(57)【要約】【課題】分注ノズルにより吸引した液体の吸引量を常に正確に検出することができるようにする。【解決手段】分注ノズルの吸引部（チップ）１２により液体Ｌを吸引した後、該液体を吐出させて分注する分注装置において、液体を吸引した前記吸引部１２を所定位置で撮像するＣＣＤカメラ１４と、撮像して入力した画像からエッジを検出する画像処理部２６と、検出された下端エッジと上端エッジとから液体の吸引量の正異常を判定する液面状態判定部２８とを備えた。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
分注ノズルの吸引部により液体を吸引した後、該液体を吐出させて分注する分注装置において、
液体を吸引した前記吸引部を所定位置で撮像する撮像手段と、
撮像して入力した画像からエッジを検出するエッジ検出手段と、
検出された下端エッジと上端エッジとから液体の吸引量の正異常を判定する吸引量判定手段とを備えたことを特徴とする分注装置。
【請求項２】
前記エッジ検出手段によりエッジが検出された吸引部の画像を、上下方向にサーチしてエッジを計数するエッジカウント手段と、
計数されたエッジの数から液体の吸引状態の正異常を判定する状態判定手段とを備えていることを特徴とする請求項１に記載の分注装置。
【請求項３】
前記撮像手段により撮像された吸引部の画像から、該吸引部の傾斜角度を検出する傾斜検出手段と、
検出された傾斜角度を考慮して、前記下端エッジと上端エッジの間の長さを算出するエッジ間算出手段とを備えていることを特徴とする請求項１に記載の分注装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、分注装置、特に液体の分注量に過不足等の不具合が発生することを防止し、検査精度を向上する際に適用して好適な分注装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、液状の検体の検査には分注装置が用いられている。この分注装置では、高精度な検査を実現するために、所定量の検体や薬液を正確に分注することが要求される。そして、その際には、一般に容器から液体を吸引するための吸引部を有する分注ノズルが用いられている。
【０００３】
このような分注ノズルにより液体を分注する分注装置において、分注量（吸引量）をチェックする機能としては、例えば特許文献１には、分注ノズルに設置された圧力センサと演算機能を使って、上方から液体表面に向かって吸引部を下降させた際の圧力変化から液体との接触を検出した後、シリンジを所定長さ移動させることにより、予め計算してある目標の吸引量とする方法が開示されている。
【０００４】
又、特許文献２には、プローブ（吸引部）と容器中の液面との接触を静電容量変化により検出した後、吸引動作を行なうことにより所定量の液体を分注する方法が開示されている。
【０００５】
更に、特許文献３には、管内を通る流体の種類を光学的に識別する流体センサを設け、該流体センサの出力信号に基づいてセンサ設置箇所の通過量を積分解析して分注量、吸引量を求める演算手段を有するものが開示されている。
【０００６】
【特許文献１】特開２００４−２０３２０号公報
【特許文献２】特開２００３−９０７５４号公報
【特許文献３】特開２００２−３０３６３３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、前記特許文献に開示されている分注装置は、いずれもセンサによる検出値を基に演算により吸引量を求める間接的な検出であるため、センサによる検出のばらつきや精度低下等があったとしても、それに起因する吸引量の過不足を検出することができないという問題があった。
【０００８】
本発明は、前記従来の問題点を解決するべくなされたもので、センサによる検出精度等の如何に拘わらず、分注ノズルにより吸引した液体の吸引量を常に正確に検出することができる分注装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、分注ノズルの吸引部により液体を吸引した後、該液体を吐出させて分注する分注装置において、液体を吸引した前記吸引部を所定位置で撮像する撮像手段と、撮像して入力した画像からエッジを検出するエッジ検出手段と、検出された下端エッジと上端エッジとから液体の吸引量の正異常を判定する吸引量判定手段とを備えたことにより、前記課題を解決したものである。
【００１０】
