液体体積測定装置および液体体積測定方法
【課題】容易かつ無駄のない体積測定を実現する。
【解決手段】
液面が高さｚ2を超えるように液体を注入した測定容器４０を使用者が取り付けることにより、そのときの共振周波数の変化率ｒfをＭＣＰＵ３９が飽和値ｒfsとして取得する。そして、ＭＣＰＵ３９は飽和値ｒfsに基づいて比誘電率εを特定する。さらに、液面が高さｚ1を超えないように同じ種類の液体を注入した測定容器４０を取り付けたときの共振周波数の変化率ｒfを測定し、当該変化率ｒfと予め特定した比誘電率εを使用してＭＣＰＵ３９が体積ΔＶを測定する。
【解決手段】
液面が高さｚ2を超えるように液体を注入した測定容器４０を使用者が取り付けることにより、そのときの共振周波数の変化率ｒfをＭＣＰＵ３９が飽和値ｒfsとして取得する。そして、ＭＣＰＵ３９は飽和値ｒfsに基づいて比誘電率εを特定する。さらに、液面が高さｚ1を超えないように同じ種類の液体を注入した測定容器４０を取り付けたときの共振周波数の変化率ｒfを測定し、当該変化率ｒfと予め特定した比誘電率εを使用してＭＣＰＵ３９が体積ΔＶを測定する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、液体体積測定装置および液体体積測定方法に関し、特に、マイクロ波を利用した液体体積測定装置および液体体積測定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
創薬や生理学の分野において微少量の薬液を切り出す分注作業は基本的な作業工程のひとつであり、その切り出し量の再現性は以降の工程に多大の影響を与える。分注作業においては、１ｎｌ単位の分注が行われているが、一般的に分注量の管理は吐出機構のシリンダストロークなどによって行われている。厳密には吐出機構にる多数回の吐出量を電子秤で計量し、その平均吐出量によって各吐出における吐出量を管理している。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、平均吐出量を得るために高価な薬液を多く使用しなければならず、無駄が生じていた。また、平均吐出量を得るための作業が煩雑であるという問題があった。本発明は、上記課題にかんがみてなされたもので、容易かつ無駄なく液体の体積が測定可能な液体体積測定装置および液体体積測定方法の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
上記課題を解決するために、本発明の一態様として、測定容器に注入された液体の体積を測定する液体体積測定装置において、マイクロ波を発信する発信手段と、上記マイクロ波による電界強度が略一定値となる第１作用空間と、上記第１作用空間に上記液体が存在するように上記測定容器を保持する保持部を備える空洞共振器と、上記マイクロ波を受信する受信手段と、上記受信手段にて受信された上記マイクロ波の周波数に基づいて上記液体の体積を取得する解析手段とを具備する構成を適用することができる。
【０００５】
上記の構成において、発信手段によってマイクロ波を発信し、空洞共振器が備える第１作用空間において上記マイクロ波による電界強度が略一定値となる。上記空洞共振器は保持部を備え、当該保持部において測定容器が保持される。この測定容器には、体積の測定対象となっている液体が注入されるとともに、当該液体が上記第１作用空間に存在するように保持される。すなわち、上記測定容器に注入された液体に対して、電界強度が略一定値となる上記マイクロ波を作用させることができる。受信手段は上記マイクロ波を受信し、解析手段は上記受信手段にて受信された上記マイクロ波の周波数に基づいて上記液体の体積を取得する。電界強度が略一定値となるマイクロ波作用空間における周波数変動は、当該空間に存在する誘電体の体積に依存するため、上記マイクロ波の周波数に基づいて誘電体たる液体の体積を取得することができる。吐出機構の平均吐出量を予め計量しておく必要がないため、容易かつ無駄のない体積測定を実現することができる。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、容易かつ無駄のない体積測定を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
以下、下記の順序に従って本発明の実施形態を説明する。
（１）装置構成：
（２）解析処理および解析理論：
（２−１）：体積の測定：
（２−２）：比誘電率の測定：
（３）変形例：
【０００８】
（１）装置構成：
本発明の一実施形態にかかる液体体積測定装置は、空洞共振器とコントローラ３０とから構成されている。コントローラは空洞共振器においてマイクロ波を発信するための制御と、空洞共振器において受信されたマイクロ波を解析するための処理を実行する。空洞共振器は、測定対象の液体に対して作用するマイクロ波の作用空間を形成するための、共振空洞を構成する。
【０００９】
図１は、空洞共振器の外観および断面形状を示している。同図において、金属製の空洞共振器２０は概略円盤状に形成されており、内部は中空となっている。空洞共振器２０は、軸心Ｃを中心とした同軸型の共振空洞を有しており、外周に厚みが１８ｍｍ、外径が１１９ｍｍ、内径が６５ｍｍとされたリング状の円環部２０ａが設けられている。当該円環部２０ａの内側には厚みが３．２ｍｍとされた中空円盤状の円盤部２０ｂが設けられている。円環部２０ａから径方向外側に向かって矩形状に突出した矩形部２０ｃが設けられており、その厚みが円環部２０ａと同じ１８ｍｍとされ、幅が３６ｍｍとされている。円環部２０ａと円盤部２０ｂと矩形部２０ｃの中空空間が連通している。
【００１０】
円環部２０ａと矩形部２０ｃの境界付近においては、本発明の発信手段と送信手段に相当する送受信アンテナ２１が備えられている。送受信アンテナ２１には上述したコントローラ３０が接続されている。軸心Ｃにおいては、厚み方向に貫通する同軸円柱状の貫通穴２２が形成されている。貫通穴２２の径は４ｍｍとされている。貫通穴２２の内側には、誘電率および誘電正接の小さい材料で形成された保護筒２３が取り付けられている。保護筒２３は、円盤状に形成された上部２３ａと、円筒状に形成された下部２３ｂを有しており、下部２３ｂの外径は４ｍｍとされている。保護筒２３の下部２３ｂを貫通穴２２に圧入することにより、保護筒２３と円環部２０ａの壁面同士が隙間なく密着する。これにより、空洞共振器２０内に液体や塵等が進入することが防止できる。
【００１１】
