(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
スペース内のほぼ点状の照明ポイント（７）を照明する照明部（１〜６）と、
受光の強度に応じた測定信号を出す光検出器（１０）を有するほぼ点状の受光デバイス（９、１０）と、
照明ポイント（７）をほぼ点状の受光デバイス（９、１０）上に結像させる結像系（６）と、
光検出器（１０）によって与えられた測定信号を評価することによって、屈折率の異なる２つの媒体間のインターフェースの照明ポイント（７）に対する接近を検出するための評価デバイスとを備え、
かつ、照明部（１〜６）が点状光源（１〜４）の光を照明ポイント(１０)上に結像させる結像系（６）を含み、
点状光源（１〜４）の光がビームスプリッタ（５）を介して結像系（６）に送られ、同結像系（６）が照明ポイント（７）をビームスプリッタ（５）を介して受光デバイス(９、１０)上に結像させる
ことを特徴とする液体取扱い装置。
【請求項２】
請求項１記載の装置において、照明ポイント（７）を照明する光線と結像系（６）の光軸が、ほぼ同軸状に照明ポイント（７）に向けられる液体取扱い装置。
【請求項３】
請求項２記載の装置において、照明ポイント（７）を照明する光線と結像系の光軸がほぼ同軸状にインターフェースに向けられる液体取扱い装置。
【請求項４】
請求項１から３のいずれかに記載の装置において、照明部（１〜６）が光源を有する液体取扱い装置。
【請求項５】
請求項４記載の装置において、光源（１）がレーザー、ＬＥＤまたは小電球のいずれかである液体取扱い装置。
【請求項６】
請求項１記載の装置において、照明部（１〜６）が光源（１）の光路上に絞り（３）または光導波管を有する液体取扱い装置。
【請求項７】
請求項１から６のいずれかに記載の装置において、照明ポイント（７）を照明する光線が８度以下の開口角度を有する液体取扱い装置。
【請求項８】
請求項１から７のいずれかに記載の装置において、結像系（６）からの照明ポイントの距離が１００ｍｍ以上である液体取扱い装置。
【請求項９】
請求項１から８のいずれかに記載の装置において、点状受光デバイス（９、１０）が絞り（９）を有する液体取扱い装置。
【請求項１０】
請求項１から９のいずれかに記載の装置において、評価デバイスが、光検出器によって与えられる測定信号をろ過（フィルタリング）する手段を有する液体取扱い装置。
【請求項１１】
請求項１から１０のいずれかに記載の装置において、照明ポイント（７）とインターフェースの相対位置を結像系（６）の光軸方向および／またはその交差方向に変位させるシフトデバイスを有する液体取扱い装置。
【請求項１２】
請求項１１記載の装置において、照明部（１から６）、結像系（６）および受光デバイス（９、１０）により形成される光学系（１１）とインターフェースとの相対位置がシフトデバイスにより変位可能となっている液体取扱い装置。
【請求項１３】
請求項１１または１２記載の装置において、シフトデバイスが結像系内にズーム式対物レンズ（６）を有する液体取扱い装置。
【請求項１４】
請求項１１から１３のいずれかに記載の装置において、シフトデバイスがモーター駆動される液体取扱い装置。
【請求項１５】
請求項１４記載の装置において、評価デバイスが照明ポイント（７）とインターフェースの相対位置の変位をシフトデバイスにより制御する液体取扱い装置。
【請求項１６】
請求項１から１５のいずれかに記載の装置において、液面の位置、対象物の位置、および対象物の識別のうちの少なくともいずれか一つを検出する液体取扱い装置。
【請求項１７】
請求項１６記載の装置において、反応槽内の液面の位置、微滴定プレートの位置、およびピペット先端の位置のうちの少なくともいずれか一つを検出する液体取扱い装置。
【請求項１８】
請求項１から１７のいずれかに記載の装置において、前記装置は自動装置である液体取扱い装置。
【請求項１９】
請求項１６から１８のいずれかに記載の装置において、前記装置は、識別のために、光学的に感知可能なマーキングを持つ対象物を検出する液体取扱い装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は液体取扱い装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
液体取扱い装置は、特に、液体の比例配分、搬送、検査、処理(例えば化学的、物理的、生物学的処理)用等の装置でありうる。公知の装置では、手動あるいは一部または全自動で操作が行われている。例えば手動ピペット、パソコン援用比例配分システム、および全自動配分ステーションが配分処理用として知られている。全自動取扱い装置（いわゆる「ワークステーション」）が液体の比例配分、検査および処理に利用できる。
【０００３】
