JPWO2018061775A1 - ノズル位置計測方法及び回収システム - Google Patents
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Abstract
Description
本願は、2016年9月29日に、日本に出願された特願2016−191974号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
この方法によれば、ノズル昇降工程において、基板の表面にノズルが接近したときにピントが合うため、カメラの撮像画像によってノズルを明確に認識することができる。そのため、カメラの撮像画像を見ながらノズルを基板の表面に容易に接近させることができる。したがって、基板の表面とノズルとを精度良く容易に位置決めすることができる。
この方法によれば、位置調整工程において、判定工程での判定結果に基づいてノズルが動いたと判定されたときはノズルを基板から離反させることで、ノズルが基板に当接した状態を解除することができる。一方、位置調整工程において、判定工程での判定結果に基づいてノズルが動かないと判定されたときはノズルを静止させることで、ノズルが基板から離反した状態を維持することができる。そして、判定工程での判定結果に基づいてノズルと基板との相対位置を調整することで、ノズルを基板に最大限接近させることができる。したがって、基板とノズルとをより一層精度良く位置決めすることができる。加えて、判定工程での判定結果に基づいてノズルが動いたと判定されたときはノズルを基板から離反させることで、ノズルが基板に当接し過ぎてノズルに過度の負荷がかかったり、ノズルが基板にめり込んだりすることを回避することができる。
ところで、基板の凹部に収容された微粒子をノズルにより吸引する場合、ノズルと基板とを当接(密着)させると、微粒子そのものを巻き込んだ吸気の流れを作ることができない可能性がある。すなわち、吸気の流れがノズルと基板との当接部分で遮られるため、微粒子を吸引することができない可能性がある。これに対し、この方法によれば、位置調整工程において、ノズルと基板との間隔をあけるため、吸気の流れが遮られることなく微粒子そのものを巻き込んだ吸気の流れを作ることができるため、微粒子を確実に吸引することができる。加えて、ノズルと基板との間隔を微粒子の大きさよりも小さくすることで、ノズルと基板との間隔を微粒子の大きさ以上とした場合と比較して、外部の異物を吸引することを抑制することができる。したがって、微粒子と異物との混在(コンタミネーション)を抑制するとともに、所望の微粒子を確実に吸引することができる。ところで、基板に微粒子を収容可能な複数の凹部が形成された構成であると、ノズルと基板との間隔を微粒子の大きさ以上とした場合、対象となる凹部に収容された微粒子を吸引するときに、隣の凹部に収容された微粒子を誤って吸引してしまう可能性がある。これに対し、この方法によれば、ノズルと基板との間隔を微粒子の大きさよりも小さくすることで、隣の凹部に収容された微粒子を誤って吸引してしまうことを回避することができる。
この構成によれば、構造体を第二方向に移動させたときに構造体とともにノズルが動くか否かを判定する判定部を備えることで、判定部によって構造体とともにノズルが動いたと判定されたときは、ノズルが第一基板に当接していると推定することができる。一方、判定部によって構造体とともにノズルが動かないと判定されたときは、ノズルが第一基板から離反していると推定することができる。そのため、ノズルが実際に第一基板に当接しているか否かを確認しながら、ノズルを第一基板に可及的に接近させることができる。したがって、第一基板とノズルとを精度良く位置決めすることができる。
この構成によれば、第一基板の表面にノズルが接近したときにピントが合うため、カメラの撮像画像によってノズルを明確に認識することができる。そのため、カメラの撮像画像を見ながらノズルを第一基板の表面に容易に接近させることができる。したがって、第一基板の表面とノズルとを精度良く容易に位置決めすることができる。
この構成によれば、ノズルと第一基板とを離反した場合と比較して、外部の異物を吸引することを回避することができる。したがって、微粒子と異物との混在(コンタミネーション)を回避するとともに、所望の微粒子を確実に吸引することができる。加えて、第一基板の貫通孔と支持層の連通孔との間でのみ微粒子そのものを巻き込んだ吸気の流れを作ることができるため、ノズルと第一基板とを離反した場合と比較して、ノズルの吸引力を低く抑えることができる。
以下の説明においては、XYZ直交座標系を設定し、このXYZ直交座標系を参照しつつ各部材の位置関係について説明する。水平面内の所定方向をX軸方向、水平面内においてX軸方向と直交する方向をY軸方向、X軸方向及びY軸方向のそれぞれと直交する方向(すなわち鉛直方向)をZ軸方向とする。また、X軸、Y軸、及びZ軸まわりの回転方向をそれぞれ、θX、θY、及びθZ方向とする。
