JP3602063B2 - 検出対象の寸法を自動的に検出する装置及びそれを用いた自動分析装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は検出対象の寸法を自動的に検出する装置及びそれを利用する自動分析装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
検出対象の寸法を自動的に検出する装置は、種々の分野、たとえば、半導体製造設備や分析装置で要求されており、特開２０００−１０５２４７，特開平１１−８３８６５に記載されているように良く知られている。
【０００３】
従来の自動分析装置では、検体またはサンプルを格納する試験管やサンプルカップなどの格納容器の高さを検知するために、図３に示す様に、試験管の両側に発光ダイオード２９と受光素子（たとえば、フォトトランジスタ、フォトダイオード）３０をアレイ状に固定板３１上に並べ、試験管によって発光ダイオードが発生した光３２が遮ぎられることによる変化を、受光素子３０で検知し、高さを測定している。
【０００４】
発光ダイオード２９には駆動回路３３が、受光素子３０には受信回路がそれぞれ接続されている。又、レーザー変位センサー、超音波変位センサー、反射形もしくは透過型のレーザー判別センサーによって、試験管もしくはサンプルの液面の高さを検出している。前記センサー類は、サンプルを格納する容器につけられたコードパターンラベルの内容を読みとるための光学的情報読取器とは別個に装備されている。
【０００５】
さらに、特開２０００−２８３８２４には、サンプルを収容する容器に設けられたコードパターンを読みとって情報を入手するとともに容器の高さを検出するＣＣＤセンサを用いることが記載されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
一般に、自動分析装置のサンプラー部において、サンプルを格納する容器には、試験管（採血管を含む）及びサンプルカップと呼ばれる微量のサンプルを格納する容器が使用されている。
【０００７】
これらの格納容器は、図４に示すようにラック等の台に搭載され、分析装置のサンプラー部に置かれるが、試験管単体状態、サンプルカップ単体状態でラックに搭載される場合や、試験管の上にサンプルカップを乗せた状態でラックに搭載される場合もある。
【０００８】
この状態はサンプル識別用のコードパターンをサンプルカップに直接付着させることが不可能であるために、下方に位置する試験管に識別用コードパターンを付着させて使用するためである。
【０００９】
前記の様に、試験管単体と、サンプルカップ単体と、試験管の上部にサンプルカップを載せた状態では、容器に格納されたサンプルの液面の高さが大きく異なる。自動分析装置のサンプラー部において、サンプルを高速に分注する場合は、サンプルアームの高速動作が不可欠である。
【００１０】
それにはサンプルの液面の高さを、分注動作実行前に認識し、サンプルアームの降下速度を制御することが望ましい。レーザまたは超音波などを利用した変位センサー、ビデオカメラを使用した画像処理では、高精度に格納容器の高さを検出することが可能であるが、センサー部と演算・制御回路部が高価であり、自動分析装置への適用は好ましくない。
【００１１】
また、図３のような発光ダイオードと受光素子をアレイ状に配置した検知器では、素子の価格は安価であるが、素子を固定する構造物が必要であり、また判断可能な高さが段階的であり、分解能力が発光及び受光素子の大きさで決まるため細かくならず、発光ダイオードの駆動回路や検出回路も多く必要である。それ故に使用できる試験管の高さに制限があった。
【００１２】
以上自動分析装置について具体的に述べたが、これは一般的な他の寸法検出装置についても言えることである。
本発明の目的は、安価なシステムで精度良く任意の長さの検出対象、たとえば、試験管を長さを検出する装置を提供することである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明の一特徴は、寸法を検出すべき検出対象と、前記検出対象の後部に配置され、基準線を有するとともに前記検出対象より長さが長い背景パネルと、前方から前記検出対象及び背景パネルを走査し、得られた信号に基づいて前記検出対象の寸法を自動的に検出する制御部を備えた検出対象の寸法を自動的に検出する装置である。
【００１４】
