサは数多くの読みとりを行ってデータポイントを集め車両の形状を構成する。明らかに車両の正確なモデル化又は車両の製造者には、このような状況下ではこれらのことが重要ではなく、また、さらに正確な測定値を得るために処理されるわけではないデータポイントを含む不正確な形状も、求められる情報を得るために用いられていたにずぎない。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
したがって、本発明の目的は、容器の移動する架の下側に焦点を合わせるようにして超音波ビームを伝搬させて、架と容器とのプロフィル測定を行うことにより、容器のタイプとサイズ、容器がキャップされているかどうか、及び容器がキャップされていない場合には容器内の液体レベルといった、架と容器についての情報を決定するための超音波センサを用いた方法を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明は、超音波センサを用いて架内の１つ以上の容器のプロフィル測定するための方法に関する。この架は、センサの検出領域内で例えば交差供給機構又はシャトルといった架輸送機構により架が輸送されることにより超音波センサの下側をスルー速度で移動する。超音波センサは、架に向かって複数の超音波バーストを伝達させている。このセンサは、比較的小さな容器の形状を得るために用いられるので、周波数約１ＭＨｚのバーストを放出させるようなショートレンジのセンサとして駆動されることが好ましい。このセンサは、架がセンサを通過するにつれ架及び容器に超音波バーストが衝突して発生した複数のエコーを検出する。それぞれのバーストによって発生した第１のエコー及び第２のエコーを検出して、処理が行われることにより容器のプロフィル測定が行われる。検出されたエコーを用いることにより、プロセッサは、超音波センサに反射されて戻される前の単一の方向へと進行するエコーの距離を示したデータポイントを発生させる。これらのデータポイントは、超音波センサに備えられた記憶デバイス内に保存され、容器のプロフィル測定をおこなうため処理されるように構成されている。
本発明及び本発明の変形例については、後述する詳細な説明及び図面から明確となろう。図中、同様の要素については同様の符号を用いて示している。
【００１３】
【発明の実施の形態】
図６Ａを参照すると、参照したサンプルハンドラ出願で説明するサンプルハンドラといった自動化分析機器のための自動化されたサンプルハンドラ６０は、機器内部へと容器を供給している。サンプルハンドラは、単一の機器の一部とされていても良くまた、サンプルを分析するための及び分析前のサンプルの処理のためのモジュールを備えたモジュール化された機器の単一モジュールとされていても良い。サンプルハンドラ６０は、内側供給部８０と交差供給部９５（すなわち、「交差供給シャトル」）と、外側供給部１００とを備えている。図６Ｂに示す架７０は、内部整理番号Ｎｏ．MST-2302として参照した出願のように、サンプルハンドラ６０内の容器を輸送するために用いられている。サンプルハンドラ６０は、マスタコントローラ（図示せず）を備えており、このコントローラは、例えばインテル３８６ＥＸマイクロプロセッサを用いて、サンプルハンドラ６０の動作を制御するようにされている。
容器の架７０は、内側供給部８０へと挿入され、内側供給部８０及び外側供給部１００の後ろ側に配置された交差供給部９５上のトラック１０２へと一度に１つ毎に輸送されるようにされている。架７０には、図１に示した１９のタイプの容器のうちの１種類の容器が１つ以上挿入されている。しかしながら、上述したように、、その特徴がワークステーションのソフトウエアに記録されている独特の形状を有したいかなる容器であっても、サンプルホルダ６０へと挿入でき、本発明の超音波プロフィル測定により形状を得ることができる。（ある場合には、全く容器を含まない完全に空の架を挿入することも可能である。）交差供給部９５における図示しない輸送機構は、架７０に係合されており、交差供給部９５の内側供給部側から外側供給部側へと架７０を押すと共に、その場所に固定するようにさせており、同時に容器を機器の所定の場所へと供給するため、上側を移動するロボットアームによって架から抜き出されるようにされている。これが図６Ｄに示されている。この架７０は、その後外側供給部１００へと排出される。機器の別のモジュールがその容器上での動作を完了させた後、容器は、サンプルハンドラ６０から取り出すためにロボットアームによって外側供給部１００内の架７０へと戻される。
各架７０は、図１に示す１９タイプを含む種々のタイプ及びサイズの容器を８つまで個々のチューブ受け部７２に保持することができるようにされており、そのチューブ受け部７２は、側壁７４によって等間隔に離間して分離されている。架７０内の各チューブ受け部７２は、規格で８ｍｍから１６ｍｍの種々の直径の容器を内部に収容するに充分な大きさの径とされている。各架７０は、架７０を同定するため、機械読みとり可能なバーコードラベルといった同定コードを有している。各容器もまた、機械読みとり可能な同定コードを有している。容器は、各架７０の横側前部壁７３の開口７１を通して容器同定コードが読みとれるようにチューブ受け部７２へと容器をしっかりと配置する操作者によって架７０内に配置される。バーコードリーダ７５（またはバーコード以外の機械読みとり可能な同定コードを用いている場合には、そのコードを読みとるための好適なデバイス）及び超音波液体レベルセンサ９０は、内側供給部８０と外側供給部１００の間の交差供給部９５の中央部に沿って配置されている。容器を搭載した架７０は、まず内側供給部８０と外側供給部１００の間の交差供給部９５の一方の側に配置されたバーコードリーダ７５を通過し、架７０及び容器のバーコードが読み込まれ、そのデータがサンプルハンドラコントローラへと送られて架及び容器それぞれ双方の同定が行われ、架７０内の容器の数が決定される。さらに交差供給部９５に沿って、架７０は、交差供給部９５の上側に配置された超音波液体レベルセンサ９０の下を通過する。これが図６Ｅに示されている。架７０は、好ましくは約２インチ／ｓｅｃ（約５．０８ｃｍ／ｓｅｃ）のスルーされた速度で交差供給部９５に輸送され、プロフィル測定のために充分な多数のデータポイントが得られるようにされている。
双方向スタットシャトル８５は、例えば内側供給部８０と外側供給部１００の間のサンプルハンドラ６０に備えられていて、優先順位を持って又は内側供給部８０が破損した場合には試験チューブが挿入されるようにされている。これが図６Ａに示されている。スタットシャトルはまた、機器のために用いられる別の容器、例えば試薬または希釈剤パッケージを挿入するためにも、また試験チューブや別の容器を取り出すためにも用いることができるようにされている。交差供給部９５のように、スタットシャトル８５は、バーコードリーダ８６と、スタットシャトル８５に隣接して位置決めされた超音波液体レベルセンサ８７とを備えていて、容器がスタットシャトル８５を介してサンプルハンドラ６０に供給される場合にも同様の動作を行わせるようにされている。空間的な制約により、バーコードリーダ８６は、センサ８７の後ろ側にマウントされていて、ミラー８８を介してバーコードを読み取るようにさせている。
