EA020255B1 - Оптическое измерительное устройство и способ проведения отражательных измерений - Google Patents

Оптическое измерительное устройство и способ проведения отражательных измерений Download PDF

Info

Publication number
EA020255B1
EA020255B1 EA201100067A EA201100067A EA020255B1 EA 020255 B1 EA020255 B1 EA 020255B1 EA 201100067 A EA201100067 A EA 201100067A EA 201100067 A EA201100067 A EA 201100067A EA 020255 B1 EA020255 B1 EA 020255B1
Authority
EA
Eurasian Patent Office
Prior art keywords
light
light source
measuring
channel
sensor
Prior art date
Application number
EA201100067A
Other languages
English (en)
Other versions
EA201100067A1 (ru
Inventor
Карой Кунштар
Original Assignee
77 Электроника Мусерипари Кфт.
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from HU0800386A external-priority patent/HU0800386D0/hu
Priority claimed from HU0900350A external-priority patent/HUP0900350A2/hu
Application filed by 77 Электроника Мусерипари Кфт. filed Critical 77 Электроника Мусерипари Кфт.
Publication of EA201100067A1 publication Critical patent/EA201100067A1/ru
Publication of EA020255B1 publication Critical patent/EA020255B1/ru

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/47—Scattering, i.e. diffuse reflection
    • G01N21/4738—Diffuse reflection, e.g. also for testing fluids, fibrous materials
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/25—Colour; Spectral properties, i.e. comparison of effect of material on the light at two or more different wavelengths or wavelength bands
    • G01N21/27—Colour; Spectral properties, i.e. comparison of effect of material on the light at two or more different wavelengths or wavelength bands using photo-electric detection ; circuits for computing concentration
    • G01N21/274—Calibration, base line adjustment, drift correction
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/84—Systems specially adapted for particular applications
    • G01N21/8483—Investigating reagent band
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/47—Scattering, i.e. diffuse reflection
    • G01N2021/4704—Angular selective
    • G01N2021/4709—Backscatter
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/47—Scattering, i.e. diffuse reflection
    • G01N2021/4735—Solid samples, e.g. paper, glass
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/47—Scattering, i.e. diffuse reflection
    • G01N21/4738—Diffuse reflection, e.g. also for testing fluids, fibrous materials
    • G01N2021/4776—Miscellaneous in diffuse reflection devices
    • G01N2021/478—Application in testing analytical test strips
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/84—Systems specially adapted for particular applications
    • G01N21/86—Investigating moving sheets
    • G01N2021/8645—Investigating moving sheets using multidetectors, detector array
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2201/00—Features of devices classified in G01N21/00
    • G01N2201/06—Illumination; Optics
    • G01N2201/062—LED's
    • G01N2201/0627—Use of several LED's for spectral resolution
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2201/00—Features of devices classified in G01N21/00
    • G01N2201/12—Circuits of general importance; Signal processing
    • G01N2201/127—Calibration; base line adjustment; drift compensation
    • G01N2201/12723—Self check capacity; automatic, periodic step of checking
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2201/00—Features of devices classified in G01N21/00
    • G01N2201/12—Circuits of general importance; Signal processing
    • G01N2201/127—Calibration; base line adjustment; drift compensation
    • G01N2201/12792—Compensating own radiation in apparatus

Abstract

Изобретение относится к оптическому измерительному устройству (10) для проведения отражательных измерений, устройство содержит источник (11) света, пригодный для освещения исследуемой поверхности, измерительный датчик (12а, 12b) для обнаружения света, отраженного исследуемой поверхностью, а также светоблокирующий оптический элемент (13), отделяющий измерительный датчик (12а, 12b) от прямого света источника (11) света и имеющий внутренний объем. Светоблокирующий оптический элемент содержит световой канал (14) с прямой осевой линией, проходящий от источника (11) света к исследуемой поверхности. Внутренний объем светоблокирующего оптического элемента (13) содержит затененную зону (19), отстоящую от осевой линии светового канала (14) дальше, чем стенки светового канала (14), и в которой установлен контрольный датчик (15). На упомянутый контрольный датчик (15) попадает часть светового излучения непосредственно от источника (11) света, он предназначен для компенсации изменения светового излучения источника (11) света. Источник (11) света содержит по меньшей мере один вмонтированный в плату светодиодный кристалл (21), а затененная зона (19) расположена в указанном внутреннем объеме на стороне источника (11) света, причем контрольный датчик (15) установлен рядом с источником (11) света для контроля бокового светового излучения источника (11) света. Изобретение также относится к способу проведения отражательных измерений с использованием оптического измерительного устройства (10).

