JP6305797B2 - Liquid level detector and automatic analyzer - Google Patents
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Description
本発明の実施形態は、液面検知装置及び自動分析装置に関する。 Embodiments described herein relate generally to a liquid level detection device and an automatic analyzer.
自動分析装置は、多検体及び多項目の血清成分を自動的に定量評価するものであり、臨床検査において広く用いられている。自動分析装置は、血液から分離した血清検体と試薬とを反応管に吐出して攪拌した後に、反応液を光学的に比色測定することにより定量評価を行っている。自動分析装置は、複数の反応管を用いて逐次処理を行うことで多数の検体を評価している。臨床検査では、定量評価の正確性とともに評価時間の短縮、すなわち高速化が求められている。 The automatic analyzer automatically and quantitatively evaluates multiple samples and serum components of multiple items, and is widely used in clinical examinations. The automatic analyzer performs quantitative evaluation by optically colorimetrically measuring a reaction solution after discharging and stirring a serum sample and a reagent separated from blood into a reaction tube. The automatic analyzer evaluates a large number of samples by performing sequential processing using a plurality of reaction tubes. In clinical testing, there is a demand for shortening the evaluation time, that is, speeding up the accuracy of quantitative evaluation.
装置の高速化の阻害要因としては検体の分注工程が挙げられる。検体容器に入れられた検体は、分注プローブで反応管に吐出される。検体を吸引するためには、分注プローブを検体に接触させる必要がある。例えば、分注プローブの先端に設置された接触式の静電センサなどで液面が検知されている。分注プローブは、検体容器の底への衝突や、液面接触時の気泡混入を防止するために低速で移動される。検体の液面を非接触で検知できれば、分注プローブを液面近傍まで高速に近づけることができ、評価時間の短縮が期待できる。 As a factor that hinders the speeding up of the apparatus, there is a sample dispensing step. The sample placed in the sample container is discharged into the reaction tube by the dispensing probe. In order to aspirate the sample, it is necessary to bring the dispensing probe into contact with the sample. For example, the liquid level is detected by a contact-type electrostatic sensor or the like installed at the tip of the dispensing probe. The dispensing probe is moved at a low speed in order to prevent collision with the bottom of the sample container and mixing of bubbles when contacting the liquid surface. If the liquid level of the specimen can be detected in a non-contact manner, the dispensing probe can be brought close to the liquid level at high speed, and the evaluation time can be expected to be shortened.
検体の液面を非接触に検知する方式として超音波液面検知装置が提案されている。超音波液面検知装置は、超音波送波器および超音波受波器を有するセンサプローブを用い、送波器により液面へ超音波を送波し、液面からの反射波を受波器により受波し、これらの送受波に要する時間に基づいてプローブから液面までの距離、すなわち液面の高さ位置を計測する。非接触の液面検知装置としては他にレーザーがあるが、検体の色により検知が困難な場合があるため、超音波方式のほうが好ましい。 An ultrasonic liquid level detection device has been proposed as a method for detecting the liquid level of a specimen in a non-contact manner. The ultrasonic liquid level detection device uses a sensor probe having an ultrasonic wave transmitter and an ultrasonic wave receiver, transmits ultrasonic waves to the liquid surface by the wave transmitter, and receives the reflected wave from the liquid level. And the distance from the probe to the liquid surface, that is, the height position of the liquid surface is measured based on the time required for these transmission and reception waves. There are other lasers as non-contact liquid level detection devices, but the ultrasonic method is preferable because detection may be difficult depending on the color of the specimen.
検体が収容される検体容器は、一般に内径が５ｍｍから２０ｍｍ程度の直径の細長い試験管状容器である。一方、一般的に距離を計測する超音波液面検知装置においては超音波を送受信する超音波振動子は円盤状である。素子面積が大きいほど高感度となるが、超音波は送信位置から遠距離になるほど広がるため、細い試験管内の液面を検知する場合、特許文献１のように試験管の外側からの反射をカットしたり、特許文献２のようにパイプなどの超音波ガイドを設けて超音波を集束する必要がある。また、特許文献３に、容器の上端からの超音波の反射と液面からの超音波の反射とが干渉して正しい検知が困難になる場合が記されている。 The specimen container in which the specimen is accommodated is generally an elongated test tubular container having an inner diameter of about 5 mm to 20 mm. On the other hand, in an ultrasonic liquid level detection device that generally measures distance, an ultrasonic transducer that transmits and receives ultrasonic waves has a disk shape. The larger the element area, the higher the sensitivity. However, the ultrasonic wave spreads away from the transmission position. Therefore, when detecting the liquid level in a thin test tube, the reflection from the outside of the test tube is cut as in Patent Document 1. However, as in Patent Document 2, it is necessary to provide an ultrasonic guide such as a pipe to focus the ultrasonic wave. Patent Document 3 describes a case in which correct reflection is difficult due to interference between the reflection of the ultrasonic wave from the upper end of the container and the reflection of the ultrasonic wave from the liquid surface.
実施形態に係る目的は、超音波を用いて容器内の液面を検知する液面検知装置及び自動分析装置において、液面の検知の精度を向上することにある。 The objective which concerns on embodiment is to improve the precision of the detection of a liquid level in the liquid level detection apparatus and automatic analyzer which detect the liquid level in a container using an ultrasonic wave.
本実施形態に係る液面検知装置は、超音波を送受波する超音波振動子と、前記超音波振動子の超音波を送受波する一主面を囲み、前記一主面と交差する第１方向に延在し、前記超音波振動子側の一端および前記一端部と反対側の他端を有し、中空形状を有するガイドと、前記ガイドの内壁のうちの前記他端側に設けられた吸音体と、を具備し、前記ガイドは、前記ガイドの内側を伝播する超音波を外部に放出するための空隙を有する。 The liquid level detection device according to the present embodiment surrounds an ultrasonic transducer that transmits and receives ultrasonic waves, and one main surface that transmits and receives ultrasonic waves of the ultrasonic transducer, and intersects the one main surface. Extending in the direction, having one end on the ultrasonic transducer side and the other end opposite to the one end, and having a hollow shape, and provided on the other end of the inner wall of the guide A sound absorbing body, and the guide has a gap for emitting an ultrasonic wave propagating inside the guide to the outside .
以下、図面を参照しながら本実施形態に係わる液面検知装置及び自動分析装置を説明する。本実施形態に係る液面検知装置は、容器内の液面を検知するための装置である。本実施形態に係る液面検知装置は、自動分析装置に組み込まれているものとする。しかしながら、本実施形態に係る液面検知装置を組み込む装置は、自動分析装置に限定されず、如何なる装置に組み込まれても良い。また、液面検知装置は、単体の装置として設けられても良い。 Hereinafter, a liquid level detection apparatus and an automatic analyzer according to the present embodiment will be described with reference to the drawings. The liquid level detection device according to the present embodiment is a device for detecting the liquid level in the container. The liquid level detection device according to the present embodiment is incorporated in an automatic analyzer. However, the apparatus incorporating the liquid level detection apparatus according to the present embodiment is not limited to the automatic analyzer, and may be incorporated in any apparatus. Further, the liquid level detection device may be provided as a single device.
図１は、本実施形態に係る自動分析装置の概略的な構造を示す図である。図１に示すように、自動分析装置の筐体には、反応ディスク１１、サンプルディスク１３、第１試薬庫１５、第２試薬庫１７、サンプルアーム１９―１、サンプルプローブ２１―１、第１試薬アーム１９―２、第１試薬プローブ２１―２、第２試薬アーム１９―３、第２試薬プローブ２１―３、撹拌機構２３、測光機構２５、及び洗浄機構２７等が搭載されている。 FIG. 1 is a diagram showing a schematic structure of an automatic analyzer according to the present embodiment. As shown in FIG. 1, a reaction disk 11, a sample disk 13, a first reagent container 15, a second reagent container 17, a sample arm 19-1, a sample probe 21-1, and a first disk are provided in the casing of the automatic analyzer. A reagent arm 19-2, a first reagent probe 21-2, a second reagent arm 19-3, a second reagent probe 21-3, a stirring mechanism 23, a photometric mechanism 25, a cleaning mechanism 27, and the like are mounted.
