DE69316365T2

DE69316365T2 - Vorrichtung zur lichtmessung

Info

Publication number: DE69316365T2
Application number: DE69316365T
Authority: DE
Inventors: Stig Morten N-1342 Jar Borch; Thorstein N-1300 Sandvika Seim
Original assignee: Nycomed Pharma AS
Current assignee: Axis Shield PoC AS
Priority date: 1992-06-29
Filing date: 1993-06-29
Publication date: 1998-07-23
Anticipated expiration: 2013-06-30
Also published as: AU668195B2; RU94046348A; HUT69816A; NZ253739A; KR950702306A; NO944996L; JP2894364B2; DE69316365D1; EP0649524B1; GB9213733D0; CA2138040C; HU9403752D0; NO319225B1; AU4506493A; HU217741B; GR3026474T3; ES2111164T3; EP0649524A1; WO1994000749A1; ATE162305T1

Description

Diese Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Lichtmessung, insbesondere, obwohl nicht ausschließlich, auf eine Vorrichtung zur Farb- und/oder lntensitätsmessung zur Verwendung in Verbindung mit einer biomedizinischen, diagnostischen Testkarte.
In den vergangenen Jahren sind Testkarten entwickelt worden, z.B. Fest-Phasen-lmmunitäts-Testkarten, für biomedizinische, diagnostische Zwecke. Solche Testkarten werden normalerweise mit einer oder mehr Teststellen versehen, normalerweise nur ein paar Millimeter (z.B. etwa 5 Millimeter) breit, auf die eine flüssige Probe (z.B. Blut oder Serum) aufgebracht wird. Die Teststellen werden so aufgebaut, um eine Farbe in Abhängigkeit des Vorhandenseins und der Konzentration einer bestimmen Komponenten (z.B. ein bestimmtes Protein) in der flüssigen Probe zu ändern.
Diese Farbänderung kann, zumindest in einem bestimmten Umfang, mit dem Auge erfaßt und gemessen werden, durch zum Beispiel Vergleich einer behandelten Teststelle mit einer Referenzfarbkarte. Solche visuellen Techniken sind allerdings deutlich unzufriedenstellend, wenn es erwünscht ist, eine akkurate, zuverlässige Messung zu produzieren. Um zuverlässige, hoch akkurate Messungen zu erhalten, wird nach einem instrumentalen System gesucht.
Eine Messung einer Farbe, von Farbspektren und einer Farbintensität einer opaken Oberfläche wird durch Analysieren des Lichts, das von der Oberfläche reflektiert ist, wenn sie einem definierten Licht ausgesetzt wird, durchgeführt. Es ist wesentlich, daß der Oberflächenbereich, der gemessen werden soll, und das Erfassungssystem nicht externem Licht während den Messungen ausgesetzt wird, und eine Lichtabschirmung des Mechanismus wird deshalb vorgesehen. Dies ist besonders kritisch, wenn schwache Lichtquellen, wie beispielsweise Licht emittierende Dioden (LEDs), im Gegensatz zu starken Quellen, wie beispielsweise Xenon-Bogenlampen oder dergleichen, verwendet werden. Es ist auch wichtig, daß der Lichtemitter und der Lichtdetektor definierte Positionen relativ zu der Oberfläche, die gemessen werden soll, besitzen.
Konventionelle Instrumente zum Analysieren von Oberflächenfarben tendieren dazu, groß und schwer zu sein, wodurch sie demzufolge nicht einfach transportabel sind, oder kleiner, allerdings unfiexibel bei der Benutzung, zu sein. Versuche, vielseitigere, kleine, transportable Systeme zu entwickeln, sind unternommen worden, allerdings erfüllt bis heute kein bekanntes System alle Erfordernisse, um die Probleme nach dem Stand der Technik zu überwinden.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Gerät zur Lichtmessung geschaffen, das ein langgestrecktes Teil aufweist, wobei das langgestreckte Teil an einem Ende davon eine Licht emittierende Einrichtung und eine Licht erfassende Einrichtung besitzt, wobei mindestens das Ende des langgestreckten Teils mit der Licht emittierenden Einrichtung versehen ist und die Licht erfassende Einrichtung durch eine elastisch vorgespannte Hülle umgeben wird, um dadurch, bei der Verwendung, wenn das langgestreckte Teil auf eine Oberfläche aufgebracht wird, um eine Lesung aufzunehmen, die Hülle eine lichtdichte Umhüllung definiert.
Vorzugsweise weisen die Licht emittierende und die Licht erfassende Einrichtung elektronische Komponenten, wie beispielsweise Photodioden, Phototransistoren oder dergleichen, auf, wodurch die Dimension an den Enden des Teils (d.h. "die Spitze") klein sein kann, so daß die Vorrichtung auf einem kleinen Oberflächenbereich aufgebracht werden kann. Die Vorsehung einer Hülle, um eine lichtdichte Umhüllung zu definieren, ermtglicht, daß eine Lichtquelle mit niedriger Intensität als die Licht emittierende Einrichtung verwendbar ist, z.B. eine Licht emittierende Diode (LED).