さらに他の特徴は、上記検出装置を用いた自動分析装置を提案することである。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下本発明を実施例により詳細に説明する。本発明は半導体製造設備でウェハーの寸法を自動的に検出したり、自動分析装置でサンプルの入った試験管の長さを測定するなどいろいろな分野に適用可能であるが、以下自動分析装置に適用した場合につき説明する。
【００１６】
［実施例］
図１、図２、図４は、本発明を適用した自動分析装置の一実施例の概略構成図である。図１において、制御部２は、ＭＰＵ・メモリ・Ｉ／Ｏ・通信回路・Ｈ／Ｄのような補助記憶装置を有する情報処理装置又はシーケンサで構成され、自動分析装置の動作及び分析動作に必要な情報を処理又は統括制御する。
分析部５は、図２のように、試薬とサンプルを混合する容器である反応セル２２が、複数の反応セル２２を搭載し同時に移動させるための可動式反応ディスク２６上に配置され、検出器２７により吸光度を測定し、分析対象であるサンプルの成分を分析する。
【００１７】
試薬保管部６は、分析に使用する試薬を格納し、試薬プローブ２５によって、試薬を吸引可能な位置まで、必要な試薬を移動し、又試薬を保冷する機能を有する。サンプラー部４は、分析対象であるサンプルを試験管１１やサンプルカップ３７などに入れて格納し、また、サンプラー部（４）は、分析を行うサンプルをサンプルプローブ２４によって分注される位置まで移動する構造を有する。
【００１８】
これらの制御部２、分析部５、試薬保管部６、サンプラー部４は、各要素の動作に必要な電力を装置内の電源３より供給される。装置内電源３は装置内の各部位の必要な電圧、電流、周波数に変更し供給する。
【００１９】
サンプルカップ３７は、ラック１３に搭載されて分注位置まで移動するが、試験管１１には個体識別の目的でコードパターン１２が貼られており、光学的情報読取器７によって、コードパターン１２の内容が読まれる。
【００２０】
本実施例ではレーザーによるスキャン方式を採用した光学的情報読取器７を使用する。読まれたコードパターン１２の情報は、制御部２にコードパターン通信線（２０）を介して伝達され、内容に合わせた分析項目の分析がスタートする。
【００２１】
前記コードパターン１２を光学的情報読取器７が読む位置において、本分析装置は、図１のように、試験管１１を挟んだ光学的情報読取器７と反対側に背景パネル１４を有している。背景パネル１４の寸法は、検出対象である試験管１１の長さよりも大きい。
【００２２】
背景パネル１４には、たとえば、黒色の基準線１５が水平に配置され、試験管１１に貼られたコードパターン１２に光学的情報読取器７からレーザー光線１６が照射されると、図５のように、背景パネル１４にもレーザー光線１６があたるよう配置する。
【００２３】
光学的情報読取器７は、まず基準線１５を検知する。基準線１５を検知すると内部タイマーもしくはカウンタを動作させ、次に試験管１１、もしくはサンプルカップ３７の上端による散乱光を検知するまでの時間、すなわち、図５及び図６で高さ検知期間４１に相当する時間を測定する。
【００２４】
基準線１５と光学的情報読取器７の相対的な高さ関係は、分析装置でそれぞれ固定されているから、中間に置く試験管１１及びサンプルカップ３７の高さの違いにより、前記高さ検知期間４１は変化し、また、中間に置く試験管１１及びサンプルカップ３７の高さに補数的な値が測定できる。
【００２５】
その後、光学的情報読取器７はクワイエット期間４２を通過後、コードパターン読取り期間４３で識別のために貼ったコードパターン１２の内容を読取る。読み取りが成功した場合は試験管が存在することになるから、その時点の、高さ検知期間４１の時間データを試験管１１の高さを判断するデータとして、コードパターン通信線２０を通して制御部２へ送る。
【００２６】
制御部２では、あらかじめ個々の装置での機差を考慮し、高さ検知期間４１の時間データと、各種の試験管１１及びサンプルカップ３７の高さ、及びこれらを組み合わせた場合の高さとの、比較テーブルを作成しておき、随時送信されてくる高さ検知期間４１の時間データが、長い試験管３５であるのか、短い試験管３６であるのか、サンプルカップ３７であるのか、長い試験管＋サンプルカップ３８であるのか、短い試験管＋サンプルカップ３９であるのかを判断する。
【００２７】