本発明は、又、前記エッジ検出手段によりエッジが検出された吸引部の画像を、上下方向にサーチしてエッジを計数するエッジカウント手段と、計数されたエッジの数から液体の吸引状態の正異常を判定する状態判定手段とを備えているようにしてもよい。
【００１１】
本発明は、更に、前記撮像手段により撮像された吸引部の画像から、該吸引部の傾斜角度を検出する傾斜検出手段と、検出された傾斜角度を考慮して、前記下端エッジと上端エッジの間の長さを算出するエッジ間算出手段とを備えるようにしてもよい。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、液体を吸引した吸引部を撮像手段で撮像し、吸引された液体を画像入力すると共に、入力された画像からエッジを検出し、検出された下端エッジと上端エッジの差から吸引量を検出するようにしたので、液体の吸引量を直接的に検出することが可能となる。加うるに、吸引部を装着した時の高さ方向のばらつきや撮像位置での停止誤差もオミットすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
図１は、本発明に係る第１実施形態の分注装置の要部を模式的に示す、ブロック図を含む概略側面図である。
【００１４】
本実施形態の分注装置は、分注ヘッドユニット１０を備えている。この分注ヘッドユニット１０には、先端にチップ（吸引部）１２が装着され、該チップ１２内を負圧にすると共に、一体で上下動可能な複数の分注ノズル（明示せず）が内蔵され、図２に８本の例を示すように、各チップ１２には、図示しない所定位置で検体等の液体Ｌを吸引することが可能になっている。
【００１５】
又、上記分注ヘッドユニット１０には、ＣＣＤカメラ（撮像手段）１４がその側面に取付けられ、該カメラ１４により、図示されている位置に位置決めされたチップ１２を、バックライト１６による照明の下で傾斜ミラー１８により反射させて撮像可能になっている。
【００１６】
又、本実施形態の分注装置は演算部２０を有しており、該演算部２０には前記ＣＣＤカメラ１４により撮像するタイミング信号を出力する撮像タイミング生成部２２と、該カメラ１４により撮像する際にバックライト１６を点灯させるバックライト点灯部２４と、カメラ１４で撮像して入力した画像データからエッジを検出するエッジ検出手段等として機能する画像処理部２６と、検出されたエッジの中の下端エッジと上端エッジの差から液体の吸引量を求め、予め設定してある基準量と比較してその正異常を判定する全量判定手段等として機能する液面状態判定部２８と、この判定結果からアラームを出力するか否かを判定するアラーム判定部３０とが備えられ、該アラーム判定部３０による判定の結果に基づいてアラームが表示されるようになっている。
【００１７】
又、前記画像処理部２６は、エッジが検出された吸引部の画像を、上下方向にサーチしてエッジを計数するエッジカウント手段としても機能し、又、前記液面状態判定部２８は計数されたエッジの数から吸引状態の正異常を判定する状態判定手段としても機能するようになっている。
【００１８】
次に、本実施形態の作用を説明する。
【００１９】
まず、所定位置の容器（図示せず）から液体を吸引したチップ１２を、図１に示す撮像位置に位置決めする。
【００２０】
位置決め完了と同時に撮像タイミング生成部２２にて制御されるタイミングで、バックライト照明１６を点灯し（ステップ１）、同様に撮像タイミング生成部２２にて制御されるタイミングで、ＣＣＤカメラ１４の電子シャッタを切る（ステップ２）。なお、照明の明るさ及びシャッタスピード等の光学的な条件は、以下の処理に適した画像が得られるように予め調整してある。
【００２１】
上記シャッタ動作に連動して出力される画像処理部２６からＣＣＤカメラ１４への取込信号に従って、該処理部２６にＣＣＤカメラ１４から画像を取り込む。
【００２２】
この画像処理部２６において、取り込んだ画像中の各チップについて、予め記憶してあるチップ形状とのパターンマッチングにより各チップの位置を検出する（ステップ４）。
【００２３】
具体的には、入力された画像を微分フィルタ等で処理し、画素値が所定値以上異なる位置を境界として抽出することにより、チップ１２及び吸引された液体Ｌの境界線がエッジとして抽出された、前記図２にイメージを示したようなエッジ抽出画像を作成し、抽出された各チップに対してパターンマッチングを行なう。この位置検出結果に基づいて、各チップの画像上の位置補正を行なうと共に、チップ１２の有無の検査をも行なうこともできる。
【００２４】
