(57)【要約】【課題】様々な高さのサンプル容器内の液面を、超音波を用いて精度よく検出できる液面検知機能を備えた自動分析装置を提供する。【解決手段】サンプルの入ったサンプル容器を載置して搬送する搬送ラック２２と、搬送ラックに載置されたサンプル容器内の液面位置を測定する固定の超音波距離センサ２００と、サンプル容器と超音波距離センサの間に配置され、超音波距離センサから発信された音波の拡散を抑制する音波ガイド２０４，２０５と、超音波距離センサとサンプル容器との間の距離に応じて音波ガイドの長さの調整あるいは長さの切り替えを行う音波ガイド制御部と、を備える。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
サンプルの入ったサンプル容器を載置して搬送する搬送ラックと、
前記搬送ラックに載置された前記サンプル容器内の液面位置を測定する固定の超音波距離センサと、
前記サンプル容器と前記超音波距離センサの間に配置され、前記超音波距離センサから発信された音波の拡散を抑制する音波ガイドと、
前記超音波距離センサと前記サンプル容器との間の距離に応じて前記音波ガイドの長さの調整あるいは長さの切り替えを行う音波ガイド制御部と、
を備える自動分析装置。
【請求項２】
前記音波ガイドは多段式で伸縮可能である、請求項１に記載の自動分析装置。
【請求項３】
前記音波ガイドとしてそれぞれ長さの異なる複数の音波ガイドを備え、
前記音波ガイド制御部は、前記長さの異なる複数の音波ガイドから選択した１つの音波ガイドを前記サンプル容器と前記超音波距離センサの間に配置する、請求項１に記載の自動分析装置。
【請求項４】
前記長さの異なる複数の音波ガイドは回転円板に固定されており、
前記回転円板を回転することで前記サンプル容器と前記超音波距離センサの間に配置される音波ガイドの長さを切り替える、請求項３に記載の自動分析装置。
【請求項５】
前記超音波距離センサは円柱状の外形を有し、
前記音波ガイドは、内径が前記超音波距離センサの外径より大きい円筒形状であり、前記超音波距離センサを包囲して上下移動可能である、請求項１に記載の自動分析装置。
【請求項６】
前記サンプル容器の高さ情報を事前に登録する記憶部を有し、
前記サンプル容器が前記超音波距離センサの下方に位置するとき前記音波ガイド制御部は前記記憶部に登録された高さ情報を用いて前記音波ガイドと前記サンプル容器の間の距離が一定値以下になるように前記音波ガイドを制御する、請求項１に記載の自動分析装置。
【請求項７】
前記超音波距離センサで測定した前記サンプル容器の上縁の少なくとも２点の高さから前記サンプル容器の傾斜を判定する傾斜判定部を有する、請求項１に記載の自動分析装置。
【請求項８】
上下動可能なノズルを有し前記搬送ラックに載置された前記サンプル容器からサンプルを分注するためのサンプル分注機構を備え、
前記超音波距離センサで測定した液面位置の情報に基づき、前記サンプル容器内に前記ノズルを下降させる前記サンプル分注機構の動作パラメータを調整する、請求項１に記載の自動分析装置。
【請求項９】
前記ノズルが液面に接したことを検知する静電容量式センサを有し、
前記超音波距離センサによって測定された液面位置と前記静電容量式センサによって検知された液面位置とを比較する、請求項８に記載の自動分析装置。
【請求項１０】
上下動可能なノズルを有し前記搬送ラックに載置された前記サンプル容器からサンプルを分注するためのサンプル分注機構を備え、
前記サンプル容器の傾斜を判定した後に、前記ノズルが前記サンプル容器と接触するリスクがあるか否かを判定する、請求項７に記載の自動分析装置。
【請求項１１】
前記リスクがあると判定されたとき、前記ノズルの水平移動量を補正して前記サンプル容器との接触を回避する、請求項１０に記載の自動分析装置。
【請求項１２】
上下動可能なノズルを有し前記搬送ラックに載置された前記サンプル容器からサンプルを分注するためのサンプル分注機構と、
前記ノズルが液面に接したことを検知する静電容量式センサとを備え、
前記サンプル容器の傾斜を基に、前記静電容量式センサの不感領域を設定する、請求項７に記載の自動分析装置。
【請求項１３】
前記音波ガイドの長さに応じて前記超音波距離センサの不感領域を切り替える、請求項１に記載の自動分析装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、サンプル容器内にあるサンプルの液面位置を非接触で測定する機能を有する自動分析装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動分析装置では、血液などのサンプルを分析するために、サンプルの入った採血管やサンプルカップ等のサンプル容器を装置に投入する。装置内では、各容器内のサンプルを分注（既定量に取り分ける処理）し、試薬と混ぜ合わせて成分分析を行う。分注には細長いノズルが用いられ、高精度に分注するため特許文献１のようにサンプルの液面位置を静電容量式センサで検出している。しかし、静電容量式センサは採血管やサンプルカップなど周囲の帯電状態によって検知に誤差を含むことがある。また、ノズルが液面に近づいたタイミングで初めて液面位置が検知されるため、ノズルを急停止させるような下降制御になる。そのため、非接触方式で液面検知可能なセンシング方法が研究されている。非接触方式の液面検知のうちレーザ光を用いる方式では、色の異なる血液のような液体に対しては反射率の変化が測定精度に影響し装置への実装コストも高いため、特許文献２のように超音波を用いる方法が開発されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１１−２２０４１号公報
【特許文献２】特開平９−５１４１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
