JP2014517271A - 高発光光量コリメート照明装置および均一な読取フィールドの照明の方法 - Google Patents

Abstract

光学読取機、第一の光源および第二の光源を包含する装置。光学読取機は、第一の表面ポイントと、読取フィールドに沿って第一の表面ポイントから水平にオフセットする第二の表面ポイントとを含む読取フィールドを有する。第一の光源は、第一の表面ポイントから第一の距離に位置付けられる。第一の光源は、第一の制御チャネルに動作可能に接続され、第一の照明出力を有する。第二の光源は、第二の表面ポイントから第二の距離に位置付けられ、第二の照明出力を有する。第一の距離が第二の距離とは異なり、第一の照明出力が第二の照明出力とは異なり、第一の表面ポイントにおける照度が読取フィールドの第二の表面ポイントにおける照度と実質的に等しい。

Description

関連出願の相互参照
本出願は、米国特許仮出願第６１／４８０，４２６号（２０１１年４月２９日出願）の３５Ｕ．Ｓ．Ｃ．§１１９下の恩典を主張するものであり、その全体内容は参照により本明細書に明確に組み入れられる。

発明概念の分野
本明細書に開示する発明概念は、撮像されるターゲットの均一な照明に関し、より具体的には、非限定的に医療診断用の試薬試験パッドの照明および光学的分析に関する。

背景
狭い検査領域内で照らされたターゲットのイメージに生じる差異は、通常、２５％〜３５％以上の変動があることができる。これは主として、コサイン４乗則として公知の、カメラの撮影レンズの口径食特性および読取フィールドにわたる光の低下を引き起こすレンズシェーディングによって引き起こされる。問題はレンズの周辺において最も悪くなり、結果として得られるイメージの端部におけるより暗い領域として現れる。

ここで図１および２を参照すると、物体面１００に対して異なる距離だけ間隔をあけた複数源を光源が有するとき、被写体面１００への照度は、１／ｒ^２に比例して低下する。光の低下は、光学的口径食を引き起こすことができる。より具体的には、光学的口径食は、複数のレンズ１０２要素システムにおける軸外入射光線のため、像平面１０４により近い要素をシェーディングする、像平面１０４からさらに遠いレンズ要素１０２によって引き起こされる。図２では、像平面１０４が物体平面１０６と平行に示され、レンズ要素１０２が開口絞り１０８を有するものとして示され、文字Ｌが輝度を表し、文字Ａがレンズ要素１０２の瞳領域を表す。

口径食および像歪みの問題は、多くの場合、試薬試験紙を光学的に調べて、体液サンプル中の分析物の濃度を測定する、検査室診断の分野において特に厄介である。

試薬試験片は、臨床化学の分野で広く使用されている。試験片は、通例、一つ以上の試験領域を有しており、各試験領域は、液体試料との接触に応じて色変化を起こすことができる。液体試料は、通例、対象となる一つ以上の成分または特性を含有する。試料中の対象となるこれらの成分の存在および濃度は、試験片が起こす色変化の分析によって測定可能である。通例、この分析は、試験領域または試験パッドと、色度標準または色スケールとの間の色の比較を伴う。このように、試薬試験片は、病気および他の健康問題の存在を診断する際に医師を支援する。

肉眼で行う色の比較は不正確な測定を招くことができる。この理由のため、体液サンプルの分析には一般に反射率分光器が使用される。従来の分光光度計は、パッドを照らし、異なる波長の可視光に関連する振幅を各々が有する多数の反射率測定値をパッドから得ることによって、白色の非反応性パッド上に配置された尿サンプルの色を測定する。今日、試験片読取器は、試験片の色変化を検出するために、ＣＣＤ（電荷結合素子）、ＣＩＤ（電荷注入素子）、ＰＭＯＳまたはＣＭＯＳ検出機構を利用する、様々なエリアアレイ検出読取ヘッドを採用する。その後、パッド上の尿の色は、赤色、緑色および青色反射率信号の相対振幅に基づいて測定されることができる。

従来の分光光度計を使用して、多数の異なる試薬パッドが配置された試薬試験片を利用した多数の異なる検尿試験を実施することができる。各試薬パッドには、尿中のある種類の成分、例えば、白血球（白色の血球）または赤血球の存在に応じた色変化を引き起こす異なる試薬が提供されている。対象となる標準的な尿の分析物は、グルコース、血液、ビリルビン、ウロビリノーゲン、亜硝酸塩、タンパク質およびケトン体を包含する。尿に発色試薬を追加した後、前述の対象となる分析物は、以下の色を有する：グルコースは青みがかった緑色；ビリルビン、ウロビリノーゲン、亜硝酸塩およびケトン体は緑色；ならびに血液およびタンパク質は赤色。特定の分析物における発色は、その特定の分析物による光の吸収に対する特徴的な離散スペクトルを画定する。例として、発色したグルコースに対する特徴的な吸収スペクトルは、青色スペクトルの上端と緑色スペクトルの下端との範囲に入る。試薬試験片は、１０個の異なる種類の試薬パッドを有することができる。

例として、免疫試験片または化学試験片上のヒトの尿中の血液の存在を検出するために、反射率分光器を使用して、試薬パッド上に配置された尿サンプル中の血液の存在を検出してきた。尿中に存在するいかなる血液も試薬パッド上の試薬と反応し、血液の濃度に依存して試薬パッドのある程度の色変化を引き起こす。例として、比較的濃い濃度の血液の存在下では、そのような試薬パッドは、黄色から暗緑色に色を変化することができる。

