JP4928460B2 - プローブの位置を決定するための方法およびシステム - Google Patents

Description

優先権の主張
本願は、２００４年１１月９日に出願されたＵ.Ｓ.Ｓ.Ｎ.６０／５２２，８０８の優先権を主張し、その内容は、引用によってその全体が本願へ援用されている。

背景
開示された方法およびシステムは、概して、プローブの位置を決定することに関し、たとえば、液体処理および／または液体レベルセンサーシステムにおけるピペットの位置決めに関する。

プローブは、たとえば、液体レベル検出システムを含む、数多くの異なるタイプのシステムで使用することができ、ここでは、ピペットはプローブとして用いられ、容器（たとえば、マルチウェルプレートにおけるくぼみ（well））から、および／または容器に、液体を吸引および／または調合する。そのようなシステムにおける昨今の進歩は、ピペットを用いて、正確な少量の液体を、その液体を汚染することなく抜き取る、および／または調合するという課題に焦点が当てられている。この目的のために、いくつかの手動および自動の液体測定システムが入手可能となっている。

これらのシステムのいくつかでは、ピペットプローブが、容器（たとえば、マルチウェルプレートにおけるくぼみ）の上方に移動可能に取り付けられ、かつ、プローブ／ピペットの先端が液体（メニスカス）の上面より下または上の所望のレベルに達するまで、容器内に垂直に下ろされる。そこで、ある分量の液体が容器から抜き取られるか、または容器に調合される。

液体のレベル検出で考慮されるのは、ピペットを容器内に下ろすときに、適正に位置決めを行なうということである。概して、液体処理の実施例では、１つまたは複数のピペット先端を含む片持ちアームが、マルチウェルプレートの１つもしくは複数のくぼみの上方および／またはそのくぼみに実質的に平行に移動し、それからくぼみに実質的に直交する方向に移動することで、ここで述べているような吸引および／または調合が可能となる。一部の実施例では、個々のピペットは、プレートにおけるくぼみのうちの１つ、２つ以上、および／またはすべてと接触する場合がある。片持ちアームは、１つ、２つ、もしくは３つの方向および／またはアームに沿った次元でずれを示すことがあり、さらに、アームの座標系は概して、マルチウェルプレートと対応付けられた座標系と整合していないので、吸引および／または調合の際に困難が生じる場合がある。

概要
この教示は、プローブの位置を決定するための方法およびシステムを含み、プローブを既知の点と整合させることを含んでいてもよい。この方法およびシステムは、プローブに電気信号を分配することと、プローブからの電気信号と電気通信している少なくとも２つのセンサを位置決めすることと、プローブとの電気通信に基づいて、２つのセンサで電気信号を生成することと、生成された信号に基づいて、２つのセンサに対するプローブの位置を決定することとを含む。さらに、選択されたセンサに対するプローブの位置を決定することもできる。この位置は、少なくとも２つのセンサで生成された電気信号の和に基づ
いて、和信号を生成することにより決定してもよい。

この方法およびシステムは、２つのセンサを座標系と対応付けて、座標系の軸のうちの少なくとも１つに沿って位置決めされた少なくとも２つのセンサを識別し、少なくとも２つの識別されたセンサと対応付けられた、生成された電気信号の和に基づいて和信号を生成することによって、プローブの位置を決定することを含む。ある実施例では、座標系は多次元である。

この方法およびシステムはさらに、２つのセンサにおける電気信号の差に基づいて差信号を生成することによって、位置を決定することを含む。したがって、位置を決定することは、センサを座標系と対応付けることと、座標系における軸のうちの少なくとも１つに沿って位置決めされた少なくとも２つのセンサを識別することと、識別された少なくとも２つのセンサと対応付けられた、生成された電気信号の和に基づいて和信号を生成することと、識別された２つのセンサと対応付けられた、生成された電気信号の差に基づいて差信号を生成することと、和信号と差信号とを比較することによって、プローブの位置を決定することとを含んでいてもよい。比較することによって位置を決定することは、和信号を減衰させること、および／または和信号のＤＣオフセットを調整することを含んでいてもよい。一部の実施例では、この方法およびシステムは、識別された２つのセンサのうち、プローブが最も近い方を示す、少なくとも１つの出力を提供することを含む。この方法およびシステムは、決定されたプローブ位置に基づいて、プローブの位置を調整することを含んでいてもよい。

一実施例では、２つ以上のセンサは、容量センサを含み、および／またはプリント回路基板と電気通信している。プローブは、プリント回路基板を含む平面と実質的に直交して移動するように構成してもよい。プリント回路基板は、プローブを受けるための孔を含んでいてもよく、ある実施例では、プローブはピペットである。このシステムは、液体レベル検出システムであってもよい。

プローブに電気信号を分配する前に、この方法およびシステムは、２つのセンサを、たとえば、くぼみ、容器、またはその他の既知の場所などの既知の場所と整合させることを含んでいてもよい。

この方法およびシステムは、プローブの位置が決定されると、決定された位置を、２つのセンサと対応付けられた座標系、および／またはプローブと対応付けられた座標系における、少なくとも１つの他の場所に推定することを含んでいてもよい。したがって、プローブは、１つの調整でもって位置決めできない、および／または整合できない場合があるため、この方法およびシステムは、プローブが２つ以上のセンサで整合する／位置決めされるまで、電気エネルギなどを分配することに繰返し戻ることを含んでいてもよい。

さらに、プローブに電気信号を印加するためのエネルギ源と、電気信号と電気通信している少なくとも２つのセンサと、少なくとも２つのセンサから生成された信号および少なくとも２つのセンサの間の相対的な距離の比較に基づいて、プローブの位置を調整するための少なくとも１つの制御部とを含む、プローブの位置を決定するためのシステムを提供する。制御部は、プローブの位置を調整するコマンドを与えるための少なくとも１つのプロセッサを含んでいてもよい。さらに、少なくとも１つが容量センサでもよい２つ以上のセンサからの信号を用いて、差信号および和信号を算出するための信号処理方式を含んでいてもよい。このシステムは液体レベル検出システムであってもよく、プローブはピペットであってもよい。