超音波による距離測定では、超音波距離センサ内の圧電素子から発信された音波が、液面で反射して戻ってくるまでの時間から距離を計算する。採血管を例にとると、その内径は１０ｍｍ前後であり、超音波距離センサを採血管の上方に設置して液面を検出する場合、最初に音波が返ってくるのは採血管の上縁からとなる可能性が高い。また、隣接した採血管の縁や側面、採血管を載せる搬送ラックの上面など、液面以外に音波を反射する可能性のあるものが周囲には存在する。超音波距離センサで所望の範囲の対象物との距離を測る際に、音波を集束させて指向性を上げるためにホーンを取り付ける方法がある。また、音波の発信から反射波の受信までの間の時間に不感帯を設け、一定の範囲の距離からの反射波を無視するように信号処理することも可能である。
【０００５】
しかし、例えば血液自動分析装置には、最短５０ｍｍから最長１００ｍｍ程度と様々な高さの採血管が用いられ、高低差が５０ｍｍ以上ある。さらに採血管内の液面高さも様々であり、例えば高さ１００ｍｍの採血管内の最小液量は底から１０ｍｍ程度で、最大液量は底から９０ｍｍ程度と高低差は約８０ｍｍもある。このように採血管に高低差がある条件で管内の液面位置を測定するには、最長の採血管に合わせてセンサを固定する必要がある。しかし、最長の採血管に合わせてセンサを固定すると、最短の採血管の測定ではセンサと採血管の間は５０ｍｍ以上離れるため、ホーンを着けた場合でも音波が拡散する。センサ自体を上下移動することでホーンと採血管の距離を縮めることも可能であるが、センサ自体が移動するとセンサの位置決め誤差が測定誤差に含まれるため、精度を要する測定には向かない。
【０００６】
また、信号処理で不感帯を設けるにしても、位置が不明である液面の範囲が広いため、信号を除去すべき周囲の採血管や搬送ラックの距離と、測定する液面の範囲が重なる可能性があり、設定が難しい。反射波の信号レベル（電圧）を使い、液面とそれ以外のものからの反射かを判断するように信号処理する場合には、採血管や搬送ラックの傾きによる反射波の信号レベルの変化も考慮する必要があるため複雑なシステムとなる。
【０００７】
本発明は、様々な高さのサンプル容器内の液面位置を、超音波を用いて精度よく測定できる液面検知機能を備えた自動分析装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の自動分析装置は、サンプルの入ったサンプル容器を載置して搬送する搬送ラックと、搬送ラックに載置されたサンプル容器内の液面位置を測定する固定の超音波距離センサと、サンプル容器と超音波距離センサの間に配置され、超音波距離センサから発信された音波の拡散を抑制する音波ガイドと、超音波距離センサとサンプル容器との間の距離に応じて音波ガイドの長さの調整あるいは長さの切り替えを行う音波ガイド制御部と、を備える。
【発明の効果】
【０００９】
様々な高さのサンプル容器内の液面位置を、超音波を用いて精度よく測定できる。
【００１０】
上記した以外の、課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】血液自動分析装置の構成例を示す模式図。
【図２】液面検知機構の第１の実施例を比較例と共に示す模式図。
【図３】超音波距離センサから得られる信号波形の例を示す模式図。
【図４】液面検知機構の第２の実施例を示す模式図。
【図５】液面検知機構の第３の実施例を示す模式図。
【図６】液面検知システムの構成例を示す模式図。
【図７】液面検知システムの構成例を示す模式図。
【図８】液面検知システムの処理フローの例を示す図。
【図９】ノズルの水平移動量補正の様子を示す模式図。
【図１０】静電容量式センサの出力と不感領域設定の例を示す模式図。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、図面を参照して本発明の実施形態について詳細に説明する。本発明が対象とする自動分析装置では血液や尿などの生体サンプルを分析する。以下では生体サンプルとして血液を、サンプル容器として採血管を使用する血液自動分析装置を例にとって本発明の実施例を説明する。ただし、これは単なる一例にすぎず、本発明が血液自動分析装置に限定されることを意図するものではない。
【００１３】
図１は、血液自動分析装置の構成例を示す模式図である。図１（ａ）は装置の上面模式図、図１（ｂ）は試薬分注機構１４の模式図、図１（ｃ）はサンプル分注機構１５の模式図、図１（ｄ）は搬送ラック２２に載置された採血管２１の模式図である。
【００１４】
本実施例の血液自動分析装置１０は、試薬容器１１を複数搭載する試薬ディスク１２、反応セル２６が複数設置された反応ディスク１３、試薬分注機構１４、サンプル分注機構１５、サンプル容器としての採血管２１を載置して搬送する搬送ラック２２、搬送ラック２２を装置に投入する投入ライン１６、搬送ラック２２を回収する回収ライン１７、搬送ラック２２を搬送する搬送ライン１９、採血管２１に貼り付けられたバーコード２９を読み取るためのバーコードリーダ３０、搬送ライン１９上の採血管２１内の液面位置を測定するための液面検知機構２３を有する。試薬分注機構１４は、図１（ｂ）に示すように試薬を分注するためのノズル２４を備え、試薬容器１１から試薬を吸引して反応セル２６に吐出する。サンプル分注機構１５は、図１（ｃ）に示すようにサンプルを分注するためのノズル２５を備え、採血管２１から血液サンプルを吸引して反応セル２６に吐出する。ノズル２５はサンプル分注機構１５のアームによって上下動可能である。搬送ラック２２は、図１（ｄ）に示すように、サンプルが入った採血管２１を複数搭載して搬送する。採血管２１には各々の採血管を識別するためのＩＤを記録したバーコード２９が貼り付けられている。なお、サンプルは血清や全血などの血液由来のサンプルである。
