JPH0368816A - 流体量計測装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、流体の容積を測定する装置に係り、特に、流
路中の微量流体の高精度、高信頼容積測定に好適な装置
に関する。

〔従来の技術〕 従来の装置は、たとえば特開昭６０−８６４３９号公報
に記載され、その要部を第９図に示すように、試料を吸
引吐出するサンプリングノズル（以−ドノズルという）
１を耐薬品性の硬質ガラスにて形成し、その周側面に治
って光源４１−を配置するとともに該光源４１との間に
レンズ３を配置し、該レンズ３により上記光ｉ４１より
の光をノズル１の中心線に直交してノズル１に入側する
平行光線としている。

また上記ノズル１を挟んで上記光源４１の反対側には、
入射面にライトガイド４を有する１次元光センサアレイ
（以下センサアレイという）４３を配置し、該センサア
レイ４３の走査によりノズル上から入射する平行光線の
強度変化を検出するように構成されている。

つぎに動作について説明する。

たとえば患者より採取した血’１４１　ｆ、Ａどのサン
プル液４７を吸引する場合、ノズル上に先端部吸引口ま
で洗浄水９を満たし、若干量の空気を吸引する。

ついでサンプル液４７を挾み、センサアレイ４３でこれ
らを透過する平行光線の強度変化を検知する。さらに演
算処理手段６により空気層１１−１１２の位置を判別し
てサンプル液４７の両端間の距離を算出し、外部入力手
段により入力したノズル１の内径を示すデータによりサ
ンプル液４７の容積を算出する。その結果を表ボ手段８
に表示する。

上記従来装置において、センサアレイ４３の素子数を１
０００素子以上、センサピンチを１０μｍ以下として］
、　Ｏｎｍ程度の長さのセンサアレイを用い、５μＱ以
下の流体を取り扱っている。そのためノズル１の内径は
０．５〜１ｍとしていた。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記従来技術は、ノズル１とセンサアレイ４３間の距離
が１−分に接近しており、ノズル】を透過した光がセン
サアレイ４３までほぼ直進するとすれば、ノズル１とセ
ンサアレイ４３の位置ずれは。

０．５〜ｌｌ１ｍ１以下、傾きは１．５〜３°以下程度
が望ましいと考えられる。通常、自動化学分析装置など
では、ノズル１部分は、試料・試薬などの入った複数の
カラムにアクセルする。そのため、ノズル上を動かす必
要があり、ノズル１の強度や操作性の点でノズル１とセ
ンサアレイ４３を［Ｉη定することは望ましくない。一
方、ノズル１とセンサアレイ４３を固定しない場合、ノ
ズルを支持する機構とセンサアレイを支持する機構間で
−に連の精度（位置ずれ０．５〜ｌ　ｕｎ以Ｆ、傾き１
．５〜３゜以下）で、ａｔ！Ｉ定時にノズル上を移動し
センサアレイ４３の前に正確に位置決めしなければなら
ない。

このため、各部品の精度、及び取り付けも１１度、位置
決め精度を高めなければならない。まだ、ノズル１等の
交換時の再調整が必要とむる。さらに、これ以外にも、
ノズル１の表面がｌｂれて光が散乱され、測定の信頼性
が低ドするという問題があった。

本発明の［１的は、微量の液体の体積を高精度、高信頼
で定量する流体置針ａＩす装置を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記の目的を達１戊するために本発明の流体燵計量装置
においては、ノズルとセンサアレイを光源からの平行光
線を横切る方向に相対的に直線方向あるいは回転方向に
移動する移動手段と該移動手段により相対的に直線方向
あるいは回転方向に移動中に上記ノズルを挟んで上記光
源の反対側に配置されたセンサアレイを走査するセンサ
コントローラと、上記センサアレイより得た投影データ
を演算処理し、試料の容積を算出する演算処理手段とを
設けたものである。