２つのセンサは、プリント回路基板と電気通信することができ、一部の実施例では、プ
ローブを受けるための、および／または２つ以上のセンサを整合させるための開口を含む。

この教示はさらに、少なくとも２つのセンサを既知の場所と整合させることと、少なくとも２つのセンサから少なくとも２つを選択することと、プローブが少なくとも２つのセンサに向かって移動している間、選択されたセンサによって受信された信号に基づいてプローブを電気的に駆動することと、プローブが既知の場所と整合しているかどうかを決定すること、および／または少なくとも２つのセンサに対するプローブの場所を算出することと、場合によっては、その決定に基づいてプローブ位置を調整することとを含む方法を含む。この方法およびシステムはさらに、プローブが選択されたセンサと整合するまで、プローブを電気的に駆動して位置決めすることに繰返し戻ること、および／または少なくとも２つのセンサから少なくとも２つを選択することに繰返し戻ることを含む。

この方法およびシステムは、少なくとも２つのセンサを少なくとも１つの既知の場所と整合させることと、少なくとも２つのセンサから少なくとも２つを選択することと、選択されたセンサによって受信された信号に基づいて、プローブを電気的に駆動することと、プローブが少なくとも１つの既知の場所と整合しているかどうかを決定することと、その決定に基づいて、プローブ位置を調整することとを含む。ここで述べているように、方法およびシステムはさらに、プローブが選択されたセンサと整合するまで、電気的に駆動することに繰り返し戻ること、および／または少なくとも２つのセンサから少なくとも２つを選択することに繰返し戻ることを含んでいてもよい。この決定は、少なくとも２つのセンサに対するプローブの位置を算出することを含んでいてもよい。プローブは、プローブが少なくとも２つのセンサに向かって移動している間に電気的に駆動してもよい。

その他の目的および利点は、明細および図面に照らして以下で明らかになるであろう。

説明
全体を理解できるようにするために、ここで特定の例証的な実施例を説明する。しかしながら、当業者であれば、ここで説明するシステムおよび方法は、その他の好適な用途のためのシステムおよび方法を提供するように、適合化および修正が可能であることを理解し、かつ、ここで説明するシステムおよび方法の範囲から逸脱することなく、その他の追加および修正が可能であることを理解するであろう。

特に規定していない限り、記載の実施例は、特定の実施例のさまざまな詳細の例証的な特長を示すものであると理解することができ、したがって、特に規定していない限り、その例証の特長、構成要素、モジュール、および／または局面は、開示されたシステムまたは方法から逸脱することなく、別様に組合せ、分離、入替え、および／または再構成が可能である。さらに、構成要素の形状およびサイズも例証的なものであり、特に規定していない限り、開示された例証的なシステムまたは方法の範囲に影響を与えることなく変更可能である。

この方法およびシステムは、プローブの位置を決定することに関し、プローブを既知の場所と整合させることを含んでいてもよい。記載の実施例は、ピペット先端がプローブとして用いられている場合を実証するのに液体処理システムを採用しているが、そのようなシステムは説明のためのものであり、限定するためのものではないと理解することができ、さらに、その方法およびシステムは、プローブの位置を測定および／または決定し、さらに必要な場合は、たとえば、プローブの位置を変更して整合させるためのその他のシステムおよび／または方法に対して広く適用可能であると理解することができる。液体処理システムに関して、この教示は、１つまたは複数のピペットを容器および／またはくぼみ
と整合させるものであり、それによってピペット先端は、ピペットを含むアームの座標系が、容器と対応付けられた座標系と少なくとも部分的に整合し得るように、１つまたは複数の相互作用を有する。この方法およびシステムによって、センサを用いた、プローブ／ピペットおよび／または容器／くぼみの間のそのような接触のない（たとえば、非接触の）整合が可能となり、プローブが容器／くぼみと接触する前に、一次元、二次元、三次元、またはそれ以上の多次元においてプローブを位置決めすることができる。センサは、プローブ／ピペットが、実質的に、容器／くぼみとの接触を可能にする方向（たとえば、実質的に垂直な方向）に移動すると、プローブ／ピペットを検出するように位置決めされる。この方法およびシステムを実証するために液体処理システムを採用した、ここでの説明はさらに、マルチウェルプレート（たとえば、「容器」）を含むある実施例を用いているが、「くぼみ」または「容器」は、例証的な実施例に関して便宜上使用するものであると理解でき、したがって、そのような名詞の使用は概して、「既知の場所」を含み、そのような場所の座標は既知であると理解することができる。よって、一部の実施例では、この方法およびシステムを用いて、既知の場所に対するセンサの場所に基づいてプローブの場所を決定することが可能であると理解でき、そのような実施例では、プローブの位置決めおよび／または整合は行なわれない場合がある。

図１は、液体処理システムのある実施例を示す。図１に示すように、液体測定システム１０は、１つまたは複数の容器１４の上方のプローブ／ピペットの位置を制御することができる。便宜上、くぼみ１４に入る動きおよび／またはくぼみ１４から出る動きは、実質的に垂直または「ｚ軸」方向の動きであり、たとえば、記載の実施例で示しているようなサーボ駆動部１２によって制御可能であるが、その他の駆動部を用いてもよいと理解することができる。図１のシステムでは、サーボは、くぼみ／容器１４に対するピペット１１の位置を決定するプロセッサ１３によって制御される。実施例では、プロセッサ１３は、フレキシブルチューブ１８を用いて、ピペット／プローブ１１を通して容器１４から、この実施例に従う、吸引および／または調合するための注射器などの液体処理部１６を制御することができる。

