(57)【要約】【課題】第１部材に対して複数の所定の相対位置へ第２部材を位置決めできる新しい構成の相対位置検出ユニットを提供する。【解決手段】第１部材に光センサ１６を固定し、第２部材に遮光板１２を固定する。発光部１４は、光センサ１６に対して固定位置に配置され、光を発する。遮光板１２には、第１部材の第２部材に対する相対運動方向に沿って、互いに異なる開口面積を有する複数のスリット２２が形成されている。各スリット２２は、第１部材が各所定の相対位置に配置されたときに、発光部１４に正対してビームは、スリット２２を透過する。光センサ１６では、スリット２２の開口面積に応じた光量の光が受光される。コンパレータ１８は、この受光量に基づいて第２部材の第１部材に対する相対位置を検出する。これにより、第２部材を複数の所定の相対位置へ位置決めできる。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源と、
第１部材に対して相対運動する第２部材側に相対運動方向に沿って固設され、該第１部材に対する該第２部材の相対位置に応じて、前記光源からの光の透過量又は反射量が異なる形状を有する光量調整体と、
前記第１部材側に固設され、前記光量調整体を介して前記光を受光する光センサと、
前記受光された光の光量に基づいて、前記第１部材に対する前記第２部材の相対位置を検出する位置検出部と、
を含むことを特徴とする相対位置検出ユニット。
【請求項２】
請求項１記載の相対位置検出ユニットにおいて、
前記光量調整体は、前記相対運動方向に沿って複数設けられ、互いに異なる開口面積を有するスリットであることを特徴とする相対位置検出ユニット。
【請求項３】
請求項１記載の相対位置検出ユニットにおいて、
前記光量調整体は、前記相対運動方向に沿って複数設けられ、互いに異なる反射面積を有する矩形形状を有することを特徴とする相対位置検出ユニット。
【請求項４】
請求項２又は３記載の相対位置検出ユニットにおいて、
前記複数の光量調整体は、前記相対運動方向と直交する向きにそれぞれ伸長配置されていることを特徴とする相対位置検出ユニット。
【請求項５】
請求項１記載の相対位置検出ユニットにおいて、
前記光量調整体は、前記相対運動方向と直交する方向における幅が、前記相対運動方向に沿って連続的に変化した形状を有し、前記相対位置に応じて光の透過量又は反射量が連続して変化することを特徴とする相対位置検出ユニット。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、互いに相対運動する２つの部材における複数の相対位置を検出する相対位置検出ユニットに関する。
【０００２】
【従来の技術及びその課題】
例えば特許第３０２９３８８号の図１に示されるように、ノズルを用いて分注処理を行う分注装置は、例えば、そのノズルを３次元的に移送する３軸アーム機構を具備し、その３軸アーム機構は、ノズルを鉛直方向（Ｚ軸方向）へ移送するＺ軸アームを具備する。このＺ軸アームは、ノズルをＺ軸方向へスライド可能に保持しており、ノズルは、Ｚ軸アームに対して当該方向へ相対運動することで、装置上の高さ位置を変化させる。ノズルをＺ軸アームに対して所定の相対位置へ配置させる制御では、例えば、相対位置検出ユニットが利用される。この相対位置検出ユニットは、主として、単一のスリットが形成された遮光板、光源、光センサ及びコンパレータから構成されており、遮光板はノズルに固定され、光センサはＺ軸アームに固定される。また、光源は、遮光板を挟んで光センサの反対側に配置される。ノズルがＺ軸アームに対して所定の相対位置に配置された際に、光源からの光がスリットを介して光センサで受光されるように、それぞれの配置位置が調整される。コンパレータが、光センサによる受光の有無を判定することで、ノズルがＺ軸アームに対し当該所定相対位置へ配置されたことを検出する。
【０００３】
