自己補償容量性液体レベル検出器
【課題】信頼性の高いアウトプット信号を与えることのできる液体レベル検出方法を提供する。
【解決手段】容量性液体レベル検出器(14)が液体レベルを検出方法及び装置において、容量性液体レベル検出器(14)の所定の感度に対応する所定のオンタイム(t1)を伴うクロック信号を生成する工程と、基準生成器(12)と容量性液体レベル検出器(14)の両方に供給される工程と、基準生成器(12)がクロック信号のオン／オフ比から導出する制御値を生成し比較器(18)の制御インプット(19)に供給する工程と、クロック信号に応答して容量性液体レベル検出器(14)の液体検出応答信号を比較器(18)の信号インプット(20)に供給する工程と、液体検出応答信号が容量性液体レベル検出器(14)のインプット容量(C)の変化に応答して閾値を超えると、比較器(18)がアウトプット(21)にてアウトプット信号を誘発する工程とを含む。
【解決手段】容量性液体レベル検出器(14)が液体レベルを検出方法及び装置において、容量性液体レベル検出器(14)の所定の感度に対応する所定のオンタイム(t1)を伴うクロック信号を生成する工程と、基準生成器(12)と容量性液体レベル検出器(14)の両方に供給される工程と、基準生成器(12)がクロック信号のオン／オフ比から導出する制御値を生成し比較器(18)の制御インプット(19)に供給する工程と、クロック信号に応答して容量性液体レベル検出器(14)の液体検出応答信号を比較器(18)の信号インプット(20)に供給する工程と、液体検出応答信号が容量性液体レベル検出器(14)のインプット容量(C)の変化に応答して閾値を超えると、比較器(18)がアウトプット(21)にてアウトプット信号を誘発する工程とを含む。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
発明の分野
本発明は、液体レベル検出のための方法、及び、マルチチャネルの液体レベル検出のための方法に関する。
【０００２】
本発明は更に、対応する液体レベル検出ユニット、及び多重液体レベル検出ユニットを含むマルチチャネル液体レベル検出システムに関する。
【背景技術】
【０００３】
発明の背景
液体レベル検出器は、様々な目的で及び様々な動作モードで、種々の分野にて利用される。液体レベル検出器は特に、研究用液体の取扱設備で用いられる所謂ピペットチャネルで利用され、非常に少量の液体でさえも正確に検出／計測されなければならないものである。
【０００４】
一つの特定タイプの液体レベル検出は、容量性液体レベル検出として知られており、それは、液体の存在若しくはレベルが、先端と接地されたワーク面との間で見られるキャパシタンスの突然の変化をモニタすることにより検出される、というものであるが、キャパシタンスにおけるこの突然の変化は、先端と液体との間の物理的接触が確立されたり遮断されたりすることにより生じる。
【０００５】
流体が存在するかどうか、即ちインプットキャパシタンスのこの変化に基づいてそのレベルを示すアウトプット信号を与えることができるような、種々の回路が開発されてきた。この分野で十分に確立された、一つの特定の回路は、キャパシタを充電する原理により動作するが、それは、望ましい液体キャパシタンスに加えて、放電の後に生じる望ましくないケーブル及びフィルタリング回路キャパシタンスも含む。インプットの際に全体のキャパシタンスを充電するのに必要な時間は、インプットキャパシタンスに比例するパルス幅変調デューティサイクルに変換される。次のバンドパスフィルタ及び増幅器は、直流成分を除去して電圧変化のみ増幅しセンサーインプットにおけるキャパシタンス変化に比例する電圧パルスとする。上記パルスが所定の電圧、閾値を超えるならば、アウトプット信号が生成される。クロック信号は、充電／放電サイクルを制御するのに用いられる。クロック信号の周波数は、液体レベル検出の感度に直接比例する。よって、周波数を変更することは、閾値の変更によって、若しくは、信号増幅器の増幅利得を変更して液体検出インプット信号の振幅変化を増幅することによって、補償されなければならない。
【０００６】
従来の実施例では、クロック周波数は、これらの回路のための生産段階において予め決定されて固定され、要求された感度が補償されるように対応する基準電圧及び／又は増幅利得が計算されて固定された。しかしながら、クロック周波数が変化することを求める実施例もある。結果として、基準電圧及び／又は増幅利得も夫々変化されなければならない。さもなければ感度が影響を受け、誤ったアウトプットが生成される。
【０００７】
クロック周波数が変えられなければならない理由のひとつは、これらの容量性液体レベル検出器及びそれらの制御回路は、干渉に対して非常に敏感である、ということである。クロック信号と類似の若しくは同一の周波数で動作する、近くにある他の電子装置により、それら干渉は生じ得る。全ての干渉と同様に、近傍の周波数で動作する２つのデバイス間の距離が小さくなる程、この問題は悪化する。実験装置に関するいわゆる多重軸若しくはマルチチャネル構成の場合に、このことは顕著となる。この場合多重液体レベル検出器は上記多重軸上に搭載される。
【０００８】
多重容量性液体レベル検出器が近接近している容量性液体レベル検出のための現存するデザインは、システム内部の全ての容量性液体レベル検出器を同期させる要求、若しくは誤った検出に繋がる干渉から回避するためにクロック周波数を相互に独立して設定する要求を、伴うものである。
【０００９】
全ての容量性液体レベル検出器の同期は、全ての軸が相互の関係で固定して位置付けされるかどうかの、受け入れ可能な解決策を表すに過ぎない。それらの軸が独立して配置される他の全ての場合は、配線の制約及び起こり得る電磁気的干渉の問題による困難を、生じてしまう。全ての容量性液体レベル検出器の同期のために、それらの間の更なるクロス接続、若しくは、相互接続ボードなどに搭載される中央クロック生成器が、必要とされる。
【００１０】
干渉を回避するための、即ち、相互に独立して周波数を設定するための、第２のアプローチは、感度が夫々変化する結果となる。このことは、デジタル信号を利用して、若しくは、レベル比較器の場合には基準電圧及び／又は増幅器利得を調節することにより、補償され得る。基準電圧及び／又は増幅利得を調節することは、ある種のスイッチやジャンパ設定により若しくはプログラム可能な電圧基準により設定される、個々の周波数のための様々な組み合わせによって、為され得る。しかしながら、増幅利得の調節には、全ての増幅領域の増幅器の正確性と線形性に強く依存する、という欠点がある。これらの解決策のすべては、エラーが見えること無く潜在的なミスリーングの結果に繋がる誤った感度の設定のコスト及び／又はリスクを、増すものである。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
発明の目的
よって、本発明の目的は、液体の存在を示す信頼性の高いアウトプット信号を与えることができる液体レベル検出の方法を提供することであり、上記方法は、クロック周波数の変化に感度が無く、上記方法は、更なるデジタル信号処理も、個々の周波数変化に関する、基準電圧及び／又は増幅利得の個別の設定も、要求することが無いが、同時に周波数独立感度調節を可能にする。
【００１２】
本発明の更なる目的は、マルチチャネル液体検出のための方法を提供することであり、上記多重チャネル間の干渉は回避されており、上記方法は、更なるデジタル信号処理も、個々の周波数変化に関する、基準電圧及び／又は増幅利得の個別の設定も、要求することが無い。
【００１３】
本発明の更なる目的は、液体の存在を示す信頼性の高いアウトプット信号を与えることができる液体レベル検出のための液体レベル検出ユニットを提供することであり、上記ユニットは、クロック周波数の変化に感度が無いが同時に所定の感度を維持するものであり、更なるデジタル信号処理も、個々の周波数変化に関する、基準電圧及び／又は増幅利得の個別の設定も、必要では無い。
【００１４】
本発明の更なる目的は、マルチチャネル液体レベル検出システムを提供することであり、多重液体レベル検出ユニット間の干渉は回避され、個々のチャネルの感度は個別に設定され、該感度は周波数の変化に影響されないものである。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
発明の概要
本発明の上述の目的は、インプット容量を有する容量性液体レベル検出器により液体レベルを検出する方法により、達成される。上記インプット容量は、容量性液体レベル検出器の少なくとも一部が液体に接触すると変化する。上記方法は、
容量性液体レベル検出器の所定の感度に対応する、所定のオンタイムを伴うクロック信号を生成するステップと、
上記クロック信号を、基準生成器と、容量性液体レベル検出器の容量性液体レベル検出器インプットとの両方に、供給するステップと、
上記基準生成器が、上記クロック信号のオン／オフ比から導出される制御値（ＣＶ）を生成し、該制御値を比較器の制御インプットに供給するステップと、
インプット容量の上記変化に応答して上記容量性液体レベル検出器の液体検出インプット信号を比較器の信号インプットに供給するステップと、
上記制御値により比較器の制御パラメータを決定するステップと、
容量性液体レベル検出器の上記液体検出インプット信号が、上記容量性液体レベル検出器のインプット容量の変化に応答して、閾値を超えると、上記比較器が、アウトプットにおいてアウトプット信号を誘発するステップと
を含む。
【００１６】
本発明の更なる目的は、更に以下の特徴を備える上述の方法により達成される。多重液体レベル検出ユニットが相対的に近接して搭載され、
液体レベル検出ユニットの間の干渉を回避するために、個々の液体レベル検出ユニットは異なる周波数の異なるクロック信号が供給され、個々のクロック信号は夫々の容量性液体レベル検出器の所定の感度に対応する所定のオンタイムを有し、
更にクロック信号周波数の差異により生じる、個々の液体レベル検出ユニットの容量性液体レベル検出器の感度におけるバリエーションは、個々の液体レベル検出ユニットの個々の比較器に、上記異なるクロック信号に基づいて個々の液体レベル検出ユニットの基準生成器により生成される様々な制御値を供給することにより、自己補償される。
【００１７】
本発明の上述の目的は、更に、容量性液体レベル検出のための液体レベル検出ユニットによって達成される。該液体レベル検出ユニットは、
インプット容量を有する容量性液体レベル検出器であって、容量性液体レベル検出器の所定の感度に対応する所定のオンタイムを伴うクロック信号を供給され、容量性液体レベル検出器の少なくとも一部が液体に接触すると上記インプット容量が変化する、容量性液体レベル検出器と、
クロック信号を供給され、上記クロック信号のオン／オフ比から導出される制御値を生成する、基準生成器と、
上記制御値）を供給される制御インプットを備える比較器であって、上記制御値は比較器）の制御パラメータを決定する、比較器と
を備え、
信号インプットは、上記容量の変化に応答して、上記容量性液体レベル検出器の液体検出インプット信号を供給され、上記比較器は、容量性液体レベル検出器の上記液体検出インプット信号が、上記容量性液体レベル検出器のインプット容量の変化に応答して、上記閾値を超えると、アウトプットにおいてアウトプット信号を誘発する。
【００１８】
本発明の更なる目的は、液体レベル検出ユニットを多重的に含むマルチチャネル液体レベル検出システムにより達成される。該マルチチャネル液体レベル検出システムは以下のような特徴を備える。
上記多重液体レベル検出ユニットが相対的に近接して搭載され、
液体レベル検出ユニットの間の干渉を回避するために、個々の液体レベル検出ユニットは様々な周波数の異なるクロック信号が供給され、個々のクロック信号は夫々の容量性液体レベル検出器の所定の感度に対応する所定のオンタイムを有し、
更にクロック信号周波数の差異により生じる、個々の液体レベル検出ユニットの容量性液体レベル検出器の感度におけるバリエーションは、個々の液体レベル検出ユニットの個々の比較器に、上記異なるクロック信号に基づいて個々の液体レベル検出ユニットの基準生成器により生成される様々な制御値を供給することにより、自己補償される。
【００１９】
結論として、本発明の本質は以下の点にある。基準値／閾値及び／又は増幅利得はクロック周波数により直接決定される。振幅利得は上記クロック信号のオン／オフ比に直接比例し、全てのクロック信号に対するオンタイムは所望の感度に従って決定され、よってオフタイムは周波数の変化に比例して変わり、結果としてクロック信号のオン／オフ比は然るべく変化し、閾値及び／又は増幅利得が周波数の変化に比例することになる。
【発明の効果】
【００２０】
発明の効果