【００１４】
架７０の両側のタブ（すなわち「耳」）７６ａ，７６ｂは、架７０の各側部の同一の高さ２で架７０の頂部に配置されている。タブ７６ａ，７６ｂは、架７０を真上に保持したり上昇させたり、架７０の位置を内側供給部８０や外側供給部１００の位置へと進めたりする等、後述する種々の目的のために用いられる。本発明において特に重要なことは、タブ７６ａ，７６ｂが後述するプロフィル測定のための参照レベルを与えることにある。１つの好ましい実施例では、架７０は、高さが約３インチ（約７．６２ｃｍ）とされ、一方のタブの外側端部から別のタブの外側端部まで約２２８ｍｍとされている。当業者によれば、架７０は、そのサイズを変化させることができ、後述するアルゴリズムは、正確な架形状に応じて調節できることが理解されよう。
超音波液体レベルセンサ９０は、Ｌ−形状のブラケット９４の頂部にマウントされたセンサホルダ９２に図６Ｂのように交差供給部９５に覆い被さるようにマウントされていることが好ましい。センサホルダ９２は、非金属ジンバル９６（図６Ｆ）を有しており、この非金属製ジンバル９６は、センサ９０を架７０のターゲット頂部の垂直なポイントに調節されるようにさせている。ジンバル９６の正確なアライメントは、架７０と同様の治具（図示せず）により行われる。チューブピンは、ジンバル９６と、治具上のチューブ受け部と、トラック１０２内のアパーチャとを介して押圧されており、ジンバル９６を自動的に整列させるようにさせている。ジンバル９６が調節された後、２つのセットとなった螺子９７によって固定されるがこれが図６Ｅに示されている。チューブピンは、その後取り外されセンサ９０がジンバル９６内部に配置される。
センサ９０は、センサホルダ９２によってトランスデューサ９９上に保持されており、トランスデューサ９９の鳴動を妨げないようにしていると共に、超音波バーストのビーム形状を制限しないようにされている。機器を保守した後にセンサ９０を再配列する必要を無くするために、ブラケット９４は、技術者がシステムに対して作業をすることができるようにブラケットを下側に保持した螺子が取り去られた場合にブラケット９４がヒンジ（図示せず）上で後方側に枢軸回転するようにされていることが好ましい。データ取得ボード９８は、同様にブラケット９４の近くにマウントされている。ボード９８は、サンプルハンドラコントローラに接続されている。
超音波液体レベルセンサ９０は、センサ９０からショートレンジの領域内で表面を検知することができるようにされている必要がある。センサ９０は、鳴動しながらエコーを受け取って検出することはできない。したがって、センサ９０に隣接する領域が設けられて、この領域を通してセンサ９０がエコーを検出するに先だって超音波バーストを伝搬するようにさせている。この領域は、この領域において表面から反射されたエコーがセンサ９０により検出されなくなるデッドゾーンとなる。
【００１５】
好ましい実施例では、センサ９０は、コンセンス社のセンサ部品No.123-10001とされていることが好ましい。センサ９０は、トランスデューサ９９を有しており、このトランスデューサ９９は、直径が０．２５インチ（０．６３５ｃｍ）とされ、長さが約０．７５インチ（１．９０５ｃｍ）とされている。約１．０ＭＨｚの周波数でパルス幅が約１μｓのパルスをセンサ９０に印加して、センサ９０を１００μｓ以下の長さで鳴動させる。これらのパラメータで駆動する場合には、センサ９０は、約１２．７ｍｍ（＝０．５インチ）のデッドゾーンを有する。１．０ＭＨｚの高い超音波周波数（典型的には超音波センサはｋＨｚ領域で駆動される）を用いることで、トランスデューサ９９の鳴動する長さを低減させ、デッドゾーンのサイズを低減させることが可能とされる。同一の理由から、センサホルダ９２は、非金属製とされていてトランスデューサ９９の鳴動の時間長さを延ばさせないようにしている。
センサ９０は、容器の上側の充分に高い位置においてセンサホルダ９２内に保持する必要があり（約０．６５インチ（約１．６５１ｃｍ）〜１インチ（約２．５４ｃｍ）が好ましい）、このようにすることで最も高い試験チューブにキャップがされている場合でも、センサ９０によって検出されないデッドゾーン内にまで侵入しないようにされている。（これについてはさらに後述する。）センサ９０はまた、容器の底部までの液体レベルを検出できるようにする必要がある。デッドゾーンから最も高い試験チューブの間に１インチ（約２．５４ｃｍ）確保し、上述した寸法のセンサ９０を用い、このセンサ９０を上述した特定周波数で駆動することにより、約５インチ（約１２．７ｃｍ）の領域を検出することができる。必要な検出領域に適合させるために、センサ９０は、容器が載置される最も低いポイントの上側約５インチ（１２．７ｃｍ）にマウントすることが必要である。容器がセンサ９０の検出領域の外側を通過する場合には、図５（ｃ）に示されるように全く検出が行われず、エラーコードが発生される。
センサ９０は、ブラケット９４に適切に配列されなければならず、そうすることによって、超音波バーストが、正確に各容器の中心に向かって下向きに向けられるようにされる。センサ９０が２°以上誤配置されている場合には、超音波バーストによって発生されるエコーは、容器の側壁の間で前方及び後方へと図５（ｄ）に示すように反射されることになり、このためセンサ９０に適切に戻るためにはより長くかかる。この場合には、容器は、間違って同定され、液体レベルが間違って測定され、認識不能となるか、又は全く検出できずとして除外される。架７０はまた、架が、誤配置と言った問題を生じさせる可能性があるため、センサ９０と整列されている必要がある。したがって、交差供給部９５上のト架１０２は、水平にされている必要があり、架７０を輸送機構の架に係合させるための架７０の底部の連結機構は、センサ９０の下を架７０が移動するにつれてトラック１０２と面一になるように架７０を保持させる必要がある。交差供給部９５の前部壁及び後部壁１０４，１０５はまた、交差供給部９５の後部壁１０５に対して架７０の前部を予め押しつけておくことにより、トラック１０２上に架を垂直に保持させるのを補助させている。
第１のエコーを検出することで容器のプロフィル測定を行うに充分であるが、超音波バーストによって生じた第２のエコーを検知することは、第１のエコーにより与えられない所定の情報を得るためには有効である。この第２のエコーによって得られる情報は、細いEzee-Nest（登録商標）インサート及びMICROTAINERサンプルカップのような狭い容器をプロフィル測定する場合には、第１のエコーと第２のエコーとが伝わる距離の差が大きく異なるので特に重要となる。図３から理解されるように、超音波バーストが所定の容器のアパーチャ等の細いアパーチャに衝突すると、第１のエコーは細いVACUTAINER試験チューブ又はMICROTAINERホルダの上部の曲線となった口辺部で比較的迅速に反射されるが、第２のエコーは、さらに下側にあるサンプルによって発生される。したがって第１のエコーによるプロフィル測定のみを用いる場合には、平坦な頂部を有した容器の形状が得られ液体レベルは決定されない。
