专利名称：用于测试片的光学测量装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一光学测量装置，它用来检测一测试片的试验域的颜色，该测试片被一液体浸湿，以检测所述液体中的物质，由此，试验域的反射率根据被检测物质的浓度而变化，该光学测量装置包括-一测量平面，所述测试片放置在其中，-一照明装置，用来照明测量平面，-一平面的影像传感器，-一光学系统，用来将所述测量平面成像在影像传感器上，以及-一电子评价单元，用来评价由所述影像传感器检测到的信号。
这种类型的光学测量装置例如已知为测试片分析装置的一部分，它们在医生的实践、医院或医学实验室中用来检查尿液或血液的测试片。被分析的测试片通常包括多个试验域，每个试验域用来检测另一物质。在这样的测量装置中，测试片整体被照亮，并成像到影像传感器上。然后，从获得的影像中，电子评价单元可确定横贯测试片的所有试验域的颜色。因此，不必扫描个别的试验域，且测试片的测量可在一较短的时间内进行，其中，测量装置的结构更为简单。
为了检测试验域的颜色，必须确定三种不同波长的光的反射率。在传统的测量装置中，测试片用白光照明，并成像到影像传感器上，影像传感器包括多个传感器元件，各个元件敏感于三种波长(颜色)中的一种波长。诸光敏元件布置在一平面矩阵中，它的每一行包括敏感于相同颜色光的传感器元件，因此，包括在影像传感器内有三种类型这样的颜色行(color line)，相邻颜色行的次序是第一类型的一颜色行后跟第二类型的一颜色行，而第二类型的一颜色行后跟第三类型的一颜色行，且第三类型的一颜色行后跟第一类型的一颜色行。
因此，三种影像相继地被影像传感器有效地检测，每次检测一种类型的全部颜色行中的一个，它们代表相同颜色画面的三种光譜成分的强度。根据每一影像点内的光谱成分的强度，基本上可计算出带彩色的影像。
然而，问题在于，由于诸颜色行彼此偏离，所以，这些三种影像不真正地代表同一影像点的光谱成分。如果现取这三种影像作颜色评价，则由于颜色行的有限的宽度，发生系统误差。
因此，本发明试图解决提供上述类型的光学测量装置的问题，该装置避免了这种系统的误差。该问题通过上述类型的光学测量装置得以解决，其中，照明装置包括不同颜色的光源或用不同颜色交替地照明测量平面的其它装置，而且，电子评价装置从不同照明下获得的影像中检测试验域的颜色。
因此，本发明的测量装置不需要具有颜色行的影像传感器，本发明所需要的影像传感器的光敏元件应独立于光的波长检测接收到的光的强度。在不同颜色照明下获得的影像中，通过已经反射到测试片上的相同点上的光产生相同的影像点(即，在相同的传感器元件处在不同的颜色照明下接收到的信号)。根据在不同颜色照明下的这些点的对应的反射率可计算对应的颜色，而不发生任何的系统误差。
在一优选的实施例中，影像传感器包括布置在一平面矩阵中的光敏CMOS部件。
较佳地，照明单元采用带彩色的LED作为光源。在一优选的实施例中，光源包括蓝、绿和橙色LED，尤其是具有450nm、530nm和620nm波长的LED。
为了均匀地照明在测量平面内的测试片，有利地将光源成系列地布置在传输板上。如果光源在传输板上布置的强度沿着向外的方向离中心在系列内增加，则尤为有利。由于光源在传输板上的这种不均匀的分布，所以，测试片几乎可在测量平面内被均匀地照明。
在另一优选的实施例中，在平行于一系列光源的纵向在该系列光源的两侧上采用了诸屏，它们将光源发射的光聚焦在放置测试片的测量平面内的带形部分上。诸屏较佳地大致在该系列光源的长度上延伸，并包括多个在传输板的全长上延伸的表面区段，其中，所述表面区段相对于传输板的倾斜角与增加的距离相一致地增加。采用这些屏，在测量平面内的一测试片可被高强度照明，但然而几乎是均匀的。
屏较佳地包括经研磨的部分或用注塑模制法制造的部分，所述部分具有一反射层，或层合有反射膜。因此，屏是稳定的，且可以低成本制造。
如上所述，通过对三种不同波长的光的试验域的对应的反射率可检测试验域的颜色。例如，如果一试验域在带有不同颜色(但具有不同强度)的光的行列中照明三次，则对应的反射率对应于由试验域的影像内的影像传感器检测的诸强度的关系。然而，不是绝对必要地要求用相同强度的光永久地照明测试片。重要的是，照明强度是已知的，因此，相对的反射率可根据在影像传感器处测得的强度进行计算。此外，也可在操作中发生照明强度变化。例如，如果带彩色的LED用作照明装置，则它们承受磨损，这样就降低其性能。
