JP2019117074A - 液面検出装置及び液面検出方法 - Google Patents

Abstract

【課題】上面に透明な層が有るような場合であっても、より確実に液面の位置を検出できる液面検出装置及び液面検出方法を提供する。【解決手段】液面検出装置は、収容部に収容された液状物に向けて光を発する発光部２００と、収容部に収容された液状物を撮像するカメラ３００と、カメラ３００によって撮像された液状物の画像から、液状物の液面の位置を検出する検出手段とを備えている。カメラ３００は、発光部２００によって発光され液状物の液面で反射した光がカメラ３００に直接的に入射する位置に配置されている。【選択図】図４

Description

本発明は、液面がどの位置にあるかを検出する液面検出装置及び液面検出方法に関する。

従来、検体または試薬である液状物を容器に採取し、容器の内部で液状物の液面がどの位置にあるかを検出する装置について提案されている。そのような装置として、例えば、特許文献１に開示されたものがある。特許文献１では、ＬＥＤによって容器に白色光を照射し、白色光によって照らされた容器がカメラによって撮像されている。撮像によって得られた画像が画像処理によって分析され、画像から容器内での液面の位置が検出されている。

特開２０１０−３８６５９号公報

特許文献１に開示された装置では、液面で反射した反射光が直接カメラに入射しないように、容器とカメラとの間の位置関係が調節されている。これにより露出オーバーによるいわゆる白飛びが防止されている。そのため、液面で反射した反射光はカメラに直接的に入射しない。

しかしながら、反射光がカメラに直接的に入射しないので、場合によっては、カメラに入射する反射光の光量が不十分となる可能性がある。特に、液状物が血液で、液状物の上面に透明な血漿の層が有る場合には、画像から透明な層の液面の位置を検出することが難しい可能性がある。そのため、液状物の上面に透明な層が有る場合には、液面の位置を正確に検出できない可能性がある。

そこで、本発明は上記の事情に鑑み、より確実に液面の位置を検出できる液面検出装置及び液面検出方法を提供することを目的としている。

本発明の液面検出装置は、検体または試薬である液状物を収容する収容部と、前記収容部に収容された液状物に向けて光を発する発光部と、前記収容部に収容された液状物を撮像する撮像手段と、前記撮像手段によって撮像された液状物の画像から、前記収容部に収容されている液状物の液面の位置を検出する検出手段とを備え、前記撮像手段は、前記発光部によって発光され液状物の液面で反射した光が前記撮像手段に直接的に入射する位置に配置されていることを特徴とする。

上記構成の液面検出装置では、発光部によって発光され液状物の液面で反射した光が撮像手段に直接的に入射する位置に撮像手段が配置されているので、撮像手段に入射する光を強くすることができ、液状物の液面の位置を確実に検出することができる。

また、前記撮像手段は、前記発光部によって発光され液状物の液面で正反射した光の光軸上に配置されていてもよい。

撮像手段が、発光部によって発光され液状物の液面で正反射した光の光軸上に配置されているので、液面で正反射させた光を撮像手段に入射させることができる。従って、発光部によって発光された光が効率的に撮像手段に入射されるので、強い光を撮像手段に入射させることができる。

また、前記検出手段によって検出された液状物の液面の位置から、前記収容部に適正な量の液状物が収容されているか否かを判断する判断手段を備えていてもよい。

検出された液状物の液面の位置から、収容部に適正な量の検体が収容されているか否かが判断されるので、収容部に収容された液状物の量について適正な量か否かを確実に判断することができる。

また、前記発光部及び前記撮像手段が、前記収容部に対し、同じ側に配置されていてもよい。

発光部及び撮像手段が、収容部に対し、同じ側に配置されているので、装置を小型化させることができる。

また、前記撮像手段は、前記発光部によって発光され、液状物の液面の湾曲した部分で反射した光が前記撮像手段に直接的に入射する位置に配置されていてもよい。

液状物の液面の湾曲した部分で反射させた光を前記撮像手段に入射させるので、液状物の液面が移動しても、液面で反射した光を撮像手段に直接的に入射させることができる。

また、前記収容部に対し、前記発光部及び前記撮像手段の配置されている側とは逆側に配置され、前記発光部により前記液状物に向けて発せられた光のうち前記液状物の前記液面以外の位置で反射して前記撮像手段に入射する光を遮る遮光部材を備えていてもよい。

発光部により液状物に向けて発せられた光のうち液状物の液面以外の位置で反射して撮像手段に入射する光を遮る遮光部材を備えているので、液面以外の位置で反射した光が撮像手段に入射することを抑えることができ、より高精度に液状物の液面の位置を検出することができる。

また、前記撮像手段は、複数の前記収容部に収容された複数の前記液状物を一度の撮像によって撮像することが可能であり、前記発光部は、前記撮像手段によって複数の前記液状物を撮像する際の複数の前記液状物の並べられた方向に、複数の発光素子を有していてもよい。

発光部が、撮像手段によって複数の液状物を撮像する際の複数の液状物の並べられた方向に、複数の発光素子を有しているので、液状物の液面で反射し撮像手段に入射する反射光の強さを、液状物の並べられた方向に、より均一にすることができる。従って、より高精度に液状物の液面の位置を検出することができる。