前記比較テーブルの作成は、装置据付時もしくは装置立ち上げ時、メンテナンス時などの調整工程おいて、使用する試験管１１及びサンプルカップ３７とそれらの組み合わせの高さを、一度光学的情報読取器７によって読み取り、作成し、基準データとして制御部２に格納しておくことにより、機差による影響を少なくする。
【００２８】
本発明の実施例によれば、本来コードパターンを読取る機能のみを有していた光学的情報読取器により、試験管及びサンプルカップなどのサンプル格納容器の高さを測定することが可能となるため、高さ測定ための専用センサ類が不要になり、コスト低減になる。また専用センサ類の調整が不要になりメンテナンス性が向上する。さらに部品点数が削減され信頼性が向上する。
【００２９】
背景パネル１４には基準線１５だけでなく複数のバーを設けることにより、検出精度を向上させることができる。図６は、複数本のバーを背景パターンとして背景パネル上に設けた場合の一例を示す略線図、図７はその一部を拡大した説明図である。
【００３０】
さらに、背景パネル１４には、補助記号が設けられる。補助記号は、基準線１５の位置を光学的情報読取器７に明示し、その機能を向上するために用いられる。すなわち、補助記号は、光学的情報読取器７のデジタイザをリセットする機能を持っている。また、補助記号を用いることにより、光学的情報読取器を上から下方向に走査した場合でも。よりすぐれた読み取り性能が得られる。
【００３１】
図６，図７に示すように、投光されるレーザは、試験管の縁で屈折し、反射するために、得られる波形にチェックポイントＢで乱れを生じる。この乱れは、角度θが大きくなるほど激しく現れる。これはレーザ以外の光、たとえばＬＥＤ光を用いる場合も同様である。
【００３２】
図８は、測定を行う場合の測定フローチャートである。光学的情報読取器７により下から上方向に向けて５００ｓｃａｎ／ｓｅｃのスキャンスピードで光学的に走査する。レーザ光を投光し、受光データを２値化（デジタイズ）し、制御部２へ伝送する。
【００３３】
まず最初にチェックポイントＡ、すなわち背景パターンの頂上地点（試験管によって遮らない部分の頂上地点）を探す。この点は２値化波形の左始点からの経過時間（計測単位：マイクロ秒）で表される。
【００３４】
次にチェックポイントＡから左へ戻り、チェックポイントＢを探す。チェックポイントＡからチェックポイントＢを計算すると、その値は試験管の長さに相当する。出力された時間を長さに換算し、背景パターン（基準線）の頂上地点の長さから差し引けば試験管の長さが求められる。なお、これらの計測は、複数回繰り返され、平均を取ることによって光学ノイズを排除することができる。
【００３５】
図９〜図１１は、背景パターンを変えたときの出力波形を示す図で、（Ａ）は全体図、（Ｂ）部分拡大図である。それぞれの信号波形は、上段がタイミング信号、中段がスキャナが取り込んだアナログ波形、下段がマイクロコンピュータで送られる２値化された信号波形である。
【００３６】
図９は、背景が真っ黒及び背景がない場合を示す。検出対象である試験管は透明のため、変化点を示す波形は得られない。図１０では、背景が真っ白の場合で、試験管の縁の部分の波形が得られている。しかしながら、波形が不安定のため、投光の位置関係や試験管の形状などにより十分な波形がとれない可能性がある。
【００３７】
図１１は、背景パターンとして、コードパターンを設けた場合であり、チェックポイントＡ，Ｂを的確に捉えている。
【００３８】
本発明の自動寸法検出装置は、以上詳細に説明した自動分析装置以外にも物体の大きさ、長さを自動的に測定する用途、たとえば、半導体製造設備においてウェーハーの寸法を自動的に検出するものに適用可能である。特に、物体にコードパターンが貼付している場合には、コードパターンの情報を読み取るとともに物体の大きさも同時に測定することができるため、簡単な構成で物体の寸法とコードパターンの情報を読み取る装置を提供できる。
【００３９】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば検出対象の長さを精度良く検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用した自動分析装置の一実施例の概略構成図である。
【図２】図１の自動分析装置の上面視図である。
【図３】従来の容器高さ検知例の概略構成図である。
【図４】各種格納容器の具体例の概観図である。