为了在操作过程中检测照明强度的变化，有利地是提供一第一参考表面，它布置成它连同测试片被照明单元照明，并通过光学系统在影像传感器上成像。借助于该参考表面的影像，电子评价单元可检测任何照明的变化，例如，照明强度随作为整体颜色中的一个而变化，或仅在测量平面的一部分内变化。在确定这样变化的情形中，必须重新标定测量装置。
为了标定测量装置，必须知道对于所有三个颜色在测量平面上的局部强度分布。较佳地，光学测量装置因此具有一第二参考表面，它可在第一位置与第二位置之间调整，在第一位置它采取测试片在测量过程中的位置，在第二位置它不能通过光学系统成像在影像传感器上。因此，通过第二表面调整到第一位置，用不同颜色相继地照明，以及使用由评价单元提供的影像作为标定标准，光学测量装置本身即可进行标定。例如，通过打开测量装置，或在作出预定量的测量之后，这样的标定程序可由测量装置执行。
在一有利的实施例中，第二参考表面由一带形板的表面形成，该板的第一端装备有一至少几乎垂直于所述第二参考表面的第一臂并绕平行于参考表面的一轴线可枢转。通过调整臂，第二参考表面可在其第一与第二位置之间调整。较佳地，第二臂还安装在带形板的第二端，所述臂基本上平行于第一臂，并绕与第一臂相同的轴线枢转。第一臂通过第二臂卸下。
较佳地，一杆通过第一臂可枢转地支承在其第一端，以使第二参考表面在其第一与第二位置之间调整。在一优选的实施例中，该杆以其第二端安装于一绕第一杠杆轴线枢转的第一杠杆，并借助于一偏置元件而偏置到第一杠杆位置，在此位置参考表面呈其第二位置，以抵抗偏置元件的偏置力杠杆调整到第二杠杆位置，其中，参考表面呈其第一位置。较佳地，借助于一偏心的驱动装置致动第一杠杆。
根据本发明的装置可用作测试片分析装置的一部分，其中，测试片通常借助于带子之类东西朝向测量装置前进。然而，在测量时测试片必须处于静态。当测试片分析装置的运输装置的输送表面位于测量平面内且测试片短时间保持在其传输表面上的测量位置时，可最简单地获得这种状态。因此，在一有利的实施例中，光学测量装置包括一用来将一测试片保持和对齐在其测量位置的装置。
较佳地，该装置由两个至少几乎平行的销形成，两个销沿纵向轴线可在它们突出到所述测量平面内的第一位置与它们完全地位于所述测量平面外的第二位置之间移动。在它们的第一位置这些销突出到测量平面内，以使在测量平面内传输的测试片在销处被擒�。⑾喽杂谡庑┫诓饬课恢弥卸云�。较佳地，诸销偏置到其第二位置，并借助于杠杆元件抵抗偏置力调整到其第一位置。较佳地，杠杆元件通过与第一杠杆相同的偏心驱动装置进行调整。
在一特别优选的实施例中，偏心驱动装置由一电机驱动的转动圆盘形成，在其表面上一销垂直地布置，以使该盘沿其第一转动方向转动时所述销接合地将所述第一杠杆移动到其第二杠杆位置，而该盘沿其第二转动方向转动时所述销接合地移动所述杠杆元件，以使所述杠杆元件将所述销移动到其第一位置。
即使根据本发明的光学测量装置使用了能够用不同的颜色交替地照明测量平面的照明装置，涉及到光源布置、屏、第一和第二参考表面、第二参考表面的调整机构以及用来将一测试片保持和对齐在其测量位置的装置等所有特征也可被有利地用于传统的测量装置中，其中，使用了用于照明的白光和过滤器，即具有颜色行的影像传感器。
从下面参照附图借助于实施例概括本发明的描述中，根据本发明的解决方案的其它的优点和特征将会变得明白，在诸附图中
图1是根据本发明的光学测量装置的立体图；图2是沿图1的″A-A’″通过光学测量装置的一部分的截面图；图3是图2的部分的立体图，其中，第二参考表面位于其第一位置，图4对应于图3，其中，第二参考表面位于其第二位置，而一测试片位于其测量位置，以及图5是照明单元的立体图。
图1示出根据本发明的光学测量装置10的立体图，其中，一测试片12在测量平面14内(比较图2)延伸，位于其测量位置。
