JP7421436B2

JP7421436B2 - 位置検出装置

Info

Publication number: JP7421436B2
Application number: JP2020120440A
Authority: JP
Inventors: 勝彦木村; 吉秀中村
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2020-07-14
Filing date: 2020-07-14
Publication date: 2024-01-24
Anticipated expiration: 2040-07-14
Also published as: JP2022017728A; WO2022014076A1

Description

本発明は、棒状の測定対象物の位置を検出する位置検出装置に関する。

医用自動分析装置は、血液等の検体の成分分析を行う装置であり、分注ノズルによって検体や試薬の取り分けが行われる。検体や試薬を取り分ける際には、検体の入った試験管や試薬容器および反応容器に分注ノズルの先端を確実に挿入する必要があり、分注ノズルの位置は常に所定の範囲内に収められていることが求められる。しかし、分注ノズルの位置は、取り付け時のばらつきや、使用中の経時変化により、所定の範囲からずれることがある。このずれを補正するためには、分注ノズルの軸方向に垂直な方向の位置を正確に把握することが求められる。また、検体や試薬の混入を避けるために、分注ノズルの位置の検出は非接触で行うことが望まれる。分注ノズルは、その先端の直径が１ｍｍ程度の細長い棒状の形をしており、その軸方向に垂直な方向の位置を非接触で検出する方法として、例えば光を使った方法がある。

従来の技術として、例えば特許文献１及び特許文献２がある。特許文献１には、計測ワイヤを間にして対向する位置にレーザによる発光装置と、ＣＣＤイメージセンサによる受光装置とを設け、計測ワイヤの変位を、発光装置のレーザによりＣＣＤイメージセンサに投影された計測ワイヤの影を走査することによって検出する位置検出方法が記載されている。

また、特許文献２には、複数配置された位置検出用光源の配列方向の一方側に向けて放出光量を漸減させ、出射光量が前記配列方向の一方側に傾斜した光出射分布とし、光検出器の出力成分に基づいて検出対象物の位置情報を導出することが記載されている。

特開平８－２９１６５号公報特開２０１０－２３１５０３号公報

医用自動分析装置には複数の分注ノズルが搭載されるので、それぞれの分注ノズルの位置を検出するためには、複数の位置検出装置が必要である。したがって、位置検出装置は低コストであることが望まれる。

しかしながら、特許文献１では、精度の良い検出のためには高画素数の多数に分割されたＣＣＤイメージセンサを用いる必要があり、低コスト化を図るのが困難であった。また、特許文献２では、傾斜した光出射分布を得るために複数の光源を用いる必要があり、特許文献１と同様、低コスト化を図るのが困難であった。

本発明の目的は、棒状の測定対象物の位置を非接触で検出する位置検出装置においてコストの増加を抑制した位置検出装置を提供することにある。

上記目的を達成するために本発明は、測定対象物の軸方向に垂直な方向の位置を検出する位置検出装置において、前記測定対象物に向けて光を照射する発光手段と、前記発光手段から前記測定対象物に照射される出射光を受光する受光手段とを備え、前記出射光は、その光軸に対する垂直な断面が略円形の光束であり、前記出射光の光束のうち、前記出射光の光軸と前記測定対象物の軸方向の両方に垂直な方向におけるいずれか一方の端部から半分以下の領域を前記受光手段で受光し、前記受光手段で受光する半分以下の領域に前記測定対象物を配置したことを特徴とする。

本発明によれば、棒状の測定対象物の位置を非接触で検出する位置検出装置においてコストの増加を抑制した位置検出装置を提供することができる。

本発明の実施例１に係る位置検出装置の斜視図である。本発明の実施例１に係る位置検出装置の上面図である。本発明の実施例１に係る測定対象物のＸ方向位置に対する測定対象物の影の様子を示す図である。本発明の実施例１に係る位置検出装置における測定対象物の位置に対する受光量の変化を示す図である。本発明の実施例１に係る位置検出装置の他の構成を示す図である。本発明の実施例１に係る位置検出装置の他の構成を示す図である。本発明の実施例１に係る位置検出装置の他の構成を示す図である。本発明の実施例２に係る位置検出装置の斜視図である。本発明の実施例２に係る位置検出装置の他の構成を示す図である。

