(57)【要約】【課題】つねに高い検出精度を確保維持し、検出データの信頼性を保証する界面検出装置を提供する。【解決手段】鉛直方向に保持される容器１００の周囲に配置され、容器１００の長手方向に沿って上下に走査可能な少なくとも３つの界面検出センサ１１と、各界面検出センサ１１を昇降させる昇降機構１２とを有する。少なくとも３つの界面検出点を設定してそれぞれの高さを検出し、各界面検出点の平面座標と前記高さ検出値とから、各界面検出点のそれぞれ空間座標を算出し、各界面検出点の空間座標から、それらを通る平面の平面方程式を算出し、前記平面方程式に基いて前記平面における最大の高さ算出値を算出する。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
マイクロ波を用いて、容器内に収容された少なくとも２種類の液体によって形成される界面を検出する界面検出方法であって、
前記界面上に設定される複数の界面検出点をそれぞれ通る複数の走査経路に沿って上下方向にマイクロ波を走査し、各界面検出点の高さを検出し、
検出した複数の高さ検出値、またはこれらの高さ検出値に基いて算出した高さ算出値のうち最大の値を前記界面の界面位置とすることを特徴とする界面検出方法。
【請求項２】
少なくとも３つの界面検出点を設定してそれぞれの高さを検出し、
各界面検出点の平面座標と前記高さ検出値とから、各界面検出点のそれぞれ空間座標を算出し、
各界面検出点の空間座標から、それらを通る平面の平面方程式を算出し、
前記平面方程式に基いて前記平面における最大の高さ算出値を算出することを特徴とする請求項１に記載の界面検出方法。
【請求項３】
前記容器の周囲に配設された少なくとも３つの界面検出センサに対応して、前記界面上の周縁部に前記各界面検出点を設定し、
前記各界面検出点に対する走査経路に沿ってそれぞれ、前記界面検出センサにより実質的に同時にマイクロ波を走査することを特徴とする請求項２に記載の界面検出方法。
【請求項４】
前記容器の周囲に配設された単一の界面検出センサに対応して、前記界面上の周縁部に前記各界面検出点を設定し、
前記容器および前記界面検出センサを相対回転させることにより、前記各界面検出点に対する走査経路に沿って、前記界面検出センサにより順次にマイクロ波を走査することを特徴とする請求項２に記載の界面検出方法。
【請求項５】
マイクロ波を用いて、容器内に収容された少なくとも２種類の液体によって形成される界面を検出する界面検出装置であって、
垂直方向に保持される前記容器の周囲に配置され、該容器の長手方向に沿って上下に走査可能な少なくとも３つの界面検出センサと、各界面検出センサを昇降させる昇降機構とを有し、
前記界面検出センサが、前記界面上に設定した少なくとも３つの界面検出点の高さを実質的に同時に検出するようにしたことを特徴とする界面検出装置。
【請求項６】
マイクロ波を用いて、容器内に収容された少なくとも２種類の液体によって形成される界面を検出する界面検出装置であって、
垂直方向に保持される前記容器の周囲に配置され、該容器の長手方向に沿って上下に走査可能な単一の界面検出センサと、この界面検出センサを昇降させる昇降機構とを有し、
前記容器および前記界面検出センサを相対回転させることにより、前記界面検出センサが、前記界面上に設定した少なくとも３つの界面検出点の高さを前記容器の周囲に沿って順次に検出するようにしたことを特徴とする界面検出装置。
【請求項７】
前記界面検出センサと前記容器を、該容器の軸線のまわりに相対的に回転させる回転機構を備えたことを特徴とする請求項６に記載の界面検出装置。
【請求項８】
前記センサユニットおよび前記容器間の距離を一定に設定保持する位置決め固定機構を設けたことを特徴とする請求項５〜７のいずれか１項に記載の界面検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、容器内に収容された少なくとも２種類の液体、具体的には採血管内の血清等に対するマイクロ波の反射強度を測定し、典型的には液体相互の界面を検出する界面検出方法およびその装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
被検者から採取した血液中の血清量を計測する場合、その血液はまず、分離剤と一緒に容器（採血管）に入れられる。この容器を遠心分離機にかけることで容器内の検体液は、血清、分離剤および血餅に分離される。そして、このように分離された血清の量を計測する。
【０００３】
血清量を計測する方法として、従来よりＣＣＤカメラなどを用いて採血管の側面画像を取得し、その画像処理を行なって血清の界面を判別し、その結果から血清量を計測する。あるいは、検体液に対する光ビームの透過光強度を観測し、その結果から血清量を計測する方法が既に知られている。
【０００４】
ここで、採血管には種々の情報を含むバーコードが付された紙が貼着されており、その紙が原因で、上述したＣＣＤカメラ等を使用する画像処理法にあっては血清量を推定するのに必要な画像情報が得られないことがある。また、光ビームを用いる方法では、光ビームの透過光強度が著しく低下し、これらの理由から実質的に血清量の推定が困難になる。
【０００５】
