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Die Erfindung betrifft eine Sensoranordnung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Derartige Sensoranordnungen werden insbesondere im Bereich der Analyseautomation eingesetzt. Dort müssen Proben, insbesondere Blut- oder Urinproben, eindeutig und fehlersicher identifiziert werden, wenn diese in einen Analyseautomaten eingeführt werden um dort mit den Proben spezifische Untersuchungen durchzuführen. Die Proben sind dabei in einzelne Probenröhrchen gefüllt. Die Probenröhrchen tragen die Proben kennzeichnende Barcodes, die als erste Codes vom optischen Sensor erfasst werden müssen. Mehrere Probenröhrchen werden auf einem Probenträger gelagert, der dann in den Analyseautomaten eingeschoben wird. Der Probenträger weist einzelne Aufnahmen auf, in welchen jeweils ein Probenröhrchen gelagert werden kann. Zur Kennzeichnung der Aufnahmen sind an den die Aufnahmen seitlich begrenzenden Wandelementen des Probenträgers zweite Codes in Form von Positionscodes angebracht. Auch diese Positionscodes müssen vom optischen Sensor erfasst werden, um die räumliche Anordnung des Probenröhrchens zu identifizieren.
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Eine wesentliche Schwierigkeit bei bekannten derartigen Systemen besteht darin, die jeweiligen Positionscodes korrekt und fehlerfrei den jeweiligen Barcodes zuzuordnen.
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Eine wesentliche Fehlerquelle besteht dabei darin, dass bei bekannten Systemen die Positionscodes an dem Probenträger und die Barcodes auf den Probenröhrchen alle einzeln nacheinander gelesen werden. Aus der zeitlichen Folge der einzeln gelesenen Codes und Barcodes muss dann jeweils der Barcode eines Probenröhrchens dem zugehörigen Code am Probenträger zugeordnet werden.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Sensoranordnung der eingangs genannten Art bereitzustellen, mittels derer eine schnelle und zuverlässige Codeerfassung ermöglicht wird.
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Zur Lösung dieser Aufgabe sind die Merkmale des Anspruchs 1 vorgesehen. Vorteilhafte Ausführungsbeispiele und zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.
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Die Erfindung betrifft eine Sensoranordnung für eine Codeerfassung mit einem optischen Sensor und umfasst eine Flächenkamera mit einer matrixförmigen Anordnung von Pixeln und eine Auswerteeinheit, in welcher zur Dekodierung eines Codes Ausgangssignale der Pixel der Flächenkamera ausgewertet werden. Mit dem optischen Sensor werden Codes auf einem Probenträger während eines Einschubvorgangs erfasst, wobei der Probenträger Aufnahmen für Probenröhrchen aufweist. Als erste Codes sind auf dem Probenträger Positionen der jeweiligen Aufnahmen kennzeichnende Positionscodes vorgesehen. Als zweite Codes sind auf den Probenröhrchen dort enthaltende Proben kennzeichnende Barcodes vorgesehen, welche in einer vorgegebenen Position relativ zu dem zugeordneten Positionscode so angeordnet sind, dass diese mit einer Bildaufnahme durch den optischen Sensor erfassbar sind. Während des Einschubvorgangs wird ein mit dem optischen Sensor erfasstes Bild nur auf das Vorhandensein des Positionscodes ausgewertet und bei Detektion des Positionscodes das Bild mit dem ermittelten Positionscode als Index abgespeichert. Nach Beenden des Einschubvorgangs erfolgt die Auswertung der abgespeicherten Bilder derart, dass die Barcodes in der Auswerteeinheit dekodiert und anhand der Indizes den jeweiligen Positionscode zugeordnet werden.
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Ein erster wesentlicher Vorteil der Erfindung besteht darin, dass während des Einschubvorgangs mit einer Bildaufnahme, das heißt in einem mit der Flächenkamera aufgenommenen Bild zugleich der Positionscode und der diesem zugeordnete Barcode auf dem Probenröhrchen erfasst wird. Durch diese Art der Bildaufnahme ist eine wesentliche Fehlerquelle, die zu Fehlzuordnungen von Barcodes und Positionscodes führt, ausgeschaltet, da sichergestellt ist, dass der in einem Bild mit dem Positionscode aufgenommene Barcode auch zu diesem gehört. Dies wird dadurch erreicht, dass die bekannte, räumliche Zuordnung des Positionscodes zu dem jeweiligen Barcode bekannt ist und bei der Bilderfassung berücksichtigt wird.
