CN101842671A - 用于处理液体的装置上的光学传感器系统 - Google Patents

Abstract

一种在用于处理液体的装置上的光学传感器系统，具有至少一个用于将光沿着光轴的方向投影到空间中至少一个照明位置上的装置，用于在垂直于光轴的方向上调节至少一个照明位置和界面的相对位置的调节位置，用于在光轴的方向上调节至少一个照明位置和界面的相对位置的调节位置，用于控制这些调节位置的控制装置，使得这些调节位置同时在垂直于光轴的方向上和在光轴的方向上调节至少一个照明位置和界面的相对位置，至少一个用于在调节相对位置的过程中将至少一个照明位置成像到至少一个光电检测器上的装置，以及与至少一个光电检测器连接的分析装置，用于分析至少一个测量信号。

Description

用于处理液体的装置上的光学传感器系统

技术领域

本发明涉及一种在用于处理液体的装置上的光学传感器系统。

背景技术

本发明类型的光学传感器系统例如用于确定容器(例如反应容器或微板的容纳处)中液面的高度、容器(例如反应容器或微板)的位置和标识以及在用于处理液体的装置中的物品(例如工具、附件、在台架或其它所谓“实验室器皿”中的吸量管尖)的位置和标识。

用于处理液体的装置尤其可以是用于(例如化学的、物理的或生物的)剂量测定和/或运送和/或检查和/或处理液体的装置。在公知的用于处理液体的装置中，该流程是手动或部分自动或完全自动地进行的。从而例如为了剂量测定公知手动的吸量管、由PC支持的剂量测定系统以及全自动的剂量测定站。为了对液体进行剂量测定、运送、检查和处理，存在全自动的处理站(所谓的“工作站”)。

不管是手动的吸量管还是自动的吸量管，在吸取液体时都必须将吸量管尖以尽可能小的浸入深度浸入该液体中，因为剂量错误会随着浸入深度的增加而上升，如果浸入太深，可能损坏吸量管尖或容器。此外，吸量管尖必须在吸取液体时一直浸入，由此才不会有空气进入。在此要考虑到，容器中的液面在吸取液体时下降。对于手动的吸量管，使用者必须一直检查吸量管尖的浸入深度并且跟踪吸量管尖。对于自动的剂量测定装置，要为此采用监视和控制装置。

EP1288635A2公开了一种用于处理液体的装置，具有用于照亮空间中大致点状的照明位置的照明装置，以及大致点状的光接收装置，该光接收装置具有用于提供与接收的光的强度有关的测量信号的光电检测器。该装置具有成像系统，用于将照明位置成像到大致点状的光接收装置上。此外，该装置还具有分析装置，用于通过分析由光电检测器提供的测量信号来检测在两个具有不同折射率的介质之间的界面与照明位置的接近程度。如果两个具有不同折射率的介质之间的界面进入该照明位置，则由光接收装置接收的光线的强度剧烈改变，由此光电检测器提供的测量信号也剧烈改变。由此可以确定界面是否在照明位置中。

由于照明装置的光线和成像系统可以同轴地对准照明位置，因此可以从更远的距离处以及以很小的测量空间需求来无接触地检测边界层。这方便了对具有比较小开口和/或比较大深度的容器中液面的检测。

可以有目的地用具有一种波长的光来加工，这种波长不能穿透所述液体(例如水)，以便不受到附近容器干扰地检测液面。

为了确定界面的位置，可以改变照明位置和界面的相对位置，直到界面位于照明位置中为止。此外还可以扫描具有照明位置的对象的表面，以便基于测量信号的各个值或变化曲线推断整个对象的位置和/或其强度。为此，该装置可以具有用于在成像系统的光轴方向和/或垂直于光轴的方向上调节照明位置和界面的相对位置的调节装置。借助该调节装置，可以调节由照明装置、成像系统和光接收装置形成的光学系统和界面的相对位置。还可以使调节装置具有在成像系统中的变焦物镜。分析装置可以控制通过调节装置对照明位置和界面的相对位置的调节。然后可以依据测量信号进行所述调节，例如为了将照明位置调节到界面上和/或沿着界面移动。

为了将照明点定位到界面上或者找到界面，调节装置必须多次经过很长的移动路径。这花费了很多时间，而且降低了用于处理液体的装置的工作速度。

发明内容

因此本发明要解决的技术问题是提供一种在用于处理液体的装置上的光学传感器系统以及用于驱动这种光学传感器系统的方法，它们使得可以快速检测界面。

该技术问题通过具有权利要求1的特征的光学传感器系统解决。该传感器系统的优选实施方式在从属权利要求中给出。

本发明的在用于处理液体的装置上的光学传感器系统具有：

-至少一个用于将光沿着光轴的方向投影到空间中至少一个照明位置上的装置，

-用于在垂直于光轴的方向上调节至少一个照明位置和界面的相对位置的调节装置，

-用于在光轴的方向上调节至少一个照明位置和界面的相对位置的调节装置，

-用于控制这些调节位置的控制装置，使得这些调节位置同时在垂直于光轴的方向上和在光轴的方向上调节调节至少一个照明位置和界面的相对位置，

-至少一个用于在调节相对位置的过程中将至少一个照明位置成像到至少一个光电检测器上的装置，以及

-与至少一个光电检测器连接的分析装置，用于分析至少一个测量信号。

本发明尤其是基于以下认识：参照根据EP1288635A2的用于处理液体的装置的光学传感器系统，照明装置、光接收装置和界面被互相对准，使得来自界面上照明位置的光恰好被反射到点状光接收装置上。在照明装置和成像系统同轴地对准照明位置的情况下，照明装置和成像系统必须垂直地对准界面，使得来自点状照明位置的光被反射到点状光接收装置上。从界面与照明装置的轴倾斜特定的角度开始，所反射的光就不再落在光接收装置上。由此光学传感器系统不再检测到合适的界面。

在容器中，液体的表面形成得不同，尤其是在具有小尺寸的容器中，如反应容器和微量滴定板的凹处。这些界面的形状尤其是通过地心引力、容器的尺寸、液体的填充类型、液体的表面张力、容器壁的润湿特性以及其它多方面的影响来确定，这些影响使得无法对最佳反射位置进行预测，在该最佳反射位置上照明装置和成像系统垂直地对准界面。

最佳反射位置尤其是在相对较大的容器中的液体表面是平坦的情况下可以是大面积的，并且尤其是在小容器中的液体表面相对不平坦时是小面积的。正是在手动滴定液体试剂的情况下，液体表面可能是倾斜的，因为该液体最先在容器壁上给出。由此最佳反射位置可能离中心较远。

公知的光学传感器系统必要时必须多次水平和垂直地移动，直到找到最佳反射位置为止。相应地，检测到界面需要很长的移动路径，相应地需要花费很多时间。

本发明的光学传感器系统将光投影到至少一个照明位置，这些照明位置相对于界面的位置可以在垂直于光轴的方向上以及在该光学传感器系统的光轴的方向上改变。在此，照明位置或者界面或者照明位置和界面两者可以在垂直于光轴的方向上以及在光轴的方向上移动。只要下面为了简化而涉及照明位置垂直于光轴以及在光轴方向上的移动，这些实施方式也适用于其它所述移动可能。照明位置相对于界面的位置可以在垂直于光学传感器系统的光轴的方向上借助用于在垂直于光轴的方向上调节至少一个照明位置和界面的相对位置的调节装置来改变。照明位置相对于界面的位置可以在光学传感器系统的光轴方向上借助用于在光轴方向上调节至少一个照明位置和界面的相对位置的调节装置来改变。界面尤其可以是空气和容器中或载体上液体之间的平面，液体和容器或载体(例如容器底)之间的平面，或者空气和实验室物品(例如微量滴定板的表面或一个或多个反应容器或工具的表面)之间的平面。为了调节照明位置关于界面的相对位置，调节装置可以将用于投影光的装置完全或部分移动和/或将界面和光学传感器系统的支撑界面的部分进行移动。

照明位置在垂直于光轴方向上的移动可以非常快速地进行。照明位置垂直于光轴的移动的范围可以对应于实验室容器在填充区域中的横截面。与光轴方向上的移动叠加的照明位置在垂直于光轴方向上的移动，与常规的光学传感器系统相比，在短时间内扫描过更大的面积，从而能够更快地找到容器中液体的空间弯曲表面(所谓的“新月形”)上的最佳反射点。通过与照明位置在光轴方向上的移动同时地进行照明位置垂直于光轴的移动，该测量方法可以明显更快地进行，因为光学传感器系统更快地找到最佳反射点。因此，以照明位置在光轴方向上更少的移动来获得空间中表面的位置。由此在检测过程中节省了时间。

