自動液体注入装置
【課題】自動液体注入装置において、目盛線付容器の目盛線及び液面を二次元画像により検出する従来の方法では、目盛線付容器の透光率が変わると正確な検出が困難となる。
【解決手段】本発明では、目盛線付容器３に、目盛線に基づく所定位置まで液体を注入する構成とした自動液体注入装置において、一方側に二次元イメージセンサ１３を配置すると共に、他方側に照明手段１４を配置し、目盛線付容器を二次元イメージセンサにより撮像した二次元画像から目盛線２２及び液面２３の夫々の位置を検出する検出手段１９と、検出した目盛線及び液面の夫々の位置に基づいて液体注入手段１０を制御する制御手段２０と、二次元画像における目盛線付容器の輝度情報に基づいて照明手段の照射光量を調節する調光手段２１とを構成した自動液体注入装置を提案している。
【解決手段】本発明では、目盛線付容器３に、目盛線に基づく所定位置まで液体を注入する構成とした自動液体注入装置において、一方側に二次元イメージセンサ１３を配置すると共に、他方側に照明手段１４を配置し、目盛線付容器を二次元イメージセンサにより撮像した二次元画像から目盛線２２及び液面２３の夫々の位置を検出する検出手段１９と、検出した目盛線及び液面の夫々の位置に基づいて液体注入手段１０を制御する制御手段２０と、二次元画像における目盛線付容器の輝度情報に基づいて照明手段の照射光量を調節する調光手段２１とを構成した自動液体注入装置を提案している。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動メスアップ装置等の自動液体注入装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
例えば含量均一性試験等の分析業務では、多種多様の溶液の調整を行うために、メスフラスコ等の多数の目盛線付容器に対して、メスアップ、即ち、ある条件下で、溶液を、目盛線まで注入する操作が必要である。
【０００３】
このメスアップは、厳密に行う必要性があるので、人手により行った場合には多大な時間と労力を要していた。このため、これらの操作を、高精度で、且つ迅速に実行することができる自動液体注入装置の開発が求められている。
【０００４】
このような自動液体注入装置の従来技術として、特許文献１には、液体を注入している目盛線付透明容器をテレビカメラにて撮像し、その二次元画像から液体が目盛線による所定位置に至ったことを検出して注入を停止するようにした自動液体注入装置が記載されている。
【０００５】
また特許文献２には、目盛線及び液面の高精度の検出を可能としてメスアップの操作を高精度の状態で自動化する自動メスアップ装置が記載されており、このシステムは、ロボットシステムにより所定位置にセットされ、溶媒を注入している目盛線付透明容器に、平行レーザ光を目盛線を含む部分に向けてレーザ発光部から投光し、透明容器を透過したレーザ光をレーザ受光部により受光して、透過レーザ光の光量を検出し、この検出された光量信号に基づいて注入手段を制御して目盛線に基づく所望液面レベルまで液体を満たすというものである。この装置では、レーザ投光器とレーザ受光器を目盛線に対応させて位置決めするための駆動手段が設けられている。
【０００６】
また特許文献３には、各種飲料の製造ラインにおいて、ガラスや合成樹脂製の容器に充填されている液体の量が予め定められた範囲内にあるか否かを検査したり、容器内の液体、又は容器自体に異物が混入していないか否かを検査する際などに使用される液体充填用容器を撮像装置が記載されており、この撮像装置は、発光装置と受光装置とを備え、前記発光装置からの光を液体充填用容器に照射して透過させ、その透過光を前記受光装置で受光して、前記容器を撮像する装置において、前記発光装置により近赤外光を照射して、前記容器を撮像するというものである。
【特許文献１】特開２００６−６１８８４号公報
【特許文献２】特開平６−２９５２０８号公報
【特許文献３】特開２００１−２２１７４６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
以上のような自動液体注入装置を用いて光分解性を有する物質を含んだ液体を目盛線付容器に注入する場合には、この目盛線付容器は遮光性を有する褐色容器とする必要がある。
【０００８】
しかしながら褐色容器を使用すると、照明光の透光量が減少して、撮像した画像における目盛線や液面の輝度と、他の部分との輝度の差、即ちコントラストが小さくなるため、透明容器を対象としている上記特許文献１及び特許文献２の装置では目盛線や液面の検出が困難になる。一方、これらの装置において、仮に、照明光の照射光量を大きくした場合には褐色容器でも目盛線や液面の検出が行える可能性があるが、このような照射光量において透明容器を使用すると、今度は、透光量が大きすぎて画像の輝度が飽和してしまい、やはり目盛線や液面の検出が困難になる。
【０００９】
特許文献３の装置は、赤外線を利用することにより、容器の色が黒や濃い緑色あるいは茶色などの濃色であっても、容器に充填された液体の液面を確実に検出したり、その液体中あるいは容器内または容器材中への異物の混入を確実に検出できるというものであるが、赤外線を利用したとしても容器の色によって透過光の減衰率が異なるため、容器の色が変わると、撮像した画像の輝度が変わって、液面の検出条件も異なってしまい、確実な液面の検出が行えなくなる。
本発明はこのような課題を解決することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
以上の課題を解決するために、本発明では、まず液体注入手段の液体注入部の下方空間に位置する目盛線付容器に、目盛線に基づく所定位置まで液体を注入する構成とした自動液体注入装置において、上記下方空間を横方向に隔てて、一方側に二次元イメージセンサを配置すると共に、他方側に、上記二次元イメージセンサに対向させて照明手段を配置し、上記下方空間に位置させた目盛線付容器を二次元イメージセンサにより撮像した二次元画像から目盛線及び液面の夫々の位置を検出する検出手段と、検出手段により検出した目盛線及び液面の夫々の位置に基づいて液体注入手段を制御する制御手段と、検出手段により検出した二次元画像における輝度情報に基づいて上記照明手段の照射光量を調節する調光手段とを構成した自動液体注入装置を提案する。