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Ein weiterer wesentlicher Aspekt der Erfindung besteht darin, dass während des Einschubvorgangs eine Bilderfassung und Bildauswertung in Echtzeit erfolgt, auch dann wenn die Einschubvorgänge schnell und gegebenenfalls diskontinuierlich erfolgen. Dies wird erfindungsgemäß dadurch ermöglicht, dass bei der Bildauswertung während des Einschubvorgangs nicht der gesamte Bildinhalt eines mit der Flächenkamera aufgenommenen Bildes verwendet wird. Vielmehr wird in einem Bild nur die den Positionscode betreffende Bildinformation ausgewertet. Aufgrund der typischerweise einfachen Kontraststruktur des Positionscodes kann dieser vorzugsweise in der Auswerteeinheit des optischen Sensors schnell dekodiert werden.
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Der so dekodierte Positionscode dient dann als Index, unter welchem das gesamte aufgenommene Bild abgespeichert wird. Diese Vorgehensweise wird für alle Bilder, die beim Einschubvorgang erfasst werden, in entsprechender Weise durchgeführt.
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Nach Beendigung des Einschubvorgangs liegt dann eine Bildfolge vor, die eine zeitaufgelöste Folge von mit Indizes gekennzeichneten Bildern umfasst, welche den kompletten Probenträger während des gesamten Einschubvorgangs umfasst.
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Alle Bilder werden dann, vorzugsweise in einer Rechnereinheit, nach dem Einschubvorgang zeitentspannt ausgewertet. Bei dieser Auswertung werden dann für die einzelnen Bilder die Barcodes der Probenröhrchen dekodiert und den im jeweiligen Bild enthaltenen Positionscodes zugeordnet. Durch die Kennzeichnung der einzelnen Bilder mit den jeweiligen Indizes können diese sofort den jeweiligen Positionscodes zugeordnet werden. Da dieser Positionscode und der Barcode in diesem Bild enthalten sind und mit der Bildauswertung dieses Bildes zusammen ausgewertet werden, werden Fehlzuordnungen dieser Codes systematisch vermieden.
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Durch die Verlagerung der zeitaufwändigen gemeinsamen Auswertung eines Positionscodes und Barcodes innerhalb eines Bildes auf einen Zeitpunkt nach dem Einschubvorgang kann die Einzelbilderfassung während des Einschubvorgangs sehr schnell erfolgen, da dort nur kleine Teilinformationen der jeweiligen Bilder ausgewertet werden müssen. Somit wird mit der erfindungsgemäßen Sensoranordnung auch bei sehr schnell durchzuführenden Einschubvorgängen eine fehlersichere Detektion der Barcodes und deren Zuordnung zu den Positionscodes gewährleistet.
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Weiterhin wird mit der erfindungsgemäßen Sensoranordnung eine fehlersichere Detektion und Zuordnung der einzelnen Positionscodes und Barcodes auch dann erreicht, wenn eine Bedienperson den Probenträger diskontinuierlich in den Analyseautomaten einschiebt, das heißt den Probenträger nicht kontinuierlich in Richtung des Analyseautomaten schiebt, sondern ein- oder mehrmals den Probenträger auch in umgekehrter Richtung schiebt.
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In diesem Fall werden einige Positionscodes und Barcodes mehrfach von der Flächenkamera erfasst, das heißt es existieren hierzu mehrere Bilder. Da jedoch alle Bilder eindeutig durch die jeweiligen Bilder enthaltenden Positionscodes indiziert sind, kann es auch in solchen Fällen nicht zu Fehlzuordnungen kommen. Vielmehr kann in diesem Fall sogar eine Mehrfachauswertung mehrerer Bilder für einen Positionscode erfolgen, wodurch die Detektionssicherheit bei der Codeerfassung noch weiter erhöht wird.
