BRPI0913283A2

BRPI0913283A2 - unidade de medição óptica e método para realizar medição reflexiva

Info

Publication number: BRPI0913283A2
Application number: BRPI0913283-0A
Authority: BR
Inventors: Károly Kunstár
Original assignee: 77 Elektronika Müszeripari Kft
Priority date: 2008-06-20
Filing date: 2009-06-17
Publication date: 2021-01-26
Also published as: WO2009153609A1; BRPI0913283B1; EP2300804B1; CN102066909A; EP2300804A1; EA201100067A1; CN102066909B; EA020255B1; ATE544064T1; US20110122411A1

Abstract

A invenção é uma unidade de medição óptica (10) para realizar uma medição reflexiva, a unidade compreendendo uma fonte de luz (11) apropriada para iluminar uma superfície a ser medida, um sensor de medição (12a, 12b) para 5 detectar uma luz refletida pela superfície a ser medida, e um elemento óptico de bloqueio de luz (13) que separa os sensores de medição (12a, 12b) da luz direta da fonte de luz (11) e tendo um espaço interno que compreende um tubo de luz (14) com linha central reta estendendo-se da fonte de luz (11) à superfície a ser medida. O espaço interior do elemento óptico de bloqueio de luz (13) compreende um espaço sombreado (19) que se estende pra mais longe da linha central do tubo de luz (14) do que o tubo de luz (14), onde um sensor de monitoramento (15) é disposto, dito sensor de monitoramento (15) sendo submetido a uma parte da luz direta da fonte de luz (11) e permitindo a compensação de uma mudança na emissão de luz da fonte de luz (11). Por outro lado, a invenção é um método para realizar uma medição reflexiva por uma unidade de medição óptica (10).

Description

"UNIDADE DE MEDIÇÃO ÓPTICA E MÉTODO PARA REALIZAR MEDIÇÃO REFLEXIVA"

CAMPO TÉCNICO A invenção trata-se de uma unidade de medição óptica e um método 5 correspondente para realizar medições reflexivas.

ESTADO DA TÉCNICA No estado da técnica, faz-se um amplo uso de espectrômetros e outros dispositivos ópticos similares para medir as características ópticas de vários objetos e superfícies a serem medidas. Essas unidades iluminam a superfície ou objetos a serem medidos, e então detectam a luz refletida ou transmitida pela superfície a ser medida. Esta invenção refere-se a uma unidade e método de medição óptica do tipo por reflexão, e portanto não trataremos mais de quaisquer abordagens do tipo por transmissão. As características mais importantes da luz refletida durante a medição reflexiva descrita acima são a intensidade e o comprimento da onda. Uma vez que estas características sejam conhecidas, a cor da superfície a ser medida pode ser determinada por meio de exemplos. Identificar a cor pode ser importante em diversas áreas técnicas, por exemplo, em diagnósticos médicos. Isto se dá por causa de folhas de reagentes que mudam sua cor quando expostas a vários compostos e materiais que são frequentemente aplicados em procedimentos diagnósticos. Tais folhas de reagentes são bastante aceitas na determinação das características de fluídos corporais, por exemplo, sangue ou urina. Nos dispositivos de medição reflexiva do estado da técnica, é uma consideração importante que os dispositivos sejam de produção e reparo relativamente simples e que eles devem ter um alto grau de precisão independentemente das circunstâncias. A parte mais importante de tais unidades de medição é a unidade de medição óptica, que compreende uma fonte de luz para iluminar a superfície a ser medida, um detector de medição para detectar a luz refletida pela superfície a ser medida, e componentes ópticos adicionais necessários para detecção. Tais unidades de medição são descritas, por exemplo, no US5611999, US7227640B2, US2002/0167668A1, US 2006/0192957A1, e US 2007/0188764A1. Neste último documento, descreve-se uma unidade de medição óptica de tamanho relativamente pequeno, que inclui chips de LED afixados para a iluminação adequada, e tem um elemento óptico para bloqueio de luz que envolve