ここで、一般的に、ノズルを配置すべき所定相対位置は複数存在する。そこで、当該複数ある所定相対位置ごとに光センサ及び光源を上述と同様に配置し、各位置の光センサにおける、上記単一スリットを介した光の受光の有無によって、各所定相対位置へのノズルの位置検出を行っていた。しかし、この構成では、例えば、設計上の制約等により、複数の光センサ及び光源を配置することが困難である場合が生じうる。また、各光センサ及び光源に対して多数の配線を必要とし、光センサごとにコンパレータを要する等、装置の構造の複雑化をまねく。或いは、例えば、複数の光センサ、光源及びコンパレータを要するため、製品コストが高くなる。なお、３軸アーム機構は、さらに、Ｚ軸方向と直交する水平面内を互いに直交する方向にノズルをガイドするＸ軸アーム及びＹ軸アームを有しており、通常これら２つのアームのガイド方向においても複数の所定相対位置が存在するため、これらの問題はさらに顕著となる。なお、上述した分注装置の３軸アームの場合以外の場合においても、互いに相対運動する２つの部材が、複数の相対位置への位置決めを必要とする場合において、上記と同様の問題が生じ得る。
【０００４】
下記の特許文献２には、光ビームに対してノズル（チップ）を通過させて、その時の受光量の変化から、ノズル先端位置及びノズル嵌合状態の判定を行う装置が開示されている。
【０００５】
【特許文献１】
特許第３０２９３８８号
【特許文献２】
特開平７−４９３５１号
【０００６】
本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、その目的は、互いに相対運動する２つの部材が複数の相対位置へ位置決めされたことを確認することができる。相対位置検出ユニットを提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は、光源と、第１部材に対して相対運動する第２部材側に相対運動方向に沿って固設され、該第１部材に対する該第２部材の相対位置に応じて、前記光源からの光の透過量又は反射量が異なる形状を有する光量調整体と、前記第１部材側に固設され、前記光量調整体を介して前記光を受光する光センサと、前記受光された光の光量に基づいて、前記第１部材に対する前記第２部材の相対位置を検出する位置検出部と、を含むことを特徴とする。
【０００８】
上記構成によれば、光量調整体は、第１部材に対する第２部材の相対位置に応じて、光の透過量（通過量）又は反射量が異なる形状を有する。そのため、光量調整体を介して光センサで受光される光の光量は当該相対位置に応じて異なる。つまり、光量調整体を介することで、光自体に、第１部材と第２部材における相対位置の識別を可能とする情報が、透過量又は反射量として与えられ、位置検出部は、この光量（受光量）に基づいて当該相対位置の検出を行う。
【０００９】
本発明の好適な態様では、前記光量調整体は、前記相対運動方向に沿って複数設けられ、互いに異なる開口面積を有するスリットであることを特徴とする。また、本発明の他の好適な態様では、前記光量調整体は、前記相対運動方向に沿って複数設けられ、互いに異なる反射面積を有する矩形形状を有することを特徴とする。
【００１０】
ここで、前記複数の光量調整体は、前記相対運動方向と直交する向きにそれぞれ伸長配置されていることが望ましい。
【００１１】
また、本発明の好適な態様では、前記光量調整体は、前記相対運動方向と直交する方向における幅が、前記相対運動方向に沿って連続的に変化した形状を有し、前記相対位置に応じて光の透過量又は反射量が連続して変化することを特徴とする。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明の好適な実施の形態（以下、実施形態という）について図面を参照しながら説明する。なお、本実施形態では、本発明に係る相対位置検出ユニットを例えば上記特許第３０２９３８８号の図１に示されるような分注装置に組み込み、当該装置のノズルをＺ軸アームの複数の所定相対位置へ位置決めする制御に利用する場合を例にとって説明する。なお、Ｚ軸アームは、上述のように、ノズルを鉛直方向すなわちＺ軸方向へスライド可能に保持し、ノズルは、Ｚ軸アームに対してＺ軸方向へ相対運動することで、装置上の高さ位置を変化させる。
【００１３】