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Gemäß einer ersten vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung bilden die Positionscodes eine Anordnung separater Codes, wobei jeweils ein Positionscode in einer definierten Position relativ zu der zugeordneten Aufnahme für ein Probenröhrchen angeordnet ist und wobei insbesondere der Positionscode seitlich zu der zugeordneten Aufnahme angeordnet ist.
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Derartige Anordnungen von Positionscodes an Probenträgern sind im Bereich der Blutanalyse weit verbreitet. Mit dem erfindungsgemäßen optischen Sensor können derartige Positionscodes und die diesen zugeordneten Barcodes an den Probenröhrchen sicher erkannt werden, ohne dass hierzu spezifische Änderungen an den Probenträgern vorgenommen werden müssen.
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Gemäß einer zweiten vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind die Positionscodes Bestandteile eines einen Positionsmaßstab bildendes Bandes, wobei jeder Positionscode in einer definierten Position relativ zu der zugeordneten Aufnahme für ein Probenröhrchen angeordnet ist und wobei insbesondere der Positionscode unterhalb der zugeordneten Aufnahme angeordnet ist.
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Bei dieser Ausführungsform entfällt eine wesentliche Fehlerquelle, die zu Fehlzuordnung von Proben führen kann, da eine Einzelanbringung von Positionscodes an einem Rack vermieden werden kann. Vielmehr sind alle Positionscodes für ein Rack auf einem Band in vorgegebenen Sollpositionen zueinander angeordnet. Das Band kann dann in einem Arbeitsvorgang am Rack fixiert werden, wodurch alle Aufnahmen des Racks korrekt mit den richtigen Positionscodes gekennzeichnet sind. Der Begriff Band umfasst dabei generell Folien, Kunststoffbänder, metallische Bänder und dergleichen. Die Positionscodes selbst bestehen vorteilhaft aus zweidimensionalen Codes, die beispielsweise auf das Band aufgedruckt sind.
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Zur Erfassung der Positionscodes während des Einschubvorgangs wird vorteilhaft ein Positionscode in einem vorgegebenen Bildbereich der Flächenkamera aufgenommen.
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Dabei wird der Umstand ausgenutzt, dass bei einer definierten Anordnung des optischen Sensors relativ zum Probenträger die Positionscodes stets im selben Teilbereich des Sichtfelds der Flächenkamera erscheinen. Da somit stets nur ein Ausschnitt eines Bildes der Flächenkamera zur Erfassung eines Positionscodes ausgewertet werden muss, wird die benötigte Rechenzeit zur Bildauswertung gegenüber einer kompletten Bildauswertung erheblich reduziert.
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Bei der Auswertung der unter den Indizes abgespeicherten Bilder nach Beenden des Einschubvorgangs kann prinzipiell jeweils das gesamte Bild ausgewertet werden, um zusätzlich zu dem Positionscode den diesem zugeordneten Barcode erfassen zu können.
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Dies ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn bei der Bildauswertung neben dem Barcode auch noch weitere Merkmale der Probenröhrchen erfasst werden, wodurch die Funktionalität der erfindungsgemäßen Sensoranordnung noch weiter erhöht wird. Beispiele für derartige zusätzliche Merkmale sind Geometriedaten wie die Höhe oder der Durchmesser eines Probenröhrchens. Weiterhin kann abgeprüft werden, ob ein Probenröhrchen mit einem Stopfen verschlossen ist oder nicht.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird bei der Bildauswertung der mit den Indizes gekennzeichneten Bildern nach Beenden des Einschubvorgangs der dem Positionscode zugeordnete Barcode nur innerhalb eines Bildausschnitts eines Bildes der Flächenkamera gesucht, wobei die Position und Größe des Bildausschnitts durch den Bildbereich des Positionscodes bestimmt ist.