また、液状物が貯留された貯留部と、前記貯留部に貯留された液状物を吸い取り、前記収容部に収容させる吸引部とをさらに備えていてもよい。

貯留部と吸引部とをさらに備えているので、貯留部から適正な量の液状物について吸引して収容部に収容させることができる。

また、前記収容部は、ロボットのハンド部として構成されていてもよい。

収容部がロボットのハンド部として構成されているので、液状物の液面の位置を検出する際に収容部が検出を行うための位置に移動する場合には、収容部をその位置へ精度良く移動させることができる。

また、本発明の液面検出方法は、貯留部に貯留された検体または試薬である液状物を吸引部によって吸い取って収容する吸引工程と、前記吸引工程で吸い取られて収容された液状物に向けて光を発する発光工程と、前記発光工程で発光され液状物の液面で反射した光が直接的に入射する位置で、撮像手段が液状物の撮像を行う撮像工程と、前記撮像工程で撮像された液状物の画像から、液状物の液面の位置を検出する検出工程とを備えたことを特徴とする。

上記構成の液面検出方法では、撮像工程において、発光工程で発光され液状物の液面で反射した光が直接的に入射する位置で撮像手段が液状物の撮像を行うので、撮像手段に入射する光を強くすることができ、液状物の液面の位置を確実に検出することができる。

本発明によれば、液面で反射した光が撮像手段に直接的に入射して撮像が行われるので、液状物の液面の位置を確実に検出することができる。従って、液面の位置の検出の確実性をより向上させることができる。

本発明の実施形態に係る液面検出装置の斜視図である。 （ａ）は図１の液面検出装置におけるロボット本体部のハンド部についての側面図であり、（ｂ）はハンド部が把持したピペットの一部を破断した部分断面図である。 （ａ）は図１の液面検出装置におけるロボット本体部の制御系統の構成について示したブロック図であり、（ｂ）は液面検出装置における液面検出部の制御系統の構成について示したブロック図である。 （ａ）は図１の液面検出装置におけるピペット内部に収容された液状物の液面の位置が検出される際に発光部から発せられカメラに入射する光について示した構成図であり、（ｂ）はピペット内部の液状物の液面について拡大して示した構成図である。 図１の液面検出装置における発光部についての正面図である。 図１の液面検出装置におけるカメラによって撮像されたピペット内部の液状物の液面について示した構成図である。 図１の液面検出装置におけるカメラによってピペット内部の液状物の液面について撮像され、液面が適正な位置にあるか否かが検出されている状態の画像について示した構成図である。 図１の液面検出装置によってピペット内部の液状物の液面の位置が検出され、液状物がマイクロプレートに注入される際の各工程についての液面検出装置について示した構成図である。 図１の液面検出装置によってピペット内部の液状物の液面の位置が検出される際のフローについて示したフローチャートである。

以下、本発明の実施形態に係る液面検出装置及び液面検出方法について、添付図面を参照して説明する。

図１は本発明の実施形態に係る液面検出装置１の斜視図である。

液面検出装置１は、本体部１００と、発光部２００と、カメラ（撮像手段）３００と、テーブル４００とを備えている。

テーブル４００上には、２つのマイクロプレート５００が配置されている。それぞれのマイクロプレート５００には、検体または試薬である液状物を収容することが可能な穴としてのウェル５１０が複数形成されている。本実施形態では、ウェル５１０は、マイクロプレート５００の長辺に１２個、短辺に８個並べられ、計９６個のウェル５１０が１つのマイクロプレート５００に形成されている。

また、テーブル４００上には、遮光部材６００が配置されている。

発光部２００は、光を発することが可能に構成されている。本実施形態では、発光部２００は、赤色の光を発することが可能に構成されている。

カメラ３００は、撮像手段として、撮像することが可能に構成されている。カメラ３００は、本体部１００によって把持されているピペット内部に適正な量の液状物が収容された際に、液状物の液面の位置を撮像することが可能に構成されている。

本実施形態では、本体部１００は、多軸の産業用ロボットとして用いられている。本実施形態で用いられる本体部１００は、ロボットアーム１１０を備えている。また、本体部１００は、先端にハンド部１０を備えている。さらに、本体部１００は、ロボット制御部１４を備えている。

図２に、本体部１００のハンド部１０を示す。図２（ａ）には、ハンド部１０の側面図を示し、図２（ｂ）には、ハンド部１０によって把持されたピペット１１の一部を破断した部分断面図を示す。

ハンド部１０は、ピペット（吸引部）１１を複数把持している。本実施形態では、ハンド部１０は、８つのピペット１１を把持している。８つのピペット１１は、１列に並べられてハンド部１０に把持されている。本実施形態では、ピペット１１は、医療器具として液状物を内部に吸引して収容させることが可能に構成されている。ピペット１１は、透明な材料によって形成されており、発光部２００から発せられた光を通過させることが可能に構成されている。

ピペット１１を把持した把持部１２には、ピン１３が設けられている。また、ピペット１１の先端部には、ピペット１１の内部に液体を取り込むと共に、内部に収容させた液体をピペット１１の外部に排出することが可能な開口部１９が形成されている。また、ピペット１１には、開口部１９を介して吸引した液体を、一旦内部に収容させることが可能な液体の収容部１７を有している。

ピン１３が上方に位置した状態からピン１３を下方に押し込むことにより、ピペット１１内部に収容された液体を、開口部１９を介してピペット１１の外部に排出させることができる。また、ピン１３が下方に押し込まれた状態からピン１３を上方に移動させることにより、ピペット１１の内部に負圧を形成することができる。開口部１９を液体内部に位置させた状態でピン１３を上方に移動させることにより、開口部１９を介して、ピペット１１内部に液体を取り込むことができる。

