JP5557772B2

JP5557772B2 - 液面検知装置

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Publication number: JP5557772B2
Application number: JP2011037772A
Authority: JP
Inventors: 篤小原
Original assignee: Hitachi High Technologies Corp
Current assignee: Hitachi High Tech Corp
Priority date: 2011-02-24
Filing date: 2011-02-24
Publication date: 2014-07-23
Anticipated expiration: 2031-02-24
Also published as: JP2012173226A

Description

本発明は、液面検知装置に係り、特に、生化学，免疫，遺伝子検査等の技術分野において、血液，尿等の生体などの液状物質をサンプルとして取り扱う液面検知装置に関するものである。

従来からある生化学分析，近年広く使われて来ている免疫分析、または、あらたに市場が拡がって遺伝子分析などの分野で使われる血液自動分析装置の使用現場では、患者より採血した後の血液を遠心分離にかける等の前処理を施す過程に加えて、さらに各該当分析装置まで搬送する過程を自動的に行う装置が使われている。こうした装置は、試験管に入れられた血液サンプルを検体と呼称されることに因んで、一般的に、検体前処理装置と呼ばれている。

しかし、こうした検体前処理装置を使っていても、実際の分析作業の現場では、いまだに一部の作業は、手作業に依存しており、こうした作業が日々繰り返されている。

そうした作業の１つとして、遠心分離後に試験管内にある血清量から可能な分析項目を割り出す作業がある。この作業において、仮に、元々ある血清量よりも多くの血清量を必要とする分析項目を計画してしまうと、この分析項目を実施する過程における最終段階では、試験管内に残った少ない量を吸い出して分注せざるを得なくなり、本来吸ってはいけない血清下の分離剤を吸ってしまい、分注エラーを起こすことがあった。

従来技術による検体前処理装置では、分注エラーを起こしてしまったら、その復旧作業を行わなければならないため、その分だけ装置稼働率を落とす結果を招いていた。

従来からも、こうした事態へ対応する技術としては、物理的に大きな赤外光面光源やラインセンサ等を設けたり、プローブを垂らして液面との静電容量を計測したりして試験管内の液面を検知する手法が提案されている。その一例を特許文献１に示す。

特許第０３７３３０８６号公報

しかしながら、上述した手法のうち、特許文献１に記載の手法では、物理的に大きな赤外光面光源やラインセンサを設けなければならず、設置スペース的にもコスト的にも無駄が多く、使用条件に制限を受けるという問題があった。

また、上述した手法のうち、静電容量による手法では、実際にプローブを試験管内へ差し入れるために栓をいったん開く必要があり、開いた試験管内に汚染物が入り込み、試料が汚染されてしまうという欠点があった。さらには、試験管内へプローブを差し入れた際に、プローブに試料等が付着し、その後に、新たに別の試験管内へプローブを差し入れると、プローブに付着した試料等の付着物により、当該別の試験管内の試料が汚染されたりしてしまうという欠点があった。これらの欠点である試料間での汚染を考慮すれば、使用条件に制限を受けるという問題があった。

本発明は、このような点に鑑みてなされたものであり、使用条件に制限を受けることなく、筒状容器内の液面を正確に検知する装置を提供することを目的とする。

本発明の一態様によれば、液状物質が収納された筒状容器の一部に光を照射する照射部と、該照射部から照射された光が前記筒状容器を透過した透過光を検出する検出部とを有する液面検知装置であって、前記照射部を前記筒状容器の軸心と平行方向に移動させるのに連動して、前記透過光を検出可能な位置に前記検出部を移動させるように、前記照射部と前記検知部との相対位置を制御する制御部を有する液面検知装置が提供される。