図２は、コントローラ３０の構成を示している。同図において、コントローラ３０は、サーキュレータ３１と結合器３２と分周器３３とカウンタ３４と検波器３５とＬＮＡ（低雑音増幅回路）３６ａ，３６ｂとＡＤＣ（アナログ・デジタルコンバータ）３７ａとＤＡＣ（デジタル・アナログコンバータ）３７ｂとＶＣＯ（電圧制御発振器）３８とＭＣＰＵ（マイクロコンピュータ）３９とから構成されている。ＶＣＯ３８は、ＬＮＡ３６ｂとサーキュレータ３１を介して送受信アンテナ２１と接続しており、ＭＣＰＵ３９からＤＡＣ３７を介して出力される制御電圧に基づく周波数で発振し、送受信アンテナ２１からマイクロ波を発信させる。
【００１２】
送受信アンテナ２１は、受信アンテナも兼ねており、空洞共振器２０にて共振したマイクロ波を受信する。マイクロ波の受信信号は、サーキュレータ３１においてＶＣＯ３８からの出力信号と分岐させられ、さらに結合器３２において２系統に分岐させられる。その一方の受信信号は、分周器３３を介してカウンタ３４に入力され、当該カウンタ３４において周波数が計数される。他方の受信信号は、検波器３５にて検波され、ＬＮＡ３６ａにてその受信強度が増幅される。ＬＮＡ３６ａにて増幅された受信強度は、ＡＤＣ３７ａにてデジタル信号に変換され、ＭＣＰＵ３９に入力される。ＭＣＰＵ３９は、ＡＤＣ３７ａから入力された受信強度が最大となるようにＤＡＣ３７に出力する制御信号を調整し、ＶＣＯ３８の制御電圧を調整する。これにより、送受信アンテナ２１から発振されるマイクロ波の周波数が空洞共振器２０固有の共振周波数となるように調整される。なお、本実施形態の空洞共振器２０においては、ＩＳＭ用として開放されている５．８ＧＨｚ帯が共振周波数となる。
【００１３】
カウンタ３４が計数した周波数は、ＭＣＰＵ３９に入力され、当該周波数に基づく解析処理が実行される。なお、本実施形態では、送信手段と受信手段の双方に相当する送受信アンテナ２１を使用することとしたが、送信専用アンテナと受信専用アンテナをそれぞれ備えるようにしてもよい。ＭＣＰＵ３９には、図示しないＣＰＵとＲＡＭやＲＯＭが備えられており、ＲＯＭに記憶されたプログラムに基づいて、ＣＰＵが演算を実行する。その際に、ＲＡＭがワークエリアとして利用される。
【００１４】
図３は、液体体積測定装置に取り付けられる測定容器の外観および断面形状を示している。同図において、測定容器４０は、底面４０ａ１を有する円筒状の下方部分４０ａと、すり鉢状の上方部分４０ｂとから構成されている。下方部分４０ａの外径は保護筒２３の下部２３ｂの内径よりもわずかに小さく形成されている。上方部分４０ｂは上方に開口しており、当該開口から液体を注入することが可能となっている。上方部分４０ｂに注入された少量の液体は、測定容器４０内を流下し、下方部分４０ａに溜まる。上方部分４０ｂをすり鉢状とすることにより、測定容器４０への液体の注入を容易とすることができる。なお、測定容器４０は、撥水性が高く、かつ、誘電率、誘電正接の小さいＰＴＦＥ（四フッ化エチレン樹脂）によって形成されている。
【００１５】
図４は、測定容器４０が取り付けられた状態の空洞共振器２０の軸心Ｃ付近の断面を示している。同図において、保護筒２３の円筒状の下部２３ｂの内側に測定容器４０の下方部分４０ａが挿し込まれている。測定容器４０の上方部分４０ｂが保護筒２３の上部２３ａに当接することにより、測定容器４０の底面４０ａ１の高さが円盤部２０ｂの中空空間の下端の高さと一致するように測定容器４０が位置決めされる。なお、図４の状態で測定容器４０を空洞共振器２０の軸心Ｃにて保持する保護筒２３が本発明の保持部に相当する。なお、円盤部２０ｂの中空空間の下端の高さをｚ0とし、同中空空間の上端の高さをｚ1と表すものとする。
【００１６】
以上の構成において、送受信アンテナ２１からマイクロ波を発信すると、軸心Ｃにおいては図５のような電界強度の分布が形成される。図５において、横軸は電界強度Ｅを示し、縦軸は軸方向の位置ｚを示している。円盤部２０ｂの中空空間の下端の高さｚ0と、上端の高さｚ1の間の空間においては略一定値の電界強度となっており、下端の高さｚ0より下方および上端の高さｚ1よりも上方の空間においては電界強度が上記一定値から徐々に減衰し、次第に０に収束している。円盤部２０ｂの中央に設けられた貫通穴２２の径は４ｍｍと小さいため、貫通穴２２の内側における高さｚ0〜ｚ1の空間においては、５．８ＧＨｚ帯で共振するマイクロ波の電界強度を略一定値に保つことができる。なお、高さｚ0〜ｚ1の空間が本発明の第１作用空間に相当する。一方、下端の高さｚ0より下方および上端の高さｚ1よりも上方の空間は、大気開放空間となるため、高さｚ0，ｚ1からの距離に応じて電界強度が減衰する。これらの空間は、本発明の第２作用空間に相当する。
【００１７】
ところで、測定容器４０に液体を少量注入した場合、液体の上端（液面）の高さが高さｚ0〜ｚ1との間となり、液体全体が電界強度が略一定値となる第１作用空間に存在することとなる。本実施形態では、測定容器４０に気泡を含むことなく液体を１０μｌ注入すると、液面の高さが高さｚ1と同等となるように、測定容器４０が設計されている。一方、測定容器４０に液体を１０μｌ以上注入した場合には、液面の高さが高さｚ1よりも高くなり、液体の一部が電界強度が減衰する第２作用空間に存在することとなる。
【００１８】
（２）解析処理および解析理論：
（２−１）：体積の測定：
電磁界が乱されない程度の微小な体積の誘電体がマイクロ波の共振空洞に侵入したときに、共振周波数がわずかに変化する。共振空洞の体積を基準体積Ｖ、侵入前の共振周波数を基準周波数ｆ0、侵入後の共振周波数を変動周波数ｆL、侵入した誘電体の比誘電率をε、その体積をΔＶとすると、これらの間に下記の（１）式の関係が成立する。
【数１】
【００１９】
なお、上記の（１）式において、αは共振空洞におけるマイクロ波の振動モードに応じた定数を示している。また、上記の（１）式が成立するためには、液体が存在する領域の電磁界の場が均一であり、その電界強度が一定であることが前提となる。さらに、侵入前後の周波数の比（ｆ0−ｆL）／ｆ0を変化率ｒfとして、上記の（１）式を整理すると、下記の（２）式を得ることができる。
【数２】
上記の（２）式によれば、変化率ｒfは、侵入した誘電体の体積ΔＶに比例した値であるということができる。この性質は、既知の体積ΔＶの誘電体の誘電率εを測定するのに利用されているが、本発明においては、誘電体としての液体の体積ΔＶは未知であるため、体積ΔＶを算出するための解析を行う。なお、αは共振空洞におけるマイクロ波の振動モードに応じた定数であり、既知の値である。同様に、基準体積Ｖも空洞共振器２０の容積から得られるため、既知の値である。
【００２０】