従来の反射率分光器は、試薬パッドを照らし、試薬パッドの色に関連する、試薬パッドから受け取った光の量を従来の反射率検出器を介して検出することによって、血液の濃度を検出する。分光器は、反射率検出器によって生成された反射率信号の振幅に基づき、尿サンプルを多数のカテゴリーのうちの一つ、潜血のないことに対応する第一のカテゴリー、薄い血液濃度に対応する第二のカテゴリー、中間の血液濃度に対応する第三のカテゴリーおよび濃い血液濃度に対応する第四のカテゴリーなどに割り当てる。

一つの種類の先行技術反射率分光器では、試験される試薬パッドの真上に電球が配置された、読取ヘッドの形態の光学システムが使用されており、反射率検出器は、試薬パッドの水平面に対して４５度の角度で配置されている。光は、照明光源から試薬パッドに向かって第一の垂直な光学経路を通過し、試薬パッドから反射率検出器に向かって、第一の光学経路に関して４５度に配置された第二の光学経路を通過する。

他の装置は、試薬パッドを照らすように設計されてきた。例として、Shafferへの米国特許第４，７５５，０５８号には、表面を照らし、表面から放出された光の強度を検出するための装置が開示されている。表面は、表面に対して鋭角に配置された複数の発光ダイオードによって直接照らされる。Dosmannらへの米国特許第５，５１８，６８９号には、一つ以上の発光ダイオードを使用して試薬パッドを照らし、試薬パッドからの光を光センサによって検出する、散光反射率読取ヘッドが開示されている。

多くの反射率計機械は、例として、医師の診療室およびより小さい検査室で利用可能なほど十分に小さくかつ十分に安価であり、それ故、個々の医者、看護師および他の介護士に強力な医療診断ツールを提供することが可能である。例として、本開示の譲受人に譲渡され、その全体が参照により本明細書に組み入れられる米国特許第５，６５４，８０３号には、反射率分光法を使用して尿中の潜血の非溶血レベルを測定するための光学検査機械が開示されている。機械には、尿サンプルがその上に配置される試薬パッドの複数の異なる部分を連続的に照らすための光源および試薬パッドから受け取った光を検出し、試薬パッドの異なる部分の対応する一つから受け取った光に応じた複数の反射率信号を生成するための検出器アレイが提供されている。機械には、反射率信号の一つの振幅が反射率信号のもう一つの振幅と実質的に異なるか否かを測定するための手段も提供されている。体液サンプルが尿である場合、この機能により、機械は、尿サンプル中の潜血の非溶血レベルの存在を検出することが可能になる。

これも本開示の譲受人に譲渡され、その全体が参照により本明細書に組み入れられる米国特許第５，８７７，８６３号には、反射率分光法を使用して液体サンプル、例えば、尿を検査するための光学検査機械が示されている。機械は、単一の発光ダイオードのみによって実質的に均一にターゲット領域を照らし、ターゲット領域からの光を受け取るための読取ヘッドを包含し、試薬試験を実施することができる。読取ヘッドには、ハウジング、ハウジングに対して固定位置に取り付けられた第一および第二の光源、光源の一つのみが照らされるときに光源からの光の実質的に全てを伝えて、ターゲット領域を実質的に均一に照らす、光源の各々からの光を受け取るように取り付けられた導光路、ならびにターゲット領域からの光を受け取るように結合された光検出器が提供されている。第一および第二の光源の各々は、異なる波長の実質的な単色光を放出する単一の発光ダイオードのみからなる。

デジタルＣＭＯＳ撮像装置のデジタル口径食補正を使用して、結果として得られるイメージの外観の改善に役立ててきた。しかし、多くの場合、結果としてダイナミックレンジが失われる。図３は、先行技術の照明システム１１０を示す。見てとれるように、ターゲット１１４に対するスタジアム型照明１１２の位置付けられ方が理由となって、スタジアム型照明１１２は、光の低下および口径食を引き起こす。実際に、試験中、先行技術の照明システム１１０は、カメラチップのデジタル口径食補正をオフにしたとき、提供された均一性は４５％にすぎなかった。

それ故、当技術分野において、デジタル補正を用いることなく光の低下および像の口径食を補正し、ダイナミックレンジを維持することができる、照明システムおよび方法に対する要望がある。システムは、デジタルまたはアナログカメラシステムによって写真に撮られる物体を均等に照らし、コサイン４乗則およびレンズシェーディングとして公知のレンズシステムの光学的および機械的口径食特性によって引き起こされる光の低下を補正するものでなければならない。カメラアルゴリズムにおける口径食補正の必要を排除して、そうすることによって、さもなければデジタル補正が適用されると失われてしまうダイナミックレンジを回復するものでなければならない。用途は、構成要素（マシンビジョン）の検査、プロセス制御、医療サンプルの撮像、試薬の撮像を包含する。具体的には、近距離照明および光学システムに対する要望がある。

概要
簡潔には、本明細書に開示する発明概念に従って、これらのおよび他の目的は、調整可能な発光光量出力を有する少なくとも二つの光源を有する新規の改善された照明システムを提供することによって実現される。照明システムは、少なくとも二つの光源の一つまたは両方の発光光量出力を調整し、傾斜角を原因とする個々の光源のターゲット領域までの距離の相違によって引き起こされる、ターゲット領域上のいかなる非均一な照度も補償するためのプロセッサを包含する。