Die Licht emittierende Einrichtung kann Einrichtungen zum Emittieren von Licht mit einem breiten Spektrum oder Licht begrenzter Wellen längenbereiche aufweisen. Die Verwendung von zwei oder mehr Schmalband-Emittern wird ermöglichen, daß einfache, spektrale Analysen durchführbar sind. Eine solche Möglichkeit ist besonders dann vorteilhaft, wenn es erwünscht ist, (ein) Konzentrationsverhältnis(se) von zwei oder mehr Komponenten auf der Teststelle, die Licht unterschiedlicher Wellenlängen-Bänder/Bereiche absorbiert, zu messen. In dieser letzteren Anordnung können zwei oder mehr separate Lichtquellen vorgesehen werden, z.B. zwei oder mehr LEDs, oder alternativ können umschaltbare Filtereinrichtungen bei einer Einzellichtquelle vorgesehen werden. Da Absorptionsspektren von gefärbten Oberflächen immer von einer Breitband-Art sind, kann das Signal-Rausch-(SIN)-Verhältnis während Messungen durch Verwendung von Lichtemittern mit einem breiten Band, die mit dem Absorptionsbereich übereinstimmen, verbessert werden.
Die Hülle ist vorzugsweise so angepaßt, um zwischen der Position, in der sie eine lichtdichte Umhüllung definiert, und einer Position, in der das Ende des langgestreckten Teils freigelegt ist, gleitbar ist. Dies erleichtert eine anfängliche Anwendung der Vorrichtung auf einen kleinen Flächenbereich, wonach die Hülle bewegt werden kann, um die lichtdichte Umhüllung zu definieren. Vorzugsweise kann tatsächlich die Hülle, z.B. durch elastische Einrichtungen, wie beispielsweise eine Feder, in eine Position so vorgespannt werden, um das Ende des langgestreckten Teils freizulegen. Das Ende der Hülle angrenzend an das Ende des langgestreckten Teils kann mit einem dichtenden Ring versehen sein, um weiterhin eine lichtdichte Abdichtung sicherzustellen.
Die Betriebsweise des Geräts, um eine Messung zu bewirken, kann einfach der Arbeitsweise des Bedieners überlassen werden. Vorzugsweise ist allerdings die Spitze des langgestreckten Teils mit einem Lichtsensor (z.B. ein Phototransistor oder dergleichen), um innerhalb der lichtdichten Umhüllung angeordnet zu sein, versehen. Der Lichtsensor kann so angeordnet sein, um zu erfassen, wenn es ausreichend dunkel innerhalb der Umhüllung für eine zuverlässige, akkurate Lesung, die vorgenommen werden soll, ist, und über einen Steuerschaltkreis kann dann bewirkt werden, daß eine Messung vorgenommen wird.
Zusätzlich zu einem Definieren einer lichtdichten Umhüllung besitzt die Vorsehung eines Hüllen-Teils auch den Vorteil einer Hilfe, um sicherzustellen, daß die Vorrichtung in der korrekten Orientierung betrieben wird, d.h. senkrecht zu der Oberfläche, die gemessen werden soll.
Es ist auch besonders bevorzugt, daß die Licht emittierende Einrichtung und die Licht erfassende Einrichtung asymmetrisch in Bezug aufeinander angeordnet sind, um irgendwelche Probleme mit Licht, das direkt von einer glänzenden Oberfläche weg reflektiert wird, zu vermeiden. Allerdings schafft, von einem anderen Aspekt gesehen, die Erfindung eine Vorrichtung zur Lichtmessung, die ein langgestrecktes Teil aufweist, das an einem Ende davon eine Licht emittierende Einrichtung und eine Licht erfassende Einrichtung besitzt, wobei die Licht emittierende Einrichtung und die Licht erfassende Einrichtung asymmetrisch in Bezug auf die zentrale Achse des langgestreckten Teils angeordnet sind.
Eine Ausführunsform der Erfindung wird nun anhand eines Beispiels unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben werden, in denen:
Figur 1 zeigt eine geschnittene Seitenansicht einer Vorrichtung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
Figur 2 zeigt einen Querschnitt durch die Vorrichtung in dem Bereich der Spitze davon
Figur 3 zeigt eine Ansicht entlang der Linie III-III; und
Figur 4 zeigt eine Ansicht entlang der Linie IV-IV.