图2示出沿图1的″A-A’″通过光学测量装置的截面图。图中示出一照明装置16，借助于该照明装置，测量平面的一带形部分可用不同颜色进行照明，在该带形部分里测试片12位于其测量位置。图5示出照明装置16的立体图。照明装置16包括蓝色18、绿色20和橙色22的LED，它们在传输板24上的系列次序中具有450nm、530nm和620nm的波长。LED的该系列的布置特别适合于照明在测量平面14上的带形部分。在系列内，蓝色18、绿色20和橙色22的LED分别在一组内彼此紧靠地放置，以使测量平面以相同的强度分布在所有三种颜色中得到均匀的照明。LED组成系列地布置，以使光源在传输板上的布置强度在沿一向外的方向离中心的系列内增加。在系列内的LED的不均匀的布置导致在测试片的域内测量平面上的几乎均匀的照明强度。
平行于LED系列的纵向方向设置了屏26，它将由LED发射的光聚焦在带形部分上，其中，测试片在其测量位置延伸。屏26在LED系列的全长上延伸。它们包括四个表面区段28、30、32和34，在屏26的全长上延伸。表面区段相对于传输板24的倾斜角与增加的距离相一致地增加。屏26由用注塑模制法制造的零件制成，其表面28、30、32和34设置有一反射层。
由照明单元16发射的光在测试片12处漫反射，测试片通过一光学系统成像在平面影像传感器36上，该传感器设置在不透光的外壳38内。光学系统包括一镜面40、一透镜42和一屏44。在图2中，不是测试片12而是第二参考表面58被成像到影像传感器36上。由于第二参考表面58(将在下文中详细描述)在测量过程中采取测试片的位置，所以，测试片的影像46的位置与参考表面的影像的位置相同。在图2中，借助于两个示范的光线48、50示出了产生在影像传感器36的影像46。光路在镜面40处被折叠，因此，将测量装置保持在其完全紧凑的状态。
影像传感器36包括多个光敏CMOS零件，它们根据照明它们的光强度产生信号。光敏元件布置在平面矩阵中，各用来产生影像46的影像点(像素)。
下面，将借助于根据本发明的测量装置来描述如何检测测试片12的试验域的颜色。为此目的，选择多个光敏传感器元件中的一个。光通过光学系统成像到传感器元件，光从某一点漫反射，即在其中一个试验域中的非常小的部分反射。因此，传感器元件检测在该点处反射的光强度。如果现在该点相继地用具有相同强度的蓝、绿和橙色光照明三次，则在传感器元件处测得的强度关系代表对这三种颜色光的相对的反射率。然而，试验域的颜色就此被清楚地确定。在影像传感器36处产生的信号被传输到一评价单元52，根据在各影像点处的三次照明后产生的三个信号，该评价单元检测原始影像的，即在试验域上的点或小的部分的颜色。由于多个光敏传感器元件，它们包括在影像传感器36内，所以，可对试验平面内的对应的像素数量相继地进行颜色的确定。
为了确定相对的反射率，当然不必用具有相同强度的光照明各个颜色的每个像素。重要的是评价单元52获得了有关在测量平面内的一个像素处的不同颜色的强度关系的信息，这样，当计算相对反射率时可将其考虑在内。凭借该信息，测量装置可根据照明的情况进行标定。然而，测量平面的照明因很多原因可在时间的过程中变化，例如，由于LED、检测用的LED的磨损，或甚至仅由于照明装置的污染。其结果，测量装置必须重新标定。
在操作过程中为了立即确定测量平面的照明强度的变化，根据本发明的测量装置10设置有一第一参考表面54，该参考表面被布置成连同测试片一起被照明单元16照明，并通过光学系统成像在影像传感器36上。该第一参考表面54示于图2中，它在影像传感器36上的影像用标号56表示。一旦照明有变化，影像56就在影像传感器36上变化，它又被评价单元52检测。然后，评价单元52致使测量装置自标定。
然而，对于标定(calibrating)测量装置，不能求助于第一参考表面54的影像56，因为在第一参考表面54上的照明强度分布与测量平面内的强度不同。因此，设置一第二参考表面58，它可从第二位置调整到第一位置，在第二位置它不被照明装置16照明，并不通过光学系统成像到影像传感器36上，在第一位置在测量过程中它采取一测试片的位置。该第二参考表面58的影像用来标定测量装置。
如图1和图4所示，根据本发明的测量装置可用于测试片分析装置，其中，测试片朝向横贯运输带60放置的测量装置前进。特别有利地可提供这样的结构，其中，运输带60形成一与测量平面相一致的传输表面。因此，测试片12可放置在运输带60上进行测量。然而，这要求将测试片保持和对齐在其测量位置上。