手動および自動両方のピペット操作において、液体の受け入れでは、ピペットの先端を液体内に浸す必要がある一方、浸漬深さを可能な限り浅くする必要がある。比例配分の誤りは浸漬深さと共に増加し、ピペットの先端が深く浸されると液体を入れた容器が損傷する可能性があるからである。手動ピペットを用いる場合、ユーザーはピペットの先端の浸漬深さを正確にチェックして、これを確実にする必要がある。自動配分装置を用いる場合は監視装置が使用される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
このように、液への接近が静電容量測定によって、また液への浸漬が抵抗測定によって監視される伝導性ピペット先端、特に伝導性センサーの使用がすでに知られている。しかしながら、これらの方法は伝導性の液体に限られるか、またはセンサーが液体から近距離にあるか、液体内にセンサーを入れることが条件になる。また伝導性のピペット先端は、消費材として経費が比較的高い。試料が処理される間、液体の入った容器に比液面センサーを挿入するのも面倒である。
【０００５】
自動ワークステーションで使用するものとして、液面検出システムがＷＯ  ００４２３８４  Ａ１より公知になっている。このシステムは、ある角度をなして、液体方向に向きかつ互いに向かい合う光源と光検出器を有する。光源は、液面で反射して光検出器によって検出される光線を発する。光検出器によって出力される信号は、そこに入射する反射放射線の強度に従って変化する。反射光線が光検出器の一方から他方へ進むから、光検出器が液面に近づくと、その出力信号は最初は増加し、後で減少するというふうに変化する。
【０００６】
光学系の光線経路は液体が入っている容器の開口から導入される。入射光線と出射光線間の必要とされる角度によって、使用できる容器は比較的大きな直径のものか、比較的浅いものに制限される。比較的小さな直径あるいは比較的深い容器では、光線経路は開口の縁で遮られ測定は不可能になる。
【０００７】
したがって、本発明の目的は、比較的小さな直径および／または深い容器内の液面の位置をもっと便利に測定できる試料取扱い装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
この目的はクレーム１の特徴を有する装置によって達成される。本装置の優れた点は従属クレームに示されている。
【０００９】
本発明による液体取扱い装置は以下の構成を備える：
スペース内のほぼ点状の照明ポイントを照明する照明部、
受光の強度に応じた測定信号を出す光検出器を有するほぼ点状の受光デバイス、
照明ポイントをほぼ点状の受光デバイス上に結像させる結像系、および
光検出器によって与えられた測定信号を評価することによって、屈折率の異なる２つの媒体間のインターフェースの照明ポイントに対する接近を検出するための評価デバイス。
【００１０】
発明装置では、ほぼ点状の照明ポイントがほぼ点状の受光デバイス上に結像される。その結果、屈折率の異なる２つの媒体間のインターフェースに照明ポイントが入ると、受光デバイスによって受け取られる放射光の強度が変化し、光検出器によって検出される測定信号も変化する。このように、照明ポイントにおけるインターフェースのある無しが確認できる。これによって、例えば液面、つまり液体と大気間のインターフェースの位置確定が可能になる。さらに、照明部の光に対して、覆いのない、または、例えば透明な媒体で覆われた（液体で覆われた容器底などの）測定対象物の表面の位置も確定できる。
【００１１】
インターフェースの位置を測定するため、インターフェースが照明ポイントに来るまで、照明ポイントとインターフェースの相対位置を変化させることができる。さらに、測定信号の個々の値あるいはそのコースにもとづいて対象物全体の位置および／またはその識別を判断するため、照明ポイントを使用して対象物の表面を走査することも可能である。
【００１２】
従って、発明装置は特に容器（例えば反応槽および微滴定プレートの窪み）内の液面の高さ、容器（例えば反応容器および微滴定プレートの窪み）の位置および識別、道具や補助器具（例えばラック内のピペット先端）の位置および識別を決定できる。照明部および結像系の光線が同軸状に照明ポイント方向に向けられるので、遠距離から、しかも横方向のスペースが限定された環境で、インターフェースの非接触検出が可能である。これにより、開口が比較的小さい容器や比較的深い容器の液体レベル検出が容易になる。
【００１３】
近接する容器壁による支障なしに液体レベルを検出するために、液体（例えば水）が不伝導である単波長の光を適宜使用することが可能である。
【００１４】
検出可能なインターフェースは、拡散反射するインターフェース（例えば光沢のない表面）と実質的に方向性を与えて反射するインターフェース（例えば光沢のある面または液体表面）の両方である。照明ポイントによってインターフェースが走査される場所で面に直交する線が照明光線および結像系の光軸とほぼ同軸であれば、発明の一観点によれば、測定信号は実質的に方向性を与えて反射するインターフェースのものが特に強い。
【００１５】
照明部が、例えばレーザー、ＬＥＤまたは小電球など、独自の光源を備えることが望ましい。
【００１６】