架７０及び架７０内の容器のプロフィル測定は、サンプルハンドラコントローラ内のソフトウエアにより開始されるアルゴリズムを用いて行われる。好ましいプロフィル測定アルゴリズムのソースコードは、マイクロフィッシュの添付資料に含まれており、図１１には、そのアルゴリズムのフローチャートがステップ２００から開始するのが示されている。ステップ２１０では、データポイントが架７０が交差供給部９５に沿って移動するにつれて集められる。内側供給部８０の後ろ側の休止位置から開始して、交差供給部９５内の架７０は、２インチ（５．０８ｃｍ）／ｓｅｃのスルー速度まで加速される。この速度は、センサ９０がデータポイントのレベルを読みとることができるように、架７０がセンサ９０の下側を通過するまで一定で、できるだけスムースに維持される必要がある。このようにすることで、これらのデータポイントが架７０の長さに沿って互いに等距離で離間するようにできる。センサ９０は、架７０が交差供給部９５上を移動するように架輸送機構が起動されると、サンプルハンドラコントローラにより起動される。センサ９０は、２．５ｍｓ毎に約１μｓの１つの超音波バーストを放出する。上述したように、超音波バーストは、１００μｓより長くは鳴動されていない。この時間の間には、まったく信号は検出されず、センサ９０は、「ウインドウ閉鎖」状態となる。１００μｓバーストの後、センサ９０は、レシーブモードに切り替えられ、これを「ウインドウ開」状態とする。約９００ｍｓでセンサ９０に反射して戻ってきた超音波バーストの第１のエコーと第２のエコーとを検出する。
空の受け部を０インチの高さとする。これは、容器壁の検出と連結されて容器が無いか又は容器が空であることを決定する。
【００１６】
「ウインドウ開」状態にあるセンサ９０は、その後約２．５ｍｓ毎に連続して読み取りを行い、これは、５／１０００インチ毎に１回読みとりを行う、すなわち架の長さに沿って１インチあたり２００回の測定を行うことに等しい。読み取りの値（「データポイント」）は、コンセンス社により製造されるモデルNo.MIL-101といったデータ取得ボード９８上のＦＩＦＯバッファ中に記録され、このデータ取得ボード９８は、センサ９０にＲＳ−２３２シリアルポートを介して接続されている（MIL-101は、単一の超音波センサからのデータのみを受け取る単一チャネルのボードである。マルチプル超音波センサから連続的にデータを読み取るマルチチャンネルボードをこれとは別に用いることができる）。データは、フォーマットＭＭＭＭＭＮＮＮＮＮとしてＦＩＦＯバッファ中に記録され、ＭＭＭＭＭ及びＮＮＮＮＮは、５桁のＡＳＣＩＩの固定小数点値である。ＭＭＭＭＭは、第１のエコーがセンサ９０に戻ってきた際のインチでの値であり、ＮＮＮＮＮは、第２のエコーがセンサ９０に戻ってきた際のインチにおける値である。例えば、ＭＭＭＭＭが０２３４５に等しく、ＮＮＮＮＮが０４５６７に等しければ、これは、第１のエコーがセンサ９０に２．３４５インチ（約５．９５６ｃｍ）だけセンサ９０から離れたところから反射されて戻ってきたことを示し、第２のエコーがセンサ９０から４．５６７インチ（約１１．６００ｃｍ）離れたところから反射されてきたことを示している。これとは別に、データは、バイナリ又はこれとは別のフォーマットでＦＩＦＯバッファ中に記録することも可能である。
センサ９０は、架７０全体をプロフィル測定するためのデータポイントに充分な数を超えている２４００のデータポイントを読みとった後停止される。２４００データポイントが必要とされる理由は、架が２２８ｍｍの長さを有しており、インチあたり約２００の読み取りを行うので、約１７９５の規定されたデータポイントは、架が輸送される間の時間についてデータ取得ボード９８によって得られる全読みとり値１７９５のセットに含まれている架あたりのセンサ９０による読み取り値１７９５から構成される（＝（２２８ｍｍ／２５．４ｍｍ／インチ）ｘ２００読み取り／インチ）。架７０がセンサ９０の下側を通過する前後の所定距離内で得られるデータポイントはまた、架７０の前縁端及び後縁端を検出する能力を与えることになるので重要である。前縁端と後縁端の間に必要とされる最小のデータポイント数を可能な限り１７９５データポイントに接近させることも可能であるが、架７０についてすべてで２４００データポイントを測定し、ＦＩＦＯバッファに記録することが有効であることが見出された。このうち、架７０については１７９５ポイントが用いられる。これは、架７０の前縁端及び後縁端に関するデータを測定するための６０５データポイントが残されていること、すなわち架７０の前後の双方の端部当り約１．５１インチ／端部の点があることに相当する（６０５データポイント／２００データポイント／インチ／２つの端部＝１．５１）。各装置について正確には設定することができないので、これらの付加的な読み取り値は、モータ速度及び交差供給部９５の輸送機構の起動及び停止加速と共にパラメータがプロフィル測定が容易となる。
表１に示した容器を収容した１つの架７０の第１のエコーについての粗データを図７Ａに示す。同一の架についての第２のエコーの粗データを図７Ｂに示す。
【００１７】
【表１】
ステップ２２０では、関連する２４００データポイントの粗データの完全なセットがデータを処理するサンプルハンドラコントローラへと送られ、ＭＭＭＭＭＮＮＮＮＮフォーマットから、特定のハードウエア、駆動システム、アプリケーションソフトウエアにより規定される別の適切なフォーマット（例えば３２ビット浮動小数点表示）へとデータを変換してＦＩＦＯバッファ中に記録する。
第１の超音波バーストが発生されてから９００μｓの後、センサ９０は、再度「ウインドウ閉鎖」状態とされ、別の超音波バーストを発生する準備が整えられる。音速が室温において３３１．３６ｍ／ｓｅｃ＝１０８９フィート／ｓｅｃ＝１３０６８インチ／ｓｅｃであるので、超音波バーストが検出されるまでに移動する距離は、１００ｍｓで１．３０７インチ（約３．３２０ｃｍ）であり、検出されるまでの最大距離は、９００ｍｓで１１．７６インチ（約２９．８７ｃｍ）となる。超音波バーストは、「ウインドウ開」状態となる時間の間に移動し戻らなければならないので、超音波バーストの検出される最小及び最大移動距離は、０．６５インチ（約１．６５１ｃｍ）（＝１．３０７インチ／２方向）及び５．８８インチ（約１４．９４ｃｍ）（＝１１．７６／２）となる。「ウインドウ閉鎖」状態は、センサ９０が１００ｍｓ以下で鳴動停止された後であっても、デッドゾーンが０．５インチとなるようにセンサ９０の鳴動に対して余分な時間を意図的に残すようにされている。エコーがこの期間内に検出されなければ、エコーは失われ、ゼロ値０００００ ０００００がデータ取得ボード９８へと戻される。