本発明の最も重要な効果は、先行技術に存在する問題点を適切に解決することにあり、同期は必要とされず、更に、感度の補償のための特別なステップも必要ではない。クロック周波数を設定することにより、感度は本来的に、周波数変化に対して補償をするように自ら自身を調節する。このことは同時に、コスト、配線の要求、及び誤りのある結果の可能性を、減少させる。よって、方法及び装置は、更なるデジタル信号処理等を利用するための基準／閾値及び／又は増幅利得を予め決定して予め設定する必要無く、環境から独立して用いられ得る。本発明の更なる効果は、周波数とは独立して、クロック信号のオンタイムを変更することで感度を個別に調節でき、これにより、異なる感度が必要な様々なシナリオでの利用や、干渉の問題により種々の周波数を必要とする種々の構成での利用を可能とする、ということである。よって、周波数と感度の両方のパラメータは、一つのみの信号、即ちクロック信号のみで、処理され得るものであり、一つ以上の周波数が用いられる場合に同じレベルで感度を維持するために感度を調節する必要は無い。なぜならこれは自己補償のものであるからである。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
図面の簡単な説明
【図１Ａ】同じ時間軸上での、クロック信号、放電機能、及びパルス幅変調信号を示す信号図である。
【図１Ｂ】クロック信号のオン／オフ比と基準電圧との間の関係を示す信号図であり、クロック信号は第１の周波数を有する。
【図１Ｃ】クロック信号のオン／オフ比と基準電圧との間の関係を示す信号図であり、クロック信号はより低い第２の周波数を有する。
【図１Ｄ】クロック信号のオン／オフ比と基準電圧を変更することによる感度調節を示す信号図であり、クロック信号は同じより低い第２の周波数を有するが異なるオン／オフ比を有する。
【図２Ａ】インプット容量の変化を追う液体検出インプット信号を示す信号図である。
【図２Ｂ】異なる閾値となる異なるクロック信号周波数におけるインプット容量の同じ変化を追う、更なる液体検出インプット信号を示す信号図である。
【図２Ｃ】異なる増幅利得となる異なるクロック信号周波数におけるインプット容量の同じ変化を追う、更なる液体検出インプット信号を示す信号図である。
【図３】本発明に係る液体レベル検出ユニットの第１の実施形態の構造ブロック図である。
【図４Ａ】本発明に係る液体レベル検出ユニットの好適な実施形態の構造ブロック図であり、ディップインアウトプットとディップアウトアウトプットの両方を伴う。
【図４Ｂ】種々のインプット容量での放電機能と、対応するパルス幅変調信号との間の関係を示す信号図である。
【図５Ａ】液体検出インプット信号とディップインアウトプットとディップアウトアウトプットを示す信号図と一緒に、液体レベル検出ユニットを示す、構造図であり、液体レベル検出ユニットが液体と接触する前のものである。
【図５Ｂ】液体検出インプット信号とディップインアウトプットとディップアウトアウトプットを示す信号図と一緒に、液体レベル検出ユニットを示す、構造図であり、液体レベル検出ユニットが液体と接触するとき、即ち、ディップインフェーズのものである。
【図５Ｃ】液体検出インプット信号とディップインアウトプットとディップアウトアウトプットを示す信号図と一緒に、液体レベル検出ユニットを示す、構造図であり、液体レベル検出ユニットが液体との接触を停止するとき、即ち、ディップアウトフェーズのものである。
【図６Ａ】単体のアームに搭載された多重液体レベル検出ユニットを含むマルチチャネル液体レベル検出システムを示す側面構造図であり、ディップインフェーズにある。
【図６Ｂ】単体のアームの搭載された多重液体レベル検出ユニットを含むマルチチャネル液体レベル検出システムの斜視構造図であり、システムの多重軸とサンプルプレートを示している。
【図７】システムの多重軸の様々なアームに搭載された多重液体レベル検出ユニットを含むマルチチャネル液体レベル検出システムの斜視構造図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
好適な実施形態の説明
幾つかの用語が本特許出願にて用いられているが、本願の実施形態は選択された特定の用語によって限定して解釈されるべきものではなく、特定の用語の背後にある一般的概念に関連させて解釈されるべきものである。
【００２３】
「ディップインフェーズ」という用語は、容量性液体レベル検出器が液体に接触する直前に開始し容量性液体レベル検出器が液体に接触する位置に到達するときに終了する期間を記載するのに、本願の文脈で用いられる。
【００２４】
「ディップアウトフェーズ」という用語は、容量性液体レベル検出器が液体に接触する一にあるときに開始し容量性液体レベル検出器が液体にもはや接触しなくなった直後に終了する期間を記載するのに、本願の文脈で用いられる。
【００２５】
液体は、本願の文脈においては、容量性液体レベル検出器により存在及び／又はレベルが検出されるあらゆる種類の液体のことである。種々の泡がこのカテゴリに含まれ得る。本発明に係る容量性液体レベル検出は導電性液体のみと互換性がある。但し、このことは非常に低い導電性の液体もなお含む。
【００２６】
クロック信号は、本願の文脈では、所与の周波数における通常の順序で交互に生じる「オンタイム」と「オフタイム」に対応する高値と低値を有する本質的に矩形である信号である。本発明においては、全てのクロック信号に対するオンタイムは予め決定されており、この場合オフタイムは周波数の変化に比例して、つまり信号のオンオフ比率の変動により、変化する。クロック信号ＣＬＫのオンタイムは、所望の感度によって予め決められ、よってオンタイムは個別に設定され得る。利用例での利用に拠るのであるが、信頼性の高い検出を保証するように、感度は夫々調節されることが必要である。レベル検出ユニットにより観察される容量の変化のレベルに影響する、典型的なパラメータは、検出される液体の伝導性、その液体の量、及びサンプルプレートの形状及び／又は部材である。
【００２７】
パルス幅変調信号は、「オンタイム」と「オフタイム」に対応する交互の高値と低値を有する本質的な矩形状を伴う信号のことであり、「オンタイム」と「オフタイム」の間の比率が信号データを坦持する。
【００２８】
液体検出インプット信号は、容量性液体レベル検出器１４の容量の変化を追う信号のことである。
【００２９】
図１Ａは、同じ時間軸上での、クロック信号、容量性液体レベル検出器１４のインプット容量Ｃのバリエーション、及びパルス幅変調信号ＰＷＭ−Ｓを示す信号図である。所与の周波数における通常の順序で交互に生じる「オンタイム」ｔ１と「オフタイム」ｔ２に対応する高値と低値を有する矩形によって、上記のクロックＣＬＫが示され、ここでｔ１とｔ２の和は信号の周期Ｔに等しい。中間部には、放電機能Ｉが示され、そのオフタイムには該機能が増え、そのオンタイムには該機能は略ゼロにまで落ちる。放電機能Ｉのオンタイムとオフタイムは、クロック信号ＣＬＫのオンタイムとオフタイムとは異なるのであるが、クロック信号ＣＬＫの立ち上がりエッジにてクロック信号ＣＬＫと同期する。実線で示されるバリエーション１は、低い方のインプット容量Ｃに対応し、点線で示されるバリエーション２は、高い方のインプット容量Ｃに対応する。高い方の容量Ｃに対応するバリエーション２は、急激には立ち上がらない。というのは、より大きいキャパシタンスはよりゆっくりと充電するからである。本発明においては、クロックＣＬＫの立ち上がりエッジのみが同期のために用いられる。即ち、インプット容量Ｃは、クロックＣＬＫの立ち上がりエッジにおいて放電される。放電機能Ｉのオンタイムの間、容量性液体レベル検出器１４のキャパシタは放電され、放電機能Ｉのオンタイムは固定されているので、インプット容量Ｃの放電時間も固定される。放電パルスの完了の後、容量性液体レベル検出器１４のキャパシタは放電され、新しい充電サイクルが開始する。プラスの過渡のみが固定時間の放電パルスを誘発するのに用いられ、それ故にクロック信号ＣＬＫのオンタイムは放電機能には何ら影響を与えない。底部では、インプット容量Ｃの変化に直接依存するパルス幅変調比較器３２のデューティサイクルが示されており、ここではより長いデューティサイクルはインプット容量Ｃのより高い変化に対応する。
【００３０】
図１Ｂは、クロックＣＬＫの信号図を示し、該クロックＣＬＫは第１の周波数を有し、更に該クロックＣＬＫは約１のオンオフ比であり、該オンオフ比は制御値ＣＶを決定し、該制御値は比較器１８のある制御パラメータを、図示の実施形態では、グラフに更に示される閾値ＴＶを、決定する。
【００３１】
図１Ｃは、クロックＣＬＫの信号図を示し、該クロックＣＬＫは第２の周波数を有し、更に該クロックＣＬＫは異なるオンオフ比であり、該オンオフ比は異なる制御値ＣＶを決定し、該制御値は、破線で示される図１Ｂからの閾値ＴＶと比較して、グラフに更に実線で示される異なる閾値ＴＶを、決定する。よって、本発明においては、より低いクロックＣＬＫ周波数は結果としてより低い閾値ＴＶとなり、より高いクロックＣＬＫ周波数は結果としてより高い閾値ＴＶとなる。このことは、クロックＣＬＫ周波数の変化に対応する容量性液体レベル検出器１４の感度の変化の自己補償を保障する。
【００３２】
図１Ｄは、クロックＣＬＫの信号図を示し、該クロックＣＬＫは図１Ｃと同じ第２の周波数を有するが、該クロック信号ＣＬＫは異なるオンオフ比であり、該オンオフ比は、点線で示される図１Ｃからの閾値ＴＶと比較して、グラフに更に実線で示される異なる閾値ＴＶを、決定する。よって、本発明においては、クロック信号ＣＬＫのより高いオンオフ比は、より高い閾値ＴＶとなる。このことは、感度調節と称され、所望の感度に従ってクロック信号ＣＬＫのオンタイムが決定される。周波数変化に関わり無くオンタイムは所定のオンタイムと同一であるように保持されるので、周波数変化は感度に影響しないことに留意されたい。
【００３３】
図１Ｂから図１Ｄは、制御値ＣＶ、即ち、比較器１８の閾値ＴＶに基づいて決定される制御パラメータの具体的な例を示す。本発明によると、比較器１８の信号インプット２０に関して受信される信号に適用される増幅のレベルを決定する比較器１８の信号インプット２０の増幅利得などの、更なる制御パラメータに、同じ原理が適用され得る。よって、クロックＣＬＫ周波数の変化により感度が変化するならば、増幅利得は自己補償されるものである。
【００３４】
よって、図１Ｂと図１Ｃを比較することにより、周波数の変化によるいわゆる“所望で無い”感度の変化が明白であり、その“所望で無い”感度の変化は、本発明の回路により補償される。一方、図１Ｃと図１Ｄを比較することにより、いわゆる“所望の”感度の変化が明白であり、その場合、同一周波数においてクロック信号ＣＬＫのオンタイムが変化し、特定の所望の感度の変化に到達する。
【００３５】
図２Ａ及び図２Ｂは、２つの異なる周波数に対応する容量性液体レベル検出器１４の液体検出応答信号ＲＳを示す。図示される液体検出応答信号ＲＳにおけるパルスの振幅は、インプット容量Ｃの変化に直接比例するが、クロックＣＬＫ周波数にも直接比例する。従って、液体レベル検出器１４がインプット容量Ｃと同じ変化をするとき、液体検出応答信号ＲＳの増幅は、周波数の変化に比例して変化する。このことは“所望で無い感度の変化”と称される。つまり、より高い周波数はより高い液体検出応答信号ＲＳの増幅となり、より低い周波数は（インプット容量Ｃの同じ変化に対して）より低い増幅となる。
【００３６】
図２Ａは、容量の増加を追う液体検出応答信号ＲＳと、クロックＣＬＫの上記第１の周波数に対応する正の閾値ＴＶ＋及び負の閾値ＴＶ−を示す、信号図を示す。図１Ｂに関連して示されるが、第１の周波数を伴うクロックＣＬＫは、第１の閾値ＴＶを決定する第１の制御値ＣＶに対応する。この図では、正の閾値ＴＶ＋と負の閾値ＴＶ−の両方が示されている。
【００３７】
図２Ｂは、図２Ａのインプット容量と同じ増加を追随するが、第２の周波数のものである液体検出応答信号ＲＳを示す、信号図を示す。図１Ｃに関連して示されるが、第２の周波数を伴うクロックＣＬＫは、第２の閾値ＴＶを決定する第２の制御値ＣＶに対応する。この図では、正の閾値ＴＶ＋と負の閾値ＴＶ−の両方が示されている。比較のため、第１のクロックＣＬＫ周波数に対応する第１の正の閾値ＴＶ＋及び第１の負の閾値ＴＶ−が、破線により示されている。この図では、容量性液体レベル検出器１４の感度の変化を見ることができ、ここでその変化は液体検出応答信号ＲＳにて比例的に増幅が低くなっていることである。閾値ＴＶがクロックＣＬＫ周波数により決定されるという、本発明に係る発明概念がなかったら、液体検出応答信号ＲＳの振幅は、破線で示される、第１の閾値ＴＶを超えることはなく、よって全体の液体レベル検出ユニット１０は信頼できないものとなる。
【００３８】
クロックＣＬＫ周波数の変動による容量性液体レベル検出器１４の感度の自己補償は、この図から明白であり、自己補償された閾値ＴＶは液体検出応答信号ＲＳのより低い振幅に比例して調整されるが、該振幅は正の閾値ＴＶ＋及び負の閾値ＴＶ−を超える／下回るのであり、よって液体レベル検出ユニット１０は正確な検出アウトプットを提供する。
【００３９】
図２Ｃは、図２Ａのインプット容量と同じ増加を追随するが、第２の周波数のものである液体検出応答信号ＲＳを示す、信号図を示す。この図は、更なる制御パラメータの、即ち、比較器２０の信号インプット２０の増幅利得の、自己補償の効果を示す。図２Ａの第１の周波数を伴うクロックＣＬＫが第１の増幅利得を決定すると仮定すると、第２の周波数を伴うクロックＣＬＫは第２の制御値ＣＶに対応するのであり、該第２の制御値ＣＶは、液体検出応答信号ＲＳの異なる増幅となる図２Ｃの第２の増幅利得を決定する。比較のために、第１のクロックＣＬＫ周波数に対応する第１の増幅利得を伴う液体検出応答信号ＲＳが、破線により示されている。この図では、容量性液体レベル検出器１４の感度の変化を、見ることができ、該変化は、（増幅されない）液体検出応答信号ＲＳについての比例的により低い振幅につながる。閾値ＴＶがクロックＣＬＫ周波数により決定されるという、本発明に係る発明概念がなかったら、液体検出応答信号ＲＳの振幅は、第１の閾値ＴＶを超えることはなく、よって全体の液体レベル検出ユニット１０は信頼できないものとなる。