一方、この種の計測もしくは測定装置において、マイクロ波を用いる方法がある。たとえば特許文献１には、チューブにマイクロ波発振器を対向させて、該チューブ内の液体を検出するようにしたマイクロ波式液体センサが開示されている。また、特許文献２に記載される定液面位置計測装置では、被測定容器の両側にマイクロ波送信アンテナとマイクロ波受信アンテナを対向配置し、受信アンテナに接続されたマイクロ波受信器の出力から液体レベルを算出するようにしている。
【０００６】
かかるマイクロ波によれば、紙等を透過することから、前述した血清量を計測する際にバーコードラベル等の影響を殆ど受けることがなくなる。すなわち、採血管内の空気層および血清層間あるいは血清層および分離剤層間では、層間の誘電率が著しく異なり、そのため空気層と分離剤層ではマイクロ波は反射・減衰することなく、それらの層を良く透過する。一方、血清層にあってはマイクロ波は反射・吸収されて透過し難くなり、したがってマイクロ波の反射強度を測定することで、血清層の位置を検出することができる。
【０００７】
【特許文献１】特開平７−２８０６２７号公報
【特許文献２】特開平８−３１３３２６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、透過式あるいは反射式において分離剤の状態によっては、特に分離剤と血清の界面を正確に特定するのが困難になる場合があった。すなわち、分離剤が傾斜していると、実際に検出される分離剤および血清の界面位置と検出したい界面位置とにずれが生じてしまう。
【０００９】
また、マイクロ波による反射方式ではマイクロ波送受信部と容器の距離が検出精度に著しく影響する、すなわち両者間の距離を一定に保つことが望ましい。特許文献２に記載の装置では、マイクロ波送受信部と容器の距離を適切にすることについては言及していない。
【００１０】
本発明はかかる実情に鑑み、つねに高い検出精度を維持確保し、検出データの信頼性を保証する界面検出方法および界面検出装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明による界面検出方法は、マイクロ波を用いて、容器内に収容された少なくとも２種類の液体によって形成される界面を検出する界面検出方法であって、前記界面上に設定される複数の界面検出点をそれぞれ通る複数の走査経路に沿って上下方向にマイクロ波を走査し、各界面検出点の高さを検出し、検出した複数の高さ検出値、またはこれらの高さ検出値に基いて算出した高さ算出値のうち最大の値を前記界面の界面位置とすることを特徴とする。
【００１２】
また、本発明の界面検出方法において、少なくとも３つの界面検出点を設定してそれぞれの高さを検出し、各界面検出点の平面座標と前記高さ検出値とから、各界面検出点のそれぞれ空間座標を算出し、各界面検出点の空間座標から、それらを通る平面の平面方程式を算出し、前記平面方程式に基いて前記平面における最大の高さ算出値を算出することを特徴とする。
【００１３】
また、本発明の界面検出方法において、前記容器の周囲に配設された少なくとも３つの界面検出センサに対応して、前記界面上の周縁部に前記各界面検出点を設定し、前記各界面検出点に対する走査経路に沿ってそれぞれ、前記界面検出センサにより実質的に同時にマイクロ波を走査することを特徴とする。
【００１４】
また、本発明の界面検出方法において、前記容器の周囲に配設された単一の界面検出センサに対応して、前記界面上の周縁部に前記各界面検出点を設定し、前記容器および前記界面検出センサを相対回転させることにより、前記各界面検出点に対する走査経路に沿って、前記界面検出センサにより順次にマイクロ波を走査することを特徴とする。
【００１５】
また、本発明による界面検出装置は、マイクロ波を用いて、容器内に収容された少なくとも２種類の液体によって形成される界面を検出する界面検出装置であって、垂直方向に保持される前記容器の周囲に配置され、該容器の長手方向に沿って上下に走査可能な少なくとも３つの界面検出センサと、各界面検出センサを昇降させる昇降機構とを有し、前記界面検出センサが、前記界面上に設定した少なくとも３つの界面検出点の高さを実質的に同時に検出するようにしたことを特徴とする。
【００１６】
また、本発明による界面検出装置は、マイクロ波を用いて、容器内に収容された少なくとも２種類の液体によって形成される界面を検出する界面検出装置であって、垂直方向に保持される前記容器の周囲に配置され、該容器の長手方向に沿って上下に走査可能な単一の界面検出センサと、この界面検出センサを昇降させる昇降機構とを有し、前記容器および前記界面検出センサを相対回転させることにより、前記界面検出センサが、前記界面上に設定した少なくとも３つの界面検出点の高さを前記容器の周囲に沿って順次に検出するようにしたことを特徴とする。
【００１７】
また、本発明の界面検出装置において、前記界面検出センサと前記容器を、該容器の軸線のまわりに相対的に回転させる回転機構を備えたことを特徴とする。
【００１８】
また、本発明の界面検出装置において、前記センサユニットおよび前記容器間の距離を一定に設定保持する位置決め固定機構を設けたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、検出すべき界面に対して複数、典型的には３つの界面検出点を設定してそれぞれの高さを検出し、各界面検出点の平面座標と高さ検出値とから、界面検出点のそれぞれ空間座標を算出する。そして、各界面検出点の空間座標から、それぞれの界面検出点を通る平面方程式を算出し、この平面方程式に基いて最大の高さ算出値を求めることができる。このように最大の界面高さ位置を求め、これを界面位置として採用することにより、界面が傾斜している場合であっても界面位置を正確に検出することができる。