【００１１】
また本発明では、次に、液体注入手段の液体注入部の下方空間に位置する目盛線付容器に、目盛線に基づく所定位置まで液体を注入する構成とした自動液体注入装置において、上記下方空間を横方向に隔てて、一方側に二次元イメージセンサを配置すると共に、他方側に、上記二次元イメージセンサに対向させて照明手段を配置し、上記下方空間に位置させた目盛線付容器を二次元イメージセンサにより撮像した二次元画像から目盛線及び液面の夫々の位置を検出する検出手段と、検出手段により検出した目盛線及び液面の夫々の位置に基づいて液体注入手段を制御する制御手段と、検出手段により検出した二次元画像における輝度情報に基づいて上記二次元イメージセンサの受光光量又は検出手段に入力する二次元画像の信号強度を調節する調光手段を構成した自動液体注入装置を提案する。
【００１２】
更に本発明では、次に、液体注入手段の液体注入部の下方空間に位置する目盛線付容器に、目盛線に基づく所定位置まで液体を注入する構成とした自動液体注入装置において、上記下方空間を横方向に隔てて、一方側に二次元イメージセンサを配置すると共に、他方側に、上記二次元イメージセンサに対向させて照明手段を配置し、上記下方空間に位置させた目盛線付容器を二次元イメージセンサにより撮像した二次元画像から目盛線及び液面の夫々の位置を検出する検出手段と、検出手段により検出した目盛線及び液面の夫々の位置に基づいて液体注入手段を制御する制御手段と、検出手段により検出した二次元画像における輝度情報に基づいて上記照明手段の照射光量を調節すると共に、上記二次元イメージセンサの受光光量又は検出手段に入力する二次元画像の信号強度を調節する調光手段を構成した自動液体注入装置を提案する。
【００１３】
そして本発明では、以上の構成において、調光手段は、二次元画像における目盛線付容器の輝度情報中、最も輝度が高い部分の輝度を設定値とするように調節信号を発する構成とすることを提案する。
【００１４】
また本発明では、以上の構成において、調光手段は、二次元画像における目盛線付容器の輝度情報中、最も輝度が高い部分と低い部分の輝度の差を最大とするように調節信号を発する構成とすることを提案する。
【発明の効果】
【００１５】
以上の本発明では、液体注入手段の液体注入部の下方空間に位置させた目盛線付容器内に液体の注入において、二次元イメージセンサにより撮像した目盛線付容器の二次元画像から目盛線及び液面の夫々の位置を検出する際、検出手段により検出した二次元画像における輝度情報に基づいて照明手段の照射光量を調節したり、二次元イメージセンサの受光光量又は検出手段に入力する二次元画像の信号強度を調節することにより、目盛線や液面に対応する輝度と、目盛線付容器の他の部分に対応する輝度との差、即ちコントラストを大きくすることができるので、このような二次元画像から目盛線及び液面の夫々の位置を確実に検出することができる。
【００１６】
二次元画像における目盛線や液面の輝度と、目盛線付容器の他の部分の輝度との差、即ちコントラストは、目盛線付容器の他の部分の輝度が低い場合には小さく、他の部分の輝度が高くなるに従って次第に大きくなって行くが、他の部分の輝度が高くなり過ぎると、これに伴って目盛線や液面の輝度も高くなるので、コントラストは低下してしまう。
【００１７】
このことから、コントラストを大きくするためには、二次元画像における目盛線付容器の輝度情報中、最も輝度が高い部分、即ち一般には上記他の部分の輝度を設定値とするように制御することもできるし、また最も輝度が高い部分と低い部分の輝度の差、即ちコントラストを最大とするように直接的に制御することもできる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
次に本発明を実施するための最良の形態を添付図面を参照して説明する。
図１は本発明に係る自動液体注入装置の全体構成の一例を模式的に示す斜視図、図２は要部を模式的に示す側面図、図３は照明手段を模式的に示す正面図である。
符号１は基台であり、この基台１上に液体注入手段２と、目盛線付容器３を所定位置に移動させるためのターンテーブル４を設けている。
【００１９】
液体注入手段２は、シリンジポンプ５と、その吸込側にチューブ６を介して接続した液体容器７と、吐出側にチューブ８を介して接続したプローブニードル等の液体注入部９と、注入制御手段１０とから構成している。液体注入部９は、基台１上に設けた支持部１１によりターンテーブル４の上方に支持されており、その下方空間１２において目盛線付容器３に液体を注入する構成としている。
【００２０】
そして支持部１１は、上記下方空間１２を横方向に隔てて、一方側に二次元イメージセンサ１３を支持すると共に、他方側に、この二次元イメージセンサ１３に対向させて照明手段１４を支持している。
【００２１】
二次元イメージセンサ１３にはシャッタ１５を設けており、このシャッタ１５の開閉時間により二次元イメージセンサ１３の受光光量を調節可能に構成している。
【００２２】
また照明手段１４は、矩形状の面状光照射部１６を設けると共に、その周囲に面状光照射部１６の投光色とは色を異ならせた配色部１７を構成している。図３に示されるように、左右側の配色部１７ａと下側の配色部１７ｂは幅を太く形成している。
【００２３】
また、ターンテーブル４には、目盛線付容器３を安定に載置して支持するための凹部１８を形成している。
【００２４】
一方、二次元イメージセンサ１３からの撮像信号は、その信号を処理して二次元画像から目盛線及び液面の夫々の位置を検出する検出手段１９に入力され、その検出信号は制御手段２０に入力される。そして制御手段２０は、上記検出信号に基づいて適宜の処理を行って注入制御手段１０を制御する。
【００２５】