図１の例証的なシステムなどのシステムでは、プローブ１１の電圧は、最初、たとえば、同軸ケーブルの内部コンダクタンスでもよい、地面と第１の導体３１Ａとの間のスイッチ（図示せず）を介して、０ボルトに保つことができる。このスイッチは、インピーダンス１７を通してプローブに電圧Ｖが印加され得るように開くことができ、静電容量Ｃ１を有しているので、インピーダンス１７およびプローブ静電容量Ｃ１はＲＣ時定数を与える。第２の導体３１Ｂは、第１の導体３１Ａと同じ電圧で電子的に駆動することができる同軸ケーブルのシールドであってもよい。図１の実施例は、液体処理のための１つの例示的なシステムであり、この方法およびシステムの説明のために提示するものであって、それらを限定するためのものではない。たとえば、図１は１つのプローブ／ピペット１１および１つのくぼみ／容器１４を示しているが、この方法およびシステムは、複数のプローブおよび／または容器を有するシステムに適用可能であると理解することができ、さらに代替の電圧または「駆動」機構を用いて、プローブ１１に電圧を印加するようにしてもよいと理解することができる。さらに、その他の制御機構（たとえば、サーボ１２および／またはプロセッサ１３）を用いてもよいが、そのような変形は単に、この教示に含まれ得る何らかの変形であると理解することができる。さらに、この教示によって、液体処理システムの範囲外の実施例が、単に例として示した、記載の実施例とともに定型化される。

ここで示しているように、この方法およびシステムは、一部の実施例では、プローブが既知の場所（たとえば、くぼみ／容器）との接触を可能にする方向に実質的に移動している間にプローブを検出するように位置決めされたセンサによって、一次元、二次元、三次元、またはそれ以上の次元におけるプローブの測定値に基づく、ピペット／プローブ位置の決定を可能にするものであり、ここで、記載の実施例においては、そのような方向は、
実質的に垂直な方向であると理解することができる。よって、図２は第１の実施例２００を示し、ここでは、プリント回路基板（ＰＣＢ）２０２を、少なくとも一次元における開口２０４に沿って、および／または開口２０２を含む平面の軸に沿って整列したセンサ２０６Ａ、２０６Ｂ、２０６Ｃ、２０６Ｄとを備えて設けてもよい。記載の実施例では、センサ２０６Ａから２０６Ｄは容量センサであるが、その他のセンサを用いてもよい。図２の実施例では、センサ２０６Ａから２０６Ｄは、容量センサであるが、その他のセンサを用いてもよい。図２の実施例では、開口２０４のサイズを縮小して、容量センサ２０６Ａから２０６Ｄの内部のエッジ効果を低減させるようにしてもよい。さらに、図２の実施例では、ＰＣＢ２０２の開口２０４は、開口との整合を可能にする１つまたは複数のくぼみ１４と整合している。図２の実施例はさらに、第１の方向に整列するセンサ２０６Ａ、２０６Ｂおよび第２の方向に沿って整列するセンサ２０６Ｃ、２０６Ｄを示す。センサは、一次元のみに沿って整列させてもよいし、または任意で、実施例に基づくさらなる次元に沿って整列させてもよい。さらに、図２の実施例は、開口２０４と、ＰＣＢ２０２とともに取付けられたセンサ２０６Ａから２０６Ｄとを設けているが、その他の実施例は、容器／くぼみ１４と整合した開口２０４を設けるようにセンサ２０６Ａから２０６Ｄを取付けるためのその他の方式を用いてもよいと理解することができる。一部の例証的な実施例では、ＰＣＢの取付を必要とせずに、かつ同様に、開口を必要とせずに、既知の場所との整合を可能にするように構成されたセンサ２０６Ａから２０６Ｄの位置決めが可能となる。開口およびＰＣＢを採用した図２のシステムでは、センサ出力信号を、１つまたは複数のＰＣＢワイヤトレースを介して信号処理方式に伝達してもよい。

引続き図１と図２の実施例とを参照して、ＰＣＢ２０２は、容器／くぼみ１４とピペット／プローブ１１との間に位置決めされると理解することができるので、記載の実施例では、ピペット１１が実質的に垂直な方向に移動すると、ピペット１１は、ＰＣＢ開口２０２を通り、くぼみ１４に向かって移動する。よって、一部の実施例では、開口２０４は、ピペット１１が開口２０４を通って移動できるようなサイズにしてもよいが、それはすべての実施例で行なわなくてもよいと理解することができる。再度図２の実施例を参照して、実質的に垂直な（たとえば、ＰＣＢ２０２を含む平面に実質的に直交する）方向においてピペット１１の移動が起こると、上記のスイッチを制御して、電圧Ｖに基づいてピペット１１を電気的に駆動するようにしてもよい。

電圧Ｖの量は、たとえば、ピペット１１の材料、センサ２０６Ａから２０６Ｄの感度、および／またはセンサ２０６Ａから２０６Ｄのタイプによるものであってもよい。図２の実施例では、図示の容量センサ２０６Ａから２０６Ｄは、誘電体として空気を用いているが、その他のセンサタイプ（たとえば、非容量性および／またはその他の誘電体など）を用いてもよい。図２の実施例では、たとえば、２４ボルトの振幅を伴う電圧Ｖを用いてもよい。

コンデンサを通る電流は電圧の変化とともに増加することが知られており、したがって、図２の実施例では、容量センサ２０６Ａから２０６Ｄによって検出された信号は、ピペット信号電圧の変化が大きくなるにつれて増加してもよい。さらに、電圧Ｖを、たとえばスイッチを介して制御して、センサ２０６Ａから２０６Ｄによる検出を可能にする特定の周波数および／またはスルーレートを与えるようにしてもよいと理解することができる。たとえば、一実施例では、１０マイクロ秒パルス幅（たとえば、２％デューティサイクル）を有する鋸波形で２ＫＨｚの周波数を用いてもよいが、そのような例は、説明のために示したものであり、限定するためのものではない。

図２に戻って、ピペット１１が開口２０４に接近すると、センサ２０６Ａから２０６Ｄは、電圧駆動サイクル時にピペット１１からのエネルギを検出することによってピペット１１を検出することができ、よって、センサ２０６Ａから２０６Ｄは、それに基づいて信
号を生成してもよい。ここで前述したように、そのような信号を、たとえば、プロセッサ（たとえば、プロセッサ１３）またはセンサ２０６Ａから２０６Ｄおよび／もしくは開口２０２に対するピペット１１の相対的な位置を算出できるその他の処理方式に与えてもよい。ピペット１１の位置に基づいて、プロセッサ１３は、ピペット１１とセンサ２０６Ａから２０６Ｄとの整合、よって開口２０４との整合を可能にする、１つ、２つ、またはそれ以上の軸および／または方向におけるピペット位置／整合を変更できるサーボ１２にデータを与えてもよい。図２の実施例では、所望のピペットと開口／センサとの整合は、ピペット１１を、開口／センサの中心に実質的に位置決めすること、および／または整合させることを含むが、その他の実施例は、既知の場所（たとえば、容器／くぼみ）および／またはピペットに対する開口／センサの位置決めに基づくその他の整合を有していてもよい。

