DE10156804B4 - Optische Meßvorrichtung für Teststreifen - Google Patents
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Abstract
einer Messebene (14), in der der Messstreifen (12) zu platzieren ist,
einer Beleuchtungseinrichtung (16), zur Beleuchtung der Messebene (14),
einem flächenhaften Bildsensor (36),
einer Optik zur Abbildung der Messebene (14) auf den Bildsensor (36),
einer elektronischen Auswerteeinheit (52) zur Auswertung der vom Bildsensor (36) detektierten Signale, und
einer zweiten Referenzfläche (58), die zwischen einer ersten Stellung, in der sie die Position eines Teststreifens bei der Vermessung annimmt, und einer zweiten Stellung, in der sie nicht von der Optik auf den Bildsensor (36) abbildbar ist, verstellbar ist,
wobei die Beleuchtungseinrichtung (16) verschiedenfarbige Lichtquellen (18, 20, 22) oder andere Mittel hat, mit denen...
Description
- Die Erfindung betrifft eine optische Meßvorrichtung zum Erfassen der Färbung von Testfeldern eines Teststreifens, der zum Nachweis von Substanzen in einer Flüssigkeit mit dieser zu benetzen ist, worauf hin sich das Remissionsverhalten der Testfelder in Abhängigkeit von den Konzentrationen der nachzuweisenden Substanzen ändert, mit
- – einer Meßebene, in der der Teststreifen zu platzieren ist,
- – einer Beleuchtungseinrichtung zur Beleuchtung der Meßebene,
- – einem flächenhaften Bildsensor,
- – einer Optik zur Abbildung der Meßebene auf den Bildsensor und
- – einer elektronischen Auswerteeinheit zur Auswertung der vom Bildsensor detektierten Signale.
- Optische Meßvorrichtungen dieser Art sind beispielsweise als Bestandteil von Teststreifenanalysegeraten bekannt, wie sie in Artzpraxen, Krankenhäusern oder medizinischen Labors zur Untersuchung von Urin- oder Blutteststreifen verwendet werden. Die zu analysierenden Teststreifen haben oft eine Vielzahl von Testfeldern, von denen jedes zum Nachweis einer anderen Substanz dient. Bei einer derartigen Meßvorrichtung wird der Teststreifen als Ganzes beleuchtet und auf den Bildsensor abgebildet. Aus dem dabei erhaltenen einen Bild kann die elektronsiche Auswerteeinheit sodann die Färbung aller auf dem Teststreifen befindlichen Testfelder bestimmen. Es müssen also nicht die einzelnen Testfelder abgescannt werden, so daß die Vermessung des Teststreifens zügig durchgeführt werden kann und der Aufbau der Meßvorrichtung vereinfacht wird.
- Zur Farbbestimmung eines Testfeldes muß dessen Reflektionsvermögen für Licht aus drei verschiedenen Wellenlängenbereichen ermittelt werden. Bei einer herkömmlichen Meßvorrichtung wird der Teststreifen mit weißem Licht beleuchtet und auf einen Bildsensor abgebildet, der aus Sensorelementen aufgebaut ist, die jeweils für einen von drei Wellenlängenbereichen (Farben) empfindlich sind. Die lichtempfindlichen Elemente sind dabei in einer flächenhaften Matrix angeordnet, deren Zeilen jeweils aus Sensorelementen bestehen, die für das Licht derselben Farbe empfindlich sind. Es gibt also drei Typen derartiger Farbzeilen, aus denen der Bildsensor aufgebaut ist, wobei die Reihenfolge benachbarter Farbzeilen derart ist, daß auf eine Farbzeile des ersten Typs eine des zweiten, auf eine des zweiten Typs eine des dritten und auf eine des dritten Typs eine des ersten folgt.
- Somit werden vom Bildsensor effektiv drei Bilder gleichzeitig ermittelt, jeweils eines von der Gesamtheit der Farbzeilen eines Typs, die die Intensität dreier spektraler Komponenten desselben farbigen Bildes darstellen. Aus der Intensität der spektralen Komponenten in jedem Bildpunkt kann dann im Prinzip ein Farbbild berechnet werden.
- Allerdings tritt dabei das Problem auf, daß diese drei Bilder nicht wirklich die spektralen Komponenten derselben Bildpunkte darstellen, weil die Farbzeilen gegeneinander verschoben sind. Werden diese drei Bilder also zur Farbbestimmung herangezogen, ergibt sich auf Grund der endlichen Breite der Farbzeilen ein systematischer Fehler.