照明ポイントは、例えばレーザーなどが発することができるリニア光線で照明してもよい。リニア光線で結像系は点状の照明ポイントを形成し、この照明ポイントがほぼ点状の受光デバイス上に結像される。
【００１７】
発明の一観点によれば、照明部は点状光源の光を照明ポイントに結像させる結像系をも有する。その結果、照明光線（または「光束」）は照明ポイントで最大の強度をもつ。受光デバイスに照明ポイントを結像させるとともに、これにより特に強い測定信号を発生する。
【００１８】
発明の一観点によれば、点状光源の光はビームスプリッタを介して結像系に送られ、同結像系は、ビームスプリッタを介して照明ポイントを受光デバイス上に結像させる。これにより入射光の測定が実現する。結像系は１つだけなので、かかる経費も比較的低い。
【００１９】
発明の一観点によれば、照明部は光経路上に絞りおよび／または光波導管を有し、その出力は点状光源によって形成される。
【００２０】
発明の一観点によれば、外部でフェードアウトせず、光線が開口の直径が比較的小さい容器または深い容器に入るよう、照明ポイントを照明する光線は８度以下の開口角度を有する。
【００２１】
発明の一観点によれば、結像系からの照明ポイントの距離は１００ｍｍ以上であり、これによって多くの通常容器内の液体レベルについて非接触測定が可能になる。
【００２２】
原則として、点状受光デバイスは、特に小さな受光域を持つ光検出器である。発明の一観点によれば、点状受光デバイスは受光域を決定する絞りを有する。
【００２３】
発明の一観点よれば、評価デバイスは光検出器によって与えられる測定信号をろ過（フィルタリング）する手段を有する。これは測定信号のノイズおよび外部光の影響を低減する助けとなる。
【００２４】
発明の一観点によれば、装置は液体取扱い用の自動装置である（例えば、比例配分ステーションまたはワークステーション）。このような自動ステーションは液体および／または対象物の位置および／または識別を検出するから、例えば、ピペットの先端を容器内に浸したり、ある容器内の液体を処理するなど、そこでの過程を制御できる。
【００２５】
発明の一観点によれば、照明ポイントとインターフェースの相対位置を結像系の光軸方向および／またはその交差方向に変位させるシフトデバイスを有する。
【００２６】
照明ポイントとインターフェースの相対位置の変位は、シフトデバイスによって種々の方法で行える。発明の一観点によれば、照明部、結像系、受光デバイスにより形成される光学系全体とインターフェースの相対位置は、シフトデバイスによって変位可能となっている。これは、結像系の光軸に沿う変位と、光軸を横切る方向の変位の両方に利用できる。このために、光学系全体および／またはインターフェースは、例えば試料スライドなどで、別の位置に移動させてもよい。
【００２７】
発明の一観点によれば、光軸方向への変位用として、シフトデバイスは結像系内に配置されたズーム式対物レンズを有する。光軸を横切る方向への変位用には、シフトデバイスは少なくともひとつの走査ミラーを結像系内に有する。
【００２８】
発明の他の観点によれば、シフトデバイスは、例えば自動液体取扱い装置と一体化するために、モーターにより駆動される。
【００２９】
発明の一観点によれば、評価デバイスは、照明ポイントとインターフェースの相対位置をシフトデバイスによって制御する。そして、測定信号に従って、例えば照明ポイントをインターフェースに合わせる、および／またはインターフェースに沿って移動するために、変位が行われる。
【００３０】
発明装置を操作するための発明方法によれば、
照明ポイントとインターフェースの間の距離を変え、距離を変えている間に測定信号の最大値を測定し、照明ポイントの位置を測定信号の最大時における液面の位置として決定し、そして／または
照明ポイントをインターフェースとほぼ平行に移動し、その移動中に測定信号の各値あるいはコースを測定し、測定信号の値あるいはコースを参照してインターフェースの位置および／または識別を決定する。
【００３１】
この方法により、液面および／または固定対象物の位置および／または固定対象物の識別が確定できる。インターフェースの識別は、液体または対象物も識別することになる。
【００３２】
発明の一観点によれば、測定値をインターフェースの形状および／または反射特性に関する参照データと比較してインターフェースの位置および／または識別を決定する。参照データは、例えば保存してあってもよい。
【００３３】
最後に、発明の一観点によれば、測定信号の参照点としての役立つように、照明ポイントを参照面に調整し、参照信号を測定する。
【００３４】
【発明の実施の形態】
添付図を参照して本発明をさらに詳しく説明する。
図１を参照する。図１は、本発明に係る液体取扱い装置に使用されるインターフェース検出装置の概略構造を示す。この装置は、レンズ２を通して絞り３または光導波管上に光線を向ける光源１を有する。
【００３５】