反応ディスク１１は、環状に配列された複数の反応管３１を保持する。反応ディスク１１は、既定の時間間隔で回転と停止とを交互に繰り返す。反応管３１は、例えば、ガラスにより形成されている。サンプルディスク１３は、反応ディスク１１の近傍に配置されている。サンプルディスク１３は、検体が収容された検体容器３３を保持する。サンプルディスク１３は、分注対象の検体が収容された検体容器３３が検体吸引位置に配置されるように回転する。第１試薬庫１５は、検体の測定項目に選択的に反応する第１試薬が収容された複数の第１試薬ボトル３５を保持する。第１試薬庫１５は、分注対象の第１試薬が収容された第１試薬ボトル３５が第１試薬吸引位置に配置されるように回転する。第２試薬庫１７は、反応ディスク１１の近傍に配置される。第２試薬庫１７は、第１試薬に対応する第２試薬が収容された複数の第２試薬ボトル３７を保持する。第２試薬庫１７は、分注対象の第２試薬が収容された第２試薬ボトル３７が第２試薬吸引位置に配置されるように回転する。 The reaction disk 11 holds a plurality of reaction tubes 31 arranged in an annular shape. The reaction disk 11 repeats rotation and stop alternately at predetermined time intervals. The reaction tube 31 is made of, for example, glass. The sample disk 13 is disposed in the vicinity of the reaction disk 11. The sample disk 13 holds a sample container 33 in which a sample is stored. The sample disk 13 rotates so that the sample container 33 containing the sample to be dispensed is arranged at the sample aspirating position. The first reagent storage 15 holds a plurality of first reagent bottles 35 in which a first reagent that selectively reacts with a measurement item of a specimen is accommodated. The 1st reagent storage 15 rotates so that the 1st reagent bottle 35 in which the 1st reagent of dispensing object was stored may be arranged in the 1st reagent suction position. The second reagent storage 17 is disposed in the vicinity of the reaction disk 11. The second reagent store 17 holds a plurality of second reagent bottles 37 in which a second reagent corresponding to the first reagent is accommodated. The 2nd reagent storage 17 rotates so that the 2nd reagent bottle 37 in which the 2nd reagent of dispensing object was stored may be arranged in the 2nd reagent aspiration position.
反応ディスク１１とサンプルディスク１３との間にはサンプルアーム１９―１が配置される。サンプルアーム１９―１の先端には、サンプルプローブ２１―１が取り付けられている。サンプルアーム１９―１は、サンプルプローブ２１―１を上下動可能に支持している。また、サンプルアーム１９―１は、円弧状の回転軌跡に沿って回転可能にサンプルプローブ２１―１を支持している。サンプルプローブ２１―１の回転軌跡は、サンプルディスク１３上の検体吸引位置や反応ディスク１１上の検体吐出位置を通過する。サンプルプローブ２１―１は、サンプルディスク１３上の検体吸引位置に配置されている検体容器３３から検体をポンプ（図示せず）を利用して吸引し、反応ディスク１１上の検体吐出位置に配置されている反応管３１に検体をポンプ（図示せず）を利用して吐出する。 A sample arm 19-1 is disposed between the reaction disk 11 and the sample disk 13. A sample probe 21-1 is attached to the tip of the sample arm 19-1. The sample arm 19-1 supports the sample probe 21-1 so as to be movable up and down. The sample arm 19-1 supports the sample probe 21-1 so as to be rotatable along an arcuate rotation locus. The rotation trajectory of the sample probe 21-1 passes through the sample suction position on the sample disk 13 and the sample discharge position on the reaction disk 11. The sample probe 21-1 sucks a specimen from a specimen container 33 arranged at the specimen aspirating position on the sample disk 13 using a pump (not shown), and is arranged at the specimen ejection position on the reaction disk 11. The specimen is discharged into the reaction tube 31 using a pump (not shown).
また、サンプルアーム１９−１には液面検知装置２２−１が設けられている。液面検知装置２２−１は、超音波を送受波することにより、検体吸引位置に配置された検体容器３３に収容された検体の液面を検知する。なお、液面検知装置２２−１は、必ずしもサンプルアーム１９−１に設けられている必要はない。液面検知装置２２−１は、サンプルアーム１９−１とは別体に設けられても良い。 The sample arm 19-1 is provided with a liquid level detection device 22-1. The liquid level detection device 22-1 detects the liquid level of the sample stored in the sample container 33 disposed at the sample aspiration position by transmitting and receiving ultrasonic waves. The liquid level detection device 22-1 is not necessarily provided on the sample arm 19-1. The liquid level detection device 22-1 may be provided separately from the sample arm 19-1.
反応ディスク１１の外周近傍には第１試薬アーム１９―２が配置される。第１試薬アーム１９―２の先端には第１試薬プローブ２１―２が取り付けられている。第１試薬アーム１９―２は、第１試薬プローブ２１―２を上下動可能に支持する。また、第１試薬アーム１９―２は、円弧状の回転軌跡に沿って回転可能に第１試薬プローブ２１―２を支持している。第１試薬プローブ２１―２の回転軌跡は、第１試薬庫１５上の第１試薬吸引位置と反応ディスク１１上の第１試薬吐出位置とを通る。第１試薬プローブ２１―２は、第１試薬庫１５上の第１試薬吸引位置に配置されている第１試薬ボトル３５から第１試薬をポンプ（図示せず）を利用して吸引し、反応ディスク１１上の第１試薬吐出位置に配置されている反応管３１に第１試薬をポンプ（図示せず）を利用して吐出する。 A first reagent arm 19-2 is arranged in the vicinity of the outer periphery of the reaction disk 11. A first reagent probe 21-2 is attached to the tip of the first reagent arm 19-2. The first reagent arm 19-2 supports the first reagent probe 21-2 so as to be movable up and down. The first reagent arm 19-2 supports the first reagent probe 21-2 so as to be rotatable along an arcuate rotation locus. The rotation locus of the first reagent probe 21-2 passes through the first reagent suction position on the first reagent storage 15 and the first reagent discharge position on the reaction disk 11. The first reagent probe 21-2 sucks the first reagent from the first reagent bottle 35 arranged at the first reagent suction position on the first reagent storage 15 using a pump (not shown), and reacts. The first reagent is discharged to the reaction tube 31 arranged at the first reagent discharge position on the disk 11 by using a pump (not shown).
また、第１試薬アーム１９−２には液面検知装置２２−２が設けられている。液面検知センサ２２−２は、超音波を送受波することにより、第１試薬吸引位置に配置された第１試薬ボトル３５に収容された第１試薬の液面を検知する。なお、液面検知装置２２−２は、必ずしも第１試薬装置１９−２に設けられている必要はない。液面検知装置２２−２は、第１試薬アーム１９−２とは別体に設けられても良い。 The first reagent arm 19-2 is provided with a liquid level detection device 22-2. The liquid level detection sensor 22-2 detects the liquid level of the first reagent accommodated in the first reagent bottle 35 disposed at the first reagent suction position by transmitting and receiving ultrasonic waves. Note that the liquid level detection device 22-2 is not necessarily provided in the first reagent device 19-2. The liquid level detection device 22-2 may be provided separately from the first reagent arm 19-2.
反応ディスク１１の外周近傍には第２試薬アーム１９―３が配置される。第２試薬アーム１９―３の先端には第２試薬プローブ２１―３が取り付けられている。第２試薬アーム１９―３は、第２試薬プローブ２１―３を上下動可能に支持する。また、第２試薬アーム１９―３は、円弧状の回動軌跡に沿って回転可能に第２試薬プローブ２１―３を支持している。第２試薬プローブ２１―３の回転軌跡は、第２試薬庫１７上の第２試薬吸引位置と反応ディスク１１上の第２試薬吐出位置とを通る。第２試薬プローブ２１―３は、第２試薬庫１７上の第２試薬吸引位置に配置されている第２試薬ボトル３７から第２試薬をポンプ（図示せず）を利用して吸引し、反応ディスク１１上の第２試薬吐出位置に配置されている反応管３１に第２試薬をポンプ（図示せず）を利用して吐出する。 A second reagent arm 19-3 is arranged in the vicinity of the outer periphery of the reaction disk 11. A second reagent probe 21-3 is attached to the tip of the second reagent arm 19-3. The second reagent arm 19-3 supports the second reagent probe 21-3 so as to be movable up and down. The second reagent arm 19-3 supports the second reagent probe 21-3 so as to be rotatable along an arcuate rotation locus. The rotation locus of the second reagent probe 21-3 passes through the second reagent suction position on the second reagent storage 17 and the second reagent discharge position on the reaction disk 11. The second reagent probe 21-3 sucks the second reagent from the second reagent bottle 37 arranged at the second reagent suction position on the second reagent storage 17 using a pump (not shown), and reacts. The second reagent is discharged to the reaction tube 31 arranged at the second reagent discharge position on the disk 11 using a pump (not shown).
また、第２試薬アーム１９−３には液面検知装置２２−３が設けられている。液面検知装置２２−３は、超音波を送受波することにより、第２試薬吸引位置に配置された第２試薬ボトル３７に収容された第１試薬の液面を検知する。なお、液面検知装置２２−３は、必ずしも第２試薬アーム１９−３に設けられている必要はない。液面検知装置２２−３は、第２試薬アーム１９−３とは別体に設けられても良い。 The second reagent arm 19-3 is provided with a liquid level detection device 22-3. The liquid level detection device 22-3 detects the liquid level of the first reagent stored in the second reagent bottle 37 disposed at the second reagent suction position by transmitting and receiving ultrasonic waves. Note that the liquid level detection device 22-3 is not necessarily provided in the second reagent arm 19-3. The liquid level detection device 22-3 may be provided separately from the second reagent arm 19-3.