【００２０】
この場合、界面検出センサのセンサユニットをスキャン移動させて、容器である採血管内の界面を検出する際、位置決め固定機構により採血管を高い精度で位置決め固定する。したがって、スキャン動作中、センサユニットおよび採血管間の距離が一定に設定保持される。これによりセンサユニットおよび採血管間の距離がバラつかないのでマイクロ波の反射強度の変動をなくし、界面位置を正確に検出することができ、誤検出等を有効に防止して信頼性の高い検出データを得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、図面に基づき、本発明による界面検出装置の好適な実施の形態を説明する。
図１は、この実施形態における本発明装置の概略構成を示している。本発明の界面検出装置１０は、マイクロ波を用いて、容器内に収容された液体によって形成される界面を検出する。典型的には容器内に収容された少なくとも２種類の液体相互の界面を検出し、この実施形態では容器である採血管１００内の血清等の液体相互の界面を検出するものとする。
【００２２】
ここで先ず、採血管１００は下端が閉塞された細長円筒状の容器で、マイクロ波を透過可能な材質、たとえば無色透明なガラスあるいは合成樹脂等により形成される。この実施形態では採血管１００内には図２に示されるように、検体液である遠心分離された３種類の液体、すなわち血清１０１、分離剤１０２および血餅１０３が上下に収容される。血清１０１の上部には空気１０４が充填されており、採血管１００の上端はキャップ１０５によって栓止されている。このように採血管１００において３種類の液体が上下にはっきりと分離されており、したがって、これらの液体相互の界面位置（特に血清１０１および分離剤１０２間の界面）を検出することができる。
【００２３】
採血管１００の外周面には、紙あるいは合成樹脂等の材質でなる半透明のラベル１０６が貼着されてよく、このラベル１０６には必要に応じて文字、記号もしくはバーコード等の情報が印刷、手書き等によって付記されている。なお、ラベル１０６の材質は特に制限されるものではなく、マイクロ波を透過可能なものであればよい。
【００２４】
さて、図１において本発明の界面検出装置１０は、採血管１００との間でマイクロ波を送受信するセンサユニット１１と、採血管１００の長手方向（すなわち上下方向）に沿ってセンサユニット１１を昇降させる昇降機構１２と、センサユニット１１の出力信号に基づき液体の界面位置を検出処理するように構成された後述する検出処理部とを備えている。なお、この実施形態においてはセンサユニット１１側をスキャン移動させ、すなわち界面位置の検出中は採血管１００は固定されるものとする。
【００２５】
この実施形態では特に、垂直方向に保持される採血管１００の周囲に配置され、昇降機構１２により採血管１００の長手方向に沿って上下に走査可能な少なくとも３つのセンサユニット１１を有する。そして、各センサユニット１１が、界面上に設定した少なくとも３つの界面検出点の高さを実質的に同時に検出するようになっている。
【００２６】
採血管１００は、この例では３つのセンサユニット１１（昇降機構１２）の略中央部に配置された導入ガイド部１３内に導入される。導入ガイド部１３は、たとえば中空円筒状等の形状に形成される。ここで、導入ガイド部１３は、各センサユニット１１の上下移動範囲に対応する部分を上下方向に切り欠いて切欠き部１３ａが形成される（図５をも参照のこと）。このように切欠き部１３ａを設けることで、各センサユニット１１から採血管１００に対して直接的にマイクロ波を照射することができる。この場合、導入ガイド部１３の形成材料としては好適にはマイクロ波を透過するものとするが、マイクロ波を透過しない材料であってもよい。なお、切欠き部１３ａを設けない場合は、マイクロ波を透過する材料で形成される。この導入ガイド部１３内に導入された採血管１００に対してセンサユニット１１が昇降する際、各センサユニット１１および採血管１００間の距離もしくは間隔を一定に設定保持する位置決め固定機構１４が設けられる。この位置決め固定機構１４は図３にも示すように、採血管１００を導入ガイド部１３の内璧に対して付勢する押圧機構１５を含んでいる。
【００２７】
センサユニット１１は昇降機構１２によって、所定のストロークだけ上下動可能に支持される。昇降機構１２はたとえば基台１６上に垂直方向に垂架されたガイド（図３、ガイド軸もしくは駆動軸１７）を有し、このガイドに沿ってセンサユニット１１を移動させるようになっている。なお、昇降機構１２のガイドとして所謂、ＬＭ（リニアモーション）ガイド等を使用することができる。
【００２８】
この場合、昇降機構１２の適所（上端部等）にアクチュエータ１８を備え、アクチュエータ１８の作動によりガイド軸１７に沿ってセンサユニット１１を上下動させることができる。なお、アクチュエータ１８としてパルスモータを用いることができ、その際、アクチュエータ１８に対する駆動パルス（数）をカウントすることによりセンサユニット１１の上下方向位置および移動量を把握し得るように構成することができる。
【００２９】
センサユニット１１はそのセンサヘッド１９内に、図４に示すように送受信手段としてマイクロ波を送信する送信部２０と、送信部２０から送信され、採血管１００内の検体液で反射したマイクロ波を受信する受信部２１を持つ。送信部２０および受信部２１は相互に隣接して一体的配置構成された形で、採血管１００に対して所定間隔をおいて配置されるようになっている。