在垂直于光轴方向上和在光轴方向上同时调节至少一个照明位置和界面的相对位置导致引入了一种几乎同时的调节，在该调节中交替或时间重叠地在垂直于光轴方向上的移动和在光轴方向上的移动。在不同方向上交替或时间重叠地调节相对位置是快速地进行的。

与公知的具有光学传感器系统的用于处理液体的装置的另一个区别在于，不是交替地在光轴方向上的整个调节路径上调节照明位置而然后侧移地知道找到反射位置为止，而是在沿着光轴移动过程中快速侧移，从而更快地找到最佳反射位置。在根据本发明的光学传感器系统中，光线按照需要动态地相对于光轴移动，或者偏离光轴。在公知的光学传感器系统中，光静态地沿着用于投影的装置的光轴发射出去。

控制装置和分析装置可以是不同的装置。它们还可以由同一个装置形成，该同一个装置执行控制功能和分析功能。优选的，控制装置和分析装置是一个或多个电子装置。

通过分析至少一个测量信号，分析装置确定界面是否在至少一个照明位置中。如果界面位于至少一个照明位置中，则控制装置可以为了借助调节装置调节至少一个照明位置和界面的相对位置而中断或设置至少一个照明位置和界面的限定的相对位置。

光轴对应于用于投影的装置的投影轴的基本取向。光轴可以在扫描过程开始时采用投影轴，和/或在扫描过程的执行过程中一次或多次地采用投影轴。

在垂直于光轴的方向上改变照明位置和界面的相对位置可以通过不同方式进行。根据一种实施方式，用于在垂直于光轴的方向上调节至少一个照明位置和界面的相对位置的调节装置是用于将用于投影的装置的投影轴关于光轴转动的装置，和/或将用于投影的装置的投影轴关于光轴平行移动的装置。由此投影轴偏转和/或平行移动。

根据另一实施方式，用于转动投影轴的装置具有位于至少一个用于投影的装置的光路中的可围绕两个轴转动的反射镜和/或其它射线偏转装置。

根据另一实施方式，用于平行移动光的投影轴的装置具有位于至少一个用于投影的装置的光路中的可围绕两个轴转动的平面玻璃，和/或用于将至少一个用于投影的装置沿着垂直于光轴的两个不同的轴移动的装置。尤其是，用于平行移动的装置可以是将用于投影的装置垂直于光轴移动、但是不移动用于在光轴方向上调节至少一个照明位置和界面的相对位置的调节装置的装置。

根据另一实施方式，用于在垂直于光轴的方向上以及在光轴方向上调节的调节装置由同一个装置形成，例如由X、Y、Z运送装置形成，即由可以沿着3个空间轴移动光学传感器的调节装置形成。

根据一种实施方式，控制装置是用于在围绕光轴的有限范围内控制至少一个照明位置在垂直于光轴方向上的移动的控制装置。至少一个照明位置的移动可限于比较小的范围。该范围优选可以与容器在待扫描液面所升高到的区域内的横截面大小相匹配。例如，存在具有96384个或1536个容纳处的标准化的微板。这些容纳处具有标准的横截面。在垂直于光轴方向上的移动范围可以被选择为，使得该范围覆盖微板的一个、多个或全部标准化横截面，或相应可调节。这也适用于具有近似标准化大小的实验室容器(例如所谓的“Eppendorf”管)。根据实施方式，光学传感器系统将垂直于光轴的移动范围自动与容器的已识别的和/或通过扫描确定的横截面大小相匹配。此外，在围绕光轴的有限范围内在垂直于光轴方向上的移动可以通过用于在垂直于光轴的方向上调节至少一个照明位置和界面的相对位置的照明位置的构造来预先给定。

根据优选的实施方式，控制装置是用于控制至少一个照明位置垂直于光轴的移动的控制装置，使得光轴大致在该移动的中心。

至少一个照明位置在垂直于光轴方向上的移动可以沿着不同的轨道进行。根据另一个实施方式，该控制装置是用于沿着螺旋形和/或摆线形和/或圆形和/或锯齿形和/或其它预定轨道和/或随机和/或不规则轨道和/或连续和/或间断轨道控制至少一个照明位置在垂直于光轴方向上移动的控制装置。

根据另一实施方式，控制装置是用于控制至少一个照明位置从光轴一直移动至达到离光轴最大距离处和/或至少一个照明位置从离光轴最大距离处移动到光轴的控制装置。该移动过程也可以按照反向顺序进行。这尤其可以与沿着螺旋形轨道的移动组合。在螺旋形地移动到该最大距离处之后，可以跳跃式地进行返回到光轴的移动。此外，到最大距离处的移动以及返回到光轴的移动可以分别沿着螺旋形轨道完成。

根据另一实施方式，控制装置是用于控制至少一个照明位置重复地从光轴移动至达到离光轴最大距离处以及从最大距离处移动到光轴的控制装置。

根据一种实施方式，所述光轴垂直定向。

分析装置可以通过不同方式确定最佳反射位置。根据一种实施方式，分析装置是用于在至少一个照明位置垂直于光轴移动和/或在光轴方向上移动过程中确定最大测量信号的分析装置。

对于这样确定的最大测量信号，照明位置并不一定位于最佳反射位置上。为了改善该定位，根据一种实施方式，控制装置在通过分析装置确定了最大测量信号之后将至少一个照明位置在光轴方向上大致移动到一个位置或离该位置特定距离处，在该位置上获得了最大测量信号，并且重新控制至少一个照明位置垂直于光轴以及在光轴方向上的移动，其中该重新进行的移动在较短的路段上进行和/或以低于前面移动的速度进行。由此照明位置被定位得更靠近最佳反射位置。该过程可以多次重复。

根据一种实施方式，用于投影的装置是用于将光同时投影到多个照明位置的装置，和/或用于投影的装置是用于将光以不同角度同时投影到一个照明位置的装置，和/或光学传感器系统具有多个光电检测器。

根据该实施方式，光学传感器系统同时照亮多个照明位置，和/或同时以不同角度照亮同一个照明位置，和/或具有多个光电检测器，这些光电检测器可以同时接收光并且提供与接收的光有关的测量信号。多个照明位置或多个光电检测器在空间中具有不同位置。由此多个照明位置可以同时照亮待检测界面的更大范围。在以不同角度照亮一个照明位置时，光以不同角度被待检测的界面反射。多个光电检测器可以接收由界面以不同角度发射的光。在上述所有变形方案中，提高了在用于投影的装置以及用于成像的装置的特定配置中关于待检测界面找到最佳反射位置的概率，投影到照明位置上的光在该最佳反射位置上被界面反射，使得光落在至少一个光电检测器上。该至少一个光电检测器提供相应的测量信号，使得分析装置可以确定界面在照明位置中的配置。由此可以去掉光学传感器系统关于界面的移动。只要光学传感器系统关于界面的移动是必需的，因为不是马上就确定最佳反射位置，则光学传感器系统就可以关于界面移动直到分析装置通过分析测量信号确定界面的最佳反射位置位于照明位置中为止。找到最佳反射位置的概率另外还通过同时在垂直于光轴方向和在光轴方向上移动至少一个照明位置和界面的相对位置来得到提高。找到最佳反射位置所需要的移动路程可以减少。由此可以快速检测到界面，并且可以提高用于处理液体的装置的工作速度。

上述有利的效果尤其是在用于投影的装置将光同时投影到多个照明位置和/或将光同时以不同角度投影到同一个照明位置并且仅有一个光电检测器存在的情况下实现。此外该有利效果还在用于投影的装置仅以一个角度照亮仅一个照明位置并且具有多个光电检测器的情况下实现。以特别有利的方式，该有利效果在用于投影的装置同时照亮多个照明位置和/或同时以不同角度照亮同一个照明位置并且具有多个光电检测器的情况下实现。

