JPH09127244A - 超音波センサ及びこれを用いた分注装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 比較的低い周波数の超音波によっても高精度
の測定が可能な超音波センサを提供する。 【解決手段】 超音波センサは、送信波については、そ
の第１波の立上り時点を検知する。又、受信波について
は、その波形に現われる複数のピーク点Ｐを検出し、こ
れらのピーク点Ｐを結ぶ仮想包絡線の時間軸座標が最小
値となる波形基準点を検知する。そして、受信波の波形
基準点の時刻に所定のオフセット時間を加算することに
よって、受信波の第１波の立上がり時刻を算出し、送信
波の第１波の立上がり時点から受信波の第１波の立上が
り時点までの経過時間を算出する。該算出結果に基づい
て、測定対象までの距離を算出する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、距離測定に用いる
超音波センサと、試薬、検体等の分注や希釈を行なう分
注装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】一般に分注装置は、図１２に示す様に、
コントローラ(19)によって制御される３軸駆動テーブル
機構(18)の出力部に分注ヘッド(15)を取り付けて構成さ
れ、分注ヘッド(15)には、試薬を吸入、吐出すべきピペ
ット(16)が下向きに突設されている。

【０００３】分注台(17)上に設置されたプレート(20)の
各凹部(21)へ試薬を分注する際には、３軸駆動テーブル
機構(18)の動作により分注ヘッド(15)を移動させて、ピ
ペット(16)の先端部をプレート(20)の凹部(21)へ接近さ
せ、ピペット(16)内の試薬を凹部(21)へ吐出する。試薬
の希釈や混合を行なう場合には、凹部(21)内に他の試薬
(22)が既に注入されており、ピペット(16)から滴下する
試薬を凹部(21)内の試薬(22)の液面に接触させて、表面
張力を開放することによって、試薬の吐出を行なう。こ
のとき、ピペット(16)自体が凹部(21)内の試薬(22)と接
触すると、ピペット(16)に付着した試薬が次の分注工程
で他の試薬に混入するため、ピペット(16)の先端面が試
薬(22)の液面よりも僅かに浮上した位置で、試薬の吐出
を行なう必要がある。

【０００４】上記の如く試薬の希釈や混合を行なう場合
には、コントローラ(19)による制御の下、分注ヘッド(1
5)を下降させて、ピペット(16)をプレート(20)の凹部(2
1)内の試薬(22)の液面に対して可及的に接近させるので
あるが、試薬(22)の液面位は凹部(21)毎にまちまちであ
るため、その都度、試薬(22)の液面位を測定して、ピペ
ット(16)の高さ位置を調整する必要がある。この際、試
薬(22)の液面位の測定には、０.１ｍｍ程度の精度が要
求される。

【０００５】距離測定の精度の点では、レーザ測長器を
用いることが有利であるが、この場合、レーザ光が試薬
に照射されることになるため、透明の試薬や、光化学反
応を起こす試薬については適用出来ない。

【０００６】そこで、従来は、図１２の如く分注ヘッド
(15)の側部に超音波センサ(１)を取り付けて、試薬(22)
の液面までの距離を測定し、該測定値をコントローラ(1
9)による３軸駆動テーブル機構(18)の制御にフィードバ
ックすることが行なわれている。

【０００７】超音波センサ(１)による距離測定において
は、図８に示す如く超音波センサ(１)から測定対象(24)
へ向けて送信波を発すると共に、測定対象(24)にて反射
されて戻ってくる受信波を超音波センサ(１)で受け、送
信波の発信から受信波の受信までの時間計測に基づい
て、測定対象までの距離を測定する。ここで、送信波
は、振動子の機械インピーダンスによって、図９に示す
如く振幅が徐々に増大した後、徐々に減小する波形とな
る。又、これに伴って、受信波も同様の波形となる。
尚、送信波と受信波とは周波数が同一であって、且つ受
信波に含まれる複数の波のピーク値は、対応する送信波
の波のピーク値に対して夫々、一定の減衰率を有するこ
とになる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】送信波の発信から受信
波の受信までの時間計測は、正確には、送信波の第１波
の立上りから受信波の第１波の立上りまでの期間を対象
として行なう必要があるが、受信波の第１波の立上りに
ついては、ノイズによる誤検出を避けるため、図９に示
す如く、波形の振幅値が一定のスレッショルドレベルを
越えた時点を以て、第１波の立上り時点としている。こ
の結果、従来の超音波センサの測定値には、超音波の数
波長分の誤差が発生することになる。この誤差を最小限
に抑えるためには、振動子の周波数を上げればよいが、
これによって超音波伝搬中の振幅の減衰が著しくなり、
測定感度が低下する。