图示的测量装置设置有两个销62，它们沿其纵向轴线在一第一位置与一第二位置之间移动，在第一位置它们突出到所述测量平面内(比较图1和图4)，在第二位置它们完全在所述测量平面外面(比较图2和图3)。诸销62通过弹簧偏置到其第二位置中，并通过一杠杆元件66抵抗偏置力调整到其第一位置。
下面，描述销62和第二参考表面58的调整机构。第二参考表面58由一带形板68的表面形成，板的第一端装备有一垂直于第二参考表面58的第一臂70，该臂相对于平行于参考表面58的一轴线72(比较图2)枢转。一第二臂安装在带形板的第二端，该臂平行于第一臂，也绕轴线72枢转。该臂在图中未示出，由于它在测量装置的一区域内延伸，它在图2至4中被切去。带形板68和第一和第二臂形成一U形零件。
为在其第一与其第二位置之间调整第二参考表面，一杆74以其第一端通过一接头76可枢转地安装在第一臂70的自由端。该杆也以其第二端通过接头76可枢转地安装在第一杠杆78。该第一杆78绕一轴线80在第一位置与第二位置之间枢转。该轴线80可以一螺栓来实现，然而，它未在图3和4中示出。在图4中，第一杠杆78位于其第一杠杆位置，杠杆借助于一弹簧82偏置到该位置。当杠杆78在该第一杠杆位置时，第二参考表面68通过杆74和第一臂70调整到其第二位置内。
第一杠杆78借助于一偏心驱动装置抵抗弹簧82的偏置力从其第一位置调整到其第二位置。该偏心驱动装置由一电机(未示出)驱动的转动圆盘84形成，一销68垂直地安装在其上。该圆盘沿其第一转动方向(比较图1至4，沿顺时针方向)转动时销86接合于第一杠杆78，并如图2和3所示，抵抗弹簧82的偏置力将其移动到第二杠杆位置。因此，第二参考表面68借助于杆74和第一臂70移动到其第二位置。
杠杆元件66绕一轴线88枢转。该轴线88以一螺栓来实现，它未在图3和4中示出。弹簧82固定到该螺栓上。在圆盘84的一位置，销86抵抗弹簧82的偏置力将第二杠杆78保持在其第二杠杆位置，如在图2和3的情形中，杠杆元件66的端部90是自由的，以使销62的弹簧松弛，并处于它们完全位于测量平面外面的第二位置。然而，在圆盘84从该第一位置沿其第二转动方向转动时(比较图1至4，沿顺时针方向)，参考表面68移动到其第二位置。另一方面，在转过一定角度之后，销86接合于杠杆元件66的端部90，并绕轴线88枢转了杠杆元件，以使销62抵抗弹簧64的偏置力而移动到其第二位置。这是在测试片测量过程中所处的位置，即，在此位置第二参考表面68转出光路而销62突出到测量平面内，这样，测试片12可被它们对齐并保持。
因此，通过使用一单一的偏心驱动装置，上述的调整机构便于在一标定位置与一测量位置之间调整，在标定位置第二参考表面68采取其第一位置，且销62采取其第二位置，在测量位置第二参考表面68采取其第二位置而销62采取其第一位置。
权利要求
1.一种光学测量装置，它用来检测一测试片的试验域的颜色，该测试片被一液体浸湿，以检测所述液体中的物质，由此，试验域的反射率根据被检测物质的浓度而变化，该光学测量装置包括一测量平面，所述测试片放置在其上；一照明装置，用来照明测量平面和测试片；一平面的影像传感器；一光学系统，用来将测试片的影像提供到所述平面影像传感器上；以及一电子评价单元，用来评价由所述影像传感器产生的至少一个信号，其中，所述照明装置包括不同颜色的至少两个光源，以便交替地照明所述测试片，这样，在不同颜色照明下，所述电子评价单元检测所述试验域的颜色。
2.如权利要求1所述的光学测量装置，其特征在于，所述影像传感器包括布置在一平面矩阵中的光敏CMOS部件。
3.如权利要求1或2所述的光学测量装置，其特征在于，所述照明装置的所述光源包括发光二极管(LED)。
4.如权利要求3所述的光学测量装置，其特征在于，所述LED包括蓝、绿和橙色LED，它们分别具有约450nm、530nm和620nm的波长。
5.如上述权利要求中任何一项所述的光学测量装置，其特征在于，所述光源在传输板上布置成一系列。
6.如权利要求5所述的光学测量装置，其特征在于，所述光源在传输板上布置的强度沿着向外的方向离传输板的中心附近朝向传输板的端部增加。