光学传感器系统可以检测不同类型的界面，尤其是液体或物体，尤其是扩散或定向反射的界面。由此其可以尤其用于确定界面的位置和/或标识以及/或者为了确定具有界面的液体或物体的位置和/或标识。用于投影的装置原则上投影外来光源的光。根据一种实施方式，用于投影的装置具有至少一个自己的光源。根据另一实施方式，该光源是激光器、LED或白炽灯中的至少一个。激光器例如是半导体激光器，尤其是激光二极管。

如果用于投影的装置具有多个光源，则不同光源的光可以绝对同时地投影到不同照明位置上，和/或以不同角度绝对同时地投影到同一个照明位置上。但是本发明还涉及这样的实施方式：不同光源的光在时间上错开地投影到多个照明位置上合/或以不同的角度时间上错开地投影到同一个照明位置上，从而在特定时刻只有一个光源接通。该实施方式同时实现了对界面的快速检测，尤其是在各个光源以非常快的顺序接通的情况下，因为由此可以比通过借助调节装置移动公知的入射传感器系统迅速得多地扫描界面。先后连续地接通各个光源可以有助于将测量信号对应于不同光源。多个先后接通的光源由此几乎同时地照亮不同的照明位置或以不同角度几乎同时照亮一个照明位置，并因此在本发明中是同时接通的。

根据一种实施方式，光源输出具有波长的光，该光被待检测界面以特别强烈的幅度反射。因此，为了检测液体表面，采用具有不同于为了检测物体表面而采用的波长的光。如果用具有几乎完全不能穿透该液体的波长的光工作，则可以不受到附近容器壁的干扰地检测液面。如果特定波长的光能够穿透该液体，则可以利用这种光穿过液体而确定容器底的位置。适用于检测液体的波长可以取决于液体的组成(例如水溶液或有机溶液)。适用于检测物体表面的波长可以取决于该物体由具有什么特性(透明、反射、光滑、粗糙等)的哪些材料(例如金属或塑料)构成。考察在其它范围的波长，该其它范围包括可见光和不可见光(IR射线和UV射线)。尤其是针对可见光范围提供激光二极管。

根据一种实施方式，用于投影的装置具有多个具有不同波长的光源，这些光源可以依据待检测界面来接通。根据另一实施方式，用于投影的装置具有一个拥有可调波长的光源(例如可连续调谐的激光二极管)。

这些实施方式使得可以用不同波长的光检测界面。不利的测量值可以在测量的检查之后用具有另一种波长的光识别出并丢弃。尤其是在容器中仅包含非常少的液体量的情况下，重要的是将液体表面和容器底区分开来。这可能在用只有一种波长的光来测量时是非常困难的。使用具有不同波长的光使得这种对应变得容易，尤其是在分别根据测量情况和材料优化了这些波长的情况下。

根据一种实施方式，用于投影的装置是用于将光投影到点状、线状或面状照明位置的装置。点状照明位置尤其对检测较小的界面是有利的，例如狭窄容器或微板的容纳处中的液面。此外，在将光聚焦到至少一个点状照明位置的情况下获得特别强的测量信号，如果点状照明位置出现在最佳反射位置上的话。为了产生点状照明位置，根据一种实施方式该至少一个光源是点状的。根据另一实施方式，用于投影的装置在至少一个光源的光路中具有至少一个光阑和/或至少一个光导体，从而在该光阑或光导体的光射出面上存在类似的点状光源。

照明位置可以在空间中具有不同的布置。根据实施方式，它们具有三维布置或者布置在平面中。根据另一实施方式，该平面是平坦的面。根据另一实施方式，照明位置布置在凸平面或凹平面或者设置在相互倾斜的平面中。这些实施方式近似于界面的特征性形状(例如在狭窄容器中的液体表面)，因此可以使得最佳反射位置的寻找变得容易。

在三维布置的情况下，照明位置尤其是可以设置在空间光栅的交点上。在平面的布置中，它们尤其是可以设置在平面光栅网的交点上(或光栅类型的)或者设置为其它模式。

多个不同的照明位置尤其可以是相互分离的或离散的照明位置。它们还可以相互接触或者相互部分地重叠。

根据一种实施方式，照亮至少一个照明位置的光射线具有8°或低于该角度的开度角，从而该光射线不必在边缘区域中遮光就可以进入具有较小开口直径和/或较大深度的容器。这尤其可以是具有在mL范围以及小于该范围的填充体积的容器，这些容器更多用于在剂量测定站以及全自动处理站中容纳液体。

根据一种实施方式，至少一个照明位置离成像系统的距离是100mm或更大，由此可以无接触地测量在很多现有类型的常用容器中的液面。

所述至少一个照明位置可以通过不同方式产生。例如，该照明位置可以被线性光射线照射，该光射线例如可借助激光器产生。通过至少一个用于成像的装置可以在该线性光射线上限定至少一个点状照明位置，该照明位置将被成像到至少一个光电检测器上。

根据一种实施方式，用于投影的装置具有唯一的一个光源和至少一个用于将该光源成像到至少一个照明位置上的装置。用于投影的装置尤其可以照亮唯一的一个照明位置。为了同时将光投影到多个不同的照明位置和/或为了同时将光以不同角度投影到同一个照明位置，根据一种实施方式，用于投影的装置具有用于将该光源划分为多个虚拟光源的装置以及至少一个用于将多个虚拟光源成像到至少一个照明位置上。

根据一种实施方式，用于划分光源的装置包括扇形展开的光导体和/或多孔光阑。扇形展开的光导体朝向所述光源的未扇形展开的端部以及用于成像的装置的扇形展开的端部。所述虚拟光源位于扇形展开的光导体的扇形展开的端部。所述多孔光阑设置在所述光源和用于成像的装置之间的光路中。所述多个虚拟光源通过多孔光阑的光阑开口来限定。

根据另一实施方式，用于投影的装置包括多个光源和至少一个用于将该多个光源成像到至少一个照明位置上的装置。在该实施方式中，多个光源的光用于将光同时投影到多个照明位置和/或用于将光以不同角度同时投影到同一个照明位置。

根据另一实施方式，用于投影的装置具有用于将多个虚拟光源或多个光源成像到至少一个照明位置上的一个共用的装置。

根据一种实施方式，所述至少一个光电检测器是点状、线状或面状的。该至少一个光电检测器例如可以是光电二极管、光电二极管行、光电二极管矩阵或面光电检测器。优选的，光电检测器的形状对应于被成像到该光电检测器上的照明位置的形状。因此优选的，点状照明位置将被成像到点状光电检测器上，线状照明位置将被成像到线状光电检测器上，面状照明位置将被成像到面状光电检测器上。

光电检测器可以在空间中具有不同布置，例如三维布置或平面布置。该平面尤其可以是平坦的面。光电检测器尤其可以设置在空间光栅或面状光栅网的交点上(或光栅状)或布置为其它模式。优选的，光电检测器的布置对应于照明位置的布置，其中每个照明位置将被成像到对应于该照明位置的光电检测器上。从而例如照明位置和光电检测器分别设置在空间光栅或面状光栅网的交点上，其中照明位置彼此之间的距离等于光电检测器彼此之间的距离。

照明位置彼此之间的距离和/或光电检测器彼此之间的距离例如在0.1毫米至几个毫米的范围内。

多个光电检测器尤其可以是相互分离或离散的光电检测器，或者相互接触。多个光电检测器可以是不同的组件或者是唯一的一个组件部件上的不同部分。

点状光电检测器可以是具有特别小的光敏面的光电检测器。根据一种实施方式，在至少一个用于成像的装置和至少一个光电检测器之间的光路中设置至少一个光阑和/或至少一个光导体。该光阑或光导体将光通路限制在光电检测器的光敏面的点状区域上，从而获得类似点状的光电检测器。

根据一种实施方式，存在唯一的一个光电检测器和至少一个用于将至少一个照明位置成像到该光电检测器上的装置。优选的，该至少一个用于成像的装置将多个照明位置成像到该唯一的光电检测器上，以使最佳反射位置的发现变得容易。但是也引入以下实施方式，其中用于成像的装置仅将一个照明位置成像到该光电检测器上，光以不同角度投影到该照明位置上，以便以一个入射角将光投影到该照明位置，对于该入射角的反射位置是最佳的。

根据一种实施方式，在至少一个用于成像的装置和光电检测器之间设置用于组合光的装置。该用于组合光的装置具有多个入口，光可以通过这些入口进入。在用于组合的装置中组合进入的光并通过一个共用的出口输入光电检测器。根据另一实施方式，用于组合光的装置具有组合的光导体。