【０００９】本発明の目的は、比較的低い周波数の超音
波によっても高精度の測定が可能な超音波センサ、及び
該超音波センサを装備した分注装置を提供することであ
る。

【００１０】

【課題を解決する為の手段】本発明に係る第１の超音波
センサは、送信波の第１波の立上がり時点を検知する第
１検知手段と、受信波の波形に現われる複数のピーク点
を検出し、これらのピーク点を結ぶ放物線状の仮想包絡
線において時間軸座標が最小値となる波形基準点を検知
する第２検知手段と、第１検知手段によって検知された
送信波の第１波の立上がり時刻と、第２検知手段によっ
て検知された受信波の波形基準点の時刻と、所定のオフ
セット時間とに基づいて、測定対象までの距離を算出す
る演算手段とを具えている。

【００１１】上記第１の超音波センサにおいて、送信波
については、振動子に対する駆動パルスの供給開始時点
に基づいて、第１波の立上り時点を検知することが出来
る。一方、受信波の第１波の立上り時点は図３に示す様
に、波形に現われる複数のピーク点Ｐを結ぶ仮想包絡線
において時間軸座標が最小値となる波形基準点から、所
定のオフセット時間が経過した時点を以て、第１波の立
上り時点とする。ここで、波形に含まれる何れの波も同
一の減衰率で減衰するので、その幾何学的関係から、複
数のピーク点を結ぶ仮想包絡線は、図４(ａ)(ｂ)に破線
で示す如く減衰の大きさに拘わらず、同一の波形基準点
を通過する。即ち、波形基準点から第１波の立上り時点
までの時間(オフセット時間)は、測定対象までの距離に
拘わらず一定となる。よって、このオフセット時間は、
センサ固有の値として、予め実験的に求めておくことが
出来る。

【００１２】具体的には、前記演算手段は、受信波の波
形基準点の時刻に所定のオフセット時間を加算して、受
信波の第１波の立上がり時刻を算出する加算手段と、送
信波の第１波の立上がり時点から受信波の立上がり時点
までの経過時間を算出する第１演算手段と、第１演算手
段による時間算出値に基づいて測定対象までの距離を算
出する第２演算手段とから構成されている。或いは、前
記演算手段は、送信波の第１波の立上がり時点から受信
波の波形基準点までの経過時間を算出する第１演算手段
と、第１演算手段による時間算出値に所定のオフセット
時間を加算し、その加算結果に基づいて、測定対象まで
の距離を算出する第２演算手段とから構成されている。

【００１３】上記２つの具体的構成において、前者の構
成では、先ず受信波の波形基準点の時刻に所定のオフセ
ット時間を加算することによって、受信波の第１波の立
上がり時刻を算出し、その後、送信波の第１波の立上が
り時点から受信波の立上がり時点までの経過時間を算出
している。一方、後者の構成では、先ず送信波の第１波
の立上がり時点から受信波の波形基準点までの経過時間
を算出し、その後、該算出結果にオフセット時間を加算
することによって、送信波の第１波の立上がり時点から
受信波の立上がり時点までの経過時間を算出している。
従って、上記２つの具体的構成の何れにおいても、送信
波の第１波の立上がり時点から受信波の第１波の立上が
り時点までの経過時間を算出することが出来る。

【００１４】本発明に係る第２の超音波センサは、送信
波の波形に現われる複数のピーク点を検出し、これらの
ピーク点を結ぶ仮想包絡線において時間軸座標が最小値
となる波形基準点を検知する第１検知手段と、受信波の
波形に現われる複数のピーク点を検出し、これらのピー
ク点を結ぶ仮想包絡線において時間軸座標が最小値とな
る波形基準点を検知する第２検知手段と、送信波の波形
基準点から受信波の波形基準点までの経過時間を算出す
る第１演算手段と、第１演算手段による時間算出値に基
づいて、測定対象までの距離を算出する第２演算手段と
を具えている。