検出手段１９は、上記目盛線及び液面の夫々の位置を検出する処理に付帯する各種の処理、例えば上記二次元イメージセンサ１３からの撮像信号を増幅する等の適宜の前処理を行って所定の二次元画像を生成したり、記憶したりする等の処理を行う構成としている。
【００２６】
次に符号２１は調光手段であり、この調光手段２１は、図中破線の制御信号の流れに示されているように、照明手段１４の照射光量を調節する制御信号と、上記シャッタ１５の開閉時間を調節する制御信号と、上記検出手段１９における撮像信号の増幅手段のゲインを調節する制御信号を発する構成としている。
【００２７】
調光手段２１は、以上の制御信号を全て発する構成とする他、いずれか１つの制御信号を発する構成としたり、いずれか２つの制御信号を発する構成とすることもできる。また、以上の検出手段１９、制御手段２０及び調光手段２１はコンピュータ応用装置Ｃにより構成することができる。
【００２８】
尚、図において符号２２は目盛線付容器３に形成されている目盛線、２３は目盛線付容器３に注入された液体の液面を示すものである。
【００２９】
以上の実施の形態における自動液体注入の流れを図４に示す流れ図を参照して説明する。
まずステップＳ１では、目盛線付容器３をターンテーブル４の凹部１８上に載置した状態で、ターンテーブル４を駆動して目盛線付容器３を液体注入部９の下方空間１２に移動する。
【００３０】
次いでステップＳ２では、照明手段１４から光を照射し、背面側から照明手段１４により照明されている目盛線付容器３を二次元イメージセンサ１３により撮像し、検出手段１９において二次元画像２４を得る。尚、図５は二次元画像２４の一部を示すものであるが、この図では便宜的に液体が注入されていて液面（メニスカス）が表れている状態を示している。
【００３１】
この実施の形態では、二次元画像２４中には図５に模式的に示したように、照明手段の面状光照射部の左右側に配置した配色部１７ａの像２５が、目盛線付容器３の広角のレンズ作用によって、目盛線付容器３の両端縁に縦方向に線状に表れており、この配色部１７ａの色は面状光照射部１６の投光色と異ならせているため、二次元画像において明確な差が生じており、このため目盛線付容器３の左右方向の位置の検出が容易となっている。
【００３２】
次いでステップＳ３では、二次元画像２４における目盛線付容器３の輝度情報を得る。この輝度情報は、目盛線付容器３を透過した光量に対応する情報であり、目盛線２２や液面２３は、照明手段１４の面状光照射部１６の光を殆ど透過しないため、二次元画像２４中に表れるそれらの部分２２、２３は、他の部分２６と比較して輝度が低い。従って検出手段１９は、これらの輝度の差が大きければ、目盛線２２と液面の位置を容易に検出することができる。
【００３３】
上述したとおり、二次元画像２４における目盛線付容器３の輝度情報は、目盛線付容器３を透過した光量に対応する情報であるから、照明手段１４から照射される光量が一定の場合には、目盛線付容器３が褐色であると、透明の場合と比較して上記他の部分２６の輝度が大幅に低下し、コントラストが低くなってしまう。従って、この場合には目盛線２２と液面２３の位置の検出が困難となってしまう。
【００３４】
一方、目盛線付容器３が透明の場合に照明手段１４から照射される光量が大きく、目盛線付容器３を透過する光量が大きすぎる場合には、他の部分２６の輝度が高くなり過ぎて飽和すると共に、目盛線２２や液面２３の輝度も高くなるので、コントラストは低下してしまい、この場合においても目盛線２２と液面の位置の検出が困難となってしまう。
【００３５】
そこで調光手段２１は、ステップＳ４において、目盛線付容器３の輝度が最適になるように調光を行う。最適な輝度は、上述したように、二次元画像２４中に表れる目盛線２２の輝度と他の部分２６の輝度の差、即ちコントラストが、所定以上となる輝度であれば良く、必ずしも最大となるように調光しなくとも良い。
【００３６】
またこのような調光は、二次元画像２４における目盛線付容器３の輝度情報中、最も輝度が高い部分、即ち一般には上記他の部分２６の輝度を設定値とするように制御することもできるし、また最も輝度が高い部分２６と低い部分、即ち目盛線２２の輝度の差、即ちコントラストを最大とするように直接的に制御することもできる。
【００３７】
調光手段２１による調光は、上述したとおり、図２中の破線の制御信号の流れに示されているように、照明手段１４の照射光量を調節して行ったり、上記シャッタ１５の開閉時間を調節して行ったり、又は上記検出手段１９における撮像信号の増幅手段のゲインを調節して行うことができ、以上の全ての調節や、いずれか１つの調節、又はいずれか２つの調節により調光を行うことができる。
【００３８】
以上の調光を行った後、検出手段１９はステップＳ５において、二次元画像２４中に表れる目盛線２２の輝度と他の部分２６の輝度の差から目盛線２２の位置を検出する。
【００３９】
次いでステップＳ６において制御手段２０は注入制御手段１０に制御信号を発し、液体注入部９からの液体の注入を開始する。そして、検出手段１９は、二次元画像２４における目盛線付容器３の輝度情報を継続的に監視し、二次元画像２４中に表れる目盛線２２と液面２３の位置を検出する。
【００４０】
次いでステップＳ８において液面２３が目盛線２２まで到達したか否かを判断して、これらの位置が一致した時点でステップＳ９において制御手段２０から注入制御手段１０に制御信号を発し、液体注入部９からの液体の注入を停止することにより目盛線２２に基づいた所定量の液体注入を正確に行うことができる。
【００４１】
次いでステップＳ１０では照明手段１４からの光の照射を停止し、次いでステップＳ１１において、次に液体を注入する目盛線付容器３が有るか否かを判断し、有る場合には、ステップＳ１に移行して、以上のステップを繰り返し、また内場合には自動液体注入制御を終了する。
【００４２】
図６、図７は本発明を適用した調光の前後におけるコントラストの変化の例を示すもので、図６は目盛線付容器が薄い褐色フラスコの場合、図７は目盛線付容器が濃い褐色フラスコの場合を示し、夫々（ａ）が調光前、（ｂ）が調光後を示すものである。