【００１５】
反応ディスク１３に設置された反応セル２６は透明な容器であり、反応セル２６に吐出されたサンプルと試薬の反応は、反応セル２６を挟んで配置されたランプ２７と吸光度計２８によって吸光度として濃度測定される。また、採血管２１に貼り付けられたバーコード２９の情報は搬送時に搬送ラインにあるバーコードリーダ３０で読み取られ、採血管２１ごとの検査項目の判断に利用される。なお、自動分析装置には、ＰＣや制御基板など装置を操作するための操作部があるが、図１では図示省略した。
【００１６】
サンプル分注機構１５は、サンプル用のノズル２５を、搬送ラック２２に載置された採血管２１からサンプル吸引を行う吸引位置から、反応ディスク１３の反応セル２６に吐出を行う吐出位置へアームの回転動作によって移動させる。さらに、サンプル分注機構１５は、吸引位置、吐出位置では採血管２１、反応ディスク１３の高さに合わせて、ノズル２５を下降させる。ノズル２５には、既知の静電容量式センサが内蔵されており、採血管２１内の液面にノズル２５の先端が近づくことで変化する静電容量をモニタすることによって、ノズル２５が採血管２１内の液面に接触したことを検知できる。ここで、サンプル分注機構１５のノズル２５は、１つの採血管２１からサンプルを吸引して反応セル２６に吐出した後、別の採血管２１にアクセスする前にコンタミネーションを防ぐ目的で洗浄される。ノズル２５の先端を液面からサンプル中に深く入れすぎると洗浄に時間を要し、分析のスループット低下を招く。従って、採血管２１内の液面位置を確実に測定して、ノズル先端のサンプル中への侵入深さを制御する必要がある。また、搬送ラック２２は搬送ライン１９によって間欠的に移動させられる。すなわち、少なくともサンプル分注機構１５のノズル２５が吸引位置にあるとき、採血管を載置した搬送ラック２２は停止している。
【００１７】
本実施例では、搬送ライン１９で搬送される搬送ラック２２上の採血管２１内の液面位置は、サンプル分注機構１５による分注動作前に液面検知機構２３で測定される。そのため、サンプル分注機構１５がノズル２５を下降する前に採血管２１内の液面位置は既知となっている。つまり、ノズル２５の下降動作を、未知の液面位置に対して行うのではなく、既知の液面位置に対して行うことが可能となる。静電容量式センサのみを利用してノズルの下降動作を制御する場合、液面に接近したタイミングで急減速して停止を行う必要があり、ノズル２５は鉛直方向に振動しやすい状態となる。この振動の要因は、サンプル分注機構１５のノズル２５を保持するアームの倒れ込みや、サンプル分注機構１５の上下駆動用のベルトプーリ機構のベルトの変形などである。しかし、ノズル２５の下降前に液面位置が既知であれば、ノズル２５の振動を低減する減速方法が選択できる。振動を低減するための減速方法には、例えば事前にノズル２５の鉛直方向の振動周波数を測定しておき、サンプル分注機構１５のアームの下降動作の減速を振動周波数の逆数の整数倍とする方法などがある。あるいは、単純に加速度の変化量を抑えるように停止しても良い。
【００１８】
図２は、液面検知機構の第１の実施例を比較例と共に示す模式図である。図２（ａ），（ｂ）は液面検知機構２３における多段式の伸縮可能な音波ガイドの構成例を示す模式図、図１（ｃ）は比較例を示す模式図である。
【００１９】
本実施例の液面検知機構２３に用いる超音波距離センサ２００は、信号処理部２０１、素子部２０２、円筒部２０３を備える。信号処理部２０１は、素子部２０２内にある圧電素子による音波の発信及び受信を処理し、音波の発信から受信までの時間から液面までの距離を算出し、距離に応じた電圧を出力する回路が含まれる。本回路は、液面検知機構２３から離れた位置に設置することも可能であるが、信号ノイズの影響を抑えるためにも素子部２０２の近くに配置することが望ましい。素子部２０２内の圧電素子は円形である。円筒部２０３は、素子部２０２と後述する第１の音波ガイド２０４の接続に用いるが、円筒部２０３と第１の音波ガイド２０４とは接触する必要はない。また、素子部２０２の径が第１の音波ガイド２０４の径より小さい場合は円筒部２０３が不要である。
【００２０】
本実施例の液面検知機構２３は、入れ子式になった第１の音波ガイド２０４と第２の音波ガイド２０５から構成される伸縮可能な音波ガイドを備える。上方に位置する第１の音波ガイド２０４は、下方に位置する第２の音波ガイド２０５に比べ径が細く、超音波距離センサ２００が固定されるベース２０６に接続して固定される。第１の音波ガイド２０４は超音波距離センサとは別のベースに固定しても良い。第２の音波ガイド２０５は、上下機構２０７に固定され、上下方向に移動可能である。上下機構２０７には、ベルトプーリ機構をモータ駆動する方式やボールネジをモータ駆動する方式、あるいは長さの異なる複数のソレノイドを用いて上下する方法など考えられる。第２の音波ガイド２０５を上下方向に移動することで、音波ガイド全体の長さを調整することができる。
【００２１】
本実施例では、超音波距離センサ２００がベース２０６に固定され、採血管２１との相対距離は変化しないため、上下機構２０７の位置決め精度は液面の検出精度に影響しない。そのため、上下機構２０７には高精度な位置決めを必要としない。従って、等級の低い低価格帯の部品やアクチュエータの選定が可能である。また、超音波距離センサ２００は固定で音波ガイドのみが移動し、音波ガイドの可動部と超音波距離センサは接触しないため、位置調整による位置決め誤差や振動ノイズの影響を低減することができる。
【００２２】