- Aus der
EP 1 260 878 A2 ist ein Spektrophotometer für gleichzeitige Mehrfarbanalyse bekannt. Multiple Test-Patches mit verschiedenen Farben können gleichzeitig beleuchtet und im Wesentlichen gleichzeitig diskret farbanalysiert werden. - Die
US 5 724 093 A zeigt eine Vorrichtung für die optische Detektion von Oberflächendefekten, insbesondere in gewalzten Bändern. Hierfür wird eine Telekamera mit multiplen sensitiven Elementen verwendet, die empfindlich sind in Bezug auf Lichtstrahlung entsprechender Wellenlängenbereiche, die jenen der von Lichtquellen emittierten Strahlung entsprechen. - Der Erfindung lag somit die Aufgabe zugrunde, eine optische Meßvorrichtung der eingangs genannten Art anzugeben, die diesen systematischen Fehler vermeidet. Diese Aufgabe wird gelöst durch eine optische Meßvorrichtung zum Erfassen der Färbung von Testfeldern eines Teststreifens, der zum Nachweis von Substanzen in einer Flüssigkeit mit dieser zu benetzen ist, worauf hin sich das Remissionsverhalten der Testfelder in Abhängigkeit von den Konzentrationen der nachzuweisenden Substanzen ändert, mit
einer Meßebene, in der der Meßstreifen zu platzieren ist,
einer Beleuchtungseinrichtung, zur Beleuchtung der Meßebene,
einem flächenhaften Bildsensor,
einer Optik zur Abbildung der Meßebene auf den Bildsensor,
einer elektronischen Auswerteeinheit zur Auswertung der vom Bildsensor detektierten Signale, und
einer zweiten Referenzfläche, die zwischen einer ersten Stellung, in der sie die Position eines Teststreifens bei der Vermessung annimmt, und einer zweiten Stellung, in der sie nicht von der Optik auf den Bildsensor abbildbar ist, verstellbar ist,
wobei die Beleuchtungseinrichtung verschiedenfarbige Lichtquellen oder andere Mittel hat, mit denen die Meßebene alternativ verschiedenfarbig beleuchtet werden kann, und die elektronische Auswerteeinheit aus den bei verschiedenfarbiger Beleuchtung gewonnenen Bildern die Färbung der Testfelder ermittelt. - Bei der erfindungsgemäßen Meßvorrichtung wird also kein Bildsensor mit Farbzeilen benötigt, sondern einer, dessen lichtempfindliche Elemente die Intensität des empfangenen Lichts unabhängig von dessen Wellenlänge detektieren. Bei den bei verschiedenfarbiger Beleuchtung gewonnenen Bildern wird der gleiche Bildpunkt (d. h. das Signal, das bei verschiedenfarbiger Beleuchtung am gleichen Sensorelement empfangen wird) durch Licht erzeugt, das am selben Punkt auf dem Teststreifen reflektiert wurde. Aus dem relativen Reflektionsvermögen dieser Punkte bei verschiedenfarbiger Beleuchtung kann ihre Farbe ohne systematischen Fehler berechnet werden.
- Zur Kalibration der Meßvorrichtung muß die ortsabhängige Intensitätsverteilung auf der Meßebene für alle drei Farben bekannt sein. Erfindungsgemäß hat die optische Meßvorrichtung daher eine zweite Referenzfläche, die zwischen einer ersten Stellung, in der sie die Position eines Teststreifens bei der Vermessung annimmt, und einer zweiten Stellung, in der sie nicht von der Optik auf den Bildsensor abbildbar ist, verstellbar ist. Die optische Meßvorrichtung kann sich also selber kalibrieren, indem die zweite Referenzfläche in die erste Stellung verstellt wird, nacheinander mit den verschiedenen Farben beleuchtet wird, und die sich dabei ergebenden Bilder von der Auswerteeinheit als Standard zur Kalibrierung herangezogen werden. Diese Kalibrierung kann beispielsweise routinemäßig beim Einschalten der Meßvorrichtung oder nach einer vorgegebenen Anzahl Messungen von der Meßvorrichtung durchgeführt werden.
- In einer bevorzugten Ausführungsform wird der Bildsensor durch lichtempfindliche CMOS-Bauteile aufgebaut, die in einer flächenhaften Matrix angeordnet sind.
- Vorzugsweise werden bei der Beleuchtungseinheit als Lichtquellen farbige LEDs verwendet. In einer bevorzugten Ausführungsform werden als Lichtquellen blaue, grüne und orangefarbene LEDs verwendet, insbesondere LEDs mit Wellenlängen von 450 nm, 530 nm und 620 nm.
- Um einen Teststreifen in der Meßebene gleichmäßig auszuleuchten, ist es vorteilhaft, die Lichtquellen in einer Reihe auf einer Senderplatine anzuordnen. Dabei ist es besonders vorteilhaft, wenn die Anordnungsdichte der Lichtquellen auf der Senderplatine innerhalb der Reihe von deren Mittelpunkt nach außen zunimmt. Durch solch eine inhomogene Verteilung der Lichtquellen auf der Senderplatine kann der Teststreifen in der Meßebene nahezu homogen beleuchtet werden.
