JP6831992B2 - 計測装置、検査装置、計測方法及び検査方法 - Google Patents
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Description
図1は本発明の第1実施形態の計測装置10を説明するための図である。
計測装置10は図1(a)に示すように容器に入れた液体1を撮影する。液体1は、水分を含んでおり、溶液或いは水だけでなる液体等であって例えば量が数マイクロリットルから数十マイクロリットルである。液体1は、図1(a)に示すように形が粒状である他、図1(b)に示すように容器の底に薄く層状に広がったもの、また後述するように底から口へ向けて溜まったものでもよい。なお、図1の二点鎖線は容器の底を表している。
図2と図3とは、容器の構成例としてマイクロプレート20を示す図である。各図で(a)はマイクロプレート20の正面図、(b)は平面図、(c)は(b)のA−A線又はB−B線に沿ったマイクロプレート20の断面図である。これらの図に示すマイクロプレート20を用いて、以下、実施形態を説明する。
図4は計測装置10を示すブロック図である。計測装置10は、液体1を撮影する撮像部11と、画像データから液量を計測する画像処理部12と、を備えている。
撮像部11は、液体1を入れたマイクロプレート20を上から撮影し、マイクロプレート20の平面画像を取得する。撮像部11は、近赤外のカメラで、マイクロプレート20に入れた液体1を濃淡の明暗度のある画像データとして、例えば256階調のグレースケールで取得する。撮像部11は、マイクロプレート20を写し、その際に、液体1の上からの画像として、液体1の全体が収まるよう、また液体1を入れたウェル200の輪郭を含めて撮影する。
画像処理部12は、画像データから液体1の領域を特定する液領域抽出部12Aと、液体1の領域を数値に変える数値化部12Bと、この数値に基づいて液量を算出する換算部12Cと、を備えている。
液領域抽出部12Aは、ウェル200の底部220にある液体1の形状を特定する。液領域抽出部12Aは、画像データから液体1の領域を規定する境界を検出する。96ウェルのマイクロプレート20では、例えば分注した量に比べてウェル200の容積や底面積が大きいと液体1が底部220で粒状の形を成して、図5(a)に示すような液体1の像が底部220の一部を占めて表れる。なお、液体1の像は、256階調の全域或いはその一部の範囲(例えばNa〜Nb)の輝度値を利用して作成されている。液領域抽出部12Aは、図5(b)に示すように、液体1の周縁を検出する。液領域抽出部12Aは、撮像部11からの画像データを2値化し境界を検出したり、パターン認識で境界を特定したり、画像データを走査して特定する。
数値化部12Bは、濃淡で表れる液体1の領域の明るさを数値化する。例えばラベリングした領域の各画素の座標(x,y)の平均から、図6(a)に示すように重心の座標(xc、yc)を求め、これを中心Cとして測定領域Rを特定する。測定領域Rは、中心Cから所定の範囲に含まれる複数の画素であり、例えば平面視したウェル200の底部220の形と相似した形の範囲内を対象とする。96ウェルのマイクロプレート20であれば、図6(a)に一点鎖線で示す円が中心Cから10.5ピクセル離れた位置を表しており、この円より内側に設けられる、図6(b)に示す画素が測定の対象として取り扱われる。また、192ウェルのマイクロプレート20であれば、3ピクセルの矩形の領域内の画素が測定の対象となる。測定領域内の画素の明るさ(輝度値)の平均を求め、これを測定した液体1の明るさ(輝度情報Iv)とする。
換算部12Cは液体1の輝度情報Ivと計測用の参照情報13とから液量Vを求める。画像処理部12が、マイクロプレート20に分注する液体1に関連して、参照情報13を備えており、この参照情報13は、換算用参照情報として、ウェル200に入れた液体1の輝度情報Ivから液量Vを換算するよう利用し、図7に示す一次式f(x)として構成されている。この式は液量と含まれる薬などの成分とウェル200の形状に応じて作成されていて、例えば96ウェルのマイクロプレート20と192ウェルのマイクロプレート20とでは利用する参照情報13が異なる。