筒状の音波ガイドは特にその材質を問わず、例えば金属やプラスチックなどで作製することができる。第２の音波ガイド２０５と採血管２１との距離ｄは、採血管２１に付着した血液などの成分が第２の音波ガイド２０５に付着することを避けるため、離すことが望ましい。用いる超音波距離センサ２００の周波数や電圧により異なるが、第２の音波ガイド２０５と採血管２１との距離ｄは、５ｍｍ程度まで離しても採血管２１内の液面を検出可能である。勿論、第２の音波ガイド２０５の外径が採血管２１の内径より小さく、接触しない制御が可能であれば、第２の音波ガイド２０５を採血管２１内にまで挿入して液面検知を行うことも可能である。
【００２３】
以上の液面検知機構２３の構成によれば、長い採血管２１における液面検知では、図２（ａ）に示すように第２の音波ガイド２０５の位置を上げ、伸縮可能な音波ガイドの全長を短くする。短い採血管２１における液面検知のときは、図２（ｂ）に示すように第２の音波ガイド２０５を下げ、伸縮可能な音波ガイドの全長を長くする。以上の動作によって、第２の音波ガイド２０５と採血管２１との距離ｄを既定の距離（例えば２ｍｍ〜５ｍｍ）に制御でき、搬送されてくる高さの異なる採血管２１に対して、音波の拡散を抑制して精度よく液面を検出すること、すなわち素子部２０２から液面までの距離を測定することが可能となる。なお、超音波距離センサ２００と、伸縮可能な音波ガイドの第１の音波ガイド２０４、第２の音波ガイド２０５、及び測定対象の採血管２１は同軸状になるように配置することが、採血管２１内の液面位置を測定する上では望ましい。また、第２の音波ガイド２０５は、採血管２１の内径よりも細い形状が望ましい。第２の音波ガイド２０５が採血管２１の内径より細いことで、採血管２１の縁からの音波の反射を抑制できる。
【００２４】
図２（ｃ）は、音波ガイドを有さない従来の超音波距離センサ２００による液面検知の様子を示す模式図である。図は、搬送ラック２２に高さの異なる採血管２１が３本並んでいるときに中央の採血管の液面を検知する例である。上部の超音波距離センサ２００から下方に向けて超音波を発信すると、点線で示すような音波の拡散が発生し、拡散した音波が何かに衝突するとそこで反射される。反射波は超音波距離センサ２００で検出され、それぞれの反射波に対応する信号が発生する。図に示したもの以外にも、搬送ラック２２や他の採血管２１の縁などからも音波が反射する。
【００２５】
音波ガイドがない従来方式の超音波距離センサは、前述した通り、超音波距離センサに反射波を無視する不感領域を設ける。例えば、図２（ｃ）に矢印で示すように、最も高い採血管２１の上面から超音波距離センサ２００までの空間から反射波が返ってくる時間帯を不感領域とする。その場合、左右にある採血管２１の液面が測定対象である中央の採血管の液面より高い場合、そこから先に音波の反射が返ってくる。また、採血管の縁からも音波が返ってくる。
【００２６】
図３は超音波距離センサから得られる信号波形の例を示す模式図であり、図３（ａ）は音波ガイドを備えない従来の液面検知装置の超音波距離センサによる信号波形を示し、図３(ｂ)は本実施例の伸縮可能な音波ガイドを備える液面検知機構の超音波距離センサによる信号波形を示す。
【００２７】
図２（ｃ）に示した従来方式の液面検知装置では、超音波が拡散して送波されるため、それが装置内の種々の箇所で反射して超音波距離センサで検出される。その結果、図３（ａ）に示すように、時刻ｔ０で超音波を送波した後、時刻ｔ１で測定対象の採血管の液面からの反射波による検出信号Ｒが出力されるが、それ以外にも複数の反射波に基づく検出信号Ｒ１〜Ｒ４が出力される。例えば、Ｒ１は測定対象の採血管の上縁からの反射波、Ｒ２は右隣の採血管の液面からの反射波、Ｒ３は搬送ラック上面からの反射波、Ｒ４は左隣の採血管の液面からの反射波に基づく検出信号である。仮に、図２（ｃ）に矢印で示す最も高い採血管２１の上面から超音波距離センサ２００までの距離に対応する時間領域を不感領域Ｔとして設定したとしても、反射波に基づく検出信号Ｒ２〜Ｒ４を除去することはできない。
【００２８】
一方、本実施例の液面検知機構は、音波ガイドを用いて音波の指向性を高めると共に、採血管の高さに応じて音波ガイドを伸縮させて超音波距離センサ２００から測定対象の採血管２１の直上位置あるいは測定対象の採血管の内部にまで超音波を導いている。そのため、測定しようとする液面以外の箇所からの反射波の発生を極力回避することができる。その結果、図３（ｂ）に示すように、時刻ｔ０で圧電素子に電圧印加して超音波を送波したのち、時刻ｔ１で液面からの反射波が受信され検出信号Ｒが出力されるが、その間に雑音となる反射波はほとんど検出されない。こうして雑音となる反射波が検出されないのは、管長が長い採血管の液面位置測定においても短い採血管の液面位置測定においても同様であり、いずれの場合にも高い精度で採血管内の液面位置を測定することができる。
【００２９】
なお、本実施例の液面検知機構の場合、超音波距離センサ２００の圧電素子から発信された音波が音波ガイドを通過している時間帯には液面からの反射波は検出されることがない。従って、図３（ｂ）に示すように、この時間帯を不感領域Ｔとして設定してもよい。音波ガイドを伸縮させて音波ガイドの長さが変わった場合、不感領域もそれに合わせて切り替えればよい。
【００３０】
このように、血液自動分析装置１０が扱う採血管２１の液面位置測定では、近接した複数の採血管２１があり、さらに液面位置も範囲が広く、不感領域を設定することが難しい。そのため、採血管２１と超音波距離センサ２００の間に、物理的な音波の遮蔽を行う構成が有効である。
【００３１】
次に、液面検知機構の第２の実施例について説明する。本実施例では、音波ガイドとして予めそれぞれ長さの異なる複数の音波ガイドを用意しておく。そして、搬送されてくる採血管の高さに応じて、音波ガイド交換機構により、長さの異なる複数の音波ガイドから一つの適切な音波ガイドを選択して採血管と超音波距離センサの間に配置する。
【００３２】