【００４３】
これらの例に示すように、本発明に係る調光を行うことにより、目盛線付容器の目盛線と他の部分の輝度との差を大きくすることができることが分かる。
【００４４】
尚、以上の例では、夫々の目盛線付容器３に液体を注入する動作を行う毎に照明手段１４のＯＮ−ＯＦＦを行っているが、次の目盛線付容器への液体の注入制御を開始する際は、前の目盛線付容器３に対して調光した状態を維持するようにすれば、同様な複数の目盛線付容器３に対しての液体の注入を行う場合には、調光に要する時間が短縮される。
【００４５】
尚、以上に説明した実施の形態では、目盛線付容器３は一本のみ目盛線２２を設けたものを挙げているが、複数本の目盛線２２を有する目盛線付容器３にも本発明の装置及び方法を適用できることは勿論である。
【００４６】
また以上に説明した実施の形態では、目盛線付容器３を所定位置まで移動させる手段としてターンテーブル４を説明しているが、この他、ロボットアーム等の適宜のハンドリング手段を適用できることも勿論である。
【産業上の利用可能性】
【００４７】
本発明は以上のとおりであるので、以下に示すような特徴を有し、産業上の利用可能性が大である。
液体注入手段の液体注入部の下方空間に位置させた目盛線付容器内に液体の注入において、二次元イメージセンサにより撮像した目盛線付容器の二次元画像から目盛線及び液面の夫々の位置を検出する際、目盛線付容器を透明のものから褐色のものに替えたり、逆に褐色のものから透明のものに替えた場合においても、検出手段により検出した二次元画像における輝度情報に基づいて照明手段の照射光量を調節したり、二次元イメージセンサの受光光量又は検出手段に入力する二次元画像の信号強度を調節することにより、目盛線や液面に対応する輝度と、目盛線付容器の他の部分に対応する輝度との差、即ちコントラストを大きくすることができるので、このような二次元画像から目盛線及び液面の夫々の位置を確実に検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明に係る自動液体注入装置の全体構成の一例を模式的に示す斜視図である。
【図２】図１の要部を模式的に示す側面図である。
【図３】面状照明手段を模式的に示す正面図である。
【図４】本発明に係る液体注入制御の流れ図である。
【図５】二次元イメージセンサで撮像した二次元画像の一例を示す模式図である。
【図６】本発明を適用した調光の前後におけるコントラストの変化の例を示す説明図である。
【図７】本発明を適用した調光の前後におけるコントラストの変化の他の例を示す説明図である。
【符号の説明】
【００４９】
１ 基台
２ 液体注入手段
３ 目盛線付容器
４ ターンテーブル
５ シリンジポンプ
６、８ チューブ
７ 液体容器
９ 液体注入部（プローブニードル）
１０ 注入制御手段
１１ 支持部
１２ 下方空間
１３ 二次元イメージセンサ
１４ 面状照明手段
１５ 撮像用光学系
１６ 面状光照射部
１７（１７ａ、１７ｂ） 配色部
１８ 凹部
１９ 検出手段
２０ 制御手段
２１ 調光手段
２２ 目盛線
２３ 液面
２４ 二次元画像
２５ 配色部の像
２６ 他の部分
Ｃ コンピュータ応用装置
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動メスアップ装置等の自動液体注入装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
例えば含量均一性試験等の分析業務では、多種多様の溶液の調整を行うために、メスフラスコ等の多数の目盛線付容器に対して、メスアップ、即ち、ある条件下で、溶液を、目盛線まで注入する操作が必要である。
【０００３】
このメスアップは、厳密に行う必要性があるので、人手により行った場合には多大な時間と労力を要していた。このため、これらの操作を、高精度で、且つ迅速に実行することができる自動液体注入装置の開発が求められている。
【０００４】
このような自動液体注入装置の従来技術として、特許文献１には、液体を注入している目盛線付透明容器をテレビカメラにて撮像し、その二次元画像から液体が目盛線による所定位置に至ったことを検出して注入を停止するようにした自動液体注入装置が記載されている。
【０００５】
また特許文献２には、目盛線及び液面の高精度の検出を可能としてメスアップの操作を高精度の状態で自動化する自動メスアップ装置が記載されており、このシステムは、ロボットシステムにより所定位置にセットされ、溶媒を注入している目盛線付透明容器に、平行レーザ光を目盛線を含む部分に向けてレーザ発光部から投光し、透明容器を透過したレーザ光をレーザ受光部により受光して、透過レーザ光の光量を検出し、この検出された光量信号に基づいて注入手段を制御して目盛線に基づく所望液面レベルまで液体を満たすというものである。この装置では、レーザ投光器とレーザ受光器を目盛線に対応させて位置決めするための駆動手段が設けられている。
【０００６】
また特許文献３には、各種飲料の製造ラインにおいて、ガラスや合成樹脂製の容器に充填されている液体の量が予め定められた範囲内にあるか否かを検査したり、容器内の液体、又は容器自体に異物が混入していないか否かを検査する際などに使用される液体充填用容器を撮像装置が記載されており、この撮像装置は、発光装置と受光装置とを備え、前記発光装置からの光を液体充填用容器に照射して透過させ、その透過光を前記受光装置で受光して、前記容器を撮像する装置において、前記発光装置により近赤外光を照射して、前記容器を撮像するというものである。
【特許文献１】特開２００６−６１８８４号公報
【特許文献２】特開平６−２９５２０８号公報
【特許文献３】特開２００１−２２１７４６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
以上のような自動液体注入装置を用いて光分解性を有する物質を含んだ液体を目盛線付容器に注入する場合には、この目盛線付容器は遮光性を有する褐色容器とする必要がある。
【０００８】