以下、図面を用いて本発明の実施例を説明する。

図１は本発明の実施例１に係る位置検出装置１の概要を示す斜視図であり、図２はその上面図である。位置検出装置１は、棒状の測定対象物１０の位置を検出する装置であり、発光素子２、レンズ３、受光素子４、遮光部材８、処理手段１６を備える。発光素子２（発光手段）としては、例えば、半導体レーザ、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）等を用いる。受光素子４（受光手段）としては、例えばフォトダイオード等を用いる。測定対象物１０の一例として、医用自動分析装置に備えられる分注ノズルが挙げられる。実施例１では、棒状の測定対象物１０の軸方向をＺ方向、発光素子２から出射される出射光５の光軸方向をＹ方向、Ｚ方向とＹ方向の両方に垂直な方向をＸ方向とする。位置検出装置１は、測定対象物１０のＸ方向位置を検出する。

発光素子２と受光素子４との間には、発光素子２から出射された出射光５を集光するレンズ３が配置されている。発光素子２から出射された出射光５は、レンズ３で集光して平行光となり、測定対象物１０に照射され、受光素子４の受光領域６に入射する。出射光５は、その光軸に対する垂直な断面が略円形の光束である。発光素子２と受光素子４の間に備えられた遮光部材８は、出射光５の光束のうち、Ｘ方向におけるいずれか一方の端部から半分以上（半分より大きい）の領域を遮光する。これによって、受光素子４の受光領域６に入射した入射光束７は、出射光５の光束のうち、遮光部材８で遮光されなかったＸ方向の半分以下（半分より小さい）の領域となる。

測定対象物１０は、遮光部材８で遮光されなかったＸ方向の半分以下の領域に配置する。すなわち、出射光５の光軸中心５ａよりも反遮光部材側に寄せて配置する。測定対象物１０に照射され、受光素子４の受光領域６に入射した入射光束７には、測定対象物１０によって遮られた影１１が含まれる。

図３は、測定対象物１０のＸ方向位置に対する測定対象物１０の影１１の様子を示す図である。図３（ａ）は測定対象物１０が出射光５の光軸中心５ａ（Ｘ方向の中心）近くに位置する場合、図３（ｂ）は測定対象物１０が光軸中心５ａからＸ方向の少し端部寄りに位置する場合、図３（ｃ）は測定対象物１０が入射光束７のＸ方向の端部近くに位置する場合である。

受光素子４上の入射光束７は、出射光５のうちＸ方向の一方が遮られた半円のような形状をしており、棒状の測定対象物１０の影１１は、Ｚ方向に細長い形状である。図３（ａ）のように測定対象物１０がＸ方向の中心に近い場合は、測定対象物１０の影１１の縦方向（Ｚ方向）長さが長く、図３（ｃ）のように測定対象物１０がＸ方向の端部に近づくにつれて、測定対象物１０の影１１の縦方向（Ｚ方向）長さが短くなる。したがって、測定対象物１０のＸ方向位置が光軸中心５ａに近いと、測定対象物１０の影１１の面積は大きく、測定対象物１０のＸ方向位置が光軸中心５ａから離れると、測定対象物１０の影１１の面積は小さくなる。

受光素子４で検出される受光量は、測定対象物１０の影１１が検出されないときにおける受光素子４上の入射光束７の面積から、測定対象物１０の影１１の面積を引いた値に対応する。図４は測定対象物１０のＸ方向位置に対する受光素子４の受光量の変化を示す図である。横軸の０はＸ方向の中心（光軸中心５ａ）を表し、（ａ’）～（ｃ’）はそれぞれ図３（ａ）～図３（ｃ）における測定対象物１０のＸ方向位置に対応する。測定対象物１０のＸ方向位置が中心に近い（ａ’）では受光量の減少幅が大きく、測定対象物１０のＸ方向位置が中心から離れた（ｃ’）では受光量の減少幅は小さい。測定対象物１０の影１１が受光素子４への入射光束７にかかり始めるＸ方向の０付近を除いて、受光量が測定対象物１０のＸ方向位置に対して単調に変化する範囲が検出範囲となる。この範囲において、受光素子４の受光量に応じて、測定対象物１０のＸ方向位置を検出することができる。