音波ガイド交換機構としては、一例として、ロボット機構を用いることができる。この場合、長さの異なる複数の音波ガイドを液面検知機構２３内に設けられた音波ガイド保管部に保管しておき、その中から適切な音波ガイドをロボット機構で掴んで取り出す。ロボット機構は取出した音波ガイドを採血管と超音波距離センサの間に配置し、その状態で超音波距離センサにより採血管内の液面位置を測定する。次に液面位置を測定する採血管が同じ高さの場合には同じ音波ガイドをそのまま使用し、高さが異なる場合には、ロボット機構は使用後の音波ガイドを音波ガイド保管部に戻したあと適切な音波ガイドを掴んで採血管と超音波距離センサの間に配置し、測定を行う。音波ガイド交換機構の他の例としては、回転円板を有する回転交換式音波ガイドを用いることができる。この場合には、長さの異なる複数の音波ガイドを回転円板の周囲に固定しておき、搬送されてくる採血管の高さに応じて回転円板を回転することによって、所望の音波ガイドを採血管と超音波距離センサの間に選択的に配置する。
【００３３】
図４は、回転交換式音波ガイドを用いた液面検知機構の例を示す模式図である。図４（ａ）は搬送ラックの進行方向から見た側面模式図、図４（ｂ）は上面模式図である。ただし、図４（ｂ）では、超音波距離センサとベースを図示省略した。音波ガイド交換機構を回転円板で構成すると、ロボット機構で構成した場合に比較して機構系が簡素になり、低コスト、省スペース、かつ高信頼性を実現できる。
【００３４】
超音波距離センサ２００とベース２０６の構成は実施例１と同じであり、超音波距離センサ２００はベース２０６に固定される。本実施例は、採血管２１と超音波距離センサ２００間に備える音波ガイド３０１の構成が実施例１と異なる。図４の例では、高さの異なる複数の音波ガイド３０１が回転円板３０２の周囲に固定されている。高さの異なる音波ガイド３０１は、高さ順に並べて配置されている。回転円板３０２は下方より延びる回転軸３０３で支持され、回転軸３０３は回転アクチュエータ３０４に接続されている。以上の構成によって、複数の音波ガイド３０１を備えた回転円板３０２は、回転アクチュエータ３０４の動作で回転することができる。本構成の液面検知機構２３では、超音波距離センサ２００と音波ガイド３０１の間にギャップｄ１を設け、音波ガイド３０１と採血管２１の間にギャップｄ２を設ける。ギャップｄ１とギャップｄ２は、どちらも小さい値とすることが望ましく、５ｍｍ以下とすることが望ましい。ギャップｄ１とギャップｄ２により、音波ガイド３０１が回転アクチュエータ３０４の駆動で回転した場合も、超音波距離センサ２００や採血管２１と接触せずに回転可能である。
【００３５】
本実施例の液面検知機構２３では、搬送されてくる採血管２１の高さに応じて回転円板３０２を回転し、超音波距離センサ２００と採血管２１の間に配置される音波ガイド３０１を切り替えて液面位置の測定を行う。音波ガイド３０１の切り替えにより、超音波距離センサ２００と採血管２１の間で生じる音波の拡散を抑える。そのため、搬送されてくる高さの異なる採血管２１に対して、超音波距離センサ２００と採血管２１の間の距離に適した音波ガイド３０１に切り替える必要がある。望ましくは、前述の通り、採血管２１と音波ガイド３０１のギャップｄ２が５ｍｍ以下となる条件である。そのため、血液自動分析装置１０で使用される採血管３１の種類に応じて、予め長さの異なる音波ガイド３０１の種類を決めて用意する必要がある。また、搬送ラック２２上で隣接する採血管２１の間の距離Ｌは、音波ガイド３０１の回転動作での接触を避けるため、音波ガイド３０１の回転半径内に入らないような距離とする。すなわち、採血管の高さに合わせて音波ガイド３０１を交換するとき、音波ガイドを固定した回転円板が自由に回転できるだけの間隔が必要である。
【００３６】
本実施例の液面検知機構によれば、高さの異なる採血管２１に応じて、超音波距離センサ２００と採血管２１の間にその空間を埋めるだけの長さの音波ガイド３０１を切り替えて配置する。それによって超音波距離センサ２００と採血管２１の間で音波の拡散を抑制し、ノイズとなる反射波を発生させないことで、採血管２１内の液面位置を精度よく測定することができる。第２の実施例は、第１の実施例と比べ、回転アクチュエータ３０４の駆動を直接伝達できるシンプルな構成で実現可能である。また、超音波距離センサ２００は固定で音波ガイド３０１のみが移動し、音波ガイドの可動部と超音波距離センサは接触しないため、位置調整による位置決め誤差や振動ノイズの影響を低減することができる。
【００３７】
図５は、液面検知機構の第３の実施例を示す模式図である。本実施例は、センサ外周上下方式音波ガイドを用いた液面検知機構の構成例である。本実施例の液面検知機構２３の超音波距離センサ４００は、実施例１や実施例２の超音波距離センサ２００とは異なる形状を有する。信号処理部４０１は、素子部４０２から離れた位置に配置され、素子部４０２と円筒部４０３はそれぞれ細長い円柱状の外形を有し、音波ガイド４０４より径が細い。音波ガイド４０４は、図２に示した構成と同じく円筒形状であり、内径が超音波距離センサの外径より大きく、上下機構２０７によって超音波距離センサを包囲して上下移動可能である。
【００３８】
本実施例の液面検知機構２３では、音波ガイド４０４を超音波距離センサ４００と接触することなく上下移動させることが可能である。そのため、採血管２１の高さに応じて、音波ガイド４０４を上下移動し、超音波距離センサ４００と採血管２１の間のギャップｄを５ｍｍ以下とするように調整できる。従って、採血管２１内の液面を検知するときに超音波距離センサ４００からの音波の拡散を抑制することができ、精度よく液面位置を測定することができる。その他、本実施例においても上記した他の実施例と同様の効果を得ることができる。
【００３９】