以下、本発明の第一実施形態について、図1〜図7を用いて説明する。本実施形態では、基板に対するノズルの位置を計測するノズル位置計測方法に用いる回収システムを例に挙げて説明する。本実施形態の回収システムは、微粒子を収容可能な基板と、基板に収容された微粒子を吸引して回収するノズルと、を備えたものである。
図1は、第一実施形態に係る回収システム1の概略構成を示す平面図である。
図1に示すように、回収システム1は、基台2と、制御装置3と、表示装置4と、入力装置5と、基板10と、ノズル20と、ノズル位置計測装置30と、を備えている。回収システム1は、不図示のケースで覆われている。これにより、回収システム1内には外部から異物(塵埃)が侵入しないようになっている。
基台2は、回収システム1の各要素(基板10、ノズル20及びノズル位置計測装置30)を保持する。平面視で、基台2は矩形状をなしている。
制御装置3は、回収システム1の各要素(ノズル20及びノズル位置計測装置30)の駆動を制御する。
表示装置4は、文字及び画像の表示を行う。表示装置4は、回収システム1に関する種々の情報を表示する。例えば、表示装置4は、液晶ディスプレイである。
入力装置5は、作業者の操作を受け付ける入力機器を備える。例えば、入力機器は、キーボード及びマウス等である。入力装置5は、入力された所定の情報を制御装置3に出力する。
図2は、基板10の概略構成を示す斜視図である。
図2に示すように、基板10は、矩形板状をなしている。例えば、基板10は、X軸方向及びY軸方向に50mm程度の長さを有している。基板10は、透光性を有している。例えば、基板10は、ガラス基板又はプラスチック基板である。
凹部11の大きさは、1個の微粒子Mのみが収容され得る大きさとなっている。これにより、目的の単一種の細胞等を迅速に回収することができる。なお、凹部11の大きさは、複数の微粒子Mが収容され得る大きさであってもよく、特に限定されない。
図3は、第一実施形態に係る回収システム1の要部を示す図である。
図3に示すように、ノズル20は、Z軸方向下側に向けて先細り形状を有する筒状をなしている。例えば、ノズル20は、樹脂又は金属で形成されている。例えば、ノズル20は、マイクロキャピラリーである。ノズル20は、基板10の凹部11のサイズに対応したものを用いる。例えば、ノズル20の先端部21の内径は、凹部11の直径の2倍程度に設定されている。例えば、ノズル20の先端部21の内径は、10μm〜100μm程度となっている。
ノズル位置計測装置30は、基板10に対するノズル20の位置を計測する。ノズル位置計測装置30は、ノズル昇降機構31と、基板移動機構35と、判定部39と、カメラ40と、を備えている。
ノズル昇降機構31は、ノズル20を第一方向V1に沿わせて基板10に対し昇降させる。ここで、「第一方向」は、基板10の表面10aの法線方向(例えば、Z軸方向)に相当する。ノズル昇降機構31は、アーム32と、Z駆動機構33と、ノズル位置調整機構34と、を備えている。
基板移動機構35は、基板10を第一方向V1と交差する第二方向V2に移動させる。
ここで、「第二方向」は、基板10の表面10aの法線方向と直交する方向(例えば、X軸方向又はY軸方向)に相当する。基板移動機構35は、ステージ36と、XY駆動機構37と、を備えている。
なお、吸引回収領域36aにおける基板10の保持方法は、吸着機構による吸着保持であってもよく、特に限定されない。
判定部39は、制御装置3に接続されている。判定部39は、基板10を第二方向V1に移動させたときに、基板10とともにノズル20が動くか否かを判定する。
カメラ40は、基板10の表面10aにピントを合わせてノズル20を撮像する。カメラ40は、ズームレンズ41と、接眼レンズ42と、ハーフミラー43と、受光部44と、を備えている。
図4に示すように、実施形態の回収システム1は、ノズル20を浸漬する(ディップする)ディップ部50を更に備えている。ディップ部50は、試薬ディップ部51と、洗浄液ディップ部52と、を備えている。
なお、試薬ディップ部51において、ノズル20の先端部21をディップする液体としては、凹部11に微粒子Mとともに配置されている培養液又はPBS(Phosphate bufferedsaline)を用いる。
なお、洗浄液ディップ部52において、ノズル20の先端部21を洗浄する洗浄液としては、凹部11に微粒子Mとともに配置されている培養液又はPBSを用いる。
以下、本実施形態の回収システム1を用いて、基板10に対するノズル20の位置を計測するノズル位置計測方法の一例について説明する。