` 2/13 o feixe de luz gerado pela fonte de luz, direcionando-o através de um tubo de luz à superfície a ser medida e tem tubos de luz adicionais que guiam a luz refletida aos vários sensores de medição. Soluções adicionais são conhecidas no estado da técnica, e.g., o 5 US4676653, o EP0182647 e o EP0825432A2. É uma desvantagem das soluções do estado da técnica, especialmente nessa última abordagem em que não há compensação no caso dos parâmetros de emissão de luz da fonte de luz variarem. Embora de acordo com a solução descrita no US2007/0188764A1, outro sensor de monitoração seja divulgado em adição 10 aos sensores de medição normais, ele não é usado para monitorar a luz da fonte de luz, mas para monitorar uma luz que vem de uma superfície a ser medida que emite feixes de luz. O sensor de monitoramento utilizado nesta solução conhecida não "vê" a fonte de luz e portanto não é apropriado para monitorar o sinal da fonte de luz. Uma desvantagem adicional desta abordagem é que os tubos de luz - cujos 15 parâmetros de superfície são difíceis de estabilizar— que envolvem os feixes de luz refletidos conduzem aos sensores de medição e de monitoramento. Menciona-se com ênfase no documento que os tubos de luz devem ter uma superfície com a maior capacidade possível de reflexão de luz para garantir que a eficiência da medição seja apropriada. Entretanto, as superfícies de alta reflexão são 20 extremamente sensíveis à sujeira e à condensação de vapor, o que deteriora sobremaneira a longo prazo a precisão e a eficiência de uma unidade de medição óptica. Adicionalmente, as superfícies de reflexão aumentam sobremaneira o ruído da medição. Uma desvantagem adicional é que a solda de medição aplicada complica os cálculos associados com o método de medição e introduz uma 25 imprecisão no sistema em diversos pontos. Os sensores de medição que recebem luz através dos tubos de luz podem somente detectar o sinal que vem de uma parte estreita do campo de visão e, portanto, através do uso dessas unidades não é possível detectar uma parte substancial da luz refletida por uma superfície.

DIVULGAÇÃO DA INVENÇÃO 30 É um objetivo da invenção prover uma unidade de medição óptica e prover um método para executar também uma medição reflexiva que não apresentem as desvantagens das soluções existentes no estado da técnica. É outro objetivo da invenção prover uma unidade e um método de medição óptica que possibilitem uma compensação eficiente e de custo baixo e com confiabilidade a longo prazo r

• 3/13 no que se refere a uma eventual mudança em um ou mais parâmetros de iluminação.

Um objetivo adicional da invenção é estabelecer um arranjo de sensores de medição para compensar pela eventual inclinação da superfície iluminada. 5 A seguinte ideia levou à criação da invenção: se o elemento óptico de bloqueio e direcionamento de luz na unidade de medição óptica é usado para projetar através de um tubo de luz a luz da fonte de luz em uma superfície a ser medida, então é possível compensar a mudança na emissão de luz da fonte de luz de um modo que um sensor de monitoramento submetido a ao menos uma parte 10 da luz direta da fonte de luz seja disposto no elemento óptico de bloqueio de luz, no espaço interior que não está no trajeto do tubo de luz.

Ao contrário das soluções do estado da técnica, na abordagem de acordo com a invenção, o elemento óptico de bloqueio de luz somente provê o tubo de luz necessário para a iluminação; por meio deste tubo de luz torna-se possível "concentrar" a iluminação em um foco de 15 iluminação que cobre uma parte da superfície a ser medida.

Os detectores de medição não detectam uma luz advinda somente através de um tubo de luz estreito, mas vêem quase todo campo de visão o que é muito benéfico para precisão e estabilidade.

Consequentemente, a invenção é uma unidade de medição óptica de 20 acordo com a reivindicação 01, e um método de acordo com a reivindicação 09. Os modos de execução preferíveis são definidos nas reivindicações independentes.

Assim, o espaço interior do elemento óptico de bloqueio de luz da unidade de medição óptica de acordo com a invenção compreende um espaço interior sombreado que se estende mais longe que o tubo de luz da linha central do tubo 25 de luz, e nesse dito espaço sombreado provê-se um sensor de monitoramento submetido a uma parte da luz direta da fonte de luz, e que possibilita a compensação das mudanças de emissão de luz da fonte de luz.

De acordo com a invenção, a expressão "luz direta" significa que o sensor de monitoramento não recebe (somente) a luz vinda através das superfícies de reflexão, mas ao menos 30 uma grande parte da luz detectada por ele vem diretamente da fonte de luz.

Isto naturalmente não exclui a possibilidade que o sensor receba eventualmente a luz refletida também.

As desvantagens mencionadas na introdução e vinculadas com a aplicação de superfícies de reflexão são eliminadas pela iluminação direta do sensor de

• 4/13 recebe basicamente nem uma luz refletida e tampouco uma luz ambiente que venha de outra parte, mas que naturalmente está submetido à luz direta da fonte de luz.

O espaço sombreado está preferencialmente na extremidade da fonte de luz 5 do espaço interior, e o sensor de monitoramento está posicionado ao lado da fonte de luz, em um modo que detecta a emissão de luz lateral proveniente dela.