図１は、本実施形態における相対位置検出ユニットの概略的な全体構成を示している。本実施形態における相対位置検出ユニット１０は、主として、遮光板１２、発光部１４、光センサ１６、コンパレータ１８及び設定部２０から構成されている。分注装置においては、一般に、ノズルをＺ軸方向に昇降させるＺ軸ステージがＸ方向及びＹ方向に搬送される。そのＺ軸ステージは、分注を行うノズルを昇降さる昇降機構を備える。上記の遮光板１２は、例えばノズルと一体的につまり一緒に昇降する部材（Ｚ軸可動側の部材）として設けられる。上記の発光部１４及び光センサ１６はＺ軸ステージにＺ軸固定側の部材として設けられる。その場合、遮光板は、ノズルの分注動作を妨げない位置に設けられ、望ましくはノズルの直上あるいは斜め上方などに設けられる。上記の固定側部材及び可動側部材の関係を反対にするようにしてもよい。
【００１４】
遮光板１２は、矩形形状を有する板状部材である。この遮光板１２には、長手方向すなわちＺ軸方向に沿って、複数のスリット２２が形成されている。以下、説明上、図中Ａ、Ｂ、Ｃ及びＤで示される４つのスリット２２が、遮光板１２に形成されている場合を例にとり、さらに説明を続ける。各スリット２２は、矩形形状を有し、長手方向に直交するＹ軸方向に伸長形成されている。
【００１５】
ここで、各スリット２２の伸長方向すなわちＹ軸方向における開口幅（横開口幅）はそれぞれ異なる。本実施形態では、例えば、遮光板１２の一端２４側から他端２６側に向けて、図中Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄで示されるスリット２２が当該開口幅の広い順で配設されている。ちなみに、各スリット２２におけるＺ軸方向の開口幅（縦開口幅）は、例えばそれぞれ同一である。したがって、各スリット２２は、互いに異なる開口面積を有し、Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄの順でスリット２２の開口面積が小さくなる。なお、本実施形態における遮光板１２の各スリット２２は、開口面積の大きさ順に配列されているが、それぞれの開口面積が互いに異なるスリット２２であれば、いずれの配列順であってもよい。
【００１６】
この遮光板１２は、例えば、長手方向と鉛直方向とを一致させた向きでノズル側に固定されている。
【００１７】
発光部１４は、例えば、赤外線、可視光線、又は紫外線等の所望の周波数帯におけるビームを形成し、遮光板１２におけるスリットの形成された面に向けて、当該ビームを水平方向に射出する。一方、光センサ１６は、遮光板１２を介して発光部１４の反対側に配置されている。ここで、光センサ１６は、例えば、Ｚ軸アームに対して固定されており、また、発光部１４は、光センサ１６に対して、固定された位置に配置されている。したがって、ノズルが、Ｚ軸アームに対して鉛直方向に沿ってスライドし、各スリット２２がビーム上に配置されるごとに、ビーム光がスリット２２を透過し、光センサ１６で受光される。光センサ１６は、ビーム光を受光し、その受光データをコンパレータ１８に出力する。
【００１８】
ここで、図中Ａのスリット２２の配設位置は、ノズルのＺ軸アームに対する第１の所定相対位置に対応しており、Ａのスリット２２がビーム上に配置されたとき、ノズルがＺ軸アームに対して当該第１の所定相対位置に配置されるように、ノズルに対する遮光板１２の取り付け位置が調整されている。また、図中Ｂ、Ｃ、Ｄのそれぞれのスリット２２がビーム上に配置されたときに、ノズルが、Ｚ軸アームに対して互いに異なる第２、第３、第４の所定相対位置に配置されるように、各スリット２２の配列間隔が調整されている。
【００１９】
図２に、図中Ａで示されるスリット２２とその周辺部分を拡大して示す。なお、ビームは、図の表側から裏側に向けて照射されているものとする。本実施形態の相対位置検出ユニット１０では、例えば、以下に詳述する形状のビームが採用されている。すなわち、全てのスリット２２のうち、最も開口面積が広いもの（図１中では、Ａのスリット２２）の開口を完全に覆う広さを有する断面形状を有するとともに、Ｙ軸方向におけるビーム幅αが、遮光板１２のＹ軸方向の幅（横幅）βよりも狭いビーム等であり、例えば、図に示す楕円等の断面形状のビームである。これにより、ビーム光が、遮光板１２の側端３０の外側を通り、光センサ１６（図１参照）で受光されるのを防止でき、光センサ１６は、それぞれのスリット２２の開口面積に応じた光量のビーム光を受光できる。なお、ビームの断面形状は、楕円に限らず、スリットの開口全体を覆う形状であればいずれの形状であってもよい。
【００２０】