図２の実施例は、ｘ軸に沿った２つのセンサおよびｙ軸に沿った２つのセンサに応じて構成されたセンサを伴う長方形の形状を有する開口２０４を示しているが、この方法およびシステムは、そのような構成に限定されるものではなく、開口を用いる実施例では、その開口、よってそのセンサは、たとえば、図３に示すその他の数量および構成で設けてもよい。当業者であれば、ピペット／プローブ駆動信号のセンサ検出を可能にするために、センサを配置する上で三角形の形状、三次元の形状などを用いてもよいと理解するであろう。したがって、センサが位置決めされている座標系の各々の次元および／または軸では、そのような次元／軸における少なくとも２つのセンサは、プローブ／ピペット１１を検出して、そのような次元における、および／またはそのような軸に沿ったピペットの位置決めおよび／または整合を可能にすると理解することができる。ここで述べているように、一部の実施例では、センサ自体を、ピペット／プローブの既知の場所に対する整合／位置決めを可能にするように設けてもよいので、ＰＣＢまたはその他の開口を設けた構造は用いなくてもよい。図２および図３に示すように、特定の軸、平面および／または次元におけるセンサを、開口および／または既知の場所を中心として実質的に対称となるように整合させてもよい。

図４は、プローブ／ピペットがここで述べているような信号で駆動されたときに、図２および図３に従うシステムのセンサによって検出される信号を処理するのに用いることのできる、１つのタイプのシステム４００の一実施例を示す。たとえば、図４は、センサ（この例では、既知の場所）と対応付けられた座標系の軸に沿っており、かつ、増幅器４０２Ａ、４０２Ｂ、および全波整流器でも半波整流器でもよい整流器４０４Ａ、４０４Ｂにそれぞれ信号を与える第１および第２のセンサ２０６Ａ、２０６Ｂを示す。さらに図示しているように、センサ信号に基づいて差信号４０６Ａおよび和信号４０６Ｂを算出してもよい。和信号４０６Ｂは減衰させてもよく、および／またはそれに直流（ＤＣ）オフセットを加えて、処理された和信号４０６Ｃを与えるようにしてもよく、その後に差信号４０６Ａおよび処理された和信号４０６Ｃが第１の比較器４０８Ａに与えられ、差信号および処理された和信号の反転が第２の比較器４０８Ｂに与えられる。図４に示すように、第１の比較器４０８Ａの出力はセンサＡ ２０６Ａに対する距離を示し、その一方で、第２の比較器４０８Ｂの出力はセンサＢ ２０６Ｂに対する距離を示す。デジタル比較器が用いられる一部の実施例では、比較器４０８Ａ、４０８Ｂのうちの一方におけるハイすなわち論理「１」信号は、それぞれのセンサに対する相対的な近似を示していてもよく、その一方で、両方のセンサのローすなわち論理「０」信号は、ピペットがセンサ２０６Ａ、２０６Ｂに対して中心に置かれていることを示していてもよい。

図４の減衰器は、図４の検出回路の感度に影響を与えるものであってもよい。この減衰器は、プローブ／ピペットの位置決め／整合システムの位置決め精度および解像度に合わせて図４のシステムの感度を較正するように調整することができる。たとえば、減衰器を、選択されたセンサのセットの「中心」（たとえば、選択されたセンサの重心）および／
または既知の場所からピペットがずれることを考慮した、修正を必要としない許容差としてみなしてもよい。このような「ずれ」の量は、実施例に依存するものであり、よって、図４に示すような減衰器で制御することができる。

さらに、図４のＤＣオフセットは、プローブ／ピペット信号が０Ｖである間、位置決め／整合を、誤って、および／または不正確に調整させるようなノイズの排除を可能にする。当業者であれば、すべてのシステムが図４に示すような減衰器および／またはＤＣオフセットを採用するわけではないことを理解するであろう。

さらに考察および説明を進めると、図４に従うある実施例では、容量センサは、製造上の制限および／または位置検出許容差のために較正を必要とすることがあり、その場合、各々のセンサ増幅器４０２Ａ、４０２Ｂの調整可能な利得を与えることができるので、選択されたセンサセットの中点にピペットを配置し、かつ、比較器出力が整合（たとえば、論理０）を示すまで利得を調整することで、プローブ／ピペットの中点を発見することができる。

よって、図４に実施例を示した、検出および／または信号処理「回路」または検出／信号処理方式／モジュールは、デジタル、アナログ、ハードウェア、および／またはソフトウェアであってもよいが、それらに限定されることはないと理解することができ、さらに、一部の実施例では、異なる次元／軸および／またはセンサのセットに単一の検出／信号処理モジュールを用いてもよく、一方でその他の実施例では、各々の次元／軸および／またはセンサセットは独自の検出／信号処理モジュールを有していてもよいと理解することができる。ここで前述したように、検出／信号処理モジュールの出力を、プロセッサ１３などのプロセッサに与えて、位置情報／データを保存してもよく、および／またはプローブ／ピペット１１に位置／整合コマンドを与えるようにしてもよい。

図４の処理方式のある例として、さらに、ピペット／プローブがｘ軸センサＢよりｘ軸センサＡの方に近い図２を参照して、図５は、ピペット信号５０２、センサＡで受信され、その後増幅される信号に基づく信号５０４Ａ、および、センサＢで受信され、その後増幅される信号に基づく信号５０４Ｂのための時間対振幅グラフ５００を示す。図５に示すように、ピペット信号５０２は、第１の鋸形パルス５０６Ａより振幅の大きい第２の鋸形パルス５０６Ｂを伴う鋸形信号である。