Isto resulta em uma unidade de medição extremamente simples e de baixo custo, devido aos componentes poderem ser posicionados em uma placa de circuito.

Nesse caso, o elemento óptico de bloqueio de luz é fixado à placa de circuito com 10 um tubo de luz que fica perpendicular à placa de circuito e o espaço sombreado é projetado como uma protuberância do tubo de luz que confina a fonte de luz e o sensor de monitoramento; consequentemente, pode ser adaptado de modo simples na placa de circuito.

Há preferivelmente irregularidades que impedem a reflexão na superfície do 15 tubo de luz, e preferivelmente o tubo de luz é projetado como um furo rosqueado.

Um modo de execução especialmente preferido compreende ao menos dois sensores de medição, que são dispostos de modo a detectar a luz refletida de direções diferentes.

São dispostos preferivelmente em ambos os lados da fonte de luz, simetricamente à linha central do tubo de luz.

Deste modo, fica possível 20 compensar uma eventual inclinação da superfície a ser medida.

Isto se dá porque em uma circunstância ideal, o tubo de luz é normal à superfície a ser medida, e então até mesmo um sensor de medição pode ser suficiente.

Ao se aplicarem dois sensores de medição, e ao combinar seus sinais, a medição pode ser feita independentemente da inclinação da superfície a ser medida, quando os sensores 25 de medição não vêem a superfície a ser medida em um ângulo idêntico.

Quando mais de dois sensores são usados, uma inclinação em qualquer direção pode ser compensada.

Em outro modo de execução extremamente preferido, o elemento óptico de bloqueio de luz tem uma superfície externa ao menos em sua parte que está entre 30 o sensor de medição e o tubo de luz no campo da visão do sensor de medição, onde cada ponto da superfície externa está a uma distância menor da linha central do tubo de luz do que o espaçamento entre o sensor de medição e a linha central do tubo de luz.

Desse modo, o elemento óptico de bloqueio de luz não fica concentrado entre os sensores de medição, e não obstrui seus campos de visão de modo significativo e especialmente não gera um tubo de luz para eles.

Consequentemente, as desvantagens das superfícies de reflexão podem ser eliminadas. 5 A fonte de luz compreende preferivelmente ao menos um chip de LED afixado, e ainda mais preferivelmente diversos chips de LED afixados dispostos lado a lado, onde cada um deles emite preferivelmente uma cor diferente de luz.

A posição de um LED afixado pode ser bem mantida sob controle, contrariamente aos LEDs transparentes envolvidos em PVC translúcido, onde a posição do chip 10 muda em uma ampla faixa.

No caso de um LED afixado, não há refletor de perturbação ou invólucro, e sua luz emitida pode ser facilmente medida novamente.

Isto é excelente para a iluminação perpendicular necessária para a medição, porque de fato a iluminação de foco único pode ser conseguida por LEDs de tamanho pequeno situados muito próximos uns dos outros.

Adicionalmente, a 15 dependência de temperatura e o envelhecimento dos LEDs também são características igualmente conhecidas, que podem ser facilmente compensadas.

Os LEDs coloridos propiciam iluminação em um espectro estreito de comprimento de onda, e portanto a iluminação por diversos LEDs em diferentes cores fornece informações sobre a amostra que podem ser consideradas como 20 independentes, especialmente se a reflexão da amostra depende do comprimento de onda.

Isto possibilita a medição da dependência real do comprimento de onda, enquanto que no caso do arranjo convencional de LED branco / detector colorido, as curvas de sensibilidade do detector podem estar significativamente sobrepostas (a informação não é inteiramente independente). Adicionalmente, o comprimento 25 de onda de LEDs coloridos tem pequena dispersão.

A unidade de medição preferivelmente também compreende uma unidade eletrônica que é acoplada aos sensores de medição e ao sensor de monitoramento, em que a unidade eletrônica tem uma unidade de microprocessador, preferivelmente um microcontrolador, que recebe os sinais 30 analógicos dos sensores de medição e do sensor de monitoramento, e os converte em sinais digitais.

No método de acordo com a invenção, a superfície a ser medida pode ser preferivelmente uma folha de reagente, cuja cor é medida.