【００１５】上記第２の超音波センサにおいては、送信
波と受信波の両方について波形基準点が検知され、送信
波の波形基準点から受信波の波形基準点までの経過時間
を以て、送信波の第１波の立上り時点から受信波の第１
波の立上り時点までの経過時間とする。この場合、送信
波についての波形基準点から第１波の立上り時点までの
時間(オフセット時間)と、受信波についての波形基準点
から第１波の立上り時点までの時間(オフセット時間)
は、幾何学的に明らかな様に、互いに同一となる。よっ
て、送信波の波形基準点から受信波の波形基準点までの
経過時間は、送信波の第１波の立上り時点から受信波の
第１波の立上り時点までの経過時間と一致することにな
る。

【００１６】上記第１及び第２の超音波センサによれ
ば、図９に示す如く、送信波の立上がり時点から受信波
の立上がり時点までの経過時間ΔＴを間接的に算出する
ことによって、従来方式では不可避であった測定誤差を
解消することが出来る。又、仮想包絡線において時間軸
座標が最小値となる点を波形基準点としており、波形基
準点の検知は電圧レベルとは無関係に行なわれるので、
図３に二点鎖線で示す様に、波形検出時のグランドレベ
ルが波形の振幅中心からずれた場合においても、波形基
準点の検知に影響はなく、その検知位置が移動すること
はない。従って、グランドレベルのずれによる測定誤差
が生じることはない。

【００１７】上記第１及び第２の超音波センサにおい
て、仮想包絡線は、具体的には、２次曲線によって精度
良く表わされる。

【００１８】又、本発明に係る分注装置は、分注ヘッド
(15)の側部に、上記本発明に係る第１の超音波センサ或
いは第２の超音波センサを下向きに取り付けたものであ
る。

【００１９】該分注装置においては、超音波センサの測
定対象は、プレート(20)の凹部(21)に注入された液体の
液面であって、超音波センサ(１)からの超音波の往復時
間が測定されて、液面までの距離が算出される。

【００２０】分注装置の具体的構成において、測定対象
は、プレート(20)の凹部(21)に注入された液体の液面で
あって、超音波センサ(１)の超音波出射部には、中央部
に超音波通路を設けた筒片(23)が下向きに取り付けら
れ、該筒片(23)の超音波通路は、前記凹部(21)の開口形
状と同一或いは実質的に同一の断面形状に形成されてい
る。

【００２１】該具体的構成においては、超音波センサ
(１)から出射された超音波が、筒片(23)の超音波通路に
案内されて、拡散することなく、プレート(20)の凹部(2
1)へ導かれる。超音波センサ(１)に筒片(23)を具えない
従来の分注装置においては、図１３に示す如く、超音波
センサ(１)から出射された超音波が拡散して、一部の波
がプレート(20)の凹部(21)の開口縁に照射され、該開口
縁での反射による受信波が超音波センサ(１)にて検知さ
れて、正確な測定値Ｈが得られない問題があった。

【００２２】これに対し、本発明の分注装置において
は、筒片(23)の超音波通路がプレート(20)の凹部(21)の
開口形状と同一或いは実質的に同一の断面形状に形成さ
れており、図１１の如く、筒片(23)の開口部をプレート
(20)の凹部(21)へ可及的に接近させた状態で距離測定が
行なわれる。従って、超音波センサ(１)から出射された
一部の波が凹部(21)の開口縁に照射されることはなく、
全ての波が凹部(21)内へ導かれて、該凹部(21)内の液体
の液面で反射されることになる。この結果、正確な測定
値Ｈが得られるのである。

【００２３】

【発明の効果】本発明に係る超音波センサは、測定精度
が超音波の波長に依存せず、原理的に誤差の無い測定方
式を採用しているので、比較的低い周波数の超音波によ
っても高精度の測定が可能である。又、本発明に係る超
音波センサを用いた分注装置においては、超音波センサ
による高精度の測長によって、分注ヘッドの位置決めを
高精度に行なうことが出来る。

【００２４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につ
き、図面に沿って具体的に説明する。図１に示す本発明
の超音波センサ(１)は、振動子(２)についての動作モー
ドを切換えスイッチ(３)により送信モードと受信モード
に切り換えるものであって、送信モードにおいては、ク
ロック発生器(４)から駆動パルス発生器(５)へ４００ｋ
Ｈｚのクロックを供給して、４００ｋＨｚの駆動パルス
を作成する。該駆動パルスは増幅器(６)にて増幅し、切
換えスイッチ(３)を経て振動子(２)へ供給する。ここ
で、駆動パルスは図２(ａ)の如く一定のピーク値を有す
る数個のパルスであるが、振動子(２)の機械インピーダ
ンスによって、振動子(２)に発生する振動は、図２(ｂ)
の如く振幅が徐々に増大した後、徐々に減小する波形と
なる。