しかしながら褐色容器を使用すると、照明光の透光量が減少して、撮像した画像における目盛線や液面の輝度と、他の部分との輝度の差、即ちコントラストが小さくなるため、透明容器を対象としている上記特許文献１及び特許文献２の装置では目盛線や液面の検出が困難になる。一方、これらの装置において、仮に、照明光の照射光量を大きくした場合には褐色容器でも目盛線や液面の検出が行える可能性があるが、このような照射光量において透明容器を使用すると、今度は、透光量が大きすぎて画像の輝度が飽和してしまい、やはり目盛線や液面の検出が困難になる。
【０００９】
特許文献３の装置は、赤外線を利用することにより、容器の色が黒や濃い緑色あるいは茶色などの濃色であっても、容器に充填された液体の液面を確実に検出したり、その液体中あるいは容器内または容器材中への異物の混入を確実に検出できるというものであるが、赤外線を利用したとしても容器の色によって透過光の減衰率が異なるため、容器の色が変わると、撮像した画像の輝度が変わって、液面の検出条件も異なってしまい、確実な液面の検出が行えなくなる。
本発明はこのような課題を解決することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
以上の課題を解決するために、本発明では、まず液体注入手段の液体注入部の下方空間に位置する目盛線付容器に、目盛線に基づく所定位置まで液体を注入する構成とした自動液体注入装置において、上記下方空間を横方向に隔てて、一方側に二次元イメージセンサを配置すると共に、他方側に、上記二次元イメージセンサに対向させて照明手段を配置し、上記下方空間に位置させた目盛線付容器を二次元イメージセンサにより撮像した二次元画像から目盛線及び液面の夫々の位置を検出する検出手段と、検出手段により検出した目盛線及び液面の夫々の位置に基づいて液体注入手段を制御する制御手段と、検出手段により検出した二次元画像における輝度情報に基づいて上記照明手段の照射光量を調節する調光手段とを構成した自動液体注入装置を提案する。
【００１１】
また本発明では、次に、液体注入手段の液体注入部の下方空間に位置する目盛線付容器に、目盛線に基づく所定位置まで液体を注入する構成とした自動液体注入装置において、上記下方空間を横方向に隔てて、一方側に二次元イメージセンサを配置すると共に、他方側に、上記二次元イメージセンサに対向させて照明手段を配置し、上記下方空間に位置させた目盛線付容器を二次元イメージセンサにより撮像した二次元画像から目盛線及び液面の夫々の位置を検出する検出手段と、検出手段により検出した目盛線及び液面の夫々の位置に基づいて液体注入手段を制御する制御手段と、検出手段により検出した二次元画像における輝度情報に基づいて上記二次元イメージセンサの受光光量又は検出手段に入力する二次元画像の信号強度を調節する調光手段を構成した自動液体注入装置を提案する。
【００１２】
更に本発明では、次に、液体注入手段の液体注入部の下方空間に位置する目盛線付容器に、目盛線に基づく所定位置まで液体を注入する構成とした自動液体注入装置において、上記下方空間を横方向に隔てて、一方側に二次元イメージセンサを配置すると共に、他方側に、上記二次元イメージセンサに対向させて照明手段を配置し、上記下方空間に位置させた目盛線付容器を二次元イメージセンサにより撮像した二次元画像から目盛線及び液面の夫々の位置を検出する検出手段と、検出手段により検出した目盛線及び液面の夫々の位置に基づいて液体注入手段を制御する制御手段と、検出手段により検出した二次元画像における輝度情報に基づいて上記照明手段の照射光量を調節すると共に、上記二次元イメージセンサの受光光量又は検出手段に入力する二次元画像の信号強度を調節する調光手段を構成した自動液体注入装置を提案する。
【００１３】
そして本発明では、以上の構成において、調光手段は、二次元画像における目盛線付容器の輝度情報中、最も輝度が高い部分の輝度を設定値とするように調節信号を発する構成とすることを提案する。
【００１４】
また本発明では、以上の構成において、調光手段は、二次元画像における目盛線付容器の輝度情報中、最も輝度が高い部分と低い部分の輝度の差を最大とするように調節信号を発する構成とすることを提案する。
【発明の効果】
【００１５】
以上の本発明では、液体注入手段の液体注入部の下方空間に位置させた目盛線付容器内に液体の注入において、二次元イメージセンサにより撮像した目盛線付容器の二次元画像から目盛線及び液面の夫々の位置を検出する際、検出手段により検出した二次元画像における輝度情報に基づいて照明手段の照射光量を調節したり、二次元イメージセンサの受光光量又は検出手段に入力する二次元画像の信号強度を調節することにより、目盛線や液面に対応する輝度と、目盛線付容器の他の部分に対応する輝度との差、即ちコントラストを大きくすることができるので、このような二次元画像から目盛線及び液面の夫々の位置を確実に検出することができる。
【００１６】
二次元画像における目盛線や液面の輝度と、目盛線付容器の他の部分の輝度との差、即ちコントラストは、目盛線付容器の他の部分の輝度が低い場合には小さく、他の部分の輝度が高くなるに従って次第に大きくなって行くが、他の部分の輝度が高くなり過ぎると、これに伴って目盛線や液面の輝度も高くなるので、コントラストは低下してしまう。
【００１７】
このことから、コントラストを大きくするためには、二次元画像における目盛線付容器の輝度情報中、最も輝度が高い部分、即ち一般には上記他の部分の輝度を設定値とするように制御することもできるし、また最も輝度が高い部分と低い部分の輝度の差、即ちコントラストを最大とするように直接的に制御することもできる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
次に本発明を実施するための最良の形態を添付図面を参照して説明する。
図１は本発明に係る自動液体注入装置の全体構成の一例を模式的に示す斜視図、図２は要部を模式的に示す側面図、図３は照明手段を模式的に示す正面図である。