反応ディスク１１の外周近傍には撹拌機構２３が配置される。撹拌機構２３は撹拌子２３ｓを装備している。撹拌機構２３は、撹拌子２３ｓを上下動可能に支持する。撹拌機構２３は撹拌子２３ｓにより、反応ディスク１１上の撹拌位置に配置された反応管３１内の検体と第１試薬との混合液、または、検体と第１試薬と第２試薬との混合液を攪拌する。以下、これら混合液を反応液と呼ぶことにする。 A stirring mechanism 23 is disposed near the outer periphery of the reaction disk 11. The stirring mechanism 23 is equipped with a stirring bar 23s. The stirring mechanism 23 supports the stirring bar 23s so as to be movable up and down. The stirring mechanism 23 is a mixture of the sample and the first reagent in the reaction tube 31 disposed at the stirring position on the reaction disk 11 or a mixture of the sample, the first reagent, and the second reagent by the stirring bar 23s. Stir. Hereinafter, these mixed solutions are referred to as reaction solutions.
図１に示すように、筐体内部の反応ディスク１１近傍には測光機構２５が設けられている。具体的には、測光機構２５は、光源部２１０と光検出部２２０とを有している。光源部２１０は、反応ディスク１１内の測光位置に向けて光を照射する。光源部２１０にはハロゲンランプや発光ダイオードが用いられる。光検出部２２０は、光源部２１０から照射され反応管３１及び反応液を透過した光を検出する。光検出部２２０は、検出された光の強度に応じた出力値を有する出力信号を生成する。出力信号は吸光度や測定項目の計測値等の計算に用いられる。 As shown in FIG. 1, a photometric mechanism 25 is provided in the vicinity of the reaction disk 11 inside the housing. Specifically, the photometric mechanism 25 includes a light source unit 210 and a light detection unit 220. The light source unit 210 irradiates light toward the photometric position in the reaction disk 11. A halogen lamp or a light emitting diode is used for the light source unit 210. The light detection unit 220 detects light emitted from the light source unit 210 and transmitted through the reaction tube 31 and the reaction solution. The light detection unit 220 generates an output signal having an output value corresponding to the detected light intensity. The output signal is used for calculation of absorbance, measurement values of measurement items, and the like.
反応ディスク１１の外周には洗浄機構２７が設けられている。洗浄機構２７は、洗浄ノズルと乾燥ノズルとを搭載している。洗浄機構２７は、反応ディスク１１の洗浄位置にある反応管３１を洗浄ノズルで洗浄し、乾燥ノズルで乾燥する。 A cleaning mechanism 27 is provided on the outer periphery of the reaction disk 11. The cleaning mechanism 27 is equipped with a cleaning nozzle and a drying nozzle. The cleaning mechanism 27 cleans the reaction tube 31 at the cleaning position of the reaction disk 11 with a cleaning nozzle and dries it with a drying nozzle.
以下、本実施形態に係る自動分析装置に装備された液面検知装置２２−１、２２−２、２２−３について詳細に説明する。本実施形態に係る液面検知装置２２−１、２２−２、２２−３の構成及び動作は略同一である。従って、以下の説明において液面検知装置２２−１、２２−２、２２−３として検体容器３３に収容された検体の液面を検知するための液面検知装置２２−１を例に挙げて説明する。なお、以下の説明において液面検知装置２２−１、２２−２、２２−３を特に区別せず、単に液面検知装置２２と表記する。また、サンプルプローブ２１−１、第１試薬プローブ２１−２、及び第２試薬プローブ２１−３を特に区別せず、分注プローブ２１と表記し、サンプルアーム１９−１、第１試薬アーム１９−２、及び第２試薬アーム１９−３を特に区別せず、分注アーム１９と表記する。 Hereinafter, the liquid level detection devices 22-1, 22-2, and 22-3 equipped in the automatic analyzer according to the present embodiment will be described in detail. The configurations and operations of the liquid level detection devices 22-1, 22-2, and 22-3 according to the present embodiment are substantially the same. Accordingly, in the following description, the liquid level detection device 22-1 for detecting the liquid level of the sample contained in the sample container 33 as the liquid level detection devices 22-1, 22-2, and 22-3 is taken as an example. explain. In the following description, the liquid level detection devices 22-1, 22-2, and 22-3 are not particularly distinguished, and are simply referred to as the liquid level detection device 22. In addition, the sample probe 21-1, the first reagent probe 21-2, and the second reagent probe 21-3 are not particularly distinguished, and are referred to as the dispensing probe 21, and the sample arm 19-1, the first reagent arm 19- 2 and the second reagent arm 19-3 are not particularly distinguished, and are referred to as a dispensing arm 19.
ここで、従来例に係る液面検知装置の問題点について詳細に説明する。図１３は、従来例に係る液面検知装置の液面検知センサを模式的に示す図である。図１３に示すように、従来例に係る液面検知センサは、複数の超音波振動子１００を有している。複数の超音波振動子１００の送受波面１０１を囲うように筒状のガイド３００が設けられる。超音波振動子１００から発生された超音波は、ガイド３００の内側を伝播し、液面検知位置に配置された検体容器２００に向けて照射される。検体容器２００に収容された液面２０２等により反射された超音波は、ガイド３００の内側を伝播し、超音波振動子１００により受波される。 Here, the problem of the liquid level detection device according to the conventional example will be described in detail. FIG. 13 is a diagram schematically illustrating a liquid level detection sensor of a liquid level detection device according to a conventional example. As shown in FIG. 13, the liquid level detection sensor according to the conventional example has a plurality of ultrasonic transducers 100. A cylindrical guide 300 is provided so as to surround the transmission / reception surfaces 101 of the plurality of ultrasonic transducers 100. The ultrasonic wave generated from the ultrasonic transducer 100 propagates inside the guide 300 and is irradiated toward the specimen container 200 disposed at the liquid level detection position. The ultrasonic waves reflected by the liquid surface 202 and the like accommodated in the sample container 200 propagate inside the guide 300 and are received by the ultrasonic transducer 100.
超音波振動子１００から送波された超音波は、中心軸付近では直進するが、超音波振動子１００から離れるにつれて拡散する。しかし、ガイド３００を設けることにより、ガイド３００の無い場合よりも超音波の指向性を高めることができる。従ってガイド３００を設けない場合よりも、ガイド３００を設ける方が、より液面検知センサから離れた液面２０２を精確に検知することができる。さらに検体容器２００もその形態がガイドの役割を果たし、液面より上の検体容器２００の部分が、ガイド３００と同様の超音波集束効果を発揮する。このようにして液面２０２に到達した超音波は、液面２０２で反射し、超音波振動子１００により受波される。 The ultrasonic wave transmitted from the ultrasonic transducer 100 travels straight in the vicinity of the central axis, but diffuses as the distance from the ultrasonic transducer 100 increases. However, by providing the guide 300, the directivity of ultrasonic waves can be improved as compared with the case without the guide 300. Therefore, the liquid level 202 further away from the liquid level detection sensor can be detected more accurately when the guide 300 is provided than when the guide 300 is not provided. Further, the shape of the sample container 200 also serves as a guide, and the portion of the sample container 200 above the liquid level exhibits the same ultrasonic focusing effect as the guide 300. The ultrasonic wave that reaches the liquid level 202 in this manner is reflected by the liquid level 202 and received by the ultrasonic transducer 100.
検体容器２００は概ね細径である。従って、検体の特性と検体容器２００の壁面の表面の状態とにより、図１４に示すように検体容器２００に含まれる検体の液面２０３がメニスカスを形成する、すなわち、凹面形状を有する場合がある。この場合、液面２０３により反射して超音波振動子１００により受波される超音波は、直進波Ｗ１と多重反射波Ｗ２との合成波を形成する。なお、直進波Ｗ１は、超音波振動子１００から直接的にメニスカス形状を有する液面２０３に到達し、液面２０３から直接的に超音波振動子１００に到達した超音波である。また、多重反射波Ｗ２は、液面２０３により反射し、当該液面２０３より上方の検体容器２００の壁面部分とガイド３００の内壁とで繰り返し反射しながら超音波振動子１００に到達する超音波である。直進波Ｗ１と多重反射波Ｗ２との合成波は、超音波振動子１００により受波される。 The sample container 200 has a generally small diameter. Therefore, depending on the characteristics of the specimen and the state of the surface of the wall surface of the specimen container 200, the liquid surface 203 of the specimen contained in the specimen container 200 may form a meniscus as shown in FIG. . In this case, the ultrasonic wave reflected by the liquid surface 203 and received by the ultrasonic transducer 100 forms a combined wave of the straight traveling wave W1 and the multiple reflected wave W2. The straight wave W1 is an ultrasonic wave that reaches the liquid surface 203 having a meniscus shape directly from the ultrasonic transducer 100 and reaches the ultrasonic transducer 100 directly from the liquid surface 203. The multiple reflected waves W2 are reflected by the liquid surface 203, and are ultrasonic waves that reach the ultrasonic transducer 100 while being repeatedly reflected by the wall surface portion of the specimen container 200 and the inner wall of the guide 300 above the liquid surface 203. is there. A combined wave of the straight wave W1 and the multiple reflected wave W2 is received by the ultrasonic transducer 100.