変化率ｒfは、共振周波数の比（ｆ0−ｆL）／ｆ0を算出することにより得ることができる。まず、何ら液体（誘電体）を注入していない状態の測定容器４０を空洞共振器２０の軸心Ｃに図４の態様で取り付け、そのときの共振周波数を取得する。具体的には、送受信アンテナ２１が受信したマイクロ波の周波数をカウンタ３４が計数し、当該周波数を基準周波数ｆ0としてＭＣＰＵ３９が取得する。
【００２１】
次に、測定対象の液体を注入した状態の測定容器４０を空洞共振器２０の軸心Ｃに図４の態様で取り付け、そのときの共振周波数を取得する。このとき、測定容器４０における液体の液面の高さが円盤部２０ｂの中空空間の上端の高さｚ1よりも高くならないような液体の量とする。すなわち、本実施形態において測定する液体の体積は、液面の高さが円盤部２０ｂの中空空間の上端の高さｚ1よりも高くならない１０μｌ以下とする。
【００２２】
なお、測定対象の液体の粘性等や測定容器４０に液体を注入する手法によっては、測定容器４０における液体に気泡が含まれることも考えられる。この場合も、気泡を含んだ液面の最も高い位置が高さｚ1よりも高くならないようにする。このようにすれば、液体の全体を電界強度が一定値となる電磁界の場に存在させることができ、上記の（１），（２）式による解析を可能とすることができる。以上の状態において、送受信アンテナ２１が受信したマイクロ波の周波数をカウンタ３４が計数し、当該周波数を変動周波数ｆLとしてＭＣＰＵ３９が取得する。これにより、基準周波数ｆ0と変動周波数ｆLとが得られるため、ＭＣＰＵ３９がそれらの比（ｆ0−ｆL）／ｆ0である変化率ｒfを算出することができる。
【００２３】
測定対象の液体の比誘電率εが既知である場合には、上記の（２）式に変化率ｒfと比誘電率εと定数αと基準体積Ｖを代入することにより、液体の体積ΔＶを算出することができる。また、測定容器４０における液体に気泡が含まれる場合でも、空気層は共振周波数に影響を与えることはないため、気泡の影響を受けることなく体積ΔＶを測定することができる。
【００２４】
（２−２）：比誘電率の測定：
以上のように、比誘電率εが既知である場合には、極めて容易に液体の体積ΔＶを算出することができる。ところが、比誘電率εは、液体の濃度や温度にも大きく依存するため、個々の液体について把握しておくのは実質的に困難となる。そこで、液体体積測定装置１０においては、予め液体の比誘電率εを測定し、当該比誘電率εに基づいて液体の体積ΔＶを算出する。以下、比誘電率εを測定するための処理および理論について説明する。上記の（１），（２）式は、電界強度が一定であることを前提としたものであるが、電界強度が変動する場合にも共振周波数の変化率ｒfが変動することが確認されている。
【００２５】
図６は、電界強度と共振周波数の変化率ｒfとの関係を検証した実験結果を示している。同図において、縦軸はそれぞれ最大値を１とするように正規化された電界強度Ｅと電力Ｅ2と変化率ｒfを示し、横軸は位置を示している。本実験では、位置に応じて電界強度がグラフのように変動する電磁界の場を形成し、当該電磁界の各位置において体積比ΔＶ／Ｖが３３７ｐｐｍとなる微小体積ΔＶの水滴を置いた場合に得られる変化率ｒfを測定した。この実験結果が示すように、共振周波数の変化率ｒfは、電界強度Ｅおよび電力Ｅ2の変動に対応して変動するとともに、電力Ｅ2に比例することが確認できる。
【００２６】
電界強度Ｅおよび電力Ｅ2が一定値の場においては上記の（１），（２）式にしたがって体積ΔＶの増加に応じて共振周波数の変化率ｒfも比例的に増加していくが、電界強度Ｅおよび電力Ｅ2が減衰し、０に収束するような電磁界の場においては体積ΔＶの増加よりも電力Ｅ2の減少の方が支配的となり共振周波数の変化率ｒfの増加量も０に収束していくこととなる。
【００２７】
図７は共振周波数の変化率ｒfの推移を、図５に示した空洞共振器２０の軸心Ｃに沿った電界強度の分布と対比して示している。同図においては、測定容器４０に対する液体の注入量を徐々に大きくしていったときの共振周波数の変化率ｒfを、各液面の高さｚについて示している。ここでは、測定容器４０中の液体に気泡が含まれないようにする。同図に示すように、電界強度Ｅおよび電力Ｅ2が一定値となる高さｚ1までは体積ΔＶの増加とともに比例的に共振周波数の変化率ｒfが増加するとともに、電界強度Ｅおよび電力Ｅ2が一定値から減衰する高さｚ1を超える領域においては体積ΔＶの増加に伴う共振周波数の変化率ｒfの増加が鈍くなっている。
【００２８】
さらに、電力Ｅ2がほぼ無視できる高さまで、測定容器４０に液体を注入したところで、共振周波数の変化率ｒfが体積ΔＶの増加に依存しなくなり、共振周波数の変化率ｒfは一定の飽和値ｒfsに収束することとなる。なお、液面の高さｚ2（７ｍｍ）において電界強度Ｅが上記一定値の１／１００の大きさとなり、その２乗に相当する電力Ｅ2は１／１００００の大きさとなる。そのため、高さｚ2を超える高さに存在する液体に作用する電力Ｅ2をほぼ無視することができ、高さｚ2を超える高さに存在する液体成分が全体の共振周波数の変化率ｒfに寄与しなくなり、最終的に共振周波数の変化率ｒfは飽和値ｒfsとなると考えることができる。
【００２９】
飽和値ｒfsは体積ΔＶに依存しない値であることから、飽和値ｒfsは上記の（２）式において共振周波数の変化率ｒfは比誘電率εのみに依存する（基準体積Ｖ、定数αは、いずれも定数。）と考えることができる。すなわち、飽和値は比誘電率εのみに依存するため、飽和値ｒfsから一意に比誘電率εを特定することが可能となる。従って、予め比誘電率εが既知の液体について上述した飽和値ｒfsを調査しておき、比誘電率εと上記飽和値ｒfsとの対応関係を規定したルックアップテーブルを用意しておけば、飽和値ｒfsの測定を行うことにより未知の比誘電率εを特定することができる。本実施形態においては、液面が高さｚ２を超える量の液体を注入した時点の共振周波数の変化率ｒfを飽和値ｒfsとしてＭＣＰＵ３９がカウンタ３４の計数に基づいて算出する。このときの液体の注入量は液面が高さｚ2を超えればよく、注入量の正確さは要求されない。そして、ＭＣＰＵ３９の図示しないＲＯＭに記憶された上記のルックアップテーブルを参照して、飽和値ｒfsに対応する比誘電率εを特定する。
【００３０】
以上のようにして予め比誘電率εを特定しておけば、２−１節で述べたように測定容器４０に対して液面が高さｚ1を超えないよう（液面が高さｚ1を超えなければ気泡を含んでいてもよい。）に液体を注入したときの共振周波数の変化率ｒfを測定し、当該変化率ｒfと予め特定した比誘電率εとを上記の（２）式に代入することにより、体積ΔＶを算出することができる。また、上記の（２）式の演算の代わりに、測定時の共振周波数の変化率ｒfと飽和値ｒfsに対応する体積ΔＶを規定した３次元ルックアップテーブルを用意しておき、当該３次元ルックアップテーブルを参照することにより、直接、体積ΔＶを特定するようにしてもよい。