符号１は基台であり、この基台１上に液体注入手段２と、目盛線付容器３を所定位置に移動させるためのターンテーブル４を設けている。
【００１９】
液体注入手段２は、シリンジポンプ５と、その吸込側にチューブ６を介して接続した液体容器７と、吐出側にチューブ８を介して接続したプローブニードル等の液体注入部９と、注入制御手段１０とから構成している。液体注入部９は、基台１上に設けた支持部１１によりターンテーブル４の上方に支持されており、その下方空間１２において目盛線付容器３に液体を注入する構成としている。
【００２０】
そして支持部１１は、上記下方空間１２を横方向に隔てて、一方側に二次元イメージセンサ１３を支持すると共に、他方側に、この二次元イメージセンサ１３に対向させて照明手段１４を支持している。
【００２１】
二次元イメージセンサ１３にはシャッタ１５を設けており、このシャッタ１５の開閉時間により二次元イメージセンサ１３の受光光量を調節可能に構成している。
【００２２】
また照明手段１４は、矩形状の面状光照射部１６を設けると共に、その周囲に面状光照射部１６の投光色とは色を異ならせた配色部１７を構成している。図３に示されるように、左右側の配色部１７ａと下側の配色部１７ｂは幅を太く形成している。
【００２３】
また、ターンテーブル４には、目盛線付容器３を安定に載置して支持するための凹部１８を形成している。
【００２４】
一方、二次元イメージセンサ１３からの撮像信号は、その信号を処理して二次元画像から目盛線及び液面の夫々の位置を検出する検出手段１９に入力され、その検出信号は制御手段２０に入力される。そして制御手段２０は、上記検出信号に基づいて適宜の処理を行って注入制御手段１０を制御する。
【００２５】
検出手段１９は、上記目盛線及び液面の夫々の位置を検出する処理に付帯する各種の処理、例えば上記二次元イメージセンサ１３からの撮像信号を増幅する等の適宜の前処理を行って所定の二次元画像を生成したり、記憶したりする等の処理を行う構成としている。
【００２６】
次に符号２１は調光手段であり、この調光手段２１は、図中破線の制御信号の流れに示されているように、照明手段１４の照射光量を調節する制御信号と、上記シャッタ１５の開閉時間を調節する制御信号と、上記検出手段１９における撮像信号の増幅手段のゲインを調節する制御信号を発する構成としている。
【００２７】
調光手段２１は、以上の制御信号を全て発する構成とする他、いずれか１つの制御信号を発する構成としたり、いずれか２つの制御信号を発する構成とすることもできる。また、以上の検出手段１９、制御手段２０及び調光手段２１はコンピュータ応用装置Ｃにより構成することができる。
【００２８】
尚、図において符号２２は目盛線付容器３に形成されている目盛線、２３は目盛線付容器３に注入された液体の液面を示すものである。
【００２９】
以上の実施の形態における自動液体注入の流れを図４に示す流れ図を参照して説明する。
まずステップＳ１では、目盛線付容器３をターンテーブル４の凹部１８上に載置した状態で、ターンテーブル４を駆動して目盛線付容器３を液体注入部９の下方空間１２に移動する。
【００３０】
次いでステップＳ２では、照明手段１４から光を照射し、背面側から照明手段１４により照明されている目盛線付容器３を二次元イメージセンサ１３により撮像し、検出手段１９において二次元画像２４を得る。尚、図５は二次元画像２４の一部を示すものであるが、この図では便宜的に液体が注入されていて液面（メニスカス）が表れている状態を示している。
【００３１】
この実施の形態では、二次元画像２４中には図５に模式的に示したように、照明手段の面状光照射部の左右側に配置した配色部１７ａの像２５が、目盛線付容器３の広角のレンズ作用によって、目盛線付容器３の両端縁に縦方向に線状に表れており、この配色部１７ａの色は面状光照射部１６の投光色と異ならせているため、二次元画像において明確な差が生じており、このため目盛線付容器３の左右方向の位置の検出が容易となっている。
【００３２】
次いでステップＳ３では、二次元画像２４における目盛線付容器３の輝度情報を得る。この輝度情報は、目盛線付容器３を透過した光量に対応する情報であり、目盛線２２や液面２３は、照明手段１４の面状光照射部１６の光を殆ど透過しないため、二次元画像２４中に表れるそれらの部分２２、２３は、他の部分２６と比較して輝度が低い。従って検出手段１９は、これらの輝度の差が大きければ、目盛線２２と液面の位置を容易に検出することができる。
【００３３】
上述したとおり、二次元画像２４における目盛線付容器３の輝度情報は、目盛線付容器３を透過した光量に対応する情報であるから、照明手段１４から照射される光量が一定の場合には、目盛線付容器３が褐色であると、透明の場合と比較して上記他の部分２６の輝度が大幅に低下し、コントラストが低くなってしまう。従って、この場合には目盛線２２と液面２３の位置の検出が困難となってしまう。
【００３４】
一方、目盛線付容器３が透明の場合に照明手段１４から照射される光量が大きく、目盛線付容器３を透過する光量が大きすぎる場合には、他の部分２６の輝度が高くなり過ぎて飽和すると共に、目盛線２２や液面２３の輝度も高くなるので、コントラストは低下してしまい、この場合においても目盛線２２と液面の位置の検出が困難となってしまう。
【００３５】
そこで調光手段２１は、ステップＳ４において、目盛線付容器３の輝度が最適になるように調光を行う。最適な輝度は、上述したように、二次元画像２４中に表れる目盛線２２の輝度と他の部分２６の輝度の差、即ちコントラストが、所定以上となる輝度であれば良く、必ずしも最大となるように調光しなくとも良い。
【００３６】
またこのような調光は、二次元画像２４における目盛線付容器３の輝度情報中、最も輝度が高い部分、即ち一般には上記他の部分２６の輝度を設定値とするように制御することもできるし、また最も輝度が高い部分２６と低い部分、即ち目盛線２２の輝度の差、即ちコントラストを最大とするように直接的に制御することもできる。
【００３７】