Por meio dos chips de LED, a folha de reagente é iluminada de modo alternado, e a intensidade da luz

• 6/13 refletida é medida por meio dos sensores de medição. A descoloração da folha de reagente pode variar próximo à borda da tira (ou da mini tira), e portanto é vantajoso se um arranjo resultando em um foco de iluminação circular for aplicado, onde o foco de iluminação cobre até 75% da superfície da folha de reagente. 5 A reflexão é preferivelmente medida com a fonte de luz estando ligada ou desligada, e a interferência causada pela luz incidente é eliminada ao se gerar a diferença das duas medições.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS Os modos de execução preferidos da invenção serão mostrados por meio 10 de exemplos com base nos desenhos abaixo, onde a Fig. 1 mostra uma vista esquemática da seção transversal de uma unidade de medição óptica de acordo com a invenção, A Fig. 2 mostra uma vista ampliada de uma parte da seção transversal descrita na Fig. 1, 15 A Fig. 3 mostra a vista superior de uma placa de circuito contendo os componentes principais e aplicável em uma unidade de medição óptica de acordo com a invenção, sem o elemento óptico de bloqueio de luz, e A Fig. 4 mostra a vista tridimensional de uma placa de circuito representada na Fig. 3, com o elemento óptico de bloqueio de luz adaptado a ela. 20 MODOS DE EXECUÇÃO DA INVENÇÃO A unidade de medição óptica de acordo com a invenção é projetada preferivelmente como uma sonda de medição substituível para instrumentos de medição, e pode ser usada preferivelmente para a medição de diferentes áreas coloridas de alguns milímetros quadrados de estensão, que poderiam ser, por 25 exemplo, as camadas reagentes das tiras secas reagentes de teste de urina. A Fig. 1 mostra uma vista esquemática da seção transversal da unidade de medição óptica 10 para medições reflexivas. A unidade de medição óptica 10 compreende uma fonte de luz 11 projetada para iluminar uma superfície a ser medida, um ou mais sensores de medição 12a, 12b projetados para detectar a luz 30 refletida pela superfície a ser medida, e um elemento óptico de bloqueio de luz 13. Os diodos emissores de luz na fonte de luz 11 da sonda de medição são posicionados em um circuito impresso preferivelmente por meio de uma tecnologia de junção conhecida. No decorrer da junção, a parte inferior dos chips de LED é colada por um adesivo condutor especial ao circuito impresso, e a saída superior é conectada por fiação dourada a um contato adequadamente projetado. Os LEDs coloridos fornecem luz em um espectro estreito de comprimento de onda, e consequentemente a iluminação por diversos LEDs de cores diferentes fornece informações sobre a amostra que podem ser consideradas como independentes 5 entre si, especialmente se a reflexão da amostra depende do comprimento de onda. O elemento óptico de bloqueio de luz 13 é formado de modo a separar a luz direta da fonte de luz 11 dos sensores de medição 12a, 12b utilizando o espaço interior ao redor do feixe de luz gerado pela fonte de luz 11, em que o espaço interno compreende um tubo de luz 14 de linha central reta direcionado da fonte de luz 11 para a superfície a ser medida. O espaço interno do elemento óptico de bloqueio de luz 13 também compreende um espaço sombreado 19 que se estende da linha central do tubo de luz 14 para além do tubo de luz 14, e nesse espaço sombreado, um sensor de monitoramento 15 é disposto para possibilitar a compensação da mudança na emissão de luz da fonte de luz 11, em que o sensor de monitoramento 15 é exposto a uma parte da luz direta que vem da fonte de luz

11. Preferivelmente, o elemento óptico de bloqueio de luz 13 é feito de um material bloqueador de luz, i. e., que não permite qualquer passagem de luz. A mudança na emissão da luz significa que um ou mais parâmetros de emissão de luz (p.ex.: intensidade, comprimento de onda, espectro) varia, oscila ou se desvia temporariamente ou por longos períodos. A compensação do resultado da medição pode ser conduzida, p.ex. de acordo com as técnicas e cálculos de correção geralmente aplicados nesse campo específico. O sensor de monitoramento 15 e os sensores de medição 12a, 12b são preferivelmente fotodiodos, que são itens confiáveis, de baixo custo e de simples substituição. Eles medem a intensidade (i.e. não a cor) e portanto são altamente lineares. O sensor de monitoramento 15 (detector de nova medição de luz emitida de compensação) mede uma dada relação de luz emitida. Portanto, o valor medido pode ser compensado por um sinal independente da reflexão advinda da amostra, i. e. da superfície a ser medida. Desse modo, a dependência do envelhecimento e da temperatura da fonte de luz 11 pode ser completamente compensada, tornado a sonda de medição apropriada para medição absoluta. Pela iluminação direta do sensor de monitoramento 15, as desvantagens mencionadas na introdução e vinculadas à aplicação de superfícies reflexivas são eliminadas.

De acordo com a invenção, a característica "sombreada" significa que o sensor de monitoramento não está no trajeto do tubo de luz 14, e está em um espaço confinado dentro do elemento óptico de bloqueio de luz 13, isto é, ele não 5 recebe praticamente nenhuma luz refletida ou luz ambiente advinda de outra parte.