データをＦＩＦＯバッファにコンパイルした後、フォーマット化されたデータは、その後データが処理されるサンプルハンドラコントローラへと送られる。ステップ２３０でデータがチェックされて、得られたデータが有効か否かが決定される。ここでは、情報が架７０全体のスパンにわたった充分なポイントを有しているか、取得されたデータの値が関連する領域において基本的には０〜６インチの間にあるかどうかをチェックすることが必要とされる。データが有効ではない場合には、ステップ３１０においてエラーフラッグがセットされ、このアルゴリズムは、ステップ３３０で終了する。データが有効である場合には、コントローラは、ステップ２４０へと進み、架７０の始点及び終点（すなわち、架の開始点及び終了点である）を図１２に示すフローチャートのアルゴリズムＡ１を用いて第１のエコーからのデータを参照して算出する。ステップ２５０では、システムは算出された開始点及び終了点が有効であるか否かを、架７０によって発生されることが期待されるデータストリームの長さにおけるデータポイントの概略数を判断して、チェックを行う。このことによって、架と容器との特定の特徴を正確に決定するに必要なポイント数が得られる略正確な速度で、架がセンサ９０の下を輸送されたことを保証することになる。開始点及び終了点がタブ７６ａ，７６ｂについて許容できるのであれば、ポイントは、有効であると決定され、システムは、ステップ２６０へと進行する。それ以外の場合は、開始点及び終了点は有効ではなく、システムは、ステップ３１０に進行してエラーフラッグをセットする。
【００１８】
アルゴリズムＡ１は、ステップ３４０から開始し、超音波バーストが交差供給部９５（トラック１０２下部）底部から反射して戻されると、架７０の開始点及び終了点をバックグラウンドレベルから、架７０のタブ７６ａ，７６ｂまでのシグナルベルの変化に基づいて算出する。これは、全体のデータストリームの中の架７０の長さを決定することを容易にしている。ステップ３５０では、架７０のタブ７６ａ，７６ｂが好適な実施例においては、約１４ｍｍの長さであるので、このデータは、タブ７６ａ，７６ｂである関連する第１の領域内の約３０データポイントについてのデータの定常的レベルの領域を探すことにより解析される。そしてこれはバックグラウンドレベルの上側約３〜３．５インチ（７．６２〜８．８９ｃｍ）の間にある。３０ポイントをチェックすることにより、チューブ受け部７２の間の距離が２．５ｍｍとされているため、ソフトウエアがチューブ受け部７２の間の架の頂部面をタブとして誤って同定することが無くされる。適当なレベルでデータの定常レベルがある場合、定常レベルへのレベル変化が始まるデータポイントは、架７０の開始点にセットされている。架開始点が有効であることは、ステップ３６０において確認される。データの定常的レベルが無い場合、又はデータが最初の２インチ（約５．０８ｃｍ）内に存在しない場合には、その後のステップ４１０においてエラーフラッグがセットされる。ステップ３７０では、架の終了位置がバックグラウンドレベルから上の約３〜３．５インチの間の高さで約３０ポイントにおける定常レベルでの第２のデータ長さを探すことによって算出される。
ステップ３８０では、算出された架終了が有効かどうかが決定される。架開始位置は、すでに決定され、架７０のすべてがほぼ同一の長さとされているものと考えられるので、架終了位置は、架開始位置からすでに知られている距離とされる。架終了位置が架開始位置からの距離でない場合や、第２の定常レベルのデータがない場合、又は第１の定常レベル及び第２の定常レベルのデータが互いに２２８ｍｍ内にない場合には、算出された架終了は有効ではなく、サブルーチンは、ステップ４１０へと進行してエラーフラッグをセットする。算出された架終了位置が有効である場合には、ステップ３９０で架開始データ及び架終了データをデータの定常的レベルから架のタブレベルを算出するために使用する。架開始位置である前縁端を超えた３０データポイントの平均値をまず算出し、その平均はその後最初に算出された平均値から５％以上異なった３０データポイントのいかなるものも除外して再度算出される。この後者の値は再計算された平均値とされ、タブ７６ａの開始部に対する架タブレベルとして設定される。同様にして後縁端より前の３０データポイントの平均値がまず計算され、この平均値はその後最初に算出された平均値から５％以上異なった３０データポイントのうちのいかなるデータ（「外側にある値」）をも除外して再計算される。この後者の値をタブ７６ｂの終点に対する架タブレベルとして設定する。タブ領域を規定するデータポイントは、この時点でＦＩＦＯバッファ内では平均値に等しく変換される。容器の内径及び外径及び容器の液体レベルの測定は、その後これらのレベルに基づいて算出される。
ステップ４００では、タブ７６ａ，７６ｂの開始及び終了の参照レベルを再度チェックして、タブ７６ａ，７６ｂが有効レベルにあるかどうかを確認する。これは、それぞれのレベルが適正な高さ、すなわち架７０の頂部の５〜８ｍｍ内にされているかどうかをチェックし、さらにタブレベルの開始点及び終了点が互いに５ｍｍ以内となっているかどうかをチェックすることを含んでいる。データの第１の定常レベル及び第２の定常レベルは同一でなければならないが、架７０は、交差供給部９５に適切に据えられていることは必要とはされず、架７０が一方のタブが他方のタブよりも高くなるように角度を付けらて据え付けられていても良い。架タブレベルが有効でない場合には、ステップ４１０においてエラーフラッグがセットされる。架タブレベルが有効な場合には、図１２のアルゴリズムは終了する。
【００１９】
エコーは、センサ９０に「ウインドウ開」状態となる前に早すぎて到達したり又は「ウインドウ閉鎖」状態となった後に遅すぎて達すると失われてしまう。また、デッドゾーンで反射されるとエコーは失われることになる。エコーはまた、図５（ａ）に示されているように容器３６の液体表面に気泡３８が存在する場合等のように、超音波バーストが衝突する物体がバーストを吸収する場合や、極わずかに許容できないエコーを反射する場合には失われてしまうことになる。エコーが失われてしまうさらに別の状況は、容器の頂部が高すぎることにより発生するが、この理由は容器が架７０に完全に下まで適切に据えられていないことや、架７０内の容器が機器に用いるには高すぎることによるものである。
バーストは、容器の長さにわたって反射され、エコーは必要以上に長い距離移動する場合は、エコーが遅延して到達する、すなわち「ウインドウ閉鎖」状態となった後に到達する。この失われたエコーの状態は、センサ９０の誤配置により、また検出器が適切は配置からずれていたりすること、図５（ｂ）に示すように超音波バーストが容器の曲がった部分を、すなわち容器４０内の液体サンプルの頂部面の、例えば低表面張力で形成されるメニスカス４３から衝撃することによって引き起こされる。後者の場合には、第１のエコー４２は検出されるものの、第２のエコー４４は、容器４０の側壁の間で反射され、センサに戻る時間が長くかかりすぎることになるため失われることになる。