よって、図示の例では、上記２つの容量センサは、ピペット信号を区別した形で検出し、ここでは、各々のセンサによって検出された信号強度は、ピペットと各々のセンサとの間の距離に反比例している。したがって、センサとピペットとの間の距離が小さくなるほど、センサおよびピペットによって形成される静電容量は大きくなる。そのような関係は、式（１）で表わすことができる（エッジ効果は無視）。さらに、容量センサを通る電流は、式（２）に示すように、キャパシタンスおよび（プローブ／ピペットを供給源とする）印加された時間変動電圧の導関数に依存する。

式中、

よって、当業者であれば、図示の実施例では、容量センサ出力における電流を、図４のそれぞれの増幅器の入力インピーダンスによって電圧に変換し、その後それによって増幅することが可能であると理解することができる。したがって、式（３）および（４）は、図４の増幅段５０６Ａ、５０６Ｂを通るピペット／プローブ駆動電圧５０２からの伝達関数を示し、ここでは、そのような信号をそれぞれ図５に示している。

式中、
Ｖ_ｉ＝増幅器の入力電圧
Ｖ_０＝増幅器の出力電圧
Ｇａｉｎ＝増幅器の利得
Ｒ＝増幅器入力インピーダンス
式（４）に基づいて、図４の点２および３における増幅器４０２Ａ、４０２Ｂの出力の信号は、式（５）および式（６）でそれぞれ数学的に表現することができる（エッジ効果は無視）。

式中、
Ｓ_ＰＡ＝センサＡからピペットの中心までの距離
Ｓ_ＰＢ＝センサＢからピペットの中心までの距離
Ｖ_ｐｉｐ＝ピペット駆動の時間変動電圧
引続き図４の信号処理方式を参照して、先に示したように、利得段出力がピペット駆動波形に基づいて整流され、和信号および差信号が算出される。同じ波形を用いた先の例に引続き、図６は、図４の点４、５および６としてそれぞれ図示された、差の入力および出力の時間対振幅グラフを示し、ここでは、半波整流信号を示している。先に示したように、ピペットが容量センサの対（たとえば、センサＡおよびＢ）の間の中心にあるとき、図４に従う検出システムにおいて、差信号は実質的にゼロである。２つの選択されたセンサ
が外部のノイズにさらされている場合、差動増幅器が差信号のノイズを低減できること（すなわち、コモンモード阻止）に留意されたい。図４の差動増幅器の出力における電圧信号の式を、全波整流器と仮定して、式７で示す。

先に示したように、かつ、引続き図４を参照して、整流された信号も合計される。よって、先に示した減衰および／またはＤＣオフセットを和信号に加えて、差信号の比較器閾値として用いることのできる、処理された和信号を与えるようにしてもよい。処理された和信号を差信号と比較できる閾値として用いることによって、（たとえば、ピペット信号の強度またはピペット信号における外部ノイズに起因する）ピペット信号の振幅のばらつきを標準化して、そのようなばらつきが誤ってセンサからのピペット距離のばらつきに解釈されないようにすることができる。引続き図４を参照して、点７の電圧を式８で示す。

差信号が閾値（たとえば、減衰された和信号＋ＤＣオフセット）より大きいとき、図４の図示の比較器４０８Ａが論理１に遷移することによって、そのようなシステムにおいて、ピペットがセンサＢよりセンサＡの方に近いことを示すことができる。図７は、図４の点６、７および８の信号波形の例を示す。第１の比較器出力における電圧信号の式を、式９Ａから９Ｃおよび式１０で示す。第１の比較器４０８Ａが論理０出力を与えているとき、

ＤＣオフセットがゼロと仮定すると、式（９Ｂ）はさらに次のように換算される。

それに応じて、第１の比較器４０８Ａの「論理１」比較器出力が式１０によって与えられる。

引続き図４を参照して、（−１を乗じた）減衰された和信号を伴う第２の比較器４０８Ｂに差信号が入力されるので、ピペットがセンサＢの方に近いとき、第２の比較器４０８Ｂは、論理１出力を与えることになる。

センサ対をなす２つのセンサ間の距離「ｄ」が既知である場合、かつ、比率Ｖ６／Ｖ７が、たとえば、図４に従う方式を用いて決定できる場合、Ｓ_ＰＡおよびＳ_ＰＢを算出することが可能である。Ｓ_ＰＡの観点からＳ_ＰＢを定義し（たとえば、Ｓ_ＰＢ＝ｄ−Ｓ_ＰＡ）、式９および式１０で示すＶ６／Ｖ７の比率に置き換えることによって、式１１が得られる。

距離Ｓ_ＰＡの式（１１）を解くことで、式１２が与えられる。

したがって、Ｓ_ＰＢは、式Ｓ_ＰＢ＝ｄ−Ｓ_ＰＡから算出可能であると理解することができる。よって、プローブ／ピペットの位置は、センサと整合するための、それに関連する調整を含み、よって算出された距離（たとえば、Ｓ_ＰＡおよびＳ_ＰＢ）に相応に基づくようにすることができる。前記の例は、単一の方向にある２つのセンサのためのものであり、その他の実施例は、単一の方向にある複数のセンサおよび／または複数の平面／方向にある複数のセンサを用いてもよい（たとえば、三角法、重心法など）と理解することができる。さらに、前記の図面に基づくシステムでは、そのようなシステムはそのような情報を用いるだけで、センサおよび既知の場所からの距離に基づくプローブの位置を決定することができるので、プローブの位置決めは測定値に基づいて行なわなくてもよいと理解することができる。