【００３０】
ここで、センサユニット１１の送信部２０から送信されたマイクロ波は、採血管１００の側面に直角に入射して採血管１００内の検体液を透過し、あるいは採血管１００内の検体液で反射する。すなわち、マイクロ波が入射すべき素材もしくは材料の材質特性・性状、特に比誘電率に応じて、そのマイクロ波が透過または反射する。
【００３１】
一般に、多くの有機物の比誘電率は３以下、無機物は５以下である。本実施形態に係る材質として紙、ガラスあるいはプラスチック等は５以下、空気は１程度である。また、分離剤１０２も５以下と比較的小さい。これらに対して血清１０１および血餅１０３では５０程度とかなり大きい比誘電率となる。
【００３２】
このため採血管１００自体、その側面に貼られたラベル１０６、空気１０４および分離剤１０２に対して入射したマイクロ波は、それらに反射、吸収されることなく透過する。一方、血清１０１（および血餅１０３）にあってはマイクロ波の反射および吸収性が格段に大きく、したがってマイクロ波のかかる反射／透過特性を利用することにより、受信部２１で受信されるマイクロ波の反射強度から、採血管１００内に収容された液体の界面位置を検出することができる。
【００３３】
つぎに、導入ガイド部１３は、各昇降機構１２から所定間隔おいて基台１６上に立設される。導入ガイド部１３の底部には載置部２２が設けられ、採血管１００は導入ガイド部１３によりガイドされて載置部２２上に静置される。なお、採血管１００を導入ガイド部１３内に導入することで予め採血管１００を位置決めすることができるが、導入ガイド部１３には位置決め固定機構１４の押圧機構１５が採血管１００に対して進退するのを許容するための開口部等（図示せず）が開設される。
【００３４】
ここで、採血管１００を載置部２２上に載置する場合、Ｘ，Ｙ，Ｚ３軸座標系で移動可能な搬送機構２３を介して採血管１００を搬送することができる。搬送機構２３はＸ，Ｙ軸方向に搬送ガイドするＸ−Ｙ軸駆動機構２４と、Ｚ軸方向（上下方向）に搬送ガイドするＺ軸駆動機構２５とを持ち、これらの駆動機構２４，２５が協働して採血管１００を適正かつ円滑に搬送することができるように構成される。なお、Ｘ−Ｙ軸駆動機構２４およびＺ軸駆動機構２５を作動させるアクチュエータとして、図示しないパルスモータあるいはサーボモータ等を用いてもよい。
【００３５】
さらに、Ｚ軸駆動機構２５の下端には採血管１００を担持するピックアップヘッド２６が付設される。ピックアップヘッド２６はマニピュレータ２７を有し、このマニピュレータ２７によって採血管１００の上部付近を把持し、また採血管１００を載置部２２上に載置する際にはマニピュレータ２７から離脱させることができる。この場合、採血管１００を所定のストッカー２８等にストックしておき、ストッカー２８内の所定の採血管１００を搬送機構２３を介してピックアップヘッド２６によって取り出すことができる。
【００３６】
この例では図５にも示されるように導入ガイド部１３の周囲には、たとえば略円周３分割位置にセンサユニット１１（昇降機構１２）が配設される。位置決め固定機構１４の押圧機構１５は、隣接するいずれか２つの昇降機構１２間に配置構成され、採血管１００の外周面に弾接するようになっている。押圧機構１５は採血管１００を挟んで、残りのセンサユニット１１（昇降機構１２）に対向配置される押圧片２９を有する。
【００３７】
押圧片２９は図６に示すように採血管１００の外周面を押圧する押圧部２９ａを有し、この押圧部２９ａは図６の例のように適宜の曲率半径のＲ面もしくは湾曲面として成形される。また、押圧片２９は、比誘電率が小さいプラスチック等で形成することができるが、押圧部２９ａにはマイクロ波の反射を抑止する処理を施すとよい。この処理として、たとえば電磁波吸収体等を貼着する等の表面処理が好適である。
【００３８】
また、押圧機構１５の押圧片２９は採血管１００に対して進退可能に構成されるが、この場合、押圧片２９とそのアクチュエータ３０の間にスプリング３１等の弾機手段を介装し、押圧片２９が採血管１００の外周面に弾接するようにしている。このようにスプリング３１等を介在させることで、アクチュエータ３０によって生じる採血管１００に対する付勢荷重を一定限度内に規制することができる。なお、アクチュエータ３０としては、空圧制御式のエアシリンダ等を用いることができる。
【００３９】
上記の場合、センサユニット１１の出力信号に基づき液体の界面位置を検出処理する検出処理部を備える。図４に示されるように検出処理部３２は、センサユニット１１の受信部２１に接続され、受信部２１で受信された信号が検出処理部３２に送出される。検出処理部３２において、受信部２１からの信号を検波する検波回路３３と、検波回路３３からの信号を増幅する増幅回路３４と、増幅回路３４からの信号を所定の閾値と比較してその比較結果の信号を出力するコンパレータ回路３５とを含んでいる。
【００４０】
コンパレータ回路３５からの出力信号により、採血管１００のたとえば血清１０１の界面位置（血清１０１および空気１０４の界面位置あるいは血清１０１および分離剤１０２の界面位置）が検出される。
【００４１】