ここで、信号処理部４０１を円筒状にして、素子部４０２に直接接続するように配置しても良い。また、円筒部４０３は音波ガイド４０４の可動領域を確保するため設けたが、素子部４０２の長さを長くするか、あるいは素子部４０２とベース２０６間に円筒状の連結部を設けるなどして、音波ガイド４０４の可動領域が確保できれば、不要としても良い。つまり、音波ガイド４０４が長い採血管２１が搬送されたときに、上方に移動した場合でも、音波ガイド４０４がベース２０６などに接触しないような長さとなればよく、素子部４０２もしくは素子部４０２と円筒部４０３を合わせた長さが、音波ガイド４０４の可動領域となる。
【００４０】
図６は、液面検知システムの構成例を示す模式図である。血液自動分析装置１０の制御部には、ユーザからの操作受付を行うＧＵＩ５０１がある。ユーザが登録した採血管２１の高さ情報や標準的な採血管２１の高さ情報は、採血管データ５０２に保存される。採血管データ５０２が保存されている箇所は、採血管の高さ情報を事前に登録する記憶部である。また、採血管データ５０２では、採血管２１に貼り付けられたバーコードＩＤと採血管２１の高さ情報（外径や内径の情報を含んでも良い）との紐付けが行える。そのため、ユーザはＧＵＩ５０１で各バーコードＩＤに対して採血管２１の種類（高さ）を選択する。あるいは、検査室内の検査を管理する上位端末などから情報を送るなどして、バーコードＩＤと採血管２１の情報の紐付けを事前に行う。血液自動分析装置１０の搬送ライン１９には採血管２１に貼り付けられたバーコード２９を読み取るバーコードリーダ３０があり、搬送ライン１９を流れる採血管２１から読み取られたバーコードＩＤを事前に登録した採血管データ５０２と照合することで、採血管２１の高さの情報を確認できる。
【００４１】
液面検知機構５０３は、搬送されてくる採血管２１の高さ情報を採血管データ５０２から確認し、採血管２１と超音波距離センサ（２００あるいは４００）とのギャップを埋めるため、音波ガイド（２０５，３０１，４０４のいずれか）を音波ガイド制御部５０４で制御する。音波ガイド制御部５０４による音波ガイドの制御、例えば伸縮式音波ガイドにあっては音波ガイドの伸縮、回転交換式音波ガイドにあっては回転円板の回転による音波ガイドの切り替え、センサ外周上下方式音波ガイドにあっては音波ガイドの上下動は、測定対象の採血管が超音波距離センサの下方に位置するときに実行される。音波ガイドの制御によって少なくとも音波ガイドと採血管の間の距離が一定値以下にされた後に、距離測定部５０５で、超音波距離センサから発信された音波が液面から反射してきた時間を測定し、採血管２１内の液面位置を測定する。測定した液面位置情報は、液面位置データ５０６に保存され、サンプル分注機構１５の制御に利用される。なお、図３（ｂ）で説明した音波ガイドの長さに応じて超音波距離センサの不感領域Ｔを切り替える処理は、例えば液面検知機構５０３に実装したプログラムによって実行することができる。
【００４２】
本実施例では、搬送ライン１９を流れる搬送ラック２２に搭載された採血管２１の液面位置を測定する前に、採血管２１の高さ情報を確認し、音波ガイドの駆動制御を行う。ここでは、採血管２１の１本ごとに測定する例を示したが、複数本を同時測定する構成も可能である。例えば、搬送ラック２２に５本の採血管が搭載される場合、超音波距離センサや音波ガイドを複数並べても良い。その場合、各音波ガイドは、それぞれが対象とする採血管２１の高さに合わせて音波ガイド制御部５０４によって駆動制御される。また、運用上で１つの搬送ラック２２に搭載する採血管２１の高さに制限を設け、同一高さの採血管２１のみを１つの搬送ラック２２に搭載するようにして、音波ガイドの制御を簡単化することも可能である。この場合、音波ガイドが、それぞれの採血管単位ではなく搬送ラック単位で制御されるため、搬送時間の短縮が可能である。
【００４３】
図７は、採血管の傾斜判定及び分注機構の制御部を加えた液面検知システムの構成例を示す模式図である。ユーザはＧＵＩ６０１から、採血管２１の各種データ（高さのみならず、内径、外径、縁の厚さなどの形状情報）を採血管データ６０２に登録可能で、標準的な採血管の形状データは採血管データ６０２に予め登録されている。図６の液面検知システムと同様に、採血管２１に貼り付けられたバーコードＩＤと採血管２１のデータとの紐付けも採血管データ６０２で行われる。
【００４４】
図７に示した液面検知システムでは、採血管２１の液面位置のみならず採血管２１の傾斜の測定も可能である。位置測定部６０３は、音波ガイド制御部６０４と距離測定部６０５それぞれに指示を出し、音波ガイド（２０５，３０１，４０４のいずれか）及び超音波距離センサ（２００あるいは４００）の制御が可能である。位置測定部６０３は、搬送ライン１９で搬送される搬送ラック２２の位置を認識し、採血管２１内の液面位置を測定するときは、前述の通り音波ガイドを超音波距離センサと採血管の間の隙間が小さくなるように駆動制御する。さらに、位置測定部６０３は、採血管２１の縁の高さや搬送ラック２２の上面の高さの測定を行う。例えば、超音波距離センサ２００の下を採血管２１の縁が移動するタイミングでは、超音波距離センサ２００で採血管２１の縁が認識できるように、音波ガイドを上昇あるいは回転する制御を行う。同様に、搬送ラック２２の上面部が超音波距離センサの下を移動するタイミングでは、音波ガイドを下降させる制御を行う。なお、搬送ラック２２の上面は、面積が広いため音波ガイドがない状態でも検知可能である。以上のように、図７に示した液面検知システムでは、採血管２１内の液面、採血管２１の上縁の高さ、搬送ラック２２の上面の位置を測定可能である。
【００４５】
なお、位置測定部６０３は搬送ライン１９を自ら制御することにより、あるいは搬送ライン１９を制御する制御部と通信を行うことにより、搬送ライン１９上における搬送ラック２２の位置を認識可能である。また、音波ガイドの長さに応じて、超音波距離センサの不感帯（測定しない領域）を切り替える制御を加えることが望ましい。前述の方法で測定される採血管２１の縁の高さ情報は、少なくとも２点であり、例えば、図７中における各採血管２１の進行方向両端の高さ情報である。