また、上記ノズルの表面状態による影響を除くため、ノ
ズルを清浄する清浄手段を設けたものである。

〔作用〕

本発明は、移動手段よりノズルとセンサアレイを相対移
動あるいは回転しているさいに、センサコントローラに
よりセンサアレイを複数回走査する。ノズルの内径部の
軸と、センサアレイの軸が互いに傾いている場合、ノズ
ルの内部の液体の投影像の一部がセンサアレイを横ぎり
その出力を変化する。この傾きの程度に応じてノズルと
センサアレイを十分に相対的に移動あるいは回転するこ
とにより、液体の両端部の投影像をセンサアレイで捉え
、演算処理手段により複数の走査データを比較して両端
部の位置を決定する。

ついで、あらかじめ設定し、記憶しておいたノズルの断
面積のデータにより液体の容積を求めるものである。

したがって、液体の定量を高精度に求めることができる
。

また、光源をパルス光とするか、１次元光センサアレイ
をＣＣＤとし、ＣＣＤのシャッタ駆動を行えば、ノズル
とセンサアレイの相対的移動あるいは回転によるセンサ
出力の残像を低減することができる。

さらにサンプルを吸収したのちノズルの表面を清浄手段
によりノズルの表面に付着したサンプル液を除去するの
で高信頼な定量ができる。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例である流体流量計測装置を示す
第１図乃至第４図について説明する。

第１図および第２図に示すように本実施例においては、
移動手段２０と、演算処理手段を構成する検出部４０お
よび制御処理部５０とを備えている。

上記移動手段２０は、ノズル１と支持シャフト２２の中
心軸をそれぞれ鉛直方向に向け、その間を支持板２１の
両端部にて結合し、かつ上記支持シャフト２２をベース
１００に固定された駆動部３０に接続し、該駆動部３０
内の回転機構により支持シャフト２２が軸回りに回転お
よび軸方向に移動したとき支持板２１を介してノズル■
が軸回りに回転および軸方向に移動可能に構成されてい
る。

上記検出部４０は、光源４１とレンズ４２と、センサア
レイ４３と上記ベース１００に支持され支持機構を兼ね
た遮光用ケーシング４４とから構成されている。レンズ
４２およびセンサアレイ４３は光源４１の発光中心を通
り、上記支持シャット２２の軸方向と直交する直線を光
軸としたとき、この光軸上に配置されている。またセン
サアレイ４３は、その内部の素子列が鉛直方向に沿うよ
うに取付けられている。さらに上記遮光用ケーシング４
４には、切込みあるいは穴４４ａを形成し、これによっ
てノズル１が挿入可能になっている。そのため、検出部
４０では、光源４↓から発した光がレンズ４２により水
平方向に平行光となってセンサアレイ４３に照射する。

上記制御処理部５０は、光源の輝度、発光時間、発光時
間間隔などの制御を行う光源コントローラ５１と、セン
サアレイ４３の走査などの駆動制御を行うセンサコント
ローラ５２と、センサアレイ４３の走査出力を記憶処理
する処理プロセッサ５３と、駆動部３０の駆動制御を行
う駆動制御手段を構成する駆動部コントロニラ５４と、
これらのコントローラ５１，５２．５４および処理プロ
セッサ５３と協調制御を行うとともに外部とのインター
フェースを行うトータルコントローラ５５とから構成さ
れている。なお、第１図に示す６１はサンプル液を貯留
するサンプル液槽、６２は洗浄液槽である。

つぎに動作について説明する。

まずノズルに若干量の空気を吸引し、移動手段２０を駆
動してノズル１を回転および上下方向に移動して、血液
などのサンプルの入ったサンプル液槽６１内のサンプル
中に押入し、サンプル液４７を吸引する。

ついで、ノズル上をサンプル液槽６１から上昇させて若
干量の空気を吸引し、ノズル１内においてサンプル液４
７を空気で挟み込む。

さらにノズル１を移動し、洗、１Ｍ１６２内の洗浄液中
に押入してノズル１の外周に付着残留したサンプル液を
洗い流す、この間ノズル１内のサンプル液４７は空気に
より洗浄液から分離されているため、洗浄液により希釈
されたり流出したりする恐れはない。洗浄終了後、ノズ
ル１を検出部に移動し、計測を開始する。