なお、検出処理部３２には計測手段３６が接続され、この計測手段３６の作動により検出処理部３２からの出力信号（たとえば血清１０１の界面位置）と予め測定されている採血管１００の横断面積（内径）等によって血清１０１の体積が算出される。すなわち、血清１０１の上側の界面位置および下側の界面位置の距離と採血管１００の横断面積とから血清１０１の体積を求めることができる。
【００４２】
また、センサヘッド１９、検出処理部３２および計測手段３６は、制御部３７に接続され、この制御部３７により作動制御されるようになっている。なお、制御部３７には装置の作動上必要となる種々の演算等を実行する演算回路が含まれる。
【００４３】
上記構成において、本発明の界面検出装置１０および本発明方法により、具体的には採血管１００の血清１０１の界面を検出する場合を説明する。
被検者から採取した血液は、予め遠心分離機にかけられ、図２に示されるように採血管１００内の検体液として血清１０１、分離剤１０２および血餅１０３に分離される。
【００４４】
採血管１００は先ず、搬送機構２３によって載置部２２上に載置される。この場合、Ｘ−Ｙ軸駆動機構２４を介してピックアップヘッド２６をストッカー２８位置まで移動させる。そして、Ｚ軸駆動機構２５によりピックアップヘッド２６を下降させ、そのマニピュレータ２７によって採血管１００を把持する。さらに、把持された採血管１００は、搬送機構２３によって載置部２２の上方位置まで移動される。Ｚ軸駆動機構２５によってピックアップヘッド２６を下降させ、採血管１００を載置部２２上に載置する。なお、その際載置部２２の上方至近位置でピックアップヘッド２６の降下速度を減速し、採血管１００の保護を図る等の手法を講じることができる。
【００４５】
導入ガイド部１３内に導入され、載置部２２上に載置された採血管１００はつぎに、センサユニット１１によりスキャンされる。ところで、前述したように、分離剤と血清の界面を正確に特定するのが困難になる場合がある。たとえば図７に幾つかの態様を示すように分離剤１０２が傾斜していると、そのままでは実際に検出される分離剤１０２および血清１０１の界面位置と検出したい界面位置とにずれが生じてしまうことがある。
【００４６】
すなわち、図７（ａ）において反射式センサ（採血管１００の左側に配置されているものとする）によって採血管１００を走査すると、分離剤１０２の傾斜状態に応じて血清１０１および分離剤１０２の界面は黒矢印で示す位置として検出される。一方、採血管１００内の血清１０１は界面検出後、たとえば分注機のノズルによって吸引されるが、その際ノズルが分離剤１０２に突入するのを防ぐためには界面状態（高さ位置）は極めて重要である。たとえば図７（ｂ）、（ｃ）のように界面位置が検出された場合、その界面位置に従うとそのままではノズルが分離剤１０２に突入してしまう。そのようなリスクを回避するために採用したい界面位置としては、白矢印で示す位置となり、このように分離剤１０２の界面状態に起因して実際に検出される界面位置と検出したい界面位置とにずれが生じる。なお図７（ｃ）は、図７（ｂ）の状態をやや斜め上方から見たものである。
【００４７】
また、マイクロ波による反射方式では界面を検出する場合、マイクロ波送受信部（センサユニット１１）と採血管１００の距離がバラつくと、そのままではマイクロ波の反射強度が大きく変動してしまう。
【００４８】
すなわち、たとえば図８に示すように反射方式においては、マイクロ波送受信部と採血管の距離によって各検体液ともそれぞれの反射強度が変動する。このような反射強度の変動は、マイクロ波の送信波および反射波が採血管との距離（のバラツキ）に起因して共振し、あるいは相殺し合うことに起因する。したがって、検体液の界面位置を正確に検出するためには、マイクロ波送受信部および採血管間の距離がバラつかないように、これを一定に確保保持することが不可欠になる。
【００４９】
本発明では上述の分離剤１０２の界面状態やマイクロ波の反射強度の変動等の問題を克服しながら、正確かつ適正な界面検出を行うことができるようにしている。
すなわち先ず、センサユニット１１がスキャン移動する際、位置決め固定機構１４によりセンサユニット１１と採血管１００間の距離もしくは間隔を一定に設定保持することができる。この場合、アクチュエータ３０を作動させることで、図５に示されるように押圧片２９が、載置部２２上に載置されている採血管１００を押圧する。これにより採血管１００は、押圧片２９とは反対側に位置する導入ガイド部１３の内壁面に押し付けられ、採血管１００とセンサユニット１１の移動方向間の高い平行度を確保しながら、採血管１００を適正に保持することができる。したがって、採血管１００とセンサユニット１１間の距離は、バラつくことなく一定に維持確保される。
【００５０】
採血管１００はこのように載置部２２上で適正に位置決め固定されており、このような状態でセンサユニット１１によりスキャンされる。この例では図９に示したように分離剤１０２の血清１０１との界面Ｐは、図示例のように傾斜しているものとする。この場合、図１０に示されるように採血管１００の軸線をＺ軸と一致させた３次元座標系を考える。
【００５１】
先ず、採血管１００の周囲に配置されている各センサユニット１１（１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃ）に対応して界面Ｐ上に３つの界面検出点ＰA，ＰB，ＰCが設定される。これらの界面検出点ＰA，ＰB，ＰCのＸ，Ｙ座標は、Ｚ軸上に一致する採血管１００の軸線Ｏの位置と各センサユニット１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃの位置が一定であるため、既知のパラメータとして求めることができる。たとえば、採血管１００の内径を２ｒとすると、界面検出点ＰA，ＰB，ＰCのｘ，ｙ値は界面検出点ＰAを基準にして、つまり界面検出点ＰAをＸ軸の起点として、つぎのように表される。