エコーが失われるとデータには、図８に示すように観測される大きなスパイクが形成される。失われたエコーにより生じた、フローチャートのノイズレベルＩで示されるノイズをフィルターするために、ステップ２６０でエコーが失われたことにより発生したスパイクを除去することができる。各スパイクは、取り込まれるデータストリーム内での最後の良好なデータで置き換えられる。例えば、図８をフィルタ処理したデータが図９で示されている。
ステップ２７０では、データがフィルタされた後、架の参照面のレベルを、タブ開始参照レベルとタブ終点参照レベルの間で直線をプロットすることにより決定する。
ステップ２８０では、タブ７６ａ，７６ｂのタブ開始部及びタブ終了部は再度チェックが行われて、タブ７６ａ，７６ｂの開始部及び終了部が依然として約３〜３．５インチ（約７．６２ｃｍ〜約８．８９ｃｍ）だけフィルタリングに拘わらずセンサ９０から離れた正確な領域にあることを確認する。このレベルが有効ではなくなっている場合には、アルゴリズムは、ステップ３１０に進行し、エラーフラッグをセットする。このレベルが有効であれば、アルゴリズムは、ステップ２９０に進み、小さなスパイクノイズ用のノイズレベルＩＩのための第２のノイズフィルタを、すでにノイズレベルＩのためのフィルタ処理がなされたデータに適用する。図７Ａに示すような小さなスパイクは、周囲を取り囲むエレクトロニクス機器により生じるものであり、例えばシステムのバックグラウンドノイズレベルより２ｍｍより大きな場合等、架のタブ７６ａ，７６ｂの領域及び容器の頂部の領域においてスムース化する必要がある。データは、このようにして平坦化されて、容器及び架の高さの良好な見積もりを与えることになる。このフィルタには、ワークステーションソフトウエアにプログラムされるノイズ許容値と連続許容値といった２つのパラメータが必要である。ノイズ許容値は、特定のデータポイントがその隣接したデータポイントからどれだけ離れているかを示すものである。連続許容値は、検討しているデータポイントを取り囲むより大きいデータに隣接した別のデータからデータポイントがどれだけ離れているか５ポイントを用いた許容値である。好適な実施例では、特定のデータポイントについてのノイズ許容値は、先行する２つのデータポイント及びそれに続いた検討している２データポイントといった互いに隣接した４つのデータポイントを検索することにより判断が行われる。このノイズ許容値を超える場合には、データポイントの値は、それに隣接する４つのデータポイントと比較が行われる。検討しているデータポイントが隣接する４つのデータポイントの平均値から連続許容値を超えている場合には、検討しているデータポイントの値を隣接する４つのデータポイントの平均値に設定する。好ましい実施例では、ノイズ許容値は、２．５ｍｍ（約０．１インチ）であり、連続許容値は、１ｍｍ（約０．０５インチ）とされる。
【００２０】
ノイズレベルＩＩについてのフィルタ処理が完了した後、ルーチンはステップ３００に進み、架の頂部により規定される各容器の参照面上側にある高さ及び容器タイプを決定し、容器がキャップを有していない場合にはまた、容器内の液体のレベルを決定する。ステップ３００を実行するアルゴリズムＡ２の詳細は図１３に示されており、ステップ４３０から開始する。ステップ４４０では、データの結果は、すべての容器の設定が有効ではないものと設定して開始される。次いで、ステップ４５０では、架７０内の８つ以下の容器の関連するポイントについて、図９のフィルターされたデータから容器の特性を決定するために解析が行われる領域を「粗出力」までマップする。関連するこれらのポイントは、どの位置に容器が存在していようとも、架のすべての８つの位置についてマップされる。これらの領域は、すでに算出された架７０の開始ポイント及び終了ポイントと、交差供給部９５における架７０の移動する速度と、各容器について集積されたデータポイントの概略数を知ることにより決定される。
８つの容器について関連するポイントをマップした後、ステップ４６０では、２つの読みとり値の間の時間経過に関する第１のデータポイントと隣り合った第２のデータポイントの測定レベルにおける変化の一次微分をし全データストリームにおける各データポイントについて算出しバッファー内に記憶させる。。この微分は、容器の外径の開始又は容器の内径の開始のいずれかを示した変化を反映している。この変化は、容器タイプが同定されているかいないかに拘わらずに液体レベルを検知するための指標となる情報を与える。
変化が同定されると、ソフトウエアは、ステップ４８０〜５８０が含まれているステップ４７０のループに入る。このループは、一度に１つずつ８つの容器の特徴を分析するまで８度繰り返される。第１の容器から開始し、ステップ４８０において第１の容器の外径の特徴、すなわち巾を一次微分を用いて同定する。ステップ４９０では、容器にキャップが無いことが同定されている場合には内径の特徴を同定する。容器がキャップされている場合には、内径については検出されない。ステップ５００では、上述した外径の特徴を用いて容器の巾を見積もるが、この見積もりは、容器の変動、検出器ビームの変動及びビームアライメント等のために信頼性は高くないので、容器タイプを決定するためには用いられない。容器の巾が知られれば、ステップ５１０において容器の最大高さは特定の容器についての２つの外径のポイントにおける一次微分に等しい。容器の最大高さはまた、容器がキャップされているかどうか及び容器のタイプを決定するために用いられる。
最大高さに加えて、容器のおおよその高さは、参照架レベルを超えた容器の内側の特徴から測定されるレベルに基づいて算出され、容器タイプを同定するために用いられると共に、容器が正確に据えられているかどうかを決定するために用いられる。概略高さを算出するために、アルゴリズムは、容器の口辺部に隣接した平均レベルを決定し、外側に出た値を除外してデータをフィルタし（すなわち、最初に算出した平均レベルから５％以上異なったデータポイントを除外して再度平均することによる）、容器の高さであると考えられるものを再計算する。このアルゴリズムは、このようにして容器の口辺部高さの形状を決定する。ステップ５２０では、容器の口辺部のレベルを容器の最大高さとして設定する。口辺部の測定されたレベルが、口辺部の領域内で容器よりも高くなる場合には、容器がキャップされているとされ、キャップのタイプが容器を横断したデータポイントの高さにより同定される。また、ステップ５２０では、容器の高さと直径とに基づき容器タイプを推定する。