調光手段２１による調光は、上述したとおり、図２中の破線の制御信号の流れに示されているように、照明手段１４の照射光量を調節して行ったり、上記シャッタ１５の開閉時間を調節して行ったり、又は上記検出手段１９における撮像信号の増幅手段のゲインを調節して行うことができ、以上の全ての調節や、いずれか１つの調節、又はいずれか２つの調節により調光を行うことができる。
【００３８】
以上の調光を行った後、検出手段１９はステップＳ５において、二次元画像２４中に表れる目盛線２２の輝度と他の部分２６の輝度の差から目盛線２２の位置を検出する。
【００３９】
次いでステップＳ６において制御手段２０は注入制御手段１０に制御信号を発し、液体注入部９からの液体の注入を開始する。そして、検出手段１９は、二次元画像２４における目盛線付容器３の輝度情報を継続的に監視し、二次元画像２４中に表れる目盛線２２と液面２３の位置を検出する。
【００４０】
次いでステップＳ８において液面２３が目盛線２２まで到達したか否かを判断して、これらの位置が一致した時点でステップＳ９において制御手段２０から注入制御手段１０に制御信号を発し、液体注入部９からの液体の注入を停止することにより目盛線２２に基づいた所定量の液体注入を正確に行うことができる。
【００４１】
次いでステップＳ１０では照明手段１４からの光の照射を停止し、次いでステップＳ１１において、次に液体を注入する目盛線付容器３が有るか否かを判断し、有る場合には、ステップＳ１に移行して、以上のステップを繰り返し、また内場合には自動液体注入制御を終了する。
【００４２】
図６、図７は本発明を適用した調光の前後におけるコントラストの変化の例を示すもので、図６は目盛線付容器が薄い褐色フラスコの場合、図７は目盛線付容器が濃い褐色フラスコの場合を示し、夫々（ａ）が調光前、（ｂ）が調光後を示すものである。
【００４３】
これらの例に示すように、本発明に係る調光を行うことにより、目盛線付容器の目盛線と他の部分の輝度との差を大きくすることができることが分かる。
【００４４】
尚、以上の例では、夫々の目盛線付容器３に液体を注入する動作を行う毎に照明手段１４のＯＮ−ＯＦＦを行っているが、次の目盛線付容器への液体の注入制御を開始する際は、前の目盛線付容器３に対して調光した状態を維持するようにすれば、同様な複数の目盛線付容器３に対しての液体の注入を行う場合には、調光に要する時間が短縮される。
【００４５】
尚、以上に説明した実施の形態では、目盛線付容器３は一本のみ目盛線２２を設けたものを挙げているが、複数本の目盛線２２を有する目盛線付容器３にも本発明の装置及び方法を適用できることは勿論である。
【００４６】
また以上に説明した実施の形態では、目盛線付容器３を所定位置まで移動させる手段としてターンテーブル４を説明しているが、この他、ロボットアーム等の適宜のハンドリング手段を適用できることも勿論である。
【産業上の利用可能性】
【００４７】
本発明は以上のとおりであるので、以下に示すような特徴を有し、産業上の利用可能性が大である。
液体注入手段の液体注入部の下方空間に位置させた目盛線付容器内に液体の注入において、二次元イメージセンサにより撮像した目盛線付容器の二次元画像から目盛線及び液面の夫々の位置を検出する際、目盛線付容器を透明のものから褐色のものに替えたり、逆に褐色のものから透明のものに替えた場合においても、検出手段により検出した二次元画像における輝度情報に基づいて照明手段の照射光量を調節したり、二次元イメージセンサの受光光量又は検出手段に入力する二次元画像の信号強度を調節することにより、目盛線や液面に対応する輝度と、目盛線付容器の他の部分に対応する輝度との差、即ちコントラストを大きくすることができるので、このような二次元画像から目盛線及び液面の夫々の位置を確実に検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明に係る自動液体注入装置の全体構成の一例を模式的に示す斜視図である。
【図２】図１の要部を模式的に示す側面図である。
【図３】面状照明手段を模式的に示す正面図である。
【図４】本発明に係る液体注入制御の流れ図である。
【図５】二次元イメージセンサで撮像した二次元画像の一例を示す模式図である。
【図６】本発明を適用した調光の前後におけるコントラストの変化の例を示す説明図である。
【図７】本発明を適用した調光の前後におけるコントラストの変化の他の例を示す説明図である。
【符号の説明】
【００４９】
１ 基台
２ 液体注入手段
３ 目盛線付容器
４ ターンテーブル
５ シリンジポンプ
６、８ チューブ
７ 液体容器
９ 液体注入部（プローブニードル）
１０ 注入制御手段
１１ 支持部
１２ 下方空間
１３ 二次元イメージセンサ
１４ 面状照明手段
１５ 撮像用光学系
１６ 面状光照射部
１７（１７ａ、１７ｂ） 配色部
１８ 凹部
１９ 検出手段
２０ 制御手段
２１ 調光手段
２２ 目盛線
２３ 液面
２４ 二次元画像
２５ 配色部の像
２６ 他の部分
Ｃ コンピュータ応用装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体注入手段の液体注入部の下方空間に位置する目盛線付容器に、目盛線に基づく所定位置まで液体を注入する構成とした自動液体注入装置において、上記下方空間を横方向に隔てて、一方側に二次元イメージセンサを配置すると共に、他方側に、上記二次元イメージセンサに対向させて照明手段を配置し、上記下方空間に位置させた目盛線付容器を二次元イメージセンサにより撮像した二次元画像から目盛線及び液面の夫々の位置を検出する検出手段と、検出手段により検出した目盛線及び液面の夫々の位置に基づいて液体注入手段を制御する制御手段と、検出手段により検出した二次元画像における目盛線付容器の輝度情報に基づいて上記照明手段の照射光量を調節する調光手段とを構成したことを特徴とする自動液体注入装置。
【請求項２】