根据一种实施方式，存在多个光电检测器以及至少一个用于将至少一个照明位置成像到该多个光电检测器的装置。通过该多个光电检测器，提高了接收来自唯一的一个照明位置的反射光的概率。如果存在多个照明位置，则通过该多个光电检测器提高了接收来自至少一个照明位置的反射光的概率。

根据一种实施方式，用于投影的装置和至少一个用于成像的装置同轴地设置。由此有利于检测狭窄容器中的界面以及扫描具有强烈结构化表面的物体。

根据一种实施方式，至少一个光源的光通过分束器被输入用于将该至少一个光源成像到至少一个照明位置上的装置，并且该同一个用于成像的装置将该至少一个照明位置通过分束器成像到该至少一个光电检测器上。由此实现了入射光测量。由于只存在一个用于成像的装置，因此花费是比较小的。

根据一种实施方式，所述至少一个用于对至少一个光源成像的装置和/或至少一个用于对至少一个照明位置成像的装置具有一个透镜和/或多个并排设置的透镜和/或一个透镜阵列和/或菲涅耳分步透镜。多个垂直于用于成像的装置的轴而并排设置的透镜、和菲涅耳分步透镜尤其是用于将多个光源或虚拟光源成像到至少一个照明位置上和/或用于将至少一个照明位置成像到多个光电检测器上。

根据一种实施方式，所述分析装置具有用于将至少一个光电检测器所提供的测量信号进行滤波的装置。由此可以抑制测量信号中的噪声分量，并且滤除外来影响和其它干扰。为此例如对在垂直于光轴方向上以及在光轴方向上移动至少一个照明位置的过程中由光电检测器提供的测量信号求导，并且确定在一个位置的界面，在该位置处该导数的值为0。也提供其它用于从测量信号中滤除噪声信号的分析方法(例如对数的、高阶积分的)。通过对测量信号进行滤波，提高了光学传感器系统的灵敏度，并且提高了借助该光学传感器系统检测界面的速度。

根据另一实施方式，借助调节装置可以调节由至少一个用于投影的装置、至少一个用于成像的装置和至少一个光电检测器形成的光学系统和界面的相对位置。为此光学传感器系统和/或例如设置在对象载体上的界面例如借助可在水平和垂直(在X、Y、Z轴方向上)方向移动的运送装置来移动。

为了在光轴方向上调节该至少一个用于成像的装置，根据另一实施方式的调节装置在该至少一个用于成像的装置中具有变焦物镜和/或自动聚焦系统。为了垂直于光轴的调节，调节装置可以在该至少一个用于成像的装置中具有至少一个扫描镜。

根据一种实施方式，所述调节装置由电机驱动，例如为了集成到用于处理液体的自动装置中。

所述控制装置控制通过调节装置对至少一个照明位置和界面的相对位置的调节。该控制装置与分析装置一起可以根据测量信号来进行该调节，以便将至少一个照明位置设置到界面上和/或沿着界面移动。

根据一种实施方式，所述分析装置确定界面或具有该界面的液体或物体的位置和/或标识。液体和物体的标识例如可以通过用具有特定波长的光来扫描它们的界面以及将测量信号与参考数据进行比较来确定。物体的标识可以通过将通过扫描获得的界面的轮廓与参考数据进行比较来确定。该参考数据可以存储起来，例如在通过事先扫描了参考液体或参考物体而确定了之后。这些确定的结果可以用于自动控制用于处理液体的装置的流程。

根据另一实施方式，所述分析装置检测容器和/或实验室物体(所谓的“实验室器皿”，如反应容器，微量滴定板，吸量管尖)和/或工具中界面的位置。

根据一种实施方式，光学传感器系统设置在用于处理液体的自动装置上。

根据一种实施方式，所述分析装置是用于检测物体的可光学扫描的标记的分析装置。可光学扫描的标记例如是设置在物体上的条形码或设置在物体上的由孔或光栅的线构成的编码布置。

此外，该技术问题通过具有权利要求49的特征的方法解决。在本发明用于扫描实验室容器中的液体和实验室物体的界面的方法中，

-将光沿着光轴方向投影到空间中的至少一个照明位置上，

-在垂直于光轴的方向上以及同时在光轴方向上改变至少一个照明位置和界面的相对位置，

-将该至少一个照明位置成像到至少一个光电检测器上，以及

-分析该光电检测器的测量信号。

通过同时在垂直于光轴方向上以及在光轴方向上改变至少一个照明位置和界面的相对位置，比常规方法在一个时间段内扫描了更大的面积。这在照明位置垂直于光轴快速偏转的情况下更是如此。该偏转可以限于光轴的邻近区域，该邻近区域大致对应于内中装有应当被扫描的液面的容器的横截面大小。引入到同时在垂直于光轴方向上以及在光轴方向上的移动中的是绝对同时的移动和近似同时的移动，其中快速地交替或时间上相互重叠地进行在垂直于光轴方向上的移动以及在光轴方向上的移动。在改变至少一个照明位置和界面的相对位置期间，该至少一个照明位置被成像到至少一个光电检测器上。通过分析至少一个光电检测器的测量信号，可以确定界面是否位于至少一个照明位置中。在将界面定位于至少一个照明位置的情况下，可以中断至少一个照明位置和界面的相对位置的改变。

本发明包括以下方法：其中照明位置或界面或照明位置和界面两者可以在垂直于光轴的方向上以及在光轴的方向上移动。只要下面为了简化而涉及照明位置垂直于光轴以及在光轴方向上的移动，这些实施方式也适用于其它移动可能。

照明位置是空间中光被投影到的位置。

根据一种实施方式，将光投影到至少一个照明位置的轴相对于光轴转动，和/或相对于光轴平行移动。

根据另一实施方式，至少一个照明位置螺旋形和/或摆线形和/或锯齿形和/或随机和/或不规则和/或连续和/或间断地垂直于光轴方向移动。

根据另一实施方式，至少一个照明位置在围绕光轴的预定的界限内移动。

根据另一实施方式，光轴垂直取向。

根据另一实施方式，所述至少一个照明位置越来越远地从光轴移动直至到达一离光轴最大距离处和/或该至少一个照明位置从离一光轴最大距离处越来越近地向光轴移动。这还可以多次地和/或反向地进行。

根据另一实施方式，所述至少一个照明位置重复地从从光轴移动至达到离光轴最大距离处以及从最大距离处移动到光轴。这也可以多次地和/或反向地进行。

根据另一实施方式，在至少一个照明位置垂直于光轴的方向上和/或在光轴方向上移动的过程中确定最大测量信号。

根据另一实施方式，在确定了最大测量信号之后将至少一个照明位置沿着光轴方向大致移动到一个位置或离该位置特定距离处，在该位置上获得了最大测量信号，并且重新确定至少一个照明位置在垂直于光轴方向上以及在光轴方向上移动期间至少一个光电检测器的最大测量信号，其中该至少一个照明位置移动了比以前短的路段和/或以低于前面移动的速度移动。

根据另一种实施方式，所述至少一个照明位置的位置在测量信号最大的情况下被确定为界面的位置和/或界面上最佳反射点的位置。

根据另一实施方式，光被同时投影到多个照明位置和/或光以不同角度投影到同一个照明位置上，和/或至少一个照明位置被成像到多个光电检测器上。

所述实施方式确定界面在垂直方向(或称Z轴方向)上的空间位置，即向着或逆着重力的方向。可以取消在水平方向(或称X和Y轴方向)上的位置确定以及最佳反射位置与界面上特定位置的对应。由此加快了对液面的检测。

根据一种实施方式，如果在照明位置和界面之间的垂直距离改变过程中没有获得至少一个光电检测器的最大测量信号并且之后在改变至少一个照明位置和界面的垂直距离的情况下重新找寻测量信号的最大值，则相对于垂直方向横向地改变该至少一个照明位置的位置。这个增加的步骤只需要在第一次改变垂直距离时没有获得测量信号的最大值的情况下执行。