次いで、上記エッジ抽出画像について、画像検査処理を行なう対象のチップをｎ番とし、ｎ＝１とする（ステップ５）。例えば、図２に括弧付数字を付したように、右端を１番とする。
【００２５】
前記ステップ４において検出したｎ番目のチップ形状について、Ｙ座標の一番下のエッジを検出する。即ち、図５に１チップについてＸＹ座標上のイメージを示すように、チップ先端（下端エッジ）のＹ座標を検出し、Ｙ0として記憶すると共に、このｎ番目のチップについてのエッジ数カウンタを０にする（ステップ６）。
【００２６】
上記エッジ抽出画像についてステップ６で検出したチップ先端のＹ座標から、Ｙ方向に向かってエッジサーチを行なう（ステップ７）。エッジが検出された場合はステップ９へ進み、エッジが検出されない場合はステップ１０へ進む（ステップ８）。
【００２７】
ステップ９では、エッジカウンタを＋１し、下からｐ番目のエッジのＹ座標（図５の例ではＹ1又はＹ2）を記憶する。
【００２８】
次のステップ１０では、予め設定してある上端までのサーチが完了したかどうかを判断し、完了したならばステップ１１へ進み、完了していない場合にはステップ７へ戻り、エッジサーチを続ける。
【００２９】
以上のエッジ検出処理が全てのチップについて終了したかどうかを判断し（ステップ１１）、終了したならばステップ１３へ進み、終了していない場合には次のステップ１２で、検査するチップの番号を＋１し、ステップ６へ戻り次のチップについて同様のエッジ検出を行なう。以上の動作を繰り返すことにより、全てのチップについてエッジ数及びそのＹ座標の検出を完了する。
【００３０】
その後、各チップについて、（下端エッジのＹ座標）−（上端エッジのＹ座標）を計算し（ステップ１３）、求められた値（長さ）を基準値と比較して、その差が許容値（画素数）以下かどうかを判定する（ステップ１４）。
【００３１】
判定した結果、許容値以内であれば各チップについて、エッジ数は液の表面だけの１個であるかどうかを判定し、１個であれば正常と判断して終了する（ステップ１５）。即ち、例えば先端部に気泡が入っていると、図５に示される液表面の第２エッジＹ2以外に、Ｙ1で示す第１エッジが存在するため、チップ内に気泡が入っていることを判定していることになる。
【００３２】
前記ステップ１４で許容値以内でなかった、例えば図２に示した４番、６番のチップのように不足している場合や、ステップ１５で１個以外であった３番のチップの場合は、アラーム判定部３０において、表示部にアラームを表示する（ステップ１６）。なお、ステップ１５の１個以内には、チップ内が空で液面が存在しないためにエッジ数が０である場合も含まれる。
【００３３】
以上詳述した本実施形態によれば、設定した吸引量の基準値に対して、実際の吸引量には何らかの原因で過不足が生じていた場合には、分注前にその事実を検出することができ、作業者に知らせることができる。従って、その後に実行される検査工程では、分注量の過不足に起因する検体と薬品との反応の異常等の不具合の発生を有効に防止することができる。
【００３４】
図６は、本発明に係る第２実施形態の分注装置の概要を示す、前記図１に相当する概略側面図である。
【００３５】
本実施形態の分注装置は、画像処理部２６を後述する構成とした以外は、前記第１実施形態の場合と実質的に同一であるので、同一部分には同一の符号を使用し、その詳細な説明を省略する。
【００３６】
本実施形態の画像処理部２６には、前記第１実施形態と同様にＣＣＤカメラ（撮像手段）により撮像した画像から作成したエッジ抽出画像に、パターンマッチングを適用してチップ（吸引部）の配置位置を含む形状を特定するパターンマッチング処理部２６Ａと、特定されたチップの配置形状を基準形状と比較して傾斜角度を検出するチップ傾き検出部２６Ｂと、検出された傾斜角度を考慮して、液面に対応する下端と上端の各エッジを検出してエッジ間長さを算出するエッジ検出処理部（エッジ間算出手段）２６Ｃとが含まれている。
【００３７】
通常の分注動作においては、ディスポーザブルチップ（使い捨てチップ）を分注ノズルに装着する。この時、チップはノズルに対して真直ぐに垂直方向に連結されることが望ましいが、傾いて装着されることもあり、この場合には前記第１実施形態のようにＹ方向のみにサーチを行なう画像処理によっては、液面に対応するエッジ検出の安定性や精度に問題が発生することが考えられる。この問題は、分注動作中に液体の入っているプレートや試験管等から検体等を吸引する際に、チップがそれらに触れて傾いてしまった場合も同様に発生する。