図８は、この方法およびシステムの一実施例を示し、ここでは、既知の場所に対するプローブの整合および／または位置決めを行なうことができ、一方で、図９は、プローブの位置決定が行なわれるある実施例を示す。図８に示すように、２つ以上のセンサをくぼみ／容器場所などの既知の場所と整合させ、プローブを任意で既知の場所８０４に向けて移動させる間にピペットを電気的に駆動し、少なくとも２つのセンサ８０６を選択し、選択されたセンサから受信された信号を用いて、選択されたセンサ８０８に基づいて（たとえば、直線的な態様で、または三角法および／または重心法などの多次元の態様で）調整が必要かどうかを決定し、受信された信号および選択されたセンサ８１０の場所に基づいてピペット位置／整合を調整し、その後、実施例では、プローブ／ピペット位置（図示せず）を記憶し、プローブ／ピペットを任意で既知の場所８０４に向けて移動させる間にピペットを駆動させることに戻り、同じ選択されたセンサに基づいて別の測定を行なうことによって、ピペットなどのプローブを既知の場所に対して位置決めおよび／または整合させることができる。一部の実施例では、後に続く測定は、ピペットの方向を反転させてセンサから後退させることを含み、それによって、センサに向かう別の接近（および別の測定）が行なわれるようにすることができる。

実施例では、一旦、選択されたセンサに基づいて、単一の位置決め／整合の修正が（たとえば、選択されたセンサに基づく「修正」が実質的にゼロになるまで）１回または複数回行なわれると、整合／位置決め修正８１２のために、選択されたセンサの別のセットが所望されているかどうかを決定するようにしてもよい。図８に示すように、さらなる選択されたセンサセットが所望されている場合、実施例および収集されたデータに基づいて、方法およびシステムは、さらなる位置決め／整合について検討するために、８０２、８０４のうちの一方および／または８０６に戻ることができる。一旦、プローブ／既知の場所の整合が完了すると、位置決め／整合情報は、たとえば、ここで前述したプロセッサによって、その後に参照できるようにメモリに保存することができる。

図９は、センサ信号および既知の位置に対するセンサ場所に基づいてプローブ位置を決定することのできる、ある実施例を示す。そのような実施例では、図９に示すように、既知の場所９０２に対して２つ以上のセンサを位置決めすることができ、ここでは、プローブを、センサ９０４との電気通信のために位置決めすることができる。選択されたセンサ９０６で受信された信号およびそれらの位置に基づいて、各々の選択されたセンサとプローブとの間の距離を（たとえば、三角法を介して）決定して、プローブ位置９０８を得られるようにしてもよい。そのような位置は、たとえば、その後に検索できるようにメモリ９１０に記録してもよく、さらにそのような処理は、異なる既知の場所および／または異なるプローブ９１２で継続してもよい。

したがって、図８および図９に基づいて、一部の実施例では、１つまたは複数のプローブ／ピペットを、１つまたは複数の既知の場所およびその後に検索できるようにメモリに記憶された対応するデータと整合させてもよく、および／または位置を１つまたは複数の既知の場所およびその後に検索できるようにメモリに記憶された対応するデータによって決定してもよい。一部の例では、ピペット場所データを用いて、ピペット位置をその他の場所（たとえば、その他の接触点および／またはその他のプローブ／ピペット場所）に補間させてもよく、それによって、各々のピペット／プローブを各々の既知の場所（たとえば、くぼみ）と整合させる必要が少なくなる。

一部の実施例では、ここで説明しているような方法およびシステムを用いてプローブを整合させることを、単一の次元で対のセンサを用いて実行してもよいが、一部の実施例では、１つの次元／軸において少なくとも１対のセンサを選択し、その次元における整合を修正し（たとえば、図８）、別の次元に進んで繰り返すなどすることによって、多次元の
手法を実行してもよいと理解することができる。そのような実施例の一部では、対のセンサを多次元における既知の場所に整合させることができる。さらなる実施例では、ここで示しているように、多次元における複数のセンサ選択によって、重心法、三角法などが可能になる。

よって、説明した方法およびシステムは、少なくとも２つのセンサを既知の場所と整合させることと、少なくとも２つのセンサから少なくとも２つを選択することと、選択されたセンサによって受信された信号に基づいてプローブを電気的に駆動することと、プローブが既知の場所と整合しているかどうかを決定すること、および／または少なくとも２つのセンサに対するプローブの場所を算出することと、さらに一部の実施例では、その決定に基づいてプローブ位置を調整することとを含む。この方法およびシステムはさらに、プローブが選択されたセンサと整合するまでプローブを電気的に駆動して位置決めすることに繰り返し戻ること、および／または少なくとも２つのセンサから少なくとも２つを選択することに繰り返し戻ることを含む。

ここで説明した方法およびシステムは、特定のハードウェアまたはソフトウェア構成に限定されるものではなく、数多くのコンピューティング環境または処理環境において適用できる。この方法およびシステムは、ハードウェアもしくはソフトウェア、またはハードウェアおよびソフトウェアの組合せにおいて実施可能である。この方法およびシステムは、１つまたは複数のコンピュータプログラムで実現可能であり、ここでは、コンピュータプログラムは、１つまたは複数のプロセッサが実行可能な命令を含むと理解することができる。コンピュータプログラムは、１つまたは複数のプログラミング可能なプロセッサで実行することができ、かつ、プロセッサによって読出し可能な１つもしくは複数の記憶媒体（揮発性および不揮発性メモリならびに／または記憶素子を含む）、１つもしくは複数の入力装置、および／または１つもしくは複数の出力装置に記憶することができる。よって、プロセッサは、１つまたは複数の入力装置にアクセスして入力データを入手することができ、さらに、１つまたは複数の出力装置にアクセスして出力データを通信することができる。入力装置および／または出力装置は、以下のうちの１つまたは複数を含んでいてもよい。すなわち、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、独立ディスクの冗長アレイ（ＲＡＩＤ）、フロッピー（登録商標）ディスク、ＣＤ、ＤＶＤ、磁気ディスク、内部ハードドライブ、外部ハードドライブ、メモリースティック、またはここで説明しているプロセッサがアクセスできるその他の記憶装置であり、ここでは、そのような上記の例は、網羅的なものではなく、かつ、説明するためのものであって、限定するためのものではない。

コンピュータプログラムは、１つまたは複数の高度な手続的またはオブジェクト指向のプログラミング言語を用いて、コンピュータシステムと通信することで実現できる。ただし、これらのプログラムは、望ましい場合は、アセンブリ言語または機械言語で実行してもよい。この言語は、コンパイルまたは解釈が可能である。