7.如权利要求5或6所述的光学测量装置，其特征在于，在该系列光源的两侧上还包括一屏，其中，所述屏平行于测试片的纵向设置，以将从光源反射的光聚焦在测试片上。
8.如权利要求7所述的光学测量装置，其特征在于，所述屏大致在该系列的光源的长度上延伸，并包括多个在全长上延伸的表面区段，其中，所述表面区段相对于传输板的倾斜角与离传输板的增加的距离相一致地增加。
9.如权利要求7或8所述的光学测量装置，其特征在于，所述屏包括经研磨的部分或用注塑模制法制造的部分，所述部分具有一反射层，或层合有反射膜。
10.如上述权利要求中任何一项所述的光学测量装置，其特征在于，还包括一第一参考表面，它布置成它连同所述测试片被所述照明装置照明，并通过所述光学系统在所述影像传感器上成像。
11.如上述权利要求中任何一项所述的光学测量装置，其特征在于，所述测量装置包括一第二参考表面，它在第一与第二位置之间移动，在第一位置它在测量过程中处在测试片的位置上，而在第二位置它不通过所述光学系统成像在所述影像传感器上。
12.如权利要求11所述的光学测量装置，其特征在于，所述第二参考表面包括一带形板的表面，该板的第一端装备有一基本上垂直于所述第二参考表面的第一臂，所述第一臂绕平行于所述第二参考表面的一轴线可枢转。
13.如权利要求12所述的光学测量装置，其特征在于，还包括设置在带形板端部的第二臂，所述第二臂基本上平行于第一臂，并绕与第一臂相同的轴线枢转。
14.如权利要求12或13所述的光学测量装置，其特征在于，还包括一杆，它通过第一臂可枢转地支承在杆的第一端，以使第二参考表面从其第一位置移动到第二位置。
15.如权利要求14所述的光学测量装置，其特征在于，所述杆在其第二端处固定于一第一臂，所述第一杠杆绕第一杠杆轴线可枢转，并借助于一偏置元件而偏置到第一杠杆位置，这样，所述参考表面呈其第二位置，其中，所述第一杠杆抵抗所述偏置元件的偏置力调整到第二杠杆位置，这样，所述参考表面呈其第二位置。
16.如权利要求15所述的光学测量装置，其特征在于，借助于一偏心的驱动装置致动所述第一杠杆。
17.如上述权利要求中任何一项所述的光学测量装置，其特征在于，还包括用来将一测试片保持并对齐在其测量位置的装置。
18.如权利要求17所述的光学测量装置，其特征在于，用来保持和对齐的所述装置包括两个基本上平行的销，两个销沿纵轴线可在它们突出到所述测量平面内的第一位置与它们完全地位于所述测量平面外的第二位置之间移动。
19.如权利要求18所述的光学测量装置，其特征在于，所述诸销偏置到它们的第二位置，并借助于一杠杆元件抵抗偏置力而调整到它们的第一位置。
20.如权利要求16和19所述的光学测量装置，其特征在于，所述杠杆元件通过与第一杠杆相同的偏心驱动装置进行调整。
21.如权利要求20所述的光学测量装置，其特征在于，所述偏心驱动装置包括一由电机驱动的转动圆盘，在所述转动圆盘的表面上一第二销垂直地布置，以使盘沿第一转动方向转动时所述第二销将所述第一杠杆移动到其第二杠杆位置，而盘沿第二转动方向转动时所述销移动所述杠杆元件，以使所述杠杆元件将所述基本平行的销移动到其第一位置。
全文摘要
一种光学测量装置(10)用来检测一测试片(12)的试验域的颜色，测试片被一液体浸湿，以检测所述液体中的物质，由此，试验域的反射率根据被检测物质的浓度而变化。该光学测量装置包括一测量平面(14)，所述测试片(12)放置在其上；一照明装置(16)，用来照明测量平面(14)；一平面的影像传感器(36)；一光学系统，用来将所述测量平面(14)成像到影像传感器(36)上；以及，一电子评价单元(52)，用来评价由所述影像传感器(36)检测的信号。所述照明装置(16)包括不同颜色的光源(18、20、22)或其它的装置，以便用不同的颜色交替地照明所述测量平面(14)，其中，在不同颜色照明下所述电子评价单元(52)根据获得的影像来检测试验域的颜色。
文档编号G01N21/27GK1610822SQ02826424
公开日2005年4月27日 申请日期2002年11月18日 优先权日2001年11月20日
发明者H·鲁多尔弗 申请人:奎德尔股份有限公司
专业数控铣床产品供应商
20年生产经验，实力工厂，精工品质，质量有保障