図１５は、従来例に係る液面検知装置に関し、周波数４００ｋＨｚ及び直径１０ｍｍを有する超音波振動子で検体容器の液面を検知したときの受信信号のオシロスコープ画像の一例を示す図である。図１５のオシロスコープ画像の横軸は時間に規定され、縦軸は反射波の受信信号の電圧（受波電圧）に規定される。図１５において、ガイドはステンレスパイプであり、長さは５０ｍｍ、内径は１０ｍｍである。液面までの距離は、時刻Ａから時刻Ｂまでの時間差に音速の１／２を乗じることにより算出可能である。時刻Ａは超音波の送信時刻であり、時刻Ｂは反射波の受信開始時刻である。受信電圧の波形は、液面の周辺からの反射波も反映しており、図１５においては、実際の液面位置よりも近距離の位置にも受波電圧、すなわち、ノイズが確認される。 FIG. 15 is a diagram showing an example of an oscilloscope image of a received signal when a liquid level of a sample container is detected by an ultrasonic transducer having a frequency of 400 kHz and a diameter of 10 mm, with respect to a liquid level detection device according to a conventional example. The horizontal axis of the oscilloscope image in FIG. 15 is defined by time, and the vertical axis is defined by the voltage (received voltage) of the received signal of the reflected wave. In FIG. 15, the guide is a stainless steel pipe, the length is 50 mm, and the inner diameter is 10 mm. The distance to the liquid level can be calculated by multiplying the time difference from time A to time B by 1/2 of the speed of sound. Time A is the transmission time of the ultrasonic wave, and time B is the reception start time of the reflected wave. The waveform of the reception voltage also reflects the reflected wave from the periphery of the liquid surface, and in FIG. 15, the received voltage, that is, noise is confirmed at a position closer to the actual liquid surface position.
また、特許文献３にも記載されているように、液面検知装置によって検体容器内の液面を検知する場合、特定の液面高さからの反射波の受信強度が減少し、反射波の検知が困難となる現象が発生する場合がある。特許文献３においては、検体容器の上端からの反射の影響のためと述べられている。 Further, as described in Patent Document 3, when the liquid level in the sample container is detected by the liquid level detection device, the reception intensity of the reflected wave from a specific liquid level is reduced, and the reflected wave A phenomenon that makes detection difficult may occur. In Patent Document 3, it is described that it is due to the influence of reflection from the upper end of the specimen container.
本願発明者達は、液面検知センサでテストを行い、特許文献３と同様に反射波の受信信号の強度の減少を確認した。この現象を考察することにより、本願発明者達は、特許文献３に示された以外の当該強度の減少の理由を見出した。すなわち、検体が細径を有する検体容器に収容されたことで液面がメニスカス形状を形成し、液面上部の検体容器の内壁とガイドの内壁とにおいて超音波が多重反射する。そのために、液面が特定の高さにある場合、超音波振動子の送受波面において直進波と多重反射波とが弱めあう干渉を起こし、反射波の受信信号の強度が減少する。換言すれば、直進波と多重反射波とが超音波振動子の送受波面において互いに逆位相になる液面の高さの場合、反射波の受信信号の強度が低下してしまう。従って、この高さに液面がある場合、当該液面の検知精度が悪化してしまう。 The inventors of the present application conducted a test with a liquid level detection sensor, and confirmed a decrease in the intensity of the received signal of the reflected wave as in Patent Document 3. By considering this phenomenon, the inventors of the present application have found the reason for the decrease in the strength other than that shown in Patent Document 3. That is, when the specimen is accommodated in a specimen container having a small diameter, the liquid surface forms a meniscus shape, and ultrasonic waves are multiple-reflected on the inner wall of the specimen container and the inner wall of the guide above the liquid surface. For this reason, when the liquid level is at a specific height, interference occurs in which the straight wave and the multiple reflected wave weaken on the wave transmitting / receiving surface of the ultrasonic transducer, and the intensity of the received signal of the reflected wave decreases. In other words, when the straight wave and the multiple reflected wave are at the height of the liquid level that is opposite to each other on the wave transmitting / receiving surface of the ultrasonic transducer, the intensity of the received signal of the reflected wave decreases. Therefore, when there is a liquid level at this height, the detection accuracy of the liquid level is deteriorated.
本実施形態に係る液面検知装置２２は、ガイドの内壁の先端部分に限定して吸音体を設けることにより、直進波と多重反射波との逆位相に起因する反射波の受信強度の劣化し、液面の検知精度を向上することを実現する。 In the liquid level detection device 22 according to the present embodiment, by providing a sound absorber limited to the tip portion of the inner wall of the guide, the reception intensity of the reflected wave is deteriorated due to the reverse phase of the straight wave and the multiple reflected wave. Improve the liquid level detection accuracy.
図２は、本実施形態に係る液面検知装置２２と分注プローブ１９とを概略的に示す模式図である。液面検知装置２２は、液面検知センサ５１を有する。液面検知センサ５１は、例えば、サンプルディスク１３に設定された検体吸引位置Ｐ１に設けられる。すなわち、検体吸引位置Ｐ１は液面検知位置を兼ねるものとする。 FIG. 2 is a schematic diagram schematically showing the liquid level detection device 22 and the dispensing probe 19 according to the present embodiment. The liquid level detection device 22 includes a liquid level detection sensor 51. The liquid level detection sensor 51 is provided, for example, at the specimen suction position P1 set on the sample disk 13. That is, the sample suction position P1 also serves as the liquid level detection position.
図２に示すように、液面検知センサ５１は、基台５３を有している。基台５３には１又は複数の超音波振動子５５が支持されている。本実施形態では基台５３に複数の超音波振動子５５が設けられていることとする。超音波振動子５５は、超音波を送受波する。超音波振動子５５は、送信専用の振動子と受信専用の振動子とを有するタイプでも良いし、送受信用の振動子を有するタイプでも良い。超音波振動子５５としては、電極に挟まれた圧電セラミックを含む圧電振動子でも良いし、半導体基板に形成されたＭＵＴ（Micromachining Ultrasound Transducer：静電容量型トランスデューサ）素子でも良い。超音波振動子５５の表面は超音波の送受波面を形成する。 As shown in FIG. 2, the liquid level detection sensor 51 has a base 53. One or more ultrasonic transducers 55 are supported on the base 53. In the present embodiment, the base 53 is provided with a plurality of ultrasonic transducers 55. The ultrasonic transducer 55 transmits and receives ultrasonic waves. The ultrasonic transducer 55 may be a type having a transducer dedicated to transmission and a transducer dedicated to reception, or may be a type having a transducer for transmission and reception. The ultrasonic vibrator 55 may be a piezoelectric vibrator including a piezoelectric ceramic sandwiched between electrodes, or a MUT (Micromachining Ultrasound Transducer) element formed on a semiconductor substrate. The surface of the ultrasonic transducer 55 forms an ultrasonic wave transmission / reception surface.
基台５３には超音波振動子５５の送受波面を囲うようにガイド５７が取り付けられている。ガイド５７は、超音波振動子５５の送受波面を囲み一方向に延在する。ガイド５７は、中空形状を有している。ガイド５７は、超音波振動子５５から検体容器３３に収容された検体への超音波、又は検体容器３３に収容された検体から超音波振動子５５への超音波の指向性を高めるために設けられる。換言すれば、ガイド５７は、超音波振動子５５からの超音波、又は超音波振動子５５への超音波の伝播経路を空間的に制限するための構造物である。例えば、ガイド５７は筒形状を有している。ガイド５７は、例えば、超音波の反射率の高い金属等により構成される。 A guide 57 is attached to the base 53 so as to surround the transmission / reception surface of the ultrasonic transducer 55. The guide 57 surrounds the transmission / reception surface of the ultrasonic transducer 55 and extends in one direction. The guide 57 has a hollow shape. The guide 57 is provided to increase the directivity of the ultrasonic wave from the ultrasonic transducer 55 to the specimen accommodated in the specimen container 33 or the ultrasonic wave from the specimen contained in the specimen container 33 to the ultrasonic vibrator 55. It is done. In other words, the guide 57 is a structure for spatially limiting the ultrasonic wave from the ultrasonic transducer 55 or the propagation path of the ultrasonic wave to the ultrasonic transducer 55. For example, the guide 57 has a cylindrical shape. The guide 57 is made of, for example, a metal having high ultrasonic reflectance.
ガイド５７の内壁には、吸音部材により形成された吸音体５９が設けられている。吸音体５９は、ガイド５７の内壁のうちの先端部に限定して設けられている。先端部とは、ガイド５７の中心軸に沿って超音波振動子５５とは反対側の部分を指すものとする。換言すれば、先端部とは、ガイド５７の開口側の部分である。吸音体５９の詳細については後述する。 A sound absorbing body 59 formed of a sound absorbing member is provided on the inner wall of the guide 57. The sound absorber 59 is limited to the tip of the inner wall of the guide 57. The tip portion refers to a portion opposite to the ultrasonic transducer 55 along the central axis of the guide 57. In other words, the tip portion is a portion on the opening side of the guide 57. Details of the sound absorber 59 will be described later.