よって、ここで説明しているように、プロセッサを、ネットワーク化された環境で、独立して、またはともに、動作可能な１つまたは複数の機器に組み込まれるようにしてもよく、ここでは、ネットワークは、たとえば、ローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）、広域ネットワーク（ＷＡＮ）を含んでいてもよく、ならびに／またはイントラネットおよび／もしくはインターネットおよび／もしくは別のネットワークを含んでいてもよい。ネットワークは、有線でも無線でもそれらの組合せでもよく、さらに、１つまたは複数の通信プロトコルを用いて異なるプロセッサ間の通信を促進するようにしてもよい。プロセッサは、分散処理に合わせて構成してもよく、さらに、一部の実施例では、必要に応じてクライアント−サーバモデルを利用するようにしてもよい。したがって、この方法およびシステムは、複数のプロセッサおよび／またはプロセッサ装置を利用することができ、さらに、プロセッサ命令は、そのような単一または複数のプロセッサ／装置の間で分けるように
してもよい。

プロセッサと一体化した機器またはコンピュータシステムは、たとえば、パーソナルコンピュータ、ワークステーション（たとえば、Ｓｕｎ、ＨＰ）、パーソナルデジタルアシスタント（ＰＤＡ）、携帯電話などのハンドヘルド機器、ラップトップ、ハンドヘルド、またはここで説明しているように動作可能なプロセッサと一体化することのできる別の機器を含んでいてもよい。したがって、ここで記載した機器は、網羅的なものではなく、かつ、説明するために示したものであって、限定するためのものではない。

「マイクロプロセッサ（a microprocessor）」および「プロセッサ（a processor）」、または「そのマイクロプロセッサ（the microprocessor）」および「そのプロセッサ（the processor）」への言及は、スタンドアロン環境および／または分散環境で通信することができ、よって、その他のプロセッサと有線または無線の通信を介して通信するように構成できる１つまたは複数のマイクロプロセッサを含むと理解することができ、ここでは、そのような１つまたは複数のプロセッサは、同様の機器でも異なる機器でもよい１つまたは複数のプロセッサ制御の機器で動作するように構成できる。よって、そのような「マイクロプロセッサ」または「プロセッサ」という語の使用は、中央処理装置、演算論理装置、特定用途向けの集積回路（ＩＣ）、および／またはタスクエンジンをさらに含むと理解することができ、これらの例は、説明するために示したものであって、限定するために示したものではない。ここでのマイクロプロセッサの命令またはマイクロプロセッサが実行可能な命令への言及は、上記に従って、プログラミング可能なハードウェアを含むと理解することができる。

さらに、メモリへの言及は、特に規定していない限り、１つまたは複数のプロセッサが読出し可能かつアクセス可能なメモリ要素および／または部品を含み得るものであり、それらは、プロセッサ制御の機器の内部にあってもよく、プロセッサ制御の機器の外部にあってもよく、および／または、さまざまな通信プロトコルを用いて有線または無線のネットワークを介してアクセス可能であり、さらに、特に規定していない限り、外部および内部メモリ装置の組合せを含むように構成することができ、ここでは、そのようなメモリは、用途に基づいて連続的であってもよく、および／または分割されていてもよい。したがって、データベースへの言及は、１つまたは複数のメモリの関連付けを含むと理解することができ、ここでは、そのような言及は、市販のデータベース製品（たとえば、SQL、Informix、Oracle）および独占的なデータベースを含んでいてもよく、さらに、リンク、キュー、グラフ、ツリーなどのメモリを対応付けるためのその他の構造を含んでいてもよく、そのような構造は、説明するために示したものであって、限定するためのものではない。

特に明記していない限り、「実質的に（substantially）」という語の使用は、正確な関係、状態、構成、配向、および／またはその他の特徴、ならびにそれらのずれを含むと解釈することができ、そのずれは、当業者であれば、開示された方法およびシステムに大きな影響を及ぼすことはない程度であると理解されるものである。

この開示の全体を通して、名詞を修飾するための冠詞「a」または「an」の使用は、便宜上用いるものであって、特に明記していない限り、修飾された名詞の１つまたは複数を含むと理解することができる。

記載された、および／またはそれ以外で図面を通して描写された、通信し、対応付けられ、および／または基準とされる要素、部品、モジュールおよび／またはその一部は、ここで特に規定していない限り、直接的および／または間接的な態様で、そのように通信し、対応付けられ、およびまたは基準とされるものと理解することができる。

この方法およびシステムを、特定の実施例に関して説明したが、これらはそのように限定されるものではない。上記の教示に照らすと、明白に、数多くの修正および変更を明らかとなり得る。たとえば、ここで説明および図示している、部品の詳細、材料および構成の変更は、当業者によれば可能である。したがって、前掲の特許請求の範囲は、ここに開示されている実施例に限定されるものではなく、特に記載された以外の実施を含むことができ、法の下で許容されるのと同じように広義に解釈されるものである。

液体処理システムの例証的な実施例を示す図である。 既知の場所に対してセンサを位置決めするための一実施例を示す図である。 既知の場所に対してセンサを位置決めするための別の実施例を示す図である。 ２つのセンサからの信号を処理するための１つの信号処理方式を示す図である。 例示的なピペット駆動信号および２つのセンサからの代表的な信号を示すグラフである。 ２つのセンサに基づく整流された信号の例および２つの整流された信号に基づく差信号を示すグラフである。 図６の差信号、図６の整流された信号に基づく和信号、および入力としての差信号と和信号とを有する比較器の出力を示すグラフである。 この方法およびシステムの一実施例を示し、プローブは既知の場所と整合するように位置決めされたブロック図である。 この方法およびシステムの一実施例を示し、プローブ位置は既知の場所に基づいて決定されるブロック図である。

Claims (34)