- In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind parallel zur Reihenlängsrichtung beiderseits der Lichtquellenreihe Blenden angeordnet, die das von den Lichtquellen abgestrahlte Licht in der Meßebene auf einen streifenförmigen Bereich konzentrieren, in dem der Teststreifen bei der Auswertung zu plazieren ist. Dabei erstrecken sich die Blenden vorzugsweise im wesentlichen über die Länge der Lichtquellenreihe und bestehen aus mehreren, sich über die gesamte Länge erstreckenden Flächensegmenten, deren Neigungswinkel gegenüber der Senderplatine mit zunehmendem Abstand von dieser zunimmt. Mit derartigen Blenden kann ein Teststreifen in der Meßebene mit hoher Intensität und dennoch nahezu homogen beleuchtet werden.
- Die Blenden bestehen vorzugsweise aus gefrästen oder im Spritzgußverfahren hergestellten Formteilen, die mit einer reflektierenden Beschichtung versehen oder mit einer reflektierenden Folie beklebt sind. Auf diese Weise sind die Blenden stabil und preiswert herzustellen.
- Wie oben bereits erwähnt, wird die Farbe eines Testfeldes durch das relative Reflektionsvermögen des Testfeldes für Licht dreier verschiedener Wellenlängen bestimmt. Wird beispielsweise ein Testfeld dreimal hintereinander mit Licht verschiedener Farbe, aber gleicher Intensität beleuchtet, entspricht das relative Reflektionsvermögen einfach dem Verhältnis der Intensitäten, die mit dem Bildsensor am Bild des Testfeldes detektiert werden. Es ist aber nicht unbedingt notwendig, daß der Teststreifen stets mit Licht der gleichen Intensität beleuchtet wird. Wichtig ist nur, daß die Intensität der Beleuchtung bekannt ist, denn dann kann das relative Reflektionsvermögen aus den gemessenen Intensitäten am Bildsensor leicht berechnet werden. Außerdem kann es sein, daß sich die Intensität der Beleuchtung im Betrieb ändert. Werden beispielsweise farbige LEDs für die Beleuchtungseinrichtung verwendet, so unterliegen diese einem Alterungsprozeß, wodurch ihre Leistung abnimmt.
- Um eine Änderung in der Beleuchtungsintensität im Betrieb wahrzunehmen, ist es von Vorteil, eine erste Referenzfläche vorzusehen, die so angeordnet ist, daß sie zusammen mit dem Teststreifen von der Beleuchtungseinheit beleuchtet und von der Optik auf den Bildsensor abgebildet wird. Am Bild dieser Referenzfläche kann die elektronische Auswerteeinheit feststellen, wenn sich an der Beleuchtung etwas ändern sollte, beispielsweise die Intensität der Beleuchtung mit einer der Farben im Ganzen oder auch nur in einem Bereich der Meßebene abnimmt. Wird dieses festgestellt, ist es notwendig, die Meßvorrichtung neu zu kalibrieren.
- Die zweite Referenzfläche wird in einer vorteilhaften Ausführungsform durch eine Fläche einer streifenförmigen Platte gebildet, an deren erstem Ende ein zur zweiten Referenzfläche mindestens annähernd senkrechter erster Arm angeordnet ist, der um eine zur Referenzfläche parallele Achse schwenkbar gelagert ist. Durch das Verstellen des ersten Armes kann die zweite Referenzfläche zwischen ihrer ersten und zweiten Stellung verstellt werden. Vorzugsweise ist ferner am zweiten Ende der streifenförmigen Platte ein zweiter Arm angeordnet, der im wesentlichen parallel zum ersten Arm ist und um dieselbe Achse schwenkbar gelagert ist wie dieser. Durch den zweiten Arm wird der erste Arm entlastet.
- Vorzugsweise ist zum Verstellen der zweiten Referenzfläche zwischen ihrer ersten und zweiten Stellung am ersten Arm eine Stange mit ihrem ersten Ende schwenkbar befestigt. In einer bevorzugten Ausführungsform ist diese Stange mit ihrem zweiten Ende an einem ersten Hebel befestigt, der um eine erste Hebelachse schwenkbar ist und der mit Hilfe eines Vorspannelementes in eine erste Hebelstellung vorgespannt ist, in welcher die Referenzfläche ihre zweite Stellung einnimmt, und ist der Hebel gegen die Vorspannkraft des Vorspannelementes in eine zweite Hebelstellung verstellbar, in der die Referenzfläche ihre erste Stellung annimmt. Vorzugsweise wird der erste Hebel durch einen Exzenterantrieb betätigt.
- Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann als Teil eines Teststreifenanalysegerätes verwendet werden, bei dem die Teststreifen üblicherweise durch einen Riementransport oder ähnliches zur optischen Meßvorrichtung transportiert werden. Bei der Vermessung muß sich der Teststreifen in seiner Meßstellung allerdings in Ruhe befinden. Dies wird besonders einfach dadurch erreicht, daß die Förderfläche der Transportvorrichtung des Teststreifenanalysegerätes in der Meßebene liegt und daß der Teststreifen zur Vermessung auf der Förderfläche in seiner Meßstellung kurzzeitig festgehalten wird. In einer vorteilhaften Weiterbildung beinhaltet daher die optische Meßvorrichtung Mittel zum Festhalten und Ausrichten eines Teststreifens in seiner Meßstellung.
