DE10156804A1

DE10156804A1 - Optische Meßvorrichtung für Teststreifen

Info

Publication number: DE10156804A1
Application number: DE10156804A
Authority: DE
Inventors: Heiko Rudolf
Original assignee: Quidel Corp
Current assignee: Beckman Coulter GmbH
Priority date: 2001-11-20
Filing date: 2001-11-20
Publication date: 2003-07-03
Anticipated expiration: 2021-11-21
Also published as: CN100483087C; CN1610822A; JP2005509880A; JP2009236901A; EP1459040A1; TW200303420A; AU2002363929A1; TWI266048B; DE10156804B4; EP1459040B1; EP1459040A4; WO2003044474A1

Abstract

Bei einer optischen Meßvorrichtung (10) zum Erfassen der Färbung von Testfeldern eines Teststreifens, der zum Nachweis von Substanzen in einer Flüssigkeit mit dieser zu benetzen ist, woraufhin sich das Remissionsverhalten der Testfelder in Abhängigkeit von den Konzentrationen der nachzuweisenden Substanzen ändert, mit DOLLAR A - einer Meßebene (14), in der der Meßstreifen zu plazieren ist, DOLLAR A - einer Beleuchtungseinrichtung (16) zur Beleuchtung der Meßebene (14), DOLLAR A - einem flächenhaften Bildsensor (36), DOLLAR A - einer Optik zur Abbildung der Meßebene (14) auf den Bildsensor (36) und DOLLAR A - einer elektronischen Auswerteeinheit (52) zur Auswertung der vom Bildsensor (36) detektierten Signale, DOLLAR A hat die Beleuchtungseinrichtung (16) verschiedenfarbige Lichtquellen oder andere Mittel, mit denen die Meßebene (14) alternativ verschiedenfarbig beleuchtet werden kann, wobei die elektronische Auswerteeinheit (52) aus den bei verschiedenfarbiger Beleuchtung gewonnenen Bildern die Färbung der Testfelder ermittelt.

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 plazieren 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 Teststreifenanalysegeräten 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.

Der Erfindung lag somit die Aufgabe zugrunde, eine optische Meßvorrichtung der eingangs genannten Art anzugeben, die diesen systematischen Fehler vermeidet. Diese Aufgabe wird bei einer optischen Meßvorrichtung der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß die Beleuchtungseinrichtung verschiedenfarbige Lichtquellen oder andere Mittel hat, mit denen die Meßebene alternativ verschiedenfarbig beleuchtet werden kann, und daß 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.

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.

Zur Kalibration der Meßvorrichtung muß die ortsabhängige Intensitätsverteilung auf der Meßebene für alle drei Farben bekannt sein. Vorzugsweise 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 Auswertungeeinheit 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.