1. プローブの位置を決定するための方法であって、
   前記プローブに電気信号を分配するステップと、
   前記プローブからの電気信号と電気通信している少なくとも２つのセンサを位置決めするステップと、
   前記プローブと前記少なくとも２つのセンサとの電気通信に基づいて、前記少なくとも２つのセンサで電気信号を生成するステップと、
   該生成された信号に基づいて、前記少なくとも２つのセンサに対するプローブの位置を求めるステップとを含む、方法。
2. 前記位置を求めるステップは、前記生成された信号と前記少なくとも２つのセンサと前記プローブとの間の距離に基づいて位置を決定するステップを含む、請求項１に記載の方法。
3. 前記位置を求めるステップは、前記少なくとも２つのセンサで生成された電気信号の和に基づいて、和信号を生成するステップを含む、請求項１に記載の方法。
4. 前記位置を求めるステップは、
   前記少なくとも２つのセンサを座標系と対応付けるステップと、
   前記座標系の軸のうちの少なくとも１つに沿って位置決めされた前記少なくとも２つのセンサを識別するステップと、
   前記少なくとも２つの識別されたセンサと対応付けられた、生成された電気信号の和に基づいて和信号を生成するステップとを含む、請求項１に記載の方法。
5. 前記座標系は多次元である、請求項４に記載の方法。
6. 前記位置を求めるステップは、前記少なくとも２つのセンサにおける電気信号の差に基づいて、差信号を生成するステップを含む、請求項１に記載の方法。
7. 前記位置を求めるステップは、
   センサを座標系と対応付けるステップと、
   前記座標系における軸のうちの少なくとも１つに沿って位置決めされた前記少なくとも２つのセンサから少なくとも２つのセンサを識別するステップと、
   該識別された少なくとも２つのセンサと対応付けられた、生成された電気信号の和に基づいて和信号を生成するステップと、
   前記識別された少なくとも２つのセンサと対応付けられた、生成された電気信号の差に基づいて差信号を生成するステップと、
   前記和信号と前記差信号とを比較することによって、前記プローブの位置を求めるステップとを含む、請求項１に記載の方法。
8. 前記比較によってプローブの位置を決定するステップは、
   前記和信号を減衰させるステップおよび、
   前記和信号のＤＣオフセットを調整するステップのうちの少なくとも一方を含む、請求項７に記載の方法。
9. 前記比較によってプローブの位置を求めるステップは、前記識別された少なくとも２つのセンサのうち、前記プローブが最も近い方を示す、少なくとも１つの出力を与えるステップを含む、請求項７に記載の方法。
10. 求められたプローブ位置に基づいて前記プローブの位置を調整するステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
11. 前記少なくとも２つのセンサは容量センサを含む、請求項１に記載の方法。
12. 前記少なくとも２つのセンサはプリント回路基板と電気通信している、請求項１に記載の方法。
13. 前記プローブは、プリント回路基板を含む平面に実質的に直交して移動するように構成されている、請求項１２に記載の方法。
14. 前記プリント回路基板は、前記プローブを受けるための孔を含む、請求項１２に記載の方法。
15. 前記プローブはピペットである、請求項１に記載の方法。
16. 分配の前に、前記少なくとも２つのセンサを少なくとも１つの既知の場所位置決めさせるステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
17. 求められた位置を、前記少なくとも２つのセンサと対応付けられた座標系における少なくとも１つの他の場所に推定するステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
18. 求められた位置を、前記プローブと対応付けられた座標系における少なくとも１つの他の場所に推定するステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
19. 前記プローブが前記少なくとも２つのセンサと整合するまで前記分配するステップに繰り返し戻るステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
20. プローブの位置を決定するためのシステムであって、
    前記プローブに電気信号を印加するためのエネルギ源と、
    電気信号と電気通信している少なくとも２つのセンサと、
    前記少なくとも２つのセンサから生成された信号の比較に基づいて決定された前記プローブと前記少なくとも２つのセンサ各々との相対的距離および前記少なくとも２つのセンサ間の距離に基づいて、前記プローブの位置を求めるための少なくとも１つの制御部とを含む、システム。
21. 前記少なくとも１つの制御器は、前記プローブの位置を調整するためのコマンドを与えるための少なくとも１つのプロセッサを含む、請求項２０に記載のシステム。
22. 前記少なくとも２つのセンサからの信号を用いて、差信号および和信号を算出するための信号処理構成をさらに含む、請求項２０に記載のシステム。
23. 前記少なくとも２つのセンサは少なくとも１つの容量センサを含む、請求項２０に記載のシステム。
24. 前記プローブはピペットである、請求項２０に記載のシステム。
25. 前記少なくとも２つのセンサはプリント回路基板と通信している、請求項２０に記載のシステム。
26. 前記プリント回路基板は前記プローブを受けるための開口を含む、請求項２５に記載のシステム。
27. 前記プリント回路基板は、前記少なくとも２つのセンサを整合させるための開口を含む、請求項２５に記載のシステム。
28. 前記プローブが前記少なくとも２つのセンサに向かって移動すると、エネルギ源が作動する、請求項２０に記載のシステム。
29. 前記システムは液体レベル検出システムである、請求項２０に記載のシステム。
30. 方法であって、
    少なくとも２つのセンサを、少なくとも１つの場所に位置決めするステップと、
    前記少なくとも２つのセンサから少なくとも２つを選択するステップと、
    前記プローブを電気的に駆動するステップと、
    該選択されたセンサによって該電気的に駆動されたプローブからの電気信号の電気通信により受信された信号に基づいて、前記プローブが少なくとも１つの既知の場所に位置決めされているかどうかを求めるステップと、
    該求めた結果に基づいてプローブ位置を調整するステップとを含む、方法。
31. 前記プローブが前記選択されたセンサと整合するまで、前記電気的に駆動するステップに繰り返し戻るステップをさらに含む、請求項３０に記載の方法。
32. 前記少なくとも２つのセンサから少なくとも２つを選択するステップに繰り返し戻るステップをさらに含む、請求項３０に記載の方法。
33. 前記求めるステップは、前記選択された少なくとも２つのセンサに対する前記プローブの場所を算出するステップを含む、請求項３０に記載の方法。
34. 前記プローブを電気的に駆動するステップは、前記プローブが前記少なくとも２つのセンサに向かって移動している間に、前記プローブを電気的に駆動するステップを含む、請求項３０に記載の方法。

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