容器が第１のエコーについて算出された微分から測定可能な内径を有しているものと決定された場合には、容器の内部に液体が存在するものとし、そのレベルを測定する。測定可能な内径を有する容器の液体レベルは、アルゴリズムＡ４（図１５）を用いてステップ５３０で決定される。アルゴリズムＡ４は、ステップ６９０から開始され、容器の中間がステップ７００で容器の内径を同定するポイントの中間のポイントを用いて位置決めされる。このように見積もられたレベルは、中間ポイント及びこの中間ポイントの両側の７つのポイントの平均を得ることにより決定される（ステップ７１０）。また、ステップ７２０において容器の外径と内径の間のすべての内側データの平均を得ることにより、ベッセル(vessel)口辺部高さが左側の４つのポイントの最小値及び右側の４つのポイントの最小値のレベルを用いて算出される。この理由は、４ポイント毎の各セットは、典型的な容器のガラス壁の厚さを表しているためである。より厚い壁又はより薄い壁の容器については、ポイントを追加するか又はより少ないポイントをそれぞれベッセル口辺部高さを算出するために用いることができる。ステップ７２０において算出された平均レベルは、「ベッセル高さ」である。ステップ７３０では、中間の１５ポイントについてステップ７１０において算出することで見積られたレベルが、ステップ７４０で計算した結果(Result)から１０％以下で異なっているかどうかを決定する。１０％以内であれば、見積もったレベルは、Resultに等しくリセットされる。内側データすべてのモード値及び平均値（すなわち、容器の内径の間のデータポイント）は、ステップ７４０で算出される。モード値及び平均値が見積もった値の１０％以内であれば（これは、ステップ７３０の後の値を意味する）、見積もったレベルをResultに等しくリセットし、アルゴリズムはステップ７８０へと進む。モード値と平均値とが見積りの１０％内に入っていなければ（液体表面にメニスカスが形成されているためと考えられ、種々のデータポイントにより得られる液体レベルは、容器の中心部の低い液体レベルから中心から離れた高い液体レベルの間で変化する）、見積もったレベルをモード値に等しく設定する（ステップ７７０）。
ステップ７８０では、平均値がモード値を用いて再計算されてステップ７６０及び７７０において見積りレベルとして設定される。平均値が見積りレベルの５％以内であれば、液体レベルを見積り値に等しく設定する。それ以外の場合には、液体レベルを平均値に等しく設定する。ステップ８００では、計算された液体レベルが容器の所定のタイプの液体レベル限界と比較が行われる。
ステップ５４０では、計算された液体レベルが解析されて液体レベルが許容された限界内であるかどうか、が決定される。液体レベルが許容された限界内になければ、すなわち流体量が予め決定されている容器タイプにとって大きすぎたり、又は少な過ぎたりする場合には、ステップ５７０でその容器についてエラーフラッグをセットし、次の容器のデータがあれば、ステップ４８０から分析を開始する。液体レベルが許容限界内であれば、アルゴリズムは、次いでステップ５５０において容器と測定された液体レベルの最大特徴に基づいて液体レベルが第１のエコーのデータを適切に測定しているか否かについて決定する。容器タイプがインサートを有しているように見かけられる場合には、液体レベルが概ね正しく測定されていないが、これは、これらの容器の小さな開口が、測定される高さを容器の外側口辺部の高さに等しくさせてしまうためである。
【００２１】
容器の外径について測定された高さが７７ｍｍ（７５ｍｍVACUTAINERチューブにEZEE-NESTインサートを用いたことに対応する）又は９６ｍｍ（MICROTAINERホルダにサンプルカップを用いたものに対応する）である場合にはインサートが存在する。この条件にある図７Ａの容器Ｄ，Ｅ，Ｇ及び図７Ｂの容器Ｊ−Ｑについては、液体レベルは第１のエコーからは決定されず、第２のエコーを分析することによってステップ５６０で液体レベルが決定される。センサの読み取り値は、±１ｍｍで変化し、したがって７５ｍｍの高さであってEzee-Nest（登録商標）インサートを有しないVACTAINER容器とインサートを有するこれらの容器とは区別が困難であり、その液体レベルのデータが第１のエコーからVACTAINER容器のものであるであることが判断できたとしても、第２のエコーを用いて７５ｍｍのVACUTAINER容器の液体レベルを決定することが必要となる場合もある。液体レベルを決定するために必要ではない残りの第２のエコーデータは用いられない。
ステップ５６０の詳細を図１４のアルゴリズムＡ３で参照するフローチャートで示す。このアルゴリズムは、ステップ６００から開始する。第１のエコーデータのように、第２のエコーデータは、ステップ６１０でステップ２６０で用いた失われたエコーにより与えられる大きなノイズスパイクを排除したと同一の技術を用いてノイズレベルＩのフィルタが行われ、これが第２のエコーのデータにも適用される。ステップ６２０では、この場合には第２のエコーにより液体レベルが決定されなければならないタイプの内径を有する容器に関連するデータポイントがマップされる。第２のエコーにおける残されたデータポイントは、いかなるものであっても用いられない。ステップ６３０においてデータポイントは、ステップ２９０に関連して説明したと同一の技術を用いて液体レベルの深さにおける小さなノイズスパイクからなるノイズレベルＩＩに関するフィルタが行われる。ステップ６４０では、図１４に示すアルゴリズムＡ４を用いて上述したように、液体レベルが容器の内径内のデータポイントをスムースイング及びアベレージングすることによって、また液体レベルの見積もられた値を用いることによって決定され、外側に離れたものを除外することによって（最初に計算した平均値から５％よりも異なるデータポイントを計算から除外することにより平均レベルを再計算すること）液体レベルを容器の内径から再計算する。ステップ６５０では、ステップ６４０で計算した液体レベルを解析して、液体レベルが許容される液体レベル内にあるかどうかを決定し、許容されるレベルにあれば、算出した値に液体レベルを設定する。許容される液体レベルでない場合には、ステップ６６０においてエラーフラッグをセットする。液体レベルが限界以内であれば、液体レベルを認定してステップ６７０で設定する。図１３のアルゴリズムはその後ステップ６８０で終了し、解析すべき容器がさらにある場合にはアルゴリズムＡ２のステップ５８０へと戻される。さらなる容器が解析された後ステップ５９０でアルゴリズムＡ２が終了する。
一度容器の高さ、チューブタイプ、液体レベルが決定されれば、これらの結果をステップ３２０でシステムプロセッサへと送って、ステップ３３０においてアルゴリズムが終了する。
機器は、少なくとも温度が約１５〜３５℃の範囲で運転可能とされている。温度変化１０℃毎に音速は１％変化するので、データ取得ボードは、周期的に容器のプロフィル測定の間温度をボードに搭載された温度センサを用いて測定し、距離測定に用いられる超音波バーストの移動のために必要な時間の測定を変換する校正係数として用いることにより、いかなる温度変化をも補償するようにされている。この温度補償の構成は、コンセンス社データ取得ボードに組み込まれており、当業者によれば理解されるものである。
常に、といえるものではないが、データの精度を保証するために、上述のように算出された平均値は、いつでも見積もり値、平均値、モード値について算出することが好ましい。これらの３つの値は近接していなければならず又はそうでなければデータポイントは有効ではないものとして消去される。