画像処理部12は、換算部12Cで得た液量Vを補正する補正部を備えてもよい。
補正部は、画像データを基に液量Vを修正する。先ず、画像データで液体1の領域に相当する各部の高さから平均の高さを求める。例えば、計測対象の液体1がウェル200の最深部から所定の高さまで溜まったもので、図8(a)に示すように撮像部11に対向する液面が傾いて広がっているときには、傾斜した液面の平均の高さhavを輝度値の平均値(第1補正用輝度情報)として求める。また、計測対象の液体1が粒状であるときも、撮像部11に対向する液体1の表面の平均の高さhavを求める。なお、図8の(a)と(b)とに示す破線は平均の高さhavを表している。次に、平均した高さhavに応じた係数aを、第1修正参照情報としての図8(c)に示す一次式g(x)から求め、これを換算部12Cで得た液量Vに掛けて、修正値Vaを求めることができる。これにより、高くなったり低くなったり、また広がる範囲等も様々に変わる液体1の形態に応じた、液量Vaを得ることができる。
図9で(a)はウェル200の平面画像の概略図であり、(b)は(a)を2値化した画像の概略図である。(b)には、液体1の領域内に、明るい空白の領域(以下、空白領域と呼ぶ。)が含まれている。図9(a)で液体1と捉えられる領域の全体、つまり周縁より内側の面積S1と、図9(b)で空白領域を除いた黒色で表れる液体1の領域の面積S2とを比較し、その差分(S1−S2)が所定値以上であるか判断する。差分が大きいときは、空白領域を除いて、輝度値の平均を求める。この平均値を輝度情報(Iv)、つまり第2補正用輝度情報として用いて計測用の参照情報(第2修正参照情報)から液量Vを再度計算する。これにより気泡を含んだ液体1の液量Vを求めることができる。
画像処理部12は、液体1の領域を特定する前に、ウェル200の領域を特定してもよい。
ウェル領域抽出部が、画像データに表れるウェル200の口の輪郭を検出する。ウェル領域抽出部は、96ウェルのマイクロプレート20であれば円形の輪郭を特定し、196ウェルのマイクロプレート20であれば矩形の輪郭を特定する。ウェル領域抽出部は、画像データを2値化して境界を検出したり、パターン認識(マッチング)などで境界を検出したり、画像中のウェル200を特定する。画像データには、複数のウェル200が表れており、それらのウェル200を個々に特定する。画像中の個々のウェル200の領域をラベリングする。
図10は本発明の第2実施形態の計測装置10Aを示すブロック図である。
第2実施形態の計測装置10Aは、第1実施形態の計測装置10と比べて、画像処理部12が液量の適否を判断する判断部12Dを備えて、検査装置として構成されている。第1実施形態と同様の構成には同じ符号を付してそれらの説明は省略する。
判断部12Dは、予め設定された閾値などの検査用情報14を用いて、例えば所定の量以上であるか、または所定の範囲に収まるかなど、判断する。判断部12Dは全てのウェル200の液体1に対して判断を行う。
図11は本発明の実施例1の検査装置100を示す図である。
検査装置100は、前述の計測装置10Aに対応してマイクロプレート20の全量を検査する装置であって、検査対象として複数のマイクロプレート20を取扱い、良品と不良品のマイクロプレート20を自動で分けるように構成されている。以下の説明では、96ウェルのマイクロプレート20を取り扱う場合を前提に説明を進めるが、192ウェルのマイクロプレート20用に構成されてもよい。
図12の(a)と(b)とは実施例1の検査前収容部111Aを示す断面図である。検査前収容部111Aはマイクロプレート20を積み重ねて収容することができるように構成されている。検査前収容部111Aは、上端と下端に口(以下、開口部115Aと呼ぶ。)を開けて筒型に形成されていて内側の空間に96ウェルのマイクロプレート20を入れることができる収容本体部115と、この収容本体部115の下端の開口部115Aに設けられた載置片116と、を備えている。