本実施形態では、レバー１５を、図２に示されるＤ１方向に移動させることにより、ピン１３を下方に移動させることができる。また、レバー１５を、図２に示されるＤ２方向に移動させることにより、ピン１３を上方に移動させることができる。

また、本実施形態では、ハンド部１０は、レバー１５をＤ１方向あるいはＤ２方向へ移動させるために駆動させるモータ１６を有している。モータ１６の軸１６ａが回転駆動されると、ギア１８ａ、ギア１８ｂを介して、ギア１８ｂに固定的に接続されたレバー１５に駆動力が伝達される。

軸１６ａがＤ３方向に駆動されると、ギア１８ｂがＤ５方向に移動し、レバー１５がＤ２方向に移動する。これにより、ピン１３が下方に押し込まれている状態にあるときには、モータ１６の駆動によりピン１３が上方に移動する。

一方、軸１６ａがＤ４方向に駆動されると、ギア１８ｂがＤ６方向に移動し、レバー１５がＤ１方向に移動する。これにより、ピン１３が上方に位置している状態にあるときには、モータ１６の駆動によりピン１３が下方に押し込まれるように移動する。

次に、本体部１００の制御構成について説明する。図３（ａ）に、本体部１００における制御構成についてのブロック図を示す。

図３（ａ）に示されるように、本体部１００におけるロボット制御部１４は、演算部１４ａと、記憶部１４ｂと、サーボ制御部１４ｃとを含む。

ロボット制御部１４は、例えばマイクロコントローラ等のコンピュータを備えたロボットコントローラである。なお、ロボット制御部１４は、集中制御する単独のロボット制御部１４によって構成されていてもよいし、互いに協働して分散制御する複数のロボット制御部１４によって構成されていてもよい。

記憶部１４ｂには、ロボットコントローラとしての基本プログラム、各種固定データ等の情報が記憶されている。演算部１４ａは、記憶部１４ｂに記憶された基本プログラム等のソフトウェアを読み出して実行することにより、本体部１００の各種動作を制御する。すなわち、演算部１４ａは、本体部１００の制御指令を生成し、これをサーボ制御部１４ｃに出力する。例えば、演算部１４ａは、プロセッサユニットによって構成されている。

サーボ制御部１４ｃは、演算部１４ａにより生成された制御指令に基づいて、本体部１００におけるロボットアーム１１０のそれぞれの関節に対応するサーボモータの駆動を制御するように構成されている。

図３（ｂ）に、液面検出装置１がピペット１１内部の液面を検出する際の液面検出装置１の制御構成についてのブロック図を示す。

液面検出装置１は、ピペット１１内部の液面を検出する構成の制御部として、液面検出制御部２０を備えている。液面検出制御部２０は、発光部２００からの発光を制御する発光制御部２１を備えている。発光制御部２１は、例えば、発光部２００による発光のＯＮ、ＯＦＦを制御する。発光制御部２１からの指令に基づいて、発光部２００が発光を行う。また、液面検出制御部２０は、カメラ３００によって撮像された画像データに基づいて画像処理を行う画像処理部２２と、画像処理部２２によって画像処理の行われた画像データに基づいて液面の位置の検出を行う液面位置検出部２３と、液面位置検出部２３によって検出された液面の位置に基づいてピペット１１内部の液状物の液量が適切か否かを検出する液量適否判断部２４と、液量適否判断部２４によって液量が適切か否かを判断された結果の出力部７００への出力を制御する出力制御部２５とを備えている。

画像処理部２２は、発光部２００によって発光されピペット１１内部の液状物の液面で反射した光がカメラ３００によって撮像され、カメラ３００によって撮像された光による画像データについての画像処理を行う。液面位置検出部２３は、画像処理部２２によって画像処理の行われた画像データ上においてピペット１１内部の液状物の液面の位置として認識される領域の位置から、液面の位置の検出を行う。液量適否判断部２４は、液面位置検出部２３によって検出された液面の位置が所定の範囲内にあるか否かを検出し、液面の位置が所定の範囲内にある場合には液状物の液量が適切であると判断し、液面の位置が所定の範囲にない場合には液状物の液量が適切ではないと判断する。出力制御部２５は、例えば、ディスプレイ（表示手段）としての出力部７００への、液量適否判断部２４による判断結果の出力を制御する。

なお、本実施形態では出力部７００がディスプレイである形態について説明しているが、出力部７００はディスプレイに限定されない。出力部７００は、ディスプレイ以外の出力手段であってもよい。例えば、出力部７００は、印刷手段であってもよく、出力結果が印刷手段によって紙に印刷される形態であってもよい。その場合、出力制御部２５は、印刷手段への出力を制御する制御部であってもよい。また、出力部７００は、その他の形式の出力手段であってもよい。

図４に、発光部２００、カメラ３００及びピペット１１の間の位置関係について示されている。図４（ａ）はピペット１１内部に収容された液状物の液面の位置が検出される際に、発光部２００から発せられた光がカメラ３００に入射したときの構成図である。図４（ｂ）は、ピペット１１内部の液状物の液面について拡大して示された、発光部２００から発せられた光がカメラ３００に入射したときの構成図である。

図４（ａ）に示されるように、発光部２００から発せられた光は、ピペット１１内部に収容された液状物の液面で反射し、カメラ３００に直接的に入射する。カメラ３００は、このように発光部２００から発せられた光が液面での反射により直接入射した状態で撮像を行う。これにより、カメラ３００に液面の位置から強い光が入射することによって撮像が行われる。