【００４０】
クロックＣＬＫ周波数の変動による容量性液体レベル検出器１４の感度の自己補償は、図２Ｃから明白であり、自己補償された増幅利得は（増幅されない）液体検出応答信号ＲＳのより低い振幅に比例して調整されるが、適切な増幅利得が適用されると、該振幅は正の閾値ＴＶ＋及び負の閾値ＴＶ−を夫々超える／下回るのであり、よって液体レベル検出ユニット１０は正確な検出アウトプットを提供する。
【００４１】
図３は、本発明に係る液体レベル検出ユニット１０の第１の実施形態の構造ブロック図であり、発明概念である自己補償の感度の概念を実施するものである。
【００４２】
容量性液体レベル検出のための液体レベル検出ユニット１０は、第１の場所に容量性液体レベル検出器１４を含む。これは、インプット容量Ｃにより特徴付けられる。インプット容量Ｃは、容量性液体レベル検出器１４と好ましくは接地したワーク面４００との間で計測されるのであり、ここで容量性液体レベル検出器１４が液体Ｌに接触するときは液体Ｌは電極の表面にまで延在しており、よってインプット容量Ｃは突然変化する。容量性液体レベル検出器１４はピペット先端１４．２を取り付けることができ、これにより、このピペット先端１４．２のみが液体Ｌに接触することになる。この場合、ピペット先端１４．２と接地されたワーク面４００との間の容量は、インプット容量Ｃである。容量性液体レベル検出器１４にはクロックＣＬＫが与えられる。本発明の好適な実施形態では、このピペット先端１４．２は、実験液体処理装置のピペットデバイスの一部である。
【００４３】
液体レベル検出ユニット１０は更に、同一のクロックＣＬＫを与えられる基準生成器１２を含み、この基準生成器１２は制御値ＣＶを生成し、この制御値ＣＶは、先の段落に記載したようにクロックＣＬＫのオン／オフ比から導出される。
【００４４】
制御値ＣＶは、比較器１８の制御インプット１９に与えられ、この比較器は信号インプット２０も有し、そこには液体検出応答信号ＲＳが与えられる。比較器１８は、容量性液体レベル検出器１４のインプット容量Ｃの放電に追随する液体検出応答信号ＲＳの振幅を、基準生成器１２により生成される制御値ＣＶと比較し、更に比較器１８は、容量性液体レベル検出器１４のインプット容量Ｃの十分に大きい変化に応答して液体検出応答信号ＲＳが閾値ＴＶを超えるときに、アウトプット２１にて対応する信号を誘発する。先の段落にて記載したように、上記制御値は、上記閾値、若しくは比較器１８の信号インプット２０における増幅利得などの、比較器１８の制御パラメータを決定する。
【００４５】
図４Ａは、本発明に係る液体レベル検出ユニット１０の特に好適な実施形態の構造ブロック図を示し、ここではディップインアウトプット２１．１及びディップアウトプット２１．２の両方が備わる。この実施形態の基準生成器１２は、２つの閾値ＴＶ、正の閾値ＴＶ＋と負の閾値ＴＶ−を決定する制御値ＣＶを生成する。正の閾値ＴＶ＋は、ディップイン検出のために、即ち、容量性液体レベル検出器１４のピペット先端１４．２が液体Ｌに接触するときに、利用され、負の閾値ＴＶ−は、ディップアウト検出のために、即ち、容量性液体レベル検出器１４のピペット先端１４．２が液体Ｌとの接触を停止するときに、利用される。２つの区別された閾値ＴＶ、正の閾値ＴＶ＋と負の閾値ＴＶ−は、夫々、ディップイン比較器１８．１とディップアウト比較器１８．２との、正の閾値インプット１９．１と負の閾値インプット１９．２とに、与えられる。
【００４６】
ディップイン比較器１８．１とディップアウト比較器１８．２は類似の構造の比較器である。但し以下のような差異を伴う。ディップアウト比較器１８．２は、負の閾値ＴＶ−を下回る液体検出器応答信号ＲＳの負のパルスを検出するように設計されており、一方で、ディップイン比較器１８．１は、正の閾値ＴＶ＋を超える液体検出器応答信号ＲＳの正のパルスを検出するように設計されている。このために、ディップイン比較器１８．１とディップアウト比較器１８．２は、夫々、信号インプット２０．１と信号インプット２０．２を含み、その両方共に同一の液体検出応答信号ＲＳが供給される。
【００４７】
ディップイン比較器１８．１は、容量性液体レベル検出器１４のインプット容量Ｃの増加に追随する液体検出応答信号ＲＳの振幅を、その信号インプット２０．１で受けられ基準生成器１２により生成される正の閾値ＴＶ＋と比較し、更にディップイン比較器１８．１は、上記ピペット先端１４．２が液体Ｌに接触するときの、容量性液体レベル検出器１４のインプット容量Ｃの十分に大きい増加に応答して、液体検出応答信号ＲＳが上記正の閾値ＴＶ＋を超えるときに、そのディップインアウトプット２１．１にて対応する信号を誘発する。
【００４８】
ディップアウト比較器１８．２は、容量性液体レベル検出器１４のインプット容量Ｃの減少に追随する液体検出応答信号ＲＳの振幅を、その信号インプット２０．２で受けられ基準生成器１２により生成される負の閾値ＴＶ−と比較し、更にディップアウト比較器１８．２は、上記ピペット先端１４．２が液体Ｌと接触することを停止するときの、容量性液体レベル検出器１４のインプット容量Ｃの十分に大きい減少に応答して、液体検出応答信号ＲＳが上記負の閾値ＴＶ−を下回るときに、そのディップアウトアウトプット２１．２にて対応する信号を誘発する。
【００４９】
図４Ａに示される本発明の好適な実施形態では、クロックＣＬＫは、不活性状態及び活性状態を有する放電器３０を介して液体レベル検出器１４に与えられる。ここで、上記不活性状態ではインプット容量Ｃは常に充電され、上記活性状態ではインプット容量Ｃは放電が生じている。このことは、図１Ａにて放電機能に対して見られる充電／放電サイクルとなる。活性状態は所定の長さを有し、クロック信号ＣＬＫの立ち上がりエッジにより誘発される。図１Ａ、図２Ａ及び本明細書の対応する段落はこのことをより詳細に記述している。放電機能Ｉのオンタイム及びオフタイムは、クロック信号ＣＬＫのオンタイム及びオフタイムとは異なるが、クロック信号ＣＬＫの立ち上がりエッジにおいてクロック信号ＣＬＫと同期する。連続線で示されるバリエーション１は、より低いインプット容量Ｃに対応し、一方で、破線で示されるバリエーション２は、より高いインプット容量Ｃに対応する。より高い容量Ｃはより遅く充電するので、より高い容量Ｃに対応するバリエーション２は急激には立ち上がらない。本発明によると、クロックＣＬＫの立ち上がりエッジのみが、同期のために用いられ、即ち、インプット容量ＣはクロックＣＬＫの立ち上がりエッジにて放電される。オンタイムの間、容量性液体レベル検出器１４のインプット容量Ｃは放電され、オンタイムが固定されるのでインプット容量Ｃの放電時間も固定される。放電の完了の後、容量性液体レベル検出器１４のインプット容量Ｃは放電されて新しい充電サイクルが開始する。プラスの過渡のみが固定時間の放電パルスを誘発するのに用いられ、従って、クロック信号ＣＬＫのオンタイムは放電器３０に何ら影響を与えない。
【００５０】
図４Ａに示す本発明の好適な実施形態では、液体レベル検出ユニット１０はパルス幅変調比較器３２も含み、該パルス幅変調比較器３２は、インプット容量Ｃに比例するデューティサイクルで、放電機能Ｉをパルス幅変調信号ＰＷＭ−Ｓに変換する。図４Ｂに示されるように、パルス幅変調信号ＰＷＭ−Ｓのデューティサイクルは、常時インプット容量Ｃに比例する。よって、より高い容量２は（破線で示される）より高いデューティサイクル４に対応し、より低い容量１はより低いデューティサイクル３に対応する。
【００５１】
本発明の更なる好適な実施形態では、液体レベル検出ユニット１０は、比較器１８、１８．１、１８．２の信号インプット２０、２０．１、２０．２に位置してパルス幅変調信号ＰＷＭ−Ｓが供給される、フィルタ及び増幅器ステージ３３も含む。ここで、該ファイルタ及び増幅器ステージ３３は、直流成分を除去し、電圧変化のみを増幅して、インプット容量Ｃの容量変化に比例する電圧パルスとする。
【００５２】
図５Ａから図５Ｃのシーケンスは、液体検出応答信号ＲＳ、並びに、ディップインアウトプット２１．１及びディップアウトアウトプット２１．２における信号を示す信号図と共に、動作の種々の相にある液体レベル検出ユニット１０を示す。
【００５３】
図５Ａは、容量性液体レベル検出器１４が、ワーク面４００上に配置されたサンプルプレート３００のウエル３０１内に蓄えられた液体Ｌと接触する前の、液体レベル検出ユニット１０を示す。この場合、液体検出応答信号ＲＳの振幅は、正の閾値ＴＶ＋を超えることも無く、負の閾値ＴＶ−を下回ることも無い。図５Ａは、液体検出応答信号ＲＳが常に０である理想的状況を示す。しかしながら、振動などの効果により、若しくは、単に、ピペット先端１４．２とワーク面４００の間の減少する距離により、（図５Ｂ及び図５Ｃの夫々に示される）ディップインやディップアウトの間の典型的な形状に必ずしも類似しないランダム形状のノイズが常時存在しているが、しかしながら、これらは正の閾値ＴＶ＋を超えることも、負の閾値ＴＶ−を下回ることも無い。
【００５４】
図５Ｂは、容量性液体レベル検出器１４がサンプルプレート３００のウエル３０１内に蓄えられた液体Ｌとの接触に入りつつあるときの、即ち、ディップインフェーズの液体レベル検出ユニット１０を示す。液体Ｌとの接触に入りつつある容量性液体レベル検出器１４は、インプット容量Ｃに突然の増加を生じ、これにより今度は、液体検出応答信号ＲＳにおいて振幅が正の閾値ＴＶ＋を超えることになる。ディップイン比較器１８．１はこれを検出し、ディップインアウトプット２１．１にて「ディップイン」を示す対応する信号を誘発する。
【００５５】
図５Ｂは、容量性液体レベル検出器１４がサンプルプレート３００のウエル３０１内に蓄えられた液体Ｌとの接触を停止するときの、即ち、ディップアウトフェーズの液体レベル検出ユニット１０を示す。液体Ｌとの接触から待避する容量性液体レベル検出器１４は、インプット容量Ｃに突然の現象を生じ、これにより今度は、液体検出応答信号ＲＳにおいて振幅が負の閾値ＴＶ−を下回ることになる。ディップアウト比較器１８．２はこれを検出し、ディップアウトアウトプット２１．２にて「ディップアウト」を示す対応する信号を誘発する。
【００５６】
図６Ａは、マルチチャネル液体レベル検出システムの側面構造図を示し、該システムは、ディップインフェーズにある多重液体レベル検出ユニット１０を含む。本発明の好適な実施形態では、多重液体レベル検出ユニット１０が、ｙ軸アーム１０１とも称される単一のｙ軸モジュールに搭載されている。液体処理実験セットアップでは、個々の液体レベル検出ユニット１０は、いわゆるピペットチャネル若しくはｚ軸に対応し、対応するウエル３０１はサンプルプレート３００内にある。
【００５７】
図６Ｂは、多重液体レベル検出ユニット１０を含むマルチチャネル液体レベル検出システム１００を示し、マルチチャネル液体レベル検出システム１００の多重軸と、ウエル３０１のアレイが接地されたワーク面４００上に配置されたサンプルプレートとを、示している。生じ得る干渉に対処しなければならない理由である、液体レベル検出ユニット１０の近接が、この図でよく見てとれる。図６Ｂに示される実施形態には、ｘ軸アーム１０５により運ばれるｙ軸アーム１０１に搭載された複数の液体レベル検出ユニット１０が、含まれる。個々の液体レベル検出ユニット１０は、個別のｙ軸と個別のｚ軸とを同様に有しており、個々の液体レベル検出ユニット１０は個別に動作するので個別の容量性液体レベル検出器１４が必要とされる。マルチチャネル液体レベル検出システム１００は、以下のように動作すべきものである。
ａ）−ウエル３０１のアレイを伴うサンプルプレートが、マルチチャネル液体レベル検出システム１００の下の、接地されたワーク面４００上に配置される。
ｂ）−ウエル３０１のアレイのうちの特定の行が、ｙ軸アーム１０１がその所望の行の上に来るまでｚ軸アーム１０３をｘ軸に沿って動かすことにより、選択される。
ｃ）−個別の液体レベル検出ユニット１０をそのｙ軸に沿ってずらすことにより、特定のウエル３０１が選択される。
ｄ）−一つ若しくはそれ以上の液体レベル検出ユニット１０の先端１４．２が対応するウエル３０１内にダイブするまで、それら液体レベル検出ユニット１０がそのｚ軸に沿って動かされる。
ｅ）−個別の液体レベル検出ユニット１０をｚ軸に沿って反対方向に動かすことにより、夫々の液体レベル検出ユニット１０をウエル３０１から待避する。
ｆ）処理すべきウエル３０１のアレイの個々の行のために、上記ステップｂ）からｅ）を繰り返す。
ｇ）アレイのうちの個々の行に対応するステップｂ）からｄ）の個々のシーケンスに対して、個々の液体レベル検出ユニット１０のアウトプット２１からの信号の格納及び／又は分析を行なう。
【００５８】