その結果、絞り３または光導波管の開口４は点光源を形成し、そこからの光が結像光学系６へ反射される。対物レンズを含む結像光学系６は距離ｚ０に光を集束させる。従って、そこに集束した点状の照明ポイント７ができる。
【００３６】
結像光学系６は、ビームスプリッタ５を介して、光検出器１０を後方に配する絞り９の開口８に照明ポイント７を結像する。絞り９の開口８は絞り３の開口４と同じ直径である。また、開口８および４はビームスプリッタ５から同じ光学的距離にある。
【００３７】
照明ポイントが拡散または方向性反射面の場合（後者の方向が結像光学系６の光軸にほぼ直交する場合）、反射光は光検出器１０の絞り９を通過する。光学系１１全体をｚ方向に移動すると、光検出器１０が測定する光強度は変化する。反射面が正確に照明ポイント７にあるとき、つまり結像光学系６から距離ｚ０にあるとき、光強度は最大となる。
【００３８】
従って、インターフェースの距離ｚ０、つまりインターフェースの位置は、ｚ方向での走査によって測定される。
【００３９】
液体表面を検出するために、光線は容器の開口から容器内に入る。光線の総開口角度が約８度で、距離ｚ０が１００ｍｍの場合、容器深さｚ０で測定するには、容器開口の内径は約１４ｍｍなくてはならない。
【００４０】
結像光学系６の光軸に対し横方向（ｘ方向）に走査が行われている間の強度変化は、走査域の凸凹を示すが、同時に反射角の変化も示している。
【００４１】
光線の全体的な開口角度と絞り３、９の開口４、８の直径は、装置の測定精度に影響する。全体的な開口角度が大きければ大きいほど、また直径が小さければ小さいほど、精度が高くなる。
【００４２】
ひとつの実施例では、光源１は直径１２５μmの光伝送ファイバーに接続した波長６７０ｎｍのレーザーダイオードである。絞り３の開口４の直径は約１００μmである。ＥＧ＆Ｇ ＦＶＣＴＥＣのシリコン光ダイオードＶＴＢ５０５１を光検出器として使っている。
【００４３】
図２は水面の位置を測定中、絞り開口の直径が小さくなると測定精度が高くなることを示している。ｚのゼロはランダムに選択している。
【００４４】
インターフェースによって反射が異なるから、測定信号の高さは広範囲のものをカバーすることになる。上述の装置を使用して、光検出器上の各インターフェースの最大強度の、図３に示す電流を測定した。収容された各インターフェースから発する測定信号によって対象物を識別できる。
【００４５】
図４では、３８４のウェルを持つ黒の微滴定プレートの表面を走査して光検出器１０上で測定された電流を示している。電流の最低値は窪み（いわゆるウェル）の走査を示し、その間のピークは窪み間の表面部分の走査を示している。測定信号を評価すれば、３８４ウェルの微滴定プレートの特徴的寸法が存在することが確かめられる。このように自動装置は３８４ウェルの微滴定プレートが存在することを発見し、それへの比例分配を可能にする。
【００４６】
図５では、図６に示すバーコードの表面を走査して光検出器１０上で測定された電流を示している。強度の最低値は暗い縞に対応し、最高値はバーコードの明るい縞に対応する。これによってバーコードが付された対象物の自動識別が可能になる。
【００４７】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明に係る液体取扱い装置によれば、屈折率の異なる２つの媒体間のインターフェースに照明ポイントが入ると、受光デバイスによって受け取られる放射光の強度が変化し、光検出器によって検出される測定信号も変化する。このように、照明ポイントにおけるインターフェースのある無しが確認できる。これによって、例えば液面、つまり液体と大気間のインターフェースの位置確定が可能になる。
【００４８】
（削除）
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明に係る液体取扱い装置に用いられるインターフェース検出装置の概略構造を示す。
【図２】  直径の異なる絞りを使用して水面上の位置を測定する方法を示すグラフで、横座標は水面距離を、縦座標は測定信号を、絞り直径を曲線パラメータで表わしている。
【図３】種々の表面の反射光測定時における受光デバイスの最大信号を示し、横座標は表面の種類を、縦座標は測定信号を表わしている。
【図４】  ３８４ウェルの微滴定プレートの水平走査を示すグラフで、横座標は走査長さを、縦座標に測定信号を表わしている。
【図５】  バーコードの走査信号を示すグラフで、横座標は走査長さを、縦座標は測定信号を表わしている。
【図６】  図５の走査対象であるアルミコーティングされたラベル上のバーコードを示す。
【符号の説明】
１  …  光源
３  …  ファイバーまたは絞り
５  …  ビームスプリッタ
６  …  結像光学系
７  …  照明ポイント
９  …  絞り
１０  …  光検出器
【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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