一つの態様における本明細書に開示する発明概念は、発光光量および撮像されるターゲット上に結果として得られる照度パターンを一意的に形成することによって、光の低下を補償する新規の改善された高発光光量コリメート照明装置（「ＨＦＣＩ」）に関する。ＬＥＤの上側バンクと下側バンクとは別個の制御チャネルに配線されており、これにより、上側出力照明フィールドと下側出力照明フィールドとにおいて異なるルーメンの出力ができ、上側出力光源が下側出力光源よりもターゲットからさらに遠いことを引き起こす、傾斜角に関連する均一性のさらなる改善を達成することができる。

本明細書に開示する発明概念の追加的なフィーチャおよび効果は、添付図面を参照して進められる以下の実施態様の詳細な説明から明らかとなる。

本明細書に開示する発明概念のより完全な認識およびそれに付随する効果の多くは、添付図面と併用すると、以下の詳細な説明を参照することによって容易に理解される。

異なる距離にある複数の光源による表面への照度ならびに傾斜角（１／ｒ＾２）およびターゲットまでの光源の距離に対する光の低下の関係を示す。 コサイン４乗則による口径食に対する光の低下の関係を示す。 先行技術の照明システムを示す。 新規の改善されたＨＦＣＩの実施態様を示す。 新規の改善されたＨＦＣＩの実施態様を示す。 光学的分析システムの一部としての新規の改善されたＨＦＣＩの一つの実施態様を示す。 照度均一性を改善するための、光学的分析システムにおけるＨＦＣＩ利用の一つの実施態様を例示する。 照度均一性を改善するための、光学的分析システムにおけるＨＦＣＩ利用の一つの実施態様を例示する。 試薬カードを均等に照らすためのＨＦＣＩの利用を例示する。 本明細書に開示する発明概念の実施態様によってターゲットを撮像するための方法およびコンピュータコード命令の例を例示する。 本明細書に開示する発明概念の実施態様におけるＲＧＢ均一性チェックのための方法およびコンピュータコード命令の例を例示する。

好ましい実施態様の説明
ここでいくつかの図面を通じて同じ参照数字が同一のまたは対応する部品を指し示す図面を参照して、本明細書に開示する発明概念の好ましい実施態様を、ここで図１〜１０を参照しながら記載する。

ここで図４Ａおよび４Ｂを参照して、本明細書に開示する発明概念の一つの態様によるＨＦＣＩ１１６を示す。ＨＦＣＩ１１６は、互いから離れて取り付けられた少なくとも二つの光源１２０ａおよび１２０ｂを有するベースプレート１１８を包含する。ベースプレート１１８は、好ましくは、プリント基板であり、下記では基板１１８と呼ぶ。好ましい実施態様では、ＨＦＣＩ１１６は、光源１２０ａ〜ｄとして少なくとも四つのＬＥＤ、例えば、Lighting Sciences Group Incから入手可能なLamina Atlas-II NT2-42D1-0529クワッドダイを包含する。光源１２０ａ〜ｄは、ベースプレート１１８の向かい合った隅または側部に取り付けられる。コリメータレンズ１２２ａ〜ｄは、好ましくは、光源１２０ａ〜ｄを覆うように取り付けられる。好ましくは、光源１２０ａ〜ｄには直線偏光子１２４ａ〜ｄが装着され、特に、湿潤ターゲットに対する鏡面反射光の低減を確実にする。追加的な取り付け金具を使用して、全ての構成要素の位置合わせを保持し、所定位置に固定することができる。好ましい実施態様では、光源１２０ａ〜ｄの各々がその電流を独立して調整できるように基板１１８が配置される。以下に大いに詳細に記載するように、通例、プログラムロジックを実行するプロセッサを使用して、光源１２０ａ〜ｄの各々に対する電流を調整する。

ここで図５を参照すると、本明細書に開示する発明概念のＨＦＣＩ１１６は、カメラまたは他の光学読取機１２６と併用して使用して、光学的分析システム１２８を形成することができる。光学読取機１２６は、当技術分野において公知の任意の撮像装置であることができるが、ＣＭＯＳ撮像装置、例えば、Micronによって販売されているものが好ましい。好ましくは、光学読取機１２６には直線偏光子１３０が装着される。撮像装置レンズ１３２の前面に設置された直線偏光子１３０と照明装置１１６とは、互いに対して９０度回転している。光学読取機１２６は、一般的に、撮像ターゲットの上側に位置付けられ、照明装置１１６は、好ましくは、例えば、カメラＰＣＢ回転調整メカニズム１３４を使用することによって、撮像ターゲットに対して４５度の角度に位置付けられる。