【図５】実施例の操作説明図である。
【図６】背景パターンの一例を示す略線図である。
【図７】図６の一部を拡大した説明図である。
【図８】測定フローチャートである。
【図９】背景パターンを変更したときの出力波形で、背景が真っ黒、及び背景がない場合を示す。
【図１０】背景パターンを変更したときの出力波形で、背景が真っ白の場合を示す。
【図１１】背景にコードパターンを使用した場合を示す。
【符号の説明】
１…自動分析装置、２…制御部、３…電源部、４…サンプラー部、５…分析部、６…試薬保管部、７…光学的情報読取器、８…マンマシンＩ／Ｆ部、９…表示部、１０…入力部、１１…試験管、１２…サンプルコードパターン、１３…ラック、１４…背景パネル、１５…基準線、１６…レーザー光線、１７…サンプラ制御信号、１８…分析部制御信号、１９…装置内電源線、２０…コードパターン通信線、２１…表示制御信号、２２…反応セル、２３…試薬容器、２４…サンプルプローブ、２５…試薬プローブ、２６…可動式反応ディスク、２７…検出器、２８…攪拌機構、２９…発光ダイオード、３０…受光素子、３１…固定板、３２…発光ダイオードの光、３３…発光ダイオード駆動回路、３４…受信回路、３５…長い試験管、３６…短い試験管、３７…サンプルカップ、３８…長い試験管＋サンプルカップ、３９… 短い試験管＋サンプルカップ、４０…スキャン開始期間、４１…高さ検知期間、４２…クワイエット期間、４３…コードパターン読取り期間、４４…スキャン終了期間、４５…アナログ値データ、４６…２値化データ。

Claims (5)

1. 寸法を検出すべき検出対象と、前記検出対象の後部に配置され、基準となるマーク及び前記検出対象の長さ方向に沿って配置されたコードパターンを有し、前記検出対象より長い背景パネルと、前方から前記検出対象及び背景パネルを光学的に走査し、その反射光を電気的に変換し、得られた信号に基づいて前記検出対象の寸法を自動的に検出する制御部を備えたことを特徴とする検出対象の寸法を自動的に検出する装置。
2. 試薬を用いて分析対象であるサンプルの成分を分析する分析部と、試薬を格納する試薬容器と、サンプルを保持し分析に必要な分量のサンプルを前記分析部へ移送するために分注動作を行うサンプラー部と、前記分析部及びサンプラー部を制御する制御部と、前記制御部、分析部、サンプラー部へそれらの動作に必要な電力を供給する電源部を備えた自動分析装置において、サンプルを格納する容器に識別目的で付けられたコードパターンラベルの内容を読み取る光学的情報読取器を設置するとともに、前記容器の後部に基準となるマークを備えた背景パネルを設置し、前記光学的情報読取器によって前記背景パネル及びコードパターンを光学的に走査し、その反射光を電気的に変換して得られた信号に基づき前記コードパターンのつけられている容器の高さを測定し、測定した前記容器の高さを表す結果と、コードパターンの識別情報を前記制御部へ送出する手段を備えたことを特徴とする自動分析装置。
3. 試薬を使用して分析対象であるサンプルの成分を分析する分析部と、試薬を格納する試薬容器と、サンプルを保持し分析に必要な分量のサンプルを分析部へ移送するために分注動作を行うサンプラー部と、情報の処理を行うためのＭＰＵ、メモリ、Ｉ／Ｏ、シーケンサを含む電子回路及び記憶装置によって構成され、前記分析部及びサンプラー部を制御する制御部と、前記制御部、分析部、サンプラー部へ、それらの動作に必要な電力を供給する電源部とを備えた自動分析装置において、サンプルを格納する容器に、識別目的で付けられたコードパターンラベルの内容を読み取るための、光学的情報読取器を設置するとともに、前記容器の後部に基準となるマークを備えた背景パネルを設置し、前記光学的情報読取器によって、前記背景パネル及びコードパターンを光学的に走査し、その反射光を電気的に変換して得られる信号に基づいて、コードパターンのつけられている容器の高さを測定し、測定した前記容器の高さ結果と、コードパターンの識別情報を、前記制御部へ送出する手段を有する自動分析装置。
4. 前記背景パネルは、前記基準となるマークの近傍に補助記号を含む請求項１記載の検出対象の寸法自動的に検出する装置。
5. 前記背景パネルは、前記基準となるマークの近傍に補助記号を含む請求項２及び３記載の自動分析装置。

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