- Vorzugsweise werden diese Mittel durch zwei mindestens annähernd parallele Stifte gebildet, die entlang ihrer Längsachse zwischen einer ersten Stellung, in der sie in die Meßebene ragen, und einer zweiten Stellung, in der sie sich vollständig außerhalb der Meßebene befinden, verstellbar sind. In ihrer ersten Stellung ragen diese Stifte also in die Meßebene, so daß ein in der Meßebene transportierter Teststreifen an diesen hängenbleibt und sich an ihnen in Meßstellung anliegend ausrichtet. Vorzugsweise sind die Stifte in ihre zweite Stellung vorgespannt und von einem Hebelelement gegen die Vorspannkraft in ihre erste Stellung verstellbar. Vorzugsweise wird das Hebelelement vom gleichen Exzenterantrieb verstellt wie der erste Hebel.
- In einer besonders bevorzugten Ausführungsform wird der Exzenterantrieb durch eine drehbare, von einem Motor angetriebene Scheibe gebildet, auf deren einer Fläche senkrecht zu dieser ein Stift derart angebracht ist, daß er bei Drehung der Scheibe in ihrer ersten Drehrichtung den ersten Hebel an diesem anliegend in seine zweite Hebelstellung verstellt, und daß er bei Drehung der Scheibe in ihre zweite Drehrichtung das Hebelelement an diesem anliegend derart verstellt, daß dieses die Stifte in ihre erste Position verstellt.
- Obwohl bei der erfindungsgemäßen optischen Meßvorrichtung eine Beleuchtungseinrichtung verwendet wird, die die Meßebene alternativ verschiedenfarbig beleuchten kann, sind alle Merkmale, die die Anordnung der Lichtquellen, die Blenden, die erste und zweite Referenzfläche, den Verstellmechanismus der zweiten Referenzfläche und die Mittel zum Festhalten und Ausrichten eines Teststreifens in seiner Meßstellung betreffen, auch bei herkömmlichen Meßvorrichtungen vorteilhaft anwendbar, bei denen weißes Licht zur Beleuchtung und Filter bzw. Bildsensoren mit Farbzeilen verwendet werden.
- Weitere Vorteile und Merkmale der erfindungsgemäßen Lösung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung, welche in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispieles erläutert. Darin zeigt:
-
1 eine perspektivische Zeichnung der erfindungsgemäßen optischen Meßvorrichtung, -
2 einen Schnitt durch einen Teil der optischen Meßvorrichtung entlang der Linie A-A' von1 , -
3 eine perspektivische Ansicht des Schnittes von3 mit der zweiten Referenzfläche in ihrer ersten Stellung, -
4 die gleiche Ansicht wie3 , jedoch mit der zweiten Referenzfläche in ihrer zweiten Stellung und einem Meßstreifen in seiner Meßstellung, und -
5 eine perspektivische Zeichnung der Beleuchtungseinrichtung. -
1 zeigt eine perspektivische Ansicht der erfindungsgemäßen optischen Meßvorrichtung10 , bei der sich ein Teststreifen12 in der Meßebene14 (siehe2 ) in seiner Meßstellung befindet. -
2 zeigt einen Schnitt durch die Meßvorrichtung von1 entlang der Linie A-A'. Darin ist eine Beleuchtungsvorrichtung16 gezeigt, mit der ein streifenförmiger Bereich der Meßebene, in welchem sich der Teststreifen12 in seiner Meßstellung befindet, verschiedenfarbig beleuchtet werden kann. Eine perspektivische Darstellung der Beleuchtungseinrichtung16 ist in5 gezeigt. Bei der Beleuchtungseinheit16 sind blaue18 , grüne20 und orangefarbene22 LEDs mit Wellenlängen von 450 nm, 530 nm und 620 nm in einer Reihe auf einer Senderplatine24 angeordnet. Die Anordnung der LEDs in einer Reihe eignet sich hervorragend zum Ausleuchten des streifenförmigen Bereiches auf der Meßebene14 . Innerhalb der Reihe sind stets eine blaue18 , eine grüne20 und eine orangefarbene LED22 in einer Gruppe dicht beieinander angeordnet, damit die Meßebene in allen drei Farben mit der gleichen Intensitätsverteilung beleuchtet wird. Die Gruppen von LEDs sind in der Reihe derart angeordnet, daß ihre Anordnungsdichte innerhalb der Reihe von deren Mittelpunkt nach außen zunimmt. Diese inhomogene Anordnung der LEDs in der Reihe führt zu einer nahezu homogenen Beleuchtungsintensität auf der Meßebene im Bereich des Teststreifens. - Parallel zur Längsrichtung der LED-Reihe sind Blenden