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Damit kann der Rechenaufwand zur Erfassung der Barcodes weiter gesenkt werden. Weiterhin können durch eine geeignete Dimensionierung des Bildausschnitts auch Fehlerquellen bei der Erfassung der Barcodes und deren Zuordnung zu dem korrekten Positionscode ausgeschlossen werden. Eine mögliche Fehlerquelle ist durch die Krümmung der typischerweise hohlzylindrischen Probenröhrchen bedingt. An der dem optischen Sensor zugewandten Scheitellinie eines Probenröhrchens können gerichtete Lichtreflexionen auftreten, die zu einer Übersteuerung der Flächenkamera führen. Daher erscheinen auf der Flächenkamera anstelle des einen zu lesenden Barcodes zwei durch diese Lichtreflexion getrennte Teilsegmente des Barcodes. Um zu vermeiden, dass diese als zwei separate Barcodes erfasst werden und gegebenenfalls falschen Positionscodes zugeordnet werden, kann der Bildausschnitt so gewählt werden, dass nur eines der Segmente der Barcode ausgewertet wird.
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Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnungen erläutert. Es zeigen:
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1: Ausführungsbeispiel eines optischen Sensors der erfindungsgemäßen Sensoranordnung.
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2: Schematische Darstellung einer Sensoranordnung.
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3: Erstes Ausführungsbeispiel eines Probenträgers zur Aufnahme von Probenröhrchen.
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4: Zweites Ausführungsbeispiel eines Probenträgers zur Aufnahme von Probenröhrchen.
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5: Teildarstellung der Anordnung gemäß 4 mit einem in einer Aufnahme des Probenträgers gelagerten Probenröhrchen.
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1 zeigt schematisch den Aufbau eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen optischen Sensors 1. Die Komponenten des optischen Sensors 1 sind in einem Gehäuse 2 integriert. Der optische Sensor 1 ist ein stationäres Codelesegerät, das heißt das Gehäuse 2 des optischen Sensors 1 wird ortsfest gelagert um in dieser Position Codes erfassen zu können. Der optische Sensor 1 umfasst eine Beleuchtungseinheit 3, die bevorzugt eine Anordnung von Leuchtdioden umfasst. Die von der Beleuchtungseinheit 3 emittierten Lichtstrahlen 4 werden durch ein Austrittsfenster 5 in der Frontwand geführt und dienen zur Ausleuchtung eines Erfassungsbereiches E, in welchem Codes erfasst werden können. Die Codes können allgemein als eindimensionale oder zweidimensionale Codes ausgebildet sein. 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines eindimensionalen Codes in Form eines Barcodes 6.
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Auf den Barcode 6 auftreffende Lichtstrahlen 4 werden von diesem zurückreflektiert und gelangen durch das Austrittsfenster 5 des Gehäuses 2 auf eine Empfängereinheit des optischen Sensors 1. Die Empfängereinheit umfasst eine Flächenkamera 7 mit einer matrixförmigen Anordnung von Pixeln 7a, das heißt lichtempfindlichen Empfangselementen. Bevorzugt ist die Flächenkamera 7 in Form eines CMOS-Arrays oder CCD-Arrays gebildet.
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Der Flächenkamera 7 ist ein Optikelement 8 vorgeordnet. Mit diesem Optikelement 8 erfolgt eine Abbildung der Lichtstrahlen 4 auf die Flächenkamera 7.
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Die Beleuchtungseinheit 3 und die Flächenkamera 7 sind an eine Auswerteeinheit 9 angeschlossen, die von einem Mikroprozessor oder dergleichen gebildet ist. Damit dient die Auswerteeinheit 9 einerseits zur Steuerung der Beleuchtungseinheit 3. Andererseits dient die Auswerteeinheit 9 zur Auswertung der Ausgangssignale der einzelnen Pixel 7a der Flächenkamera 7, das heißt zur Auswertung der mit der Flächenkamera 7 erfassten Bildinformation eines Codes.
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Durch die Kontraststruktur des Codes, die im vorliegenden Fall von hellen und dunklen Strichelementen des Barcodes 6 gebildet ist, wird den auf den Barcode 6 auftreffenden Lichtstrahlen 4 eine entsprechende Modulation aufgeprägt, so dass die Lichtstrahlen 4 auf der Flächenkamera 7 ein dem Barcode 6 entsprechendes Kontrastbild liefern, vorausgesetzt der Barcode 6 befindet sich innerhalb eines bestimmten Tiefenschärfebereichs 10, innerhalb dessen das Kontrastmuster des Barcodes 6 hinreichend scharf auf der Flächenkamera 7 abgebildet wird.