検体吸引位置Ｐ１には、液面検知センサ５１とは別に分注プローブ２１が設けられる。分注プローブ２１は、分注ポンプ６１にパイプ等の流路６３を介して接続されている。分注プローブ２１は、分注ポンプ６１により発生される吸引力により、検体吸引位置Ｐ１に設けられた検体容器３３内の検体を吸引し、分注ポンプ６１により発生される吐出力により、反応ディスク１１に設定された検体吐出位置に配置された反応管３１に検体を吐出する。 In addition to the liquid level detection sensor 51, a dispensing probe 21 is provided at the sample suction position P1. The dispensing probe 21 is connected to the dispensing pump 61 via a flow path 63 such as a pipe. The dispensing probe 21 aspirates the sample in the sample container 33 provided at the sample aspirating position P 1 by the suction force generated by the dispensing pump 61, and the reaction disk by the discharge force generated by the dispensing pump 61. The sample is discharged into the reaction tube 31 arranged at the sample discharge position set to 11.
なお、上記の説明において、検体吸引位置Ｐ１に液面検知装置２２が設けられるとした。しかしながら、本実施形態はこれに限定されない。液面検知装置２２は、検体容器３３内の検体の液面を検知可能であれば、検体吸引位置Ｐ１ではなく如何なる位置に設けられても良い。 In the above description, the liquid level detection device 22 is provided at the sample suction position P1. However, this embodiment is not limited to this. The liquid level detection device 22 may be provided at any position instead of the sample suction position P1 as long as the liquid level of the sample in the sample container 33 can be detected.
図３は、本実施形態に係る自動分析装置の液面検知に係る機能ブロックを示す図である。図３に示すように、本実施形態に係る自動分析装置は、制御部７１を中枢として、液面検知装置２２、分注プローブ２１、分注アーム１９、アーム駆動部７３、ポンプ６１、及びポンプ駆動部７５を有している。液面検知装置２２は、液面検知センサ５１、送信部８１、受信部８３、及び液面高さ計測部８５を有している。 FIG. 3 is a diagram illustrating functional blocks related to liquid level detection of the automatic analyzer according to the present embodiment. As shown in FIG. 3, the automatic analyzer according to the present embodiment has the control unit 71 as a center, the liquid level detection device 22, the dispensing probe 21, the dispensing arm 19, the arm driving unit 73, the pump 61, and the pump A driving unit 75 is included. The liquid level detection device 22 includes a liquid level detection sensor 51, a transmission unit 81, a reception unit 83, and a liquid level height measurement unit 85.
上記の通り、分注プローブ２１は、分注アーム１９に所定の回転軌道に沿って回転可能に支持されている。また、分注プローブ２１は、分注アーム１９を昇降可能に支持されている。分注アーム１９は、アーム駆動部７３に接続されている。アーム駆動部７３は、例えば、分注アーム１９に設けられたモータ等により実現される。アーム駆動部７３は、制御部７１による制御に従って駆動して分注プローブ２１を回転軌道に沿って回転させたり、下降又は上昇させる。 As described above, the dispensing probe 21 is supported by the dispensing arm 19 so as to be rotatable along a predetermined rotation path. The dispensing probe 21 is supported so that the dispensing arm 19 can be moved up and down. The dispensing arm 19 is connected to the arm driving unit 73. The arm drive unit 73 is realized by, for example, a motor or the like provided in the dispensing arm 19. The arm driving unit 73 is driven according to the control by the control unit 71 to rotate the dispensing probe 21 along the rotation trajectory, or to lower or raise it.
また、分注プローブ２１は、流路を介して分注ポンプ６１に接続されている。分注ポンプ６１は、ポンプ駆動部７５に接続されている。ポンプ駆動部７５は、例えば、分注アーム１９に設けられたモータにより接続される。ポンプ駆動部７５は、制御部７１による制御に従って駆動してポンプを作動し、分注プローブ２１に検体を吸引させたり、吐出させたりする。 In addition, the dispensing probe 21 is connected to the dispensing pump 61 through a flow path. The dispensing pump 61 is connected to the pump driving unit 75. The pump drive unit 75 is connected by, for example, a motor provided in the dispensing arm 19. The pump drive unit 75 is driven according to the control by the control unit 71 to operate the pump, and causes the dispensing probe 21 to suck or discharge the sample.
液面検知センサ５１には送信部８１と受信部８３とが接続されている。送信部８１は、制御部７１による制御に従って、液面検知センサ５１に含まれる超音波振動子５５に駆動信号を供給して当該超音波振動子５５から超音波を送波する。発生された超音波は、ガイド５７の内側を伝播して検体容器３３に向けて照射される。検体容器３３内の液面等により反射された超音波は、ガイド５７の内側を伝播して超音波振動子５５に受波される。受信部８３は、制御部７１による制御に従って、超音波振動子５５により受波された超音波の強度に応じた電気信号（受信信号）を発生する。発生された受信信号は、液面高さ計測部８５に供給される。液面高さ計測部８５は、超音波振動子５５により送波されてから超音波振動子５５により受波されるまでの時間と、超音波の伝播速度とに基づいて、超音波振動子５５から検体容器３３に含まれる検体の液面までの距離（以下、液面高さ情報と呼ぶ）を算出する。液面高さ情報は制御部７１に供給される。 A transmitter 81 and a receiver 83 are connected to the liquid level detection sensor 51. The transmission unit 81 supplies a drive signal to the ultrasonic transducer 55 included in the liquid level detection sensor 51 and transmits ultrasonic waves from the ultrasonic transducer 55 in accordance with control by the control unit 71. The generated ultrasonic wave propagates inside the guide 57 and is irradiated toward the specimen container 33. The ultrasonic wave reflected by the liquid surface in the sample container 33 propagates inside the guide 57 and is received by the ultrasonic transducer 55. The receiving unit 83 generates an electrical signal (reception signal) corresponding to the intensity of the ultrasonic wave received by the ultrasonic transducer 55 according to the control by the control unit 71. The generated reception signal is supplied to the liquid level height measuring unit 85. The liquid level height measurement unit 85 uses the ultrasonic transducer 55 based on the time from the transmission by the ultrasonic transducer 55 to the reception by the ultrasonic transducer 55 and the propagation speed of the ultrasonic wave. To the liquid level of the specimen contained in the specimen container 33 (hereinafter referred to as liquid level height information). The liquid level information is supplied to the control unit 71.
制御部７１は、アーム駆動部７３とポンプ駆動部７５とを同期的に制御し、検体吸引位置Ｐ１に分注プローブ２１を配置し、検体吸引位置Ｐ１に配置された検体容器３３に含まれる検体から所定量の検体を吸引する。この際、制御部７１は、液面高さ計測部８５からの液面高さ情報に応じてアーム駆動部７３を制御する。具体的には、制御部７１は、分注プローブ２１の先端の下降距離を液面高さ情報に対して繰り返し比較し、分注プローブ２１の先端の現在の高さに応じて分注プローブ２１の下降速度を制御する。例えば、制御部７１は、分注プローブ２１の先端が液面に到達する直前までは比較的高速で分注プローブ２１を下降させ、分注プローブ２１の先端が液面に到達してから所定の距離までは比較的低速で下降させ、当該所定の距離に到達したことを契機として分注プローブ２１を停止させる。同様に、制御部７１は、アーム駆動部７３とポンプ駆動部７５とを同期的に制御し、検体吐出位置に分注プローブ２１を配置し、検体吐出位置に配置された反応管３１に検体を吐出する。 The control unit 71 controls the arm driving unit 73 and the pump driving unit 75 synchronously, disposes the dispensing probe 21 at the sample aspirating position P1, and includes the sample contained in the sample container 33 disposed at the sample aspirating position P1. A predetermined amount of specimen is aspirated. At this time, the control unit 71 controls the arm driving unit 73 according to the liquid level information from the liquid level measuring unit 85. Specifically, the control unit 71 repeatedly compares the descending distance of the tip of the dispensing probe 21 with respect to the liquid surface height information, and according to the current height of the tip of the dispensing probe 21, the dispensing probe 21. Controls the descent speed. For example, the control unit 71 lowers the dispensing probe 21 at a relatively high speed until immediately before the tip of the dispensing probe 21 reaches the liquid level, and after the tip of the dispensing probe 21 reaches the liquid level, The distance is lowered at a relatively low speed until the distance is reached, and the dispensing probe 21 is stopped when the predetermined distance is reached. Similarly, the control unit 71 controls the arm driving unit 73 and the pump driving unit 75 synchronously, arranges the dispensing probe 21 at the sample discharge position, and places the sample in the reaction tube 31 disposed at the sample discharge position. Discharge.
次に、本実施形態に係る液面検知センサ５１の構造及び効果について詳細に説明する。 Next, the structure and effects of the liquid level detection sensor 51 according to this embodiment will be described in detail.