図１に示すコンパレータ１８は、例えば、光センサ１６から入力された受光データに対して所望の信号処理を行い、受光されたビームの光量（受光量）を求める。
【００２１】
ここで、上述のように、各スリット２２の開口面積は、Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄの順に小さくなる。したがって、各スリット２２を通過したビーム光の受光量は、図３に示されるように、当該Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄの順に多い。本実施形態のコンパレータ１８には、それぞれＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄにおける受光量Ｌのそれぞれを識別するための複数の閾値が設定されている。具体的には、例えば、ＡとＢの間の受光量レベルの値を有し、当該ＡとＢとの受光量Ｌを識別可能な閾値Ｌ１、ＢとＣの間の受光量レベルの値を有し、当該ＢとＣとの受光量Ｌを識別可能な閾値Ｌ２、及びＣとＤの間の受光量レベルの値を有し、当該ＣとＤとの受光量Ｌを識別可能な閾値Ｌ３が設定されている。ちなみに、これらに加えて、Ｄの受光量Ｌと、それ以下の受光量レベルのノイズとを分離する閾値等がさらに設定されてもよい。ここで、これらの閾値のレベル値は、必要に応じて設定部２０から入力し、変更可能な構成でもよい。
【００２２】
図１のコンパレータ１８は、ビームの受光量Ｌとそれぞれの閾値とを比較し、いずれのスリット２２を介してビームが受光されたのかを判定する。換言すれば、閾値との比較により、いずれのスリット２２がビームと正対する位置に配置されているかを判定する。これにより、コンパレータ１８は、当該正対するスリット２２に対応する、ノズルのＺ軸アームに対する相対位置を検出する。コンパレータ１８によって検出された相対位置の検出結果は、例えば、ノズルのＺ軸アームに対する相対位置への位置決め確認に利用される。
【００２３】
なお、本実施形態では、ノズルがＺ軸アームに対して相対運動を行う方向と直行する方向にスリット２２が伸長形成されており、それぞれの縦開口幅（Ｚ軸方向の開口幅）は、横開口幅（Ｙ軸方向の開口幅）に比べて極めて狭く、スリット２２の横開口幅の広さの相違によってそれぞれのスリット２２の開口面積を相違させている。これにより、例えば、当該相対運動方向に近接した相対位置の検出を可能とする。
【００２４】
次に、スリット２２に対するビームの形状に関する他の実施形態について説明する。当該他の実施形態におけるビームは、例えば、図４に示されるように、スリット２２の縦開口幅δよりもＺ軸方向におけるビームの幅（縦幅）σが狭い、例えば、極細帯状の断面形状を有するファンビーム等を利用してもよい。
【００２５】
ここで、この形態におけるビームの幅αは、全てのスリット２２のうち最も広い横開口幅γ（図１中では、Ａのスリット２２の横開口幅γ）よりも広く、且つ、遮光板１２の横幅βよりも狭いことが望ましい。これにより、光センサ１６（図１参照）は、それぞれのスリット２２の横開口幅γに応じた光量のビーム光を受光でき、当該受光量をノズルのＺ軸アームに対する相対位置の検出に利用できる。このビーム形態は、例えば、ノズルのＺ軸アームに対する相対位置に一定の許容幅を有する場合等に利用できる。この場合、Ｚ軸方向におけるビームの縦幅σに対して、Ｚ軸方向におけるスリット２２の縦幅δを当該許容幅に対応させて設定する。
【００２６】
以上の実施形態では、複数のスリット２２が形成された遮光板１２が用いられたが、図５に示されるように、単一の開口部３４が形成された矩形形状等の遮光板３２を利用してもよい。この開口部３４は、遮光板３２の長手方向（Ｚ軸方向）と直交するＹ軸方向の幅が、遮光板３２の一端３６から他端３８に向かって、連続的に狭まった形状を有しており、例えば、一端３６と平行な底辺を有し、他端３８側に頂点を有する三角形の断面形状を有する。この遮光板３２は、上述と同様に、ノズルのＺ軸アームに対する相対運動方向と長手方向とを一致させて、ノズル側に固定する。
【００２７】