26 angeordnet, die das von den LEDs abgestrahlte Licht auf einen streifenförmigen Bereich konzentrieren, in dem sich der Teststreifen in seiner Meßstellung befindet. Die Blenden26 erstrecken sich über die gesamte Länge der LED-Reihe. Sie bestehen aus vier Flächensegmenten,28 ,30 ,32 und34 , die sich über die gesamte Länge der Blende26 erstrecken. Bei diesen Flächensegmenten nimmt der Neigungswinkel gegenüber der Senderplatine24 mit zunehmendem Abstand von dieser zu. Die Blenden26 bestehen aus Formteilen, die im Spritzgußverfahren hergestellt sind und deren Flächen28 ,30 ,32 und34 mit einer reflektierenden Beschichtung versehen sind. - Das von der Beleuchtungseinheit
16 ausgesandte Licht wird am Teststreifen12 diffus reflektiert, und der Teststreifen wird über eine Optik auf einen flächenhaften Bildsensor36 abgebildet, der sich in einem lichtundurchlässigen Gehäuse38 befindet. Die Optik beinhaltet einen Spiegel40 , eine Linse42 und eine Blende44 . In2 wird nicht der Teststreifen12 , sondern die zweite Referenzfläche58 auf den Bildsensor36 abgebildet. Da die zweite Referenzfläche58 , wie später noch ausführlicher beschrieben, die Position eines Teststreifens bei der Vermessung einnimmt, ist die Lage des Bildes46 des Teststreifens die gleiche wie die des Bildes der Referenzfläche. Die Erzeugung des Bildes46 am Bildsensor36 wird in2 mit Hilfe zweier beispielhafter Lichtstrahlen48 ,50 dargestellt. Der optische Weg wird am Spiegel40 umgeklappt, wodurch die Meßvorrichtung als Ganzes kompakt gehalten werden kann. - Der Bildsensor
36 besteht aus einer Vielzahl von lichtempfindlichen CMOS-Bauteilen, die in Abhängigkeit von der Intensität des sie beleuchtenden Lichtes ein Signal erzeugen. Die lichtempfindlichen Elemente sind in einer flächenhaften Matrix angeordnet, und ein jedes dient zur Erzeugung eines Bildpunktes (Pixels) des Bildes46 . - Im Folgenden soll beschrieben werden, wie mit Hilfe der erfindungsgemäßen Meßvorrichtung die Färbung der Testfelder des Teststreifens
12 erfaßt werden kann. Dazu wird aus der Vielzahl der lichtempfindlichen Sensorelemente eines herausgegriffen. Durch die Optik wird auf dieses Sensorelement Licht abgebildet, das von einem bestimmten Punkt, bzw. einem sehr kleinen Bereich in einem der Testfelder diffus reflektiert wurde. Das Sensorelement ermittelt somit die Intensität des an diesem Punkt reflektierten Lichtes. Wird dieser Punkt jetzt dreimal hintereinander mit blauem, grünem und orangem Licht gleicher Intensität beleuchtet, repräsentieren die Verhältnisse der am Sensorelement gemessenen Intensitäten das relative Reflektionsvermögen für Licht dieser drei Farben. Damit ist aber die Farbe des Testfeldes eindeutig festgelegt. Die am Bildsendor36 erzeugten Signale werden an eine Auswerteeinheit52 weitergeleitet, die aus den drei Signalen, die sich bei der dreifachen Beleuchtung an jedem Bildpunkt ergeben, die Farbe des Urbildes, d. h. des Punktes oder kleinen Bereiches auf dem Testfeld ermittelt. Durch die Vielzahl von lichtempfindlichen Sensorelementen, aus denen der Bildsensor36 aufgebaut ist, kann die Farbbestimmung an einer entsprechenden Anzahl Punkten in der Testebene gleichzeitig durchgeführt werden. - Zur Bestimmung des relativen Reflektionsvermögens ist es selbstverständlich nicht nötig, daß jeder Punkt in jeder Farbe mit Licht der gleichen Intensität beleuchtet wird. Wichtig ist nur, daß der Auswerteeinheit
52 Informationen darüber zur Verfügung stehen, wie das Verhältnis der Intensitäten der unterschiedlichen Farben an einem Punkt in der Meßebene ist, damit dies bei der Berechnung des relativen Reflektionsvermögens berücksichtigt wird. Unter Zuhilfenahme dieser Information kann die Meßvorrichtung auf die Beleuchtungsverhältnisse kalibriert werden. Allerdings kann sich die Beleuchtung der Meßebene im Laufe der Zeit aus vielerlei Gründen ändern, beispielsweise durch den Alterungsprozeß der LEDs, den Defekt einzelner LEDs oder auch nur Verunreinigungen in der Beleuchtungseinrichtung. Dann muß die Meßvorrichtung neu kalibriert werden. - Um während des Betriebs sofort festzustellen, daß sich an der Intensität der Beleuchtung der Meßebene etwas geändert hat, ist bei der erfindungsgemäßen Meßvorrichtung
10 eine erste Referenzfläche54 vorgesehen, die so angeordnet ist, daß sie zusammen mit dem Teststreifen12 von der Beleuchtungseinrichtung16 beleuchtet und von der Optik auf den Bildsensor36 abgebildet wird. Diese erste Referenzfläche54 ist in2 zu sehen und ihr Bild auf dem Bildsensor36 ist mit56 bezeichnet. Sobald sich an der Beleuchtung etwas ändert, ändert sich das Bild56 auf dem Bildsensor36 , was wiederum von der Auswerteeinheit52 detektiert wird. Die Auswerteeinheit52 veranlaßt dann die Selbstkalibrierung der Meßvorrichtung. - Zur Kalibrierung der Meßvorrichtung kann jedoch nicht das Bild