図４は、本実施形態に係る液面検知センサ５１の縦断面図である。図４に示すように、本実施形態に係る液面検知センサ５１は、ガイド５７を有している。ガイド５７は、機械的に安定性の高い部材、例えば、金属やプラスチックにより形成される。検体容器３３内の液面の高さに依らずに液面を検知可能なように、ガイド５７の長さＬ１と内径Ｒ１とが設定される。ここで、長さＬ１は、超音波振動子５５の送受波面からガイド５７の先端までの、ガイド５７の延在方向に沿う長さにより規定され、内径Ｒ１は、ガイド５７の内壁の直径により規定される。ガイド５７の延在方向は、例えばガイド５７が円筒形状を有している場合、回転対称軸である中心軸Ａ０に沿う方向である。 FIG. 4 is a longitudinal sectional view of the liquid level detection sensor 51 according to this embodiment. As shown in FIG. 4, the liquid level detection sensor 51 according to the present embodiment has a guide 57. The guide 57 is formed of a mechanically stable member such as metal or plastic. The length L1 and the inner diameter R1 of the guide 57 are set so that the liquid level can be detected without depending on the height of the liquid level in the sample container 33. Here, the length L1 is defined by the length along the extending direction of the guide 57 from the transmission / reception surface of the ultrasonic transducer 55 to the tip of the guide 57, and the inner diameter R1 is defined by the diameter of the inner wall of the guide 57. Is done. The extending direction of the guide 57 is, for example, a direction along the central axis A0 that is a rotationally symmetric axis when the guide 57 has a cylindrical shape.
ガイド５７の内壁には吸音体５９が設けられる。吸音体５９は、例えば、糊等の接着剤によりガイド５７に接着されても良いし、ガイド５７に嵌め込まれても良い。吸音体５９の材料としては、音波が反射しにくい多孔質部材が良い。ただし、本実施形態に係る吸音体の材料としては、多孔質部材に限定されず、発泡素材や本来は吸音を目的としない、例えば、紙等の吸水素材や吸油素材であっても良い。 A sound absorber 59 is provided on the inner wall of the guide 57. The sound absorber 59 may be bonded to the guide 57 with an adhesive such as glue, or may be fitted into the guide 57. As a material of the sound absorber 59, a porous member that hardly reflects sound waves is preferable. However, the material of the sound absorber according to the present embodiment is not limited to the porous member, and may be a foam material or a water-absorbing material such as paper or an oil-absorbing material that is not originally intended for sound absorption.
図４に示すように、吸音体５９は、ガイド５７の内壁の先端部に限定して設けられる。ここで、ガイド５７は、超音波振動子５５に近い側の端部と遠い側の端部とを有するが、先端部はガイド５７の超音波振動子５５から遠い側の端部である。すなわち、ガイド５７の延在方向に関する一端部には超音波振動子５５が設けられており、他端部の内側には吸音体５９が設けられている。吸音体５９をガイド５７の内壁の先端部に限定して設けることによる効果は以下の通りである。吸音体５９により反射された超音波は、吸音体５９により超音波が吸収又は透過されるため、ガイド５７の内壁により直接的に反射された場合に比して強度が減少する。ガイド５７の内壁の全面に吸音体５９を設けた場合、ガイド５７の内側で反射する全ての超音波の強度が減衰してしまうため、直進波以外の超音波の強度が著しく減少してしまう。そのため、液面からの反射波の受信信号の強度が著しく減少し、ひいては、液面の検知精度が劣化してしまう。本実施形態のように、ガイド５７の内壁の先端部に限定して吸音体５９を設けた場合、ガイド５７の内側で反射する超音波のうちの多重反射する超音波を支配的に減衰させることができる。換言すれば、受信信号のうちの直進波の成分を多重反射の成分に比して強調させることが可能となる。従って、液面の検知精度の向上が実現する。また、ガイド５７の先端の開口部近傍においては、ガイド５７から放出される超音波による急激な圧力変動が生じる。この急激な圧力変動を軽減するため、ガイド５７の内壁の先端部に吸音体５９が設けられると良い。 As shown in FIG. 4, the sound absorber 59 is provided only at the tip of the inner wall of the guide 57. Here, the guide 57 has an end portion on the side close to the ultrasonic transducer 55 and an end portion on the far side, but the tip portion is an end portion on the side far from the ultrasonic transducer 55 of the guide 57. That is, an ultrasonic transducer 55 is provided at one end of the guide 57 in the extending direction, and a sound absorber 59 is provided inside the other end. The effects of providing the sound absorbing body 59 limited to the tip of the inner wall of the guide 57 are as follows. Since the ultrasonic waves reflected by the sound absorbing body 59 are absorbed or transmitted by the sound absorbing body 59, the intensity is reduced as compared with the case where the ultrasonic waves are directly reflected by the inner wall of the guide 57. When the sound absorber 59 is provided on the entire inner wall of the guide 57, the intensity of all the ultrasonic waves reflected on the inner side of the guide 57 is attenuated, so that the intensity of the ultrasonic waves other than the straight wave is remarkably reduced. For this reason, the intensity of the received signal of the reflected wave from the liquid surface is remarkably reduced, and as a result, the detection accuracy of the liquid surface is deteriorated. When the sound absorber 59 is provided only at the tip of the inner wall of the guide 57 as in the present embodiment, the multiple reflected ultrasonic waves among the ultrasonic waves reflected inside the guide 57 are dominantly attenuated. Can do. In other words, it is possible to enhance the straight wave component of the received signal as compared with the multiple reflection component. Therefore, improvement of the liquid level detection accuracy is realized. Further, in the vicinity of the opening at the tip of the guide 57, a sudden pressure fluctuation due to the ultrasonic wave emitted from the guide 57 occurs. In order to reduce this rapid pressure fluctuation, a sound absorber 59 is preferably provided at the tip of the inner wall of the guide 57.
具体的には、ガイド５７の内径方向に沿う吸音体５９の厚みＴ２は、ガイド５７の内径Ｒ１の１０％以下に設定されると良い。ここで、内径方向とは、ガイド５７が円筒状である場合には、内壁の一点からガイド５７の回転中心となる中心軸に向かう方向である。また、延在方向（中心軸Ａ０）に関する吸音体５９の長さＬ２は、ガイド５７の長さＬ１の９０％以下に設定されると良い。換言すれば、ガイド５７の延在方向に関する吸音体５９の長さは、ガイド５７の延在方向において、超音波振動子５５の送受波面からガイド５７の先端までの長さの９０％以下である。より好ましくは、５０％以下である。また、吸音体５９は、ガイドに比して透過又は吸収しやすい材料で形成されると良い。換言すれば、吸音材はガイドに比して反射しにくい材料で形成されると良い。また、超音波の指向性を確保するため、ガイド５７の内壁において超音波が反射されると良い。そのため、吸音体５９の音響インピーダンスとガイド５７の音響インピーダンスとが異なるように吸音体５９の音響インピーダンスが選択・形成されると良い。具体的には、吸音体５９の音響インピーダンスは、吸音体５９の材料として使用可能な樹脂材の音響インピーダンスの値を包含可能な５×１０６ｋｇ／ｍ２ｓ以下に設計されると良い。 Specifically, the thickness T2 of the sound absorber 59 along the inner diameter direction of the guide 57 is preferably set to 10% or less of the inner diameter R1 of the guide 57. Here, when the guide 57 is cylindrical, the inner diameter direction is a direction from one point of the inner wall toward the central axis that is the rotation center of the guide 57. Further, the length L2 of the sound absorber 59 in the extending direction (center axis A0) is preferably set to 90% or less of the length L1 of the guide 57. In other words, the length of the sound absorber 59 in the extending direction of the guide 57 is 90% or less of the length from the wave transmitting / receiving surface of the ultrasonic transducer 55 to the tip of the guide 57 in the extending direction of the guide 57. . More preferably, it is 50% or less. The sound absorber 59 is preferably formed of a material that is easier to transmit or absorb than the guide. In other words, the sound absorbing material is preferably formed of a material that is less likely to be reflected than the guide. Further, in order to ensure the directivity of the ultrasonic wave, the ultrasonic wave is preferably reflected on the inner wall of the guide 57. Therefore, the acoustic impedance of the sound absorber 59 is preferably selected and formed so that the acoustic impedance of the sound absorber 59 and the acoustic impedance of the guide 57 are different. Specifically, the acoustic impedance of the sound absorber 59 is preferably designed to be 5 × 10 6 kg / m 2 s or less that can include the value of the acoustic impedance of a resin material that can be used as the material of the sound absorber 59.