【００２５】又、図１の如く増幅器(６)の出力はサンプ
リング回路(12)へ供給され、これによってサンプリング
された信号がＡ／Ｄ変換器(13)にてデジタルデータに変
換され、バスライン(14)を経てマイクロコンピュータ(2
5)へ供給される。

【００２６】マイクロコンピュータ(25)は、クロック発
生器(10)からの基準クロックに基づいて動作するタイマ
(７)、ＣＰＵ(８)及びメモリ(９)を具え、駆動パルス発
生器(５)からのタイマーＯＮ／ＯＦＦ信号がタイマ(７)
に入力されることによって、タイマ(７)の計時動作が開
始される。又、Ａ／Ｄ変換器(13)からバスライン(14)を
経て送られてくるデータは、ＣＰＵ(８)により処理され
て、送信波の第１波の立上り時点、或いは波形基準点が
検知され、その結果がメモリ(９)に格納される。ここ
で、波形基準点は、送信波に現われる複数のピーク点を
結ぶ仮想包絡線を２次曲線で表わした場合の頂点、即ち
該２次曲線の時間軸座標が最小値となる点である。

【００２７】一方、受信モードにおいては、図１に示す
振動子(２)によって受信波が検知され、その検知信号が
増幅器(11)を経てサンプリング回路(12)へ供給される。
サンプリング回路(12)では、一定周波数(１０ＭＨｚ)で
波形の振幅値のサンプリングが行なわれ、その結果がＡ
／Ｄ変換器(13)にてデジタルデータに変換され、マイク
ロコンピュータ(25)へ供給される。マイクロコンピュー
タ(25)では、サンプリングされた時刻ｔをｘ座標、サン
プリングされた振幅値Ｖをｙ座標とする２次元座標デー
タとして、波形の変化をメモリ(９)に格納する。

【００２８】尚、ノイズを除去するために、受信波の波
形のサンプリングに際しては、適度な大きさのスレッシ
ョルドレベルを設け、振幅値の絶対値が該スレッショル
ドレベル以下であるデータは排除する。

【００２９】その後、マイクロコンピュータ(25)は、受
信波の波形基準点を検知して受信波の第１波の立上がり
時刻を導出する。ここで、波形基準点は、受信波に現わ
れる複数のピーク点を結ぶ仮想包絡線を２次曲線で表わ
した場合の頂点、即ち該２次曲線の時間軸座標が最小値
となる点である。そして、送信波の第１波の立上り時点
から受信波の第１波の立上がり時点までの経過時間に基
づいて、測定対象までの距離Ｌを算出する。この様にし
て得られた測定対象までの距離Ｌの算出結果は、必要に
応じてプリンターによって出力され、或いはディスプレ
イに表示される。

【００３０】図５は、送信波発生から測定対象までの距
離Ｌの算出までの手続きを表わしている。ステップＳ１
にて、振動子(２)に駆動パルスを供給して送信波を発生
させ、ステップＳ２にて、メモリ(９)に送信波の第１波
の立上がり時刻Ｔ1を記憶する。

【００３１】次にステップＳ３にて、受信波のサンプリ
ング及びＡ／Ｄ変換を行ない、ステップＳ４にて、サン
プリングデータをメモリ(９)へ保存する。ステップＳ５
では、メモリ(９)にデータ格納領域が残っているか否か
を判断し、Ｙｅｓと判断された場合は、ステップＳ３へ
戻る。ステップＳ５にてＮｏと判断された場合は、ステ
ップＳ６に移行し、カウンタ変数ｉを初期化する。

【００３２】続いてステップＳ７にて、前記メモリ(９)
からｉ番目のデータＤiの取り出しを行なう。ステップ
Ｓ８では、該データＤiの絶対値がスレッショルドレベ
ルより大きいか否かを判断し、Ｎｏと判断された場合
は、ｉをカウントアップしてステップＳ７へ戻る。ステ
ップＳ８にてＹｅｓと判断された場合は、ステップＳ９
へ移行して、受信波の波形基準点の時刻ｔ2を導出す
る。ステップＳ９の具体的手順については後述する。次
にステップＳ１０では、該受信波の波形基準点の時刻ｔ
2と所定のオフセット時間Ｔoに基づいて、下記数１から
受信波の第１波の立上がり時刻Ｔ2を算出する。