根据一种实施方式，

-光在朝着界面的方向上投影到至少一个照明位置上，

-借助多个光电检测器确定所反射的光量的分布，以及

-基于所确定的光量分布确定界面上最佳反射位置的可能位置和/或界面的可能位置和/或可能标识。

在该实施方式中，由所反射的光的分布来推断界面和/或界面上最佳反射位置的可能位置以及/或者推断界面和/或具有该界面的液体或具有该界面的物体的可能标识。由多个光电检测器提供的测量信号被相应地分析。关于该可能位置或可能标识的信息对于某些应用来说是足够的，例如在只需要确定容器是否包含液体、物体是否已到达处理的结束或者是否存在特定类型的物体(例如具有384个容纳处的微板)的情况下。根据一种实施方式，精确确定界面的位置或精确确定界面的标识可以在后面的步骤中加速进行，因为在分析了几个测量信号之后就已经可以有针对性地测量了。为此根据一种实施方式，所述至少一个照明位置被调节到界面或最佳反射位置的该可能位置处，并且重复该测量。

根据一种实施方式，

-光被投影到多个照明位置，

-该照明位置移动到界面上，

-每个照明位置都被成像到与该照明位置对应的光电检测器上，以及

-由多个光电检测器提供的测量信号相互比较并且在有偏差的情况下确定存在测量误差。

在该实施方式中，物体的表面被多次扫描，并将测量信号用于确定测量误差。测量误差的确定可以是重新扫描物体界面的出发点。但是也可以进行校正，其方法是将在唯一的一次工作过程中获得的其它扫描的测量信号用于校正有错误的测量。对于该方法可采用光学传感器系统的全部通道或仅一部分通道。尤其是可以用于扫描物体上的条形码、条纹码、孔或光栅线的编码布置。该方法还适用于扫描界面以识别物体。

原则上，光学传感器系统还可以用于识别或确定物体的位置。在此，优选投影轴不是关于光轴移动。在这种应用中，重要的是在照明位置出现在物体边缘上时光电检测器的信号明显改变，从而所述分析装置可以通过对应运动数据而确定该物体边缘的精确位置。在多通道光学传感器系统的情况下，优选仅使用一个通道，即借助唯一的一束光射线产生唯一的一个照明位置，该照明位置将被成像到唯一的一个光电检测器上。多通道光学传感器系统可以通过合适的措施切换为单通道的光学传感器系统，例如通过仅读取一个光电检测器和/或通过用投影装置的合适的光阑来覆盖照明位置和/或通过关闭光源。系统由此能够通过调节装置的水平移动(在X和Y方向上)来检测物体在空间中的位置。

根据一种实施方式，所确定的物体的位置和/或标识被存储起来和/或用于控制和/或检查用于处理液体的方法。所确定的值可以存放在数据存储器中并且用于确定液体体积或用于确定物体的位置。此外，根据上述方法确定的数据通过总线系统提供给控制装置，该控制装置又控制用于处理液体的装置。

根据一种实施方式，在用于处理液体的方法开始时确定界面和/或物体的位置和/或标识，和/或在用于处理液体的方法进行过程中重新确定，和/或基于所确定的位置和/或标识通过用于处理液体的该方法计算状态的变化。借助吸量管装置可以根据用于处理液体的该方法的要求从特定的容器中吸取以及给出液体体积量。每个容器中的体积变化可以通过控制装置计算并且绘制出，并存储起来用于处理液体的该方法的其它步骤。由此，对液体的界面的位置的重新确定原则上就不再需要了。此外，可以通过抓取或其它运送装置根据用于处理液体的该方法移动物体。在此原则上也不需要确定物体的新位置或该物体是否在特定位置存在，因为可以计算出新的位置。因此原则上借助所述光学传感器系统在用于处理液体的该方法开始时确定状态(界面或具有该界面的液体或物体的位置和/或标识)，如果该状态没有被使用者预先给定的话。

根据另一实施方式，通过重新确定该位置和/或标识来检查所计算的值。在用于处理液体的该方法的每个中间状态，都可以检查前面执行的指令和动作，并存储该中间状态中的值。

根据另一实施方式，所确定和/或所计算的位置和/或标识被存档和/或输出。在方法结束之后，借助所述光学传感器系统检查所有已执行的指令或动作以保证质量或进行验证。结果可以存储起来和/或输出以用于存档和/或证明。

附图说明

下面参照实施例的附图详细解释本发明。在附图中：

图1以纵截面示出容器中液体的凹形弯曲的界面的最佳反射位置上的光射线；

图2以纵截面示出容器中液体的凸形弯曲的界面的最佳反射位置上的光射线；

图3以俯视图示出容器中液体的界面的理想反射位置的位置；

图4以俯视图示出容器中液体的界面的实际反射位置的位置；

图5a、5b、5c以纵截面示出容器中液体的凹形弯曲的界面上偏转的光射线(图5a)、旋转的光射线(图5b)和多个平行的光射线(图5c)；

图6a、6b、6c以纵截面示出容器中液体的凸形弯曲的界面上偏转的光射线(图6a)、旋转的光射线(图6b)和多个平行的光射线(图6c)；

图7a和7d以俯视图示出借助多个矩阵形式设置的光射线(图7d)的螺旋形移动的光射线(图7a)扫描容器中液体的实际界面；

图7b和7c示出在光轴方向上分级地以不同水平(图7b)和连续地(图7c)移动螺旋形调节的照明位置；

图8以示意的侧视图示出具有多个光源和多个光电检测器的光学传感器系统；

图9以示意的侧视图示出具有多个虚拟光源和多个光电检测器的光学传感器系统；

图10以示意的侧视图示出具有多个虚拟光源和一个前置了光组合装置的光电检测器的光学传感器系统；

图11以示意的侧视图示出具有多个光源和一个前置了光组合装置的光电检测器的光学传感器系统；

图12以示意的侧视图示出具有一个具有发散光射线的光源和多个具有会聚定向的多个光电检测器的光学传感器系统；

图13以示意的侧视图示出具有对准倾斜的的界面的发散光射线和多个平行的光电检测器的光学传感器系统；

图14以示意的侧视图示出具有多个具有以不同角度对准同一个照明点的光射线的光源和多个对准该照明点的光电检测器的光学传感器系统；

图15示出根据图10的光学传感器系统的框图；

图16以俯视图示出在用于处理液体的装置中微量滴定板的示例性布置，该装置具有尤其适用于识别实验室器皿的位置和标识的光学传感器系统；

图17以俯视图示出在用于处理液体的装置中实验室器皿的示例性布置，该装置具有尤其适用于识别实验室器皿的位置和标识的光学传感器系统；

图18以示意的侧视图示出在扫描条形码时的光学传感器系统；

图19以侧视图示出具有可调节的、用于螺旋形扫描界面的投影和成像装置的光学传感器系统；

图20示出在扫描条形码时的根据图19的光学传感器系统；

图21示出在扫描设置在对象侧面的条形码时的根据图19的光学传感器系统。

在接下来的描述中，不同实施例的相同部件用相同的附图标记表示。

具体实施方式

图1至图7示出在反应容器中形成液面的示例，该反应容器具有在0.1毫升至几个毫升的范围内的容积。这种反应容器例如由本申请人以名称“Eppendorf试管”或“Eppendorf管”在市场上售卖。

容器1在下面的区域2中是圆锥形的，并且具有内部凹形弯曲的容器底3。容器1用其轴4竖直定向。

根据图1，设置在容器1中的液体5具有凹形弯曲的“新月形”或界面6。

与容器轴4平行地对准界面6的光射线7垂直地落在界面6上的最佳反射位置8上。从该最佳反射位置8，光射线被平行于容器轴4地反射。根据EP1288635A2的图1的用于检测界面的装置可以在光射线对准该最佳反射位置8的情况下确定界面6的位置。

图2示出容器1的凸形弯曲的截面6上的最佳反射位置8。

根据图3，最佳反射位置8在理想情况下设置在容器1的中轴4上。如果容器1的位置是已知的，则可以借助根据EP1288635A2的用于检测界面的装置轻松确定液面。根据图4，最佳反射位置8实际上设置在偏心处。根据EP1288635A2的光学传感器系统必须垂直和水平地移动个，以找到该最佳反射位置8。

根据本发明，按照图5a和6a光射线7偏离容器轴4，该容器轴同时也是用于投影的装置的光轴。在图5a和6a中示出光射线7落在容器中界面6上的最佳反射位置8。在这种情况下，可借助未示出的光电检测器检测到所反射的光，该光电检测器对准该反射位置8。