受光素子４で受光された受光量は信号線１８を介して、処理手段１６に送信される。測定対象物１０のＸ方向位置の検出処理は、処理手段１６にて実行される。処理手段１６には、所定の制御プログラムで演算を実行する中央処理装置（CPU：Central Processing Unit）と、受光量と測定対象物１０のＸ方向との位置関係がデータとして予め記憶された記憶手段を備えており、中央処理装置は受光素子４の受光量に応じて記憶手段に記憶されたデータを参照し、測定対象物１０のＸ方向との位置を特定する。

上記した図１と図２では、遮光部材８をレンズ３と測定対象物１０の間（発光素子２と受光素子４との間であって、測定対象物１０よりも発光素子４側）に配置する構成を示したが、遮光部材８の位置はこれに限らない。図５乃至図７は位置検出装置１の他の構成を示す図である。図５では、遮光部材８を発光素子２とレンズ３との間に配置している。発光素子２からの出射光５は、その半分が遮光部材８で遮蔽され、残りの出射光５がレンズ３を通過し、測定対象物１０を照射した後、受光素子４で受光される。また、図６では、遮光部材８を測定対象物１０と受光素子４との間（発光素子２と受光素子４との間であって、測定対象物１０よりも受光素子４側）に配置している。発光素子２からの出射光５は、レンズ３を通過し、測定対象物１０を照射した後、出射光５の半分が遮光部材８で遮蔽され、残りの出射光５が受光素子４で受光される。

さらに、図７では遮光部材８に代えて、発光素子２からの出射光５の光路を折り曲げる反射部材９を用いている。反射部材９としては、一般的な平板ミラーやプリズムを用いることで反射部材９を安価に構成することができる。図７では、反射部材９をレンズ３と測定対象物１０との間に設置しているが、発光素子２とレンズ３との間、或いは測定対象物１０と受光素子４との間に配置するようにしても良い。本実施例では、図５乃至図７に示した構成であっても、図１及び図２に示した構成と同様の効果が得られると共に、遮光部材８若しくは反射部材９の設置位置を自由に変更することができるので、設計自由度を確保した位置検出装置を提供することができる。

本実施例では、測定対象物１０に照射する発光素子２からの出射光５をレンズ３で平行光とする構成を示したが、測定対象物１０への照射は発散光でも集束光でもかまわない。発散光の場合は、レンズ３が不要となり、部品点数を削減することができる。集束光の場合は、受光素子４の面積を小さくすることができ、低コスト化と小型化に有利である。

以上のように、発光素子２と受光素子４の間に備えた遮光部材８または反射部材９によって、出射光５のＸ方向におけるいずれか一方の端部から半分以上の領域を遮光または反射し、遮光または反射されなかったＸ方向における半分以下の領域を受光素子４で受光することで、測定対象物１０のＸ方向位置に対して、受光素子４上における測定対象物１０の影１１の面積、及び受光素子４での受光量を単調に変化させることができる。したがって、受光素子４の受光量を基に、測定対象物１０のＸ方向位置を検出できる。

本実施例によれば、1個の発光素子２と1個の受光素子４の構成で測定対象物１０のＸ方向位置を検出することができ、コストの増加を抑えた位置検出装置を提供できる。

次に、本発明の実施例２に係る位置検出装置２１を説明する。なお、本実施例で実施例１と同じ部品には同じ番号を付与し、説明を省略する。

図８は本発明の実施例２に係る位置検出装置の斜視図である。位置検出装置２１は、発光素子２、レンズ３、受光素子２４、処理手段１６を備える。発光素子２から出射された出射光５はレンズ３で平行光となり、測定対象物１０に照射され、受光素子２４の受光領域２６に入射する。

実施例２では、実施例１で備えられていた遮光部材８または反射部材９がないことと、受光素子２４の受光領域２６が、発光素子２からの出射光５の光軸に垂直な断面におけるＺ方向に沿った中心線３０に対してＸ方向のいずれか一方側に設けられていることが実施例１と異なる。

受光素子２４への入射光束２７は、略円形であり、測定対象物１０の影１１を含む。受光素子２４への入射光束２７のうち、Ｚ方向に沿った中心線３０に対してＸ方向の一方側に設けられた受光領域２６に入射する部分が受光される。受光領域２６に入射する部分は、Ｘ方向の一方側だけの半円のような形状となる。これによって、実施例１と同様に、測定対象物１０のＸ方向位置に対する測定対象物１０における影１１の面積の変化および受光素子２４での受光量の変化が得られる。したがって、受光素子２４の受光量を基に、測定対象物１０のＸ方向位置を検出できる。