【数１】Ｔ2＝ｔ2＋Ｔo

【００３３】ここで、オフセット時間Ｔoは、超音波セ
ンサ(１)に固有の値であって、予め実験的に求められて
いるが、振動子(２)の経年変化を考慮して、定期的に修
正を施すことが望ましい。

【００３４】続いてステップＳ１１にて、送信波及び受
信波の第１波の立上がり時刻Ｔ1、Ｔ2に基づき、下記数
２から送信波の第１波の立上がり時点から受信波の第１
波の立上がり時点までの経過時間ΔＴを算出する。

【数２】ΔＴ＝Ｔ2−Ｔ1

【００３５】そしてステップＳ１２では、下記数３から
音速ｃを算出する。

【数３】ｃ＝０.６０７×ｔv＋３３１.５ ここで、ｔvは温度センサによって検出される測定時の
空気温度である。

【００３６】最後に、ステップＳ１３にて、送信波の第
１波の立上がり時点から受信波の第１波の立上がり時点
までの経過時間ΔＴと、音速ｃに基づき、下記数４から
測定対象までの距離Ｌを算出する。

【数４】Ｌ＝ｃ×ΔＴ／２

【００３７】上記手続きのステップＳ９における受信波
の波形基準点の導出手順について具体的に説明する。図
６に示す如く、先ずステップＳ１４にて、必要なカウン
タ変数ｎ及びｍを初期化し、ステップＳ１５では、メモ
リ(９)からｎ番目のデータの取り出しを行なう。

【００３８】次にステップＳ１６にて、ｎ番目、ｎ−１
番目、及びｎ−２番目のデータの絶対値を互いに比較し
て、ｎ−１番目のデータの絶対値が最大でない場合は、
ｎをカウントアップして、ステップＳ１５へ戻る。ステ
ップＳ１６にて、ｎ−１番目のデータの絶対値が最大で
あるとの判断が為されたときは、ステップＳ１７へ移行
して、ｎ−１番目のデータをｍ番目のピーク値とする。

【００３９】続いて、ステップＳ１８にて、ｍ番目のピ
ーク値の絶対値と、ｍ−１番目のピーク値の絶対値とを
比較して、ｍ−１番目のピーク値の絶対値の方が小さい
ときは、ｎ及びｍをカウントアップして、ステップＳ１
５へ戻る。

【００４０】ステップＳ１８にて、ｍ−１番目のピーク
値の絶対値の方が大きいと判断されたときは、ステップ
Ｓ１９へ移行して、各ピーク点のデータに最小自乗法を
適用し、各ピーク点を結んだ仮想包絡線を、時間ｔを関
数、振幅値Ｖを変数とする２次曲線：ｔ＝ａＶ²＋ｂＶ
＋ｃで近似する。そして、ステップＳ２０では、仮想包
絡線において時間軸座標が最小値となる点、即ち前記２
次曲線において傾きｄｔ／ｄＶが０となる点(ｔ2，Ｖ2)
を算出する。この点は、下記数５を満たす振幅値Ｖ2及
び時間ｔ2として求めることが出来、これらの値Ｖ2、ｔ
2は夫々、下記数６及び数７によって算出される。

【数５】ｄｔ／ｄＶ＝２ａＶ＋ｂ＝０

【数６】Ｖ2＝−ｂ／２ａ

【数７】ｔ2＝ａＶo²＋ｂＶo＋ｃ これによって得られた点(ｔ2，Ｖ2)が波形基準点とな
り、上記受信波の波形基準点の時刻ｔ2が導出されるこ
ととなる。

【００４１】上記測定方式では、受信波の波形基準点の
時刻ｔ2にオフセット時間Ｔoを加算することによって受
信波の立上がり時刻Ｔ2を算出し、送信波の第１波の立
上り時点から受信波の第１波の立上り時点までの経過時
間ΔＴを算出しているが、送信波の波形基準点から受信
波の波形基準点までの経過時間を算出することによって
も、同じ結果を得ることが出来る。

【００４２】この場合、図１のマイクロコンピュータ(2
5)は、送信モードにて、Ａ／Ｄ変換器(13)から供給され
る送信波のサンプリングデータに対して、図６と同様の
演算処理を実行し、送信波の波形基準点を検知する。そ
して、送信波の波形基準点から受信波の波形基準点まで
の経過時間ΔＴ′(＝ΔＴ)に基づいて、測定対象までの
距離Ｌを算出する。即ち、図７に示す如く、ステップＳ
２１にて、振動子(２)に駆動パルスを供給して送信波を
発生させ、ステップＳ２２にて、送信波及び受信波のサ
ンプリング及びＡ／Ｄ変換を行なう。