すべての状況において、約２００ポイントの関連する領域を解析した後も容器タイプを決定できなければ、容器は認識不能として排除される。この排除された容器は、機器のいかなる場所へもロボットアームによっては抜き取られず、容器は、架が外側供給部１００へと出されるまで架に残される。
キャップされた試験チューブは、自動化されたキャップ取り外し装置へと送るようにすることも可能であり、この自動化されたキャップ取り外し装置は、キャップが取り外され、この取り外し装置の容器上部に取り付けられた別の超音波液体レベルセンサがキャップが取り外された後に液体レベルを検出する。さらには、データにより容器がキャップされておらず、容器内の液体レベルが高すぎることを示している場合には、この容器はロボットアームによって抜き取られて外部デバイスへと輸送され、ロボットアームが容器を適切に据え付けるようにしていても良い。この外部装置は、上述した自動化されたキャップ取り外し装置とすることもできる。
【００２２】
プロフィル測定が行われる容器は、スタットシャトル８５に位置決めされた同一又は類似の架上に挿入することも可能である。この架は、スルー下で好ましくは超音波センサ９０と同一とされ、センサ９０と同一の方法で駆動され、同一の周波数及びパルス幅を用いた超音波センサ８７の下側を輸送される。さらに、センサ９０によって１つ以上の容器が適切に処理できない場合には、すなわち全く結果が得られないか又は不正確な結果が得られる場合には、ロボットアームは、容器をスタットシャトル８５上の試験チューブ架へと輸送するようにされていても良く、このためのスタットシャトル８５は、ほぼ交差供給部９５と同一とすることが可能であり、さらに好ましくはセンサ９０と同一の別の超音波センサ８７が搭載されていても良い。架に試験チューブを配置するために、スタットシャトル８５上の架は、ロボットアームの届く範囲内とされている必要がある。ロボットアームがスタットシャトル８５の後ろ側にのみ達するような場合には、試験チューブ架を、スタットシャトル８５の前方領域に押し出し、架がその後、後ろ側の領域へと輸送されるようにされていても良い。架は上述のようにしてセンサ８７の下側を通過し、別の試みにより容器が適切に形状測定がなされるようにすることもできる。
上述したシステムは、データ取得ボート９８内にデータを蓄積し、これらのデータを処理のためにサンプルハンドラコントローラへと送るようにされている。しかしながら、データの処理速度を向上させるために、ボード９８を改造して、充分なデータの処理速度を与えると共に、ボードに搭載される制御ソフトウエアを内蔵したメモリを設けることもできる。
当業者によれば、本発明は、制限するためにではなく、例示するために用いられる上述した好適な実施例に制限されるものではないことが理解されよう。上述した実施例に対して本発明の趣旨及び範囲を逸脱することなく、改良及び変更を加えることができることが可能である。本発明は説明したサンプルハンドラ又は架に限定されるものではないことは理解されるべきである。例えば図１６には、架９００が示されており、この架９００は、参照するサンプルハンドラの出願において説明したラボラトリオートメーションモードにおいて分析機器が駆動される場合、交差供給部９５上の超音波センサ９０を通過して移動する、架の別の実施例である。
【００２３】
【図面の簡単な説明】
【図１】プロフィル測定が行われる種々のタイプの容器の立面図。
【図２】容器に向けて超音波を伝搬させこの容器から反射される第１のエコーを受け取る本発明の超音波液体レベルセンサの立面側面図。
【図３】 MICROTAINER又はEZEE-NEST容器といった容器に向けて超音波を伝搬させる図２の超音波液体レベルセンサの側面立面図。
【図４】距離と超音波バースト第１のエコー及び第２のエコーの時間対距離をプロットしたグラフ。
【図５】（ａ）は、上面に気泡が存在する液体を含有する容器に超音波を放出している超音波液体レベルセンサの正面立面図であり、（ｂ）は、試験チューブ内にメニスカスが形成された容器に超音波を放出している超音波液体レベルセンサの正面立面図であり、（ｃ）は、超音波液体レベルセンサの領域外に配置された容器の正面立面図であり、（ｄ）は、誤配置された超音波液体レベルセンサの正面立面図である。
【図６Ａ】超音波液体レベルセンサを含むサンプルハンドラの等角図。
【図６Ｂ】サンプルハンドラの内側供給部に配置され、本発明が用いる架の第１の実施例を示した図。
【図６Ｃ】内側供給部から内側供給部の後ろ側の交差供給部に配置されるように輸送された架の等角図。
【図６Ｄ】外側供給部の後ろ側に配置されるように交差供給部を横切って輸送された後の架の等角図。
【図６Ｅ】超音波レベルセンサの下側へと容器の架を輸送するシャトル上部に配置されたセンサホルダにマウントされた超音波レベルセンサの等角図。
【図６Ｆ】センサホルダ内にマウントされたジンバルの等角図。
【図７Ａ】所定の容器を搭載した架をプロフィル測定することにより得られた第１のエコーについての粗データの超音波プロファイルのグラフ。
【図７Ｂ】図７Ａの架及び容器をプロフィル測定することにより得られた第２のエコーについての粗データのプロファイルを示したグラフ。
【図８】追加の粗データのプロファイルを示したグラフ。
【図９】粗データにおける大きなスパイクをフィルタするために用いる第１のフィルタ処理した後の図８に示した粗データのプロファイルを示したグラフ。
【図１０Ａ】 EZEE-NESTインサートを有する７５ｘ１００VACUTAINER試験チューブを搭載した架のプロフィル測定によって得られた第１のエコーの粗データの超音波プロファイルを示したグラフ。
【図１０Ｂ】図７Ｂの架及び容器のプロフィル測定により得られた第２のエコーについての粗データのプロファイルを示したグラフ。
【図１１】試験チューブ架と架内の試験チューブ又はインサートのプロフィル測定のためのアルゴリズムのフローチャート。
【図１２】第１のエコーから架の開始点及び終了点を算出するためのアルゴリズムのフローチャート（図１１のアルゴリズムのステップ２４０）。
【図１３】図１１に示した超音波プロファイルから高さ、液体レベル、容器タイプを算出するためのアルゴリズムのフローチャート（図１１のアルゴリズムのステップ３００）。
【図１４】液体レベルを得るために必要に応じて用いられる第２のエコーデータをフィルタするためのアルゴリズムのフローチャート（図１３のステップ５６０）。
【図１５】容器タイプを同定した後、液体レベルを得るためのアルゴリズムを示すフローチャート（図１３のステップ５３０及び図１４のステップ６４０）。
【図１６】本発明による架の第２の実施例の等角図。
【符号の説明】
１〜１９ 容器
２０ センサホルダ
２１ トランスデューサ
２２ 面
２３ 矢印
２４ エコー
２５ 面
２６ アパーチャ
２７ 第１のエコー
２８ 第２のエコー
２９ 面
Claims (19)
- 超音波センサを備える装置内の架に収容された容器のプロフィル測定方法であって、該方法は、
前記架を前記センサの検出領域に輸送するステップと、
前記架を前記センサの前記検出領域内を通過させつつ前記センサから複数の超音波バーストを前記架に向けて伝搬させるステップと、