なお、ピペット１１の内部では、液状物の液面は、表面張力により湾曲している。図４（ｂ）に示されるように、発光部２００、カメラ３００及びピペット１１の間の位置関係は、発光部２００から発せられた光が、液面における湾曲した部分で反射し、反射光がカメラ３００に直接的に入射するような位置関係であってもよい。つまり、発光部２００によって発光され、液状物の液面の湾曲した部分で反射した光がカメラ３００に直接的に入射する位置に、カメラ３００が配置されていてもよい。

このように、カメラ３００は、発光部２００によって発光され、液状物の液面で反射した光が直接的に入射する位置に配置されている。つまり、カメラ３００は、発光部２００によって発光され液状物の液面で正反射した光の光軸上に配置されている。液面で正反射した光がカメラ３００に入射するので、発光部２００によって発光された光が効率的に撮像手段に入射される。これにより、より強い光をカメラ３００に入射させることができる。

液面で反射した強い光がカメラ３００に入射した状態でカメラ３００による撮像が行われるので、液状物の液面からの強い光がカメラ３００に入射しながら撮像が行われる。また、撮像によって得られた画像では、ピペット１１内部での液状物の液面からの光が強いので、その部分での輝度が高くなるように明るく表示される。本実施形態では、液状物の液面の部分で反射した光がカメラ３００に直接的に入射することにより、局所的に白飛びの生じるような強い光がカメラ３００に入射しながらカメラ３００による撮像が行われる。液状物の液面が直接的な光によって強く照らされるので、液面が撮像によって得られた画像にはっきりと表示され、液面の位置を確実に認識することができる。

図５に発光部２００についての正面図を示す。図５に示されるように、発光部２００は、高さ方向及び幅方向について、複数のＬＥＤ（発光素子）２１０が配置されている。

図６に、カメラ３００によって撮像された画像について説明するための構成図を示す。図６には、ピペット１１内部の液状物の液面が示されている。

図６に示されるように、発光部２００によって発せられた光がピペット１１に収容された液状物の液面で反射して直接的にカメラ３００に入射して液面の画像が撮像される。従って、撮像によって得られた画像では、液面が強い光の入射によって撮像されている。従って、撮像によって得られた画像では、液面の位置のみが、他の位置よりも輝度の高い部分となるように表示されている。

このように、液面の位置で反射した光が直接的にカメラ３００に入射した状態でカメラ３００により撮像が行われることにより、撮像によって得られた画像から液状物の液面の位置を検出することができる。液面で反射した強い光が直接的にカメラ３００に入射して撮像されるので、液面の部分の画像のみが周囲に比べ輝度が高く表示される。これにより、液面の位置を確実に検出することができる。本実施形態では、撮像によって得られた画像から、直接的な光によって照らされた輝度の高い部分と、暗い部分との間の境界部分が液面の位置として検出される。つまり、撮像によって得られた画像から、明るさが急変した位置が液面の位置として判断される。また、このとき、撮像によって得られた画像の明るさから、気泡の発生の検知等が並行して行われてもよい。

撮像によって得られた画像からピペット１１内部の液状物の液面の位置が検出されるので、液面の位置から、ピペット１１内部に収容されている液状物が適正な量か否かを検出することができる。

また、図１、２（ａ）に示されるように、ピペット１１に対し、発光部２００及びカメラ３００の配置されている側とは逆側の位置には、遮光部材６００が配置されている。カメラ３００から見たときに、遮光部材６００がピペット１１の後方の位置に配置されているので、遮光部材６００が、発光部２００によりピペット１１内部の液状物に向けて発せられた光のうち液状物の液面以外の位置で反射してカメラ３００に入射する光を遮ることができる。

例えば、発光部２００によって発光された光のうち、一部の光がピペット１１の周辺の位置に配置された部材で反射しカメラ３００に入射した場合、反射光が液面の位置で反射していないにもかかわらず、その光がカメラ３００によって撮像される。特に、液面検出装置１において、ピペット１１の周辺に金属を用いている場合には、発光部２００から発光された光の一部が金属で反射し、金属からの反射光がカメラ３００に入射することが考えられる。そのような場合、液面の位置以外の位置で反射した光がカメラ３００によって撮像されることにより、液面の位置からの反射光がはっきりと認識できなくなる可能性がある。これによって液面の位置の検出精度が低下する可能性がある。

カメラ３００によって撮像された画像上のノイズを少なく抑えるために、本実施形態では、ピペット１１の後方の位置に遮光部材６００が配置されている。遮光部材６００が、液状物の液面以外の位置で反射してカメラ３００に入射する光を遮るので、カメラ３００によって撮像された画像には、液面の画像のみがはっきりと表示される。従って、液面の位置を確実に認識することができる。これにより、液面の位置の検出精度を高く維持することができる。

また、本実施形態では、遮光部材６００が黒色に構成されている。そのため、例えば、発光部２００によって発光された光が赤色である場合には、黒色の遮光部材６００を背景にすることにより、発光部２００によって発光され液面で反射した光がはっきりと認識される。このように、本実施形態では、遮光部材６００が、発光部２００から発光されて液面で反射した光を画像上にはっきりと表示させるためのスクリーンとして機能させることができる。

また、発光部２００は、複数のＬＥＤ（発光素子）２１０を有している。本実施形態では、発光部２００は、高さ方向及び幅方向の両方向について、複数のＬＥＤ２１０を有している。