【００３１】
例えば、コントローラ３０に初期設定モードと測定モードとを切り換えるためのスイッチ等を設けておき、当該スイッチにより初期設定モードに切り換えた上で、液面が高さｚ2を超えるように液体を注入した測定容器４０を使用者が取り付けることにより、ＭＣＰＵ３９が比誘電率εを特定し、登録する。そして、当該スイッチにより測定モードに切り換えた上で、液面が高さｚ1を超えないように同じ種類の液体を注入した測定容器４０を使用者が取り付けることにより、ＭＣＰＵ３９が登録された比誘電率εを使用して体積ΔＶを測定する。
【００３２】
続けて同じ種類の液体の体積ΔＶを測定する場合には、すでに比誘電率εが登録されているため、測定モードに切り換えたまま、次の測定容器４０を取り付けて体積ΔＶを測定することができる。さらに、液体の種類や液温等の識別情報と比誘電率εの対応関係をＭＣＰＵ３９の図示しないＲＯＭにプリセットできるようにしておき、上記識別情報から比誘電率εが呼び出されて使用できるようにしてもよい。このようにすれば、毎回、初期設定モードによる比誘電率εの登録をしなくても済む。
【００３３】
（３）変形例：
図８のように測定容器４０の上方に、測定容器４０への液体の進入経路を絞り込む錘状の絞り６０を備えるようにしてもよい。本変形例において、絞り６０の開口径を０．２５ｍｍとしている。このようにすることにより、測定容器４０の内部に液体が注入可能な吐出機構の位置や吐出方向を限定することができる。上記の実施形態によれば、同一形状の測定容器４０を複数用意しておき、測定容器４０を取り替えることにより、同種の液体について連続して体積測定を行うことができる。しかしながら、測定容器４０の取替は煩雑であり、測定効率の低下を招くため、測定容器４０を排液可能に構成してもよい。
【００３４】
図８においては上述した弁４２を上下に駆動させるためのアクチュエータ７０が軸心Ｃの同軸上に備えられており、アクチュエータ７０の図示しない駆動子と弁４２とが略円柱状のシャフト４２ａによって接続されている。また、内壁がシャフト４２ａの側面に摺接するように固定された略円筒状のガイド軸受け７１がアクチュエータ７０の上部に備えられており、弁４２が高精度に駆動することが可能となっている。このようにすれば、弁４２が下方に駆動したときの負圧および液体の自重によって、測定容器４０から液体を排出することができる。また、弁４２が収容される空間と連通した経路が形成されており、当該経路にイジェクタ８０が備えられている。これにより、測定容器４０から排出した液体を外部に排出することが可能となり、連続的な液体測定を可能とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】空洞共振器の構造を示す図である。
【図２】コントローラの構成を示すブロック図である。
【図３】測定容器の構造を示す図である。
【図４】測定容器の取り付け状態を示す図である。
【図５】軸心における電界強度の分布を示すグラフである。
【図６】電界強度と共振周波数の変化率との関係を示すグラフである。
【図７】液面の高さに応じた共振周波数の変化率の推移を示すグラフである。
【図８】変形例にかかる測定容器を示す図である。
【符号の説明】
【００３６】
２０…空洞共振器、２０ａ…円環部、２０ｂ…円盤部、２０ｃ…矩形部、２１…送受信アンテナ、３０…コントローラ、３１…サーキュレータ、３２…結合器、３３…分周器、３４…カウンタ、３５…検波器、３６ａ，３６ｂ…ＬＮＡ、３７ａ…ＡＤＣ、３７ｂ…ＤＡＣ、３８…ＶＣＯ、３９…ＭＣＰＵ、４０…測定容器。
【技術分野】
【０００１】
この発明は、液体体積測定装置および液体体積測定方法に関し、特に、マイクロ波を利用した液体体積測定装置および液体体積測定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
創薬や生理学の分野において微少量の薬液を切り出す分注作業は基本的な作業工程のひとつであり、その切り出し量の再現性は以降の工程に多大の影響を与える。分注作業においては、１ｎｌ単位の分注が行われているが、一般的に分注量の管理は吐出機構のシリンダストロークなどによって行われている。厳密には吐出機構にる多数回の吐出量を電子秤で計量し、その平均吐出量によって各吐出における吐出量を管理している。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、平均吐出量を得るために高価な薬液を多く使用しなければならず、無駄が生じていた。また、平均吐出量を得るための作業が煩雑であるという問題があった。本発明は、上記課題にかんがみてなされたもので、容易かつ無駄なく液体の体積が測定可能な液体体積測定装置および液体体積測定方法の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
上記課題を解決するために、本発明の一態様として、測定容器に注入された液体の体積を測定する液体体積測定装置において、マイクロ波を発信する発信手段と、上記マイクロ波による電界強度が略一定値となる第１作用空間と、上記第１作用空間に上記液体が存在するように上記測定容器を保持する保持部を備える空洞共振器と、上記マイクロ波を受信する受信手段と、上記受信手段にて受信された上記マイクロ波の周波数に基づいて上記液体の体積を取得する解析手段とを具備する構成を適用することができる。
【０００５】
上記の構成において、発信手段によってマイクロ波を発信し、空洞共振器が備える第１作用空間において上記マイクロ波による電界強度が略一定値となる。上記空洞共振器は保持部を備え、当該保持部において測定容器が保持される。この測定容器には、体積の測定対象となっている液体が注入されるとともに、当該液体が上記第１作用空間に存在するように保持される。すなわち、上記測定容器に注入された液体に対して、電界強度が略一定値となる上記マイクロ波を作用させることができる。受信手段は上記マイクロ波を受信し、解析手段は上記受信手段にて受信された上記マイクロ波の周波数に基づいて上記液体の体積を取得する。電界強度が略一定値となるマイクロ波作用空間における周波数変動は、当該空間に存在する誘電体の体積に依存するため、上記マイクロ波の周波数に基づいて誘電体たる液体の体積を取得することができる。吐出機構の平均吐出量を予め計量しておく必要がないため、容易かつ無駄のない体積測定を実現することができる。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、容易かつ無駄のない体積測定を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