本発明に係る液面検知装置によれば、使用条件に制限を受けることなく、試験管内の液面を正確に検知することができる。

本発明の第一の実施形態の構成を示す図である。本発明の第一の実施形態にかかる試験管の画像と、その画像処理結果であるＺ方向位置ｚ１のときのＺ方向プロファイルとの関係を示した説明図である。図２で示した、各Ｚ方向位置ｚ１〜ｚ５夫々の液面検知領域を使った画像処理の途中結果を示した図である。図３におけるｚ１の高さ位置における液面検知領域１１から得られたＺ方向プロファイルの途中結果１２を９０度反時計回りに回転させた図である。図４Ａに示される画像プロファイルに１次微分処理をかけた際に示される図である。図４Ｂに示される画像プロファイルに２次微分処理をかけた際に示される図である。図３におけるｚ２の高さ位置における液面検知領域１１から得られたＺ方向プロファイルの途中結果１２を９０度反時計回りに回転させた図である。図５Ａに示される画像プロファイルに１次微分処理をかけた際に示される図である。図５Ｂに示される画像プロファイルに２次微分処理をかけた際に示される図である。図３におけるｚ３の高さ位置における液面検知領域１１から得られたＺ方向プロファイルの途中結果１２を９０度反時計回りに回転させた図である。図６Ａに示される画像プロファイルに１次微分処理をかけた際に示される図である。図６Ｂに示される画像プロファイルに２次微分処理をかけた際に示される図である。図３におけるｚ４の高さ位置における液面検知領域１１から得られたＺ方向プロファイルの途中結果１２を９０度反時計回りに回転させた図である。図７Ａに示される画像プロファイルに１次微分処理をかけた際に示される図である。図７Ｂに示される画像プロファイルに２次微分処理をかけた際に示される図である。図３におけるｚ５の高さ位置における液面検知領域１１から得られたＺ方向プロファイルの途中結果１２を９０度反時計回りに回転させた図である。図８Ａに示される画像プロファイルに１次微分処理をかけた際に示される図である。図８Ｂに示される画像プロファイルに２次微分処理をかけた際に示される図である。本発明の第一の実施形態にかかるフローを示した説明図である。本発明の第二の実施形態の構成を示す図である。

＜本発明の第一の実施形態＞
以下、本発明の一実施形態を図面に即して説明する。なお、この実施の形態は例示として挙げるものであり、これにより本発明を限定的に解釈するものではない。

まず、本発明の一実施形態に係る液面検知装置について説明する。

図１は、本発明の第一の実施形態に係る液面検知装置の構成図である。図１に示されているように、検体としての液状物質１０１〜１０３が、筒状容器としての試験管１に収納されている。

液状物質１０１〜１０３としては、例えば、患者から採取した血液検体であり、血液検体は、遠心分離等の方法により、下層側の血餅１０１層と、上層側の血清１０３層とに分離されている。試験管１には、さらに、分離剤１０２が収納されており、血餅１０１と血清１０３とは、分離剤１０２層によって隔離されているよう構成されている。

試験管１は、各種樹脂材料や各種ガラス材料などから構成された実質的に透明な上下方向に細長い有底筒状であって、円筒状あるいはテーパ状の容器である。

図１に示されているように、ここでは、試験管１の軸心に対し平行方向をＺ方向、試験管１の軸心に対し垂直方向をＸ方向，Ｙ方向としている。

なお、液状物質１０１〜１０３としては、血液や尿等の生体試料，当該生体試料と試薬とを混合した混合液、これらが反応した反応液等が挙げられる。

試験管１は、図示しない試験管保持部に保持されている。試験管保持部は、図示しない試験管保持台に保持されている。

なお、試験管１が、試験管保持部または／および試験管保持台に保持された状態でなくても、例えば、試験管１単独でも本発明の液面検知装置にて、液面を検知するようにしても良い。

試験管１の側壁外側であって一方側には、光としてのレーザ２０２を試験管１へ照射する光照射手段としてのレーザ照射部２が設けられている。レーザ照射部２は、光源として、検体の液面を検知するために、試験管１の側壁に向けてレーザ２０２を照射するように構成されている。なお、レーザ照射部２は、特にレーザ発振装置として構成しても良い。

レーザ照射部２は、レーザ照射部２を試験管１の軸心と平行方向へ移動させる駆動手段としての駆動部２０１により保持されている。

駆動部２０１は、レーザ照射部２を昇降させるように構成されている。すなわち、図１に示されているように、駆動部２０１は、レーザ照射部２をＺ方向に移動させるように構成されている。駆動部２０１は、ボールねじやギア，タイミングベルト等をモータ等により駆動されるように構成されている。駆動部２０１は、試験管１の軸心に対し平行方向に置かれたガイドに沿って移動するよう構成されている。

試験管１の側壁外側であって他方側には、撮像部としてのカメラ３が設けられている。
カメラ３は、試験管１を挟んでレーザ照射部２と対向する位置に配置されるように構成されている。カメラ３は、検体の液面検知のために、レーザ照射部２から照射されたレーザ２０２が試験管１を透過した透過光としての光学像を少なくとも含む、試験管１側壁を撮像（以下、撮影ともいう。）する撮像手段として構成されている。

カメラ３には、レーザ照射部２から照射されたレーザ２０２が試験管１を透過した光学像を少なくとも含む、試験管１側壁を一旦結像するための結像部、結像手段としてのレンズ３０１が設けられている。さらに、カメラ３には、レンズ３０１で結像した像を結ぶ位置に複数の結像検出器が格子状に並んで構成された撮像媒体３０２が設けられている。