Description

Изобретение относится к оптическому измерительному устройству и соответствующему способу проведения отражательных измерений.
Уровень техники
Известно широкое использование спектрофотометров и других аналогичных оптических устройств для измерения оптических свойств различных объектов и исследуемых поверхностей. Подобные устройства освещают исследуемую поверхность или объекты, а затем измеряют свет, отраженный или прошедший через исследуемую поверхность. Настоящее изобретение относится к оптическому измерительному устройству отражающего типа, а также к соответствующему способу, поэтому методы, связанные с пропусканием света, далее рассматриваться не будут.
Наиболее важными параметрами света, отражаемого во время отражательных измерений, упоминаемых выше, являются длина волны и интенсивность. Если данные параметры известны, то цвет исследуемой поверхности может быть определен инструментально. Определение цвета может быть важно в ряде областей техники, например в медицинской диагностике. Это связано с тем, что в диагностических процедурах часто используются тест-полоски, меняющие свой цвет при взаимодействии с различными веществами и материалами. Подобные тест-полоски широко используются для определения характеристик биологических жидкостей, например крови или мочи.
Одними из главных требований, предъявляемых к установкам для отражательных измерений, являются относительная простота в изготовлении и обслуживании, а также обеспечение достаточно высокой точности показаний в любых условиях. Г лавным элементом подобных измерительных устройств является оптическое измерительное устройство, содержащее источник света для освещения исследуемой поверхности, измерительный датчик для обнаружения количества света, отраженного исследуемой поверхностью, а также дополнительные оптические компоненты, необходимые для выполнения измерения. Подобные измерительные устройства описаны, например, в И8 5611999, И8 7227640 В2, И8 2002/0167668 А1, И8 2006/0192957 А1, а также И8 2007/0188764 А1. В последнем документе описывается оптическое измерительное устройство относительно небольших размеров, которое включает в себя вмонтированные в плату светодиодные кристаллы, обеспечивающие соответствующее освещение, а также содержит светоблокирующий оптический элемент, который окружает световой луч, создаваемый источником света и направляет его через световой канал на замеряемую поверхность, также имеются дополнительные световые каналы, которые направляют отраженный свет на различные измерительные датчики.
Известны также и другие решения из предшествующего уровня техники, например из И8 4676653, ЕР 0182647 А2 и ЕР 0825432 А2.
Одним из недостатков решений из предшествующего уровня техники, в частности описанного выше подхода, является то, что в них не предусмотрена компенсация в случае изменения светоизлучающих параметров источника света. Хотя в решении, описанном в И8 2007/0188764 А1, помимо обычных измерительных датчиков раскрывается дополнительный контрольный датчик, он используется не для наблюдения за светом от источника света, а для наблюдения за светом, идущим от исследуемой поверхности, излучающей световые лучи. Контрольный датчик, используемый в данном известном решении, не видит источника света, а следовательно, не подходит для наблюдения за сигналом источника света. Другим недостатком данного подхода является то, что световые каналы, параметры поверхности которых трудно стабилизировать, расположены вокруг отраженных световых лучей и идут до измерительных и контрольных датчиков. В документе особо подчеркивается, что для обеспечения соответствующей эффективности измерений световые каналы должны иметь поверхность с максимальной светоотражающей способностью. Однако поверхности с высокой отражающей способностью очень чувствительны к загрязнениям и конденсации пара, что, в конечном счете, существенно ухудшает точность и эффективность оптического измерительного устройства. Кроме этого, отражающие поверхности существенно увеличивают помехи при измерении. Дополнительным недостатком является и то, что используемая измерительная головка затрудняет проведение расчетов при использовании данного метода измерений и создает погрешности в некоторых частях системы. Измерительные датчики, измеряющие свет, проходящий по световым каналам, могут регистрировать лишь сигналы, идущие из узкой части поля зрения, а следовательно, использование подобных устройств не позволяет измерить значительную часть света, отраженного от поверхности.
Раскрытие изобретения
Цель изобретения заключается в том, чтобы предложить оптическое измерительное устройство, а также способ проведения отражательных измерений, лишенные недостатков, свойственных решениям из предшествующего уровня техники. Другая цель изобретения заключается в том, чтобы предложить оптическое измерительное устройство и способ, позволяющие обеспечить эффективную и недорогую компенсацию возможного изменения одного или нескольких параметров освещения в течение длительного периода времени. Дополнительной целью изобретения является создание системы измерительных датчиков для компенсации возможного наклона освещаемой поверхности.
В основу изобретения положена следующая идея: если светопроводящий и светоблокирующий оптические элементы в оптическом измерительном устройстве используются для передачи света по свето
- 1 020255 вому каналу от источника света к исследуемой поверхности, тогда изменение светового излучения источника света можно компенсировать за счет использования контрольного датчика, на который попадает по меньшей мере часть света непосредственно от источника света, установленного внутри светоблокирующего оптического элемента, во внутренней зоне, которая находится в стороне от траектории светового канала. В отличие от решений из предшествующего уровня техники, в подходе по настоящему изобретению светоблокирующий оптический элемент лишь формирует световой канал, необходимый для освещения; при помощи подобного светового канала становится возможным сконцентрировать освещаемый свет в световое пятно, покрывающее часть исследуемой поверхности. Измерительные датчики измеряют не только свет, проходящий через узкий световой канал, но видят почти все поле зрения, что крайне важно для точности и стабильности.