図７は、システムの多重軸の様々なアームに搭載された多重液体レベル検出ユニット１０を含む、マルチチャネル液体レベル検出システム１００の構造斜視図を示す。この構成では、本発明の更なる利点が明白であり、異なるアームに搭載された多重液体レベル検出ユニット１０を同期させようとしても、配線の制約があることや、個々の液体レベル検出ユニット１０に対して可能であれば異なる感度を備えさせようとする要求により、困難であることになる。この図では、多重ｙ軸アーム１０１の各々に、単体の多重液体レベル検出ユニット１０が搭載されており、個々のｙ軸アーム１０１は個別のｚ軸アーム１０３により坦持される。ｚ軸アーム１０３は、個別のｘ軸キャリッジに搭載されても良いし、共通のｘ軸キャリッジに搭載されても良い。
【００５９】
更なる実施形態では、マルチチャネル液体レベル検出システム１００の多重液体レベル検出ユニット１０の各々が、本発明の同一のコンセプトが適用されている、即ち、感度と閾値ＴＶの両方が個々の液体レベル検出ユニット１０のための夫々のクロック信号ＣＬＫにより共通して調整される、個別に自在に制御可能なロボットアームに搭載される。
【００６０】
当然のことながら、添付の請求項に記載される発明の範囲から乖離すること無く本明細書に記載する特定の構成に基づいて、多数の変形が適用可能である。
【符号の説明】
【００６１】
符号リスト
１０・・・液体レベル検出ユニット、
１２・・・基準生成器、
１４・・・容量性液体レベル検出器、
１４．２・・・ピペット先端、
１８・・・比較器、
１９・・・制御ユニット、
２０・・・信号インプット、
２１・・・アウトプット、
１８．１・・・ディップイン比較器、
１９．１・・・正の閾値インプット、
２０．１・・・信号インプット、
２１．１・・・ディップインアウトプット、
１８．２・・・ディップアウト比較器、
１９．２・・・負の閾値インプット、
２０．２・・・信号インプット、
２１．２・・・ディップアウトアウトプット、
３０・・・放電器、
３２・・・パルス幅変調比較器、
３３・・・フィルタ及び増幅器ステージ、
１００・・・マルチチャネル液体レベル検出システム、
１０１・・・ｙ軸アーム、
１０３・・・ｚ軸アーム、
１０５・・・ｘ軸アーム、
３００・・・サンプルプレート、
３０１・・・ウエル、
４００・・・ワーク面、
Ｃ・・・インプット容量、
ＲＳ・・・液体検出応答信号、
Ｉ・・・放電機能、
ＰＷＭ−Ｓ・・・パルス幅変調信号、
ＣＬＫ・・・クロック、
ＣＶ・・・制御値、
ＴＶ・・・閾値、
ＴＶ＋・・・正の閾値、
ＴＶ−・・・負の閾値、
Ｌ・・・液体。
【技術分野】
【０００１】
発明の分野
本発明は、液体レベル検出のための方法、及び、マルチチャネルの液体レベル検出のための方法に関する。
【０００２】
本発明は更に、対応する液体レベル検出ユニット、及び多重液体レベル検出ユニットを含むマルチチャネル液体レベル検出システムに関する。
【背景技術】
【０００３】
発明の背景
液体レベル検出器は、様々な目的で及び様々な動作モードで、種々の分野にて利用される。液体レベル検出器は特に、研究用液体の取扱設備で用いられる所謂ピペットチャネルで利用され、非常に少量の液体でさえも正確に検出／計測されなければならないものである。
【０００４】
一つの特定タイプの液体レベル検出は、容量性液体レベル検出として知られており、それは、液体の存在若しくはレベルが、先端と接地されたワーク面との間で見られるキャパシタンスの突然の変化をモニタすることにより検出される、というものであるが、キャパシタンスにおけるこの突然の変化は、先端と液体との間の物理的接触が確立されたり遮断されたりすることにより生じる。
【０００５】
流体が存在するかどうか、即ちインプットキャパシタンスのこの変化に基づいてそのレベルを示すアウトプット信号を与えることができるような、種々の回路が開発されてきた。この分野で十分に確立された、一つの特定の回路は、キャパシタを充電する原理により動作するが、それは、望ましい液体キャパシタンスに加えて、放電の後に生じる望ましくないケーブル及びフィルタリング回路キャパシタンスも含む。インプットの際に全体のキャパシタンスを充電するのに必要な時間は、インプットキャパシタンスに比例するパルス幅変調デューティサイクルに変換される。次のバンドパスフィルタ及び増幅器は、直流成分を除去して電圧変化のみ増幅しセンサーインプットにおけるキャパシタンス変化に比例する電圧パルスとする。上記パルスが所定の電圧、閾値を超えるならば、アウトプット信号が生成される。クロック信号は、充電／放電サイクルを制御するのに用いられる。クロック信号の周波数は、液体レベル検出の感度に直接比例する。よって、周波数を変更することは、閾値の変更によって、若しくは、信号増幅器の増幅利得を変更して液体検出インプット信号の振幅変化を増幅することによって、補償されなければならない。
【０００６】
従来の実施例では、クロック周波数は、これらの回路のための生産段階において予め決定されて固定され、要求された感度が補償されるように対応する基準電圧及び／又は増幅利得が計算されて固定された。しかしながら、クロック周波数が変化することを求める実施例もある。結果として、基準電圧及び／又は増幅利得も夫々変化されなければならない。さもなければ感度が影響を受け、誤ったアウトプットが生成される。
【０００７】
クロック周波数が変えられなければならない理由のひとつは、これらの容量性液体レベル検出器及びそれらの制御回路は、干渉に対して非常に敏感である、ということである。クロック信号と類似の若しくは同一の周波数で動作する、近くにある他の電子装置により、それら干渉は生じ得る。全ての干渉と同様に、近傍の周波数で動作する２つのデバイス間の距離が小さくなる程、この問題は悪化する。実験装置に関するいわゆる多重軸若しくはマルチチャネル構成の場合に、このことは顕著となる。この場合多重液体レベル検出器は上記多重軸上に搭載される。
【０００８】
多重容量性液体レベル検出器が近接近している容量性液体レベル検出のための現存するデザインは、システム内部の全ての容量性液体レベル検出器を同期させる要求、若しくは誤った検出に繋がる干渉から回避するためにクロック周波数を相互に独立して設定する要求を、伴うものである。
【０００９】
全ての容量性液体レベル検出器の同期は、全ての軸が相互の関係で固定して位置付けされるかどうかの、受け入れ可能な解決策を表すに過ぎない。それらの軸が独立して配置される他の全ての場合は、配線の制約及び起こり得る電磁気的干渉の問題による困難を、生じてしまう。全ての容量性液体レベル検出器の同期のために、それらの間の更なるクロス接続、若しくは、相互接続ボードなどに搭載される中央クロック生成器が、必要とされる。
【００１０】
干渉を回避するための、即ち、相互に独立して周波数を設定するための、第２のアプローチは、感度が夫々変化する結果となる。このことは、デジタル信号を利用して、若しくは、レベル比較器の場合には基準電圧及び／又は増幅器利得を調節することにより、補償され得る。基準電圧及び／又は増幅利得を調節することは、ある種のスイッチやジャンパ設定により若しくはプログラム可能な電圧基準により設定される、個々の周波数のための様々な組み合わせによって、為され得る。しかしながら、増幅利得の調節には、全ての増幅領域の増幅器の正確性と線形性に強く依存する、という欠点がある。これらの解決策のすべては、エラーが見えること無く潜在的なミスリーングの結果に繋がる誤った感度の設定のコスト及び／又はリスクを、増すものである。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
発明の目的
よって、本発明の目的は、液体の存在を示す信頼性の高いアウトプット信号を与えることができる液体レベル検出の方法を提供することであり、上記方法は、クロック周波数の変化に感度が無く、上記方法は、更なるデジタル信号処理も、個々の周波数変化に関する、基準電圧及び／又は増幅利得の個別の設定も、要求することが無いが、同時に周波数独立感度調節を可能にする。
【００１２】
本発明の更なる目的は、マルチチャネル液体検出のための方法を提供することであり、上記多重チャネル間の干渉は回避されており、上記方法は、更なるデジタル信号処理も、個々の周波数変化に関する、基準電圧及び／又は増幅利得の個別の設定も、要求することが無い。
【００１３】
本発明の更なる目的は、液体の存在を示す信頼性の高いアウトプット信号を与えることができる液体レベル検出のための液体レベル検出ユニットを提供することであり、上記ユニットは、クロック周波数の変化に感度が無いが同時に所定の感度を維持するものであり、更なるデジタル信号処理も、個々の周波数変化に関する、基準電圧及び／又は増幅利得の個別の設定も、必要では無い。
【００１４】
本発明の更なる目的は、マルチチャネル液体レベル検出システムを提供することであり、多重液体レベル検出ユニット間の干渉は回避され、個々のチャネルの感度は個別に設定され、該感度は周波数の変化に影響されないものである。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
発明の概要
本発明の上述の目的は、インプット容量を有する容量性液体レベル検出器により液体レベルを検出する方法により、達成される。上記インプット容量は、容量性液体レベル検出器の少なくとも一部が液体に接触すると変化する。上記方法は、
容量性液体レベル検出器の所定の感度に対応する、所定のオンタイムを伴うクロック信号を生成するステップと、
上記クロック信号を、基準生成器と、容量性液体レベル検出器の容量性液体レベル検出器インプットとの両方に、供給するステップと、
上記基準生成器が、上記クロック信号のオン／オフ比から導出される制御値（ＣＶ）を生成し、該制御値を比較器の制御インプットに供給するステップと、
インプット容量の上記変化に応答して上記容量性液体レベル検出器の液体検出インプット信号を比較器の信号インプットに供給するステップと、
上記制御値により比較器の制御パラメータを決定するステップと、
容量性液体レベル検出器の上記液体検出インプット信号が、上記容量性液体レベル検出器のインプット容量の変化に応答して、閾値を超えると、上記比較器が、アウトプットにおいてアウトプット信号を誘発するステップと
を含む。
【００１６】
本発明の更なる目的は、更に以下の特徴を備える上述の方法により達成される。多重液体レベル検出ユニットが相対的に近接して搭載され、
液体レベル検出ユニットの間の干渉を回避するために、個々の液体レベル検出ユニットは異なる周波数の異なるクロック信号が供給され、個々のクロック信号は夫々の容量性液体レベル検出器の所定の感度に対応する所定のオンタイムを有し、
更にクロック信号周波数の差異により生じる、個々の液体レベル検出ユニットの容量性液体レベル検出器の感度におけるバリエーションは、個々の液体レベル検出ユニットの個々の比較器に、上記異なるクロック信号に基づいて個々の液体レベル検出ユニットの基準生成器により生成される様々な制御値を供給することにより、自己補償される。
【００１７】
本発明の上述の目的は、更に、容量性液体レベル検出のための液体レベル検出ユニットによって達成される。該液体レベル検出ユニットは、
インプット容量を有する容量性液体レベル検出器であって、容量性液体レベル検出器の所定の感度に対応する所定のオンタイムを伴うクロック信号を供給され、容量性液体レベル検出器の少なくとも一部が液体に接触すると上記インプット容量が変化する、容量性液体レベル検出器と、
クロック信号を供給され、上記クロック信号のオン／オフ比から導出される制御値を生成する、基準生成器と、
上記制御値）を供給される制御インプットを備える比較器であって、上記制御値は比較器）の制御パラメータを決定する、比較器と
を備え、
信号インプットは、上記容量の変化に応答して、上記容量性液体レベル検出器の液体検出インプット信号を供給され、上記比較器は、容量性液体レベル検出器の上記液体検出インプット信号が、上記容量性液体レベル検出器のインプット容量の変化に応答して、上記閾値を超えると、アウトプットにおいてアウトプット信号を誘発する。
【００１８】
本発明の更なる目的は、液体レベル検出ユニットを多重的に含むマルチチャネル液体レベル検出システムにより達成される。該マルチチャネル液体レベル検出システムは以下のような特徴を備える。
上記多重液体レベル検出ユニットが相対的に近接して搭載され、
液体レベル検出ユニットの間の干渉を回避するために、個々の液体レベル検出ユニットは様々な周波数の異なるクロック信号が供給され、個々のクロック信号は夫々の容量性液体レベル検出器の所定の感度に対応する所定のオンタイムを有し、
更にクロック信号周波数の差異により生じる、個々の液体レベル検出ユニットの容量性液体レベル検出器の感度におけるバリエーションは、個々の液体レベル検出ユニットの個々の比較器に、上記異なるクロック信号に基づいて個々の液体レベル検出ユニットの基準生成器により生成される様々な制御値を供給することにより、自己補償される。
【００１９】
結論として、本発明の本質は以下の点にある。基準値／閾値及び／又は増幅利得はクロック周波数により直接決定される。振幅利得は上記クロック信号のオン／オフ比に直接比例し、全てのクロック信号に対するオンタイムは所望の感度に従って決定され、よってオフタイムは周波数の変化に比例して変わり、結果としてクロック信号のオン／オフ比は然るべく変化し、閾値及び／又は増幅利得が周波数の変化に比例することになる。
【発明の効果】
【００２０】
発明の効果