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:
Fig. 1 eine perspektivische Zeichnung der erfindungsgemäßen optischen Meßvorrichtung,
Fig. 2 einen Schnitt durch einen Teil der optischen Meßvorrichtung entlang der Linie A-A' von Fig. 1,
Fig. 3 eine perspektivische Ansicht des Schnittes von Fig. 3 mit der zweiten Referenzfläche in ihrer ersten Stellung,
Fig. 4 die gleiche Ansicht wie Fig. 3, jedoch mit der zweiten Referenzfläche in ihrer zweiten Stellung und einem Meßstreifen in seiner Meßstellung, und
Fig. 5 eine perspektivische Zeichnung der Beleuchtungseinrichtung.
Fig. 1 zeigt eine perspektivische Ansicht der erfindungsgemäßen optischen Meßvorrichtung 10, bei der sich ein Teststreifen 12 in der Meßebene 14 (siehe Fig. 2) in seiner Meßstellung befindet.
Fig. 2 zeigt einen Schnitt durch die Meßvorrichtung von Fig. 1 entlang der Linie A-A'. Darin ist eine Beleuchtungsvorrichtung 16 gezeigt, mit der ein streifenförmiger Bereich der Meßebene, in welchem sich der Teststreifen 12 in seiner Meßstellung befindet, verschiedenfarbig beleuchtet werden kann. Eine perspektivische Darstellung der Beleuchtungseinrichtung 16 ist in Fig. 5 gezeigt. Bei der Beleuchtungseinheit 16 sind blaue 18, grüne 20 und orangefarbene 22 LEDs mit Wellenlängen von 450 nm, 530 nm und 620 nm in einer Reihe auf einer Senderplatine 24 angeordnet. Die Anordnung der LEDs in einer Reihe eignet sich hervorragend zum Ausleuchten des streifenförmigen Bereiches auf der Meßebene 14. Innerhalb der Reihe sind stets eine blaue 18, eine grüne 20 und eine orangefarbene LED 22 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 Blenden 26 erstrecken sich über die gesamte Länge der LED-Reihe. Sie bestehen aus vier Flächensegmenten, 28, 30, 32 und 34, die sich über die gesamte Länge der Blende 26 erstrecken. Bei diesen Flächensegmenten nimmt der Neigungswinkel gegenüber der Senderplatine 24 mit zunehmendem Abstand von dieser zu. Die Blenden 26 bestehen aus Formteilen, die im Spritzgußverfahren hergestellt sind und deren Flächen 28, 30, 32 und 34 mit einer reflektierenden Beschichtung versehen sind.
Das von der Beleuchtungseinheit 16 ausgesandte Licht wird am Teststreifen 12 diffus reflektiert, und der Teststreifen wird über eine Optik auf einen flächenhaften Bildsensor 36 abgebildet, der sich in einem lichtundurchlässigen Gehäuse 38 befindet. Die Optik beinhaltet einen Spiegel 40, eine Linse 42 und eine Blende 44. In Fig. 2 wird nicht der Teststreifen 12, sondern die zweite Referenzfläche 58 auf den Bildsensor 36 abgebildet. Da die zweite Referenzfläche 58, wie später noch ausführlicher beschrieben, die Position eines Teststreifens bei der Vermessung einnimmt, ist die Lage des Bildes 46 des Teststreifens die gleiche wie die des Bildes der Referenzfläche. Die Erzeugung des Bildes 46 am Bildsensor 36 wird in Fig. 2 mit Hilfe zweier beispielhafter Lichtstrahlen 48, 50 dargestellt. Der optische Weg wird am Spiegel 40 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 Bildes 46.
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 Bildsendor 36 erzeugten Signale werden an eine Auswerteeinheit 52 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 Bildsensor 36 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 Referenzfläche 54 vorgesehen, die 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. Diese erste Referenzfläche 54 ist in Fig. 2 zu sehen und ihr Bild auf dem Bildsensor 36 ist mit 56 bezeichnet. Sobald sich an der Beleuchtung etwas ändert, ändert sich das Bild 56 auf dem Bildsensor 36, was wiederum von der Auswerteeinheit 52 detektiert wird. Die Auswerteeinheit 52 veranlaßt dann die Selbstkalibrierung der Meßvorrichtung.
Zur Kalibrierung der Meßvorrichtung kann jedoch nicht das Bild 56 der ersten Referenzfläche 54 herangezogen werden, weil die Intensitätsverteilung der Beleuchtung auf der ersten Referenzfläche 54 nicht mit der in der Meßebene identisch ist. Daher ist eine zweite Referenzfläche 58 vorgesehen, die aus einer zweiten Stellung, in der sie nicht von der Beleuchtungseinrichtung 16 beleuchtet und nicht von der Optik auf den Bildsensor 36 abgebildet wird, in eine erste Stellung verstellbar ist, in der sie die Position eines Teststreifens bei der Vermessung einnimmt. Anhand des Bildes dieser zweiten Referenzfläche 58 kann die Meßvorrichtung kalibriert werden.