【００４３】次にステップＳ２３にて、サンプリングデ
ータをメモリ(９)へ保存する。ステップＳ２４では、メ
モリ(９)にデータ格納領域が残っているか否かを判断
し、Ｙｅｓと判断された場合は、ステップＳ２２へ戻
る。ステップＳ２４にてＮｏと判断された場合は、ステ
ップＳ２５に移行し、カウンタ変数ｉを初期化する。

【００４４】続いてステップＳ２６にて、前記メモリ
(９)からｉ番目のデータＤiの取り出しを行なう。ステ
ップＳ２７では、該データＤiの絶対値がスレッショル
ドレベルより大きいか否かを判断し、Ｎｏと判断された
場合は、ｉをカウントアップしてステップＳ２６へ戻
る。ステップＳ２７にてＹｅｓと判断された場合は、ス
テップＳ２８へ移行して、送信波の波形基準点の時刻ｔ
1を導出する。波形基準点の導出手順は図６に示す通り
である。次にステップＳ２９にて、メモリ(９)からｉ番
目のデータＤiの取り出しを行ない、ステップＳ３０に
て、送信波の送信が終了したか否かを判断する。ステッ
プＳ３０にてＮｏと判断された場合は、ステップＳ２９
へ戻り、Ｙｅｓと判断された場合は、ステップＳ３１に
てｉをカウントアップする。

【００４５】そして、ステップＳ３２では、メモリ(９)
からｉ番目のデータＤiの取り出しを行い、ステップＳ
３３にて、該データＤiの絶対値がスレッショルドレベ
ルより大きいか否かを判断する。ステップＳ３３にて、
Ｎｏと判断された場合は、ステップＳ３１へ戻り、Ｙｅ
ｓと判断された場合は、ステップＳ３４へ移行する。ス
テップＳ３４では、受信波の波形基準点の時刻ｔ2を導
出する。波形基準点の導出手順は図６に示す通りであ
る。

【００４６】その後、ステップＳ３５にて、送信波及び
受信波の波形基準点の時刻ｔ1、ｔ2に基づき、下記数８
から送信波の波形基準点から受信波の波形基準点までの
経過時間ΔＴ′を算出する。

【数８】ΔＴ′＝ｔ2−ｔ1

【００４７】次にステップＳ３６では、図５におけるス
テップＳ１２と同様に上記数３から音速ｃを算出する。
最後に、ステップＳ３７にて、送信波の波形基準点から
受信波の波形基準点までの経過時間ΔＴ′と、音速ｃに
基づき、下記数９から測定対象までの距離Ｌを算出す
る。

【数９】Ｌ＝ｃ×ΔＴ′／２

【００４８】上記超音波センサ(１)によれば、比較的低
い周波数の超音波によっても、高精度、高感度の測長が
可能である。又、波形基準点に基づいて測定対象までの
距離を測定しているので、図３に二点鎖線で示す様に、
波形検出時のグランドレベルが波形の振幅中心からずれ
た場合においても、グランドレベルのずれによる測定誤
差が生じることはなく、常に高精度の測定値が得られ
る。

【００４９】図１０は、分注装置に上記超音波センサ
(１)を装備したものであって、３軸駆動テーブル機構(1
8)の出力部に、分注ヘッド(15)と共に超音波センサ(１)
が下向きに取り付けられている。又、超音波センサ(１)
の超音波出射部には、断面円形の筒片(23)が垂直に取り
付けられている。該筒片(23)の内径は、プレート(20)の
凹部(21)の内径(約７ｍｍ)と同一に形成されている。
又、筒片(23)の長さは６０ｍｍである。

【００５０】分注台(17)上のプレート(20)に対して分注
を行なう場合、先ず、超音波センサ(１)によって、プレ
ート(20)の凹部(21)に既に注入されている試薬(22)の液
面位を測定する。この場合、図１１の如く筒片(23)の開
口部をプレート(20)の凹部(21)の開口部に可及的に接近
させ、開口部どうしを同一軸心上で対向させる。この状
態で、超音波センサ(１)から超音波を発すると、該超音
波は筒片(23)の内周面に案内されて、拡散することな
く、プレート(20)の凹部(21)に導かれる。そして、試薬
(22)の液面で反射された超音波が再び筒片(23)の内周面
に案内されて、超音波センサ(１)へ戻ることになる。