以下、下記の順序に従って本発明の実施形態を説明する。
（１）装置構成：
（２）解析処理および解析理論：
（２−１）：体積の測定：
（２−２）：比誘電率の測定：
（３）変形例：
【０００８】
（１）装置構成：
本発明の一実施形態にかかる液体体積測定装置は、空洞共振器とコントローラ３０とから構成されている。コントローラは空洞共振器においてマイクロ波を発信するための制御と、空洞共振器において受信されたマイクロ波を解析するための処理を実行する。空洞共振器は、測定対象の液体に対して作用するマイクロ波の作用空間を形成するための、共振空洞を構成する。
【０００９】
図１は、空洞共振器の外観および断面形状を示している。同図において、金属製の空洞共振器２０は概略円盤状に形成されており、内部は中空となっている。空洞共振器２０は、軸心Ｃを中心とした同軸型の共振空洞を有しており、外周に厚みが１８ｍｍ、外径が１１９ｍｍ、内径が６５ｍｍとされたリング状の円環部２０ａが設けられている。当該円環部２０ａの内側には厚みが３．２ｍｍとされた中空円盤状の円盤部２０ｂが設けられている。円環部２０ａから径方向外側に向かって矩形状に突出した矩形部２０ｃが設けられており、その厚みが円環部２０ａと同じ１８ｍｍとされ、幅が３６ｍｍとされている。円環部２０ａと円盤部２０ｂと矩形部２０ｃの中空空間が連通している。
【００１０】
円環部２０ａと矩形部２０ｃの境界付近においては、本発明の発信手段と送信手段に相当する送受信アンテナ２１が備えられている。送受信アンテナ２１には上述したコントローラ３０が接続されている。軸心Ｃにおいては、厚み方向に貫通する同軸円柱状の貫通穴２２が形成されている。貫通穴２２の径は４ｍｍとされている。貫通穴２２の内側には、誘電率および誘電正接の小さい材料で形成された保護筒２３が取り付けられている。保護筒２３は、円盤状に形成された上部２３ａと、円筒状に形成された下部２３ｂを有しており、下部２３ｂの外径は４ｍｍとされている。保護筒２３の下部２３ｂを貫通穴２２に圧入することにより、保護筒２３と円環部２０ａの壁面同士が隙間なく密着する。これにより、空洞共振器２０内に液体や塵等が進入することが防止できる。
【００１１】
図２は、コントローラ３０の構成を示している。同図において、コントローラ３０は、サーキュレータ３１と結合器３２と分周器３３とカウンタ３４と検波器３５とＬＮＡ（低雑音増幅回路）３６ａ，３６ｂとＡＤＣ（アナログ・デジタルコンバータ）３７ａとＤＡＣ（デジタル・アナログコンバータ）３７ｂとＶＣＯ（電圧制御発振器）３８とＭＣＰＵ（マイクロコンピュータ）３９とから構成されている。ＶＣＯ３８は、ＬＮＡ３６ｂとサーキュレータ３１を介して送受信アンテナ２１と接続しており、ＭＣＰＵ３９からＤＡＣ３７を介して出力される制御電圧に基づく周波数で発振し、送受信アンテナ２１からマイクロ波を発信させる。
【００１２】
送受信アンテナ２１は、受信アンテナも兼ねており、空洞共振器２０にて共振したマイクロ波を受信する。マイクロ波の受信信号は、サーキュレータ３１においてＶＣＯ３８からの出力信号と分岐させられ、さらに結合器３２において２系統に分岐させられる。その一方の受信信号は、分周器３３を介してカウンタ３４に入力され、当該カウンタ３４において周波数が計数される。他方の受信信号は、検波器３５にて検波され、ＬＮＡ３６ａにてその受信強度が増幅される。ＬＮＡ３６ａにて増幅された受信強度は、ＡＤＣ３７ａにてデジタル信号に変換され、ＭＣＰＵ３９に入力される。ＭＣＰＵ３９は、ＡＤＣ３７ａから入力された受信強度が最大となるようにＤＡＣ３７に出力する制御信号を調整し、ＶＣＯ３８の制御電圧を調整する。これにより、送受信アンテナ２１から発振されるマイクロ波の周波数が空洞共振器２０固有の共振周波数となるように調整される。なお、本実施形態の空洞共振器２０においては、ＩＳＭ用として開放されている５．８ＧＨｚ帯が共振周波数となる。
【００１３】
カウンタ３４が計数した周波数は、ＭＣＰＵ３９に入力され、当該周波数に基づく解析処理が実行される。なお、本実施形態では、送信手段と受信手段の双方に相当する送受信アンテナ２１を使用することとしたが、送信専用アンテナと受信専用アンテナをそれぞれ備えるようにしてもよい。ＭＣＰＵ３９には、図示しないＣＰＵとＲＡＭやＲＯＭが備えられており、ＲＯＭに記憶されたプログラムに基づいて、ＣＰＵが演算を実行する。その際に、ＲＡＭがワークエリアとして利用される。
【００１４】
図３は、液体体積測定装置に取り付けられる測定容器の外観および断面形状を示している。同図において、測定容器４０は、底面４０ａ１を有する円筒状の下方部分４０ａと、すり鉢状の上方部分４０ｂとから構成されている。下方部分４０ａの外径は保護筒２３の下部２３ｂの内径よりもわずかに小さく形成されている。上方部分４０ｂは上方に開口しており、当該開口から液体を注入することが可能となっている。上方部分４０ｂに注入された少量の液体は、測定容器４０内を流下し、下方部分４０ａに溜まる。上方部分４０ｂをすり鉢状とすることにより、測定容器４０への液体の注入を容易とすることができる。なお、測定容器４０は、撥水性が高く、かつ、誘電率、誘電正接の小さいＰＴＦＥ（四フッ化エチレン樹脂）によって形成されている。
【００１５】
図４は、測定容器４０が取り付けられた状態の空洞共振器２０の軸心Ｃ付近の断面を示している。同図において、保護筒２３の円筒状の下部２３ｂの内側に測定容器４０の下方部分４０ａが挿し込まれている。測定容器４０の上方部分４０ｂが保護筒２３の上部２３ａに当接することにより、測定容器４０の底面４０ａ１の高さが円盤部２０ｂの中空空間の下端の高さと一致するように測定容器４０が位置決めされる。なお、図４の状態で測定容器４０を空洞共振器２０の軸心Ｃにて保持する保護筒２３が本発明の保持部に相当する。なお、円盤部２０ｂの中空空間の下端の高さをｚ0とし、同中空空間の上端の高さをｚ1と表すものとする。
【００１６】