Таким образом, изобретением предлагается оптическое измерительное устройство для проведения отражательных измерений, содержащее источник света для освещения исследуемой поверхности, измерительный датчик для обнаружения света, отраженного исследуемой поверхностью, и светоблокирующий оптический элемент, отделяющий измерительный датчик от прямого света источника света и имеющий внутренний объем, светоблокирующий оптический элемент содержит световой канал с прямой осевой линией, проходящий от источника света к исследуемой поверхности, причем внутренний объем светоблокирующего оптического элемента содержит затененную зону, отстоящую от осевой линии светового канала дальше, чем стенки светового канала, причем в затененной зоне установлен контрольный датчик, при этом на контрольный датчик попадает часть света непосредственно от источника света и он предназначен для компенсации изменения светового излучения источника света, при этом источник света содержит по меньшей мере один вмонтированный в плату светодиодный кристалл, а затененная зона расположена в указанном внутреннем объеме на стороне источника света, причем контрольный датчик установлен рядом с источником света для контроля бокового светового излучения источника света.
Изобретение также предлагает способ проведения отражательных измерений с помощью оптического измерительного устройства, включающий этапы, на которых освещают исследуемую поверхность источником света и измеряют измерительным датчиком свет, отраженный исследуемой поверхностью, причем измерительный датчик отделен светоблокирующим оптическим элементом от прямого света, испускаемого из источника света, при этом часть прямого света, испускаемого из источника света, контролируют контрольным датчиком, который установлен таким образом, что на него не попадает другой свет, причем, если контрольный датчик обнаруживает изменение светового излучения от источника света, результат измерений компенсируют с учетом указанного изменения.
Предпочтительные варианты осуществления раскрыты в зависимых пунктах формулы изобретения.
Согласно изобретению термин прямой свет означает, что на контрольный датчик не попадает (почти) свет, идущий от отражающих поверхностей; и по меньшей мере подавляющая часть исследуемого им света поступает непосредственно от источника света. Разумеется, это не исключает того, что, в конце концов, на датчик может также попадать и отраженный свет.
Недостатков, упоминаемых во вводной части и возникающих при использовании отражающих поверхностей, удается избежать за счет непосредственного освещения контрольного датчика. Согласно изобретению термин затененный означает, что контрольный датчик находится в стороне от траектории светового канала, т.е. он, по существу, не воспринимает ни отраженного света, ни окружающего света из других источников, но, разумеется, он подвергается освещению прямым светом от источника освещения.
Затененная зона предпочтительно расположена во внутренней части на стороне источника света, а контрольный датчик находится рядом с источником света, таким образом, чтобы он мог обнаруживать его боковое световое излучение. Это позволяет создать исключительно простое и недорогое измерительное устройство, поскольку компоненты могут быть установлены на монтажной плате. В этом случае светоблокирующий элемент неподвижно закреплен на монтажной плате, световой канал проходит перпендикулярно монтажной плате, а затененная зона выполнена в виде расширения в световом канале, в котором находится источник света и контрольный датчик; в результате он легко устанавливается на монтажной плате.
Предпочтительно на поверхности светового канала имеются неровности, препятствующие отражению, также предпочтительно световой канал выполнен в виде нарезного канала.
В особо предпочтительном варианте осуществления изобретения используются по меньшей мере два измерительных датчика, расположенные таким образом, чтобы они могли обнаруживать свет источника света, отраженный от исследуемой поверхности в разных направлениях. Предпочтительно они расположены по обеим сторонам от источника света, симметрично относительно осевой линии светового канала. Такое расположение позволяет компенсировать возможный наклон исследуемой поверхности. Это связано с тем, что в идеальной ситуации световой канал расположен перпендикулярно к исследуемой поверхности и в этом случае будет достаточно одного измерительного датчика. При использовании двух измерительных датчиков и объединении их сигналов измерение может осуществляться вне зависимости от степени наклона исследуемой поверхности, поскольку измерительные датчики видят исследуемую поверхность под разными углами. В случае использования более двух датчиков может быть компенсирован наклон в любом направлении.
- 2 020255
По другому особо предпочтительному варианту осуществления изобретения по меньшей мере часть внешней поверхности светоблокирующего оптического элемента расположена между измерительным датчиком и световым каналом, в поле зрения измерительного датчика, причем расстояние, на которое каждая точка внешней поверхности удалена от осевой линии светового канала, меньше расстояния между измерительным датчиком и осевой линией светового канала.
Таким образом, светоблокирующий оптический элемент не сходится между измерительными датчиками, существенно не блокирует их поле зрения и, в частности, не создает для них светового канала. Соответственно, это позволяет преодолеть недостатки, свойственные отражающим поверхностям.
Источник света предпочтительно содержит по меньшей мере один вмонтированный в плату светодиодный кристалл, более предпочтительно несколько вмонтированных в плату светодиодных кристаллов, расположенных рядом друг с другом, причем каждый из них предпочтительно излучает свет разного цвета. Положение вмонтированного в плату светодиодного кристалла можно надежно контролировать, в отличие от светодиодов, инкапсулированных в прозрачную оболочку из ПВХ, положение которых может существенно меняться. У вмонтированных в плату светодиодов отсутствует искажающий отражатель или корпус, и излучаемый свет легко можно измерить повторно. Они отлично подходят для перпендикулярного освещения, используемого для измерений, поскольку при очень близком расположении небольших светодиодов рядом друг с другом можно добиться точечного освещения. Кроме этого, такие параметры светодиодов, как температурная зависимость и старение, также хорошо известны и могут быть легко компенсированы.