つぎに計測のシーケンスを示す第３図、第４図により説
明する。第３図は第１図と同様に、上方より機構系を俯
敞した図であり光学系の部分とノズル１の軌跡を示すも
のである。ノズル上は光軸に垂直かつ、その回転中心Ｏ
を通る直線に対しＯｏ〜０３の範囲で平行光４６と交差
し、０１〜θ２の範囲でノズル］内のサンプル液４７の
影の一部または全部をセンサアレイ４３上に投影する。

第４図は、ノズル１の軸が、センサアレイ４３の軸に対
して若干（ψ）だけ傾いている峙に回転角Ｏについてレ
ンズ側よりセンサアレイ４３側を見た峙の模式図および
、それぞれの場合のセンサアレイ４３の出力を示したも
のである。０がＯｏ〜ｏｆ。

０２〜０３の範囲では、平行光がノズル上を経由せず直
接センサアレイ４３（３１〜＃ＮのＮ個の光センサより
なる）に到達する。このため、平行光の光量９企が一定
であるとすると、アレイ上の各光センサはほぼ一定の出
力ＶＢを生じる。一方、回転角が０２より若干大きくな
ると、サンプル液４７の影の一部がセンサアレイ４３の
一部に投影し、これによる光センサの出力の変化部７１
が生ずる。さらにθが増加するにつれ、光センサへの投
影部が広がり出力の変化部７１が拡大する。ざらにＯが
増加すると減少に転じＯｌに近ずくにつれ、投影部が挟
まり変化部７１も縮少してゆく。

実際の動作では、トータルコントローラ５５が罠動部コ
ントローラ５４に指令し、ノズル１を回転角００〜０番
まで、適当なステップ間隔で間欠移動する。同時に、光
源コントローラ５１に指令し光源４１をパルス点灯し、
センサコントローラ５２によりセンサアレイ４３の走査
を行い一連の出力波形群を処理プロセッサ５３に記憶さ
せる。つぎに、処理プロセッサ５３に閾値Ｖｔｈを設定
し出力波形群を２値化し、それぞれについて影に担当す
る部分（０）を２値化して求め、各出力間で同一光セン
サに相当する部分の論理積をそれぞれ取ることにより、
サンプル液４７の長さを近似する。

最後に、この値と、各１す定記録済のノズル１内の断面
積データの積をとりサンプル液４３の容積を求める。な
お、サンプル液４７の長さの求め方は、たとえば、それ
ぞれの２値化出力のθの部分の最小センサ＃と最大セン
サ＃を比較し、最も小さい＃と最も大きい＃を求めサン
プル液４７の長さを求める方式としてもよい。θ工、０
２の位置はｔ回の容積測定により、明らかになるから、
２回目よりは、０１まで移動したのちセンサアレイ４３
からのデータの取り込みを開始し、θ２で取り込みを終
了してもよい。このようにすれば測定時間が短縮できる
。また、θｌ〜０２の間で回転ステップ間隔を小さくす
れば、さらに高精度の容積測定が行える。

本実施例によれば、ノズル１をセンサアレイ４３前方で
ステップ間隔し、検出を多数回行うので、サンプル液４
７が平行光を遮ることにより生じる影の長さ、すなわち
、サンプル液４７の長さを確実に捉えることができるの
で、サンプル液４７の容積を高精度に測定できる。また
、７１１す足前にノズル１の表面を洗浄し、表面の汚れ
を除去するので、汚れによる光の散乱を防止でき、測定
の信頼性が向上する。また、遮光用ケーシング４４によ
り検出部に外部からの迷光が入るのと防止できるので、
測定の信頼性が向上する。なお」二記実施例においては
、移動手段２０に対してセンサアレイ４３が近接した構
成になっているが、これに限定されるものでなく、たと
えばこれを反転して光源４１が移動手段２０に近接する
構成にすることも考えられる。また光路内に鏡や他のレ
ンズ類、スリット類を挿入して小形化をはかったり、迷
光の防止などを行っても良いことは言うまでもない。