ここで図６および７を参照して、医療診断試薬カード１３８を読み取るための光学システム１３６を示す。光学システム１３６は、第一の表面ポイントＳ_Ｔおよび第二の表面ポイントＳ_Ｂを持つターゲット領域Ｓを有する。光学読取機１２６は、ターゲット領域Ｓに照準を合わせる。照明装置１１６は、第一の表面ポイントＳ_Ｔに照準を合わせた少なくとも第一の光源１２０ａ（直径２０mmのＬＥＤなど）を有し、第一の表面ポイントＳ_ＴからＲ_Ｔの距離に配置される。第二の光源１２０ｂは、第二の表面ポイントＳ_Ｂに照準を合わせ、第二の表面ポイントＳ_ＢからＲ_Ｂの距離に配置される。第一の距離Ｒ_Ｔと第二の距離Ｒ_Ｂとが等しくないため、ターゲット領域Ｓ上の第一の表面ポイントＳ_Ｔにおける照度と第二の表面ポイントＳ_Ｂにおける照度とは均一ではない。先に記載したように、これは、一般的に、結果として光学読取機１２６による不良な読み取りをもたらす。本明細書に開示する発明概念によると、第一の光源１２０ａおよび第二の光源１２０ｂの発光光量を設定または調整して、第一の表面ポイントＳ_Ｔにおける照度と第二の表面ポイントＳ_Ｂにおける照度とを実質的に等しくする。これは、第一の光源１２０ａおよび第二の光源１２０ｂの一つまたは両方への電流を調整することによって行うことができる。電流の調整は、予めプログラムすることも、プロセッサによって動的に調整することもできる。図６および７から見てとれるように、示した実施態様では、上述の二つの光源１２０ａ〜ｂに関して記載したのと同様に管理される四つの光源１２０ａ〜ｄを有する。本明細書に開示する発明概念は、二つよりも多い任意の数の光源１２０ａ〜ｎを利用できることが理解される。

示された特定の実施態様では、光学システム１３６は、図８に示す試薬カード１３８を読み取る医療診断装置である。試薬カード１３８は、試薬ボックス１４２内のスタック１４０に格納され、湿気保護ゲート１４４を通り過ぎたとき一度に一つのカード１３８が徐々に前へ進められる。湿気保護ゲート１４４を一旦通り過ぎると、体液サンプル、例えば、尿は、例えば、ピペットブーム１４８によって、試薬カード１３８上の各パッド１４６上に配置される。その後、装置は、撮像のために、光学的分析システム１２８のターゲット領域Ｓへとカード１３８を前へ進める。

当業者は、本明細書に記載するＨＦＣＩ１１６の動作方法を他の照明装置にも適用できることも理解する。より具体的には、ターゲットを照らして、ターゲットのキャプチャーイメージに対する口径食の影響を低減する方法が開示される。これは、ターゲットの第一の表面ポイントＳ_Ｔを照らす第一の光源１２０ａの発光光量を調整することによって成し遂げられる。調整は、ターゲットＳの第二の表面ポイントＳ_Ｂを照らす第二の光源１２０ｂの発光光量に対して行われる。その効果は、第一および第二の表面ポイントＳ_ＴおよびＳ_Ｂにおける照度を均衡させることである。

一般的に、ターゲットＳの表面上の二つの異なるポイントにおける、二つの異なる光源１２０ａおよび１２０ｂからの照度の均衡は、（ａ）第一の光源１２０ａと、第一の光源１２０ａの光軸に沿ったターゲットＳの第一の表面ポイントＳ_Ｔとの間の距離Ｒ_Ｔを測定し；（ｂ）第二の光源１２０ｂと、第二の光源１２０ｂの光軸に沿ったターゲットＳの第二の表面ポイントＳ_Ｂとの間の距離Ｒ_Ｂを測定し；（ｃ）第一の光源１２０ａの発光光量を増大または減少させて、第一の表面ポイントＳ_Ｔにおける照度と第二の表面ポイントＳ_Ｂにおける照度とを実質的に等しくすることにより達成することができる。当業者は、電流と発光光量との間の関係が公知であるか、任意の所与の光源に対し簡単に算出できることを理解する。

実施例１ − ＨＦＣＩ性能
図５〜７に示すシステム設備を利用して、Munsell N9.5の白色参照カード１３８をターゲット領域Ｓに設置し、光学読取機１２６によって撮像し、分析して統計結果を出す。システムは以下の仕様を有していた。
発光光量出力（拡散器および偏光子の前）＝２００Im min／７００mA時におけるＬＥＤ；
色温度＝通常３０５０°K；
７００mA時における順電圧降下＝通常８VDC；および
７００mA時における電力＝各々通常４．９ワット

表１から見てとれるように、ＨＦＣＩ１１６は、利用可能なおよび研究された他の解決法と比較して、光学読取機１２６によって取得された、結果として得られるイメージにおいて有意により優れた均一性を達成する。プロトタイプの性能は、ＬＥＤによって出された白色光のうち赤色および緑色スペクトルの構成要素において１０％の差異、ならびに青色スペクトルの構成要素において１２％の差異を達成し、イメージ後処理の口径食補正の必要を排除して、さもなければ失われてしまうダイナミックレンジを回復させる。これは、光コリメーションおよび読取フィールドパターンの強度の制御を使用して光源１２０ａおよび１２０ｂの出力を形成することによって行われる。

百分率差異は、照明フィールドにわたる強度の差異である（均一性と称する）。

実施例２ − ターゲットの表面ポイントにおける照度を均等化するための電流の調整

図６のようなシステム設備を利用して、以下の値を測定した：
θ_２＝４０°、θ＝５０°、ＨＦＩＬ＝１４０mm、ＨＦＩＷ＝７０mm、ＬＥＤＤｉａ＝２０mm
それゆえに、
ｈ＝ｓｉｎθ_２（ＨＦＩＷ−ＬＥＤＤｉａ）＝４６mm
ｈ_Ｔ＝２００mm、ｈ_Ｂ＝２００mm−ｈ＝１５４mm、ｈ_ｒ＝（２００mm＋１５４mm）／２＝１７７mm