Разноцветные светодиоды обеспечивают освещение в узком спектре длин волн, и, соответственно, освещение несколькими светодиодами разного цвета позволяет получать информацию по образцу, которую можно считать объективной, в особенности, если отражение образца зависит от длины волн. Это позволяет измерять зависимость от реальной длины волн, тогда как при использовании обычных белых светодиодных/цветных датчиков кривая чувствительности датчика может в значительной степени накладываться (информация не полностью объективна). Кроме этого, длина волн цветных светодиодов имеет меньшее рассеивание.
Измерительное устройство также предпочтительно содержит электронное устройство, которое связано с измерительными датчиками и контрольным датчиком, в таком электронном устройстве имеется микропроцессорное устройство, предпочтительно микропроцессор, который принимает аналоговые сигналы от измерительных датчиков и контрольного датчика и преобразует их в цифровые сигналы.
Согласно способу по настоящему изобретению исследуемая поверхность предпочтительно может быть тест-полоской, у которой измеряется ее цвет. При помощи светодиодных кристаллов тест-полоска попеременно освещается, а интенсивность отраженного света измеряется при помощи измерительных датчиков. Обесцвечивание тест-полосок может происходить непосредственно у краев полоски (или микрополоски), поэтому предпочтительно использовать конструкцию, создающую круглое освещающее световое пятно, причем так, чтобы освещающее световое пятно покрывало 75% поверхности тест-полоски.
Отражение предпочтительно измеряется при попеременном включении и выключении источника света, а интерференция, создаваемая отраженным светом, ликвидируется за счет создания разницы между двумя измерениями.
Краткое описание фигур
Предпочтительные типовые варианты осуществления изобретения далее будут рассмотрены на примере следующих чертежей, где на фиг. 1 показан схематический вид в сечении оптического измерительного устройства по настоящему изобретению;
на фиг. 2 показан укрупненный вид одной из частей, показанных в сечении на фиг. 1;
на фиг. 3 показан вид сверху монтажной платы с установленными основными компонентами, используемой в оптическом измерительном устройстве по настоящему изобретению, без светоблокирующего оптического элемента; и на фиг. 4 показан трехмерный вид монтажной платы по фиг. 3, с установленным светоблокирующим оптическим элементом.
Осуществление изобретения
Оптическое измерительное устройство по настоящему изобретению предпочтительно выполнено в виде сменной измерительной головки для измерительных установок и предпочтительно может использоваться для измерения областей разного цвета размером в несколько квадратных миллиметров. Это могут быть, например, тестовые зоны тест-полосок с сухим реагентом для анализа мочи.
На фиг. 1 показан схематический вид в сечении оптического измерительного устройства 10 для отражательных измерений. Оптическое измерительное устройство 10 содержит источник света 11, предназначенный для освещения исследуемой поверхности, один или более измерительных датчиков 12а, 12Ь, предназначенных для обнаружения света, отраженного от исследуемой поверхности, а также светоблокирующий оптический элемент 13.
Светоизлучающие диоды в источнике 11 света измерительной головки установлены на печатной плате предпочтительно с использованием известного метода посадки. При посадке нижняя часть свето
- 3 020255 излучающих кристаллов приклеивается к печатной плате специальным токопроводящим клеем, а верхний вывод соединяется золотым проводом с соответствующим контактом. Разноцветные светодиоды излучают свет в узком спектре длин волн, и, соответственно, освещение несколькими светодиодами разного цвета позволяет получать информацию по образцу, которую можно считать независимой, в особенности если отражение образца зависит от длины волн.
Светоблокирующий оптический элемент 13 выполнен таким образом, что он отделяет прямой свет источника 11 света от измерительных датчиков 12а, 12Ь посредством внутреннего объема, расположенного вокруг светового луча, формируемого источником 11 света, внутренний объем содержит световой канал 14 с прямой осевой линией, идущий от источника 11 света к исследуемой поверхности. Внутренний объем светоблокирующего оптического элемента 13 также содержит затененную зону 19, проходящую от осевой линии светового канала 14 за пределы светового канала 14, в этой затененной зоне находится контрольный датчик 15, позволяющий компенсировать изменение светового излучения источника 11 света, на контрольный датчик 15 попадает часть прямого света от источника 11 света. Предпочтительно светоблокирующий оптический элемент 13 изготовлен из светонепроницаемого материала, т.е. он не пропускает свет. Изменение светового излучения означает, что один или более параметров светоизлучения (например, интенсивность, длина волны, спектр) изменяются, отклоняются или смещаются кратковременно или долгосрочно. Компенсация результата измерений может осуществляться, например, в соответствии с технологией и расчетными поправками, в целом, используемыми в данной конкретной области.
Контрольный датчик 15 и измерительные датчики 12а, 12Ь предпочтительно являются фотодиодами, недорогими и надежными элементами, которые можно легко заменить. Они измеряют интенсивность (т.е. не цвет) и, следовательно, являются сугубо линейными устройствами.
Контрольный датчик 15 (компенсирующий датчик, повторно измеряющий излучаемый свет) измеряет определенный коэффициент излученного света. Следовательно, измеренные значения могут быть компенсированы сигналом, независимым от отражения, полученного от образца, т.е. от исследуемой поверхности. Таким образом, старение и температурная зависимость источника 11 света могут быть полностью компенсированы, что делает измерительную головку пригодной для проведения абсолютных измерений.
За счет прямого освещения контрольного датчика 15 удается избежать недостатков, упоминаемых во вводной части и возникающих при использовании отражающих поверхностей. Согласно изобретению признак затененный означает, что контрольный датчик находится в стороне от траектории светового канала 14, в ограниченной области внутри светоблокирующего элемента 13, т.е. он практически не воспринимает ни отраженный свет, ни окружающий свет от других источников.