【００５１】従って、図１３に示す従来例の様に送信波
の一部が凹部(21)開口縁で反射されることはなく、高精
度の測長が可能となる。超音波センサ(１)による測定結
果は、図１０に示すコントローラ(19)へ送られて、分注
ヘッド(15)の位置決め制御に供される。

【００５２】即ち、超音波センサ(１)による測定結果に
基づいて３軸駆動テーブル機構(18)を動作させ、分注ヘ
ッド(15)のピペット(16)の先端面を、プレート(20)の凹
部(21)内の試薬(22)の液面から０.２〜０.６ｍｍの高さ
に位置せしめる。その後、ピペット(16)に連繋するプラ
ンジャー装置(図示省略)の動作によって、ピペット(16)
内の試薬を吐出する。この際、ピペット(16)から吐出さ
れる試薬は滴状となって、プレート(20)の凹部(21)内の
試薬(22)の液面と接触し、表面張力が開放されることに
よって、プレート(20)上へ滴下することになる。

【００５３】上記分注装置においては、超音波センサ
(１)によって液面位が高精度に測定されるので、試薬吐
出時の分注ヘッド(15)の位置決めが正確に行なわれ、ピ
ペット(16)の先端面に不要な試薬が付着する虞れはな
い。尚、筒片(23)の内径が凹部(21)の内径よりも小さい
場合にも、同様に凹部開口縁での反射が防止されるが、
受信波が弱くなってＳ／Ｎ比が悪化する虞れがあるた
め、この場合は、Ｓ／Ｎ比を改善する方策が必要とな
る。

【００５４】上記実施の形態の説明は、本発明を説明す
るためのものであって、特許請求の範囲に記載の発明を
限定し、或は範囲を減縮する様に解すべきではない。
又、本発明の各部構成は上記実施の形態に限らず、特許
請求の範囲に記載の技術的範囲内で種々の変形が可能で
あることは勿論である。例えば、上記実施の形態では、
送信波の第１波の立上がり時点から受信波の立上がり時
点までの経過時間を算出する際、受信波の波形基準点の
時刻にオフセット時間を加算することによって、受信波
の第１波の立上がり時刻を算出する方式を採用している
が、先ず送信波の第１波の立上がり時点から受信波の波
形基準点までの経過時間を算出し、該算出結果にオフセ
ット時間を加算する方式も採用が可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る超音波センサの構成を示すブロッ
ク図である。

【図２】駆動パルスと、振動子に発生する振動の波形図
である。

【図３】波形基準点を説明する図である。

【図４】振幅の減衰率によって波形基準点が変化しない
ことを説明する図である。

【図５】測定距離を求める手順を表わすフローチャート
である。

【図６】波形基準点を求める手順を表わすフローチャー
トである。

【図７】測定距離を求める他の手順を表わすフローチャ
ートである。

【図８】超音波センサの測定原理を説明する図である。

【図９】従来方式における測定誤差の発生を説明する図
である。

【図１０】本発明に係る分注装置の一部破断正面図であ
る。

【図１１】該分注装置の要部を表わす拡大断面図であ
る。

【図１２】従来の分注装置の一部破断正面図である。

【図１３】図１１に対応する従来装置の拡大断面図であ
る。

【符号の説明】

(１) 超音波センサ (２) 振動子 (３) 切換えスイッチ (５) 駆動パルス発生器 (25) マイクロコンピュータ (18) ３軸駆動テーブル機構 (23) 筒片 (20) プレート (21) 凹部