この遮光板３２に対しては、例えば、断面が図中破線２８で示されるファンビーム等の縦幅（Ｚ軸方向の幅）の狭いビーム等が適用されることが望ましい。当該ビームを形成する発光部は、図に示されるように、当該ファンビームの広がり方向をＹ軸方向と一致させてＺ軸アーム側に固定する。なお、遮光板３２の横幅β、ファンビームのＹ軸方向のビーム幅、及び開口部３４のＹ軸方向における開口幅の関係は、上述した図４で示されるそれぞれの関係と同様である。
【００２８】
これにより、ノズルがＺ軸アームに対して相対運動すると、これに伴って、ビームが透過される開口部３４の相対位置が変化し、光センサ１６で受光されるビーム光の受光量が、ビーム（発光部）に対する遮光板３２の相対位置に応じて連続的に変化する。この連続的に変化する受光量に基づいて、ノズルのＺ軸アームに対する相対位置が検出でき、例えばノズルの位置決め等を行うことができる。
【００２９】
なお、開口部３４の断面形状は、三角形に限らず、例えば台形等、ノズルのＺ軸アームに対する相対位置に応じて、その相対運動方向に直交する開口の幅が連続的に変化する形状であればいずれの断面形状であってもよい。
【００３０】
ここで、図１に示されるスリット２２が形成された遮光板１２の代わりに、当該スリット２２の断面形状と同様の形状（例えば矩形形状）を有するミラー等の光反射体を設けた反射板等を利用してもよい。この構成の場合、図１に示される光センサ１６は、遮光板１２に対して発光部１４が設けられている側に配置され、当該光反射体で反射したビーム光を受光する。同様に、図５に示される開口部３４の開口形状と同様の形状等を有する光反射体を採用してもよい。さらに、例えば、光反射体の代わりに、当該反射体と同様の形状を有し、光を反射する白色等の光反射色の模様を付し、反射板の他の部分に光を吸収する黒色等の色を付してもよい。これらの実施形態によっても、上記の実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００３１】
なお、以上の実施形態では、スリット２２、開口部３４、光反射体及び光反射色の模様等は、板状部材である遮光板１２又は反射板に設けられているが、これに限らず、他の形状の部材に形成又は設けられていてもよい。さらに、ノズルやＺ軸アーム等に直接形成又は設けられていてもよい。
【００３２】
また、以上の実施形態では、遮光板１２や反射板がノズル側に固定され、光センサ１６がＺ軸アーム側に固定されていたが、これとは逆に遮光板１２や反射板がＺ軸アーム側に、光センサ１６がノズル側に固定されていてもよい。
【００３３】
以上、本発明に係る相対位置検出ユニットがノズルのＺ軸アームに対する複数の所定相対位置の位置決めに利用される場合を例にとって説明したが、この例に限らず、互いに相対的に運動する２つの部材が、複数の所定の相対位置に位置決めする場合などで、当該複数の所定の相対位置の検出を行う際に利用できる。この利用例としては、例えば、分注装置等によって液体が分注されるチューブ（試験管）が複数セットされたラックを所定の距離間隔ずつ特定方向へスライドさせていくラックピッチ送り機構等があげられる。
【００３４】
【発明の効果】
本発明によれば、互いに相対運動する２つの部材を複数の相対位置へ位置決めさせる、新しい構成を有する相対位置検出ユニットを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施形態における相対位置検出ユニットの概略的な全体構成を示した図である。
【図２】図１のＡで示されるスリットとその周辺部分の拡大図である。
【図３】図１の各スリットを介したビーム光の光量を示した図であり、これらの光量を用いたコンパレータによる相対位置の検出方法を説明する図である。
【図４】他の実施形態の相対位置検出ユニットにおけるスリットに対するビームの形状を示した図である。
【図５】別の実施形態における相対位置検出ユニットにおける遮光板を示した図である。
【符号の説明】
１０  相対位置検出ユニット、１２  遮光板、１４  発光部、１６  光センサ、１８  コンパレータ、２０  設定部、２２  スリット。
【図１】
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【図２】
2004205257.tif 000004
【図３】
2004205257.tif 000005
【図４】
2004205257.tif 000006
【図５】
2004205257.tif 000007