つぎに、本発明の他の実施例を示す第５図、第６図によ
り説明する。第５図は本実施例の機構部の測面図である
。本実施例においては、前記実施例に加えて新たに、セ
ンサアレイ４３を平行光４６に対して垂直な面内に回転
する機構を設ける。

たとえば、ステッピングモータなどのモータ４８をセン
サアレイ４３の後部側の遮光ケーシングに取り付け、セ
ンサアレイ４３の裏側すなわち、センサ受光面と反対側
でモータ４８の回転軸と治具４９を介してセンサアレイ
４３と結合する。このとき、モータ４８の回転軸が、セ
ンサアレイ４３の中央を通るように取り付ける。また、
新たに、図示しないモータ４８用のモータコントローラ
を設ける。本実施例では、サンプルの吸入、ノズルｌの
洗浄等の前処理は前記実施例と同様であるが、サンプル
液４７の計測シーケンスが異なる。すなわち、第６図に
示すようにノズル１を駆動部３０により、回転角θ２付
近まで回転移動する。回転角０２を若干越えたところで
、センサアレイ４３の出力を観測すると、サンプル液４
７の影によって凹みが出来る。これを適切な閾値Ｖ　ｉ
　ｈで２値化し、最初に０出力の出た所の光センサの位
置を検出し、センサアレイ４３の回転中心との距離＋２
１を求める。つぎに１回転中心に対して出力の生じた側
の反対側に回転し、つぎにＯ出力を生じた所の光センサ
の位置を検出し、センサアレイ４３の回転中心との距離
＋２．ｃおよび、このときのセンサアレイ４３の回転角
中を求める。以上のデータに、余弦定理を適用すると、
サンプル液４７の長さ悲は、 Ｑ＝　　Ｑｌ”＋Ｑｚ２＋’２ＱｓＱ２ｃｏｓφとして
求まる。またセンサアレイ４３をφだけ回転する前のセ
ンサアレイ４３とノズル１間の初期の傾き角Ｔは正弦定
理を適用して として求まる。また、センサアレイ４３をφ−でだけ回
転するようにすれば、センサアレイ４３とノズル１が平
行するから、２回目の測定からはセンサアレイ４３の回
転は必要ではなくなりまた、サンプル液４７の長さの測
定精度が向上する。

第７図、第８図に本発明の他の実施例を示す。

第７図は本実施例の移動手段の俯敵図、第８図は側面図
である。本実施例では、前記実施例に加えて円形の試料
台２４を設け、試料台の周囲に試料、試薬、洗浄液、希
釈液の入った透明材でできたカラム群６０を取り付ける
。また試料台２４は駆動部３０により回転可能とする。

第８図に示すように、洗浄液等の透明な液体内にノズル
１を挿入した状態でサンプル液４７の長さを測定する。

これにより、ノズル１上に残留した洗浄液等の水滴によ
る光の屈折、散乱の影響が無くなる。また、試料台を回
転することにより各カラム内の液面レベルを測定可能と
なるため、試薬、試料の使用状況が明らかになる。また
、液体を混合する場合、たとえばサンプル液４７を希釈
する場合、ノズル１を介して駆動部３０の図示しない液
体供給源から希釈液を供給するときに、カラム内の液の
レベルを検知し所定量希釈液を送液したのち、送液を停
止することにより、定量済のサンプル液４７に対して任
意の希釈率で希釈を行うことができる。また、液面の上
下での光センサ出力を比較することにより吸光度が求ま
るので、試薬等の発色を利用したカラム内の液体に含ま
れる物質濃度の吸光分析が可能となる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、ノズル１とセンサアレイ４３を相対的
に移動または回転し、複数のサンプル液投影像データに
より、サンプル液４７を高精度に定量できる。また、計
測前にノズル１の表面を洗浄するため、表面の汚れによ
る光の散乱を防止でき、サンモル液４７定量時の信頼性
が向上する。