以上の構成において、送受信アンテナ２１からマイクロ波を発信すると、軸心Ｃにおいては図５のような電界強度の分布が形成される。図５において、横軸は電界強度Ｅを示し、縦軸は軸方向の位置ｚを示している。円盤部２０ｂの中空空間の下端の高さｚ0と、上端の高さｚ1の間の空間においては略一定値の電界強度となっており、下端の高さｚ0より下方および上端の高さｚ1よりも上方の空間においては電界強度が上記一定値から徐々に減衰し、次第に０に収束している。円盤部２０ｂの中央に設けられた貫通穴２２の径は４ｍｍと小さいため、貫通穴２２の内側における高さｚ0〜ｚ1の空間においては、５．８ＧＨｚ帯で共振するマイクロ波の電界強度を略一定値に保つことができる。なお、高さｚ0〜ｚ1の空間が本発明の第１作用空間に相当する。一方、下端の高さｚ0より下方および上端の高さｚ1よりも上方の空間は、大気開放空間となるため、高さｚ0，ｚ1からの距離に応じて電界強度が減衰する。これらの空間は、本発明の第２作用空間に相当する。
【００１７】
ところで、測定容器４０に液体を少量注入した場合、液体の上端（液面）の高さが高さｚ0〜ｚ1との間となり、液体全体が電界強度が略一定値となる第１作用空間に存在することとなる。本実施形態では、測定容器４０に気泡を含むことなく液体を１０μｌ注入すると、液面の高さが高さｚ1と同等となるように、測定容器４０が設計されている。一方、測定容器４０に液体を１０μｌ以上注入した場合には、液面の高さが高さｚ1よりも高くなり、液体の一部が電界強度が減衰する第２作用空間に存在することとなる。
【００１８】
（２）解析処理および解析理論：
（２−１）：体積の測定：
電磁界が乱されない程度の微小な体積の誘電体がマイクロ波の共振空洞に侵入したときに、共振周波数がわずかに変化する。共振空洞の体積を基準体積Ｖ、侵入前の共振周波数を基準周波数ｆ0、侵入後の共振周波数を変動周波数ｆL、侵入した誘電体の比誘電率をε、その体積をΔＶとすると、これらの間に下記の（１）式の関係が成立する。
【数１】
【００１９】
なお、上記の（１）式において、αは共振空洞におけるマイクロ波の振動モードに応じた定数を示している。また、上記の（１）式が成立するためには、液体が存在する領域の電磁界の場が均一であり、その電界強度が一定であることが前提となる。さらに、侵入前後の周波数の比（ｆ0−ｆL）／ｆ0を変化率ｒfとして、上記の（１）式を整理すると、下記の（２）式を得ることができる。
【数２】
上記の（２）式によれば、変化率ｒfは、侵入した誘電体の体積ΔＶに比例した値であるということができる。この性質は、既知の体積ΔＶの誘電体の誘電率εを測定するのに利用されているが、本発明においては、誘電体としての液体の体積ΔＶは未知であるため、体積ΔＶを算出するための解析を行う。なお、αは共振空洞におけるマイクロ波の振動モードに応じた定数であり、既知の値である。同様に、基準体積Ｖも空洞共振器２０の容積から得られるため、既知の値である。
【００２０】
変化率ｒfは、共振周波数の比（ｆ0−ｆL）／ｆ0を算出することにより得ることができる。まず、何ら液体（誘電体）を注入していない状態の測定容器４０を空洞共振器２０の軸心Ｃに図４の態様で取り付け、そのときの共振周波数を取得する。具体的には、送受信アンテナ２１が受信したマイクロ波の周波数をカウンタ３４が計数し、当該周波数を基準周波数ｆ0としてＭＣＰＵ３９が取得する。
【００２１】
次に、測定対象の液体を注入した状態の測定容器４０を空洞共振器２０の軸心Ｃに図４の態様で取り付け、そのときの共振周波数を取得する。このとき、測定容器４０における液体の液面の高さが円盤部２０ｂの中空空間の上端の高さｚ1よりも高くならないような液体の量とする。すなわち、本実施形態において測定する液体の体積は、液面の高さが円盤部２０ｂの中空空間の上端の高さｚ1よりも高くならない１０μｌ以下とする。
【００２２】
なお、測定対象の液体の粘性等や測定容器４０に液体を注入する手法によっては、測定容器４０における液体に気泡が含まれることも考えられる。この場合も、気泡を含んだ液面の最も高い位置が高さｚ1よりも高くならないようにする。このようにすれば、液体の全体を電界強度が一定値となる電磁界の場に存在させることができ、上記の（１），（２）式による解析を可能とすることができる。以上の状態において、送受信アンテナ２１が受信したマイクロ波の周波数をカウンタ３４が計数し、当該周波数を変動周波数ｆLとしてＭＣＰＵ３９が取得する。これにより、基準周波数ｆ0と変動周波数ｆLとが得られるため、ＭＣＰＵ３９がそれらの比（ｆ0−ｆL）／ｆ0である変化率ｒfを算出することができる。
【００２３】
測定対象の液体の比誘電率εが既知である場合には、上記の（２）式に変化率ｒfと比誘電率εと定数αと基準体積Ｖを代入することにより、液体の体積ΔＶを算出することができる。また、測定容器４０における液体に気泡が含まれる場合でも、空気層は共振周波数に影響を与えることはないため、気泡の影響を受けることなく体積ΔＶを測定することができる。
【００２４】
（２−２）：比誘電率の測定：
以上のように、比誘電率εが既知である場合には、極めて容易に液体の体積ΔＶを算出することができる。ところが、比誘電率εは、液体の濃度や温度にも大きく依存するため、個々の液体について把握しておくのは実質的に困難となる。そこで、液体体積測定装置１０においては、予め液体の比誘電率εを測定し、当該比誘電率εに基づいて液体の体積ΔＶを算出する。以下、比誘電率εを測定するための処理および理論について説明する。上記の（１），（２）式は、電界強度が一定であることを前提としたものであるが、電界強度が変動する場合にも共振周波数の変化率ｒfが変動することが確認されている。
【００２５】
図６は、電界強度と共振周波数の変化率ｒfとの関係を検証した実験結果を示している。同図において、縦軸はそれぞれ最大値を１とするように正規化された電界強度Ｅと電力Ｅ2と変化率ｒfを示し、横軸は位置を示している。本実験では、位置に応じて電界強度がグラフのように変動する電磁界の場を形成し、当該電磁界の各位置において体積比ΔＶ／Ｖが３３７ｐｐｍとなる微小体積ΔＶの水滴を置いた場合に得られる変化率ｒfを測定した。この実験結果が示すように、共振周波数の変化率ｒfは、電界強度Ｅおよび電力Ｅ2の変動に対応して変動するとともに、電力Ｅ2に比例することが確認できる。
【００２６】
電界強度Ｅおよび電力Ｅ2が一定値の場においては上記の（１），（２）式にしたがって体積ΔＶの増加に応じて共振周波数の変化率ｒfも比例的に増加していくが、電界強度Ｅおよび電力Ｅ2が減衰し、０に収束するような電磁界の場においては体積ΔＶの増加よりも電力Ｅ2の減少の方が支配的となり共振周波数の変化率ｒfの増加量も０に収束していくこととなる。
【００２７】
図７は共振周波数の変化率ｒfの推移を、図５に示した空洞共振器２０の軸心Ｃに沿った電界強度の分布と対比して示している。同図においては、測定容器４０に対する液体の注入量を徐々に大きくしていったときの共振周波数の変化率ｒfを、各液面の高さｚについて示している。ここでは、測定容器４０中の液体に気泡が含まれないようにする。同図に示すように、電界強度Ｅおよび電力Ｅ2が一定値となる高さｚ1までは体積ΔＶの増加とともに比例的に共振周波数の変化率ｒfが増加するとともに、電界強度Ｅおよび電力Ｅ2が一定値から減衰する高さｚ1を超える領域においては体積ΔＶの増加に伴う共振周波数の変化率ｒfの増加が鈍くなっている。