カメラ３は、カメラ３を試験管１の軸心と平行方向へ移動させる駆動手段としてのカメラ駆動部４により保持されている。

カメラ駆動部４は、カメラ３を昇降させるように構成されている。すなわち、図１に示されているように、カメラ駆動部４は、カメラ３をＺ方向に移動させるように構成されている。カメラ駆動部４は、ボールねじやギア，タイミングベルト等をモータ等により駆動されるように構成されている。カメラ駆動部４は、試験管１の軸心に対し平行方向に置かれたガイドに沿って移動するよう構成されている。

カメラ駆動部４は、後述する制御部７による制御により、カメラ３をレーザ照射部２のＺ方向への移動にともなって試験管１の撮像視野を必要に応じて移動させるためにカメラ３をＺ方向へ移動させるように構成されている。

カメラ３は、カメラ３が撮像する映像（画像ともいう。）を表示するための表示部としてのモニター５に電気的に接続されている。

モニター５は、例えばＣＲＴ（Cathode-Ray Tube），液晶ディスプレイなどで構成されており、操作画面，データ入力画面，カメラ３が次々に映し出す映像や撮像した映像、若しくは、後述する画像処理装置６にて処理された画像をモニターする表示手段として構成されている。

カメラ３は、カメラ３が次々に映し出す映像を画像処理にかけて液面検知結果を出力する画像処理手段としての画像処理装置６に電気的に接続されている。

画像処理装置６は、カメラ３からの映像を画像処理して液面検知結果を出力するよう構成されている。

具体的には、画像処理装置６は、カメラ３の撮像媒体３０２から得られる試験管１内の液体像から異なる液体同士の境界面または液体と気体との境界面を抽出可能なように構成される。

画像処理装置６には、像切り出し手段としての像切り出し部６０１と、演算処理手段としての演算処理部６０２と、相対位置算出手段としての相対位置算出部６０３と、境界面算出手段としての境界面算出手段６０４と、が設けられている。

検出部若しくは検出手段としての像切り出し部６０１は、カメラ３の撮像媒体３０２によって得られた像の一部を切り出すように構成されている。像切り出し部６０１は、液面を、画像処理しやすくするため、若しくは、より正確に検知しやすくするために画像処理上、必要とされる領域を特定し、切り出すように構成されている。

具体的には、像切り出し部６０１は、撮像媒体３０２によって得られた像の一部として透過光の存在する領域を液面検知領域として切り出すように構成されている。

演算処理部６０２は、画像を構成する各画素が取得する光量を試験管１の軸心に対し垂直方向に加算し、得られる輝度曲線に演算処理を施すように構成されている。

具体的には、演算処理部６０２は、画像を構成する各画素が取得する光量を試験管１の軸心に対し垂直方向に加算し、得られる輝度曲線に一次微分演算処理および二次微分演算処理を施すように構成されている。好適には、演算処理部６０２は、画像として、像切り出し部６０１が切り出した液面検知領域を構成する各画素が取得する光量を試験管１の軸心に対し垂直方向に加算し、得られる輝度曲線に一次微分演算処理および二次微分演算処理を施すように構成されていると良い。

相対位置算出部６０３は、演算処理部６０２が演算処理した結果等に基づき、Ｚ方向のレーザ照射部２，カメラ３との相対位置を算出するように構成されている。なお、相対位置算出部６０３は、演算処理部６０２が演算処理した結果等に基づき、Ｚ方向のレーザ照射部２，カメラ３との相対位置と、レーザ照射部２と像切り出し部６０１が切り出した液面検知領域との相対位置とを算出するように構成されていても良い。

境界面算出部６０４は、演算処理部６０２が演算処理した際に、異なる液体同士の境界面または液体と気体との境界面を検出したときに、その画像中での境界面位置を求め、さらに、この境界面位置と相対位置算出部６０３が算出したカメラ３の移動量とに基づき、試験管１内での異なる液体同士の境界面または液体と気体との境界面のＺ方向での位置を算出するように構成されている。なお、境界面算出部６０４は、演算処理部６０２が演算処理した際に、異なる液体同士の境界面または液体と気体との境界面を検出したときに、その画像中での境界面位置を求め、さらに、この境界面位置と相対位置算出部６０３が算出したカメラ３の移動量、レーザ照射部２と像切り出し部６０１が切り出した液面検知領域との相対位置とに基づき、試験管１内での異なる液体同士の境界面または液体と気体との境界面のＺ方向での位置を算出するように構成されていても良い。