すなわち、（ｒ，０）、（ｒｃｏｓα，ｒｓｉｎα）、（ｒｃｏｓβ，ｒｓｉｎβ）となり、この場合αおよびβは、界面検出点ＰB，ＰCの界面検出点ＰAとなす角度である。
【００５２】
つぎに、上記のように特定される３つの界面検出点ＰA，ＰB，ＰCを通る３つの走査経路に沿って上下方向に走査し、各界面検出点ＰA，ＰB，ＰCの高さをそれぞれ検出する。この場合、各センサユニット１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃは昇降機構１２によりガイド軸１７に沿って、たとえば採血管１００の下部側から上昇し、このとき同時にセンサユニット１１の送信部２０から採血管１００に向けてマイクロ波を送信する。送信されたマイクロ波のうち、採血管１００内の検体液で反射したものはセンサユニット１１の受信部２１により受信される。
【００５３】
なお、３つのセンサユニット１１をスキャン移動する際、センサユニット１１相互間のクロストークを抑えるために各センサユニット１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃの移動タイミングを適度にずらすようにする。移動タイミングをずらすことで、スキャン移動中にセンサユニット１１相互の特に上下方向の間隔距離を確保し、クロストークの発生を有効に抑止することができる。このように移動タイミングをずらして行う場合であっても、３つのセンサユニット１１は実質的に同時に走査する。
【００５４】
上述したように各センサユニット１１をスキャン移動させながらセンサヘッド１９を作動し、これにより採血管１００の長手方向に沿った部位からの時々刻々のデータが得られる。受信部２１で受信した信号は、検出処理部３２に送出され（図４）、さらに検出処理部３２で検波回路３３、増幅回路３４およびコンパレータ回路３５による信号処理がなされる。この結果、図１１に示されるように各センサユニット１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃ毎に採血管１００内の空気１０４、血清１０１、分離剤１０２および血餅１０３に応じた出力結果が得られる。
【００５５】
この場合、前述のように血清１０１は、分離剤１０２（および空気１０４）に比較して比誘電率が大きいため、血清１０１対応部位の信号レベルは分離剤１０２対応部位の信号レベルよりも大きくなる。この場合、両者の遷移領域には界面Ｐが対応している。また、得られた信号波形は界面Ｐ部分で緩やかに変化するため、所定の閾値λを設定することで各界面検出点ＰA，ＰB，ＰCの高さを検出することができる。
【００５６】
ここで、上記のように検出した各界面検出点ＰA，ＰB，ＰCの高さ検出値のうち最大のものを、界面Ｐの位置として採用することができる。界面検出点ＰA，ＰB，ＰCは任意に設定されるため、それらのうち最大の高さ検出値が、界面Ｐの実際の最大高さ位置と必ずしも一致しない場合がある。このような場合においても界面検出点ＰA，ＰB，ＰCは界面Ｐ上の異なる部位に設定されるものであるから、界面検出点ＰA，ＰB，ＰCの高さ検出値の最大のものが、実際の最大高さ位置に近似し、あるいは同等程度になり得る。したがって、厳密さを要求されない場合等には界面Ｐの位置として、各界面検出点ＰA，ＰB，ＰCの高さ検出値のうち最大のものを採用しても差し支えない。
【００５７】
図１１のグラフにより示される位置は、採血管１００の高さ方向（Ｚ軸）の位置を表しているので、前述した界面検出点ＰA，ＰB，ＰCのＸ，Ｙ座標と合せて各界面検出点ＰA，ＰB，ＰCのＸ，Ｙ，Ｚ３次元座標系における座標を求めることができる。つぎに、座標を求めた界面検出点ＰA，ＰB，ＰCを通る平面を求める。平面上の任意の点を（ｘ，ｙ，ｚ）とすると、平面はつぎの式で表される。
ａｘ＋ｂｙ＋ｃｚ＋ｄ＝０（但し、ａ，ｂ，ｃ，ｄは定数）                  （１）
【００５８】
つぎに、採血管１００の内表面における任意の点（ｘ，ｙ，ｚ）は、つぎの式を満足する。
ｘ2＋ｙ2＝ｒ2、ｚ＝ｔ（但し、ｔは任意の値）                            （２）
角度θを用いて、直交座標から円柱座標に変換することで、つぎのように変形することができる。
ｘ＝ｒｃｏｓθ、ｙ＝ｒｓｉｎθ                                          （３）
上式を先に求めた平面の式、すなわち（２）式に代入して整理すると、ｚは図１２に示すように変数がθのみの関数ｚ＝ｆ（θ）                                    （４）  
となる。
【００５９】
（４）式の関数ｚ＝ｆ（θ）からｚの最大値およびそのときのθを求める。通常、それほど厳密さを要求されないのでθに直接その値を代入し、ｚのおおよその最大値を算出してもよい。たとえば、θを１０°刻みで代入する。このように分離剤１０２の界面が傾斜している場合でも、最大の界面高さ位置を求めることができる。したがって、その算出した値を、前述した分注機のノズルが分離剤１０２に突入するリスクを回避するために必要な界面位置（図７、白矢印）として採用することができ、無駄な血清採取を有効に防止することができる。