【００２８】
さらに、電力Ｅ2がほぼ無視できる高さまで、測定容器４０に液体を注入したところで、共振周波数の変化率ｒfが体積ΔＶの増加に依存しなくなり、共振周波数の変化率ｒfは一定の飽和値ｒfsに収束することとなる。なお、液面の高さｚ2（７ｍｍ）において電界強度Ｅが上記一定値の１／１００の大きさとなり、その２乗に相当する電力Ｅ2は１／１００００の大きさとなる。そのため、高さｚ2を超える高さに存在する液体に作用する電力Ｅ2をほぼ無視することができ、高さｚ2を超える高さに存在する液体成分が全体の共振周波数の変化率ｒfに寄与しなくなり、最終的に共振周波数の変化率ｒfは飽和値ｒfsとなると考えることができる。
【００２９】
飽和値ｒfsは体積ΔＶに依存しない値であることから、飽和値ｒfsは上記の（２）式において共振周波数の変化率ｒfは比誘電率εのみに依存する（基準体積Ｖ、定数αは、いずれも定数。）と考えることができる。すなわち、飽和値は比誘電率εのみに依存するため、飽和値ｒfsから一意に比誘電率εを特定することが可能となる。従って、予め比誘電率εが既知の液体について上述した飽和値ｒfsを調査しておき、比誘電率εと上記飽和値ｒfsとの対応関係を規定したルックアップテーブルを用意しておけば、飽和値ｒfsの測定を行うことにより未知の比誘電率εを特定することができる。本実施形態においては、液面が高さｚ２を超える量の液体を注入した時点の共振周波数の変化率ｒfを飽和値ｒfsとしてＭＣＰＵ３９がカウンタ３４の計数に基づいて算出する。このときの液体の注入量は液面が高さｚ2を超えればよく、注入量の正確さは要求されない。そして、ＭＣＰＵ３９の図示しないＲＯＭに記憶された上記のルックアップテーブルを参照して、飽和値ｒfsに対応する比誘電率εを特定する。
【００３０】
以上のようにして予め比誘電率εを特定しておけば、２−１節で述べたように測定容器４０に対して液面が高さｚ1を超えないよう（液面が高さｚ1を超えなければ気泡を含んでいてもよい。）に液体を注入したときの共振周波数の変化率ｒfを測定し、当該変化率ｒfと予め特定した比誘電率εとを上記の（２）式に代入することにより、体積ΔＶを算出することができる。また、上記の（２）式の演算の代わりに、測定時の共振周波数の変化率ｒfと飽和値ｒfsに対応する体積ΔＶを規定した３次元ルックアップテーブルを用意しておき、当該３次元ルックアップテーブルを参照することにより、直接、体積ΔＶを特定するようにしてもよい。
【００３１】
例えば、コントローラ３０に初期設定モードと測定モードとを切り換えるためのスイッチ等を設けておき、当該スイッチにより初期設定モードに切り換えた上で、液面が高さｚ2を超えるように液体を注入した測定容器４０を使用者が取り付けることにより、ＭＣＰＵ３９が比誘電率εを特定し、登録する。そして、当該スイッチにより測定モードに切り換えた上で、液面が高さｚ1を超えないように同じ種類の液体を注入した測定容器４０を使用者が取り付けることにより、ＭＣＰＵ３９が登録された比誘電率εを使用して体積ΔＶを測定する。
【００３２】
続けて同じ種類の液体の体積ΔＶを測定する場合には、すでに比誘電率εが登録されているため、測定モードに切り換えたまま、次の測定容器４０を取り付けて体積ΔＶを測定することができる。さらに、液体の種類や液温等の識別情報と比誘電率εの対応関係をＭＣＰＵ３９の図示しないＲＯＭにプリセットできるようにしておき、上記識別情報から比誘電率εが呼び出されて使用できるようにしてもよい。このようにすれば、毎回、初期設定モードによる比誘電率εの登録をしなくても済む。
【００３３】
（３）変形例：
図８のように測定容器４０の上方に、測定容器４０への液体の進入経路を絞り込む錘状の絞り６０を備えるようにしてもよい。本変形例において、絞り６０の開口径を０．２５ｍｍとしている。このようにすることにより、測定容器４０の内部に液体が注入可能な吐出機構の位置や吐出方向を限定することができる。上記の実施形態によれば、同一形状の測定容器４０を複数用意しておき、測定容器４０を取り替えることにより、同種の液体について連続して体積測定を行うことができる。しかしながら、測定容器４０の取替は煩雑であり、測定効率の低下を招くため、測定容器４０を排液可能に構成してもよい。
【００３４】
図８においては上述した弁４２を上下に駆動させるためのアクチュエータ７０が軸心Ｃの同軸上に備えられており、アクチュエータ７０の図示しない駆動子と弁４２とが略円柱状のシャフト４２ａによって接続されている。また、内壁がシャフト４２ａの側面に摺接するように固定された略円筒状のガイド軸受け７１がアクチュエータ７０の上部に備えられており、弁４２が高精度に駆動することが可能となっている。このようにすれば、弁４２が下方に駆動したときの負圧および液体の自重によって、測定容器４０から液体を排出することができる。また、弁４２が収容される空間と連通した経路が形成されており、当該経路にイジェクタ８０が備えられている。これにより、測定容器４０から排出した液体を外部に排出することが可能となり、連続的な液体測定を可能とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】空洞共振器の構造を示す図である。
【図２】コントローラの構成を示すブロック図である。
【図３】測定容器の構造を示す図である。
【図４】測定容器の取り付け状態を示す図である。
【図５】軸心における電界強度の分布を示すグラフである。
【図６】電界強度と共振周波数の変化率との関係を示すグラフである。
【図７】液面の高さに応じた共振周波数の変化率の推移を示すグラフである。
【図８】変形例にかかる測定容器を示す図である。
【符号の説明】
【００３６】
２０…空洞共振器、２０ａ…円環部、２０ｂ…円盤部、２０ｃ…矩形部、２１…送受信アンテナ、３０…コントローラ、３１…サーキュレータ、３２…結合器、３３…分周器、３４…カウンタ、３５…検波器、３６ａ，３６ｂ…ＬＮＡ、３７ａ…ＡＤＣ、３７ｂ…ＤＡＣ、３８…ＶＣＯ、３９…ＭＣＰＵ、４０…測定容器。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定容器に注入された液体の体積を測定する液体体積測定装置において、
マイクロ波を発信する発信手段と、