Wie in Fig. 1 und Fig. 4 gezeigt, kann die erfindungsgemäße Meßvorrichtung für ein Teststreifenanalysegerät verwendet werden, bei dem Teststreifen quer über Transportriemen 60 liegend zur Meßvorrichtung transportiert werden. Besonders vorteilhaft ist dabei ein Aufbau, bei dem die Transportriemen 60 eine Förderfläche bilden, die mit der Meßebene zusammenfällt. Dann kann der Teststreifen 12 auf dem Förderriemen 60 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 (siehe Fig. 1 und Fig. 4), und einer zweiten Stellung, in der sie sich vollständig außerhalb der Meßebene befinden (siehe Fig. 2 und Fig. 3), verstellbar sind. Die Stifte 62 sind durch Federn 64 in ihre zweite Stellung vorgespannt und von einem Hebelelement 66 gegen die Vorspannkraft der Feder 64 in ihre erste Stellung verstellbar.
Im Folgenden wird der Verstellmechanismus der Stifte 62 und der zweiten Referenzfläche 58 erläutert. Die zweite Referenzfläche 58 wird durch eine Fläche einer streifenförmigen Platte 68 gebildet, an deren erstem Ende ein zur Referenzfläche 58 senkrechter erster Arm 70 angebracht ist, der um eine zur Referenzfläche 58 parallele Achse 72 (siehe Fig. 2) schwenkbar gelagert ist. Am zweiten Ende der streifenförmigen Platte ist ein zweiter Arm angeordnet, der zum ersten Arm parallel ist und ebenfalls um die Achse 72 schwenkbar gelagert ist. Dieser Arm ist in den Figuren nicht zu sehen, da er sich in einem Abschnitt der Meßvorrichtung befindet, der in den Fig. 2 bis 4 weggeschnitten ist. Die streifenförmige Platte 68 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 Stange 74 mit ihrem ersten Ende mit Hilfe eines Gelenkes 76 schwenkbar befestigt. Diese Stange ist mit ihrem zweiten Ende an einem ersten Hebel 78 ebenfalls über ein Gelenk 76 schwenkbar befestigt. Dieser erste Hebel 78 ist um eine Achse 80 zwischen einer ersten und einer zweiten Stellung verschwenkbar. Die Achse 80 wird durch einen Bolzen realisiert, der in den Fig. 3 und 4 jedoch weggelassen ist. Die erste Hebelstellung des ersten Hebels 78 ist in Fig. 4 eingenommen. In diese erste Hebelstellung wird er durch Feder 82 vorgespannt. Bei Einnahme der ersten Hebelstellung des ersten Hebels 78 wird die zweite Referenzfläche 68 über die Stange 74 und den ersten Arm 70 in ihre zweite Stellung verstellt.
Der erste Hebel 78 ist durch einen Exzenterantrieb gegen die Vorspannkraft der Feder 82 von seiner ersten in seine zweite Stellung verstellbar. Der Exzenterantrieb wird durch eine drehbare Scheibe 84 gebildet, die von einem nicht gezeigten Motor angetrieben wird und auf der ein Stift 68 senkrecht zu dieser befestigt ist. Bei Drehung der Scheibe in ihre erste Drehrichtung (mit dem Uhrzeigersinn in den Fig. 1 bis 4) kommt der Stift 86 mit dem ersten Hebel 78 in Berührung und verstellt diesen gegen die Vorspannkraft der Feder 82 in seine zweite Hebelstellung, die in Fig. 2 und 3 angenommen ist. Dabei wird die zweite Referenzfläche 68 über die Stange 74 und den ersten Arm 70 in ihre erste Stellung verstellt.
Das Hebelelement 66 ist um eine Achse 88 schwenkbar. Diese Achse 88 wird durch einen Bolzen realisiert, der in der Darstellung der Fig. 3 und 4 weggelassen ist. An diesem Bolzen ist auch die Feder 82 eingehängt. In einer Stellung der Scheibe 84 in der der Stift 86 den ersten Hebel 78 gegen die Vorspannkraft der Feder 82 in seiner zweiten Hebelstellung festhält, wie in Fig. 2 und 3 der Fall, ist das Ende 90 des Hebelelementes 66 frei, so daß sich die Federn 64 der Stifte 62 entspannen und diese ihre zweite Stellung annehmen, in der sie sich vollständig außerhalb der Meßebene befinden. Wird die Scheibe 84 jedoch von dieser Stellung in ihre zweite Drehrichtung (gegen den Uhrzeigersinn in Fig. 1 bis 4) gedreht, wird der erste Hebel 78 durch die Feder 82 in Richtung auf seine erste Stellung verstellt, wodurch sich die Referenzfläche 68 in Richtung auf ihre zweite Stellung bewegt. Andererseits liegt der Stift 86 nach Drehung um einen gewissen Winkel am Ende 90 des Hebelelementes 66 an und schwenkt dieses um die Achse 88 derart, daß die Stifte 62 gegen die Vorspannkraft der Feder 64 in ihre erste Stellung verstellt werden. Dies ist die Stellung, die bei der Vermessung eines Teststreifens angenommen wird, in der nämlich die zweite Referenzfläche 68 aus dem Lichtweg geklappt ist und die Stifte 62 in die Meßebene ragen, so daß sich ein Teststreifen 12 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 Stifte 62 ihre zweite Stellung einnehmen, und einer Meßstellung, in der die zweite Referenzfläche 68 ihre zweite Stellung und die Stifte 62 ihre erste Stellung einnehmen.