本発明の最も重要な効果は、先行技術に存在する問題点を適切に解決することにあり、同期は必要とされず、更に、感度の補償のための特別なステップも必要ではない。クロック周波数を設定することにより、感度は本来的に、周波数変化に対して補償をするように自ら自身を調節する。このことは同時に、コスト、配線の要求、及び誤りのある結果の可能性を、減少させる。よって、方法及び装置は、更なるデジタル信号処理等を利用するための基準／閾値及び／又は増幅利得を予め決定して予め設定する必要無く、環境から独立して用いられ得る。本発明の更なる効果は、周波数とは独立して、クロック信号のオンタイムを変更することで感度を個別に調節でき、これにより、異なる感度が必要な様々なシナリオでの利用や、干渉の問題により種々の周波数を必要とする種々の構成での利用を可能とする、ということである。よって、周波数と感度の両方のパラメータは、一つのみの信号、即ちクロック信号のみで、処理され得るものであり、一つ以上の周波数が用いられる場合に同じレベルで感度を維持するために感度を調節する必要は無い。なぜならこれは自己補償のものであるからである。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
図面の簡単な説明
【図１Ａ】同じ時間軸上での、クロック信号、放電機能、及びパルス幅変調信号を示す信号図である。
【図１Ｂ】クロック信号のオン／オフ比と基準電圧との間の関係を示す信号図であり、クロック信号は第１の周波数を有する。
【図１Ｃ】クロック信号のオン／オフ比と基準電圧との間の関係を示す信号図であり、クロック信号はより低い第２の周波数を有する。
【図１Ｄ】クロック信号のオン／オフ比と基準電圧を変更することによる感度調節を示す信号図であり、クロック信号は同じより低い第２の周波数を有するが異なるオン／オフ比を有する。
【図２Ａ】インプット容量の変化を追う液体検出インプット信号を示す信号図である。
【図２Ｂ】異なる閾値となる異なるクロック信号周波数におけるインプット容量の同じ変化を追う、更なる液体検出インプット信号を示す信号図である。
【図２Ｃ】異なる増幅利得となる異なるクロック信号周波数におけるインプット容量の同じ変化を追う、更なる液体検出インプット信号を示す信号図である。
【図３】本発明に係る液体レベル検出ユニットの第１の実施形態の構造ブロック図である。
【図４Ａ】本発明に係る液体レベル検出ユニットの好適な実施形態の構造ブロック図であり、ディップインアウトプットとディップアウトアウトプットの両方を伴う。
【図４Ｂ】種々のインプット容量での放電機能と、対応するパルス幅変調信号との間の関係を示す信号図である。
【図５Ａ】液体検出インプット信号とディップインアウトプットとディップアウトアウトプットを示す信号図と一緒に、液体レベル検出ユニットを示す、構造図であり、液体レベル検出ユニットが液体と接触する前のものである。
【図５Ｂ】液体検出インプット信号とディップインアウトプットとディップアウトアウトプットを示す信号図と一緒に、液体レベル検出ユニットを示す、構造図であり、液体レベル検出ユニットが液体と接触するとき、即ち、ディップインフェーズのものである。
【図５Ｃ】液体検出インプット信号とディップインアウトプットとディップアウトアウトプットを示す信号図と一緒に、液体レベル検出ユニットを示す、構造図であり、液体レベル検出ユニットが液体との接触を停止するとき、即ち、ディップアウトフェーズのものである。
【図６Ａ】単体のアームに搭載された多重液体レベル検出ユニットを含むマルチチャネル液体レベル検出システムを示す側面構造図であり、ディップインフェーズにある。
【図６Ｂ】単体のアームの搭載された多重液体レベル検出ユニットを含むマルチチャネル液体レベル検出システムの斜視構造図であり、システムの多重軸とサンプルプレートを示している。
【図７】システムの多重軸の様々なアームに搭載された多重液体レベル検出ユニットを含むマルチチャネル液体レベル検出システムの斜視構造図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
好適な実施形態の説明
幾つかの用語が本特許出願にて用いられているが、本願の実施形態は選択された特定の用語によって限定して解釈されるべきものではなく、特定の用語の背後にある一般的概念に関連させて解釈されるべきものである。
【００２３】
「ディップインフェーズ」という用語は、容量性液体レベル検出器が液体に接触する直前に開始し容量性液体レベル検出器が液体に接触する位置に到達するときに終了する期間を記載するのに、本願の文脈で用いられる。
【００２４】
「ディップアウトフェーズ」という用語は、容量性液体レベル検出器が液体に接触する一にあるときに開始し容量性液体レベル検出器が液体にもはや接触しなくなった直後に終了する期間を記載するのに、本願の文脈で用いられる。
【００２５】
液体は、本願の文脈においては、容量性液体レベル検出器により存在及び／又はレベルが検出されるあらゆる種類の液体のことである。種々の泡がこのカテゴリに含まれ得る。本発明に係る容量性液体レベル検出は導電性液体のみと互換性がある。但し、このことは非常に低い導電性の液体もなお含む。
【００２６】
クロック信号は、本願の文脈では、所与の周波数における通常の順序で交互に生じる「オンタイム」と「オフタイム」に対応する高値と低値を有する本質的に矩形である信号である。本発明においては、全てのクロック信号に対するオンタイムは予め決定されており、この場合オフタイムは周波数の変化に比例して、つまり信号のオンオフ比率の変動により、変化する。クロック信号ＣＬＫのオンタイムは、所望の感度によって予め決められ、よってオンタイムは個別に設定され得る。利用例での利用に拠るのであるが、信頼性の高い検出を保証するように、感度は夫々調節されることが必要である。レベル検出ユニットにより観察される容量の変化のレベルに影響する、典型的なパラメータは、検出される液体の伝導性、その液体の量、及びサンプルプレートの形状及び／又は部材である。
【００２７】
パルス幅変調信号は、「オンタイム」と「オフタイム」に対応する交互の高値と低値を有する本質的な矩形状を伴う信号のことであり、「オンタイム」と「オフタイム」の間の比率が信号データを坦持する。
【００２８】
液体検出インプット信号は、容量性液体レベル検出器１４の容量の変化を追う信号のことである。
【００２９】
図１Ａは、同じ時間軸上での、クロック信号、容量性液体レベル検出器１４のインプット容量Ｃのバリエーション、及びパルス幅変調信号ＰＷＭ−Ｓを示す信号図である。所与の周波数における通常の順序で交互に生じる「オンタイム」ｔ１と「オフタイム」ｔ２に対応する高値と低値を有する矩形によって、上記のクロックＣＬＫが示され、ここでｔ１とｔ２の和は信号の周期Ｔに等しい。中間部には、放電機能Ｉが示され、そのオフタイムには該機能が増え、そのオンタイムには該機能は略ゼロにまで落ちる。放電機能Ｉのオンタイムとオフタイムは、クロック信号ＣＬＫのオンタイムとオフタイムとは異なるのであるが、クロック信号ＣＬＫの立ち上がりエッジにてクロック信号ＣＬＫと同期する。実線で示されるバリエーション１は、低い方のインプット容量Ｃに対応し、点線で示されるバリエーション２は、高い方のインプット容量Ｃに対応する。高い方の容量Ｃに対応するバリエーション２は、急激には立ち上がらない。というのは、より大きいキャパシタンスはよりゆっくりと充電するからである。本発明においては、クロックＣＬＫの立ち上がりエッジのみが同期のために用いられる。即ち、インプット容量Ｃは、クロックＣＬＫの立ち上がりエッジにおいて放電される。放電機能Ｉのオンタイムの間、容量性液体レベル検出器１４のキャパシタは放電され、放電機能Ｉのオンタイムは固定されているので、インプット容量Ｃの放電時間も固定される。放電パルスの完了の後、容量性液体レベル検出器１４のキャパシタは放電され、新しい充電サイクルが開始する。プラスの過渡のみが固定時間の放電パルスを誘発するのに用いられ、それ故にクロック信号ＣＬＫのオンタイムは放電機能には何ら影響を与えない。底部では、インプット容量Ｃの変化に直接依存するパルス幅変調比較器３２のデューティサイクルが示されており、ここではより長いデューティサイクルはインプット容量Ｃのより高い変化に対応する。
【００３０】
図１Ｂは、クロックＣＬＫの信号図を示し、該クロックＣＬＫは第１の周波数を有し、更に該クロックＣＬＫは約１のオンオフ比であり、該オンオフ比は制御値ＣＶを決定し、該制御値は比較器１８のある制御パラメータを、図示の実施形態では、グラフに更に示される閾値ＴＶを、決定する。
【００３１】
図１Ｃは、クロックＣＬＫの信号図を示し、該クロックＣＬＫは第２の周波数を有し、更に該クロックＣＬＫは異なるオンオフ比であり、該オンオフ比は異なる制御値ＣＶを決定し、該制御値は、破線で示される図１Ｂからの閾値ＴＶと比較して、グラフに更に実線で示される異なる閾値ＴＶを、決定する。よって、本発明においては、より低いクロックＣＬＫ周波数は結果としてより低い閾値ＴＶとなり、より高いクロックＣＬＫ周波数は結果としてより高い閾値ＴＶとなる。このことは、クロックＣＬＫ周波数の変化に対応する容量性液体レベル検出器１４の感度の変化の自己補償を保障する。
【００３２】
図１Ｄは、クロックＣＬＫの信号図を示し、該クロックＣＬＫは図１Ｃと同じ第２の周波数を有するが、該クロック信号ＣＬＫは異なるオンオフ比であり、該オンオフ比は、点線で示される図１Ｃからの閾値ＴＶと比較して、グラフに更に実線で示される異なる閾値ＴＶを、決定する。よって、本発明においては、クロック信号ＣＬＫのより高いオンオフ比は、より高い閾値ＴＶとなる。このことは、感度調節と称され、所望の感度に従ってクロック信号ＣＬＫのオンタイムが決定される。周波数変化に関わり無くオンタイムは所定のオンタイムと同一であるように保持されるので、周波数変化は感度に影響しないことに留意されたい。
【００３３】
図１Ｂから図１Ｄは、制御値ＣＶ、即ち、比較器１８の閾値ＴＶに基づいて決定される制御パラメータの具体的な例を示す。本発明によると、比較器１８の信号インプット２０に関して受信される信号に適用される増幅のレベルを決定する比較器１８の信号インプット２０の増幅利得などの、更なる制御パラメータに、同じ原理が適用され得る。よって、クロックＣＬＫ周波数の変化により感度が変化するならば、増幅利得は自己補償されるものである。
【００３４】
よって、図１Ｂと図１Ｃを比較することにより、周波数の変化によるいわゆる“所望で無い”感度の変化が明白であり、その“所望で無い”感度の変化は、本発明の回路により補償される。一方、図１Ｃと図１Ｄを比較することにより、いわゆる“所望の”感度の変化が明白であり、その場合、同一周波数においてクロック信号ＣＬＫのオンタイムが変化し、特定の所望の感度の変化に到達する。
【００３５】
図２Ａ及び図２Ｂは、２つの異なる周波数に対応する容量性液体レベル検出器１４の液体検出応答信号ＲＳを示す。図示される液体検出応答信号ＲＳにおけるパルスの振幅は、インプット容量Ｃの変化に直接比例するが、クロックＣＬＫ周波数にも直接比例する。従って、液体レベル検出器１４がインプット容量Ｃと同じ変化をするとき、液体検出応答信号ＲＳの増幅は、周波数の変化に比例して変化する。このことは“所望で無い感度の変化”と称される。つまり、より高い周波数はより高い液体検出応答信号ＲＳの増幅となり、より低い周波数は（インプット容量Ｃの同じ変化に対して）より低い増幅となる。
【００３６】
図２Ａは、容量の増加を追う液体検出応答信号ＲＳと、クロックＣＬＫの上記第１の周波数に対応する正の閾値ＴＶ＋及び負の閾値ＴＶ−を示す、信号図を示す。図１Ｂに関連して示されるが、第１の周波数を伴うクロックＣＬＫは、第１の閾値ＴＶを決定する第１の制御値ＣＶに対応する。この図では、正の閾値ＴＶ＋と負の閾値ＴＶ−の両方が示されている。
【００３７】
図２Ｂは、図２Ａのインプット容量と同じ増加を追随するが、第２の周波数のものである液体検出応答信号ＲＳを示す、信号図を示す。図１Ｃに関連して示されるが、第２の周波数を伴うクロックＣＬＫは、第２の閾値ＴＶを決定する第２の制御値ＣＶに対応する。この図では、正の閾値ＴＶ＋と負の閾値ＴＶ−の両方が示されている。比較のため、第１のクロックＣＬＫ周波数に対応する第１の正の閾値ＴＶ＋及び第１の負の閾値ＴＶ−が、破線により示されている。この図では、容量性液体レベル検出器１４の感度の変化を見ることができ、ここでその変化は液体検出応答信号ＲＳにて比例的に増幅が低くなっていることである。閾値ＴＶがクロックＣＬＫ周波数により決定されるという、本発明に係る発明概念がなかったら、液体検出応答信号ＲＳの振幅は、破線で示される、第１の閾値ＴＶを超えることはなく、よって全体の液体レベル検出ユニット１０は信頼できないものとなる。
【００３８】
クロックＣＬＫ周波数の変動による容量性液体レベル検出器１４の感度の自己補償は、この図から明白であり、自己補償された閾値ＴＶは液体検出応答信号ＲＳのより低い振幅に比例して調整されるが、該振幅は正の閾値ＴＶ＋及び負の閾値ＴＶ−を超える／下回るのであり、よって液体レベル検出ユニット１０は正確な検出アウトプットを提供する。
【００３９】