本実施形態では、複数のピペット１１が並べられて配置され、カメラ３００は、複数のピペット１１に収容された複数の液状物を一度の撮像によって撮像することが可能に構成されている。発光部２００は、複数並べられたピペット１１内の複数の液状物をカメラ３００によって撮像する際の複数の液状物の並べられた方向に、複数のＬＥＤ２１０を有している。

発光部２００が、複数の液状物の並べられた方向（幅方向）に複数のＬＥＤ２１０を有しているので、発光部２００によって発光され、ピペット１１内部の液面で反射し、カメラ３００に入射する反射光の強さを、複数の液状物の並べられた方向に関し、均一にすることができる。従って、液面の検出位置のずれを少なく抑えることができる。

仮に、発光部２００におけるＬＥＤ２１０の数が単一であったり、極端に少ない数であったりする場合には、複数の液状物の並べられた方向に関し、ピペット１１の配置された位置によって、反射光の強さが異なることが考えられる。例えば、ＬＥＤ２１０に近い位置に配置されたピペット１１からは強い反射光がカメラ３００に入射し、ＬＥＤ２１０から遠い位置に配置されたピペット１１からは弱い反射光がカメラ３００に入射することが考えられる。そのような場合、反射光の強さが均一ではないことから、認識される液面の検出位置にずれが生じる可能性がある。従って、液面の位置の検出精度が低下する可能性がある。

液面の位置を正確に検出するためには、液面位置で反射しカメラ３００に入射する反射光が、ピペット１１の配置された位置によって変化するのではなく、均一であることが望ましい。そのため、発光部２００は、配置された液状物の数に対応して、ＬＥＤ２１０を複数有していることが望ましい。

ピペット１１内部に収容された液体が適正な量か否かの検出について説明する。

図７は、検出された液面の位置から、ピペット１１の内部に収容された液状物の量が適正な量か否かを検出するための画像である。図７には、カメラ３００によってピペット１１内部の液状物の液面について撮像された画像についての構成図が示されている。本実施形態では、画像は、ディスプレイとしての出力部７００に表示されている。図７では、撮像によって得られた画像についてコントラスト等を調整して画像処理が行われることにより、液面の位置のみが輝度が高くなるように表示された状態の画像についての構成図が示されている。これにより、液面の部分のみが明るく表示された画像を出力部７００に表示することができる。

この画像から液面の位置がどこにあるかを把握することができる。そのため、液面が所定の範囲に収まっているか否かを検出することにより、ピペット１１の内部に収容された液状物が適正な量であるか否かを検出することができる。

図７には、液面が所定の範囲の領域に収まっているか否かを検出するための基準となる基準線Ｌが示されている。ピペット１１のそれぞれに対し、基準線Ｌによって基準となる長方形が形成されている。撮像によって行われた液面の検出において検出された液面が、ピペット１１ごとに設定されている基準線Ｌによって形成された長方形の内部の領域に収まっていれば、そのピペット１１では液状物の液面が適正な位置にあると判断される。すなわち、ピペット１１の収容部１７に収容された液状物が適正な量であると判断され、ピペット１１の収容部１７には適正な量の検体が収容されていると判断される。

仮に、液面が基準線Ｌによって形成された長方形よりも下方の位置にある場合には、液面が適正な量のときよりも下方にあると判断され、ピペット１１内部に収容された液状物の量が不足していると判断される。また、液面が基準線Ｌによって形成された長方形よりも上方の位置にある場合には、液面が適正な量のときよりも上方にあると判断され、ピペット１１内部に収容された液状物の量が過剰であると判断される。

図８、図９を参照して、ピペット１１が内部に液状物を吸引し、液状物の量が適正か否かを検出して、適正な量であればピペット１１が吸引した液状物をマイクロプレート５００ｂのウェル５１０ｂに注入するまでの動作について説明する。

図８（ａ）〜（ｆ）には、ピペット１１が内部に液状物を吸引してから、液状物をマイクロプレート５００ｂのウェル５１０ｂに注入するまでの動作の各工程についての構成図を示す。また、図９に、ピペット１１が内部に液状物を吸引してから、液状物をマイクロプレート５００ｂのウェル５１０ｂに注入するまでの動作が行われる際の制御フローについて示したフローチャートを示す。

本実施形態では、マイクロプレート５００ｂのウェル５１０ｂへの液状物の注入の行われる前の状態においては、一方のマイクロプレート５００ａ（貯留部）にのみ液状物が貯留されており、他方のマイクロプレート５００ｂには液状物は貯留されていない。テーブル４００上に配置された２つのマイクロプレート５００のうち、本体部１００に近い側の位置に配置されている方のマイクロプレート５００ａにおけるウェル５１０ａの内部には、液状物が収容されている。また、２つのマイクロプレート５００のうち、本体部１００から遠い側の位置に配置されている方のマイクロプレート５００ｂにおけるウェル５１０ｂには何も収容されておらず、マイクロプレート５００ｂは空の状態である。

まず、本体部１００のアーム１１０を移動させることにより、ピペット１１を、マイクロプレート５００のうち、本体部１００に近い位置に配置されている側のマイクロプレート５００ａに近接させる。これにより、ピペット１１における先端の開口部１９を、マイクロプレート５００ａにおける吸引を行う対象のウェル５１０ａに近接させる。このようにして、ピペット１１を液状物の貯留部に向けて移動させる（Ｓ１）。