画像処理装置６は、画像処理した液面検知結果を出力し表示させるようにモニター５に電気的に接続されている。

駆動部２０１，カメラ駆動部４，モニター５，画像処理装置６は、少なくとも駆動部２０１，カメラ駆動部４，画像処理装置６を制御する制御部７に電気的に接続されている。

制御部７は、レーザ照射部２を試験管１の軸心と平行方向に移動させるのに連動して、試験管１を透過した透過光を検出可能な位置に像切り出し部６０１若しくは／及びカメラ３を移動させるように、レーザ照射部２とカメラ３とのＺ方向の相対位置を制御するように構成されている。

制御部７には、記憶手段としての記憶部７０１が設けられている。

記憶部７０１は、レーザ照射部２と像切り出し部６０１若しくは／及びカメラ３の相対的な位置関係が、各液層を構成する既知の液状物質の各境界面を挟んでの組合せに関連付けされて記憶される等の、レーザ照射部２とカメラ３とのＺ方向の相対位置情報や、液面検知装置の各部に対応する各種アプリケーションプログラム、後述するフローチャートを実行するためのプログラム等の各種プログラムおよび各種データが予め記憶されているとともに、各プログラムで処理されたデータおよび制御部７に接続された各部からの入力データ等が記憶されるように構成されている。

次に、本発明の第一の実施形態に係る液面検知装置において、画像処理装置６へ入力される試験管１の画像と、画像処理装置６による画像処理結果であるＺ方向プロファイルとの関係を図２に示す。

８は、画像処理装置６に入力される試験管１の側壁を写した画像を、９は画像８に写りこんでいるレーザ照射部２の照射スポットを、１０は画像８に写りこんでいる試験管１の像を、１１は画像８上にレーザ照射部２の移動に合わせて移動させる像切り出し部６０１が切り出す液面検知領域を示している。

これらの画像８は、紙面横方向左から右に順番にレーザ照射部２のＺ方向高さがｚ１，ｚ２，ｚ３・・・とｚ１〜ｚ５まで順々に変わるに従って液面検知領域１１の画像８上の位置をＺ方向へｚｃの高さ位置からΔＺ分ずつ移動させることを示している。なお、ここで言うｚｃとは、カメラ３におけるレンズ３０１の中心位置の高さ位置であるが、適宜、変更が可能であり、例えば、レンズ３０１の下端位置の高さ位置をｚｃとして定義しても良い。

図３に、図２で示した、画像８の中の液面検知領域１１を使った画像処理装置６による画像処理の途中結果１２を液面検知に使用するためのＺ方向プロファイルを各Ｚ方向位置ｚ１〜ｚ５夫々に対して夫々、示している。なお、この途中結果１２は、画像処置装置６の演算処理部６０２が、画像を構成する各画素が取得する光量を試験管１の軸心に対し垂直方向に加算し得られた輝度曲線として示されている。ここで、異なる液体同士の境界面または液体と気体との境界面に照射スポット９がかかる場合には、光の屈折具合等が液体同士、液体と気体とで異なることとなるため、輝度が急激に変化する箇所が、境界面だと判定することができることとなる。

次に、図４〜図８に、図３で示したｚ１〜ｚ５の高さ位置夫々における液面検知領域１１から得られたＺ方向プロファイルの途中結果１２からの一連の画像処理装置６の演算処理部６０２における画像処理の流れを各Ｚ方向位置に関連させて示している。

図４Ａは、図３におけるｚ１の高さ位置における液面検知領域１１から得られたＺ方向プロファイルの途中結果１２を９０度反時計回りに回転させた図である。

Ｚ方向ｚ１では、画像処理装置６で得られるＺ方向プロファイルの途中結果１２は図４Ａに示されるような形となる。なお、図４Ａでは、縦軸を輝度（Ｆｂ（ｚ））、横軸をＺ方向の高さ位置で示している。

このように、取得画像中に液面が存在すると同図に示すようなＺ字形または逆Ｚ字形のグラフをもつ画像プロファイルとなる。すなわち、この画像プロファイルが示すグラフの形態がＺ字形または逆Ｚ字形になることで、液面検知領域１１内に液面が存在することを把握することができる。

次に、図４Ａに示される画像プロファイルに１次微分処理をかけると図４Ｂに示されるような、液面位置に凸型のピークを持つグラフをもつ画像プロファイルとなる。なお、図４Ｂでは、縦軸を、輝度を一次微分処理した際の値（Ｆｂ′）、横軸をＺ方向の高さ位置で示している。

次に、図４Ｂに示される画像プロファイルに２次微分処理をかけると図４Ｃに示されるような、丁度、液面位置で（Ｆｂ″）＝０をクロスするグラフを得て、この０となる位置が元画像プロファイルでの変曲点として検知される。