Claims

1. 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 plazieren ist,
einer Beleuchtungseinrichtung (16), zur Beleuchtung der Meßebene (14),
einem flächenhaften Bildsensor (36),
einer Optik zur Abbildung der Meßebene (14) auf den Bildsensor (36) und
einer elektronischen Auswerteeinheit (52) zur Auswertung der vom Bildsensor (36) detektierten Signale,
dadurch gekennzeichnet, daß die Beleuchtungseinrichtung (16) verschiedenfarbige Lichtquellen (18, 20, 22) oder andere Mittel hat, mit denen die Meßebene (14) alternativ verschiedenfarbig beleuchtet werden kann, und daß die elektronische Auswerteeinheit (52) aus den bei verschiedenfarbiger Beleuchtung gewonnenen Bildern die Färbung der Testfelder ermittelt.

2. 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.

3. Optische Meßvorrichtung (10) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Beleuchtungseinrichtung (16) als Lichtquellen LEDs (18, 20, 22) verwendet werden.

4. 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.

5. 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.

6. 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.

7. 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 plazieren ist.

8. 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.

9. 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.

10. 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.

11. Optische Meßvorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine zweite Referenzfläche (58) hat, 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.

12. Optische Meßvorrichtung (10) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Referenzfläche (68) 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.

13. Optische Meßvorrichtung (10) nach Anspruch 12, 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.

14. Optische Meßvorrichtung (10) nach Ansprüchen 12 oder 13, 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.

15. Optische Meßvorrichtung (10) nach Anspruch 14, 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 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 Referenzfläche (58) ihre erste Stellung annimmt.

16. Optische Meßvorrichtung (10) nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Hebel (78) durch einen Exzenterantrieb betätigt wird.

17. Optische Meßvorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sie Mittel zum Festhalten und Ausrichten eines Teststreifens in seiner Meßstellung hat.

18. Optische Meßvorrichtung (10) nach Anspruch 17, 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.

19. Optische Meßvorrichtung (10) nach Anspruch 18, 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.

20. Optische Meßvorrichtung (10) nach Ansprüchen 16 und 19, dadurch gekennzeichnet, daß das Hebelelement (66) vom gleichen Exzenterantrieb verstellt wird, wie der erste Hebel (78).

21. Optische Meßvorrichtung (10) nach Anspruch 20, 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.