Как показано на фиг. 1 и 2, затененная зона 19 расположена со стороны источника 11 света во внутреннем объеме, а контрольный датчик 15 находится рядом с источником 11 света, таким образом, чтобы он мог обнаруживать его боковое световое излучение. Компенсирующий датчик 15 продается вместе с прозрачной крышкой, показанной на фиг. 2, основное назначение которой заключается в том, что свет, проходящий через прозрачную крышку 16 сбоку, отражается поверхностью крышки, выступающей в качестве пограничной поверхности, и, следовательно, на датчик попадает достаточное количество света.
Предпочтительно на поверхности светового канала 14 имеются неровности, позволяющие избежать недостатков, свойственных отражающим поверхностям, которые были описаны во вступительной части. Предпочтительно неровности созданы за счет изготовления светового канала 14 в виде нарезного канала.
Как показано на фиг. 3 и 4, источник 11 света, измерительные датчики 12а, 12Ь и контрольный датчик 15 предпочтительно установлены на одной монтажной плате 20, а светоблокирующий оптический элемент 13 неподвижно прикреплен к монтажной плате 20 таким образом, что световой канал 14 проходит перпендикулярно к монтажной плате 20. В этом случае затененная зона 19 выполняется как расширение в световом канале 14, содержащее источник 11 света и контрольный датчик 15. Таким образом, светоблокирующий оптический элемент 13 может быть легко изготовлен, например, из пластика методом литья под давлением, а затем просто установлен на монтажной плате. В монтажной плате 20 сделаны микроотверстия 22а, 22Ь для установки и крепления светоблокирующего оптического элемента 13.
При использовании двух измерительных датчиков 12а, 12Ь светоблокирующий оптический элемент 13 предпочтительно имеет профиль, показанный на фиг. 4, а световой канал 14 проходит через центр этого профиля. При использовании нескольких измерительных датчиков каждая пара может быть отделена от другой пары профилем, причем все они направлены в одно место, т.е. к световому каналу 14. Светоблокирующий оптический элемент 13, разумеется, может иметь другую форму, например в виде трубки, расположенной вокруг светового канала 14.
По предпочтительному варианту осуществления оптическое измерительное устройство содержит два измерительных датчика 12а, 12Ь, которые установлены таким образом, что они могут обнаруживать отраженный свет в разных направлениях. На самом деле два измерительных датчика 12а, 12Ь установлены по обеим сторонам источника 11 света, симметрично к осевой линии светового канала 14. Таким образом, становится возможным компенсировать возможный наклон исследуемой поверхности, например, если исследуемая тест-полоска вставлена в измерительную установку неровно. Это связано с тем, что в идеальной ситуации, при каждом измерении, световой канал 14 расположен перпендикулярно к исследуемой поверхности, поэтому в подобном случае вполне достаточно одного измерительного датчика.
- 4 020255
При использовании двух измерительных датчиков 12а, 12Ь в любой соответствующей комбинации, предпочтительно с объединением их сигналов, измерение может осуществляться независимо от степени возможного наклона исследуемой поверхности, поскольку измерительные датчики видят исследуемую поверхность под разными углами. Оптическое измерительное устройство 10 по настоящему изобретению может содержать более двух измерительных датчиков, в этом случае измерения могут проводиться при наклоне поверхности в любом направлении. Поэтому, если положение исследуемой поверхности изменяется после или даже во время каждого измерения, сумма сигналов измерительных датчиков практически не будет зависеть от угла наклона поверхности.
Как показано на фигурах, светоблокирующий оптический элемент 13 сходится между измерительными датчиками 12а, 12Ь, существенно не блокирует их поле зрения и, в частности, не создает для них светового канала. По меньшей мере части светоблокирующего оптического элемента 13, расположенные между каждым из измерительных датчиков 12а, 12Ь и световым каналом 14 и находящиеся в поле зрения измерительных датчиков 12а, 12Ь, имеют такую внешнюю поверхность, расстояние от каждой точки которой до осевой линии светового канала 14 меньше расстояния между конкретным измерительным датчиком 12а, 12Ь и осевой линией светового канала 14.
Решение, предлагаемое изобретением, противоречит общим представлениям, в соответствии с которыми обнаружение отраженного света может осуществляться эффективно и без интерференции только с использованием канала отраженного света. Как отмечается в изобретении, нами было замечено, что за счет неограниченного расширения поля зрения измерительных датчиков можно избежать недостатков, связанных с дополнительным отражением отраженного света, что позволяет проводить измерения более стабильно и точно.
В представленном варианте осуществления в источнике 11 света имеется четыре вмонтированных в плату светодиодных кристалла 21, однако для более простых вариантов использования достаточно будет и одного. Вмонтированные в плату светодиодные кристаллы 21, установленные рядом друг с другом, предпочтительно излучают свет разного цвета. Таким образом, обнаружение цвета может осуществляться путем простого измерения интенсивности разноцветного освещения. Использование вмонтированных в плату светодиодных кристаллов 21 также дает дополнительные преимущества помимо тех, которые упоминались во вступительной части, поскольку за счет своего малого размера они излучают свет практически из одной точки, что упрощает расчеты и обеспечивает гомогенность. В типовом варианте осуществления мы использовали светодиодные кристаллы 21 размером 0,3х0,3 мм, а расстояние между ними составляло 0,2 мм. Расстояние между исследуемой поверхностью и источником 11 света предпочтительно составляет от 8 до 12 мм, поэтому светодиодные кристаллы 21 освещают поверхность практически из одной точки.
Оптическое измерительное устройство 10 по изобретению предпочтительно содержит электронное устройство, сопряженное с измерительными датчиками 12а, 12Ь и контрольным датчиком 15, в подобном электронном устройстве имеется микропроцессорное устройство, предпочтительно микропроцессор, который принимает аналоговые сигналы от измерительных датчиков 12а, 12Ь и контрольного датчика 15 и преобразует их в цифровые сигналы. Поскольку измерительные электронные устройства установлены непосредственно рядом с датчиками, измеренные аналоговые сигналы передаются непосредственно на микропроцессор, где происходит аналого-цифровое преобразование. Соответственно, удается избежать внешнего шума, свойственного сигналам с большой траекторией.