上側読取フィールドＥ_Ｔ＝下側読取フィールドＥ_Ｂであることが示唆される、試薬カードの表面ポイントＳ_Ｔ、ＳおよびＳ_Ｂにおける等しいかつ均等な照度が望まれる。入力電流チャートに対するＬＥＤ発光光量出力の調査によって、上側読取フィールドにおける電流が０．５００Ａに設定されているとき、およそ９０ルーメン（lm）を生み、したがって、上側読取フィールドでは以下の式になる。

ここで、この上側読取フィールドでの照度の値を使用すると以下の式になる。

青色波長は、一般的に、より高い百分率差異を有し、これは、撮影レンズおよびＬＥＤコリメータレンズの色挙動の差に一部起因し；以下のSnellの法則に従い、色の差によって、緑色および赤色波長よりも青色波長の屈曲が引き起こされる。

ガラス（およびプラスチック）における赤色、緑色および青色の屈折に対応する指数は、それぞれ、より低い指数からより高い指数までであり；ｎはより長い波長に対しより小さい。

本明細書に開示する発明概念の効果は多い。読取フィールドにわたってイメージ化されたイメージにおける光レベルの均一性は固有のコリメーションおよび光源からの発光光量出力の形成の結果として有意に改善され：試験データは２５％以上の改善を示す。カメラの撮影レンズの光の低下特性は球状であり：光は読取フィールドにわたって非直線パターンで低下する。本明細書に開示する発明概念は、非直線の発光光量の形成を適用することによって、非直線補正を提供する。イメージにおける光の低下を補正するためのデジタル補正の必要は、排除される。これは、光の低下補正アルゴリズムにおける各画素の演算の排除に起因する、より速いシステム応答を提供する。加えて、色のダイナミックレンジ（色深度）は、デジタルイメージの量子化が起こる前の、読取フィールドにわたる球状の照明出力の増大に起因して、アナログ領域において復元される。これは、具体的には、赤色、緑色および青色の各色の離散量子化色値をアルゴリズムに使用して反応応答を測定する色反射率分光分析法において重要である。

高出力発光光量は、高速ストップモーションストロボ機能を生む、カメラの短い積分露光時間を提供する。短い露光積分時間を維持しつつ、偏光子を使用することができる。そうすることで、鏡面反射光の低減が達成されるが、そこを通過する光を６０％以上減衰させる。

図９を参照して、一つ以上の非一時的メモリ、例えば、ランダムアクセスメモリ、読み出し専用メモリまたは同種のものに保存されている機械可読コードとして書き込むことができる方法１５０の例示的な実施態様を例示する。方法１５０によって、装置は、（カメラチップレジスタ制御調整を手段として）ホワイトバランスのためのＲＧＢゲインレベル、ならびにＬＥＤ上側および下側読取フィールドの強度を調整することによる、最適なＦＯＶターゲットへの光の均一性を獲得することができる。光学機器は、ＦＯＶイメージの左右軸での光およびより大きい１／ｒ＾２ロスに関わる上側と下側の読取フィールドの強度を調整する。

ステップ１５２では、カメラおよび照度強度の設定を、例として、レジストリであることができる非揮発性メモリ１５４に保存することができる。設定は、一つ以上のイメージに対する様々な基準露光パラメータ、例えば、画素積分時間、シャッター幅およびシャッタースピードを含むことができる。基準ゲインは、例として、赤色、緑色１、緑色２および青色に対して設定することができる。基準ＬＥＤランプの駆動電流を、例として、第一および第二の光源１２０ａおよび１２０ｂに対して設定することができる。さらに、例として、基準イメージトリミングの始点および基準イメージ寸法も設定することができる。

次に、ステップ１５６では、イメージおよび照明の校正を開始することができる。ステップ１５８では、光学読取機１２６の焦点を、例として、焦点調整ターゲットを使用して調整することができる。ステップ１６０では、例えば、例として、反射ターゲットを使用して偏光子１２４を調整することができる。ステップ１６２では、カメラ回転を調整することができる。ステップ１６４では、イメージ位置を分析し、トリミングの始点パラメータを調整することができる。

ステップ１６６では、自動露光調整を次の通りに実行することができる：ステップ１６８では、校正ターゲットを使用して照明をストロボしつつ、静止イメージを取得することができる。ステップ１７０では、パッド１３列×試験片８行の固定格子ＲＯＩ１３を使用して、ホワイトバランスイメージを分析し、各ＲＯＩの平均赤色−緑色−青色およびＳＤを測定することができる。判定ステップ１７２では、全ての試みを成し尽くしたかどうかを判定する。全ての試みを成し尽くしていない場合、ステップ１７４では、平均緑色（Ａｖｇ＿Ｇ）が２０３以下または２０７以上であるかどうかを判定する。いずれかの条件を満たしている場合、ステップ１７６では露光幅パラメータを調整し、方法は、ステップ１６８に逆戻りすることができる。全ての試みを成し尽くした場合、方法は、以下に論じるステップ１９０に進む。

両方の条件を満たしていない場合、ステップ１７８では、平均赤色（Ａｖｇ＿Ｒ）または平均青色（Ａｖｇ＿Ｂ）が１９５以下または２１５以上であるか否かを判定する。いずれかの条件を満たしている場合、方法１５０は、グロスホワイトバランスに対して赤色および青色ゲイン値を調整することができる、ステップ１８０に分岐する。方法１５０は、その後、ステップ１６８に逆戻りする。

両方の条件を満たしていない場合、ステップ１８２では、均一性が許容範囲外かどうかを判定する。均一性が許容範囲外である場合、方法１５０は、ＬＥＤ駆動電流を調整する、ステップ１８４に進む。方法１５０は、その後、ステップ１６８に逆戻りする。