図２Ｃは、図２Ａのインプット容量と同じ増加を追随するが、第２の周波数のものである液体検出応答信号ＲＳを示す、信号図を示す。この図は、更なる制御パラメータの、即ち、比較器２０の信号インプット２０の増幅利得の、自己補償の効果を示す。図２Ａの第１の周波数を伴うクロックＣＬＫが第１の増幅利得を決定すると仮定すると、第２の周波数を伴うクロックＣＬＫは第２の制御値ＣＶに対応するのであり、該第２の制御値ＣＶは、液体検出応答信号ＲＳの異なる増幅となる図２Ｃの第２の増幅利得を決定する。比較のために、第１のクロックＣＬＫ周波数に対応する第１の増幅利得を伴う液体検出応答信号ＲＳが、破線により示されている。この図では、容量性液体レベル検出器１４の感度の変化を、見ることができ、該変化は、（増幅されない）液体検出応答信号ＲＳについての比例的により低い振幅につながる。閾値ＴＶがクロックＣＬＫ周波数により決定されるという、本発明に係る発明概念がなかったら、液体検出応答信号ＲＳの振幅は、第１の閾値ＴＶを超えることはなく、よって全体の液体レベル検出ユニット１０は信頼できないものとなる。
【００４０】
クロックＣＬＫ周波数の変動による容量性液体レベル検出器１４の感度の自己補償は、図２Ｃから明白であり、自己補償された増幅利得は（増幅されない）液体検出応答信号ＲＳのより低い振幅に比例して調整されるが、適切な増幅利得が適用されると、該振幅は正の閾値ＴＶ＋及び負の閾値ＴＶ−を夫々超える／下回るのであり、よって液体レベル検出ユニット１０は正確な検出アウトプットを提供する。
【００４１】
図３は、本発明に係る液体レベル検出ユニット１０の第１の実施形態の構造ブロック図であり、発明概念である自己補償の感度の概念を実施するものである。
【００４２】
容量性液体レベル検出のための液体レベル検出ユニット１０は、第１の場所に容量性液体レベル検出器１４を含む。これは、インプット容量Ｃにより特徴付けられる。インプット容量Ｃは、容量性液体レベル検出器１４と好ましくは接地したワーク面４００との間で計測されるのであり、ここで容量性液体レベル検出器１４が液体Ｌに接触するときは液体Ｌは電極の表面にまで延在しており、よってインプット容量Ｃは突然変化する。容量性液体レベル検出器１４はピペット先端１４．２を取り付けることができ、これにより、このピペット先端１４．２のみが液体Ｌに接触することになる。この場合、ピペット先端１４．２と接地されたワーク面４００との間の容量は、インプット容量Ｃである。容量性液体レベル検出器１４にはクロックＣＬＫが与えられる。本発明の好適な実施形態では、このピペット先端１４．２は、実験液体処理装置のピペットデバイスの一部である。
【００４３】
液体レベル検出ユニット１０は更に、同一のクロックＣＬＫを与えられる基準生成器１２を含み、この基準生成器１２は制御値ＣＶを生成し、この制御値ＣＶは、先の段落に記載したようにクロックＣＬＫのオン／オフ比から導出される。
【００４４】
制御値ＣＶは、比較器１８の制御インプット１９に与えられ、この比較器は信号インプット２０も有し、そこには液体検出応答信号ＲＳが与えられる。比較器１８は、容量性液体レベル検出器１４のインプット容量Ｃの放電に追随する液体検出応答信号ＲＳの振幅を、基準生成器１２により生成される制御値ＣＶと比較し、更に比較器１８は、容量性液体レベル検出器１４のインプット容量Ｃの十分に大きい変化に応答して液体検出応答信号ＲＳが閾値ＴＶを超えるときに、アウトプット２１にて対応する信号を誘発する。先の段落にて記載したように、上記制御値は、上記閾値、若しくは比較器１８の信号インプット２０における増幅利得などの、比較器１８の制御パラメータを決定する。
【００４５】
図４Ａは、本発明に係る液体レベル検出ユニット１０の特に好適な実施形態の構造ブロック図を示し、ここではディップインアウトプット２１．１及びディップアウトプット２１．２の両方が備わる。この実施形態の基準生成器１２は、２つの閾値ＴＶ、正の閾値ＴＶ＋と負の閾値ＴＶ−を決定する制御値ＣＶを生成する。正の閾値ＴＶ＋は、ディップイン検出のために、即ち、容量性液体レベル検出器１４のピペット先端１４．２が液体Ｌに接触するときに、利用され、負の閾値ＴＶ−は、ディップアウト検出のために、即ち、容量性液体レベル検出器１４のピペット先端１４．２が液体Ｌとの接触を停止するときに、利用される。２つの区別された閾値ＴＶ、正の閾値ＴＶ＋と負の閾値ＴＶ−は、夫々、ディップイン比較器１８．１とディップアウト比較器１８．２との、正の閾値インプット１９．１と負の閾値インプット１９．２とに、与えられる。
【００４６】
ディップイン比較器１８．１とディップアウト比較器１８．２は類似の構造の比較器である。但し以下のような差異を伴う。ディップアウト比較器１８．２は、負の閾値ＴＶ−を下回る液体検出器応答信号ＲＳの負のパルスを検出するように設計されており、一方で、ディップイン比較器１８．１は、正の閾値ＴＶ＋を超える液体検出器応答信号ＲＳの正のパルスを検出するように設計されている。このために、ディップイン比較器１８．１とディップアウト比較器１８．２は、夫々、信号インプット２０．１と信号インプット２０．２を含み、その両方共に同一の液体検出応答信号ＲＳが供給される。
【００４７】
ディップイン比較器１８．１は、容量性液体レベル検出器１４のインプット容量Ｃの増加に追随する液体検出応答信号ＲＳの振幅を、その信号インプット２０．１で受けられ基準生成器１２により生成される正の閾値ＴＶ＋と比較し、更にディップイン比較器１８．１は、上記ピペット先端１４．２が液体Ｌに接触するときの、容量性液体レベル検出器１４のインプット容量Ｃの十分に大きい増加に応答して、液体検出応答信号ＲＳが上記正の閾値ＴＶ＋を超えるときに、そのディップインアウトプット２１．１にて対応する信号を誘発する。
【００４８】
ディップアウト比較器１８．２は、容量性液体レベル検出器１４のインプット容量Ｃの減少に追随する液体検出応答信号ＲＳの振幅を、その信号インプット２０．２で受けられ基準生成器１２により生成される負の閾値ＴＶ−と比較し、更にディップアウト比較器１８．２は、上記ピペット先端１４．２が液体Ｌと接触することを停止するときの、容量性液体レベル検出器１４のインプット容量Ｃの十分に大きい減少に応答して、液体検出応答信号ＲＳが上記負の閾値ＴＶ−を下回るときに、そのディップアウトアウトプット２１．２にて対応する信号を誘発する。
【００４９】
図４Ａに示される本発明の好適な実施形態では、クロックＣＬＫは、不活性状態及び活性状態を有する放電器３０を介して液体レベル検出器１４に与えられる。ここで、上記不活性状態ではインプット容量Ｃは常に充電され、上記活性状態ではインプット容量Ｃは放電が生じている。このことは、図１Ａにて放電機能に対して見られる充電／放電サイクルとなる。活性状態は所定の長さを有し、クロック信号ＣＬＫの立ち上がりエッジにより誘発される。図１Ａ、図２Ａ及び本明細書の対応する段落はこのことをより詳細に記述している。放電機能Ｉのオンタイム及びオフタイムは、クロック信号ＣＬＫのオンタイム及びオフタイムとは異なるが、クロック信号ＣＬＫの立ち上がりエッジにおいてクロック信号ＣＬＫと同期する。連続線で示されるバリエーション１は、より低いインプット容量Ｃに対応し、一方で、破線で示されるバリエーション２は、より高いインプット容量Ｃに対応する。より高い容量Ｃはより遅く充電するので、より高い容量Ｃに対応するバリエーション２は急激には立ち上がらない。本発明によると、クロックＣＬＫの立ち上がりエッジのみが、同期のために用いられ、即ち、インプット容量ＣはクロックＣＬＫの立ち上がりエッジにて放電される。オンタイムの間、容量性液体レベル検出器１４のインプット容量Ｃは放電され、オンタイムが固定されるのでインプット容量Ｃの放電時間も固定される。放電の完了の後、容量性液体レベル検出器１４のインプット容量Ｃは放電されて新しい充電サイクルが開始する。プラスの過渡のみが固定時間の放電パルスを誘発するのに用いられ、従って、クロック信号ＣＬＫのオンタイムは放電器３０に何ら影響を与えない。
【００５０】
図４Ａに示す本発明の好適な実施形態では、液体レベル検出ユニット１０はパルス幅変調比較器３２も含み、該パルス幅変調比較器３２は、インプット容量Ｃに比例するデューティサイクルで、放電機能Ｉをパルス幅変調信号ＰＷＭ−Ｓに変換する。図４Ｂに示されるように、パルス幅変調信号ＰＷＭ−Ｓのデューティサイクルは、常時インプット容量Ｃに比例する。よって、より高い容量２は（破線で示される）より高いデューティサイクル４に対応し、より低い容量１はより低いデューティサイクル３に対応する。
【００５１】
本発明の更なる好適な実施形態では、液体レベル検出ユニット１０は、比較器１８、１８．１、１８．２の信号インプット２０、２０．１、２０．２に位置してパルス幅変調信号ＰＷＭ−Ｓが供給される、フィルタ及び増幅器ステージ３３も含む。ここで、該ファイルタ及び増幅器ステージ３３は、直流成分を除去し、電圧変化のみを増幅して、インプット容量Ｃの容量変化に比例する電圧パルスとする。
【００５２】
図５Ａから図５Ｃのシーケンスは、液体検出応答信号ＲＳ、並びに、ディップインアウトプット２１．１及びディップアウトアウトプット２１．２における信号を示す信号図と共に、動作の種々の相にある液体レベル検出ユニット１０を示す。
【００５３】
図５Ａは、容量性液体レベル検出器１４が、ワーク面４００上に配置されたサンプルプレート３００のウエル３０１内に蓄えられた液体Ｌと接触する前の、液体レベル検出ユニット１０を示す。この場合、液体検出応答信号ＲＳの振幅は、正の閾値ＴＶ＋を超えることも無く、負の閾値ＴＶ−を下回ることも無い。図５Ａは、液体検出応答信号ＲＳが常に０である理想的状況を示す。しかしながら、振動などの効果により、若しくは、単に、ピペット先端１４．２とワーク面４００の間の減少する距離により、（図５Ｂ及び図５Ｃの夫々に示される）ディップインやディップアウトの間の典型的な形状に必ずしも類似しないランダム形状のノイズが常時存在しているが、しかしながら、これらは正の閾値ＴＶ＋を超えることも、負の閾値ＴＶ−を下回ることも無い。
【００５４】
図５Ｂは、容量性液体レベル検出器１４がサンプルプレート３００のウエル３０１内に蓄えられた液体Ｌとの接触に入りつつあるときの、即ち、ディップインフェーズの液体レベル検出ユニット１０を示す。液体Ｌとの接触に入りつつある容量性液体レベル検出器１４は、インプット容量Ｃに突然の増加を生じ、これにより今度は、液体検出応答信号ＲＳにおいて振幅が正の閾値ＴＶ＋を超えることになる。ディップイン比較器１８．１はこれを検出し、ディップインアウトプット２１．１にて「ディップイン」を示す対応する信号を誘発する。
【００５５】
図５Ｂは、容量性液体レベル検出器１４がサンプルプレート３００のウエル３０１内に蓄えられた液体Ｌとの接触を停止するときの、即ち、ディップアウトフェーズの液体レベル検出ユニット１０を示す。液体Ｌとの接触から待避する容量性液体レベル検出器１４は、インプット容量Ｃに突然の現象を生じ、これにより今度は、液体検出応答信号ＲＳにおいて振幅が負の閾値ＴＶ−を下回ることになる。ディップアウト比較器１８．２はこれを検出し、ディップアウトアウトプット２１．２にて「ディップアウト」を示す対応する信号を誘発する。
【００５６】
図６Ａは、マルチチャネル液体レベル検出システムの側面構造図を示し、該システムは、ディップインフェーズにある多重液体レベル検出ユニット１０を含む。本発明の好適な実施形態では、多重液体レベル検出ユニット１０が、ｙ軸アーム１０１とも称される単一のｙ軸モジュールに搭載されている。液体処理実験セットアップでは、個々の液体レベル検出ユニット１０は、いわゆるピペットチャネル若しくはｚ軸に対応し、対応するウエル３０１はサンプルプレート３００内にある。
【００５７】
図６Ｂは、多重液体レベル検出ユニット１０を含むマルチチャネル液体レベル検出システム１００を示し、マルチチャネル液体レベル検出システム１００の多重軸と、ウエル３０１のアレイが接地されたワーク面４００上に配置されたサンプルプレートとを、示している。生じ得る干渉に対処しなければならない理由である、液体レベル検出ユニット１０の近接が、この図でよく見てとれる。図６Ｂに示される実施形態には、ｘ軸アーム１０５により運ばれるｙ軸アーム１０１に搭載された複数の液体レベル検出ユニット１０が、含まれる。個々の液体レベル検出ユニット１０は、個別のｙ軸と個別のｚ軸とを同様に有しており、個々の液体レベル検出ユニット１０は個別に動作するので個別の容量性液体レベル検出器１４が必要とされる。マルチチャネル液体レベル検出システム１００は、以下のように動作すべきものである。
ａ）−ウエル３０１のアレイを伴うサンプルプレートが、マルチチャネル液体レベル検出システム１００の下の、接地されたワーク面４００上に配置される。
ｂ）−ウエル３０１のアレイのうちの特定の行が、ｙ軸アーム１０１がその所望の行の上に来るまでｚ軸アーム１０３をｘ軸に沿って動かすことにより、選択される。
ｃ）−個別の液体レベル検出ユニット１０をそのｙ軸に沿ってずらすことにより、特定のウエル３０１が選択される。
ｄ）−一つ若しくはそれ以上の液体レベル検出ユニット１０の先端１４．２が対応するウエル３０１内にダイブするまで、それら液体レベル検出ユニット１０がそのｚ軸に沿って動かされる。
ｅ）−個別の液体レベル検出ユニット１０をｚ軸に沿って反対方向に動かすことにより、夫々の液体レベル検出ユニット１０をウエル３０１から待避する。
ｆ）処理すべきウエル３０１のアレイの個々の行のために、上記ステップｂ）からｅ）を繰り返す。
ｇ）アレイのうちの個々の行に対応するステップｂ）からｄ）の個々のシーケンスに対して、個々の液体レベル検出ユニット１０のアウトプット２１からの信号の格納及び／又は分析を行なう。