良品収容部111Bと不良品収容部111Cとは、検査前収容部111Aと同様に構成されており、収容本体部115と、下の開口部115A側に設けた一対の載置片116と、を備えている。開口部115Aの下方からマイクロプレート20を入れる際には、マイクロプレート20を外に出す上記操作と逆の操作を行う。先ず、載置片116が水平に倒れた状態から立ち上がった姿勢に変わり、マイクロプレート20が収容本体部115の内側へ入ることができる。そして、載置片116が、そのマイクロプレート20の下で水平に延びた状態に戻り、マイクロプレート20が載置片116に載る。これにより収容が完了する。
図13は実施例1の搬送部120を示す部分斜視図である。搬送部120は、収容部110より下方へ離れた位置でマイクロプレート20を水平方向へ移動させる横スライド部121と、収容部110と横スライド部121との間でマイクロプレート20を上下方向へ移動させる昇降部122と、を備えている。
横スライド部121は、マイクロプレート20のプレート側面部22の内、長辺側の着地部23をそれぞれ載せるレール部121A,121Bを備えている。各レール部121A,121Bは、検査前収容部111A側から良品収容部111B又は不良品収容部111C側へマイクロプレート20を搬送するよう直線状に延びており、外側を高く内側を低くした段差状の断面を有し、内側の平らな部位121Cにマイクロプレート20の着地部23を載せるように構成されている。
昇降部122は、二つのレール部121A,121Bの間(穴121G)を通って上下に移動するステージ122Aと、このステージ122Aを上端に取り付けたシャフト122Bと、シャフト122Bの長手方向を上下の方向に沿わせてその長手方向へ移動させるモーターなどの駆動部122Cと、を備えている。昇降部122は、検査前収容部111Aと良品収容部111Bと不良品収容部111Cのそれぞれの下方に設けられている。
照明部130は、搬送部120の下方に設けられていて、レール部121A,121B上のマイクロプレート20へ向けて近赤外域の波長の光を出射する。本例では、赤外LEDバー131から出射された光をシンドリカルレンズ132と表面反射ミラー133とを介して、マイクロプレート20を下方から照らすように構成されている。
撮像部140は、前述の撮像部11に対応し、ラインセンサー141と、テレセントリックレンズ142と、を備えている。撮像部140は、搬送部120によって移動中のマイクロプレート20を撮影し、照明部130からの近赤外光でマイクロプレート20を透過した像を取得する。
制御部150は搬送部120、撮像部140、照明部130を制御する制御本体部151に加えて、撮像部140で取得した画像データを処理する画像処理部12を備えている。画像処理部12は、画像データからマイクロプレート20の全ての液体の量を計測する。画像処理部12は、256階調の白黒の濃淡で表された画像データから0.5〜50マイクロリットルの量を計測する。また、画像処理部12は、検査用情報14を基に分注した液体1が適量か判断する。さらに、制御本体部151は、全量の良否を判断した結果に基づいて、マイクロプレート20を所望の収容先へ移動させるよう、搬送部120を制御する。
図16は本発明の実施例2の検査装置100Aを示す図である。検査装置100Aは、検査対象として96ウェルのマイクロプレート20と192ウェルのマイクロプレート20とを取り扱うことができるように構成されている。実施例1と同様の構成には同じ符号を付してそれらの説明は省略する。
また、近赤外線に対して透過性を有する容器として、例えば自然光に曝されて変化する液体を対象とする場合には液量の計測や検査に使用する波長を除く光に対して遮光性に構成された容器を用いて、液量の計測や検査を行うこともできる。
計測対象の液体は、上記の容量に限らず、光源からの光量などを調整することで範囲を変えて計測することができ、例えば計測装置は、マイクロプレートでウェルの底から口までに及ぶ液量を計測の範囲として構成されたり、上限を100マイクロリットル,150マイクロリットル,200マイクロリットルなどと変えて構成されてもよい。
10,10A 計測装置
11 撮像部
12 画像処理部
12A 液領域抽出部
12B 数値化部
12C 換算部
12D 判断部
13 参照情報
14 検査用情報
20 マイクロプレート
21 プレート上面部
