(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
液面に対して下降する導電性部材を利用して液面検出を行う液面検出装置において、
前記導電性部材による静電容量の大きさに応じた信号伝達特性を有する容量性回路と、
前記容量性回路に所定のパルス幅をもった基準パルス信号を出力する基準信号生成回路と、
前記基準パルス信号と、前記容量性回路からの出力信号であって前記パルス信号の波形の崩れに相当するパルス幅をもった出力パルス信号との比較に基づいて前記静電容量の大きさを表す容量指標信号を生成する容量指標生成回路と、
前記容量指標信号のパルス幅に基づいて、液面及び静電気の帯電を判定する液面帯電判定回路と、
を含み、
前記液面帯電判定回路は、前記導電性部材の下降時において、前記容量指標信号のパルス幅が設定値αより大きく且つ設定値βよりも小さい場合に液面を判定し（但しα＜β）、前記容量指標信号のパルス幅が設定値βよりも大きい場合に帯電を判定する、ことを特徴とする液面検出装置。
【請求項２】
請求項１記載の装置において、
前記導電性部材は液体の分注を行うノズルであることを特徴とする液面検出装置。
【請求項３】
請求項１記載の装置において、
前記静電気の帯電が判定された場合に放電処理を遂行する制御部を含むことを特徴とする液面検出装置。
【請求項４】
請求項３記載の装置において、
前記放電処理では前記導電性部材を所定部材に接触させる放電動作が遂行されることを特徴とする液面検出装置。
【請求項５】
請求項４記載の装置において、
前記所定部材は液面検出対象としての液体を収容した容器であることを特徴とする液面検出装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は液面検出装置に関し、特にノズルによって液体の分注を行う分注装置における液面検出に関する。
【０００２】
【従来の技術】
分注装置において、試料、試薬などの液体がノズルによって吸引され、吐出先の容器へ分注される。液体の吸引時に、ノズル先端をあまり液面より深い位置まで到達させると、ノズル外面に付着した液体量が無視できなくなり、コンタミネーション、ノズル移動中における液滴落下や飛散、分注誤差などといった問題が生じる。そこで、液面下のノズル進入深さを極力小さくするために、液体の液面が自動検出され、その高さ位置を基準としてノズル下降停止高さが決定されている。その液面検出の方法は例えば特公平６−３３９５号公報などに開示されている。かかる従来装置では、導電性のプローブ又はノズルが液面に接触した時の静電容量の変化が検出されており、その検出はアナログ処理によって実現されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のようなアナログ処理による静電容量変化の検出を行う場合には、発信回路あるいは電圧比較器などの多くの回路が必要となり、回路が複雑になると共に回路規模が増大するという問題がある。また、回路が多くなればなるほど調整が煩雑になってしまうという問題もある。更に、静電容量の変化を利用した液面検出において静電気が帯電すると、それが大きな誤判定の要因となることが危惧されるが、従来においては、十分な対策が施されていない。
【０００４】
本発明は、上記従来の課題に鑑みなされたものであり、その目的は、簡単な回路構成で精度良く液面検出を行うことにある。
【０００５】
本発明の他の目的は、静電気対策を行うことにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
（１）上記目的を達成するために、本発明は、液面に対して下降する導電性部材を利用して液面検出を行う液面検出装置において、前記導電性部材による静電容量の大きさに応じた信号伝達特性を有する容量性回路と、前記容量性回路に所定のパルス幅をもった基準パルス信号を出力する基準信号生成回路と、前記基準パルス信号と、前記容量性回路からの出力信号であって前記パルス信号の波形の崩れに相当するパルス幅をもった出力パルス信号との比較に基づいて前記静電容量の大きさを表す容量指標信号を生成する容量指標生成回路と、前記容量指標信号のパルス幅に基づいて、液面及び静電気の帯電を判定する液面帯電判定回路と、を含むことを特徴とする。
【０００７】