【００５８】
図７は、システムの多重軸の様々なアームに搭載された多重液体レベル検出ユニット１０を含む、マルチチャネル液体レベル検出システム１００の構造斜視図を示す。この構成では、本発明の更なる利点が明白であり、異なるアームに搭載された多重液体レベル検出ユニット１０を同期させようとしても、配線の制約があることや、個々の液体レベル検出ユニット１０に対して可能であれば異なる感度を備えさせようとする要求により、困難であることになる。この図では、多重ｙ軸アーム１０１の各々に、単体の多重液体レベル検出ユニット１０が搭載されており、個々のｙ軸アーム１０１は個別のｚ軸アーム１０３により坦持される。ｚ軸アーム１０３は、個別のｘ軸キャリッジに搭載されても良いし、共通のｘ軸キャリッジに搭載されても良い。
【００５９】
更なる実施形態では、マルチチャネル液体レベル検出システム１００の多重液体レベル検出ユニット１０の各々が、本発明の同一のコンセプトが適用されている、即ち、感度と閾値ＴＶの両方が個々の液体レベル検出ユニット１０のための夫々のクロック信号ＣＬＫにより共通して調整される、個別に自在に制御可能なロボットアームに搭載される。
【００６０】
当然のことながら、添付の請求項に記載される発明の範囲から乖離すること無く本明細書に記載する特定の構成に基づいて、多数の変形が適用可能である。
【符号の説明】
【００６１】
符号リスト
１０・・・液体レベル検出ユニット、
１２・・・基準生成器、
１４・・・容量性液体レベル検出器、
１４．２・・・ピペット先端、
１８・・・比較器、
１９・・・制御ユニット、
２０・・・信号インプット、
２１・・・アウトプット、
１８．１・・・ディップイン比較器、
１９．１・・・正の閾値インプット、
２０．１・・・信号インプット、
２１．１・・・ディップインアウトプット、
１８．２・・・ディップアウト比較器、
１９．２・・・負の閾値インプット、
２０．２・・・信号インプット、
２１．２・・・ディップアウトアウトプット、
３０・・・放電器、
３２・・・パルス幅変調比較器、
３３・・・フィルタ及び増幅器ステージ、
１００・・・マルチチャネル液体レベル検出システム、
１０１・・・ｙ軸アーム、
１０３・・・ｚ軸アーム、
１０５・・・ｘ軸アーム、
３００・・・サンプルプレート、
３０１・・・ウエル、
４００・・・ワーク面、
Ｃ・・・インプット容量、
ＲＳ・・・液体検出応答信号、
Ｉ・・・放電機能、
ＰＷＭ−Ｓ・・・パルス幅変調信号、
ＣＬＫ・・・クロック、
ＣＶ・・・制御値、
ＴＶ・・・閾値、
ＴＶ＋・・・正の閾値、
ＴＶ−・・・負の閾値、
Ｌ・・・液体。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
インプット容量（Ｃ）を有する容量性液体レベル検出器（１４）により液体レベルを検出する方法であって、容量性液体レベル検出器（１４）が液体に接触すると上記インプット容量（Ｃ）が変化する、方法において、
上記方法は、
容量性液体レベル検出器（１４）の所定の感度に対応する、所定のオンタイム（ｔ１）を伴うクロック信号（ＣＬＫ）を生成するステップと、
上記クロック信号（ＣＬＫ）を基準生成器（１２）と容量性液体レベル検出器（１４）の両方に供給するステップと、
上記基準生成器（１２）が、上記クロック信号（ＣＬＫ）のオン／オフ比から導出される制御値（ＣＶ）を生成し、該制御値（ＣＶ）を比較器（１８）の制御インプット（１９）に供給するステップと、
インプット容量（Ｃ）の上記変化に応答して上記容量性液体レベル検出器（１４）の液体検出応答信号（ＲＳ）を比較器（１８）の信号インプット（２０）に供給するステップと、
上記制御値（ＣＶ）により比較器（１８）の制御パラメータを決定するステップと、
容量性液体レベル検出器（１４）の上記液体検出応答信号（ＲＳ）が、容量性液体レベル検出器（１４）のインプット容量（Ｃ）の変化に応答して、閾値（ＴＶ）を超えると、上記比較器（１８）が、アウトプット（２１）においてアウトプット信号を誘発するステップと
を含む方法。
【請求項２】
上記制御パラメータが、比較器(１８)の信号インプット（２０）の増幅利得、及び／又は、比較器（１８）の閾値（ＴＶ）であることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
上記比較器（１８）が、ディップイン比較器（１８．１）とディップアウト比較器（１８．２）を含み、
上記基準生成器（１２）が、正の閾値（ＴＶ＋）と負の閾値（ＴＶ−）を生成し、両方の値は上記クロック信号（ＣＬＫ）のオン／オフ比から導出され、更に上記基準生成器（１２）が、上記正の閾値（ＴＶ＋）をディップイン比較器（１８．１）の正の閾値インプット（１９．１）に供給し、上記負の閾値（ＴＶ−）をディップアウト比較器（１８．２）の負の閾値インプット（１９．２）に供給し、
上記容量性液体レベル検出器（１４）のインプット容量（Ｃ）の増加に応答して、容量性液体レベル検出器（１４）の液体検出応答信号（ＲＳ）が上記正の閾値（ＴＶ＋）を超えるとき、上記ディップイン比較器（１８．１）が、ディップインアウトプット（２１．１）にてアウトプット信号を誘発し、
上記容量性液体レベル検出器（１４）のインプット容量（Ｃ）の減少に応答して、容量性液体レベル検出器（１４）の液体検出応答信号（ＲＳ）が上記負の閾値（ＴＶ−）を下回るとき、上記ディップアウト比較器（１８．２）が、ディップアウトアウトプット（２１．２）にてアウトプット信号を誘発する
ことを特徴とする請求項１に記載の液体レベルを検出する方法。
【請求項４】
上記クロック信号（ＣＬＫ）は、放電器（３０）を介して容量性液体レベル検出器（１４）に供給され、上記放電器（３０）は不活性状態及び活性状態を有するものであり、上記不活性状態ではインプット容量（Ｃ）は常に充電され、上記活性状態ではインプット容量（Ｃ）は放電され、上記活性状態は所定の長さを有し、クロック信号（ＣＬＫ）の立ち上がりエッジにより誘発される
ことを特徴とする請求項１乃至３のうちのいずれか一に記載の方法。
【請求項５】
インプット容量（Ｃ）の上記変化は、上記容量性液体レベル検出器（１４）のピペット先端（１４．２）が上記液体との接触に入りこれによりインプット容量（Ｃ）が変わることである
ことを特徴とする請求項１乃至４のうちのいずれか一に記載の方法。
【請求項６】
上記容量性液体レベル検出器（１４）が、容量性電極の面拡張として作用しよって容量性液体レベル検出器（１４）のインプット容量（Ｃ）を変化させる上記液体に接触するピペット先端（１４．２）を含む
ことを特徴とする請求項４に記載の方法。
【請求項７】
容量性液体レベル検出器（１４）の放電機能（Ｉ）がパルス幅変調比較器（３２）内に供給され、上記パルス幅変調比較器（３２）は、インプット容量（Ｃ）に比例するデューティサイクルにより放電機能（Ｉ）をパルス幅変調信号（ＰＷＭ−Ｓ）に変換し、上記パルス幅変調信号（ＰＷＭ−Ｓ）はフィルタ及び増幅器ステージ（３３）によりフィルタされ且つ増幅され、
上記フィルタ及び増幅器ステージ（３３）は直流成分を除去し、インプット容量（Ｃ）の容量変化に比例して電圧変化を増幅し、フィルタされ増幅された液体検出応答信号（ＲＳ）の電圧パルスとする
ことを特徴とする請求項１乃至６のうちのいずれか一に記載の方法。
【請求項８】
多重液体レベル検出ユニット（１０）は相対的に近接して搭載され、
液体レベル検出ユニット（１０）の間の干渉を回避するために、個々の液体レベル検出ユニット（１０）は様々な周波数の異なるクロック信号（ＣＬＫ）が供給され、個々のクロック信号（ＣＬＫ）は個々の容量性液体レベル検出器（１４）の所定の感度に対応する所定のオンタイムを有し、
更にクロック信号（ＣＬＫ）周波数の差異により生じる、個々の液体レベル検出ユニット（１０）の容量性液体レベル検出器（１４）の感度におけるバリエーションは、個々の液体レベル検出ユニット（１０）の個々の比較器（１８）に、上記異なるクロック信号（ＣＬＫ）に基づいて個々の液体レベル検出ユニット（１０）の基準生成器（１２）により生成される様々な制御値（ＣＶ）を供給することにより、自己補償される
ことを特徴とする請求項１乃至７のうちのいずれか一に記載の方法。
【請求項９】
容量性液体レベル検出のための液体レベル検出ユニット（１０）において、
インプット容量（Ｃ）を有する容量性液体レベル検出器（１４）であって、容量性液体レベル検出器（１４）の所定の感度に対応する所定のオンタイム（ｔ１）を伴うクロック信号（ＣＬＫ）を供給され、容量性液体レベル検出器（１４）の少なくとも一部が液体に接触すると上記インプット容量（Ｃ）が変化する、容量性液体レベル検出器（１４）と、
クロック信号（ＣＬＫ）を供給され、上記クロック信号（ＣＬＫ）のオン／オフ比から導出される制御値（ＣＶ）を生成する、基準生成器（１２）と、
上記制御値（ＣＶ）を供給される制御インプット（１９）を備える比較器（１８）であって、上記制御値（ＣＶ）は比較器（１８）の制御パラメータを決定する、比較器（１８）と
を備え、
上記信号インプット（２０）は、インプット容量（Ｃ）の上記変化に応答して、上記容量性液体レベル検出器（１４）の液体検出応答信号（ＲＳ）を供給され、上記比較器（１８）は、容量性液体レベル検出器（１４）の上記液体検出応答信号（ＲＳ）が、インプット容量（Ｃ）の変化に応答して、閾値（ＴＶ）を超えると、アウトプット（２１）においてアウトプット信号を誘発する
ことを特徴とする液体レベル検出ユニット。
【請求項１０】
上記制御パラメータが、比較器(１８)の信号インプット（２０）の増幅利得、及び／又は、比較器（１８）の閾値（ＴＶ）であることを特徴とする請求項９に記載の液体レベル検出ユニット（１０）。
【請求項１１】
上記比較器（１８）が、ディップイン比較器（１８．１）とディップアウト比較器（１８．２）を含み、
上記基準生成器（１２）が、正の閾値（ＴＶ＋）と負の閾値（ＴＶ−）を生成し、両方の値は上記クロック信号（ＣＬＫ）のオン／オフ比から導出され、
上記正の閾値（ＴＶ＋）が、ディップイン比較器（１８．１）の正の閾値インプット（１９．１）に供給され、
上記負の閾値（ＴＶ−）が、ディップアウト比較器（１８．２）の負の閾値インプット（１９．２）に供給され、
上記容量性液体レベル検出器（１４）のインプット容量の変化に応答して、容量性液体レベル検出器（１４）の上記液体検出応答信号（ＲＳ）が上記正の閾値（ＴＶ＋）を正に超えるとき、上記ディップイン比較器（１８．１）が、ディップインアウトプット（２１．１）にてアウトプット信号を誘発し、
上記容量性液体レベル検出器（１４）のインプット容量（Ｃ）の変化に応答して、容量性液体レベル検出器（１４）の上記液体検出応答信号（ＲＳ）が上記負の閾値（ＴＶ−）を下回るとき、上記ディップアウト比較器（１８．２）が、ディップアウトアウトプット（２１．２）にてアウトプット信号を誘発する
ことを特徴とする請求項１０に記載の液体レベル検出ユニット（１０）。
【請求項１２】
更に、容量性液体レベル検出器（１４）の前に配置され、上記クロック信号（ＣＬＫ）を供給される放電器（３０）を含み、
上記放電器（３０）は不活性状態及び活性状態を有するものであり、上記不活性状態ではインプット容量（Ｃ）は常に充電され、上記活性状態ではインプット容量（Ｃ）は放電され、上記活性状態は所定の長さを有し、クロック信号（ＣＬＫ）の立ち上がりエッジにより誘発される
ことを特徴とする請求項９乃至１１のうちのいずれか一に記載の液体レベル検出ユニット（１０）。
【請求項１３】
インプット容量（Ｃ）の上記変化は、上記容量性液体レベル検出器（１４）のピペット先端（１４．２）が上記液体との接触に入りこれによりインプット容量（Ｃ）が変わることである
ことを特徴とする請求項９乃至１２のうちのいずれか一に記載の液体レベル検出ユニット（１０）。
【請求項１４】
上記容量性液体レベル検出器（１４）が、容量性電極の面拡張として作用しよって容量性液体レベル検出器（１４）のインプット容量（Ｃ）を変化させる上記液体に接触するピペット先端（１４．２）を含む
ことを特徴とする請求項１３に記載の液体レベル検出ユニット（１０）。
【請求項１５】
更に、比較器（１８）の上記信号インプット（２０）の前に配置されるパルス幅変調比較器（３２）を含み、
上記パルス幅変調比較器（３２）は、インプット容量（Ｃ）に比例するデューティサイクルにより容量性液体レベル検出器（１４）の放電機能（Ｉ）をパルス幅変調信号（ＰＷＭ−Ｓ）に変換し、上記パルス幅変調信号（ＰＷＭ−Ｓ）はフィルタ及び増幅器ステージ（３３）によりフィルタされ且つ増幅され、
上記フィルタ及び増幅器ステージ（３３）は直流成分を除去し、インプット容量（Ｃ）の容量変化に比例して電圧変化を増幅し、フィルタされ増幅された液体検出応答信号（ＲＳ）の電圧パルスとする
ことを特徴とする請求項９乃至１４のうちのいずれか一に記載の液体レベル検出ユニット（１０）。
【請求項１６】
請求項９乃至１５のうちいずれか一に記載の液体レベル検出ユニット（１０）を多重的に含むマルチチャネル液体レベル検出システムであって、
上記多重液体レベル検出ユニット（１０）が相対的に近接して搭載され、
液体レベル検出ユニット（１０）の間の干渉を回避するために、個々の液体レベル検出ユニット（１０）は様々な周波数の異なるクロック信号（ＣＬＫ）が供給され、個々のクロック信号（ＣＬＫ）は個々の容量性液体レベル検出器（１４）の所定の感度に対応する所定のオンタイムを有し、