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In der Auswerteeinheit 9 ist in Form von Softwaremodulen eine Dekodiereinheit implementiert, mittels derer anhand der mit der Flächenkamera 7 erfassten Bildinformationen der Barcode 6 oder allgemein ein Code dekodiert wird, das heißt die im Strichmuster des Barcodes 6 enthaltenen Informationen erfasst werden können.
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Der erfindungsgemäße optische Sensor 1 wird im Bereich der Analyseautomation eingesetzt. Dort werden in einem Analyseautomaten 11, der schematisch in 2 dargestellt ist, Proben wie Blutproben oder Urinproben untersucht.
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2 zeigt dabei den optischen Sensor 1 in einer typischen Sensoranordnung am Analyseautomaten 11. Mit dem optischen Sensor 1 erfolgt dabei eine Erfassung von Codes an einem Probenträger 12, einem sogenannten Rack, der, wie in 2 mit dem Pfeil dargestellt, in einer Einführrichtung in den Analyseautomaten 11 eingeschoben wird. Das Einschieben des Probenträgers 12 erfolgt vorzugsweise manuell durch eine Bedienperson. Auf dem Probenträger 12 sind Proben enthaltende Probenröhrchen 13 gelagert, die nach Einschieben des Probenträgers 12 im Analyseautomaten 11 untersucht werden.
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3 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel eines Probenträgers 12. Der Probenträger 12 weist eine lineare Anordnung von Aufnahmen 14 auf, in welche die Probenröhrchen 13 eingestellt werden können. Die Probenröhrchen 13 können mit einem Verschlussstopfen 15 abgeschlossen werden.
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Zur Identifikation jeder Probe ist auf dem jeweiligen Probenröhrchen 13 ein Barcode 6 aufgebracht. Für eine eindeutige Zuordnung und Verfolgung der Probe ist es zudem erforderlich, dass die Position des Probenröhrchens 13 sicher erfasst werden kann. Hierzu ist jeder Aufnahme 14 des Probenträgers 12 ein Positionscode 16 zugeordnet, der unterhalb dieser Aufnahme 14 angeordnet ist und der die Position der Aufnahme 14 eindeutig identifiziert. Die Positionscodes 16 sind als zweidimensionale Codes ausgebildet. Alle Positionscodes 16 für einen Probenträger 12 sind in vorgegebenen Sollpositionen auf einem Band 17 angeordnet, das im vorliegenden Fall von einer Folie gebildet ist. Das Band 17 wird in einem Arbeitsschritt auf dem Probenträger 12 in einer Sollposition aufgeklebt. Dadurch sind automatisch die Positionscodes 16 des Bands 17 korrekt den jeweiligen Aufnahmen 14 zugeordnet.
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Während des Einschiebens des Probenträgers 12 in den Analyseautomaten 11 werden mit dem optischen Sensor 1 die auf dem Probenträger 12 angeordneten Codes sukzessive erfasst. Der optische Sensor 1 ist dabei so angeordnet, dass dessen Erfassungsbereich E (in 3 mit E bezeichnet) an die Geometrien der Probenröhrchen 13 und der zugeordneten Codes so angepasst ist, dass mit einem Bild der einer Aufnahme 14 zugeordnete Positionscode 16 und zugleich der Barcode 6 des in dieser Aufnahme 14 gelagerten Probenröhrchen 13 erfasst wird.
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Während des Einschubvorgangs generiert der optische Sensor 1 Bilder mit einer vorgegebenen Bildrate. Während dieses Einschubvorgangs erfolgt keine Komplettauswertung dieser Bilder. Vielmehr wird in der Auswerteeinheit 9 des optischen Sensors 1 für jedes Bild abgeprüft, ob ein Positionscode 16 erfasst wurde und ob dieser in dem in 3 dargestellten Sollbereich P des Erfassungsbereichs E liegt. Dabei wird nur die Codeinformation des Positionscodes 16 dekodiert. Diese Codeinformation wird als Index verwendet, unter dem ein Bild, das den Positionscode 16 im Sollbereich P enthält, abgespeichert wird. Diese Auswertung erfolgt in Echtzeit, das heißt während der Durchführung des Einschubvorgangs.