なお、図４Ｃでは、縦軸を、輝度を一次微分処理した際の値をさらに二次微分処理した際の値（Ｆｂ″）、横軸をＺ方向の高さ位置で示している。

この検知された変曲点が画像プロファイル上での液面位置となる。同図では、その液面位置をレーザ照射位置であるｚ１からのオフセットＺ_oｆｆｓｅｔ１として示している。
最終的に、このｚ１＋Ｚ_oｆｆｓｅｔ１が、Ｚ方向での液面位置として検知される。

すなわち、一次微分処理した後、その二次微分処理することで、液面検知領域１１内の液面位置を検知することができる。

図５Ａは、図３におけるｚ２の高さ位置における液面検知領域１１から得られたＺ方向プロファイルの途中結果１２を９０度反時計回りに回転させた図である。

Ｚ方向ｚ２では、画像処理装置６で得られるＺ方向プロファイルの途中結果１２は図５Ａに示されるような形となる。なお、図５Ａでは、縦軸を輝度（Ｆｂ（ｚ））、横軸をＺ方向の高さ位置で示している。

このように、取得画像中に液面が存在しないと同図に示すような上に凸形のグラフをもつ画像プロファイルとなる。すなわち、この画像プロファイルが示すグラフの形態が上に凸形になることで、液面検知領域１１内に液面が存在しないことを把握することができる。

次に、図５Ａに示される画像プロファイルに１次微分処理をかけると図５Ｂに示されるような、凸型のピークが持たないグラフをもつ画像プロファイルとなる。なお、図５Ｂでは、縦軸を、輝度を一次微分処理した際の値（Ｆｂ′）、横軸をＺ方向の高さ位置で示している。

次に、図５Ｂに示される画像プロファイルに２次微分処理をかけると図５Ｃに示されるような、グラフが（Ｆｂ″）＝０をクロスする変曲点を得ることができない。なお、図５Ｃでは、縦軸を、輝度を一次微分処理した際の値をさらに二次微分処理した際の値（Ｆｂ″）、横軸をＺ方向の高さ位置で示している。

すなわち、図５Ａに示される画像プロファイルに１次微分および２次微分をかけてもグラフが（Ｆｂ″）＝０をクロスする変曲点を得ることはできず、このような場合、取得画像中に液面が存在しないと検知することが可能となる。

図６Ａは、図３におけるｚ３の高さ位置における液面検知領域１１から得られたＺ方向プロファイルの途中結果１２を９０度反時計回りに回転させた図である。

Ｚ方向ｚ３では、画像処理装置６で得られるＺ方向プロファイルの途中結果１２は図６Ａに示されるような形となる。なお、図６Ａでは、縦軸を輝度（Ｆｂ（ｚ））、横軸をＺ方向の高さ位置で示している。

次に、図６Ａに示される画像プロファイルに１次微分処理をかけると図６Ｂに示されるような、凸型のピークが持たないグラフをもつ画像プロファイルとなる。なお、図６Ｂでは、縦軸を、輝度を一次微分処理した際の値（Ｆｂ′）、横軸をＺ方向の高さ位置で示している。

次に、図６Ｂに示される画像プロファイルに２次微分処理をかけると図６Ｃに示されるような、グラフが（Ｆｂ″）＝０をクロスする変曲点を得ることができない。なお、図６Ｃでは、縦軸を、輝度を一次微分処理した際の値をさらに二次微分処理した際の値（Ｆｂ″）、横軸をＺ方向の高さ位置で示している。

すなわち、図６Ａに示される画像プロファイルに１次微分および２次微分をかけてもグラフが０をクロスする変曲点を得ることはできず、このような場合、取得画像中に液面が存在しないと検知することが可能となる。

図７Ａは、図３におけるｚ４の高さ位置における液面検知領域１１から得られたＺ方向プロファイルの途中結果１２を９０度反時計回りに回転させた図である。

Ｚ方向ｚ４では、画像処理装置６で得られるＺ方向プロファイルの途中結果１２は図７Ａに示されるような形となる。なお、図７Ａでは、縦軸を輝度（Ｆｂ（ｚ））、横軸をＺ方向の高さ位置で示している。

次に、図７Ａに示される画像プロファイルに１次微分処理をかけると図７Ｂに示されるような、凸型のピークが持たないグラフをもつ画像プロファイルとなる。なお、図７Ｂでは、縦軸を、輝度を一次微分処理した際の値（Ｆｂ′）、横軸をＺ方向の高さ位置で示している。