22 プレート側面部
23 着地部
200 ウェル
210 側面部
220 底部
100,100A 検査装置
110 収容部
111A 検査前収容部
111B 良品収容部
111C 不良品収容部
115 収容本体部
115A 開口部
116 載置片
120 搬送部
121 横スライド部
121A,121B レール部
121D アーム部
121F ベルト部
121G 穴
122 昇降部
122A ステージ
122B シャフト
122C 駆動部
122D 爪部
130 照明部
140 撮像部
150 制御部
151 制御本体部
Claims (14)
- マイクロプレートが計測に使用する波長に対して透過性を有していて、上記マイクロプレートの複数のウェルに分注した水分を含む液体の量(以下、液量と呼ぶ。)をそれぞれ計測する計測装置であって、
上記マイクロプレートを近赤外線で撮影した画像データを取得する撮像部と、
上記液体を分注した上記ウェルごとに上記画像データの濃淡で表れる上記液体の明るさから上記液量を求める画像処理部と、を備え、
上記画像データは複数の上記ウェルが表れている上記マイクロプレートの静止画であり、
上記画像処理部は、
上記画像データから上記液体の領域を特定する液領域抽出部と、
上記液体の領域を数値に変える数値化部と、
上記数値に基づいて上記液量を算出する換算部と、
上記ウェルに分注した上記液体の換算用参照情報と、を備え、
上記数値化部は、上記液領域抽出部によって特定された上記液体の領域に含まれる複数の画素の座標から重心を求めた後に上記液体の領域内で上記重心を中心に所定の範囲を測定領域と特定し、さらに上記測定領域に含まれる複数の画素の輝度値の平均値である輝度情報を上記数値として求め、
上記換算部は上記液体の上記輝度情報と上記換算用参照情報とから上記液量を求めることを特徴とする、計測装置。 - 近赤外の光を上記マイクロプレートへ照射する照明部を備えたことを特徴とする、請求項1に記載の計測装置。
- 上記マイクロプレートを搬送する搬送部を備え、
上記撮像部が、搬送中の上記マイクロプレートを上方から撮影することを特徴とする、請求項1又は請求項2に記載の計測装置。 - テレセントリックレンズを備えたことを特徴とする、請求項1から請求項3の何れかに記載の計測装置。
- 上記撮像部が二つ設けられて上記マイクロプレートを分割して撮影し、
上記画像処理部が二つの上記撮像部でそれぞれ取得された上記静止画を用いて上記液体を分注した上記ウェルごとに上記液量を求めることを特徴とする、請求項1から請求項4の何れかに記載の計測装置。 - 上記画像処理部は、上記換算部で得た上記液量を修正する補正部と、上記液量の修正に用いる第1修正参照情報と、を備え、
上記補正部は、上記液体の領域において各画素の輝度値の平均値である第1補正用輝度情報を求めると共に、上記第1補正用輝度情報と上記第1修正参照情報とから係数を求め、さらに上記係数を上記換算部で得た上記液量に掛けて修正値を求めることを特徴とする、請求項1から請求項5の何れかに記載の計測装置。 - 上記画像処理部は、上記換算部で得た上記液量を修正する補正部と、上記液量の修正に用いる第2修正参照情報と、を備え、
上記補正部は、上記液体の領域において、上記画像データに基づいた上記液体の領域の周縁より内側の全体面積(S1)から、上記画像データを2値化した画像に基づいていて上記液体ではないと捉えられる空白領域を除いて上記液体であると捉えられる液体領域の面積(S2)を引いて、その差分(S1−S2)が所定値よりも大きいときに、上記液体領域に含まれる各画素の輝度値の平均値である第2補正用輝度情報を求め、さらに上記第2補正用輝度情報と上記第2修正参照情報とから上記液量を再度求めることを特徴とする、請求項1から請求項5の何れかに記載の計測装置。 - 上記画像処理部は、上記換算部で得た上記液量を修正する補正部と、上記液量の修正に用いる第3修正参照情報と、を備え、