均一性が許容範囲内の場合、その後、ステップ１８６では、Ａｖｇ＿ＲもしくはＡｖｇ＿Ｂが２０３以下であるか否か、またはＡｖｇ＿ＲもしくはＡｖｇ＿Ｂが２０７以上であるか否かを判定する。いずれかの条件を満たしている場合、ステップ１８８では、ファインホワイトバランスに対して赤色および青色ゲイン値を調整することができる。方法は、その後、ステップ１６８に逆戻りする。両方の条件を満たしていない場合、イメージは合格し、方法はステップ１９０に進む。

ステップ１９０では、全てのホワイトバランス対策が合格しているか否かを判定する。合格していない場合、その後、方法は、露光調整を再試行するか、欠陥診断ツリーに従うことができる、均一性失敗ステップ１９２に分岐する。

全てのホワイトバランス対策が合格している場合、方法は、ダークオフセットを測定および検証することができる、ステップ１９４に継続する。

ステップ１９６では、第一の試薬試験片の左上および右上を設定することができる。方法は、その後、成功ステップ１９８において終了する。

当業者に理解されるように、方法１５０は、以下の均一性ルールを包含することができる：色平均（グロス）を２０５＋／−１０に設定できる；色平均（ファイン）を２０５＋／−２に設定できる；列均一性をＲ、Ｇ＜１５％、Ｂ＜２５％に設定できる；全体均一性をＲ、Ｇ＜２０％、Ｂ＜３０％に設定できる；最適な全体均一性を、例として、Ｒ、Ｇ、Ｂ１５％、Ｒ−Ｇ（差）＜５％およびＢ−Ｇ（差）＜８％に設定できる。

さらに、ステップ１７８および１８６は、例として、セッティング間の「ピンポン」を検出するロジックを包含することができる。以前のゲイン調整をマイナスすることによってゲインを変化させる場合、代わりに、例として、緑色チャネルの差に基づく露光幅を１カウント分変化させる。

ここで図１０を参照し、本明細書に開示する発明概念の実施態様によるＲＧＢ均一性チェックのための方法および機械可読命令２００の例を示す。

ステップ２０２では、例として、全体赤色均一性（Ｏｖｅｒａｌｌ＿Ｒ＿Ｕｎｉｆｏｒｍｉｔｙ）が２５％以下であるか否か；および全体緑色均一性（Ｏｖｅｒａｌｌ＿Ｇ＿Ｕｎｉｆｏｒｍｉｔｙ）が２５％以下であるか否か；および全体青色均一性（Ｏｖｅｒａｌｌ＿Ｂ＿Ｕｎｉｆｏｒｍｉｔｙ）が３５％以下であるか否かを判定する。

三つの条件全てを満たしていない場合には、ステップ２０４で、許容範囲外の均一性に戻る。

三つの条件全てを満たしている場合には、ステップ２０６で、例として、全ての列赤色均一性（Ｃｏｌｕｍｎ＿Ｒ＿Ｕｎｉｆｏｒｍｉｔｙ）が１８％以下であるか否か；および全ての列緑色均一性（Ｃｏｌｕｍｎ＿Ｇ＿Ｕｎｉｆｏｒｍｉｔｙ）が１８％以下であるか否か；および全ての列青色均一性（Ｃｏｌｕｍｎ＿Ｂ＿Ｕｎｉｆｏｒｍｉｔｙ）が３０％以下であるか否かを判定する。

三つの条件全てを満たしていない場合には、ステップ２０４で、許容範囲外の均一性に戻る。

三つの条件全てを満たしている場合には、ステップ２０８で、これが第一の調整試みであるかまたは第二の調整試みであるかどうかを判定する。

これが第一の調整試みでも第二の調整試みでもない場合には、ステップ２１０では、許容範囲内の均一性に戻る。

これが第一の試みまたは第二の試みである場合には、ステップ２１２で、Ｏｖｅｒａｌｌ＿Ｒ＿Ｕｎｉｆｏｒｍｉｔｙが２０％以下；およびＯｖｅｒａｌｌ＿Ｇ＿Ｕｎｉｆｏｒｍｉｔｙが２０％以下；およびＯｖｅｒａｌｌ＿Ｂ＿Ｕｎｉｆｏｒｍｉｔｙが３０％以下であるかどうかを判定する。

三つの条件全てを満たしていない場合には、その後、ステップ２０４で、許容範囲外の均一性に戻る。

三つの条件全てを満たしている場合には、ステップ２１４で、Ｃｏｌｕｍｎ＿Ｒ＿Ｕｎｉｆｏｒｍｉｔｙが１５％以下であるか否か；およびＣｏｌｕｍｎ＿Ｇ＿Ｕｎｉｆｏｒｍｉｔｙが１５％以下であるか否か；およびＣｏｌｕｍｎ＿Ｂ＿Ｕｎｉｆｏｒｍｉｔｙが２５％以下であるか否かを判定する。

三つの条件全てを満足していない場合には、ステップ２０４で、許容範囲外の均一性に戻る。

三つの条件全てを満足している場合には、ステップ２１６で、これが第一の調整試みであるかどうかを判定する。

これが第一の調整試みではない場合には、ステップ２１０で、許容範囲内の均一性に戻る。

これが第一の調整試みである場合には、ステップ２１８で、Ｏｖｅｒａｌｌ＿Ｒ＿Ｕｎｉｆｏｒｍｉｔｙが１５％以下であるかどうか；およびＯｖｅｒａｌｌ＿Ｇ＿Ｕｎｉｆｏｒｍｉｔｙが１５％以下であるかどうか；およびＯｖｅｒａｌｌ＿Ｂ＿Ｕｎｉｆｏｒｍｉｔｙが１５％以下であるかどうかを判定する。