回収システム1は、電源をオンにされた際、初期化動作を行う。例えば、初期化動作では、ステージ36を待機位置(初期位置)まで移動させる。そして、ノズル20の旋回動作、昇降動作、吸引排出動作を行った後に、ノズル20を待機位置(待機ポジションP2)まで移動させる。これにより、ステージ36及びノズル20が他の機構に干渉することなく正常に動作することを確認することができる。加えて、ステージ36及びノズル20が基準位置(ホームポジション)で待機した状態となる。
図5に示すように、XYアライメントにおいては、例えば、ノズル20の中心軸C1(径方向中心を通る軸)と凹部11の観察領域の基準点G1とを一致させる。ここで、「凹部11の観察領域の基準点G1」は、表示装置4に表示される表示画像G(受光部44へと導かれた画像)の中心点に相当する。
この方法によれば、基板移動工程において基板10とともにノズル20が動くか否かを判定する判定工程を含むことで、判定工程において、基板10とともにノズル20が動いたと判定されたときは、ノズル20が基板10に当接していると推定することができる。
一方、判定工程において、基板10とともにノズル20が動かないと判定されたときは、ノズル20が基板10から離反していると推定することができる。そのため、ノズル20が実際に基板10に当接しているか否かを確認しながら、ノズル20を基板10に可及的に接近させることができる。したがって、基板10とノズル20とを精度良く位置決めすることができる。
ところで、基板10とノズル20との位置決めにおいて、光センサを用いる方法も考えられる。しかし、基板10の表面10aが液面の場合、光の液面での屈折、反射等により基板10の位置を精度良く測定することができない可能性がある。これに対し、この方法によれば、光を利用しないため、基板10の表面10aが液面の場合においても、基板10とノズル20とを精度良く位置決めすることができる。
この方法によれば、位置調整工程において、判定工程での判定結果に基づいてノズル20が動いたと判定されたときはノズル20を基板10から離反させることで、ノズル20が基板10に当接した状態を解除することができる。一方、位置調整工程において、判定工程での判定結果に基づいてノズル20が動かないと判定されたときはノズル20を静止させることで、ノズル20が基板10から離反した状態を維持することができる。そして、判定工程での判定結果に基づいてノズル20と基板10との相対位置を調整することで、ノズル20を基板10に最大限接近させることができる。したがって、基板10とノズル20とをより一層精度良く位置決めすることができる。加えて、判定工程での判定結果に基づいてノズル20が動いたと判定されたときはノズル20を基板10から離反させることで、ノズル20が基板10に当接し過ぎてノズル20に過度の負荷がかかったり、ノズル20が基板10にめり込んだりすることを回避することができる。
ところで、基板10の凹部11に収容された微粒子Mをノズル20により吸引する場合、ノズル20と基板10とを当接(密着)させると、微粒子Mそのものを巻き込んだ吸気の流れを作ることができない可能性がある。すなわち、吸気の流れがノズル20と基板10との当接部分で遮られるため、微粒子Mを吸引することができない可能性がある。これに対し、この方法によれば、位置調整工程において、ノズル20と基板10との間隔H2をあけるため、吸気の流れが遮られることなく微粒子Mそのものを巻き込んだ吸気の流れを作ることができるため、微粒子Mを確実に吸引することができる。加えて、ノズル20と基板10との間隔H2を微粒子Mの大きさH1よりも小さくすることで、ノズル20と基板10との間隔H2を微粒子Mの大きさH1以上とした場合と比較して、外部の異物を吸引することを抑制することができる。したがって、微粒子Mと異物との混在(コンタミネーション)を抑制するとともに、所望の微粒子Mを確実に吸引することができる。ところで、微粒子Mを収容可能な複数の凹部11が形成された基板10を用いると、ノズル20と基板10との間隔H2を微粒子Mの大きさH1以上とした場合、対象となる凹部11に収容された微粒子Mを吸引するときに、隣の凹部11に収容された微粒子Mを誤って吸引してしまう可能性がある。これに対し、この方法によれば、ノズル20と基板10との間隔H2を微粒子Mの大きさH1よりも小さくすることで、隣の凹部11に収容された微粒子Mを誤って吸引してしまうことを回避することができる。
ところで、ノズル20をガラスで形成した場合には、ノズル20が基板10に当接し過ぎてノズル20に過度の負荷がかかったときに、ノズル20が折れる可能性がある。これに対し、本実施形態では、ノズル20が樹脂又は金属で形成されているため、ノズル20が基板10に当接し過ぎてノズル20に過度の負荷がかかったとしても、ある程度たわむため、ノズル20が折れることを回避することができる。