図５は、検査容器の内径が１５ｍｍの場合における、本実施形態に係る液面検知センサと従来例に係る液面検知センサとの各々の、液面高さ毎の電圧のグラフを示す図である。図６は、検査容器の内径が１１ｍｍの場合における、本実施形態に係る液面検知センサと従来例に係る液面検知センサとの各々の、液面高さ毎の電圧のグラフを示す図である。図５及び図６において、液面検知センサの先端から検体容器の開口までの距離は１５ｍｍに設定された。検体容器は、ガラス製の長さ１００ｍｍの試験管である。従来例に係る液面検知センサのガイドには吸音体が設けられておらず、本実施形態に係る液面検知センサのガイドの先端部には吸音体が設けられている。吸音体としてはクリーンルーム用清拭紙で、ガイドの先端から１０ｍｍの範囲に設けられた。吸音体は厚み０．１〜０．３ｍｍであった。ガイドはステンレス製であり、厚み１ｍｍ、内径１０ｍｍ、長さ５０ｍｍであった。このように、本実施形態に係る吸音体の厚みは、ガイドの内径の１０％以下に設定され、延在方向に関する吸音体の長さは、ガイドの長さの９０％以下に設定されている。試験管内に検体を少しずつ滴下しながら本実施形態に係る液面検知センサと従来例に係る液面検知センサとの受信信号の電圧値が記録された。試験管内の検体の液面はメニスカス形状を有していた。液面が試験管の底面から７５ｍｍ近傍の高さにある場合において、従来例に係る液面検知センサの受信信号の強度が、図５及び図６に示すように、大きく低下した。しかしながら、本実施形態に係る液面検知センサにおいては、液面高さによらず受信信号の電圧値が略均一であった。 FIG. 5 is a diagram illustrating a graph of voltage for each liquid level height of the liquid level detection sensor according to the present embodiment and the liquid level detection sensor according to the conventional example when the inner diameter of the cuvette is 15 mm. is there. FIG. 6 is a diagram showing a graph of voltage for each liquid level height of the liquid level detection sensor according to the present embodiment and the liquid level detection sensor according to the conventional example when the inner diameter of the cuvette is 11 mm. is there. 5 and 6, the distance from the tip of the liquid level detection sensor to the opening of the sample container was set to 15 mm. The specimen container is a glass test tube having a length of 100 mm. A sound absorbing body is not provided in the guide of the liquid level detection sensor according to the conventional example, and a sound absorbing body is provided at the tip of the guide of the liquid level detection sensor according to the present embodiment. The sound absorber was a clean room wipe, and was provided in a range of 10 mm from the tip of the guide. The sound absorber had a thickness of 0.1 to 0.3 mm. The guide was made of stainless steel and had a thickness of 1 mm, an inner diameter of 10 mm, and a length of 50 mm. Thus, the thickness of the sound absorber according to the present embodiment is set to 10% or less of the inner diameter of the guide, and the length of the sound absorber in the extending direction is set to 90% or less of the length of the guide. . The voltage values of the reception signals of the liquid level detection sensor according to the present embodiment and the liquid level detection sensor according to the conventional example were recorded while the sample was dripped little by little into the test tube. The liquid level of the specimen in the test tube had a meniscus shape. When the liquid level is at a height of about 75 mm from the bottom of the test tube, the intensity of the received signal of the liquid level detection sensor according to the conventional example is greatly reduced as shown in FIGS. However, in the liquid level detection sensor according to the present embodiment, the voltage value of the received signal is substantially uniform regardless of the liquid level height.
図７は、液面の高さが試験管の底面から７５ｍｍの場合における、本実施形態に係る液面検知センサと従来例に係る液面検知センサとのオシロスコープ画像を示す図である。図７の（ａ）は、従来例に係る液面検知センサにより受波された反射波の受信信号のオシロスコープ画像を示し、図７の（ｂ）は、本実施形態に係る液面検知センサにより受波された反射波の受信信号のオシロスコープ画像を示す。図７のオシロスコープ画像の横軸は時間に規定され、縦軸は反射波の受信信号の電圧に規定される。図７に示すように、従来例に係る液面検知センサの受信信号の時刻Ｂにおける電圧値は、他の時刻における電圧値（ノイズ）に近く、閾値により他の時刻における電圧値から識別しづらい。一方、本実施形態に係る液面検知センサの受信信号の時刻Ｂにおける電圧値は、他の時刻における電圧値に比して高く、閾値により他の時刻における電圧値から容易に識別できる。 FIG. 7 is a diagram showing oscilloscope images of the liquid level detection sensor according to the present embodiment and the liquid level detection sensor according to the conventional example when the liquid level is 75 mm from the bottom surface of the test tube. FIG. 7A shows an oscilloscope image of the received signal of the reflected wave received by the liquid level detection sensor according to the conventional example, and FIG. 7B shows the liquid level detection sensor according to the present embodiment. The oscilloscope image of the received signal of the reflected wave received is shown. The horizontal axis of the oscilloscope image in FIG. 7 is defined by time, and the vertical axis is defined by the voltage of the received signal of the reflected wave. As shown in FIG. 7, the voltage value at time B of the reception signal of the liquid level detection sensor according to the conventional example is close to the voltage value (noise) at other times, and is difficult to distinguish from the voltage values at other times by threshold values. . On the other hand, the voltage value at time B of the reception signal of the liquid level detection sensor according to the present embodiment is higher than the voltage value at other times, and can be easily identified from the voltage values at other times by the threshold value.
従って、本実施形態に係る液面検知装置のように、ガイド５７の内壁の先端部に限定して吸音体５９を設けることにより、直進波と多重反射波との逆位相での重なりによる特定の液面高さからの反射波の受信信号の急激な低下を低減することが可能となる。 Therefore, as in the liquid level detection device according to the present embodiment, by providing the sound absorbing body 59 limited to the tip portion of the inner wall of the guide 57, the specific wave due to the overlap in the opposite phase between the straight wave and the multiple reflected wave is specified. It is possible to reduce a sudden drop in the received signal of the reflected wave from the liquid level.
なお、吸音体５９は、ガイド５７の内壁の先端部の全域に亘って設けられる必要はない。すなわち、吸音体５９は、ガイド５７の内壁の先端部の一部に設けられれば良い。また、吸音体５９は一個の物体であっても良いし、複数の物体であっても良い。この場合、複数の吸音体５９は、ガイド５７の内壁の先端部に限定して設けられる。また、吸音体５９は、ガイド５７の内壁において不規則に設けられると良い。例えば、吸音体５９が不規則な形状に形成されると良い。あるいは、複数の吸音体５９がガイド５７の先端から異なる距離に設けられると良い。また、複数の吸音体５９が延在方向（中心軸Ｒ０）に沿って不定間隔あるいは延在方向（中心軸Ｒ０）回りに不定間隔に設けられたり、大きさや形状が異なるように形成されても良い。例えば、図８に示すように、吸音体５９−１と吸音体５９−２とは別個の物体であり、吸音体５９−１と吸音体５９−２とは、ガイド５７の先端から異なる距離に設けられている。吸音体５９の形状は、図８に示すような、ガイド５７の縦断面において突起形状であっても良いし、波形状であっても良い。また、吸音体５９に穴が形成されても良い。吸音体５９が規則的に設けられた場合、特定の液面高さからの反射波の受信信号が他の液面高さからの反射波の受信信号に比して強まってしまう場合がある。吸音体５９を不規則に設けることにより、直進波と多重反射波との位相のばらつきを増大させることができ、直進波と多重反射波との逆位相での重なりに起因する、特定の液面高さからの反射波の受信信号の急激な低下をより低減することが可能となる。 The sound absorber 59 does not need to be provided over the entire area of the tip of the inner wall of the guide 57. That is, the sound absorber 59 may be provided at a part of the tip of the inner wall of the guide 57. The sound absorber 59 may be a single object or a plurality of objects. In this case, the plurality of sound absorbers 59 are provided only at the tip of the inner wall of the guide 57. Further, the sound absorbing body 59 is preferably provided irregularly on the inner wall of the guide 57. For example, the sound absorber 59 is preferably formed in an irregular shape. Alternatively, the plurality of sound absorbers 59 are preferably provided at different distances from the tip of the guide 57. Further, the plurality of sound absorbers 59 may be provided at indefinite intervals along the extending direction (center axis R0) or at indefinite intervals around the extending direction (center axis R0), or may be formed to have different sizes and shapes. good. For example, as shown in FIG. 8, the sound absorber 59-1 and the sound absorber 59-2 are separate objects, and the sound absorber 59-1 and the sound absorber 59-2 are at different distances from the tip of the guide 57. Is provided. The shape of the sound absorber 59 may be a protrusion shape or a wave shape in the longitudinal section of the guide 57 as shown in FIG. Moreover, a hole may be formed in the sound absorber 59. When the sound absorbers 59 are regularly provided, a reception signal of a reflected wave from a specific liquid level may be stronger than a reception signal of a reflected wave from another liquid level. By providing the sound absorber 59 irregularly, it is possible to increase the variation in the phase between the straight wave and the multiple reflected wave, and the specific liquid level caused by the overlap in the opposite phase between the straight wave and the multiple reflected wave It is possible to further reduce a rapid drop in the reception signal of the reflected wave from the height.
なお、直進波と多重反射波との位相のばらつきを増大させるために、ガイド５７に空隙が設けられても良い。例えば、図９に示すように、パンチングメタルのように、ガイド５７に複数の孔９１が設けられると良い。ガイド４７の内側を伝播する超音波は、複数の孔９１からを介して外部に放出される。複数の孔９１は、図９に示すように、規則的に設けられても良いし、不規則的に設けられても良い。例えば、複数の孔９１の大きさ及び形状をばらつかせることにより不規則性を高めても良いし、複数の孔９１の間隔をばらつかせることにより不規則性を高めても良い。複数の孔９１が不規則に設けられる場合、直進波と多重反射波との位相のばらつきを増大させることができ、直進波と多重反射波との逆位相での重なりに起因する、特定の液面高さからの反射波の受信信号の急激な低下をより低減することが可能となる。 A gap may be provided in the guide 57 in order to increase the phase variation between the straight wave and the multiple reflected wave. For example, as shown in FIG. 9, a plurality of holes 91 may be provided in the guide 57 like punching metal. Ultrasonic waves propagating inside the guide 47 are emitted to the outside through the plurality of holes 91. The plurality of holes 91 may be provided regularly as shown in FIG. 9 or may be provided irregularly. For example, irregularity may be increased by varying the size and shape of the plurality of holes 91, or irregularity may be enhanced by varying the interval between the plurality of holes 91. When the plurality of holes 91 are irregularly provided, the variation in phase between the straight wave and the multiple reflected wave can be increased, and a specific liquid caused by the overlap in the opposite phase between the straight wave and the multiple reflected wave It is possible to further reduce a rapid drop in the reception signal of the reflected wave from the surface height.