【００６０】
上述したように検出すべき界面Ｐに対して、３つの界面検出点ＰA，ＰB，ＰCを設定してそれぞれの高さを検出し、各界面検出点の平面座標と高さ検出値とから、界面検出点のそれぞれ空間座標を算出する。そして、各界面検出点ＰA，ＰB，ＰCの空間座標から、それぞれの界面検出点を通る平面方程式を算出し、この平面方程式に基いて最大の高さ算出値を求めることができる。
【００６１】
その場合において、各センサユニット１１をスキャン移動させて、採血管１００内の界面Ｐを検出するが、その際位置決め固定機構１４により採血管１００を高い精度で位置決め固定する。これによりスキャン動作中、各センサユニット１１および採血管１００間の距離もしくは間隔を一定に設定保持する。これによりマイクロ波の反射強度の変動をなくし、界面位置を正確に検出することができ、誤検出等を有効に防止して信頼性の高い検出データを得ることができる。
【００６２】
つぎに、本発明による界面検出方法および界面検出装置における第２の実施形態を説明する。なお、前述した第１の実施形態と同一または対応する部材には同一符号を用いるものとする。
図１３は、第２の実施形態による本発明装置の概略構成を示している。第２の実施形態においても採血管１００内の血清１０１および分離剤１０２相互間の界面を検出するが、採血管１００の長手方向に沿って上下に走査可能な単一のセンサユニット１１を有する。センサユニット１１は、血清１０１および分離剤１０２間の界面上に設定した少なくとも３つの界面検出点の高さを採血管１００の周囲に沿って順次に検出する。
【００６３】
第２の実施形態において位置決め固定機構１４は図１３に示されるように、センサユニット１１の移動方向と平行になるようにセンサユニット１１に対して採血管１００を隔置して位置出しする位置出しブロック３８と、採血管１００を位置出しブロック３８に対して付勢する押圧機構１５とを含んでいる。位置出しブロック３８は、後述するように接触支持部３８ａを有するが、ここで、センサユニット１１の上下移動範囲に対応する部分を上下方向に切り欠いて切欠き部３８ｂが形成される。このように切欠き部３８ｂを設けることで、センサユニット１１から採血管１００に対して直接的にマイクロ波を照射することができる。この場合、位置出しブロック３８の形成材料としては好適にはマイクロ波を透過するものとするが、マイクロ波を透過しない材料であってもよい。なお、切欠き部３８ｂを設けない場合は、マイクロ波を透過する材料で形成される。
【００６４】
また、載置部２２の側近には採血管１００を囲繞するように導入ガイド部３９が立設されており、採血管１００は導入ガイド部３９によりガイドされて載置部２２上に静置される。なお、採血管１００を導入ガイド部３９内に導入することで予め採血管１００を位置決めすることができるが、導入ガイド部３９には位置決め固定機構１４の押圧機構１５が採血管１００に対して進退するのを許容するための開口部４０が開設される。
【００６５】
ここで、位置決め固定機構１４において採血管１００を挟んで対向する形で、位置出しブロック３８および押圧機構１５が配置される。位置出しブロック３８は基台１６上に立設されるが、比誘電率が小さいプラスチック等で形成することができる。また、位置出しブロック３８は典型的には、たとえば薄箱状を呈し、採血管１００が当接する接触支持部３８ａを有する。接触支持部３８ａは基台１６から垂直に立ち上がり、すなわち昇降機構１２のガイド軸１７、したがってセンサユニット１１の移動方向との高い平行度が確保されている。
【００６６】
接触支持部３８ａは適宜の曲率半径のＲ面もしくは湾曲面として成形され、典型的には接触支持部３８ａの曲率半径は採血管１００の内径の曲率半径よりも大きく設定される。接触支持部３８ａは、採血管１００の外周面と厳密には線接触することで、採血管１００およびセンサユニット１１の移動方向間の高い平行度を確保しながら、採血管１００を適正に支持することができる。
【００６７】
さらに、第２の実施形態ではセンサユニット１１と採血管１００を、採血管１００の軸線Ｏのまわりに相対的に回転させる回転機構４１を備える。この例ではＺ軸駆動機構２５の下端に回転機構４１が設けられ、この回転機構４１を介してピックアップヘッド２９が支持される。回転機構４１によるピックアップヘッド２９の回転量あるいは回転タイミング等は、制御部３７によって制御するように構成することができる。
【００６８】
第２の実施形態において、採血管１００は先ず、位置決め固定機構１４によりセンサユニット１１の移動方向との高い平行度を確保しながら、載置部２２上に適正かつ正確に支持される。この場合にも図９に示したように分離剤１０２の血清１０１との界面Ｐが傾斜しているものとし、採血管１００の軸線ＯをＺ軸に一致させた３次元座標系を考える。
【００６９】
界面Ｐ上に３つの界面検出点ＰA，ＰB，ＰCを設定するが、図１４のようにセンサユニット１１に対応する界面検出点ＰAが設定され、採血管１００をさらに角度αおよびβだけ回転させることで、界面検出点ＰB，ＰCが設定される。なお、回転機構４１によって採血管１００を回転させることができる。界面検出点ＰA，ＰB，ＰCのＸ，Ｙ座標は採血管１００の内径を２ｒとすると、界面検出点ＰAを基準にして、つぎのように表される。