以下、本発明の第二実施形態について、図8〜図12を用いて説明する。
図8は、第二実施形態に係る回収システム201の概略構成を示す平面図である。
図8に示すように、本実施形態では、第一実施形態に対して、基板10に替えて構造体210を備えた点で特に異なる。すなわち、本実施形態の回収システム201は、微粒子Mを収容可能な構造体210と、構造体210に収容された微粒子Mを吸引して回収するノズル20と、を備えたものである。図8〜図12において、第一実施形態と同様の構成には同一符号を付し、その詳細な説明は省略する。
図8の平面視で、構造体210は、矩形状をなしている。例えば、構造体210は、X軸方向及びY軸方向に50mm程度の長さを有している。構造体210は、透光性を有している。
図9に示すように、構造体210は、第一基板211と、第二基板212と、支持層213と、支持柱214と、を備えている。
第一基板211は、矩形板状をなしている。例えば、第一基板211は、ガラス基板又はプラスチック基板である。例えば、第一基板211の厚みは、5μm〜100μm程度である。第一基板211の表面211a(上面)の角部には、マーキング12が形成されている。
第二基板212は、支持層213及び支持柱214を介して第一基板211に対向している。
第二基板212は、矩形板状をなしている。例えば、第二基板212は、ガラス基板又はプラスチック基板である。
支持層213は、第一基板211と第二基板212との間に配置されている。具体的に、支持層213は、第一基板211の裏面211b(下面)に結合されている。例えば、支持層213は、樹脂層である。支持層213の厚みは、第一基板211の厚みよりも薄い。
連通孔213hの直径は、微粒子Mの大きさよりも小さい。これにより、支持層213は、微粒子Mを支持可能となっている。
支持柱214は、第一基板211と第二基板212との間に配置されている。支持柱214は、Z軸方向に延びる円柱状をなしている。例えば、支持柱214は、樹脂製である。支持柱214は、貫通孔211hを避けた位置で、第一基板211と第二基板212とを連結している。
図11は、第二実施形態に係る回収システム201の要部を示す図である。
図11に示すように、回収システム201は、第一基板211に対するノズル20の位置を計測するノズル位置計測装置230を更に備えている。
ノズル位置計測装置230は、ノズル昇降機構31と、構造体移動機構235と、判定部39と、カメラ40と、を備えている。
なお、構造体移動機構235は、第一実施形態に係る基板移動機構35に相当する。
図12に示すように、本実施形態では、吸引ポジションP1において、ノズル20の先端部21は、第一基板211の支持層213とは反対側の面(すなわち、表面211a)に当接されている。すなわち、本実施形態に係るノズル位置計測方法において、位置調整工程では、ノズル20の先端部21を第一基板211の表面211aに当接(密着)させる。
この構成によれば、構造体210を第二方向V1に移動させたときに構造体210とともにノズル20が動くか否かを判定する判定部39を備えることで、判定部39によって構造体210とともにノズル20が動いたと判定されたときは、ノズル20が第一基板211に当接していると推定することができる。一方、判定部39によって構造体210とともにノズル20が動かないと判定されたときは、ノズル20が第一基板211から離反していると推定することができる。そのため、ノズル20が実際に第一基板211に当接しているか否かを確認しながら、ノズル20を第一基板211に可及的に接近させることができる。したがって、第一基板211とノズル20とを精度良く位置決めすることができる。
この構成によれば、第一基板211の表面211aにノズル20が接近したときにピントが合うため、カメラ40の撮像画像によってノズル20を明確に認識することができる。そのため、カメラ40の撮像画像を見ながらノズル20を第一基板211の表面211aに容易に接近させることができる。したがって、第一基板211の表面211aとノズル20とを精度良く容易に位置決めすることができる。
この構成によれば、ノズル20と第一基板211とを離反した場合と比較して、外部の異物を吸引することを回避することができる。したがって、微粒子Mと異物との混在(コンタミネーション)を回避するとともに、所望の微粒子Mを確実に吸引することができる。加えて、第一基板211の貫通孔211hと支持層213の連通孔213hとの間でのみ微粒子Mそのものを巻き込んだ吸気の流れを作ることができるため、ノズル20と第一基板211とを離反した場合と比較して、ノズル20の吸引力を低く抑えることができる。
次に、第二実施形態に係る構造体210の変形例について、図13〜図16を用いて説明する。
図13〜図16は、構造体210の変形例を示す斜視図である。