Wie zunächst die Figur 1 zeigt, ist dort ein langgestrecktes, stiftähnliches Teil 1 dargestellt, das ein zylindrisches Gehäuse 2 aufweist. Ein Ende des Gehäuses 2 ist mit einer Öffnung zum Aufnehmen eines Kabels 3 versehen, mittels dem die Licht emittierenden, Licht erfassenden und Licht fühlenden Elemente (die nachfolgend beschrieben werden) betriebsmäßig mit einer entfernten Steuereinheit, wie beispielsweise einem Mikro-Prozessor (nicht dargestellt), verbunden werden können. Die Vorrichtung kann einen Lichtintensitäts-Meßschaltkreis des Typs umfassen, der in unserer parallel anhängigen Anmeldung mit gleichem Datum mit dem Titel "Lichtmessung" offenbart ist, wobei die Inhalte davon hier unter Bezugnahme darauf eingeschlossen werden.
Das andere Ende des zylindrischen Gehäuses 2 ist durch ein Basisteil und ein konisches Spitzenteil 4 verschlossen. Das konische Spitzenteil 4 ist mit einer hohlen, zentralen Kammer 5 ausgebildet, innerhalb der eine Licht emittierende Einrichtung in der Form einer Licht emittierenden Diode (LED) 6 und eine Licht erfassende Einrichtung in der Form einer Photodiode 7 angeordnet sind. Die Kammer 5 öffnet sich zu dem Äußeren des Spitzenteils 4 an dem Scheitelpunkt davon, der eine Meßstelle definiert, die auf der zentralen Längsachse des Gehäuses 2 positioniert ist. Eine Anordnung der LED 6 und der Photodiode 7 vertieft innerhalb des konischen Spitzenteils 4 hilft sowohl dabei, sie vor einer versehentlichen Beschädigung zu schützen, als auch sie teilweise gegen Streulicht abzuschirmen.
Die untere Hälfte des Gehäuses 2 umgebend ist eine zylindrische Hülle 8 aus einem Licht undurchlässigen Material vorhanden, wobei um das untere Ende davon ein ringförmiger Dichtring 9 vorgesehen ist, der zum Beispiel aus einem elastischen, elastomeren Material gebildet ist. Eine Feder 10 ist zwischen einer ringförmigen Schulter 11, die an einem unteren Ende des Gehäuses 2 gebildet ist, und einem nach innen gerichteten, ringförmigen Rand 12, der an dem oberen Ende der Hülle 8 gebildet ist, angeordnet. Die Feder 10 spannt normalerweise die Hölle 8 nach oben aus der Position der Figur 1 heraus vor, um das konische Spitzenteil 4 freizulegen. Bei der Verwendung wird das Spitzenteil 4 auf die Oberfläche, die gemessen werden soll, aufgebracht, und darauffolgend wird die Hülle 8 nach unten gegen die Federvorspannung bewegt, bis der Dichtring 9 die Oberfläche um den Bereich, der gemessen werden soll, berührt. Dort wird demzufolge eine lichtdichte Umhüllung definiert, innerhalb der die Oberfläche, die gemessen werden soll, und die Licht emittierende und die Licht erfassende Einrichtung aufgenommen sind.
Eine Bohrung 13 ist in dem konischen Teil 4 gebildet, und die Basis des Gehäuses 2 an dem Ende von dem Äußeren entfernt ist mit einem Phototransistor 14 versehen. Der Phototransistor 14 ist dazu geeignet, zu fühlen, wenn Licht innerhalb der lichtdichten Umhüllung unterhalb eines minimalen Niveaus für eine akkurate Messung, die vorgenommen werden soll, liegt. Der Phototransistor 14 schickt dann ein Signal zu der Steuereinrichtung, um zu bewirken, daß die LED 6 arbeitet, um eine Messung vorzunehmen.
Wie anhand der Figuren 2, 3 und 4 gesehen werden kann, sind die LED 6 und die Photodiode 7 asymmetrisch in Bezug zueinander und die zentrale Längsachse des Gehäuses positioniert, wodurch, wenn die Vorrichtung auf eine glänzende Oberfläche aufgebracht wird, direkt reflektiertes Licht von der LED 6 nicht durch die Photodiode 7 empfangen werden kann.
Obwohl die Erfindung unter besonderer Bezugnahme auf eine Farbmessung beschrieben worden ist, wird ersichtlich werden, daß der Bereich der Anwendungen breiter ist, und zum Beispiel könnte, mit einer geeigneten Programmierung der Steuereinrichtung, die Erfindung auf eine Balkencode-Leseeinrichtung angewandt werden, um zum Beispiel das Gerät mit neuen Testdaten zu aktualisieren.
Es sollte verständlich werden, daß, obwohl in dieser Beschreibung auf den Ausdruck "Licht" Bezug genommen ist, dies nicht dazu vorgesehen ist, daß die Erfindung auf sichtbares Licht eingeschränkt wird, sondern im Gegensatz dazu kann sich die Erfindung auch auf nicht sichtbare Teile des elektromagnetischen Spektrums beziehen.
Zusätzlich zu Fest-Phasen-lmmunitäts-Testkarten kann die Vorrichtung natürlich auch dazu verwendet werden, eine relative Farbintensität in anderen analytischen Verfahren zu verwenden, die ein Farbansprechverhalten zeigen, z.B. Punktlfleck-lmmunitäten und elektrophoretische Fließ- bzw. Fließpapier-Systeme.