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Die weitere Auswertung der so unter den Indizes abgespeicherten Bilder erfolgt nicht in Echtzeit sondern zeitentspannt, das heißt in einem größeren Zeitrahmen, nach Beendigung des Einschubvorgangs. Dabei wird zur Erfassung und Dekodierung des Barcodes 6 der dem den Index des Bildes definierenden Positionscode 16 zugeordnet ist, nur in dem Bereich exakt oberhalb des Positionscodes 16 gesucht. Damit wird die definierte räumliche Zuordnung des Barcodes 6 des Probenröhrchens 13 zu dem jeweiligen Positionscode 16 ausgenutzt, so dass eine fehlersichere, eindeutige Zuordnung des Barcodes 6 zu dem Positionscode 16 gegeben ist.
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Um weitere Informationen über das Probenröhrchen 13 zu gewinnen, kann zudem der gesamte Bildinhalt eines mit dem optischen Sensor 1 erfassten und unter einem Index abgespeicherten Bildes ausgewertet werden. Beispielsweise kann die Höhe oder der Durchmesser des Probenröhrchens 13 bestimmt werden. Zusätzlich oder alternativ kann geprüft werden, ob das Probenröhrchen 13 mit einem Verschlussstopfen 15 verschlossen ist.
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Die 4 und 5 zeigen ein zweites Ausführungsbeispiel eines Probenträgers 12. In diesem Fall bilden die Positionscodes 16 einzelne, voneinander getrennte Barcodes. Dabei ist zur Kennzeichnung einer Aufnahme 14 der jeweilige Positionscode 16 seitlich neben der Aufnahme 14 am Probenträger 12 fixiert. Im vorliegenden Fall ist der Positionscode 16 für eine Aufnahme 14 links neben dieser Aufnahme 14 angebracht. Auch bei dieser Ausführungsform existiert immer eine exakte, vorgegebene räumliche Zuordnung des Positionscodes 16 zu dem Barcode 6 des Probenröhrchens 13, das in die Aufnahme 14, die zu dem Positionscode 16 gehört, eingeführt ist. Dies zeigt insbesondere 5.
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Die Codeerfassung erfolgt analog zur Ausführungsform gemäß 3. Demzufolge erfolgt wiederum während des Einschubvorgangs eine von Erfassung Bildern innerhalb des Erfassungsbereichs E durch den optischen Sensor 1 mit einer vorgegebenen Bildrate. Dabei erfolgt während des Einschubvorgangs in Echtzeit eine Auswertung von Teilinformationen der Bilder derart, dass überprüft wird, ob ein Positionscode 16 in den in 5 dargestellten Sollbereich P innerhalb des Erfassungsbereichs E, das heißt des mit der Flächenkamera 7 generierten Bildes, vorhanden ist. Nur wenn dies der Fall ist, wird das Bild unter dem vom Positionscode 16 gebildeten Index abgespeichert.
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Nach Beenden des Einschubvorgangs erfolgt dann in der Rechnereinheit die weitere Bildauswertung der unter den Indizes abgespeicherten Bilder, um den dem Positionscode 16 zugeordneten Barcode 6 zu detektieren. Weiterhin können wiederum zusätzliche Merkmale des Probenröhrchens 13 bestimmt werden, wie dessen Höhe oder Durchmesser und ob das Probenröhrchen 13 mit dem Verschlusstopfen verschlossen ist.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Optischer Sensor
- 2
- Gehäuse
- 3
- Beleuchtungseinheit
- 4
- Lichtstrahlen
- 5
- Austrittsfenster
- 6
- Barcode
- 7
- Flächenkamera
- 7a
- Pixel
- 8
- Optikelement
- 9
- Auswerteeinheit
- 10
- Tiefenschärfebereich
- 11
- Analyseautomat
- 12
- Probenträger
- 13
- Probenröhrchen
- 14
- Aufnahme
- 15
- Verschlussstopfen
- 16
- Positionscode
- 17
- Band
- E
- Erfassungsbereich
- P
- Sollbereich