図13〜図16に示すように、本変形例では、第二実施形態に係る構造体210に対して、支持層213の態様が特に異なる。図13〜図16において、第二実施形態と同様の構成には同一符号を付し、その詳細な説明は省略する。
以下、本発明の第三実施形態について、図17〜図19を用いて説明する。
図17は、第三実施形態に係る回収システム301の概略構成を示す平面図である。
図17に示すように、本実施形態では、第二実施形態に対して、検出装置360を更に備えた点で特に異なる。図17〜図19において、第二実施形態と同様の構成には同一符号を付し、その詳細な説明は省略する。
図17に示すように、平面視で、検出装置360は、吸引回収領域36aと重なる位置に配置されている。検出装置360は、第一検出装置361と、第二検出装置362と、を備えている。
図18に示すように、第一検出装置361は、検出光としてレーザー光を用いることで、第一基板211の表面211aの高さ及び平行度を非接触方式で測定可能である。第一検出装置361は、不図示の固定部材によって基台2(図17参照)に固定されている。
そのため、第一検出装置361は、ステージ36上に載置された構造体210に対して相対的な位置が固定されたものとなっている。これにより、第一検出装置361は、精度の高い測定を行うことが可能である。
図19に示すように、第二検出装置362は、検出光としてレーザー光を用いることで、ノズル20の先端部21の高さを非接触方式で計測可能である。第二検出装置362は、不図示の固定部材によって基台2(図17参照)に固定されている。そのため、第二検出装置362は、ノズル20に対して相対的な位置が固定されたものとなっている。これにより、第二検出装置362は、精度の高い測定を行うことが可能である。
ところで、第一検出装置361による第一基板211の表面211aの検出は、表面211aの全域について実施するものでは無い。そのため、表面211aの一部の領域(検出エリアの外側の領域)に何らかの理由によって僅かな凹凸が生じていることも想定される。そのため、作業者が入力装置5(例えば、キーボード)により、上記データに対して数μmのマージンを加えることが可能となっていてもよい。この場合、第一検出装置361で検出した第一基板211の表面211aの高さデータに所定のマージンを加えたものを、第一表面211aの高さとして設定することができる。
Claims (8)
- 基板に対するノズルの位置を計測するノズル位置計測方法であって、
前記ノズルを第一方向に沿わせて前記基板に対し昇降させるノズル昇降工程と、
前記ノズル昇降工程の後、前記基板を前記第一方向と交差する第二方向に移動させる基板移動工程と、
前記基板移動工程において、前記基板とともに前記ノズルが動くか否かを判定する判定工程と、を含む
ノズル位置計測方法。 - 前記ノズル昇降工程では、前記基板の表面にピントを合わせたカメラで前記ノズルを撮像する
請求項1に記載のノズル位置計測方法。 - 前記判定工程での判定結果に基づいて、前記ノズルが動いたと判定されたときは前記ノズルを前記基板から離反させ、前記ノズルが動かないと判定されたときは前記ノズルを静止させて、前記ノズルと前記基板との相対位置を調整する位置調整工程を更に含む
請求項1又は2に記載のノズル位置計測方法。 - 前記位置調整工程では、前記ノズルと前記基板との間隔を前記基板の凹部に収容された微粒子の大きさよりも小さくする
請求項3に記載のノズル位置計測方法。 - 微粒子を収容可能な構造体と、前記構造体に収容された前記微粒子を吸引して回収するノズルとを備えた回収システムであって、
前記構造体は、
前記微粒子を収容可能に貫通する貫通孔が形成された第一基板と、
前記第一基板に対向する第二基板と、
前記第一基板と前記第二基板との間に配置されるとともに、前記貫通孔に連通する連通孔が形成され、かつ前記微粒子を支持可能な支持層と、を備える
回収システム。 - 前記第一基板に対する前記ノズルの位置を計測するノズル位置計測装置を更に備え、
前記ノズル位置計測装置は、
前記ノズルを第一方向に沿わせて前記第一基板に対し昇降させるノズル昇降機構と、
前記構造体を前記第一方向と交差する第二方向に移動させる構造体移動機構と、
前記構造体を前記第二方向に移動させたときに、前記構造体とともに前記ノズルが動くか否かを判定する判定部と、を備える
請求項5に記載の回収システム。 - 前記ノズル位置計測装置は、
前記第一基板の表面にピントを合わせて前記ノズルを撮像するカメラを更に備える
請求項6に記載の回収システム。 - 前記ノズルは、前記第一基板の前記支持層とは反対側の面に当接されている
請求項5から7の何れか一項に記載の回収システム。
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