图5b和6b示出在扫描界面6时旋转的光射线7。对准最佳反射位置8的光射线7图形表示地示出。

根据本发明的一种实施方式，根据图5c和6c多个平行的光射线7对准容器1中的界面6。平行的光射线7中的每个光射线都落在最佳反射位置8上。由此所反射的光可借助未示出的光电检测器检测到，该光电检测器对准所反射的光。根据图5a、5b、5c和6a、6b、6c的方法是组合执行的。

图7a示出通过光射线7或照明位置12螺旋形地移动到界面6上方来找到最佳反射位置8。如果照明位置最接近最佳反射位置8，则光电检测器提供最强的信号。

该照明位置例如具有大约0.3mm的直径，并且该照明位置12的轨道例如相互间隔0.2mm，以扫描过几乎界面的每个点。这也适用于非螺旋形移动的照明位置。

根据图7b，光射线7逐步地在不同平坦面上沿着光轴4移动。在最上面的平坦面(参照该图示)中，光射线7从光轴4螺旋形地移动到离光轴4最大距离处。此后该光射线7平行于光轴4地移动到下一个较低的平坦面。在该平坦面中光射线7从离光轴4最大距离处螺旋形地移动到光轴4。然后照明位置12在光轴4上一直移动到再下一个较低的平坦面。在该平坦面中，光射线7又螺旋形地从外面移动到离光轴4最大距离处，依此类推。

根据图7c，被光射线7照亮的照明位置12围绕光轴4以及在光轴4方向上向下进行叠加的螺旋形的移动。该螺旋形移动从光轴4开始直到离光轴4最大距离处，并且从该最大距离处返回光轴4。

根据图7b和7c的扫描过程可以被中断，只要确定照明位置12最大地靠近最佳反射位置8。

图7d示出借助光射线7的矩阵形布置在根据图4的实际界面6上找到最佳反射位置8。该最佳反射位置8原则上可以在唯一的一次扫描过程中找到。必要时，用于投影光射线7的装置必须竖直(垂直于图示平面)移动，以便将光射线7聚焦到界面6上的最佳反射位置8处。图7d的方法将与图7a的方法组合。

多个用于扫描界面6的光射线7可以通过不同方式来产生。下面解释这样的几个例子：

根据图8，来自平行光源9.1、9.2、9.3的平行光射线7.1、7.2、7.3对准分束器10。光射线7.1、7.2、7.3从分束器10反射到透镜阵列11上。透镜阵列11具有多个并排设置的透镜，其中每个光射线7.1、7.2、7.3被分配给一个透镜。通过透镜阵列11，光射线7.1、7.2、7.3被聚焦到光栅形布置的照明位置12.1、12.2、12.3上。

在该示例中，全部光射线7.1、7.2、7.3都垂直地落在能反射的截面6上，从而光被反射到入射的光射线7.1、7.2、7.3的方向上。所反射的光通过透镜阵列11和分束器10而成像到平行的照明位置13.1、13.2、13.3上。

透镜阵列11将光射线7.1、7.2、7.3聚焦到照明位置12.1、12.2、12.3上并且被所述照明位置反射的光聚焦到光电检测器13.1、13.2、13.3上。如果照明位置12.1、12.2、12.3位于界面6上，则由光电检测器13.1、13.2、13.3接收的光量是最大的。光电检测器13.1、13.2、13.3的测量信号由此表明照明位置12.1、12.2、12.3位于界面6上。由此已知界面6与光学传感器系统之间的距离。

在图8中，界面6是平坦的。在界面6不平坦的情况下，只有垂直地落在该界面的一个区域上的光射线7.1或7.2或7.3才落在最佳反射位置8上。所反射的光由光电检测器13.1或13.2或13.3接收，所涉及的照明位置12.1或12.2或12.3将成像在该光电检测器上。该光电检测器13.1或13.2或13.3的测量信号导致找到最佳反射位置8，从而界面6与光学传感器系统之间的距离可以在不平坦的界面6上确定。

图9的光学传感器系统仅具有一个光源9。该光源的光通过扇形展开的光导体14.1、14.2、14.3分配到多个虚拟光源9.1、9.2、9.3上。由这些虚拟光源发出的光射线7.1、7.2、7.3在此以已经描述过的方式通过由分束器10和透镜阵列11构成的布置聚焦到照明位置12.1、12.2、12.3上。从最佳照明位置反射的光射线将被成像到平行的光电检测器13.1、13.2、13.3上。

图10的光学传感器系统与上面描述的区别在于，该光学传感器系统只具有一个光电检测器12。在该光电检测器12前面设置了组合或相互融合的光导体15.1、15.2、15.3。光导体15.1、15.2、15.3的扇形展开的端部分别被分配了光射线7.1、7.2、7.3。由照明位置12.1、12.2、12.3反射到入射的光射线7.1、7.2、7.3方向上的光将被成像到光导体15.1、15.2、15.3的入口。在此进入的光被成束地引入光电检测器13。界面6在至少一个照明位置12.1、12.2、12.3中的最佳反射位置8的布置通过光电检测器13的增大的测量信号表现出来。

根据图11的光学传感器系统将图8的光学传感器系统的多个光源9.1、9.2、9.3与图10的组合的光导体15.1、15.2、15.3以及后置的光电检测器13结合起来。图10的虚拟光源因此被实际光源9.1、9.2、9.3所代替。如果至少一个照明位置12.1、12.2、12.3落在界面6的最佳反射位置8上，这将通过光电检测器13所提供的测量信号的升高来表现。

在图12的布置中，光源9提供发散的光射线7.1、7.2、7.3，该光射线被分束器10反射并且通过透镜阵列11聚焦到照明位置12.1、12.2、12.3上。所有照明位置12.1、12.2、12.3都落在平坦的界面6上。被界面反射的光射线7.1、7.2、7.3通过透镜阵列11和分束器10成像到光电检测器13.1、13.2、13.3上。如果界面6只有一个区域是平坦的，则只有落在那里的光射线7.1或7.2或7.3才被反射到对应的光电检测器13.1或13.2或13.3。因此，在测量信号升高时，至少一个光电检测器13.1、13.2、13.3可以识别出界面6位于一个照明位置12.1、12.2、12.3中。

图13的布置与上面描述的不同之处在于，全部光电检测器13.1、13.2、13.3都位于将被界面6平行反射的光射线7.1、7.2、7.3上。由于光源9产生发散的光射线7.1、7.2、7.3，因此这些光线仅被具有一个平坦的中心区域6.1和两个相互背离地倾斜的边缘区域6.2、6.3的界面6反射到对应的光电检测器13.1、13.2、13.3上。界面6的形状大致对应于凹形新月形的形状，该新月形更多地由容器中液体的表面形成。因此，该布置特别适用于检测容器中的液面。借助光电检测器13.1、13.2、13.3的测量信号之和的升高，可以特别好地识别照明位置12.1、12.2、12.3在界面6.1、6.2、6.3上的布置。

图14的光学传感器系统具有光源9.1、9.2、9.3，它们的光射线7.1、7.2、7.3发生会聚，使得这些光射线在通过分束器10的反射和通过透镜阵列11汇聚成一束之后重合在一个共同的照明位置12上。光电检测器13.1、13.2、13.3设置在光射线7.1、7.2、7.3上，这些光射线被垂直于透镜阵列11的轴的平坦的界面6反射。最佳反射位置在照明位置中的布置通过全部光电检测器13.1、13.2、13.3的测量信号的升高来表示。如果入射的光射线只有一个7.1或7.2或7.3被反射光电检测器13.1或13.2或13.3上，这通过所涉及的光电检测器的测量信号的升高来表示。因此该光学传感器系统也使得找到最佳反射位置变得容易。

如果上述光学传感器系统的照明位置12.1、12.2、12.3没有落在界面6的最佳反射位置8上，则可以通过将该光学传感器系统关于界面6移动来实现照明位置落在最佳反射位置8上并由此可以确定界面6的位置。

根据图15，光学传感器系统具有用于多个具有不同波长的光源9的电压供应装置16。光源9由光控制装置17控制。借助光控制装置17有针对性地接通不同光源9中的一个，其中可以为检测特定的界面选择最佳的波长。

光电检测器13的测量信号通过具有放大调节装置19的放大器18输入噪声滤波器20。经过滤波的测量信号在数字化之后借助未示出的A/D转换器输入计算单元21形式的分析和控制装置，该计算单元21对该测量信号进行分析。依据测量信号，计算单元21控制用于在水平方向(X-Y方向)和垂直(Z)方向相对于界面调节光学传感器系统的调节装置。