更にクロック信号（ＣＬＫ）周波数の差異により生じる、個々の液体レベル検出ユニット（１０）の容量性液体レベル検出器（１４）の感度におけるバリエーションは、個々の液体レベル検出ユニット（１０）の個々の比較器（１８）に、上記異なるクロック信号（ＣＬＫ）に基づいて個々の液体レベル検出ユニット（１０）の基準生成器（１２）により生成される様々な制御値（ＣＶ）を供給することにより、自己補償される
ことを特徴とするマルチチャネル液体レベル検出システム（１００）。
【請求項１】
インプット容量（Ｃ）を有する容量性液体レベル検出器（１４）により液体レベルを検出する方法であって、容量性液体レベル検出器（１４）が液体に接触すると上記インプット容量（Ｃ）が変化する、方法において、
上記方法は、
容量性液体レベル検出器（１４）の所定の感度に対応する、所定のオンタイム（ｔ１）を伴うクロック信号（ＣＬＫ）を生成するステップと、
上記クロック信号（ＣＬＫ）を基準生成器（１２）と容量性液体レベル検出器（１４）の両方に供給するステップと、
上記基準生成器（１２）が、上記クロック信号（ＣＬＫ）のオン／オフ比から導出される制御値（ＣＶ）を生成し、該制御値（ＣＶ）を比較器（１８）の制御インプット（１９）に供給するステップと、
インプット容量（Ｃ）の上記変化に応答して上記容量性液体レベル検出器（１４）の液体検出応答信号（ＲＳ）を比較器（１８）の信号インプット（２０）に供給するステップと、
上記制御値（ＣＶ）により比較器（１８）の制御パラメータを決定するステップと、
容量性液体レベル検出器（１４）の上記液体検出応答信号（ＲＳ）が、容量性液体レベル検出器（１４）のインプット容量（Ｃ）の変化に応答して、閾値（ＴＶ）を超えると、上記比較器（１８）が、アウトプット（２１）においてアウトプット信号を誘発するステップと
を含む方法。
【請求項２】
上記制御パラメータが、比較器(１８)の信号インプット（２０）の増幅利得、及び／又は、比較器（１８）の閾値（ＴＶ）であることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
上記比較器（１８）が、ディップイン比較器（１８．１）とディップアウト比較器（１８．２）を含み、
上記基準生成器（１２）が、正の閾値（ＴＶ＋）と負の閾値（ＴＶ−）を生成し、両方の値は上記クロック信号（ＣＬＫ）のオン／オフ比から導出され、更に上記基準生成器（１２）が、上記正の閾値（ＴＶ＋）をディップイン比較器（１８．１）の正の閾値インプット（１９．１）に供給し、上記負の閾値（ＴＶ−）をディップアウト比較器（１８．２）の負の閾値インプット（１９．２）に供給し、
上記容量性液体レベル検出器（１４）のインプット容量（Ｃ）の増加に応答して、容量性液体レベル検出器（１４）の液体検出応答信号（ＲＳ）が上記正の閾値（ＴＶ＋）を超えるとき、上記ディップイン比較器（１８．１）が、ディップインアウトプット（２１．１）にてアウトプット信号を誘発し、
上記容量性液体レベル検出器（１４）のインプット容量（Ｃ）の減少に応答して、容量性液体レベル検出器（１４）の液体検出応答信号（ＲＳ）が上記負の閾値（ＴＶ−）を下回るとき、上記ディップアウト比較器（１８．２）が、ディップアウトアウトプット（２１．２）にてアウトプット信号を誘発する
ことを特徴とする請求項１に記載の液体レベルを検出する方法。
【請求項４】
上記クロック信号（ＣＬＫ）は、放電器（３０）を介して容量性液体レベル検出器（１４）に供給され、上記放電器（３０）は不活性状態及び活性状態を有するものであり、上記不活性状態ではインプット容量（Ｃ）は常に充電され、上記活性状態ではインプット容量（Ｃ）は放電され、上記活性状態は所定の長さを有し、クロック信号（ＣＬＫ）の立ち上がりエッジにより誘発される
ことを特徴とする請求項１乃至３のうちのいずれか一に記載の方法。
【請求項５】
インプット容量（Ｃ）の上記変化は、上記容量性液体レベル検出器（１４）のピペット先端（１４．２）が上記液体との接触に入りこれによりインプット容量（Ｃ）が変わることである
ことを特徴とする請求項１乃至４のうちのいずれか一に記載の方法。
【請求項６】
上記容量性液体レベル検出器（１４）が、容量性電極の面拡張として作用しよって容量性液体レベル検出器（１４）のインプット容量（Ｃ）を変化させる上記液体に接触するピペット先端（１４．２）を含む
ことを特徴とする請求項４に記載の方法。
【請求項７】
容量性液体レベル検出器（１４）の放電機能（Ｉ）がパルス幅変調比較器（３２）内に供給され、上記パルス幅変調比較器（３２）は、インプット容量（Ｃ）に比例するデューティサイクルにより放電機能（Ｉ）をパルス幅変調信号（ＰＷＭ−Ｓ）に変換し、上記パルス幅変調信号（ＰＷＭ−Ｓ）はフィルタ及び増幅器ステージ（３３）によりフィルタされ且つ増幅され、
上記フィルタ及び増幅器ステージ（３３）は直流成分を除去し、インプット容量（Ｃ）の容量変化に比例して電圧変化を増幅し、フィルタされ増幅された液体検出応答信号（ＲＳ）の電圧パルスとする
ことを特徴とする請求項１乃至６のうちのいずれか一に記載の方法。
【請求項８】
多重液体レベル検出ユニット（１０）は相対的に近接して搭載され、
液体レベル検出ユニット（１０）の間の干渉を回避するために、個々の液体レベル検出ユニット（１０）は様々な周波数の異なるクロック信号（ＣＬＫ）が供給され、個々のクロック信号（ＣＬＫ）は個々の容量性液体レベル検出器（１４）の所定の感度に対応する所定のオンタイムを有し、
更にクロック信号（ＣＬＫ）周波数の差異により生じる、個々の液体レベル検出ユニット（１０）の容量性液体レベル検出器（１４）の感度におけるバリエーションは、個々の液体レベル検出ユニット（１０）の個々の比較器（１８）に、上記異なるクロック信号（ＣＬＫ）に基づいて個々の液体レベル検出ユニット（１０）の基準生成器（１２）により生成される様々な制御値（ＣＶ）を供給することにより、自己補償される
ことを特徴とする請求項１乃至７のうちのいずれか一に記載の方法。
【請求項９】
容量性液体レベル検出のための液体レベル検出ユニット（１０）において、
インプット容量（Ｃ）を有する容量性液体レベル検出器（１４）であって、容量性液体レベル検出器（１４）の所定の感度に対応する所定のオンタイム（ｔ１）を伴うクロック信号（ＣＬＫ）を供給され、容量性液体レベル検出器（１４）の少なくとも一部が液体に接触すると上記インプット容量（Ｃ）が変化する、容量性液体レベル検出器（１４）と、
クロック信号（ＣＬＫ）を供給され、上記クロック信号（ＣＬＫ）のオン／オフ比から導出される制御値（ＣＶ）を生成する、基準生成器（１２）と、
上記制御値（ＣＶ）を供給される制御インプット（１９）を備える比較器（１８）であって、上記制御値（ＣＶ）は比較器（１８）の制御パラメータを決定する、比較器（１８）と
を備え、
上記信号インプット（２０）は、インプット容量（Ｃ）の上記変化に応答して、上記容量性液体レベル検出器（１４）の液体検出応答信号（ＲＳ）を供給され、上記比較器（１８）は、容量性液体レベル検出器（１４）の上記液体検出応答信号（ＲＳ）が、インプット容量（Ｃ）の変化に応答して、閾値（ＴＶ）を超えると、アウトプット（２１）においてアウトプット信号を誘発する
ことを特徴とする液体レベル検出ユニット。
【請求項１０】
上記制御パラメータが、比較器(１８)の信号インプット（２０）の増幅利得、及び／又は、比較器（１８）の閾値（ＴＶ）であることを特徴とする請求項９に記載の液体レベル検出ユニット（１０）。
【請求項１１】
上記比較器（１８）が、ディップイン比較器（１８．１）とディップアウト比較器（１８．２）を含み、
上記基準生成器（１２）が、正の閾値（ＴＶ＋）と負の閾値（ＴＶ−）を生成し、両方の値は上記クロック信号（ＣＬＫ）のオン／オフ比から導出され、
上記正の閾値（ＴＶ＋）が、ディップイン比較器（１８．１）の正の閾値インプット（１９．１）に供給され、
上記負の閾値（ＴＶ−）が、ディップアウト比較器（１８．２）の負の閾値インプット（１９．２）に供給され、
上記容量性液体レベル検出器（１４）のインプット容量の変化に応答して、容量性液体レベル検出器（１４）の上記液体検出応答信号（ＲＳ）が上記正の閾値（ＴＶ＋）を正に超えるとき、上記ディップイン比較器（１８．１）が、ディップインアウトプット（２１．１）にてアウトプット信号を誘発し、
上記容量性液体レベル検出器（１４）のインプット容量（Ｃ）の変化に応答して、容量性液体レベル検出器（１４）の上記液体検出応答信号（ＲＳ）が上記負の閾値（ＴＶ−）を下回るとき、上記ディップアウト比較器（１８．２）が、ディップアウトアウトプット（２１．２）にてアウトプット信号を誘発する
ことを特徴とする請求項１０に記載の液体レベル検出ユニット（１０）。
【請求項１２】
更に、容量性液体レベル検出器（１４）の前に配置され、上記クロック信号（ＣＬＫ）を供給される放電器（３０）を含み、
上記放電器（３０）は不活性状態及び活性状態を有するものであり、上記不活性状態ではインプット容量（Ｃ）は常に充電され、上記活性状態ではインプット容量（Ｃ）は放電され、上記活性状態は所定の長さを有し、クロック信号（ＣＬＫ）の立ち上がりエッジにより誘発される
ことを特徴とする請求項９乃至１１のうちのいずれか一に記載の液体レベル検出ユニット（１０）。
【請求項１３】
インプット容量（Ｃ）の上記変化は、上記容量性液体レベル検出器（１４）のピペット先端（１４．２）が上記液体との接触に入りこれによりインプット容量（Ｃ）が変わることである
ことを特徴とする請求項９乃至１２のうちのいずれか一に記載の液体レベル検出ユニット（１０）。
【請求項１４】
上記容量性液体レベル検出器（１４）が、容量性電極の面拡張として作用しよって容量性液体レベル検出器（１４）のインプット容量（Ｃ）を変化させる上記液体に接触するピペット先端（１４．２）を含む
ことを特徴とする請求項１３に記載の液体レベル検出ユニット（１０）。
【請求項１５】
更に、比較器（１８）の上記信号インプット（２０）の前に配置されるパルス幅変調比較器（３２）を含み、
上記パルス幅変調比較器（３２）は、インプット容量（Ｃ）に比例するデューティサイクルにより容量性液体レベル検出器（１４）の放電機能（Ｉ）をパルス幅変調信号（ＰＷＭ−Ｓ）に変換し、上記パルス幅変調信号（ＰＷＭ−Ｓ）はフィルタ及び増幅器ステージ（３３）によりフィルタされ且つ増幅され、
上記フィルタ及び増幅器ステージ（３３）は直流成分を除去し、インプット容量（Ｃ）の容量変化に比例して電圧変化を増幅し、フィルタされ増幅された液体検出応答信号（ＲＳ）の電圧パルスとする
ことを特徴とする請求項９乃至１４のうちのいずれか一に記載の液体レベル検出ユニット（１０）。
【請求項１６】
請求項９乃至１５のうちいずれか一に記載の液体レベル検出ユニット（１０）を多重的に含むマルチチャネル液体レベル検出システムであって、
上記多重液体レベル検出ユニット（１０）が相対的に近接して搭載され、
液体レベル検出ユニット（１０）の間の干渉を回避するために、個々の液体レベル検出ユニット（１０）は様々な周波数の異なるクロック信号（ＣＬＫ）が供給され、個々のクロック信号（ＣＬＫ）は個々の容量性液体レベル検出器（１４）の所定の感度に対応する所定のオンタイムを有し、
更にクロック信号（ＣＬＫ）周波数の差異により生じる、個々の液体レベル検出ユニット（１０）の容量性液体レベル検出器（１４）の感度におけるバリエーションは、個々の液体レベル検出ユニット（１０）の個々の比較器（１８）に、上記異なるクロック信号（ＣＬＫ）に基づいて個々の液体レベル検出ユニット（１０）の基準生成器（１２）により生成される様々な制御値（ＣＶ）を供給することにより、自己補償される
ことを特徴とするマルチチャネル液体レベル検出システム（１００）。
【図１Ａ】
【図１Ｂ】
【図１Ｃ】
【図１Ｄ】
【図２Ａ】
【図２Ｂ】
【図２Ｃ】
【図３】
【図４Ａ】
【図４Ｂ】
【図５Ａ】
【図５Ｂ】
【図５Ｃ】
【図６Ａ】
【図６Ｂ】
【図７】
【図１Ｂ】
【図１Ｃ】
【図１Ｄ】
【図２Ａ】
【図２Ｂ】
【図２Ｃ】
【図３】
【図４Ａ】
【図４Ｂ】
【図５Ａ】
【図５Ｂ】
【図５Ｃ】
【図６Ａ】
【図６Ｂ】
【図７】
【公開番号】特開２０１１−１７６９１（Ｐ２０１１−１７６９１Ａ）
【公開日】平成２３年１月２７日（２０１１．１．２７）
【国際特許分類】
【外国語出願】
【出願番号】特願２０１０−１１２２４９（Ｐ２０１０−１１２２４９）
【出願日】平成２２年５月１４日（２０１０．５．１４）
【出願人】（５０１４４２６９９）テカン・トレーディング・アクチェンゲゼルシャフト (26)
【氏名又は名称原語表記】ＴＥＣＡＮ Ｔｒａｄｉｎｇ ＡＧ
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１月２７日（２０１１．１．２７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１１２２４９（Ｐ２０１０−１１２２４９）
【出願日】平成２２年５月１４日（２０１０．５．１４）
【出願人】（５０１４４２６９９）テカン・トレーディング・アクチェンゲゼルシャフト (26)
【氏名又は名称原語表記】ＴＥＣＡＮ Ｔｒａｄｉｎｇ ＡＧ
【Ｆターム（参考）】
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