上記構成によれば、導電性部材の下端が液面に接触すると、容量性回路の信号伝達特性が変化し、容量性回路の出力信号（出力パルス信号）と基準信号（基準パルス信号）との相違が容量指標信号のパルス幅に反映される。よって、その容量指標信号のパルス幅を観測することにより、液面判定を行える。また、帯電判定も行えるので、液面の誤判定を防止できる。上記の容量指標信号は、静電容量の大きさに応じてパルス幅が変化するパルス信号であり、そのパルス幅は基準クロックなどを計数することによって容易に検出可能である。
【０００８】
望ましくは、前記導電性部材は液体の分注を行うノズルである。あるいは、分注装置において、ノズルとは別に液面検出用のプローブ（導電性部材）を設けてもよく、ノズルに導電性部材を沿わせるようにしてもよい。
【００１０】
（２）望ましくは、液面検出装置が、液面に対して下降する導電性部材を利用して液面検出を行う液面検出装置において、前記導電性部材による静電容量の大きさに応じた信号伝達特性を有する容量性回路と、前記容量性回路に基準信号を出力する基準信号生成回路と、前記基準信号と前記容量性回路からの出力信号との比較に基づいて前記静電容量の大きさを表す容量指標信号を生成する容量指標生成回路と、前記容量指標信号に基づいて液面を判定する液面判定回路と、前記容量指標信号に基づいて静電気の帯電を判定する帯電判定回路と、を含む。
【００１１】
上記構成によれば、導電性部材や液体容器などの静電容量の形成に関連する部材が帯電していても、それをパルス幅に基づき判定して、液面の誤判定を防止できる。
【００１２】
望ましくは、前記静電気の帯電が判定された場合に放電処理を遂行する制御部を含む。望ましくは、前記放電処理では前記導電性部材を所定部材に接触させる放電動作が遂行される。望ましくは、前記所定部材は液面検出対象としての液体を収容した容器である。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施形態を図面に基づいて説明する。
【００１４】
図１には、本発明に係る液面検出装置の好適な実施形態が示されており、図１はその全体構成を示すブロック図である。この液面検出装置は、自動分注装置に組み込まれるものである。
【００１５】
プローブとしてのノズル１０は、図１に示す実施形態において、導電性を有する金属材料で構成されている。このようなノズル１０に代えて、別途、導電性部材を液面検出用のプローブとして利用してもよく、またノズルの側面に導電性部材を沿わせたものを利用してもよい。
【００１６】
容器１２は、ガラス、プラスチックなどの材料で構成され、その内部には試薬あるいは試料としての試料１４が収容されている。ノズル１０はこの試料１４を吸引し、その試料１４を分注するためのものである。容器１２は、例えば導電性部材で構成されたラック１６に保持されている。
【００１７】
ノズル１０には分注ポンプ１８が接続されている。本実施形態において、分注ポンプ１８はシリンジ及びその内部で運動するピストンで構成されている。この分注ポンプ１８によりノズル１０による吐出力及び吸引力が発生される。搬送機構２２は、制御部２４によって制御されるものであり、ノズル１０の上下方向の運動を含む三次元方向の搬送を行う。制御部２４はこの搬送機構２２に加えて、分注ポンプ１８を含む装置全体の動作制御を行っている。特に、後述するように、モニタ回路１００から液面検出信号が出力されると、制御部２４は、その液面検出信号に従ってノズル１０の下降停止などの制御を行っている。
【００１８】
次に、液面検出回路について説明する。発振器２６は、図２（Ａ）で示すような基準クロックを生成する回路である。その基準クロックは分周器２８に入力されており、分周器２８では基準クロックを分周することにより図３（Ｂ）で示すような基準パルスを生成する。この基準パルスはヒステリシス付きのインバータ３０に入力され、そのインバータ３０の作用により基準パルスが反転される。その反転された基準パルスは容量性回路３３に入力される。ここで、容量性回路３３は、所定の抵抗値をもった抵抗３２と、ノズル１０と容器１２との間に形成される静電容量と、によって構成されるものである。この容量性回路３３の作用により、インバータ３０で反転された基準パルスの波形が崩れて変化し、その結果、図２（Ｃ）に示すような信号が得られる。すなわち、パルスの立ち上がりがなまった信号が得られる。ここで、そのパルスの変形度合いは上記の静電容量の大きさに依存する。
【００１９】