根据图16，本发明的光学传感器系统在用于处理液体的装置25的工作区域24内确定微板23的位置。微板23相对于所设想的位置的转动、平行移动或其他形式的误设置将借助所述光学传感器系统来识别。该转动、平行移动或其他形式的误设置可以在处理微板23的容纳处的液体时和/或在运送微板23时得到考虑或校正。

根据图17，借助光学传感器系统确定台架27中微板23和样品容器26的位置以及在为微板设想的位置28上是否存在微板。所确定的在用于处理液体的装置25的工作区域24中实验室器皿的状态将在其他处理步骤中考虑。

图18示出一种光学传感器系统，其中为了扫描条形码仅接通一个光源9和仅一个光电检测器13，从而该测量布置对应于根据EP1288635A2的实施例。在该公开文献中涉及到的实施方式将通过引用加入本申请中。借助该测量布置扫描物体30上的条形码29，以识别该物体。为了检查该扫描，可以通过启动未示出的第二光源9和未示出的第二光电检测器来进行同时测量。为此该光学传感器系统要在水平方向上关于条形码29移动。

根据图19的光学传感器系统原则上对应于图18的光学传感器系统。投影和成像装置11具有调节装置31，该调节装置使得可以将光射线投影到照明位置的投影轴以及该照明点在检测器10上的成像垂直于该系统的光轴移动。此外，具有附加的调节装置32用于在光轴4方向上调节光学传感器系统，以便在垂直于界面的方向上也进行扫描。分析和控制装置分析检测器10的信号，并控制调节装置11，时得点状照明位置12运行出螺旋形轨道，以扫描界面。该光学传感器系统集成在用于处理液体的自动装置33中。

根据图20，图19的光学传感器系统被用于扫描在对象的水平面中的条形码。为此可以借助调节装置31在垂直于光轴4的方向上移动该照明位置。

最后，图21示出一种应用，其中扫描在对象(例如微板)的竖直平面上的条形码29。为此具有反射镜33，通过该反射镜将光射线反射到条形码29上。该光射线沿着条形码29的移动通过借助调节装置31调节投影和成像装置11来控制。

Claims (67)

1.一种在用于处理液体的装置上的光学传感器系统，具有：

-至少一个用于将光沿着光轴(4)的方向投影(9，10，11)到空间中至少一个照明位置(12)上的装置，

-用于在垂直于光轴的方向上调节所述至少一个照明位置和界面的相对位置的调节装置(11)，

-用于在光轴的方向上调节所述至少一个照明位置和所述界面的相对位置的调节装置(12)，

-用于控制这些调节装置的控制装置(21)，使得这些调节装置同时在垂直于光轴的方向上和在光轴的方向上调节所述至少一个照明位置和所述界面的相对位置，

-至少一个用于在调节相对位置的过程中将所述至少一个照明位置成像到至少一个光电检测器(13)上的装置(11)，以及

-与所述至少一个光电检测器(13)连接的分析装置(21)，用于分析至少一个测量信号。

2.根据权利要求1所述的光学传感器系统，其中用于在垂直于光轴的方向上调节所述至少一个照明位置和界面的相对位置的调节装置(31)是用于将用于投影的装置的投影轴关于光轴转动的装置，和/或是用于将用于投影的装置的投影轴关于光轴平行移动的装置。

3.根据权利要求2所述的光学传感器系统，其中所述用于转动投影轴的装置(31)具有位于所述至少一个用于投影的装置的光路中的能围绕两个轴转动的反射镜和/或非对称透镜和/或其它射线偏转装置。

4.根据权利要求2所述的光学传感器系统，其中所述用于平行移动投影轴的装置(31)具有位于所述至少一个用于投影的装置的光路中的能围绕两个轴转动的平面玻璃，和/或具有用于将所述至少一个用于投影的装置沿着垂直于光轴的两个不同的轴移动的装置。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的光学传感器系统，其中所述控制装置(21)是用于在围绕光轴的有限范围内控制所述至少一个照明位置垂直于光轴的移动的控制装置。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的光学传感器系统，其中所述控制装置(21)是用于控制所述至少一个照明位置垂直于光轴的移动的控制装置，其中光轴大致在该移动的中心。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的光学传感器系统，其中所述控制装置(21)是用于沿着螺旋形轨道和/或摆线形轨道和/或圆形轨道和/或锯齿形轨道和/或其它预定轨道和/或随机轨道和/或不规则轨道和/或连续轨道和/或间断轨道控制所述至少一个照明位置垂直于光轴的移动的控制装置。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的光学传感器系统，其中所述控制装置(21)是用于控制所述至少一个照明位置从光轴一直至到达一离光轴最大距离处的移动和/或所述至少一个照明位置从一离光轴最大距离处到基准轴的移动的控制装置。

9.根据权利要求8所述的光学传感器系统，其中所述控制装置(21)是用于控制所述至少一个照明位置重复地从光轴至到达一离光轴最大距离处以及从该最大距离处移动到光轴的移动的控制装置。

10.根据权利要求1至9中任一项所述的光学传感器系统，其中所述光轴(4)垂直定向。

11.根据权利要求1至10中任一项所述的光学传感器系统，其中所述分析装置(21)是用于在所述至少一个照明位置垂直于光轴和/或在光轴方向上移动的过程中确定最大测量信号的分析装置。

12.根据权利要求1至11中任一项所述的光学传感器系统，其中所述控制装置(21)在通过分析装置确定了最大测量信号之后进行控制将所述至少一个照明位置在光轴方向上大致移动到这样一个位置处或离该位置一特定距离处，其中在该位置处获得了最大测量信号，并且重新控制所述至少一个照明位置垂直于光轴和/或在光轴方向上的移动，其中该重新进行的移动在比前一移动更短的路段上进行和/或以低于前一移动的速度进行。

13.根据权利要求1至12中任一项所述的光学传感器系统，其中用于投影的装置(9，10，11)是用于将光同时投影到多个照明位置的装置，和/或用于投影的装置(9，10，11)是用于将光以不同角度同时投影到同一个照明位置(12)的装置，和/或设置多个光电检测器(13)。

14.根据权利要求1至13中任一项所述的光学传感器系统，其中所述用于投影的装置(9，10，11)具有至少一个光源(9)。

15.根据权利要求14所述的光学传感器系统，其中该至少一个光源(9)是至少一个激光器、LED或白炽灯。

16.根据权利要求14或15所述的光学传感器系统，其中所述至少一个光源(9)输出具有波长的光，该光被待检测界面(6)以特别强烈的程度反射。

17.根据权利要求14至16中任一项所述的光学传感器系统，其中所述用于投影的装置(9，10，11)具有多个具有不同波长的能够分别接通的光源(9)，和/或具有波长可调的光源(9)。

18.根据权利要求1至17中任一项所述的光学传感器系统，其中所述用于投影的装置(9，10，11)是用于将光投影到至少一个点状、线状或面状照明位置(12)的装置。

19.根据权利要求14至18中任一项所述的光学传感器系统，其中该至少一个光源是点状的。

20.根据权利要求19所述的光学传感器系统，其中所述用于投影的装置(9，10，11)在所述至少一个光源(9)的光路中具有至少一个光阑和/或至少一个光导体(14)。

21.根据权利要求13至20中任一项所述的光学传感器系统，其中照明位置(12)具有三维布置或者布置在一个面中。

22.根据权利要求21所述的光学传感器系统，其中照明位置(12)设置在平面中。

23.根据权利要求13至22中任一项所述的光学传感器系统，其中照明位置(12)设置在凸面或凹面中或者设置在相互倾斜的面中。

24.根据权利要求1至23中任一项所述的光学传感器系统，其中照射所述至少一个照明位置(21)的光射线(7)具有8°或低于8°的开度角。

25.根据权利要求1至24中任一项所述的光学传感器系统，其中所述至少一个照明位置(12)离用于投影的装置(9，10，11)的距离是100mm或更大。

26.根据权利要求13至25中任一项所述的光学传感器系统，其中所述用于投影的装置(9，10，11)具有唯一的一个光源(9)和至少一个用于将该光源成像到至少一个照明位置(12)上的装置(11)。

27.根据权利要求26所述的光学传感器系统，其中用于投影的装置(9，10，11)具有用于将该光源划分为多个虚拟光源的装置(14)以及至少一个用于将所述多个虚拟光源成像到至少一个照明位置(12)上的装置(11)。