次に、図７Ｂに示される画像プロファイルに２次微分処理をかけると図７Ｃに示されるような、グラフが（Ｆｂ″）＝０をクロスする変曲点を得ることができない。なお、図７Ｃでは、縦軸を、輝度を一次微分処理した際の値をさらに二次微分処理した際の値（Ｆｂ″）、横軸をＺ方向の高さ位置で示している。

すなわち、図７Ａに示される画像プロファイルに１次微分および２次微分をかけてもグラフが０をクロスする変曲点を得ることはできず、このような場合、取得画像中に液面が存在しないと検知することが可能となる。

図８Ａは、図３におけるｚ５の高さ位置における液面検知領域１１から得られたＺ方向プロファイルの途中結果１２を９０度反時計回りに回転させた図である。

Ｚ方向ｚ５では、画像処理装置６で得られるＺ方向プロファイルの途中結果１２は図８Ａに示されるような形となる。なお、図８Ａでは、縦軸を輝度（Ｆｂ（ｚ））、横軸をＺ方向の高さ位置で示している。

このように、取得画像中に液面が存在すると同図に示すような逆Ｚ字形またはＺ字形のグラフをもつ画像プロファイルとなる。すなわち、この画像プロファイルが示すグラフの形態がＺ字形または逆Ｚ字形になることで、液面検知領域１１内に液面が存在することを把握することができる。

次に、図８Ａに示される画像プロファイルに１次微分処理をかけると図８Ｂに示されるような、液面位置に凸型のピークを持つグラフをもつ画像プロファイルとなる。なお、図８Ｂでは、縦軸を、輝度を一次微分処理した際の値（Ｆｂ′）、横軸をＺ方向の高さ位置で示している。

次に、図８Ｂに示される画像プロファイルに２次微分処理をかけると図８Ｃに示されるような、丁度、液面位置で（Ｆｂ″）＝０をクロスするグラフを得て、この０となる位置が元画像プロファイルでの変曲点として検知される。

なお、図８Ｃでは、縦軸を、輝度を一次微分処理した際の値をさらに二次微分処理した際の値（Ｆｂ″）、横軸をＺ方向の高さ位置で示している。

この検知された変曲点が画像プロファイル上での液面位置となる。同図では、その液面位置をレーザ照射位置であるｚ１からのオフセットＺ_oｆｆｓｅｔ５として示している。
最終的に、このｚ１＋Ｚ_oｆｆｓｅｔ５が、Ｚ方向での液面位置として検知される。

次に本発明の第一の実施形態に係る液面検知装置を使用して、試験管１内の液面を検知する方法について、図９を参照しながら説明する。図９は、本発明の実施形態に係る液面検知工程のフロー図である。ここで、これらのフロー図における各機能を実現するためのプログラムは、コンピュータに読み取り可能なプログラムの形態で記憶部７０１に格納されており、制御部７はこのプログラムにしたがった動作を逐次実行する。

まず、前提として、記憶部７０１に記憶されたレーザ照射部２と像切り出し部６０１若しくは／及びカメラ３とのＺ方向の相対位置情報に基づき、駆動部２０１とカメラ駆動部４とによりレーザ照射部２のＺ方向の高さ位置と、カメラ駆動部４のＺ方向の高さ位置と最適位置となるように制御される。ここでは、カメラ３におけるレンズ３０１の中心位置のＺ方向の高さ位置をｚｃとする。なお、予め、記憶部７０１等に、カメラ３のＺ方向における移動可能最大値，カメラが撮像する画像の上端値、Ｚ字形または逆Ｚ字形のグラフをもつ画像プロファイルの情報等は記憶されている。また、制御部７は、レーザ照射部２を試験管１の軸心と平行方向に移動させるのに連動して、レーザ２０２を検出可能な位置に像切り出し部６０１が、液面検知領域１１の切り出す位置，形，大きさを記憶部７０１に記憶された情報に従って制御する。

次に、駆動部２０１により、レーザ照射部２を、Ｚ方向へｚｃの高さ位置からΔｚ分の距離だけ上昇させる（Ｓ５０１）。

次にレーザ照射部２からレーザ２０２を試験管１の側壁へ向けて水平方向へ照射し、試験管１および試験管１内の液状物質１０１〜１０３を透過した透過光によりカメラ３が撮像する（Ｓ５０２）。

画像処理装置６の像切り出し部６０１が切り出す、液面検知領域（画像処理領域ともいう。）１１をＺ方向にΔｚ分だけ移動する（Ｓ５０３）。

次に演算処理部６０２が、液面検知領域１１内の画像を構成する各画素が取得する光量を試験管１の軸心に対し垂直方向に加算し、液面検知領域１１内に極値（Ｚ字形または逆Ｚ字形のグラフをもつ画像プロファイル）が有るか否かを探索する（Ｓ５０４）。