Claims

1. Vorrichtung zur Lichtmessung, die ein langgestrecktes Teil (1) aufweist, wobei das langgestreckte Teil an einem Ende davon eine Licht emittierende Einrichtung (6) und eine Licht erfassende Einrichtung (7) besitzt, wobei mindestens das Ende des langgestreckten Teils mit der Licht emittierenden Einrichtung (6) versehen ist und die Licht erfassende Einrichtung (7) durch eine elastisch vorgespannte Hülle (8) umgeben wird, um dadurch, bei der Verwendung, wenn das langgestreckte Teil auf eine Oberfläche aufgebracht wird, um eine Lesung aufzunehmen, die Hülle (8) eine lichtdichte Umhüllung definiert.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Licht erfassende Einrichtung eine Photodiode ist.

3. Gerät nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, wobei die Licht emittierende Einrichtung eine Licht emittierende Diode ist.

4. Gerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zwei oder mehr Licht emittierende Einrichtungen vorgesehen sind, um Licht bei unterschiedlichen Wellenlängen zu emittieren, oder zwei oder mehr umschaltbare Filter mit einer einzelnen, Licht emittierenden Einrichtung vorgesehen sind.

5. Gerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die elastisch vorgespannte Hülle so angepaßt ist, um zwischen der Position, in der sie eine lichtdichte Umhüllung definiert, und einer Position, in der das Ende des langgestreckten Teils freigelegt ist, gleitbar zu sein.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, wobei das Ende der Hülle angrenzend an das Ende des langgestreckten Teils mit einem Dichtring versehen ist.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei das langgestreckte Teil in einer senkrechten Orientierung relativ zu der Oberfläche liegt, wenn die Hülle eine lichtdichte Umhüllung definiert.

8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Spitze des langgestreckten Teils mit einem Lichtsensor innerhalb der lichtdichten Umhüllung und mit einer Steuereinrichtung versehen ist, wodurch eine Lichtmessung nur durch die Licht erfassende Einrichtung, wenn sie ausreichend dunkel innerhalb der lichtdichten Umhüllung ist, für eine zuverlässige, akkurate Lesung vorgenommen wird.

9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Licht emittierende Einrichtung und die Licht erfassende Einrichtung asymmetrisch in Bezug auf die zentrale Achse des langgestreckten Teils angeordnet sind.

10. Verfahren zum Erfassen der Farbe einer Teststelle in einem analytischen Verfahren, das Anlaß zu einem gefärbten Ansprechverhalten gibt, wie beispielsweise eine Fest-Phasen-Immunologie, das ein Verwenden des Geräts, wie es im Anspruch 1 beansprucht ist, aufweist, um eine Intensität einer Farbe, die an der Teststelle enwickelt ist, zu messen.

11. Verfahren nach Anspruch 10, wobei die Teststelle ungefähr 5 Millimeter breit ist.