No modo mostrado nos Figs. 1 e 2, o espaço sombreado 19 fica na extremidade da fonte de luz 11 do espaço interno, e o sensor de monitoramento 15 é disposto ao lado da fonte de luz 11 de modo que ele detecte a sua emissão de luz lateral.

O sensor de compensação 15 é também vendido em um invólucro transparente mostrado na Fig. 2, cuja grande vantagem é que a luz que adentra o invólucro transparente 16 pela lateral é refletida pela superfície da tampa como uma superfície de limite, e em desse modo uma quantidade apropriada de luz alcança o sensor.

Preferivelmente, há irregularidades na superfície do tubo de luz 14 para evitar as desvantagens das superfícies de reflexão mencionadas na introdução.

Preferivelmente, as irregularidades podem ser formadas ao se projetar o tubo de luz 14 como um furo rosqueado.

Segundo as indicações das Figs. 3 e 4, a fonte de luz 11, os sensores de medição 12a, 12b e o sensor de monitoramento 15, são dispostos preferivelmente na mesma placa de circuito 20, e o elemento óptico de bloqueio de luz 13 é fixado à placa de circuito 20 com o tubo de luz 14 perpendicular à placa de circuito 20. Neste caso, o espaço sombreado 19 é projetado como uma protuberância do tubo de luz 14, compreendendo a fonte de luz 11 e o sensor de monitoramento 15. Em tal modo, o elemento óptico de bloqueio de luz 13 pode ser produzido de modo simples, por exemplo, de plástico por meio de moldagem por injeção, e então ser fixado de modo simples na placa de circuito.

Os furos 22a, 22b na placa de circuito 20 são formados para posicionar e fixar o elemento óptico de bloqueio de luz 13. No caso dos dois sensores de medição 12a, 12b, o elemento óptico de bloqueio de luz 13 é projetado preferivelmente conforme a estrutura em espinha mostrada na Fig. 4, e o tubo de luz 14 atravessa o centro dessa estrutura.

No caso de diversos sensores de medição, cada par deles pode ser separado um do outro por uma estrutura, e todos se direcionando a um ponto, que é ao tubo de luz 14. 0 elemento óptico de bloqueio de luz 13 pode ser produzido naturalmente em uma forma diferente, por exemplo, em forma de uma tubulação envolvendo o tubo de

• 9/13 luz 14. Nos modos de execução preferidos mostrados, a unidade de medição óptica compreende dois sensores de medição 12a, 12b, que são dispostos de modo que possam detectar a luz refletida de diferentes direções.

Certamente, os dois 5 sensores de medição 12a, 12b são dispostos em ambos os lados da fonte de luz 11, simetricamente à linha central do tubo de luz 14. Deste modo, torna-se possível compensar a inclinação eventual da superfície a ser medida, por exemplo, quando a folha de reagente a ser testada é colocada incorretamente no instrumento de medição.

Isto ocorre porque em um caso ideal o tubo de luz 14 é perpendicular à 10 superfície a ser medida em cada medição, e nesse caso até mesmo um único sensor de medição poderia ser suficiente.

Pela aplicação dos dois sensores de medição 12a, 12b com qualquer combinação apropriada - preferivelmente pela soma de seus sinais -, a medição pode ser feita independentemente da inclinação eventual da superfície a ser medida, quando os sensores de medição 12a, 12b não 15 detectam a superfície a ser medida em um ângulo idêntico.

A unidade de medição óptica 10 de acordo com a invenção pode compreender mais de dois sensores de medição, e neste caso a medição pode ser feita independente de qualquer direção de inclinação.

Assim, quando a posição da superfície a ser medida muda após ou mesmo durante cada medição, a soma dos sinais dos sensores de medição será 20 praticamente independente do ângulo de inclinação da superfície.

Segundo as indicações das figuras, o elemento óptico de bloqueio de luz 13 está concentrado entre os sensores de medição 12a, 12b e não bloqueia seus campos de visão de modo significativo e especialmente não geraria um tubo de luz para eles.

Pelo menos aquelas partes do elemento óptico de bloqueio de luz 13 25 que estão entre cada sensor de medição 12a, 12b e o tubo de luz 14, e dentro do campo de visão dos sensores de medição 12a, 12b, têm uma tal superfície externa onde cada ponto está a uma distância mais curta da linha central do tubo de luz 14 do que o espaçamento entre o dado sensor de medição dado 12a, 12b e a linha central do tubo de luz 14. 30 Com esta solução, a invenção contraria ao senso comum, que diz que a detecção da luz refletida só pode ser implementada de modo eficiente e sem interferências por meio do uso de um tubo de luz de reflexão.