В способе по изобретению для проведения отражательных измерений используется оптическое измерительное устройство 10. При использовании настоящего способа исследуемая поверхность освещается источником 11 света, а свет, отраженный от исследуемой поверхности, обнаруживается измерительными датчиками 12а, 12Ь. Кроме этого, часть прямого света от источника 11 света обнаруживается контрольным датчиком 15, который установлен в светоблокирующем оптическом элементе 13, заслоненном от других видов света. На основании результатов обнаружения контрольным датчиком 15 определяются любые возможные изменения по одному или нескольким светоизлучающим параметрам источника 11 света, а результат измерений компенсируется в зависимости от измеренного изменения.
Во время измерений отраженный свет предпочтительно обнаруживается в разных направлениях по меньшей мере двумя измерительными датчиками 12а, 12Ь, а сигналы по меньшей мере с двух измерительных датчиков 12а, 12Ь объединяются, предпочтительно суммируются.
Исследуемая поверхность предпочтительно является тест-полоской 18, которая устанавливается в соответствующий носитель 17, показанный на фиг. 1. Цвет этой тест-полоски измеряется с использованием источника 11 света, содержащего светодиодные кристаллы 21, излучающие свет разного цвета, таким образом, тест-полоска 18 попеременно освещаются упомянутыми светодиодными кристаллами 21, а при помощи измерительных датчиков 12а, 12Ь производится измерение интенсивности отраженного света.
Освещение осуществляется с использованием нескольких источников света разного цвета, расположенных перпендикулярно исследуемой поверхности. Это связано с тем, что угол освещения мал, т.е. освещение происходит очень близко к перпендикулярному положению, интенсивность (положение и размер) освещения лишь в незначительной мере зависит от расстояния. Кроме этого, при таком освещении шероховатость поверхности образца не вызывает затенений, а большее угловое отклонение от пер
- 5 020255 пендикулярного направления приводит лишь к незначительным погрешностям в интенсивности отраженного рассеянного света.
Вмонтированные в плату светодиодные кристаллы 21 создают полусферический свет, световое излучение которого концентрируется светоблокирующим оптическим элементом 13, создается круглое освещающее световое пятно предпочтительно диаметром около 3 мм, причем освещающее световое пятно покрывает до 75% поверхности тест-полоски 18. Обычный размер тест-полосок, используемых в медицинской диагностике, составляет 5x5 мм. Таким образом, способ позволяет получить небольшую освещенную поверхность и высокочувствительное поле зрения. Это имеет ряд преимуществ: с одной стороны, в случае небольшой освеченной поверхности возможная негомогенность освещения не влияет на точность измерений, а, с другой стороны, возможная негомогенность датчика также не может привести к возникновению ошибок в измерениях, поскольку обнаруживается весь свет, падающий на поверхность измерительного датчика. Кроме этого, до определенного момента зависимость конструкции от расстояния ничтожна. Дополнительное преимущество заключается в том, что края тест-полосок обесцвечиваются иначе, чем внутренний объем полоски. За счет направления светового пятна на внутреннюю часть полоски можно обнаружить соответствующие цвета.
В соответствии с данным способом отражение предпочтительно измеряется при попеременном включении и выключении источника 11 света, а создание разницы между двумя измерениями позволяет компенсировать интерференцию, вызываемую отраженным светом. Поскольку это в определенной мере увеличивает продолжительность измерений, полное экранирование оптической системы не является обязательным требованием и может осуществляться лишь в случае возникновения проблем при замене измерительных головок.
Способ по настоящему изобретению предпочтительно также позволяет подавлять интерференцию. Воздействие внешнего возмущающего света, вызываемого 50 Гц частотой в электрической сети, также экранируется измерительной электроникой за счет выбора интервала дискредитации, кратного периоду (20 мс) возмущающего сигнала.
Оптическое измерительное устройство по изобретению предпочтительно выполнено в виде модульной сменной измерительной головки. Поскольку калибровочные данные хранятся в электронных компонентах измерительной головки, измерительную головку можно заменять как модуль. Измерительная головка позволяет производить измерения и получать измеренные, компенсированные, нормализованные и калибровочные значения. Использование откалиброванных измерительных головок позволяет не производить повторную калибровку всей установки при замене измерительной головки.
Калибровка предпочтительно осуществляется по заданным точкам кривой параметров. Для исключения различий между измерительными головками, с учетом длины волн и интенсивности отраженного света, осуществляется униформизация по определенному числу точек. В точках калибровки измерительные головки практически измеряют идентичные значения, тогда как разброс значений, определяемых при интерполяции между точками, минимален. Количество калибровочных точек определяется с учетом требований по точности, линейности датчиков и времени, необходимого для калибровки.
Таким образом, в представленном выше описании показано, что полученная измерительная установка устраняет факторы, ухудшающие точность измерений, имеет низкую себестоимость при производстве и не требует использования оптических элементов из предшествующего уровня техники (линз, фильтров и отражающих световых каналов). Оптическое измерительное устройство по настоящему изобретению позволяет осуществить способ по настоящему изобретению особо предпочтительным образом.
Разумеется, изобретение не ограничено подробно описанными предпочтительньми вариантами осуществления и допускает дополнительные изменения и варианты, не выходя за объем притязаний, определенный формулой изобретения. Оптическое измерительное устройство может включать в себя не только два, но также один и более измерительных датчиков. Конструкция светоблокирующего оптического элемента также может отличаться от представленной и может содержать одну или более деталей.