ピペット１１を移動させることにより、ピペット１１の開口部１９が、マイクロプレート５００ａにおける吸引を行う対象のウェル５１０ａの上方の位置に到達すると、そこでピペット１１が下降するようにピペット１１を移動させる。これにより、図８（ｂ）に示されるように、ピペット１１の開口部１９を、マイクロプレート５００ａにおける吸引を行う対象のウェル５１０ａの内部に配置させる。

ピペット１１の開口部１９が吸引を行う対象のウェル５１０ａの内部に配置されると、そこでピン１３が押し込まれた状態から元の位置に復帰させるようにピン１３を上方に移動させる。これによってピペット１１における収容部１７に負圧が形成され、開口部１９を介してウェル５１０ａから収容部１７の内部へ液状物を吸引する。

このとき、ハンド部１０におけるモータ１６の軸１６ａをＤ３方向に駆動させ、ギア１８ａ及びギア１８ｂを介して、レバー１５をＤ２方向に移動させることにより、ピン１３を上方に移動させる（図２）。ピン１３が上方に移動することによりピペット１１内部の収容部１７に負圧が生じる。ピペット１１の開口部１９がウェル５１０ａ内部に貯留された液状物の液面よりも下方に位置し、ピペット１１の開口部１９が液状物内に入り込んだ状態でピペット１１内部に負圧を生じさせることにより、ピペット１１がウェル５１０ａ内部の液状物を吸引することができる。

これにより、開口部１９を介して、吸引を行う対象のウェル５１０ａ内部に貯留されている液状物をピペット１１の内部に吸い取り、液状物がピペット１１によって吸引される（吸引工程）。これにより、ピペット１１の収容部１７の内部に液状物が収容される（Ｓ２）。

ピペット１１の内部に液状物が収容されると、ピペット１１内部に収容された液状物の量が適正か否かの検出が行われる。

ピペット１１内部に収容された液状物の量が適正か否かの検出を行う際には、アーム１１０を移動させることにより、ピペット１１を、液状物における液面の位置の検出を行うための位置へ移動させる（Ｓ３）。具体的には、液面が適正な位置にある状態において発光部２００が発光した光が液状物の液面で反射しカメラ３００に直接的に入射するような位置に、ピペット１１を移動させる。

ピペット１１が液状物における液面の位置の検出を行うための位置に移動すると、図８（ｃ）に示されるように、そこで発光部２００が発光し（発光工程）、カメラ３００によって液状物の液面の位置の撮像が行われる（撮像工程）。液状物における液面の位置の検出が行われる際には、液状物の液面の位置に向けて発光部２００によって光が発せられると共に、液状物の液面で反射した光がカメラ３００に直接的に入射される（Ｓ４）。また、発光部２００によって発せられた光が液面で反射し反射光がカメラ３００に直接的に入射している状態で、カメラ３００によって撮像が行われる（Ｓ５）。これにより、液面からの光が強くカメラ３００に入射し、カメラ３００の撮像によって液面の位置が画像に強く表示される。これにより、液状物における液面の位置が正確に検出される（検出工程）（Ｓ６）。

本実施形態では、液状物における液面の位置の検出は、液面検出制御部２０の液面位置検出部２３によって行われる。カメラ３００の撮像によって得られ、画像処理部２２によって画像処理の行われた画像に基づいて、液面位置検出部２３が、液状物における液面の位置の検出を行う。このとき、液面位置検出部２３は、ピペット１１の収容部１７に収容されている液状物の液面の位置を検出する検出手段として機能している。

ピペット１１の収容部１７に収容された液状物の液面の位置が検出されると、検出された液面の位置に基づいて、収容部１７に収容された液状物の量が適正か否かの判断が行われる（Ｓ７）。

本実施形態では、液面検出制御部２０における液量適否判断部２４が、検出された液状物の液面の位置に基づいて、液状物の量が適正か否かの判断を行う。従って、液量適否判断部２４が、液状物の量が適正か否かを判断する判断手段として機能する。液量適否判断部２４によって液状物の量が適正か否かの判断が行われると、判断の結果を、出力部７００に出力させる。本実施形態では、液面検出制御部２０における出力制御部２６が、出力部７００による出力を制御する。

ピペット１１の収容部１７に収容された液状物の量が適正か否かの検出が行われた結果、液状物の量が適正であることが検出された場合には、ピペット１１内部に収容された液状物を他方のマイクロプレート５００ｂに注入する。つまり、本体部１００に近い側の位置に配置されているマイクロプレート５００ａからピペット１１によって吸引して収容した液状物を、本体部１００から遠い側の位置に配置されているマイクロプレート５００ｂに注入する。

ピペット１１の収容部１７に収容された液状物の量が適正ではないことが検出された場合には、例えば、ピペット１１内部の液状物が排出され、フローがＳ２に戻り、ピペット１１による液状物の吸引と液状物の量が適正か否かの検出が再び行われる。このように、ピペット１１内部に収容されている液状物の量が適正であることが検出されるまで、ピペット１１による液状物の吸引と液状物の量が適正か否かの検出が繰り返し行われる。

液状物の量が適正であることが検出され、ピペット１１内部に収容された液状物を他方のマイクロプレート５００ｂに注入する際には、図８（ｄ）に示されるように、アーム１１０を移動させることによりピペット１１を移動させ、開口部１９を他方のマイクロプレート５００ｂに近接させる。