図１０、図１１、図１２に示すように、ガイド５７が間隙９２を空けて複数に分離されても良い。例えば、図１０、図１１、図１２に示すように、ガイド５７は、間隙９２を空けてガイド部分５７−１とガイド部分５７−２とに分離されている。間隙９２は、図１０に示すように、水平に設けられても良いし、図１１に示すように、非水平に設けられても良い。非水平に間隙９２が設けられる場合、直進波と多重反射波との位相のばらつきを増大させることができ、直進波と多重反射波との逆位相での重なりに起因する、特定の液面高さからの反射波の受信信号の急激な低下をより低減することが可能となる。また、間隙９２は、直線形状に限定されず、図１２に示すように、ジグザグ形状等の非直線形状を有しても良い。間隙９２は、螺旋形状であっても波形状等のその他の非直線形状であっても良い。なお間隙９２の幅（ガイド５７の延在方向（中心軸）に沿うガイド部分５７−１とガイド部分５７−２との間隔）は、ガイド４７の内側を伝播する超音波を間隙９２を介して外部に放出しやすくするため、超音波振動子５５から送波される超音波の波長よりも長い方が好ましい。 As shown in FIGS. 10, 11, and 12, the guide 57 may be separated into a plurality with a gap 92. For example, as shown in FIGS. 10, 11, and 12, the guide 57 is separated into a guide portion 57-1 and a guide portion 57-2 with a gap 92 therebetween. The gap 92 may be provided horizontally as shown in FIG. 10, or may be provided non-horizontally as shown in FIG. When the gap 92 is provided non-horizontally, it is possible to increase the variation in the phase between the straight wave and the multiple reflected wave, and the specific liquid level height resulting from the overlap in the opposite phase between the straight wave and the multiple reflected wave. It is possible to further reduce the sudden drop in the received signal of the reflected wave. Further, the gap 92 is not limited to a linear shape, and may have a non-linear shape such as a zigzag shape as shown in FIG. The gap 92 may have a spiral shape or other non-linear shape such as a wave shape. Note that the width of the gap 92 (the distance between the guide portion 57-1 and the guide portion 57-2 along the extending direction (center axis) of the guide 57) is such that the ultrasonic wave propagating inside the guide 47 passes through the gap 92. In order to facilitate the release to the outside, it is preferable that the wavelength of the ultrasonic wave transmitted from the ultrasonic transducer 55 is longer.
上記の通り、本実施形態に係る液面検知装置は、超音波振動子５３は、超音波を送受波する。ガイド５７は、超音波振動子５３からの超音波又は超音波振動子５３への超音波の指向性を高めるための、中空形状を有する構造体である。吸音体５９は、ガイド５７の内壁のうちのガイド５７の先端部に限定して設けられる。 As described above, in the liquid level detection device according to the present embodiment, the ultrasonic transducer 53 transmits and receives ultrasonic waves. The guide 57 is a structure having a hollow shape for enhancing the directivity of the ultrasonic wave from the ultrasonic vibrator 53 or the ultrasonic wave to the ultrasonic vibrator 53. The sound absorber 59 is limited to the tip of the guide 57 in the inner wall of the guide 57.
この構成により、ガイド５７の内壁の先端部に限定して吸音体５９を設けた場合、ガイド５７の内側で反射する超音波のうちの多重反射する超音波を支配的に減衰させることができる。換言すれば、受信信号のうちの直進波の成分を多重反射の成分に比して強調させることが可能となる。 With this configuration, when the sound absorber 59 is provided only at the tip of the inner wall of the guide 57, it is possible to dominantly attenuate the multiple reflected ultrasonic waves among the ultrasonic waves reflected inside the guide 57. In other words, it is possible to enhance the straight wave component of the received signal as compared with the multiple reflection component.
かくして、本実施形態によれば、超音波を用いて容器内の液面を検知する液面検知装置及び自動分析装置において、液面の検知の精度を向上することが可能となる。 Thus, according to the present embodiment, it is possible to improve the accuracy of detection of the liquid level in the liquid level detection device and the automatic analyzer that detect the liquid level in the container using ultrasonic waves.
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。 Although several embodiments of the present invention have been described, these embodiments are presented by way of example and are not intended to limit the scope of the invention. These novel embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the scope of the invention. These embodiments and modifications thereof are included in the scope and gist of the invention, and are included in the invention described in the claims and the equivalents thereof.
１１…反応ディスク、１３…サンプルディスク、１５…第１試薬庫、１７…第２試薬庫、１９―１…サンプルアーム、１９―２…第１試薬アーム、１９―３…第２試薬アーム、２１―１…サンプルプローブ、２１―２…第１試薬プローブ、２１―３…第２試薬プローブ、２１―１…液面検知装置、２１―２…液面検知装置、２１―３…液面検知装置、２３…攪拌部、２３ｓ…攪拌子、２５…測光機構、２７…洗浄機構、３１…反応管、３３…検体容器、３５…第１試薬容器、３７…第２試薬容器、５１…液面検知センサ、５３…基台、５５…超音波振動子、５７…ガイド、５９…吸音体、６１…分注ポンプ、６３…流路、７３…アーム駆動部、７５…ポンプ駆動部、８１…送信部、８３…受信部、８５…液面高さ計測部 DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 ... Reaction disk, 13 ... Sample disk, 15 ... 1st reagent storage, 17 ... 2nd reagent storage, 19-1 ... Sample arm, 19-2 ... 1st reagent arm, 19-3 ... 2nd reagent arm, 21 -1 ... sample probe, 21-2 ... first reagent probe, 21-3 ... second reagent probe, 21-1 ... liquid level detection device, 21-2 ... liquid level detection device, 21-3 ... liquid level detection device , 23 ... Stirrer, 23 s ... Stirrer, 25 ... Photometric mechanism, 27 ... Cleaning mechanism, 31 ... Reaction tube, 33 ... Sample container, 35 ... First reagent container, 37 ... Second reagent container, 51 ... Liquid level detection Sensor, 53 ... Base, 55 ... Ultrasonic transducer, 57 ... Guide, 59 ... Sound absorber, 61 ... Dispensing pump, 63 ... Flow path, 73 ... Arm drive unit, 75 ... Pump drive unit, 81 ... Transmission unit , 83... Receiving unit, 85... Liquid level measuring unit
Claims (7)
前記超音波振動子の超音波を送受波する一主面を囲み、前記一主面と交差する第１方向に延在し、前記超音波振動子側の一端および前記一端部と反対側の他端を有し、中空形状を有するガイドと、
前記ガイドの内壁のうちの前記他端側に設けられた吸音体と、
を具備する液面検知装置であって、
前記ガイドは、前記ガイドの内側を伝播する超音波を外部に放出するための空隙を有する、
液面検知装置。 An ultrasonic transducer for transmitting and receiving ultrasonic waves;
Surrounding one main surface of the ultrasonic transducer for transmitting and receiving ultrasonic waves, extending in a first direction intersecting with the one main surface, one end on the ultrasonic transducer side and the other side opposite to the one end portion A guide having an end and having a hollow shape;
A sound absorber provided on the other end side of the inner wall of the guide;
A liquid level detection device comprising :
The guide has a gap for emitting an ultrasonic wave propagating inside the guide to the outside.
Liquid level detection device .
前記容器に含まれる液体の液面を検知する液面検知機構と、
前記容器から液体を吸引する吸引機構と、
を具備する自動分析装置であって、
前記液面検知機構は、
超音波を送受波する超音波振動子と、
前記超音波振動子の超音波を送受波する一主面を囲み、前記一主面と交差する第１方向に延在し、前記超音波振動子側の一端および前記一端部と反対側の他端を有し、中空形状を有するガイドと、
前記ガイドの内壁のうちの前記他端側に設けられた吸音体と、
を備え、
前記ガイドは、前記ガイドの内側を伝播する超音波を外部に放出するための空隙を有する、
自動分析装置。 A holding mechanism for holding the container;
A liquid level detection mechanism for detecting the liquid level of the liquid contained in the container;
A suction mechanism for sucking liquid from the container;
An automatic analyzer comprising:
The liquid level detection mechanism is
An ultrasonic transducer for transmitting and receiving ultrasonic waves;
Surrounding one main surface of the ultrasonic transducer for transmitting and receiving ultrasonic waves, extending in a first direction intersecting with the one main surface, one end on the ultrasonic transducer side and the other side opposite to the one end portion A guide having an end and having a hollow shape;
A sound absorber provided on the other end side of the inner wall of the guide;
Equipped with a,
The guide has a gap for emitting an ultrasonic wave propagating inside the guide to the outside.
Automatic analyzer.
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