上記補正部は、上記液体の領域において、上記画像データに基づいた上記液体の領域の周縁より内側の全体面積(S3)から、所定の輝度値より大きい画素で表れる非液体領域を除いて上記画像データを2値化した画像に基づいていて上記液体であると捉えられる液体領域の面積(S4)を引いて、その差分(S3−S4)が所定値よりも大きいときに、上記液体領域に含まれる各画素の輝度値の平均値である第3補正用輝度情報を求め、さらに上記第3補正用輝度情報と上記第3修正参照情報とから上記液量を再度求めることを特徴とする、請求項1から請求項5の何れかに記載の計測装置。 - 請求項1から請求項8の何れかに記載の計測装置を備えており、
上記画像処理部が、上記ウェルに分注した上記液体の検査用情報と、上記検査用情報を用いて上記液量が適量であるか判断する判断部と、をさらに備えていることを特徴とする、検査装置。 - 請求項1に記載の計測装置を備えて、上記液量を検査する検査装置であって、
検査前の上記マイクロプレートを入れる検査前収容部と、検査で適量と判断された上記マイクロプレートを入れる良品収容部と、検査で適量でないと判断された上記マイクロプレートを入れる不良品収容部と、上記検査前収容部から上記良品収容部へ又は上記不良品収容部へ上記マイクロプレートを搬送する搬送部と、を備え、
上記画像処理部が、上記ウェルに分注した上記液体の検査用情報と、上記検査用情報を用いて上記液量が適量であるか判断する判断部と、をさらに備えており、
上記マイクロプレートが上記画像処理部での判断に基づいて上記搬送部によって上記良品収容部へ又は上記不良品収容部へ送られることを特徴とする、検査装置。 - 近赤外の光を上記マイクロプレートへ照射する照明部を備え、
上記搬送部が上記マイクロプレートの対向する縁を支えて横にスライドさせる一対のレール部を上記照明部の上方に備えており、
上記撮像部が、上記レール部の間を経て上記マイクロプレートを透過した光を受けて上記画像データを取得することを特徴とする、請求項10に記載の検査装置。 - マイクロプレートが計測に使用する波長に対して透過性を有していて、上記マイクロプレートの複数のウェルに分注した水分を含む液体の液量をそれぞれ計測する計測方法であって、
上記マイクロプレートを搬送する搬送工程と、
上記搬送工程で順次送られてくる上記マイクロプレートを近赤外線で撮影して画像データを取得する撮像工程と、
上記液体を分注した上記ウェルごとに上記画像データの濃淡で表れる上記液体の明るさから上記液量を求める画像処理工程と、を備え、
上記画像データは上記マイクロプレートの移動中に上記撮像工程で取得した静止画であって、複数の上記ウェルが表れており、
上記画像処理工程では、
上記画像データを用いて、上記液体の領域に含まれる複数の画素の座標から重心を求めた後に上記液体の領域内で上記重心を中心に所定の範囲を測定領域と特定すると共に、上記測定領域に含まれる複数の画素の輝度値の平均値である輝度情報を求め、
さらに上記輝度情報と換算用参照情報とから上記液量を求めることを特徴とする、計測方法。 - マイクロプレートが計測に使用する波長に対して透過性を有していて、上記マイクロプレートの複数のウェルに分注した水分を含む液体の液量をそれぞれ検査する検査方法であって、
上記マイクロプレートを搬送する搬送工程と、
上記搬送工程で順次送られてくる上記マイクロプレートを近赤外線で撮影して画像データを取得する撮像工程と、
上記液体を分注した上記ウェルごとに上記画像データの濃淡で表れる上記液体の明るさから上記液量を求める画像処理工程と、を備え、
上記画像データは上記マイクロプレートの移動中に上記撮像工程で取得した静止画であって、複数の上記ウェルが表れており、
上記画像処理工程では、
上記画像データを用いて、上記液体の領域に含まれる複数の画素の座標から重心を求めた後に上記液体の領域内で上記重心を中心に所定の範囲を測定領域と特定すると共に、上記測定領域に含まれる複数の画素の輝度値の平均値である輝度情報を求めて、上記輝度情報と換算用参照情報とから上記液量を求め、
さらに検査用情報を用いて上記液量が適量であるか判断することを特徴とする、検査方法。 - 構成の異なる上記マイクロプレートから対象となるものを選択する選択工程を備え、
選択された上記マイクロプレートを検査することを特徴とする、請求項13に記載の検査方法。
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