【００４６】
測定された採血管２１内の液面位置や採血管２１の縁の高さ、搬送ラック２２の高さの情報は、位置データ６０６に記録される。
【００４７】
超音波距離センサ（２００あるいは４００）での測定後、搬送ラック２２は搬送ライン１９による搬送動作で、サンプル分注機構１５がサンプル分注を行う位置まで搬送される。サンプル分注位置では、前述の通り、サンプル分注機構１５のノズル２５を採血管２１内の液面吸引位置に停止させる。すなわち液を吸引するため、先端を液面より数ミリ低い位置に停止させる。このとき、既に超音波距離センサを用いた液面検知機構によって液面位置は測定され、位置データ６０６に記録されているので、ノズル２５の下降動作における減速は任意のタイミングで行える。サンプル分注機構１５の位置制御は、分注制御部６０７で行われる。例えば、サンプル分注機構１５のノズル２５は下降時に機構の持つ固有振動数で振動するから、分注制御部６０７はサンプル分注機構１５の振動を打ち消すように減速時間や減速タイミング等の動作パラメータを調整することが可能である。この動作パラメータの調整は、例えば分注制御部６０７に実装された制御プログラムにより、ノズル２５を下降させる前あるいは下降動作中に行うことが可能である。また前述の通り、サンプル分注機構１５のノズル２５は接触式の静電容量式センサを備え、液面接触確認部６０８で液に接したことを確認できる。
【００４８】
しかし、液面接触確認部６０８は、採血管２１が傾斜していると、誤検知を発生する可能性がある。誤検知発生の要因は、静電気を帯びた採血管２１にノズル２５が接近するためであり、採血管２１の傾斜が分かれば誤検知を避けることができる。そのため、本実施例の液面検知システムは、採血管の傾斜判定部６０９を備える。傾斜判定部６０９は、位置データ６０６より採血管２１の２点以上の上縁の高さ情報を読み出し、採血管の傾斜を判定する。傾斜の判定では、採血管の上縁の２点（望ましくは両端）の高さ情報から、以下の３種類の判定を行う。
（ａ）正常（２点の高さが同一かつ正常値）
（ｂ）搬送ライン１９の進行方向に対して傾きあり（２点の高さが不一致）
（ｃ）搬送ライン１９の左右方向に対して傾きあり（２点の高さが正常値より両方とも高い）。 
【００４９】
なお、上記（ａ）と（ｃ）の判定では、２点の高さをラック上面からの高さとも比較している。２点のラック上面からの高さが規定値のときに、高さが正常値であると判定する。
【００５０】
前述の判定方法以外に、ライントレースを行い複数点の測定データを基に傾斜を判定しても良い。また、搬送ラック２２の上面位置の情報も使い、採血管２１が正常位置より高い、つまり浮いた状態でないかを判断に加えても良い。
【００５１】
以上の採血管２１の傾斜判定部６０９を用い、液面を接触検知するノズル２５の下降動作中に、液面検知補正部６１０で誤検知を回避する制御を加えることができる。液面検知補正部６１０の処理内容は後述する。
【００５２】
以上の構成の液面検知システムでは、まず搬送ライン１９で搬送されてきた採血管２１に対して、超音波距離センサを用いた液面検知機構２３で液面位置を測定する。続いて、サンプル分注機構１５まで採血管２１が搬送された際に、ノズル２５の下降動作を最適化した動作、すなわち振動を抑制できる動作パターンで行う。そして、液との接触は液面接触確認部６０８で確認し、確実で精度の高い液の吸引を実現する。なお、傾斜判定部６０９及び液面検知補正部６１０がなくても、液面検知機能を利用することは可能である。傾斜判定部６０９及び液面検知補正部６１０を加えることで、接触式の液面検知機構の誤検知を減らし、より信頼性の高いシステムが可能となる。
【００５３】
また、超音波距離センサを用いる液面検知機構で測定した結果（位置データ６０６）と接触式の液面接触確認部６０８で確認した結果（ノズル２５の下降量）が不一致の場合、どちらかの検知データに誤りがあるが、傾斜判定部６０９を用いることで接触式の液面接触確認部の誤検知のリスクを確認あるいは記録することができる。
【００５４】
図８は、液面検知システムの処理フローの例を示す図である。ここでは、傾斜判定部６０９を用いたサンプル分注機構１５の動作補正方法及びアーム下降方法の例を説明する。前述の通り、採血管２１が搬送ラック２２に対して傾斜している場合がある。このような状態の採血管２１にノズル２５を下降させると、接触式液面検知の誤検知のみならず、採血管２１の縁や側面とノズル２５が接触するリスクもある。そのため、本実施例のサンプル分注機構１５の制御では、傾斜判定部６０９を用いてノズル２５と採血管２１の接触を回避する。
【００５５】
図８（ａ）は、サンプル分注機構１５が採血管２１からサンプルを吸引するため、アームを水平移動するときの制御フローの例を示す図である。サンプル分注機構１５は前述の通り、アームの回転動作により反応ディスク１３の反応セル２６と採血管２１の吸引位置の間でノズル２５の位置決めを行う。しかし、採血管２１に大きな傾斜があるときには、降下したノズル２５が採血管２１に接触するリスクがある。サンプル分注機構１５にはノズル２５が異常接触したことを検知するためのセンサ（スイッチ）があるが、異常接触すると装置が停止してしまう。そのため、可能な限り接触リスクを避けることが望ましい。
【００５６】
