(57)【特許請求の範囲】
【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２次曲線で表わされる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。
【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。
【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。
【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２次曲線で表わされる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２次曲線で表わされる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。
【請求項５】
仮想包絡線は、上記ピーク点のデータに最小自乗法を適用した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。
【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２次曲線で表わされる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。
【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２次曲線で表わされる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２次曲線で表わされる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。
【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。
【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（１５）を下降させて、ピペット（１６）をプレート（２０）の凹部（２１）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（１９）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２次曲線で表わされる仮想包絡線は、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２次曲線で表わされる仮想包絡線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（２１）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４００ｋＨｚ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（２５）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ｔ２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Ｓ１５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、ｔ２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（２５）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Ｓ２１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ｔ１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Ｓ３３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、Ｙｅｓ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（１８）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
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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