実施例２によれば、遮光部材や反射部材を備える必要がなく、受光素子２４の受光領域２６をＸ方向の一方側に設けるだけでよいので、構成をより簡単にでき、位置検出装置２１の低コスト化に有利である。また、実施例２によれば、構成の簡素化により、設計自由度を確保することができる。

なお、受光素子２４の大きさは、必ずしも受光素子２４への入射光束２７の全体に対応する必要はない。図９に示したように、受光素子２４は、発光素子２からの出射光５の中心線３０に対してＸ方向の一方側に設けられた受光領域２６に対応する大きさであればよい。このように構成することで、位置検出装置２１の外形の小型化や低コスト化にさらに好適となる。

１，２１…位置検出装置、２…発光素子、３…レンズ、４…受光素子、５…出射光、６、２６…受光領域、７、２７…受光素子への入射光束、８…遮光部材、９…反射部材、１０…測定対象物、１１…測定対象物の影、１６…処理手段

Claims

測定対象物の軸方向に垂直な方向の位置を検出する位置検出装置において、
前記測定対象物に向けて光を照射する発光手段と、前記発光手段から前記測定対象物に照射される出射光を受光する受光手段とを備え、
前記出射光は、その光軸に対する垂直な断面が略円形の光束であり、
前記出射光の光束のうち、前記出射光の光軸と前記測定対象物の軸方向の両方に垂直な方向におけるいずれか一方の端部から半分以下の領域を前記受光手段で受光し、
前記受光手段で受光する半分以下の領域に前記測定対象物を配置したことを特徴とする位置検出装置。
請求項１に記載の位置検出装置において、
前記出射光の光束のうち、前記出射光の光軸と前記測定対象物の軸方向の両方に垂直な方向におけるいずれか一方の端部から半分以上の領域を遮光する遮光部材を備えたことを特徴とする位置検出装置。
請求項２に記載の位置検出装置において、
前記遮光部材は、前記発光手段と前記受光手段の間に備えたことを特徴とする位置検出装置。
請求項３に記載の位置検出装置において、
前記発光手段と前記受光手段の間に前記出射光を集光するレンズを配置し、
前記遮光部材は、前記レンズと前記測定対象物の間に備えたことを特徴とする位置検出装置。
請求項３に記載の位置検出装置において、
前記発光手段と前記受光手段の間に前記出射光を集光するレンズを配置し、
前記遮光部材は、前記発光手段と前記レンズの間に備えたことを特徴とする位置検出装置。
請求項３に記載の位置検出装置において、
前記発光手段と前記受光手段の間に前記出射光を集光するレンズを配置し、
前記遮光部材は、前記測定対象物と前記受光手段の間に備えたことを特徴とする位置検出装置。
請求項１に記載の位置検出装置において、
前記出射光の光束のうち、前記出射光の光軸と前記測定対象物の軸方向の両方に垂直な方向におけるいずれか一方の端部から半分以上の領域の光路を折り曲げる反射部材を備えたことを特徴とする位置検出装置。
請求項７に記載の位置検出装置において、
前記反射部材は、前記発光手段と前記受光手段の間に備えることを特徴とする位置検出装置。
請求項８に記載の位置検出装置において、
前記発光手段と前記受光手段の間に前記出射光を集光するレンズを配置し、
前記反射部材は、前記レンズと前記測定対象物の間に備えたことを特徴とする位置検出装置。
請求項８に記載の位置検出装置において、
前記発光手段と前記受光手段の間に前記出射光を集光するレンズを配置し、
前記反射部材は、前記発光手段と前記レンズの間に備えたことを特徴とする位置検出装置。
請求項８に記載の位置検出装置において、
前記発光手段と前記受光手段の間に前記出射光を集光するレンズを配置し、
前記反射部材は、前記測定対象物と前記受光手段の間に備えたことを特徴とする位置検出装置。
請求項１に記載の位置検出装置において、
前記受光手段の受光領域は、前記出射光の光軸に垂直な断面における前記測定対象物の軸方向に沿った中心線に対して、前記出射光の光軸と前記測定対象物の軸方向の両方に垂直な方向におけるいずれか一方側に設けたことを特徴とする位置検出装置。