Claims (14)

  1. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
    1. Оптическое измерительное устройство (10) для проведения отражательных измерений, содержащее источник (11) света для освещения исследуемой поверхности, измерительный датчик (12а, 12Ь) для обнаружения света, отраженного исследуемой поверхностью, и светоблокирующий оптический элемент (13), отделяющий измерительный датчик (12а, 12Ь) от прямого света источника (11) света и имеющий внутренний объем, светоблокирующий оптический элемент (13) содержит световой канал (14) с прямой осевой линией, проходящий от источника (11) света к исследуемой поверхности, причем внутренний объем светоблокирующего оптического элемента (13) содержит затененную зону (19), отстоящую от осевой линии светового канала (14) дальше, чем стенки светового канала (14), причем в затененной зоне установлен контрольный датчик (15), при этом на контрольный датчик (15) попадает часть света непосредственно от источника (11) света и он предназначен
    - 6 020255 для компенсации изменения светового излучения источника (11) света, отличающееся тем, что источник (11) света содержит по меньшей мере один вмонтированный в плату светодиодный кристалл (21), а затененная зона (19) расположена в указанном внутреннем объеме на стороне источника (11) света, причем контрольный датчик (15) установлен рядом с источником (11) света для контроля бокового светового излучения источника (11) света.
  2. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что содержит по меньшей мере два измерительных датчика (12а, 12Ь), установленных для измерения света источника (11) света, отраженного от исследуемой поверхности в разных направлениях.
  3. 3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что указанные по меньшей мере два измерительных датчика (12а, 12Ь) установлены, по существу, симметрично относительно осевой линии светового канала (14), по обе стороны от источника (11) света.
  4. 4. Устройство по любому из пп.1-3, отличающееся тем, что светоблокирующий оптический элемент (13) имеет внешнюю поверхность, по меньшей мере часть которой расположена между измерительным датчиком (12а, 12Ь) и световым каналом (14) в поле зрения измерительного датчика (12а, 12Ь), причем расстояние, на которое каждая точка внешней поверхности удалена от осевой линии светового канала (14) , меньше расстояния между измерительным датчиком (12а, 12Ь) и осевой линией светового канала (14) .
  5. 5. Устройство по любому из пп.1-4, отличающееся тем, что на стенках светового канала (14) выполнены неровности, предпочтительно световой канал (14) выполнен в виде нарезного канала.
  6. 6. Устройство по любому из пп.1-5, отличающееся тем, что источник (11) света, измерительные датчики (12а, 12Ь) и контрольный датчик (15) установлены на одной монтажной плате (20), светоблокирующий оптический элемент (13) неподвижно закреплен на монтажной плате (20), при этом световой канал (14) проходит перпендикулярно к монтажной плате (20), затененная зона (19) выполнена в виде расширения светового канала (14) и в упомянутом расширении заключены источник (11) света и контрольный датчик (15).
  7. 7. Устройство по п.1, отличающееся тем, что источник (11) света содержит по меньшей мере два вмонтированных в плату светодиодных кристалла (21), установленных рядом друг с другом, причем каждый из них излучает свет предпочтительно разного цвета.
  8. 8. Устройство по любому из пп.2-7, отличающееся тем, что дополнительно содержит электронное устройство, связанное с измерительными датчиками (12а, 12Ь) и с контрольным датчиком (15), при этом упомянутое электронное устройство содержит микропроцессор, предпочтительно микроконтроллер, который принимает аналоговые сигналы от измерительных датчиков (12а, 12Ь) и контрольного датчика (15) и преобразует их в цифровые сигналы.
  9. 9. Способ проведения отражательных измерений с помощью оптического измерительного устройства (10) по п.1, включающий этапы, на которых освещают исследуемую поверхность источником (11) света и измеряют измерительным датчиком (12а, 12Ь) свет, отраженный исследуемой поверхностью, причем измерительный датчик (12а, 12Ь) отделен светоблокирующим оптическим элементом (13) от прямого света, испускаемого из источника (11) света, при этом часть прямого света, испускаемого из источника (11) света, контролируют контрольным датчиком (15), который установлен таким образом, что на него не попадает другой свет, причем, если контрольный датчик (15) обнаруживает изменение светового излучения от источника (11) света, результат измерений компенсируют с учетом указанного изменения.
  10. 10. Способ по п.9, отличающийся тем, что измеряют свет источника (11) света, отраженный от исследуемой поверхности в разных направлениях, с помощью по меньшей мере двух измерительных датчиков (12а, 12Ь) и сигналы указанных по меньшей мере двух измерительных датчиков (12а, 12Ь) объединяют.
  11. 11. Способ по п.10, отличающийся тем, что объединение сигналов по меньшей мере двух измерительных датчиков (12а, 12Ь) включает в себя суммирование сигналов измерительных датчиков (12а, 12Ь).
  12. 12. Способ по любому из пп.9-11, отличающийся тем, что исследуемой поверхностью является тест-полоска (18), причем определяют ее цвет, при этом источник (11) света содержит вмонтированные в плату светодиодные кристаллы (21), излучающие свет разных цветов, тест-полоску (18) попеременно освещают светодиодными кристаллами (21) и измерительные датчики (12а, 12Ь) используют для измерения интенсивности отраженного света.
  13. 13. Способ по п.12, отличающийся тем, что используют компоновку, создающую круглое световое пятно при освещении, причем световое пятно освещения охватывает до 75% поверхности тест-полоски (18).
  14. 14. Способ по любому из пп.9-13, отличающийся тем, что измеряют отражение при включенном и выключенном источнике (11) света для исключения помех, вызываемых паразитным светом.
EA201100067A 2008-06-20 2009-06-17 Оптическое измерительное устройство и способ проведения отражательных измерений EA020255B1 (ru)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
HU0800386A HU0800386D0 (en) 2008-06-20 2008-06-20 Optiocal probe
HU0900350A HUP0900350A2 (en) 2009-06-09 2009-06-09 Optical measuring unit and method for implementation of reflective measuring
PCT/HU2009/000051 WO2009153609A1 (en) 2008-06-20 2009-06-17 Optical measuring unit and method for carrying out a reflective measurement