次に、演算処理部６０２が処理した結果、極値（Ｚ字形または逆Ｚ字形のグラフをもつ画像プロファイル）が有ったか否かを記憶部７０１に記憶された情報に基づき、判定する（Ｓ５０５）。

その結果、極値が無いのであれば、（Ｓ５０１）へ戻り、極値の有る液面検知領域１１が得られるまで上述した（Ｓ５０１）〜（Ｓ５０５）を繰り返す。

一方、その結果、極値が有るのであれば、演算処理部６０２が、（Ｓ５０４）で演算した結果を用いて、得られる輝度曲線に一次微分演算処理および二次微分演算処理を施し、境界面算出部６０４が、画像上の極値位置(Ｚ_oｆｆｓｅｔ位置)を算出する（Ｓ５０６）。

次に境界面算出部６０４が、画像上の極値位置(Ｚ_oｆｆｓｅｔ位置)と、ｚｃとで、液境界面位置ｆ（ｚｃ，ｚ＋Ｚ_oｆｆｓｅｔ)を算出する（Ｓ５０７）。

ここで、ｆは任意関数が用いられる。

カメラ３が撮像する画像の上端位置に比べ液面検知領域１１の上端位置が同等若しくは低いのであれば（Ｚ≧画像上端位置）、（Ｓ５０１）へ戻る（Ｓ５０８）。

一方、カメラ３が撮像する画像の上端位置よりも液面検知領域１１の上端位置が高いのであれば（Ｚ＜画像上端位置）、（Ｓ５０９）へ進む（Ｓ５０８）。

なお、（Ｓ５０８）は、（Ｓ５０７）の次の工程とせずに（Ｓ５０５）と（Ｓ５０６）との間、すなわち（Ｓ５０５）の次の工程としても良い。この場合、画像の上端位置よりも液面検知領域１１の上端位置が高い場合に、わざわざ（Ｓ５０６）の工程をせずに済む。

相対位置算出部６０３は、演算処理部６０２が演算処理した結果等に基づき、Ｚ方向の相対位置を算出し、カメラ３をΔｓｔｅｐ分だけ上昇させる（Ｓ５０９）。

次に、カメラ３の移動度合い（ｚｃ＋Δｓｔｅｐ）がカメラ３移動可能最大値よりも小さいのであれば、（Ｓ５０１）へ戻る（Ｓ５１０）。

一方、カメラ３の移動度合い（ｚｃ＋Δｓｔｅｐ）がカメラ３移動可能最大値と同等若しくはそれよりも大きいのであれば、終了する（Ｓ５１０）。

なお、（Ｓ５１０）は、（Ｓ５０９）の次の工程とせずに（Ｓ５０８）と（Ｓ５０９）との間、すなわち（Ｓ５０８）の次の工程としても良い。この場合、カメラ３移動可能最大値よりもカメラ３の移動度合い（ｚｃ＋Δｓｔｅｐ）が大きい場合に、わざわざ（Ｓ５０９）の工程をせずに済む。

この一連の処理を、試験管全長分について実施することで、試験管内に存在する液面がどの位置にあっても、それを検知することが可能となる。

＜第二の実施形態＞
以下に、本発明の第二の実施形態について図１０を参照しながら説明する。

図１０に示されている通り、上述した本発明の第一の実施形態と構成としては、ほぼ同様であり、異なる点としては、試験管１の側壁であってレーザ照射部分にバーコードラベル紙１１０が貼り付けられている点と、レーザ照射部からのレーザ光の波長域が異なる点と、レーザ光の波長域に選択的な感度を持つカメラが備えられている点であり、その他は同様である。

実際の血液サンプルを入れた容器である試験管１には、多くの場合に、その側面に個別試料を区別するためのバーコードラベル紙１１０が貼り付けられている。このバーコードラベル紙１１０は、試験管１のほぼ側面全周が覆われてしまっていることが多い。この場合、上述した特許文献１にも記載のある手法として、光の透過率を計測することによって液面を検知する方法では、バーコードラベルを構成する紙による光の吸収と散乱の影響を受けて、不鮮明な信号となるため、この信号を正確に検知しにくくなるという欠点があった。すなわち、この欠点を考慮すれば、使用条件に制限を受けるという問題があった。

また、その他の手法として、単にカメラで撮像し検知する手法があるがこの手法では、試験管１の側壁から検知する場合には、バーコードラベル紙１１０が貼付けられている隙間がなければ検知できず、また、隙間があったとしても、その隙間を探す必要が生じたり、また、検知する領域が狭くなってしまったりするという欠点があった。すなわち、この欠点を考慮すれば、使用条件に制限を受けるという問題があった。