ピペット１１を移動させることにより、ピペット１１の開口部１９が、マイクロプレート５００ｂにおける注入を行う対象のウェル５１０ｂの上方の位置に到達すると、そこでピペット１１が下降するようにピペット１１を移動させる。これにより、図８（ｅ）に示されるように、ピペット１１の開口部１９を、マイクロプレート５００ｂにおける注入を行う対象のウェル５１０ｂの内部に配置させる。

ピペット１１の開口部１９が注入を行う対象のウェル５１０ｂの内部に配置されると、そこでピン１３が上方の位置にある状態から下方に押し込まれるように、ピン１３を移動させる。ピン１３を下方に移動させることで、ピペット１１の収容部１７に収容された液状物が、開口部１９を介して、ウェル５１０ｂに排出される。

このとき、ハンド部１０におけるモータ１６の軸１６ａをＤ４方向に駆動させ、ギア１８ａ及びギア１８ｂを介して、レバー１５をＤ１方向に移動させることにより、ピン１３を下方に移動させる。ピン１３が下方に移動することにより、収容部１７内部の圧力が上昇し、ピペット１１の収容部１７に収容された液状物が開口部１９の方へ押されることによって開口部１９を介して液状物が排出される。その結果、開口部１９を介して、ピペット１１における収容部１７内部に収容された液状物が、注入を行う対象のウェル５１０ｂ内部に向けて排出される。これにより、ピペット１１の収容部１７内部に収容された液状物について、マイクロプレート５００ｂにおけるウェル５１０ｂへの注入が行われる（Ｓ８）。

このとき、ピペット１１の収容部１７の内部に収容されている液状物の量は適正であることが既に検出されているので、適正な量の液状物が注入を行う対象のウェル５１０ｂの内部に向けて注入される。結果的に、注入を行う対象のウェル５１０ｂに向けて適正な量の液状物を注入することができる。

１回の工程で、注入を行う対象のウェル５１０ｂの内部に向けて液状物の注入が行われると、次の工程について、吸引を行う対象のウェル５１０ａからの吸引が行われると共に、ピペット１１に収容された液状物の量が適正か否かの検出が行われ、注入を行う対象のウェル５１０ｂへの液状物の注入が行われる。

全ての吸引対象のウェル５１０ａについての液状物の吸引が行われると共に、全ての注入対象のウェル５１０ｂについての液状物の注入が行われるまで、これらの工程が繰り返し行われる。

全ての吸引対象のウェル５１０ａについての液状物の吸引が行われると共に、全ての注入対象のウェル５１０ｂについての液状物の注入が行われたか否かの判断が行われる（Ｓ９）。全ての吸引対象のウェル５１０ａについての液状物の吸引及び全ての注入対象のウェル５１０ｂについての液状物の注入が行われたと判断されると、ピペット１１がマイクロプレート５００から離間する方向に移動する（Ｓ１０）。

これにより、ピペット１１が内部に液状物を吸引してから、液状物をマイクロプレート５００ｂのウェル５１０ｂに注入するまでの動作が行われる際の制御フローが完了する。

このように、本実施形態の液面検出装置１によれば、液状物の液面で反射した光が直接的にカメラ３００に入射してカメラ３００が撮像を行うので、強い光が入射することによって液面が撮像される。強い光がカメラ３００に直接的に入射して液面の位置が撮像されるので、液面の位置が確実に検出される。また、液面の位置が輝度の高い画像によって表示されることになるので、液面の位置を容易に把握することができる。

そのため、液状物の液面の色が、周囲の色と似ている色であるような場合であっても、液状物の液面の位置を確実に検出することができる。例えば、液状物の上部の層が透明な層によって構成されているような場合であっても、液面で反射した光が直接的にカメラ３００に入射するので、液面の位置が強い光によって表される。従って、液面が撮像された際に、液面を画像に確実に表示させることができる。

液面が確実に表示されるので、液面の位置を確実に検出することができる。従って、検出された液面の位置に基づいて、液状物の量が適正であるか否かをより確実に検出することができる。そのため、注入する対象のマイクロプレート５００ｂに適正な量の液状物を確実に注入することができ、マイクロプレート５００ｂへの液状物の注入の確実性をより向上させることができる。

また、本実施形態では、発光部２００及びカメラ３００が、ピペット１１の収容部１７に対し、同じ側に配置されている。発光部２００及びカメラ３００が、ピペット１１の収容部１７に対し、同じ側に配置されているので、比較的大きな構成である発光部２００及びカメラ３００が収容部１７に対し同じ側の位置にまとめられて配置される。従って、液面検出装置１内のスペースを効率的に用いることができ、液面検出装置１を小型化させることができる。

また、図４（ｂ）に示されるように、発光部２００及びカメラ３００が、ピペット１１の収容部１７に対し、同じ側に配置され、且つ、発光部２００から発せられた光が、液面における湾曲した部分で反射する位置関係であるときには、光が湾曲した面で反射するので、液状物の液面の位置に幅を持たせることができる。液状物の液面における湾曲した部分に光を反射させるので、発光部２００で発行させた光のうちのどこかで反射した光がカメラ３００に直接的に到達することになる。従って、液状物の液面がある程度上下に移動しても、液面で反射した光をカメラ３００に直接的に入射させることができる。

また、光が湾曲した面で反射するので、発光部２００とカメラ３００との間の位置関係がずれたとしても、液面の湾曲した部分で反射した光がカメラ３００に直接的に入射される。従って、発光部２００やカメラ３００の配置位置に高い精度が必要なくなる。従って、液面検出装置１の製造コストを少なく抑えることができる。