液体注入手段の液体注入部の下方空間に位置する目盛線付容器に、目盛線に基づく所定位置まで液体を注入する構成とした自動液体注入装置において、上記下方空間を横方向に隔てて、一方側に二次元イメージセンサを配置すると共に、他方側に、上記二次元イメージセンサに対向させて照明手段を配置し、上記下方空間に位置させた目盛線付容器を二次元イメージセンサにより撮像した二次元画像から目盛線及び液面の夫々の位置を検出する検出手段と、検出手段により検出した目盛線及び液面の夫々の位置に基づいて液体注入手段を制御する制御手段と、検出手段により検出した二次元画像における目盛線付容器の輝度情報に基づいて上記二次元イメージセンサの受光光量又は検出手段に入力する二次元画像の信号強度を調節する調光手段を構成したことを特徴とする自動液体注入装置。
【請求項３】
液体注入手段の液体注入部の下方空間に位置する目盛線付容器に、目盛線に基づく所定位置まで液体を注入する構成とした自動液体注入装置において、上記下方空間を横方向に隔てて、一方側に二次元イメージセンサを配置すると共に、他方側に、上記二次元イメージセンサに対向させて照明手段を配置し、上記下方空間に位置させた目盛線付容器を二次元イメージセンサにより撮像した二次元画像から目盛線及び液面の夫々の位置を検出する検出手段と、検出手段により検出した目盛線及び液面の夫々の位置に基づいて液体注入手段を制御する制御手段と、検出手段により検出した二次元画像における目盛線付容器の輝度情報に基づいて上記照明手段の照射光量を調節すると共に、上記二次元イメージセンサの受光光量又は検出手段に入力する二次元画像の信号強度を調節する調光手段を構成したことを特徴とする自動液体注入装置。
【請求項４】
調光手段は、二次元画像における目盛線付容器の輝度情報中、最も輝度が高い部分の輝度を設定値とするように調節信号を発する構成としたことを特徴とする請求項１〜３までのいずれか１項に記載の自動液体注入装置。
【請求項５】
調光手段は、二次元画像における目盛線付容器の輝度情報中、最も輝度が高い部分と低い部分の輝度の差を最大とするように調節信号を発する構成としたことを特徴とする請求項１〜３までのいずれか１項に記載の自動液体注入装置。
【請求項１】
液体注入手段の液体注入部の下方空間に位置する目盛線付容器に、目盛線に基づく所定位置まで液体を注入する構成とした自動液体注入装置において、上記下方空間を横方向に隔てて、一方側に二次元イメージセンサを配置すると共に、他方側に、上記二次元イメージセンサに対向させて照明手段を配置し、上記下方空間に位置させた目盛線付容器を二次元イメージセンサにより撮像した二次元画像から目盛線及び液面の夫々の位置を検出する検出手段と、検出手段により検出した目盛線及び液面の夫々の位置に基づいて液体注入手段を制御する制御手段と、検出手段により検出した二次元画像における目盛線付容器の輝度情報に基づいて上記照明手段の照射光量を調節する調光手段とを構成したことを特徴とする自動液体注入装置。
【請求項２】
液体注入手段の液体注入部の下方空間に位置する目盛線付容器に、目盛線に基づく所定位置まで液体を注入する構成とした自動液体注入装置において、上記下方空間を横方向に隔てて、一方側に二次元イメージセンサを配置すると共に、他方側に、上記二次元イメージセンサに対向させて照明手段を配置し、上記下方空間に位置させた目盛線付容器を二次元イメージセンサにより撮像した二次元画像から目盛線及び液面の夫々の位置を検出する検出手段と、検出手段により検出した目盛線及び液面の夫々の位置に基づいて液体注入手段を制御する制御手段と、検出手段により検出した二次元画像における目盛線付容器の輝度情報に基づいて上記二次元イメージセンサの受光光量又は検出手段に入力する二次元画像の信号強度を調節する調光手段を構成したことを特徴とする自動液体注入装置。
【請求項３】
液体注入手段の液体注入部の下方空間に位置する目盛線付容器に、目盛線に基づく所定位置まで液体を注入する構成とした自動液体注入装置において、上記下方空間を横方向に隔てて、一方側に二次元イメージセンサを配置すると共に、他方側に、上記二次元イメージセンサに対向させて照明手段を配置し、上記下方空間に位置させた目盛線付容器を二次元イメージセンサにより撮像した二次元画像から目盛線及び液面の夫々の位置を検出する検出手段と、検出手段により検出した目盛線及び液面の夫々の位置に基づいて液体注入手段を制御する制御手段と、検出手段により検出した二次元画像における目盛線付容器の輝度情報に基づいて上記照明手段の照射光量を調節すると共に、上記二次元イメージセンサの受光光量又は検出手段に入力する二次元画像の信号強度を調節する調光手段を構成したことを特徴とする自動液体注入装置。
【請求項４】
調光手段は、二次元画像における目盛線付容器の輝度情報中、最も輝度が高い部分の輝度を設定値とするように調節信号を発する構成としたことを特徴とする請求項１〜３までのいずれか１項に記載の自動液体注入装置。
【請求項５】
調光手段は、二次元画像における目盛線付容器の輝度情報中、最も輝度が高い部分と低い部分の輝度の差を最大とするように調節信号を発する構成としたことを特徴とする請求項１〜３までのいずれか１項に記載の自動液体注入装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２００７−２７８７０７（Ｐ２００７−２７８７０７Ａ）
【公開日】平成１９年１０月２５日（２００７．１０．２５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−１０１３９１（Ｐ２００６−１０１３９１）
【出願日】平成１８年４月３日（２００６．４．３）
【出願人】（０００１３８２００）株式会社モリテックス (120)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年１０月２５日（２００７．１０．２５）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年４月３日（２００６．４．３）
【出願人】（０００１３８２００）株式会社モリテックス (120)
【Ｆターム（参考）】
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