すなわち、（ｒ，０）、（ｒｃｏｓα，ｒｓｉｎα）、（ｒｃｏｓβ，ｒｓｉｎβ）となり、この場合αおよびβは、界面検出点ＰB，ＰCの界面検出点ＰAとなす角度である。
【００７０】
第２の実施形態では３つの界面検出点ＰA，ＰB，ＰCの界面位置を順次に検出する。その手順として、先ず界面検出点ＰAを通る走査経路に沿って上下方向に走査し、界面検出点ＰAの高さを検出する。つぎに、位置決め固定機構１４を一旦解放し、回転機構４１を作動させて採血管１００を角度α回転させる。その後、位置決め固定機構１４によって再び採血管１００を固定し、界面検出点ＰBを通る走査経路に沿って上下方向に走査し、界面検出点ＰBの高さを検出する。同様にして、界面検出点ＰCの高さが検出される。
【００７１】
このように順次検出した３つの界面検出点ＰA，ＰB，ＰCの界面位置から、第１の実施形態の場合と同様にそれぞれ空間座標を算出する。そして、前述した（１）式〜（４）式に従って各界面検出点ＰA，ＰB，ＰCの空間座標から、それぞれの界面検出点を通る平面方程式を算出し、この平面方程式に基いて最大の高さ算出値を求める。
【００７２】
第２の実施形態においても、界面が傾斜した分離剤１０２に対してその最大の界面高さ位置を求めることで、分注機のノズルが分離剤１０２に突入するリスクを回避することができる。さらに第２の実施形態では、単一のセンサユニット１１を使用するため、装置構成が簡単になり、コスト的に有利である。
【００７３】
第２の実施形態においてセンサユニット１１を固定し、採血管１００を順次回転させる例を説明したが、採血管１００を固定したままの状態でセンサユニット１１をその採血管１００のまわりに所定角度、すなわちαおよびβだけ回転させるようにしてもよい。
【００７４】
以上、本発明を種々の実施形態とともに説明したが、本発明はこれらの実施形態にのみ限定されるものではなく、本発明の範囲内で変更等が可能である。
たとえば、第１の実施形態におけるセンサユニット１１および界面検出点の個数等は、４つ以上設定する場合も可能である。但し、装置構成の複雑化等を勘案すれば、３つの場合が好適である。
【００７５】
また、たとえば２つのセンサユニット１１と回転機構４１を組み合せて用いることも可能である。すなわち、その場合先ず２つのセンサユニット１１によって２つの各界面検出点の界面を検出し、その後回転機構４１によってたとえば採血管１００を所定角度だけ回転する。その状態でいずれか一方のセンサユニット１１によって３つ目の各界面検出点の界面を検出することで、この場合にも合計３つの界面検出点の界面位置が検出される。
【図面の簡単な説明】
【００７６】
【図１】本発明の実施形態における界面検出装置の概略構成を示す斜視図である。
【図２】本発明の適用例としての採血管を示す側面図である。
【図３】本発明の実施形態における界面検出装置の要部構成を示す斜視図である。
【図４】本発明の界面検出装置におけるセンサユニットおよびその信号処理部まわりの構成例を示す図である。
【図５】本発明の実施形態における界面検出装置の要部構成における平面図である。
【図６】本発明の界面検出装置に係る押圧片の例を示す斜視図である。
【図７】本発明の実施形態における検体液の界面状態の例を示す斜視図である。
【図８】反射方式におけるマイクロ波送受信部および採血管間の距離と反射強度の関係を示す図である。
【図９】本発明の実施形態における検体液の界面と界面検出点の例を示す斜視図である。
【図１０】本発明の実施形態における検体液の界面と界面検出点の例を示す平面図である。
【図１１】本発明の界面検出装置における界面検出結果の出力信号の例等を示す図である。
【図１２】本発明の実施形態における検体液の界面の平面方程式の例を摸式的に示す斜視図である。
【図１３】本発明の第２の実施形態における界面検出装置の概略構成を示す斜視図である。
【図１４】本発明の第２の実施形態における検体液の界面と界面検出点の例を示す平面図である。
【符号の説明】
【００７７】
１０  界面検出装置
１１  センサユニット
１２  昇降機構
１３  導入ガイド部
１４  位置決め固定機構
１５  押圧機構
１９  センサヘッド
２０  送信部
２１  受信部
２２  載置部
２３  搬送機構
２６  ピックアップヘッド
２７  マニピュレータ
２９  押圧片
３１  スプリング
３２  検出処理部
３３  検波回路
３４  増幅回路
３５  コンパレータ回路
３７  制御部
１００  採血管
１０１  血清
１０２  分離剤
１０３  血餅
１０４  空気
【図１】
2005345373.tif 000003
【図２】
2005345373.tif 000004
【図３】
2005345373.tif 000005
【図４】
2005345373.tif 000006
【図５】
2005345373.tif 000007
【図６】
2005345373.tif 000008
【図７】
2005345373.tif 000009
【図８】
2005345373.tif 000010
【図９】
2005345373.tif 000011
【図１０】
2005345373.tif 000012
【図１１】
2005345373.tif 000013
【図１２】
2005345373.tif 000014
【図１３】
2005345373.tif 000015
【図１４】
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