上記マイクロ波による電界強度が略一定値となる第１作用空間と、上記第１作用空間に上記液体が存在するように上記測定容器を保持する保持部を備える空洞共振器と、
上記マイクロ波を受信する受信手段と、
上記受信手段にて受信された上記マイクロ波の周波数に基づいて上記液体の体積を取得する解析手段とを具備することを特徴とする液体体積測定装置。
【請求項２】
上記空洞共振器は、同軸型であるとともに、その軸心に上記保持部を有することを特徴とする請求項１に記載の液体体積測定装置。
【請求項３】
上記空洞共振器は、上記マイクロ波による電界強度が上記略一定値から減衰する第２作用空間をさらに備えるとともに、
上記保持部は、上記第１作用空間および上記第２作用空間に上記液体が存在するように上記測定容器を保持する請求項１または請求項２のいずれかに記載の液体体積測定装置。
【請求項４】
上記第２作用空間は大気開放空間であることを特徴とする請求項１または請求項２のいずれか一項に記載の液体体積測定装置。
【請求項５】
上記解析手段は、上記第１作用空間に存在する上記液体の体積を上記周波数に基づいて測定するにあたり、上記第１作用空間および上記第２作用空間に上記液体が存在するように上記測定容器に上記液体を注入したときの上記周波数に対応する値を上記液体の誘電率として使用することを特徴とする請求項３または請求項４のいずれかに記載の液体体積測定装置。
【請求項６】
上記測定容器は、略円筒状の下方部分と略すり鉢状の上方部分とから構成されることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の液体体積測定装置。
【請求項７】
上記測定容器は排液可能であることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の液体体積測定装置。
【請求項８】
測定容器に注入された液体の体積を測定する液体体積測定方法において、
発信手段によって、マイクロ波を発信し、
受信手段によって、上記マイクロ波による電界強度が略一定値となる第１作用空間と、上記第１作用空間に上記液体が存在するように上記測定容器を保持する保持部を備える空洞共振器における上記マイクロ波を受信し、
解析手段によって、上記受信手段にて受信された上記マイクロ波の周波数に基づいて上記液体の体積を取得することを特徴とする液体体積測定方法。
【請求項１】
測定容器に注入された液体の体積を測定する液体体積測定装置において、
マイクロ波を発信する発信手段と、
上記マイクロ波による電界強度が略一定値となる第１作用空間と、上記第１作用空間に上記液体が存在するように上記測定容器を保持する保持部を備える空洞共振器と、
上記マイクロ波を受信する受信手段と、
上記受信手段にて受信された上記マイクロ波の周波数に基づいて上記液体の体積を取得する解析手段とを具備することを特徴とする液体体積測定装置。
【請求項２】
上記空洞共振器は、同軸型であるとともに、その軸心に上記保持部を有することを特徴とする請求項１に記載の液体体積測定装置。
【請求項３】
上記空洞共振器は、上記マイクロ波による電界強度が上記略一定値から減衰する第２作用空間をさらに備えるとともに、
上記保持部は、上記第１作用空間および上記第２作用空間に上記液体が存在するように上記測定容器を保持する請求項１または請求項２のいずれかに記載の液体体積測定装置。
【請求項４】
上記第２作用空間は大気開放空間であることを特徴とする請求項１または請求項２のいずれか一項に記載の液体体積測定装置。
【請求項５】
上記解析手段は、上記第１作用空間に存在する上記液体の体積を上記周波数に基づいて測定するにあたり、上記第１作用空間および上記第２作用空間に上記液体が存在するように上記測定容器に上記液体を注入したときの上記周波数に対応する値を上記液体の誘電率として使用することを特徴とする請求項３または請求項４のいずれかに記載の液体体積測定装置。
【請求項６】
上記測定容器は、略円筒状の下方部分と略すり鉢状の上方部分とから構成されることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の液体体積測定装置。
【請求項７】
上記測定容器は排液可能であることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の液体体積測定装置。
【請求項８】
測定容器に注入された液体の体積を測定する液体体積測定方法において、
発信手段によって、マイクロ波を発信し、
受信手段によって、上記マイクロ波による電界強度が略一定値となる第１作用空間と、上記第１作用空間に上記液体が存在するように上記測定容器を保持する保持部を備える空洞共振器における上記マイクロ波を受信し、
解析手段によって、上記受信手段にて受信された上記マイクロ波の周波数に基づいて上記液体の体積を取得することを特徴とする液体体積測定方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２００９−１２８１２０（Ｐ２００９−１２８１２０Ａ）
【公開日】平成２１年６月１１日（２００９．６．１１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−３０１９８２（Ｐ２００７−３０１９８２）
【出願日】平成１９年１１月２１日（２００７．１１．２１）
【特許番号】特許第４１３４２６４号（Ｐ４１３４２６４）
【特許公報発行日】平成２０年８月２０日（２００８．８．２０）
【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）国等の委託研究の成果に係る特許出願（平成１８年度独立行政法人科学技術振興機構革新技術開発研究事業、産業活力再生特別措置法第３０条の規定を受けるもの）
【出願人】（５９１１１３４３７）オーム電機株式会社 (23)
【公開日】平成２１年６月１１日（２００９．６．１１）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年１１月２１日（２００７．１１．２１）
【特許番号】特許第４１３４２６４号（Ｐ４１３４２６４）
【特許公報発行日】平成２０年８月２０日（２００８．８．２０）
【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）国等の委託研究の成果に係る特許出願（平成１８年度独立行政法人科学技術振興機構革新技術開発研究事業、産業活力再生特別措置法第３０条の規定を受けるもの）
【出願人】（５９１１１３４３７）オーム電機株式会社 (23)
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