前記容器及び前記架を衝撃する複数の前記超音波バーストからの複数のエコーを検出するステップと、
検出された複数の前記エコーから複数のデータポイントを発生させるステップと、
複数の前記データポイントを用いて前記架の頂部により規定される架参照レベルを算出し、さらに前記架参照レベルを用いて前記容器の高さを算出し、算出された前記容器の高さと記憶された容器の高さデータとを比較して、前記容器のタイプを決定するステップとを有する容器のプロフィル測定方法。 - 超音波センサを備える装置内の架に収容された容器のプロフィル測定方法であって、該方法は、
前記架を前記センサの検出領域に輸送するステップと、
前記架を前記センサの前記検出領域内を通過させつつ前記センサから複数の超音波バーストを前記架に向けて伝搬させるステップと、
前記容器及び前記架を衝撃する複数の前記超音波バーストからの複数のエコーを検出するステップと、
検出された複数の前記エコーから複数のデータポイントを発生させるステップと、
複数の前記データポイントを用いて前記架の頂部により規定される架参照レベルを算出し、さらに前記架参照レベルを用いて前記容器の高さを算出し、算出された前記容器の高さと記憶された容器の高さデータとを比較して、前記容器がキャップされているか否かを決定し、前記容器がキャップされていない場合には、複数の前記データポイントを用いて前記容器内の液体レベルを決定するステップを有することを特徴とする容器のプロフィル測定方法。 - 前記架は、開始タブ及び終了タブを備えており、前記プロフィル測定ステップは、複数の前記データポイントの第１のサブセットから前記架参照レベルを算出し、前記第１のサブセットは、複数の前記データポイントにおける前記開始タブ及び前記終了タブの位置に対応していることを特徴とする請求項１または２に記載の方法。
- 前記方法は、さらに前記架の開始ポイント及び終了ポイントを算出するステップと、前記架における前記容器の位置に対応した第２のサブセットの前記複数のデータポイントから前記容器の前記情報を決定するステップとを有することを特徴とする請求項３に記載の方法。
- 前記エコーの前記検出は、第１のエコーと第２のエコーとを検出するステップを有することを特徴とする請求項１または２に記載の方法。
- 前記方法は、前記第１のエコーを用いて前記容器のタイプを決定するステップと、前記第１のエコーが、前記容器のタイプについての前記液体レベルを与えず、かつ前記容器はキャップされていない場合には前記第２のエコーを用いて前記容器内のサンプルの液体レベルを検出するステップとを有することを特徴とする請求項５に記載の方法。
- 前記プロフィル測定は、複数の前記データポイントをフィルタ処理して失われたエコーに対応して前記データポイントを変更するステップを有していることを特徴とする請求項１または２に記載の方法。
- 前記方法は、さらに前記センサをショートレンジセンサとして駆動するステップを有することを特徴とする請求項１または２に記載の方法。
- 前記センサは、周波数略１ＭＨｚで駆動されることを特徴とする請求項８に記載の方法。
- 前記架を輸送する前記ステップは、前記架をスルーさせて輸送するステップを有することを特徴とする請求項１または２に記載の方法。
- 超音波センサを備える装置内の架に収容された容器のプロフィル測定方法であって、該方法は、
前記センサの検出領域内に前記架を輸送するステップと、
前記架を前記センサの前記検出領域内を通過させつつ前記センサから超音波バーストを前記架に向けて伝搬させるステップと、
前記容器及び前記架を衝撃する複数の前記超音波バーストからの複数のエコーを検出するステップと、
検出された複数の前記エコーから複数のデータポイントを発生させるステップと、
複数の前記データポイントを用いて前記架の頂部により規定される架参照レベルを算出し、さらに前記架参照レベルを用いて前記容器の高さを算出し、算出された前記容器の高さと記憶された容器の高さデータとを比較して、前記容器のタイプを決定するステップとを有し、
前記容器及び前記架を衝撃する前記超音波バーストからの少なくとも２種類のエコーを検出することを特徴とする容器のプロフィル測定方法。 - 前記架を輸送する前記ステップは、前記架をスルー速度で輸送することを特徴とする請求項１１に記載の方法。
- 架内の容器のプロフィル測定を行うための装置であって、該装置は、
放出された音響信号に対応する第１の出力を有すると共に、前記第１の出力に応答するエコーを表す電気信号に対応する第２の出力とを有する超音波センサと、
前記超音波センサに相対して配置され、前記架を前記センサに相対して移動させるための架輸送機構と、
前記架及び前記容器をプロフィル測定するため前記第２の出力に応答するプロセッサとを備え、
前記プロセッサは、前記第２の出力から複数のデータポイントを発生させ、前記複数のデータポイントを用いて前記架の頂部により規定される架参照レベルを算出し、さらに前記架参照レベルを用いて前記容器の高さを算出し、算出された前記容器の高さとメモリデバイスに記憶された容器の高さデータとを比較して、前記容器のタイプを決定することを特徴とする容器のプロフィル測定装置。 - 前記第１の出力は、複数の超音波バーストを含むことを特徴とする請求項１３に記載の装置。
- 前記第１の出力は、略１ＭＨｚの周波数で放出される複数の前記超音波バーストを含むことを特徴とする請求項１３に記載の装置。
- 前記架輸送機構は、前記架をスルー速度で移動させる手段を有していることを特徴とする請求項１３に記載の装置。
- 前記プロセッサは、さらに、複数の前記データポイントの形状を創作させるための処理手段を有することを特徴とする請求項１３に記載の装置。
- 前記装置は、前記架輸送機構に相対して前記センサを配列させるためのジンバルを備えるセンサホルダを有することを特徴とする請求項１３に記載の装置。
- 少なくとも１つのキャップされたチューブ及び１つのキャップされていないチューブを搭載した架のプロフィル測定を行うための装置であって、該装置は、
放出された音響信号に対応する第１の出力を有すると共に、前記第１の出力に応答するエコーを表す電気信号に対応する第２の出力とを有する超音波センサと、
前記超音波センサに相対して配置され、前記架を前記センサに相対して移動させるための架輸送機構と、
前記架及び前記容器をプロフィル測定するため前記第２の出力に応答するプロセッサとを備え、
前記プロセッサは、前記第２の出力から複数のデータポイントを発生させ、前記複数のデータポイントを用いて前記架の頂部により規定される架参照レベルを算出し、さらに前記架参照レベルを用いて前記容器の高さを算出し、算出された前記容器の高さとメモリデバイスに記憶された容器の高さデータとを比較して、前記チューブがキャップされているか否かを決定し、前記チューブがキャップされていない場合には、前記複数のデータポイントを用いて前記チューブ内の液体レベルを決定することを特徴とする前記架のプロフィル測定装置。
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