28.根据权利要求27所述的光学传感器系统，其中用于划分光源(9)的装置(14)包括扇形展开的光导体和/或多孔光阑。

29.根据权利要求16至25中任一项所述的光学传感器系统，其中所述用于投影的装置(9，10，11)包括多个光源(9)和至少一个用于将该多个光源成像到至少一个照明位置(12)上的装置(11)。

30.根据权利要求13至29中任一项所述的光学传感器系统，其中所述用于投影的装置(9，10，11)具有用于将多个虚拟光源或多个光源成像到至少一个照明位置(12)上的一个共用的装置(11)。

31.根据权利要求1至30中任一项所述的光学传感器系统，其中所述至少一个光电检测器(13)是点状、线状或面状的。

32.根据权利要求31所述的光学传感器系统，其中在所述至少一个用于成像的装置(11)和所述至少一个光电检测器(13)之间的光路中设置至少一个光阑和/或至少一个光导体(15)。

33.根据权利要求1至32中任一项所述的光学传感器系统，具有唯一的一个光电检测器(13)和至少一个用于将至少一个照明位置(12)成像到该光电检测器(13)上的装置(11)。

34.根据权利要求33所述的光学传感器系统，其中在所述至少一个用于成像的装置(11)和所述光电检测器(13)之间设置用于组合光的装置(15)。

35.根据权利要求34所述的光学传感器系统，其中用于组合光的装置(15)具有组合的光导体。

36.根据权利要求13至35中任一项所述的光学传感器系统，具有多个光电检测器(13)以及至少一个用于将至少一个照明位置(12)成像到该多个光电检测器(13)的装置(11)。

37.根据权利要求1至36中任一项所述的光学传感器系统，其中用于投影的装置(9，10，11)和所述至少一个用于成像的装置(11)同轴地设置。

38.根据权利要求1至37中任一项所述的光学传感器系统，其中所述至少一个光源(9)的光通过分束器(10)被输入用于将该至少一个光源成像到所述至少一个照明位置(12)上的装置(11)，并且同一个用于成像的装置(11)将该至少一个照明位置(12)通过所述分束器(10)成像到该至少一个光电检测器(13)上。

39.根据权利要求1至38中任一项所述的光学传感器系统，其中所述至少一个用于对所述至少一个光源(9)成像的装置(11)和/或所述至少一个用于对所述至少一个照明位置(12)成像的装置(11)具有一个透镜和/或多个并排设置的透镜和/或一个透镜阵列和/或菲涅耳分步透镜。

40.根据权利要求1至39中任一项所述的光学传感器系统，其中所述分析装置(21)具有用于将由所述至少一个光电检测器(13)所提供的测量信号进行滤波的装置(20)。

41.根据权利要求1至40中任一项所述的光学传感器系统，其中借助所述调节装置(22)能调节由所述至少一个用于投影的装置(9，10，11)、所述至少一个用于成像的装置(11)和所述至少一个光电检测器(13)形成的光学系统和所述界面(6)的相对位置。

42.根据权利要求1至41中任一项所述的光学传感器系统，其中所述用于在光轴方向上进行调节的调节装置(22)具有位于成像系统中的变焦物镜和/或自动聚焦系统。

43.根据权利要求1至42中任一项所述的光学传感器系统，其中所述调节装置(22)是电机驱动的。

44.根据权利要求1至43中任一项所述的光学传感器系统，其中所述分析装置(21)是用于确定界面和/或具有该界面的实验室物体和/或界面上最佳反射点的位置和/或标识和/或形状的分析装置。

45.根据权利要求1至44中任一项所述的光学传感器系统，其中所述分析装置(21)是用于检测物体的可光学扫描的标记的分析装置。

46.根据权利要求1至45中任一项所述的光学传感器系统，该光学传感器系统在用于移动剂量测定工具的装置上和/或在用于移动所述用于处理液体的装置(33)的实验室物体的运送装置上。

47.根据权利要求1至46中任一项所述的光学传感器系统，该光学传感器系统在位于用于移动所述用于处理液体的装置(33)的实验室物体的装置上方的保持装置上。

48.根据权利要求1至47中任一项所述的光学传感器系统，该光学传感器系统在用于处理液体的自动装置(33)中。

49.一种用于扫描实验室容器中的液体和实验室物体的界面的方法，其中：

-将光沿着光轴方向投影到空间中的至少一个照明位置上，

-在垂直于光轴的方向上以及同时在光轴方向上改变所述至少一个照明位置和所述界面的相对位置，

-将该至少一个照明位置成像到至少一个光电检测器上，以及

-分析该光电检测器的测量信号。

50.根据权利要求49所述的方法，其中将光投影到所述至少一个照明位置上的投影轴相对于基准轴转动，和/或相对于光轴平行移动。

51.根据权利要求49或50所述的方法，其中所述至少一个照明位置螺旋形和/或摆线形和/或锯齿形和/或随机和/或不规则和/或连续和/或间断地垂直于光轴移动。

52.根据权利要求49至51中任一项所述的方法，其中所述至少一个照明位置在围绕光轴的预定界限内移动。

53.根据权利要求49至52中任一项所述的方法，其中所述光轴垂直取向。

54.根据权利要求49至53中任一项所述的方法，其中所述至少一个照明位置越来越远地从光轴移动直至到达一离光轴最大距离处，和/或该至少一个照明位置从一离光轴最大距离处越来越近地向光轴移动。

55.根据权利要求54中任一项所述的方法，其中所述至少一个照明位置重复地从光轴移动直至到达一离光轴最大距离处以及从该最大距离处向光轴移动。

56.根据权利要求49至55中任一项所述的方法，其中在所述至少一个照明位置垂直于光轴和/或沿着光轴的移动的过程中确定最大测量信号。

57.根据权利要求49至56中任一项所述的方法，其中在确定了最大测量信号之后将所述至少一个照明位置沿着光轴大致设置到一个位置处或离该位置一小距离处，其中在该位置上获得了最大测量信号，并且在所述至少一个照明位置垂直于光轴和/或沿着光轴移动期间重新确定至少一个光电检测器的最大测量信号，其中该至少一个照明位置移动了比前一移动短的路段和/或以低于前一移动的速度移动。

58.根据权利要求49至57中任一项所述的方法，其中所述照明位置在测量信号最大的情况下的位置被确定为界面的位置和/或界面上最佳反射点的位置。

59.根据权利要求49至58中任一项所述的方法，其中光被同时投影到多个照明位置上，和/或光以不同角度投影到同一照明位置上，和/或所述至少一个照明位置被成像到多个光电检测器上。

60.根据权利要求59所述的方法，其中如果在照明位置和界面之间的垂直距离改变过程中没有获得至少一个光电检测器的测量信号的最大值，并且之后在改变所述至少一个照明位置和界面的垂直距离的情况下重新找寻测量信号的最大值，则相对于垂直方向横向地改变所述至少一个照明位置的位置。

61.根据权利要求49至60中任一项所述的方法，其中

-光在朝着界面的方向上投影到至少一个照明位置上，

-借助多个光电检测器确定所反射的光量的分布，以及

-基于所确定的光量分布确定界面上最佳反射位置的可能位置和/或界面的可能位置和/或标识。

62.根据权利要求61所述的方法，其中所述至少一个照明位置被设置到最佳反射位置的可能位置处和/或界面的可能位置处，并且重复该测量。

63.根据权利要求49至62中任一项所述的方法，其中

-光被投影到多个照明位置，

-所述照明位置在界面上移动，

-每个照明位置都被成像到与该照明位置对应的光电检测器上，以及

-由多个光电检测器提供的测量信号相互比较并且在有偏差的情况下确定存在测量误差。

64.根据权利要求49至63中任一项所述的方法，其中所确定的界面和/或物体的位置和/或标识被存储起来和/或被用于控制和/或检查用于处理液体的方法。

65.根据权利要求49至64中任一项所述的方法，其中在用于处理液体的方法开始时确定界面和/或物体的位置和/或标识，和/或在用于处理液体的方法进行过程中重新确定界面和/或物体的位置和/或标识，和/或基于所确定的位置和/或标识计算通过用于处理液体的方法导致的状态的变化。

66.根据权利要求65所述的方法，其中通过重新确定来检查所计算的值。

67.根据权利要求65或66所述的方法，其中所确定和/或所计算的位置和/或标识被存档和/或输出。

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