三つの条件全てを満たしている場合には、ステップ２１０で、許容範囲内の均一性に戻る。

三つの条件全てを満たしていない場合には、ステップ２０４で、許容範囲外の均一性に戻る。

非常に薄い厚さを有する非常に低い姿勢のパッケージは、多くのおよび大抵のマシンビジョン検査の被写体ターゲット領域のケースがそうである、領域が制約された用途での設置を提供する。広範囲のパッケージ取り付けオプションを可能にすることによって、汎用性が達成される。本明細書に開示する発明概念は、比較的大きい被写体領域の照明の到達範囲も提供する。光学的組み立ておよびアライメントは、校正や困難な公差管理を必要としないため、簡単に達成される。個々に制御可能な照明チャネルは、光源および出力強度均衡の別個の制御を提供する。具体的には、近接場および非近接場の強度制御が達成され、すなわち、非近接場の出力を近接場よりもより高く設定することにより、ターゲットまでの近接場と非近接場との距離の差によって生じる低下（Ｉ ｃｏｓ／ｒ＾２ロス、図６参照）を改善することができる。被写体の焦点面と直角でないように照明装置を据え付ける必要がある用途において、均一性を均衡させることができる。

種々の図の例示的な実施態様に関連して本明細書に開示する発明概念を記載したが、それは非限定的であり、そこから逸脱することなく本明細書に開示する発明概念と同様の作用を実施するために、他の類似の実施態様を使用するか、記載した実施態様を変更およびそれに追加できることが理解される。それ故、本明細書に開示する発明概念は、任意の単一の実施態様に限定されるべきではなく、むしろ、請求の範囲に従う幅広さおよび範囲で解釈されるべきである。また、請求の範囲は、本明細書に開示する発明概念の本質および範囲を逸することなく当業者によって為されることができる、本明細書に開示する発明概念の他の変形態様および実施態様を包含すると解釈されるべきである。

Claims (51)