【００３８】
即ち、図７に、垂直方向に真直ぐにノズルに装着された正常状態のチップのエッジ抽出画像のイメージを示す。この場合は、前記第１実施形態の画像処理のように、Ｙ方向に真直ぐエッジサーチすることにより、正確にエッジ検出ができる。
【００３９】
ところが、図８のようにチップが傾いてしまった場合には、同様にＹ方向に真直ぐエッジサーチをする方法では、液面位置のエッジ検出精度に問題があり、最悪の場合にはエッジ検出すらできない恐れもある。
【００４０】
そこで、本実施形態においては、上記のようにチップが傾いてしまった場合でも、確実に画像処理によりエッジ検出を行ない、液量の正異常を判定できるように、前記画像処理部２６により以下のような処理を行なう。
【００４１】
図９には、基準となるチップの登録画像のイメージを破線で示す。これは、チップを真直ぐ装着した状態で撮像した前記図７に相当する画像であり、画像処理部２６内のメモリ（図示せず）に予め登録されている。同図には、傾いてしまっているチップを実際に撮像した画像のイメージを、登録画像に対比させて実線で示してある。
【００４２】
本実施形態では、前記画像処理部２６のパターンマッチング処理部２６Ａにおいて、２つの画像をチップ外形形状に関する周知のパターンマッチング技術により比較する。具体的には、チップ傾き検出部２６Ｂにより、各画像の濃淡部分から得られるチップの外形に相当するエッジ抽出画像について、それぞれ一点鎖線で示す中心線を算出し、両者の傾きの差を算出する。これにより、図示したように登録画像と実際に撮像した画像との傾きの差θを得ることができる。
【００４３】
このように基準の登録画像と撮像画像との間に傾斜角度θが検出された場合には、それ以降、エッジ検出処理部２６Ｃにおいては、図１０にイメージを示すように、エッジサーチを垂直方向からθだけ傾けて行なう。即ち、チップの撮像画像を、中心線に沿って下から上に向かってエッジをサーチする。これによりエッジとして得られたチップ先端位置の座標（Ｘ０，Ｙ０）及び液面位置の座標（Ｘ１，Ｙ１）から、例えば三平方の定理により、チップ先端（下端エッジ）から液面（上端エッジ）までの正確な距離（長さ）を計測することが可能となる。
【００４４】
以上のような画像処理を行なうことにより、傾きθが大きいために、前記第１実施形態の方法ではエッジ検出すらできないという最悪のケースが発生したとしても対処することができる。但し、傾きθが大きい場合には、チップ装着異常等のアラームを発生させて、オペレータに知らせることも可能であることは言うまでもない。
【００４５】
以上詳述した本実施形態によれば、チップが傾いてしまった場合にも、正確な液面検知が可能となり、液体の吸引量の正異常を確実に判定することが可能となる。
【００４６】
又、チップの傾きが大きい場合には、アラーム等を発生させ、オペレータに異常発生を知らせることが可能となる。
【００４７】
なお、前記実施形態では撮像手段としてＣＣＤカメラを示したが、これに限定されずＣＭＯＳカメラであってもよい。又、撮像系の具体的な構成は、前記実施形態に示したものに限定されない。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明に係る第１実施形態の分注装置の要部を示すブロック図を含む概略側面図
【図２】複数の吸着ノズルの下端に装着されているチップを示す模式図
【図３】実施形態の作用を示すフローチャート
【図４】実施形態の作用の続きを示すフローチャート
【図５】画像入力したチップのＸＹ画像を模式的に示す説明図
【図６】本発明に係る第２実施形態の分注装置の要部を示すブロック図を含む概略側面図
【図７】正常チップのエッジ検出の様子を示す説明図
【図８】傾斜チップをエッジ検出する場合の問題点を示す説明図
【図９】チップの傾斜角度検出方法のイメージを示す説明図
【図１０】第２実施形態の傾斜チップに対するエッジサーチ方法を示す説明図
【符号の説明】
【００４９】
１０…分注ヘッドユニット
１２…チップ（吸引部）
１４…ＣＣＤカメラ（撮像手段）
１６…バックライト
１８…傾斜ミラー
２６…画像処理部
２６Ａ…パターンマッチング処理部
２６Ｂ…チップ傾き検出部
２６Ｃ…エッジ検出処理部
２８…液面状態判定部
Ｌ…液体
【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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