De acordo com a invenção, nós identificamos que deixando os campos de visão dos sensores de medição tão ilimitados quanto possível, nós podemos eliminar as desvantagens advindas das reflexões adicionais de luz refletida, obtendo assim medições mais estáveis e confiáveis.

No modo de execução mostrado, a fonte de luz 11 possui quatro chips de LED afixados 21, mas para aplicações mais simples apenas um poderia ser 5 suficiente.

Os chips de LED afixados 21 dispostos lado a lado emitem preferivelmente luzes de diferentes cores.

Deste modo, a detecção da cor pode ser provida de modo simplesmente por meio de uma medição de intensidade baseada em várias iluminações coloridas.

A aplicação dos chips de LED 21 afixados também traz a vantagem, além dos benefícios mencionados na introdução, que devido a seu tamanho reduzido, eles emitem luz praticamente de um único foco, o que simplifica os cálculos e assegura a homogeneidade.

No modo de execução usado como exemplo, nós aplicamos chips de LED 21 de tamanho de 0,3 x 0,3 mm, e com o afastamento entre eles sendo de 0,2 mm.

A distância entre a superfície a ser medida e a fonte de luz 11 é preferivelmente de 8 a 12 mm e assim os chips de LED 21 iluminam a superfície praticamente a partir de exatamente o mesmo ponto.

A unidade de medição óptica 10 de acordo com a invenção compreende preferivelmente uma unidade eletrônica conectada aos sensores de medição 12a, 12b e ao sensor de monitoramento 15, e essa unidade eletrônica tem um dispositivo microprocessador, preferivelmente um microcontrolador, que recebe os sinais analógicos dos sensores de medição 12a, 12b e do sensor de monitoramento 15, convertendo-os em sinais digitais.

Consequentemente, os dispositivos eletrônicos de medição são posicionados imediatamente ao lado dos detectores, e assim os sinais analógicos medidos são transmitidos imediatamente para o microcontrolador, onde a conversão AID ocorre.

Desse modo, a característica de ruído externo de trajetos de sinais mais longos pode ser eliminada.

No método inventivo para realizar uma medição reflexiva, a unidade de medição óptica 10 é usada.

No decorrer deste método, a superfície a ser medida é iluminada pela fonte de luz 11 e a luz refletida pela superfície a ser medida é detectada pelos sensores de medição 12a, 12b.

Além disso, uma parte da luz direta da fonte de luz 11 é detectada pelo sensor de monitoramento 15, que é posicionado no elemento óptico de bloqueio de luz 13, protegido de outras luzes.

Com base no resultado de detecção pelo sensor de monitoramento 15, qualquer mudança eventual em um ou mais parâmetros de emissão de luz da fonte de luz 11 é determinada, e o resultado da medição é compensado de acordo com a mudança medida.

No decorrer da medição, a luz refletida é detectada preferivelmente de 5 diferentes direções por ao menos dois sensores de medição 12a, 12b e os sinais de ao menos dois sensores de medição 12a, 12b são combinados, preferivelmente somados.

A superfície a ser medida é preferivelmente uma folha de reagente 18 inserida em um suporte 17 e mostrada na Fig. 1. A cor desta folha de reagente é medida e a fonte de luz 11 que inclui os chips de LED 21 e que emite várias luzes coloridas é aplicada, por meio de cada dito chip de LED 21 a folha de reagente 18 é iluminada alternadamente, e por meio dos sensores de medição 12a, 12b a intensidade da luz refletida é medida.

A iluminação por diversas fontes de luz de cores diferentes é aplicada de modo perpendicular à superfície a ser medida.

Isto porque se o ângulo de iluminação for pequeno, isto é, a iluminação ficar muito próxima da posição perpendicular, a intensidade (posição e tamanho) da iluminação depende apenas ligeiramente da distância.

Em tal iluminação, adicionalmente, a irregularidade da superfície da amostra não causa sombreamento e um desvio angular maior da perpendicular causaria somente um erro menor na intensidade da luz difusa refletida.

Os chips de LED 21 afixados fornecem a luz semi-esférica, cuja emissão de luz é concentrada pelo elemento óptico de bloqueio de luz 13, e um foco de luz de iluminação circular é criado preferivelmente tendo um diâmetro de aproximadamente 3 mm, em que o foco de luz de iluminação cobre até 75% da superfície da folha de regente 18. 0 tamanho comum das folhas de reagentes usadas em diagnósticos médicos é de 5 x 5 mm.

Consequentemente, nós provemos uma superfície iluminada pequena e um campo de visão bastante sensível no método.