また、ノズル１を透明材よりなるカラムに入れカラムを
透過した光を測定することにより、ノズルｌの表面に残
留した洗浄液などの液滴による光の屈曲が無くなり、サ
ンプル液４７の定量の信頼性が向上する。また、カラム
内の液体の液面レベル４ が計測でき、カラム内の液体の定量が可能となるので、
液体の混合時にそれぞれの混合率を検知したり操作した
りできるという効果もある。また、液面の上下での光セ
ンサ出力を比較することにより、吸光分析が可能となる
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例である流体及計測装置を示す
図、第２図は第１図の側面図、第３図はノズルの軌跡図
、第４図は計８１’ｌのシーケンスを示来の流体及計測
装置を示す図である。 １・・・ノズル、２０・・・移動手段、４０・・・検出
部。 −″、第５図は本発明の他の一実施例 である流体及計測装置を示す側面図、第６図は計測のシ
ーケンスを示す説明図　　　　　　　　゛第７図は本発
明のさ らに他の一実施例を示す流体置針側袋匝を示す平面図、
第８図は第７図の側面断面図、第９図は従５ 図 、！２−−　　Ｌ　”、ス゛ ４ｚ−手行光 第 （２） ４ｚ−−−レンχ 第 （２） 拓 目 め ７ （２） め 図 Ｈケ 力 圀

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、内部に境界の明確な複数の流体柱が存在し、流路の
   一部もしくは全部のいずれか一方を透明材にて形成され
   た管状のサンプリングノズルに対し、一方より平行光を
   照射し、該サンプリングノズルを透過した光を１次元光
   センサアレイに投影し、該１次元センサアレイに投影さ
   れた投影像データに基づいて上記流体柱の容積を計量す
   る演算処理手段とを設けた流体流量計測装置において、
   前記サンプリングノズルと前記１次元センサアレイを相
   対的に移動する移動手段および該移動手段を駆動制御す
   る駆動制御手段とを設けた流体量計測装置。 ２、請求項１記載の、流体量計測装置において、サンプ
   リングノズルと１次元センサアレイの相対移動時に該１
   次元センサアレイにより複数の投影像データを取得し、
   これを記憶処理し、上記サンプリングノズル内の流体柱
   の容積を計量する演算処理手段とを設けた流体量計測装
   置。 ３、請求項１記載の移動手段はサンプリングノズルと、
   １次元センサアレイを相対的に回転方向に移動するよう
   に構成された流体量計測装置。 ４、請求項１記載の駆動制御手段はサンプリングノズル
   と、１次元センサアレイの相対的な回転方向の移動を駆
   動制御するように構成された流体量計測装置。 ５、請求項１記載の移動手段は、サンプリングノズルと
   １次元センサアレイを相対的に直線方向および回転方向
   に移動するように構成された流体量計測装置。 ６、請求項１記載の移動手段は、サンプリングノズルと
   、１次元センサアレイの相対的な直線方向および回転方
   向の移動を駆動制御するように構成された流体量計測装
   置。 ７、請求項１もしくは２記載の流体量計測装置は、平行
   光路内に一部または全部のいずれか一方を透明材にて形
   成され、サンプリングノズルを挿入するための液槽を設
   けた流体量計測装置。 ８、請求項７記載の液槽は、１次元光センサアレイと相
   対的に移動する移動手段および該移動手段を駆動制御す
   る駆動制御手段を設けた流体量計測装置。 ９、請求項１もしくは２もしくは８記載の流体量計測装
   置は流体柱あるいは液槽内のいずれか一方の物質濃度を
   １次元光センサアレイの出力により定量する処理手段を
   設けた流体量計測装置。 １０、請求項１もしくは２もしくは８もしくは９記載の
   流体量計測装置はサンプリングノズルを清浄手段を設け
   た流体量計測装置。