Publications (2)

Publication Number Publication Date
EA201100067A1 EA201100067A1 (ru) 2011-08-30
EA020255B1 true EA020255B1 (ru) 2014-09-30

Family

ID=89989027

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EA201100067A EA020255B1 (ru) 2008-06-20 2009-06-17 Оптическое измерительное устройство и способ проведения отражательных измерений

Country Status (7)

Country Link
US (1) US20110122411A1 (ru)
EP (1) EP2300804B1 (ru)
CN (1) CN102066909B (ru)
AT (1) ATE544064T1 (ru)
BR (1) BRPI0913283B1 (ru)
EA (1) EA020255B1 (ru)
WO (1) WO2009153609A1 (ru)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11566889B2 (en) * 2018-09-06 2023-01-31 Tesa Sarl Portable measuring device with autocalibration and autoconfiguration

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2014192554A1 (ja) * 2013-05-29 2014-12-04 コニカミノルタ株式会社 照明装置及び反射特性測定装置
CN103344337B (zh) * 2013-06-21 2015-03-18 杭州新叶光电工程技术有限公司 应用led照明光源的棉花色泽仪
CN104374767A (zh) * 2013-08-13 2015-02-25 嘉兴驰网工业自动化科技有限公司 一种便携式智能食品安全检测仪
DE102015100977A1 (de) * 2015-01-23 2016-07-28 Vorwerk & Co. Interholding Gmbh Gerät zur Bearbeitung einer Oberfläche
US10054763B2 (en) * 2015-08-17 2018-08-21 Apple Inc. Optical position sensing with temperature calibration
CN105527252A (zh) * 2016-01-13 2016-04-27 中国工程物理研究院激光聚变研究中心 一种光学元件反射率测量仪

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4092068A (en) * 1976-05-05 1978-05-30 Domtar Inc. Surface sensor
EP0182647A2 (en) * 1984-11-19 1986-05-28 Home Diagnostics, Inc. Reflectometer
US4676653A (en) * 1984-03-02 1987-06-30 Boehringer Mannheim Gmbh Apparatus for determining the diffuse reflectivity of a sample surface of small dimensions
US5118183A (en) * 1989-02-10 1992-06-02 X-Rite, Incorporated Automated strip reader densitometer
EP0825432A2 (en) * 1996-08-23 1998-02-25 Kyoto Daiichi Kagaku Co., Ltd. Light emitting diode and optical apparatus
US7227640B2 (en) * 2004-03-23 2007-06-05 Sunx Limited Photoelectric sensor
US20070188764A1 (en) * 2005-08-15 2007-08-16 Nisper Jon K Optical instrument and components thereof

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5611999A (en) * 1995-09-05 1997-03-18 Bayer Corporation Diffused light reflectance readhead
JP3436093B2 (ja) * 1996-08-01 2003-08-11 株式会社サタケ 葉の成分測定装置
DE10061336A1 (de) * 2000-12-08 2002-06-13 Roche Diagnostics Gmbh System zur Analyse von Probeflüssigkeiten beinhaltend eine Lagekontrolleinheit
JP2006205682A (ja) * 2005-01-31 2006-08-10 Kyocera Mita Corp Ｌｅｄアレイ露光装置及びこれを使用する画像形成装置
EP1694049B1 (de) * 2005-02-16 2009-07-01 X-Rite Europe GmbH Farbmessgerät und zugehöriger Messkopf

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4092068A (en) * 1976-05-05 1978-05-30 Domtar Inc. Surface sensor
US4676653A (en) * 1984-03-02 1987-06-30 Boehringer Mannheim Gmbh Apparatus for determining the diffuse reflectivity of a sample surface of small dimensions
EP0182647A2 (en) * 1984-11-19 1986-05-28 Home Diagnostics, Inc. Reflectometer
US5118183A (en) * 1989-02-10 1992-06-02 X-Rite, Incorporated Automated strip reader densitometer
EP0825432A2 (en) * 1996-08-23 1998-02-25 Kyoto Daiichi Kagaku Co., Ltd. Light emitting diode and optical apparatus
US7227640B2 (en) * 2004-03-23 2007-06-05 Sunx Limited Photoelectric sensor
US20070188764A1 (en) * 2005-08-15 2007-08-16 Nisper Jon K Optical instrument and components thereof

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11566889B2 (en) * 2018-09-06 2023-01-31 Tesa Sarl Portable measuring device with autocalibration and autoconfiguration

Also Published As

Publication number Publication date
US20110122411A1 (en) 2011-05-26
CN102066909B (zh) 2013-07-10
BRPI0913283A2 (pt) 2021-01-26
BRPI0913283B1 (pt) 2022-02-08
EP2300804B1 (en) 2012-02-01
EA201100067A1 (ru) 2011-08-30
WO2009153609A1 (en) 2009-12-23
ATE544064T1 (de) 2012-02-15
EP2300804A1 (en) 2011-03-30
CN102066909A (zh) 2011-05-18

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP3868516B2 (ja) 光度計のマルチ検出器読取りヘッド
EA020255B1 (ru) Оптическое измерительное устройство и способ проведения отражательных измерений
US5611999A (en) Diffused light reflectance readhead
US5518689A (en) Diffused light reflectance readhead
US5877863A (en) Readhead for a photometric diagnostic instrument
JPH09206283A (ja) 光反射測定のための装置
JPH0545904B2 (ru)
JP2005172665A (ja) 光放射パターン測定装置
KR970005587B1 (ko) 분광광도계
JP2019100736A (ja) 分光反射測定器
US20100096551A1 (en) Spectroscopy measurements
CA3099111C (en) Illumination unit with multiple light sources for generating a uniform illumination spot
CN111936049A (zh) 用于光谱检查活组织的测量系统
RU2123177C1 (ru) Устройство для измерения силы света
US10627405B2 (en) Detection device and biological information measuring device
JP4742166B2 (ja) 試料分析装置
GB2424696A (en) Spectrometer fault detection using optical reference source
JP2006091008A (ja) 光学成分計
WO2012157190A1 (ja) 反射特性測定装置用光学系および反射特性測定装置
JP4528522B2 (ja) 光学分析用センサ装置
AU676270B1 (en) Diffused light reflectance readhead
CN116660149A (zh) 传感器
CN115552205A (zh) 用于检测气体和悬浮物的光学检测器
JPH0829340A (ja) センサ

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A Lapse of a eurasian patent due to non-payment of renewal fees within the time limit in the following designated state(s)

Designated state(s): KG MD TM