Isto traz diversas vantagens: por um lado, no caso de uma pequena superfície iluminada a eventual falta de homogeneidade da iluminação não influencia na precisão da medição, e por outro lado, a falta de homogeneidade do sensor pode também não causar um erro de medição porque a luz incidindo em toda a superfície do sensor de medição é detectada.

Adicionalmente, a dependência da distância do arranjo é insignificante dentro de um dado limite.

É um benefício adicional que as bordas das folhas de reagente sejam propensas a ficarem descoloradas de um modo diferente do que no interior da folha.

Por meio de um foco de luz direcionado pro interior da lâmina, as cores certas podem ser detectadas. 5 Neste método, a reflexão é medida preferivelmente com a fonte de luz 11 ligada e desligada, e ao gerar uma diferença das duas medidas, a interferência causada pela luz incidente é compensada.

Isto aumenta levemente o tempo de medição, mas não se faz necessário filtrar inteiramente o sistema óptico, o que poderia ser feito somente com dificuldade no caso das sondas de medição de 10 substituíveis.

No método de acordo com a invenção, a supressão da interferência pode preferivelmente também ser provida.

O impacto de luz externa de distúrbio resultante da frequência 50Hz do conduto é também filtrado pelos dispositivos eletrônicos de medição ao se selecionar o momento da amostragem para ser o 15 número múltiplo do período (20 ms) do sinal de distúrbio.

A unidade de medição óptica de acordo com a invenção é formada preferivelmente como uma sonda de medição substituível de modo modular.

Os dispositivos eletrônicos da sonda de medição armazenam os dados de calibração, e então a sonda de medição pode ser substituída como um módulo.

A sonda de 20 medição é capaz de realizar a medição e de prover os valores medidos, compensados, normalizados e calibrados.

Ao usar sondas de medição calibradas, não se faz necessário recalibrar o dispositivo inteiro quando substituir a sonda de medição.

A calibração é executada preferivelmente em pontos dedicados da curva 25 característica.

Para eliminar as diferenças entre sondas de medição, sujeitas aos comprimentos de onda e à intensidade de luz refletida, uma "uniformização" é realizada em uma dada quantidade de pontos.

Nos pontos de calibração, as sondas de medição medem praticamente um valor idêntico, enquanto a dispersão dos valores identificados por interpolação entre os pontos é mínima.

A quantidade 30 de pontos de calibração é determinada pelos requisitos de precisão, de linearidade dos sensores e do tempo necessário para a calibração.

Consequentemente, evidencia-se pela descrição acima que um dispositivo de medição foi criado, o qual elimina os fatores que deterioram a precisão da medição, podendo ser produzido a um baixo custo, e que não requere elementos ópticos do estado da técnica (lentes, filtros e tubos de luz de reflexão). Por meio da unidade de medição óptica de acordo com a invenção, o método de acordo com a invenção pode ser implementado de um modo extremamente vantajoso.

Naturalmente, a invenção não está limitada aos modos de execução mostrados em detalhes, mas versões e modificações adicionais são possíveis dentro do escopo da proteção definida pelas reivindicações.

A unidade de medição óptica pode incluir não somente dois, mas também um ou vários sensores de medição.

O design do elemento óptico de bloqueio de luz também pode divergir daquele mostrado, e pode consistir de uma ou várias partes.