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 測定対象へ向けて送信波を発すると共
   に、測定対象にて反射されて戻ってくる受信波を受け
   て、送信波の発信から受信波の受信までの時間計測に基
   づいて、測定対象までの距離を測定する超音波センサに
   おいて、 送信波の第１波の立上がり時点を検知する第１検知手段
   と、 受信波の波形に現われる複数のピーク点を検出し、これ
   らのピーク点を結ぶ仮想包絡線において時間軸座標が最
   小値となる波形基準点を検知する第２検知手段と、 第１検知手段によって検知された送信波の第１波の立上
   がり時刻と、第２検知手段によって検知された受信波の
   波形基準点の時刻と、所定のオフセット時間とに基づい
   て、測定対象までの距離を算出する演算手段とを具えた
   ことを特徴とする超音波センサ。
2. 【請求項２】 演算手段は、受信波の波形基準点の時刻
   に所定のオフセット時間を加算して、受信波の第１波の
   立上がり時刻を算出する加算手段と、送信波の第１波の
   立上がり時点から受信波の立上がり時点までの経過時間
   を算出する第１演算手段と、第１演算手段による時間算
   出値に基づいて測定対象までの距離を算出する第２演算
   手段とから構成されている請求項１に記載の超音波セン
   サ。
3. 【請求項３】 演算手段は、送信波の第１波の立上がり
   時点から受信波の波形基準点までの経過時間を算出する
   第１演算手段と、第１演算手段による時間算出値に所定
   のオフセット時間を加算し、その加算結果に基づいて、
   測定対象までの距離を算出する第２演算手段とから構成
   されている請求項１に記載の超音波センサ。
4. 【請求項４】 測定対象へ向けて送信波を発すると共
   に、測定対象にて反射されて戻ってくる受信波を受け
   て、送信波の発信から受信波の受信までの時間計測に基
   づいて、測定対象までの距離を測定する超音波センサに
   おいて、 送信波の波形に現われる複数のピーク点を検出し、これ
   らのピーク点を結ぶ仮想包絡線において時間軸座標が最
   小値となる波形基準点を検知する第１検知手段と、 受信波の波形に現われる複数のピーク点を検出し、これ
   らのピーク点を結ぶ仮想包絡線において時間軸座標が最
   小値となる波形基準点を検知する第２検知手段と、 送信波の波形基準点から受信波の波形基準点までの経過
   時間を算出する第１演算手段と、 第１演算手段による時間算出値に基づいて、測定対象ま
   での距離を算出する第２演算手段とを具えたことを特徴
   とする超音波センサ。
5. 【請求項５】 仮想包絡線は、２次曲線で表わされる請
   求項１乃至請求項４の何れかに記載の超音波センサ。
6. 【請求項６】 ヘッド駆動機構の出力部に、液体を吸
   入、吐出すべきピペットを下向きに突設した分注ヘッド
   が取り付けられた分注装置において、分注ヘッドの側部
   には、測定対象へ向けて送信波を発すると共に、測定対
   象にて反射されて戻ってくる受信波を受けて、送信波の
   発信から受信波の受信までの時間計測に基づいて、測定
   対象までの距離を測定する超音波センサが、下向きに取
   り付けられている分注装置において、超音波センサは、 送信波の第１波の立上がり時点を検知する第１検知手段
   と、 受信波の波形に現われる複数のピーク点を検出し、これ
   らのピーク点を結ぶ仮想包絡線において時間軸座標が最
   小値となる波形基準点を検知する第２検知手段と、 第１検知手段によって検知された送信波の第１波の立上
   がり時刻と、第２検知手段によって検知された受信波の
   波形基準点の時刻と、所定のオフセット時間とに基づい
   て、測定対象までの距離を算出する演算手段とを具えて
   いることを特徴とする分注装置。
7. 【請求項７】 ヘッド駆動機構の出力部に、液体を吸
   入、吐出すべきピペットを下向きに突設した分注ヘッド
   が取り付けられた分注装置において、分注ヘッドの側部
   には、測定対象へ向けて送信波を発すると共に、測定対
   象にて反射されて戻ってくる受信波を受けて、送信波の
   発信から受信波の受信までの時間計測に基づいて、測定
   対象までの距離を測定する超音波センサが、下向きに取
   り付けられている分注装置において、超音波センサは、 送信波の波形に現われる複数のピーク点を検出し、これ
   らのピーク点を結ぶ仮想包絡線において時間軸座標が最
   小値となる波形基準点を検知する第１検知手段と、 受信波の波形に現われる複数のピーク点を検出し、これ
   らのピーク点を結ぶ仮想包絡線において時間軸座標が最
   小値となる波形基準点を検知する第２検知手段と、 送信波の波形基準点から受信波の波形基準点までの経過
   時間を算出する第１演算手段と、 第１演算手段による時間算出値に基づいて、測定対象ま
   での距離を算出する第２演算手段とを具えていることを
   特徴とする分注装置。
8. 【請求項８】 測定対象は、プレート(20)の凹部(21)に
   注入された液体の液面であって、超音波センサ(１)の超
   音波出射部には、中央部に超音波通路を設けた筒片(23)
   が下向きに取り付けられ、該筒片(23)の超音波通路は、
   前記凹部(21)の開口形状と同一或いは実質的に同一の断
   面形状に形成されている請求項６又は請求項７に記載の
   分注装置。