また、本実施形態では、ピペット１１が本体部１００のハンド部によって把持されている。従って、ピペット１１における収容部１７は、本体部１００におけるハンド部の一部として構成されている。ピペット１１がロボットのハンド部として構成されているので、液状物の液面の位置を検出する際に、ピペット１１が液面の位置の検出を行うための位置に移動する場合には、ピペット１１をその位置へ精度良く移動させることができる。ピペット１１を液面の位置の検出を行うための位置へ正確に移動させることができるので、液状物の液面の位置の検出を確実に行うことができる。

本実施形態では、ピペット１１内部の液面の検出及びピペット１１内部の液量の適否の判断を、液面検出制御部２０が行っている。液面検出制御部２０は、例えば、本体部１００とは別に設置されたＰＣがその役割を果たしてもよい。その場合、ＰＣの内部に配置されたＣＰＵが液面検出制御部２０として機能してもよい。このように、ＰＣの内部の液面検出制御部２０が、ピペット１１内部の液面の検出及びピペット１１内部の液量の適否の判断を行ってもよい。

また、ロボット制御部１４が、液面検出制御部２０としての機能を有するように構成されてもよい。ロボット制御部１４が液面検出制御部２０を備え、液面検出制御部２０が、ピペット１１内部の液面の検出及びピペット１１内部の液量の適否の判断を行ってもよい。

液面検出制御部２０とロボット制御部１４とは、同じ制御部によって構成されていてもよいし、それぞれ別々の制御部によって構成されていてもよい。

また、上記実施形態では、予め液状物が貯留されている貯留部としてマイクロプレート５００ａが用いられ、注入を行う注入部としてマイクロプレート５００ｂが用いられる形態について説明した。しかしながら、これらの液状物が貯留されている貯留部や注入を行う注入部は、マイクロプレートでなくてもよく、液状物を収容することができるのであれば、他の容器であってもよい。

また、上記実施形態では、発光部２００が赤色の光を発する形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されない。発光部は、赤色以外の他の色の光を発光してもよい。例えば、白色の光を発光してもよい。

また、上記実施形態では、遮光部材６００が黒色である形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されない。発光部２００からの光を画像上ではっきりと認識させることができるのであれば、遮光部材６００は黒以外の他の色であってもよい。その場合、発光部２００からの光がはっきりと認識できるように、発光部２００で発光される光の色と遮光部材６００の色とが対照的となるような色の組み合わせであることが望ましい。

また、上記実施形態では、撮像手段としてカメラ３００を用いた形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されない。撮像手段は、単に画像を撮像するカメラ以外の他のものであってもよく、液状物の液面の位置を検出できるのであれば、どんな形式の撮像手段であってもよい。

１ 液面検出装置
１４ ロボット制御部
２００ 発光部
３００ カメラ

Claims (10)

1. 検体または試薬である液状物を収容する収容部と、
   前記収容部に収容された液状物に向けて光を発する発光部と、
   前記収容部に収容された液状物を撮像する撮像手段と、
   前記撮像手段によって撮像された液状物の画像から、前記収容部に収容されている液状物の液面の位置を検出する検出手段とを備え、
   前記撮像手段は、前記発光部によって発光され液状物の液面で反射した光が前記撮像手段に直接的に入射する位置に配置されていることを特徴とする液面検出装置。
2. 前記撮像手段は、前記発光部によって発光され液状物の液面で正反射した光の光軸上に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の液面検出装置。
3. 前記検出手段によって検出された液状物の液面の位置から、前記収容部に適正な量の液状物が収容されているか否かを判断する判断手段を備えていることを特徴とする請求項１または２に記載の液面検出装置。
4. 前記発光部及び前記撮像手段が、前記収容部に対し、同じ側に配置されていることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の液面検出装置。
5. 前記撮像手段は、前記発光部によって発光され、液状物の液面の湾曲した部分で反射した光が前記撮像手段に直接的に入射する位置に配置されていることを特徴とする請求項４に記載の液面検出装置。
6. 前記収容部に対し、前記発光部及び前記撮像手段の配置されている側とは逆側に配置され、前記発光部により液状物に向けて発せられた光のうち液状物の前記液面以外の位置で反射して前記撮像手段に入射する光を遮る遮光部材を備えていることを特徴とする請求項４または５に記載の液面検出装置。
7. 前記撮像手段は、複数の前記収容部に収容された複数の液状物を一度の撮像によって撮像することが可能であり、
   前記発光部は、前記撮像手段によって複数の液状物を撮像する際の複数の液状物の並べられた方向に、複数の発光素子を有していることを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の液面検出装置。
8. 液状物が貯留された貯留部と、
   前記貯留部に貯留された液状物を吸い取り、前記収容部に収容させる吸引部とをさらに備えたことを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載の液面検出装置。
9. 前記収容部は、ロボットのハンド部として構成されていることを特徴とする請求項１から８のいずれか１項に記載の液面検出装置。
10. 収容部に収容された検体または試薬である液状物に向けて光を発する発光工程と、
    前記発光工程で発光され液状物の液面で反射した光が直接的に入射する位置で、撮像手段が液状物の撮像を行う撮像工程と、
    前記撮像工程で撮像された液状物の画像から、液状物の液面の位置を検出する検出工程とを備えたことを特徴とする液面検出方法。

Images