56 der ersten Referenzfläche54 herangezogen werden, weil die Intensitätsverteilung der Beleuchtung auf der ersten Referenzfläche54 nicht mit der in der Meßebene identisch ist. Daher ist eine zweite Referenzfläche58 vorgesehen, die aus einer zweiten Stellung, in der sie nicht von der Beleuchtungseinrichtung16 beleuchtet und nicht von der Optik auf den Bildsensor36 abgebildet wird, in eine erste Stellung verstellbar ist, in der sie die Position eines Teststreifens bei der Vermessung einnimmt. Anhand des Bildes dieser zweiten Referenzfläche58 kann die Meßvorrichtung kalibriert werden. - Wie in
1 und4 gezeigt, kann die erfindungsgemäße Meßvorrichtung für ein Teststreifenanalysegerät verwendet werden, bei dem Teststreifen quer über Transportriemen60 liegend zur Meßvorrichtung transportiert werden. Besonders vorteilhaft ist dabei ein Aufbau, bei dem die Transportriemen60 eine Förderfläche bilden, die mit der Meßebene zusammenfällt. Dann kann der Teststreifen12 auf dem Förderriemen60 liegend vermessen werden. Dazu ist es aber nötig, daß der Teststreifen in seiner Meßstellung ausgerichtet und festgehalten wird. - Bei der gezeigten Meßvorrichtung sind daher zwei Stifte
62 vorgesehen, die entlang ihrer Längsachse zwischen einer ersten Stellung, in der sie in die Meßebene ragen (siehe1 und4 ), und einer zweiten Stellung, in der sie sich vollständig außerhalb der Meßebene befinden (siehe2 und3 ), verstellbar sind. Die Stifte62 sind durch Federn64 in ihre zweite Stellung vorgespannt und von einem Hebelelement66 gegen die Vorspannkraft der Feder64 in ihre erste Stellung verstellbar. - Im Folgenden wird der Verstellmechanismus der Stifte
62 und der zweiten Referenzfläche58 erläutert. Die zweite Referenzfläche58 wird durch eine Fläche einer streifenförmigen Platte68 gebildet, an deren erstem Ende ein zur Referenzfläche58 senkrechter erster Arm70 angebracht ist, der um eine zur Referenzfläche58 parallele Achse72 (siehe2 ) schwenkbar gelagert ist. Am zweiten Ende der streifenförmigen Platte ist ein zweiter Arm angeordnet, der zum ersten Arm parallel ist und ebenfalls um die Achse72 schwenkbar gelagert ist. Dieser Arm ist in den Figuren nicht zu sehen, da er sich in einem Abschnitt der Meßvorrichtung befindet, der in den2 bis4 weggeschnitten ist. Die streifenförmige Platte68 und der erste und zweite Arm bilden ein U-förmiges Teil. - Zum Verstellen der zweiten Referenzfläche zwischen ihrer ersten und zweiten Stellung ist am freien Ende des ersten Armes
70 eine Stange74 mit ihrem ersten Ende mit Hilfe eines Gelenkes76 schwenkbar befestigt. Diese Stange ist mit ihrem zweiten Ende an einem ersten Hebel78 ebenfalls über ein Gelenk76 schwenkbar befestigt. Dieser erste Hebel78 ist um eine Achse80 zwischen einer ersten und einer zweiten Stellung verschwenkbar. Die Achse80 wird durch einen Bolzen realisiert, der in den3 und4 jedoch weggelassen ist. Die erste Hebelstellung des ersten Hebels78 ist in4 eingenommen. In diese erste Hebelstellung wird er durch Feder82 vorgespannt. Bei Einnahme der ersten Hebelstellung des ersten Hebels78 wird die zweite Referenzfläche68 über die Stange74 und den ersten Arm70 in ihre zweite Stellung verstellt. - Der erste Hebel
78 ist durch einen Exzenterantrieb gegen die Vorspannkraft der Feder82 von seiner ersten in seine zweite Stellung verstellbar. Der Exzenterantrieb wird durch eine drehbare Scheibe84 gebildet, die von einem nicht gezeigten Motor angetrieben wird und auf der ein Stift68 senkrecht zu dieser befestigt ist. Bei Drehung der Scheibe in ihre erste Drehrichtung (mit dem Uhrzeigersinn in den1 bis4 ) kommt der Stift86 mit dem ersten Hebel78 in Berührung und verstellt diesen gegen die Vorspannkraft der Feder82 in seine zweite Hebelstellung, die in2 und3 angenommen ist. Dabei wird die zweite Referenzfläche68 über die Stange74 und den ersten Arm70 in ihre erste Stellung verstellt. - Das Hebelelement