容量性回路３８から出力される信号はヒステリシス付きのインバータ３４に入力され、そこで信号が反転された後に、排他的論理和回路３６の一方の入力端子に入力される。この排他的論理和回路３６の他方の入力端子には上記の基準パルスが入力される。
【００２０】
排他的論理和回路３６の出力信号（容量指標信号）が図２（Ｄ）で示されている。この出力信号パルス幅は、静電容量の大きさに依存しており、よってノズル１０の先端が容器１２内の試料１４に接触すると、静電容量に変化が生じ、具体的には静電容量が増大し、その結果、基準パルスとインバータ３４の出力信号との間の波形の差が増大することになる。すなわち、その波形の差の大きさが排他的論理和回路３６の出力パルスのパルス幅として表われる。排他的論理和回路３６の出力信号はモニタ回路１００に入力される。モニタ回路１００において、排他的論理和回路３６から出力されてパルス信号はインバータ３８において反転された後、アンドゲート４０の一方の入力端子に入力される。アンドゲート４０の他方の入力端子には基準パルスが入力されている。アンドゲート４０は２つの入力信号がいずれもハイである場合に、信号を出力する回路であり、このようなアンドゲート４０によって基準パルスの範囲内においてのみ静電容量の情報が取得されている。
【００２１】
パルス幅検出器４２は、アンドゲート４０から出力されるパルスの幅を基準クロックを利用してカウントするための回路である。そのカウント結果は判定器４４に入力されている。判定器４４はパルス幅検出器４２で検出されたパルス幅と所定の設定値α，βとを比較し（但し、α＜β）、パルス幅が設定値αより大きく且つ設定値βより小さい場合に、液面を判定する（既に説明したように液面へのノズル接触により静電容量が増大してパルス幅が増大するからである）。また、本実施形態においては、検出されたパルス幅が設定値βより大きい場合、判定器４４は容量性回路３３に関して静電気の帯電が生じていることを判定する（後に図３に示すように帯電によりパルス幅が液面接触の場合に比べてより増大するからである）。判定器４４の判定信号、すなわち、液面判定信号及び帯電判定信号は制御部２４に出力される。
【００２２】
制御部２４は、液面検出信号が得られた場合、液面の高さを基準としてノズル１０の下降量を設定し、また、帯電が判定された場合には、制御部２４は、ノズル１０の下降を停止させてその先端部を容器１２の壁その他の帯電している部材に接触させる動作を実行し、これによって帯電している電荷が排除される。その後、再度液面検出がなされる。すなわち、このような放電動作を行うことにより、高精度の液面検出を行えるという利点がある。ちなみに、図１においてはアンドゲート４０が設けられているため、基準パルスのパルス範囲内においてのみ液面判定が行われ、これによってノイズによる誤判定を軽減できるという利点がある。
【００２３】
図３（Ｃ）には、帯電が生じている場合におけるインバータ３４への入力信号の波形が示されている。図２と図３の対比から明らかなように、帯電により信号のなまり度が大きく、それに応じて図３（Ｄ）に示すように排他的論理和回路３６の出力信号のパルス幅も増大している。本実施形態では、判定器４４によってそのような大きなパルス幅について帯電を判定することが可能であり（すなわち、液面接触時の信号波形のなまり度よりも大きな信号波形のなまり度を生じさせる帯電状態を判定することが可能であり）、その結果、液面検出精度を向上できるという利点がある。
【００２４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、高精度な液面検出を行うことができ、しかもその液面検出を簡易な構成で実現できるという利点がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明に係る液面検出装置の全体構成を示すブロック図である。
【図２】  図１に示す各回路の動作を説明するための図である。
【図３】  帯電が生じている場合における図１に示す各回路の動作を説明するための図である。
【符号の説明】
１０  ノズル、１２  容器、１４  試料、１６  容器ラック、１８  分注ポンプ、２２  搬送機構、２４  制御部、２６  発振器、２８  分周器、３３  容量性回路、３６  排他的論理和回路、４２  パルス幅検出器、４４  判定器、１００  モニタ回路。
【図１】
0004550978.tif 000002
【図２】
0004550978.tif 000003
【図３】
0004550978.tif 000004