このように試験管１の側壁であってレーザ照射部分にバーコードラベル紙１１０が貼り付けられている場合には、７００ｎｍ以上９００ｎｍ以下の近赤外線領域の波長を持つレーザ２０２２をレーザ照射部２２０１から照射する。カメラ３１１は、検体の液面検知のために、レーザ照射部２０２１から照射されたレーザ２０２２が試験管１を透過した透過光としての光学像を撮像（以下、撮影ともいう。）するよう、７００ｎｍ以上９００ｎｍ以下の近赤外線領域の波長をもつレーザ２０２２の波長域に選択的な感度を持つ検出手段若しくは撮像手段として構成されている。

７００ｎｍ以上９００ｎｍ以下の近赤外線領域の波長をもつレーザ２０２２は、試験管１および検体のみならず、バーコードラベル紙１１０をも透過することができるため、レーザ２０２２の照射位置が、バーコードラベル紙１１０の配置に依存される等、使用条件に制限を受けることなく、試験管１内の検体の液面を検知する感度と確度を上げることができる。特に、レーザバーコードラベル紙１１０が側壁全面に貼られているときには有効となる。本実施形態では、バーコードラベル紙１１０を側面全面に貼られた状態の試験管１内で、可視光では不可視の液面の検知を、ノイズに影響を受けることなく実現することができる。

＜本発明の他の実施形態＞
以上、本発明の実施形態を具体的に説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。

例えば、上述した実施形態では、レーザ照射部２や液面検知領域１１をＺ方向にΔｚ分の距離だけ上昇させるように説明したが、下降させるように構成しても良い。

また、上述した実施形態では、制御部と画像処理装置とモニターとを個別に設けるように説明したが、制御部と画像処理装置とが一体として構成されても良いし、その他２つ以上若しくは全部が一体として構成されても良い。

また、上述した実施形態では、モニターを設けるように説明したが、液面検知具合の確認をしなくても良いのであれば、設けなくても良い。

また、上述した実施形態では、画像処理装置６に、像切り出し手段としての像切り出し部６０１と、演算処理手段としての演算処理部６０２と、相対位置算出手段としての相対位置算出部６０３と、境界面算出手段としての境界面算出手段６０４と、が設けられているように説明したが、これらの一つ以上が一体として構成されても良いし、これらの一つ以上が制御部に設けられるように構成されても良い。また、記憶部７０１が、画像処理装置６に設けられるように構成されても良い。

１試験管
２レーザ照射部
３撮像装置（カメラ）
４カメラ駆動部
５モニター
６画像処理装置
７制御部
８画像
９照射スポット
１０画像８に写りこんでいる試験管１の像
１１液面検知領域
１２Ｚ方向プロファイルの途中結果

Claims

遠心分離処理により分離した血液が収納された筒状容器の一部に光を照射する照射部と、
該照射部から照射された光が前記筒状容器を透過した透過光を画像により検出する撮像部とを有する液面検知装置であって、
前記照射部を前記筒状容器の軸心と平行方向に移動させる第一の駆動部と、
前記撮像部を前記筒状容器の軸心と並行方向に移動させる第二の駆動部と、
前記撮像部により撮像された一つの画像に対し、複数の領域ごとに各画素にて取得された光量を前記筒状容器の軸心方向とは垂直方向に加算処理したことにより輝度曲線を得る演算処理部と、
前記演算処理部により得られた各領域の透過光量の変化率から液界面または気液界面の有無を算出する境界面算出部と、
前記画像の上端または下端まで前記領域に対する演算処理が終了したか否かを判定する判定部と、
前記判定部により前記画像に対する処理が終了したと判定した場合に、前記第一の駆動部と前記第二の駆動部が前記照射部と前記撮像部との相対位置を保つように連動して駆動するよう制御する制御部と、を有する液面検知装置。
前記照射部を前記筒状容器の軸心と平行方向に移動させるのに連動して、前記透過光を検出可能な位置に前記撮像部を移動させるように、前記照射部と前記撮像部との相対位置情報を記憶する記憶部を有し、
前記制御部は、前記相対位置記憶部に記憶された前記相対位置情報を基に前記第一の駆動部および前記第二の駆動部とを制御する請求項１の液面検知装置。
請求項１の液面検知装置において、
前記境界面算出部は、
前記求めた境界面位置と、前記撮像部の移動量と、に基づき、前記筒状容器内での前記境界面の前記筒状容器の軸心と平行方向の位置を求める液面検知装置。
請求項１の液面検知装置において、
前記照射部からの光の波長は、７００ｎｍ以上９００ｎｍ以下の領域である液面検知装置。