Claims

REIVINDICAÇÕES
01. Uma unidade de medição óptica (10) para realizar uma medição reflexiva, a unidade compreendendo uma fonte de luz (11) apropriada para iluminar uma superfície a ser medida, um sensor de medição (12a, 12b) para detectar uma 5 luz refletida pela superfície a ser medida, e por um elemento óptico de bloqueio de luz (13) que separa o sensor de medição (12a, 12b) da luz direta da fonte de luz (11) e que tem um espaço interno que compreende um tubo de luz (14) de linha central reta se estendendo da fonte de luz (11) à superfície a ser medida, caracterizada por o espaço interior do elemento óptico de bloqueio de luz (13) 10 compreender um espaço sombreado (19) que se estende da linha central do tubo de luz (14) para além do tubo de luz (14), em que um sensor de monitoramento (15) é disposto, dito sensor de monitoramento (15) sendo submetido a uma parte da luz direta da fonte de luz (11) e possibilitando a compensação de uma mudança na emissão de luz da fonte de luz (11). 15 02. A unidade de medição de acordo com a reivindicação 01, caracterizada por o espaço sombreado (19) estar na extremidade da fonte de luz (11) do espaço interior, e que o sensor de monitoramento (15) é disposto ao lado da fonte de luz (11), e detecta a emissão de luz lateral dela.
3. A unidade de medição de acordo com a reivindicação 01 ou a 20 reivindicação 02, caracterizada por haver irregularidades na superfície do tubo de luz (14), preferivelmente o tubo de luz (14) é formado como um furo rosqueado.
4. A unidade de medição de acordo com qualquer uma das reivindicações 01 a 03, caracterizada por a fonte de luz (11), os sensores de medição (12a, 12b) e o sensor de monitoramento (15) serem dispostos na mesma placa de circuito (20), 25 o elemento óptico de bloqueio de luz (13) ser fixado à placa de circuito (20) com o tubo de luz (14) perpendicular à placa de circuito (20), e o espaço sombreado (19) ser formado como uma protuberância do tubo de luz (14), dita protuberância confinando a fonte de luz (11) e o sensor de monitoramento (15).
5. A unidade de medição de acordo com qualquer uma das reivindicações 30 01 a 04, caracterizada por compreender ao menos dois sensores de medição (12a, 12b) servindo para detectar a luz refletida de diferentes direções.
6. A unidade de medição de acordo com a reivindicação 05, caracterizada por ao menos dois sensores de medição (12a, 12b) serem dispostos essencialmente simétricos à linha central do tubo de luz (14) em ambos os lados da fonte de luz (11).
7. A unidade de medição de acordo com qualquer uma das reivindicações 01 a 06, caracterizada por o elemento óptico de bloqueio de luz (13) ter uma superfície externa ao menos em sua parte que está entre o sensor de medição 5 (12a, 12b) e o tubo de luz (14) no campo da visão do sensor de medição (12a, 12b), onde cada ponto da superfície externa está a uma distância menor da linha central do tubo de luz (14) do que o afastamento entre o sensor de medição (12a, 12b) e a linha central do tubo de luz (14).
8. A unidade de medição de acordo com qualquer uma das reivindicações 10 01 a 07, caracterizada por a fonte de luz (11) compreender ao menos um chip de LED (21) afixado.
9. A unidade de medição de acordo com a reivindicação 08, caracterizada por compreender mais de um chip de LED (21) afixado posicionados lado a lado, cada um emitindo preferivelmente luzes de cores diferentes. 15 10. A unidade de medição de acordo com qualquer uma das reivindicações 05 a 09, caracterizada por também compreender uma unidade eletrônica acoplada aos sensores de medição (12a, 12b) e ao sensor de monitoramento (15), dita unidade eletrônica tendo uma unidade microprocessadora, preferivelmente um microcontrolador, que recebe sinais analógicos dos sensores de medição (12a, 20 12b) e do sensor de monitoramento (15) e os converte em sinais digitais.

11. Um método para realizar uma medição reflexiva por uma unidade de medição óptica (10), compreendendo as etapas de iluminar uma superfície a ser medida com uma fonte de luz (11), e detectar a luz refletida pela superfície a ser medida por um sensor de medição (12a, 12b), caracterizado por uma parte da luz 25 direta da fonte de luz (11) ser detectada por um sensor de monitoramento (15), que é disposto de um modo que ele fica protegido de outras luzes, e em caso de uma mudança na emissão de luz da fonte de luz (11) ser detectada pelo sensor de monitoramento (15), o resultado da medição é compensado de acordo com a mudança. 30 12. 0 método de acordo com a reivindicação 11, caracterizado por a luz refletida é detectada de diferentes direções por ao menos dois sensores de medição (12a, 12b) e os sinais de ao menos dois sensores de medição são combinados.

13. 0 método de acordo com a reivindicação 12, caracterizado por a combinação dos sinais de ao menos dois sensores de medição (12a, 12b) compreender a soma dos sinais dos sensores de medição (12a, 12b).

14. 0 método de acordo com qualquer uma das reivindicações 11 a 13, 5 caracterizado por a superfície a ser medida ser uma folha de reagente (18), cuja cor é medida, a fonte de luz aplicada (11) compreender chips de LED (21) que emitem luzes de cores diferentes, por meio desses chips de LED (21) a folha de reagente (18) é iluminada alternadamente e os sensores de medição (12a, 12b) são usados para medir a intensidade da luz refletida.
10 15. 0 método de acordo com a reivindicação 14, caracterizado por uma disposição que resulta em um foco circular de luz de iluminação ser aplicada, onde o foco de luz de iluminação cobre até 75% da superfície da folha de reagente (18).

16. 0 método de acordo com qualquer uma das reivindicações 11 a 15, caracterizado por a reflexão ser medida quando a fonte de luz (11) está ligada ou 15 desligada, e ao gerar a diferença das duas medições, a interferência causada pela luz incidente é eliminada.

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