66 ist um eine Achse88 schwenkbar. Diese Achse88 wird durch einen Bolzen realisiert, der in der Darstellung der3 und4 weggelassen ist. An diesem Bolzen ist auch die Feder82 eingehängt. In einer Stellung der Scheibe84 in der der Stift86 den ersten Hebel78 gegen die Vorspannkraft der Feder82 in seiner zweiten Hebelstellung festhält, wie in2 und3 der Fall, ist das Ende90 des Hebelelementes66 frei, so daß sich die Federn64 der Stifte62 entspannen und diese ihre zweite Stellung annehmen, in der sie sich vollständig außerhalb der Meßebene befinden. Wird die Scheibe84 jedoch von dieser Stellung in ihre zweite Drehrichtung (gegen den Uhrzeigersinn in1 bis4 ) gedreht, wird der erste Hebel78 durch die Feder82 in Richtung auf seine erste Stellung verstellt, wodurch sich die Referenzfläche68 in Richtung auf ihre zweite Stellung bewegt. Andererseits liegt der Stift86 nach Drehung um einen gewissen Winkel am Ende90 des Hebelelementes66 an und schwenkt dieses um die Achse88 derart, daß die Stifte62 gegen die Vorspannkraft der Feder64 in ihre erste Stellung verstellt werden. Dies ist die Stellung, die bei der Vermessung eines Teststreifens angenommen wird, in der nämlich die zweite Referenzfläche68 aus dem Lichtweg geklappt ist und die Stifte62 in die Meßebene ragen, so daß sich ein Teststreifen12 an diesen ausrichten kann und von diesen festgehalten wird. - Der beschriebene Verstellmechanismus ermöglicht also unter Verwendung eines einzigen Exzenterantriebes das Verstellen zwischen einer Kalibrierungsstellung, in der die zweite Referenzfläche
68 ihre erste Stellung und die Stifte62 ihre zweite Stellung einnehmen, und einer Meßstellung, in der die zweite Referenzfläche68 ihre zweite Stellung und die Stifte62 ihre erste Stellung einnehmen.
Claims (20)
- Optische Messvorrichtung (
10 ) zum Erfassen der Färbung von Testfeldern eines Teststreifens (12 ), der zum Nachweis von Substanzen in einer Flüssigkeit mit dieser zu benetzen ist, worauf hin sich das Remissionsverhalten der Testfelder in Abhängigkeit von den Konzentrationen der nachzuweisenden Substanzen ändert, mit einer Messebene (14 ), in der der Messstreifen (12 ) zu platzieren ist, einer Beleuchtungseinrichtung (16 ), zur Beleuchtung der Messebene (14 ), einem flächenhaften Bildsensor (36 ), einer Optik zur Abbildung der Messebene (14 ) auf den Bildsensor (36 ), einer elektronischen Auswerteeinheit (52 ) zur Auswertung der vom Bildsensor (36 ) detektierten Signale, und einer zweiten Referenzfläche (58 ), die zwischen einer ersten Stellung, in der sie die Position eines Teststreifens bei der Vermessung annimmt, und einer zweiten Stellung, in der sie nicht von der Optik auf den Bildsensor (36 ) abbildbar ist, verstellbar ist, wobei die Beleuchtungseinrichtung (16 ) verschiedenfarbige Lichtquellen (18 ,20 ,22 ) oder andere Mittel hat, mit denen die Messebene (14 ) alternativ verschiedenfarbig beleuchtet werden kann, und die elektronische Auswerteeinheit (52 ) aus den bei verschiedenfarbiger Beleuchtung gewonnenen Bildern die Färbung der Testfelder ermittelt. - Optische Messvorrichtung (
10 ) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Bildsensor (36 ) aus lichtempfindlichen Elementen, insbesondere CMOS-Bauteilen aufgebaut ist, die in einer flächenhaften Matrix angeordnet sind. - Optische Messvorrichtung (
10 ) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Beleuchtungseinrichtung (16 ) als Lichtquellen LEDs (18 ,20 ,22 ) verwendet werden. - Optische Messvorrichtung (
10 ) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass blaue (18 ), grüne (20 ) und orangefarbene (22 ) LEDs verwendet werden, insbesondere LEDs mit Wellenlängen von 450 nm, 530 nm und 620 nm. - Optische Messvorrichtung (
10 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquellen (18 ,20 ,22 ) in einer Reihe auf einer Senderplatine (24 ) angeordnet sind. - Optische Messvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Anordnungsdichte der Lichtquellen (
18 ,20 ,22 ) auf der Senderplatine (24 ) innerhalb der Reihe von deren Mittelpunkt nach aussen zunimmt. - Optische Messvorrichtung (
10 ) nach Ansprüchen 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass parallel zur Streifenlängsrichtung beiderseits der Lichtquellenreihe Blenden (26 ) angeordnet sind, die das von den Lichtquellen abgestrahlte Licht in der Messebene (14 ) auf einen streifenförmigen Bereich konzentrieren, in dem der Teststreifen (12 ) bei der Auswertung zu platzieren ist. - Optische Messvorrichtung (