本実施例のサンプル分注機構１５の制御フローには、傾斜判定部６０９によって採血管の傾斜有無を判断する処理（Ｓ７０１）がある。傾斜がある場合には、更にノズル２５と採血管２１の接触リスクを判定する処理（Ｓ７０２）に進み、採血管データ６０２から採血管２１の開口部の径、位置データ６０６から測定した液位を読み出し、ノズル２５の下降動作中に採血管２１と最接近する距離が事前に設定した値以下となっていないかを判断する。ノズル２５は細長く振動しやすいため、採血管２１の管壁から少なくとも数ミリ離すことが望ましい。上記接触リスクを判定する処理は、例えば傾斜判定部６０９に実装されたプログラムによって実行することができる。接触リスクがあると判定された場合、アーム回転動作によるノズルの水平移動量に対して補正値を加え（Ｓ７０３）、その後アーム回転動作を行う（Ｓ７０４）ことで採血管２１との接触を回避できる。ノズルの水平移動量に補正値を加える処理は、例えば分注制御部６０７に実装された分注制御プログラムによって実行することができる。
【００５７】
図９は、ノズルの水平移動量補正の様子を示す模式図である。この例では、採血管２１に傾斜があり、通常のアームの回転動作では破線で示すようにノズル２５が採血管と接触するリスクがあると判定された。そこで、通常のアーム回転動作のよるノズルの水平移動量に矢印で示す補正を加えて実線位置までノズル２５を移動することによって、採血管２１と接触することなくノズル２５を採血管２１内に下降させ、サンプルの吸引を行う。以上の処理では、採血管２１に傾斜がない場合は通常のアーム回転を行う。なお、接触リスクが有るか否かの判定（Ｓ７０２）で接触リスク有りと判定された後、補正値を加えずアラームで停止することも可能である。
【００５８】
ここではノズル２５の水平移動をノズルが固定されているアームの回転によって行う例を説明したが、分注機構の構成によってはノズルの水平移動はアームの回転とアームの伸縮を組み合わせて行ってもよい。あるいは、互いに直交する方向に直線移動する２つの直動機構によって任意の位置にノズルを水平移動する駆動方式を用いてもよい。
【００５９】
図８（ｂ）は、アーム下降動作の制御フローの例を示す図である。傾斜判定部６０９によって採血管２１の傾斜を確認し（Ｓ７１１）、傾斜がある場合には、ノズル２５が採血管２１に接近する位置をセンサの不感領域に設定する（Ｓ７１２）。図１０は、静電容量式センサの出力と不感領域設定の例を示す模式図である。図中、破線は採血管に傾斜が無い場合の静電容量式センサの出力波形、実線は採血管に傾斜がある場合の静電容量式センサの出力波形を表す。採血管が傾斜していると、図９に示すように、サンプル分注機構１５のノズル２５を下降させるとき採血管の上部開口の中央を通らずに一方の縁に接近し、静電容量式センサの出力が液面検知閾値ＳＨを超えて誤検知を起こす。そこで、図１０に示すように、ノズル２５が採血管の上縁に近づく時間帯を不感領域Ｔ１として設定する。不感領域Ｔ１の設定は、例えば液面検知補正部６１０に実装された液面検知補正プログラムによって実行することができる。この設定により、ノズル２５が採血管２１に接近したことで変化する静電容量は無視される。ただし、液面位置は位置データ６０６に格納されているので、液面位置より数ミリ上を全て不感領域Ｔ２として設定しても良い。
【００６０】
以上の不感領域設定後にアーム下降開始処理し（Ｓ７１３）、ノズル２５が液面に近づくことで静電容量が変化する。この静電容量の変化が閾値以上となる判定（Ｓ７１４）から液面の接触を検知し、判定上液との接触を検知していればアーム下降を停止する（Ｓ７１５）。以上の動作を行うことで、位置データ６０６にある液面位置に誤った情報が含まれた場合でも確実にノズル２５を停止することができる。また、位置データ６０６の液面位置データと静電容量変化が閾値を越えた位置とを比較（Ｓ７１６）して、不一致が発生した場合にエラー処理を行っても良い。この場合、超音波距離センサを用いた液面検知機構２３によって測定された液面位置か、静電容量式センサを用いた接触式の液面接触確認部６０８によって検知された液面位置のどちらかに誤りがあることになる。前述の通り、採血管２１の傾斜情報も記録可能であるので、ユーザに対して一定値以上の傾斜を修正する旨のメッセージをＧＵＩ等に表示しても良い。
【００６１】
本実施例では、採血管１本ごとに測定する例を示したが、前述の音波ガイドや超音波距離センサを複数並べることで、複数本の採血管の液面を同時に測定することも可能である。また、本実施例では、血液自動分析装置のサンプル分注を例に説明したが、本発明の液面検知機構は試薬容器及び試薬分注ノズルなど、他の分注ノズルにおいても同様に利用可能である。
【００６２】
なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。
【００６３】
また、上記の各構成、機能、処理部、処理手段等は、それらの一部や全部を、例えば集積回路で設計する等によりハードウェアで実現してもよい。また、上記の各構成、機能等は、プロセッサがそれぞれの機能を実現するプログラムを解釈し、実行することによりソフトウェアで実現してもよい。各機能を実現するプログラム、テーブル、ファイル等の情報は、メモリやハードディスク、ＳＳＤ（Solid State Drive）等の記録装置、又は、ＩＣカード、ＳＤカード、ＤＶＤ等の記録媒体に置くことができる。
【符号の説明】
【００６４】
１１      試薬容器
１２      試薬ディスク
１３      反応ディスク
１４      試薬分注機構
１５      サンプル分注機構
２１      採血管
２２      搬送ラック
２３      液面検知機構
２５      ノズル
２００    超音波距離センサ
２０４    第１の音波ガイド
２０５    第２の音波ガイド
２０６    ベース
２０７    上下機構
３０１    音波ガイド
３０２    回転円板
３０３    回転軸
３０４    回転アクチュエータ
４００    超音波距離センサ
４０４    音波ガイド
【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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