10 ) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Blenden (26 ) im wesentlichen über die Länge der Lichtquellenreihe erstrecken und aus mehreren, sich über die gesamte Länge erstreckenden Flächensegmenten (28 ,30 ,32 ,34 ) bestehen, deren Neigungswinkel gegenüber der Senderplatine (24 ) mit zunehmendem Abstand von dieser zunimmt. - Optische Messvorrichtung (
10 ) nach Ansprüchen 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Blenden (26 ) aus gefrästen oder im Spritzgussverfahren hergestellten Formteilen bestehen, die mit einer reflektierenden Beschichtung versehen oder mit einer reflektierenden Folie beklebt sind. - Optische Messvorrichtung (
10 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ferner eine erste Referenzfläche (54 ) so angeordnet ist, dass sie zusammen mit dem Teststreifen (12 ) von der Beleuchtungseinrichtung (16 ) beleuchtet und von der Optik auf den Bildsensor (36 ) abgebildet wird. - Optische Messvorrichtung (
10 ) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Referenzfläche (58 ) durch eine Fläche einer streifenförmigen Platte (68 ) gebildet wird, an deren erstem Ende ein zur zweiten Referenzfläche (58 ) mindestens annähernd senkrechter erster Arm (70 ) angeordnet ist, der um eine zur zweiten Referenzfläche (58 ) parallele Achse (72 ) schwenkbar gelagert ist. - Optische Messvorrichtung (
10 ) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass am zweiten Ende der streifenförmigen Platte (68 ) ein zweiter Arm angeordnet ist, der im wesentlichen parallel zum ersten Arm (70 ) ist und um dieselbe Achse (72 ) schwenkbar gelagert ist wie dieser. - Optische Messvorrichtung (
10 ) nach Ansprüchen 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass zum Verstellen der zweiten Referenzfläche (58 ) zwischen ihrer ersten und zweiten Stellung am ersten Arm (70 ) eine Stange (74 ) mit ihrem ersten Ende schwenkbar befestigt ist. - Optische Messvorrichtung (
10 ) nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Stange (74 ) mit ihrem zweiten Ende an einem ersten Hebel (78 ) schwenkbar befestigt ist, der um eine erste Hebelachse (80 ) schwenkbar ist, und der mit Hilfe eines Vorspannelementes (82 ) in eine erste Hebelstellung vorgespannt ist, in der die zweite Referenzfläche (58 ) ihre zweite Stellung einnimmt, und dass der erste Hebel (78 ) gegen die Vorspannkraft des Vorspannelementes (82 ) in eine zweite Hebelstellung verstellbar ist, in der die zweite Referenzfläche (58 ) ihre erste Stellung annimmt. - Optische Messvorrichtung (
10 ) nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Hebel (78 ) durch einen Exzenterantrieb betätigt wird. - Optische Messvorrichtung (
10 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie Mittel zum Festhalten und Ausrichten eines Teststreifens in seiner Messstellung hat. - Optische Messvorrichtung (
10 ) nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zum Festhalten und Ausrichten durch zwei mindestens annähernd parallele Stifte (62 ) gebildet werden, die entlang ihrer Längsachse zwischen einer ersten Stellung, in der sie in die Messebene (14 ) ragen, und einer zweiten Stellung, in der sie sich vollständig ausserhalb der Messebene (14 ) befinden, verstellbar sind. - Optische Messvorrichtung (
10 ) nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Stifte (62 ) in ihre zweite Stellung vorgespannt sind und von einem Hebelelement (66 ) gegen die Vorspannkraft in ihre erste Stellung verstellbar sind. - Optische Messvorrichtung (
10 ) nach Ansprüchen 15 und 18, dadurch gekennzeichnet, dass das Hebelelement (66 ) vom gleichen Exzenterantrieb verstellt wird, wie der erste Hebel (78 ). - Optische Messvorrichtung (
10 ) nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass der Exzenterantrieb durch eine drehbare, von einem Motor angetriebene Scheibe (84 ) gebildet wird, auf deren einer Fläche senkrecht zu dieser ein Stift (86 ) derart angebracht ist, dass er bei Drehung der Scheibe (84 ) in ihrer ersten Drehrichtung den ersten Hebel (78 ) in seine zweite Hebelstellung verstellt, und dass er bei Drehung der Scheibe (84 ) in ihre zweite Drehrichtung das Hebelelement (66 ) derart verstellt, dass dieses die Stifte (62 ) in ihre erste Stellung verstellt.
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