1. 装置であって：
   読取フィールドを有し、前記読取フィールドに沿って、第一の表面ポイントと、前記第一の表面ポイントから水平にオフセットする第二の表面ポイントと、が含まれる光学読取機と；
   前記第一の表面ポイントからの第一の距離に位置付けられ、第一の制御チャネルに動作可能に接続され、第一の照明出力を有する第一の光源と；
   前記第二の表面ポイントからの第二の距離に位置付けられ、第二の照明出力を有する第二の光源と、
   を含み；
   前記第一の距離が前記第二の距離とは異なり、前記第一の照明出力が前記第二の照明出力とは異なり、前記第一の表面ポイントにおける照度が前記読取フィールドの前記第二の表面ポイントにおける照度と実質的に等しい
   装置。
2. 前記第二の光源が、第二の制御チャネルに動作可能に接続される、
   請求項１に記載の装置。
3. 前記第一の光源を覆うように配置された第一のコリメータレンズをさらに含む、
   請求項１に記載の装置。
4. 前記第一のコリメータレンズを覆うように配置された第一の直線偏光子をさらに含む、
   請求項３に記載の装置。
5. 前記第二の光源を覆うように配置された第二のコリメータレンズをさらに含む、
   請求項１に記載の装置。
6. 前記第二のコリメータレンズを覆うように配置された第二の直線偏光子をさらに含む、
   請求項５に記載の装置。
7. 前記第一の照明出力が、前記第一の制御チャネルによって調整可能である、
   請求項２に記載の装置。
8. 前記第二の照明出力が、前記第二の制御チャネルによって調整可能である、
   請求項７に記載の装置。
9. 前記第一の制御チャネルに動作可能に接続され、前記第一の照明出力を調整するプログラムロジックを実行するプロセッサをさらに含む、
   請求項２〜７の何れか一項に記載の装置。
10. プログラムロジックを実行するプロセッサが、前記第二の制御チャネルに動作可能に接続され、前記第二の照明出力を調整する、
    請求項９に記載の装置。
11. 前記第一の光源および前記第二の光源が、前記読取フィールドに対する角度で取り付け表面に付けられる、
    請求項１〜１０の何れか一項に記載の装置。
12. 前記取り付け表面が、プリント基板である、
    請求項１１に記載の装置。
13. 前記取り付け表面が、前記読取フィールドに対しておよそ４５°の角度である、
    請求項１１または１２に記載の装置。
14. 前記第一の光源が、第一の光軸を含み、前記第二の光源が、第二の光軸を含む、
    請求項１〜１３の何れか一項に記載の装置。
15. 前記第一の光軸が、前記第一の表面ポイントに位置合わせされ、前記第二の光軸が、前記第二の表面ポイントに位置合わせされ、前記第一の距離が、前記第一の光軸に沿って測定され、前記第三の距離が、前記第二の光軸に沿って測定される、
    請求項１４に記載の装置。
16. 前記光学読取機が、ＣＭＯＳ撮像装置である、
    請求項１〜１５の何れか一項に記載の装置。
17. 前記光学読取機が、デジタルカメラである、
    請求項１〜１５の何れか一項に記載の装置。
18. 光学的分析システムであって：
    第一の表面ポイントおよび第二の表面ポイントを有するターゲット面と；
    前記ターゲット領域を包含する読取フィールドを有する光学読取機と；
    前記第一の表面ポイントに照準を合わせ、前記第一の表面ポイントから第一の距離に配置され、第一の制御チャネルに動作可能に結合された第一の光源と；
    前記第二の表面ポイントに照準を合わせ、前記第二の表面ポイントから第二の距離に配置され、第二の制御チャネルに動作可能に結合された第二の光源と
    を含み；
    前記第一の距離と前記第二の距離とが異なり；
    前記第一の光源および前記第二の光源の発光光量を設定して、前記第一の表面ポイントにおける照度と前記第二の表面ポイントにおける照度とを実質的に等しくする
    光学的分析システム。
19. 前記第一の光源が、前記第一の光源を覆うように配置された第一のコリメータレンズをさらに含み、
    前記第二の光源が、前記第二の光源を覆うように配置された第二のコリメータレンズを含む、
    請求項１８に記載の光学的分析システム。
20. 前記第一の光源が、前記第一のコリメータレンズを覆うように配置された第一の直線偏光子をさらに含み、
    前記第二の光源が、前記第二のコリメータレンズを覆うように配置された第二の偏光子をさらに含む、
    請求項１９に記載の光学的分析システム。
21. 前記第一および第二の光源の両方が動作可能に結合されたプリント基板をさらに含む、
    請求項１８〜２０の何れか一項に記載の光学的分析システム。
22. 前記第一の制御チャネルおよび前記第二の制御チャネルに動作可能に結合されたプロセッサをさらに含み、
    前記プロセッサが、前記第一の光源および前記第二の光源のうち少なくとも一つの前記発光光量を制御することができる、
    請求項１８〜２１の何れか一項に記載の光学的分析システム。
23. 前記プロセッサが、機械可読コードを包含するプログラムロジックを実行し、これにより前記プロセッサが：
    （ａ）前記第一の光源と、前記第一の光源の第一の光軸に沿った前記ターゲット領域の前記第一の表面ポイントとの間の前記距離を測定し；
    （ｂ）前記第二の光源と、前記第二の光源の第二の光軸に沿った前記ターゲット領域の前記第二の表面ポイントとの間の前記距離を測定し；
    （ｃ）前記第一のまたは第二の光源の少なくとも一つへの電流を増大または減少させて、
    前記第一の表面ポイントにおける照度と、前記第二の表面ポイントにおける照度と、を実質的に等しくする、
    請求項２２に記載の光学的分析システム。
24. 前記光学読取機上に配置された第三の直線偏光子をさらに含み、前記第一の直線偏光子と前記第三の直線偏光子とが、互いに対して９０°回転している、
    請求項２０〜２３の何れか一項に記載の光学的分析システム。
25. 前記第二の直線偏光子と前記第三の直線偏光子とが、互いに対して９０°回転している、
    請求項２４に記載の光学的分析システム。
26. キャプチャーイメージにおける口径食の影響を低減する方法であって：
    読取フィールドを有し、前記読取フィールドに沿って、第一の表面ポイントと、前記第一の表面ポイントから水平にオフセットする第二の表面ポイントと、が含まれる光学読取機と；
    前記第一の表面ポイントから第一の距離に位置付けられ、第一の制御チャネルに動作可能に接続され、第一の照明出力を有する第一の光源と；
    前記第二の表面ポイントから第二の距離に位置付けられ、第二の制御チャネルに動作可能に接続され、第二の照明出力を有する第二の光源と；
    を含み：
    前記第一の距離が、前記第二の距離とは異なり、
    前記第一の照明出力が、前記第二の照明出力とは異なり、
    前記読取フィールドの前記第一の表面ポイントにおける照度が、前記第二の表面ポイントにおける照度と実質的に等しい光学的分析システムを提供する工程
    を含む
    方法。
27. 前記第一の光源の第一の光軸に沿った前記第一の距離を測定する工程と；
    前記第二の光源の第二の光軸に沿った前記第二の距離を測定する工程と；
    前記第一の光源および前記第二の光源のうち少なくとも一つの発光光量を調整して、前記第一の表面ポイントにおける前記照度と、前記第二の表面ポイントにおける前記照度と、を実質的に等しくする工程と
    をさらに含む、
    請求項２６に記載の方法。
28. 照明装置であって：
    読取フィールドを有し、前記読取フィールドに沿って、第一の表面ポイントと、前記第一の表面ポイントから水平にオフセットする第二の表面ポイントと、が含まれる光学読取機と；
    第一の照明出力を有し、前記第一の表面ポイントから第一の距離および前記第二の表面ポイントから第二の距離に位置付けられ、前記第一の表面ポイントに照準を合わせた第一の光軸を有する第一の光源と；
    第二の照明出力を有し、前記第二の表面ポイントから第三の距離および前記第一の表面ポイントから第四の距離に位置付けられ、前記第二の表面ポイントに照準を合わせた第二の光軸を有する第二の光源と
    を含み；
    前記第一の距離が、前記第三の距離とは異なり、
    前記第一の照明出力が、前記第二の照明出力とは異なり、
    前記読取フィールドの、前記第一の表面ポイントにおける照度が、前記第二の表面ポイントにおける照度と実質的に等しい
    照明装置。
29. 前記第一の距離が、前記第二の距離とは異なる、
    請求項２８に記載の照明装置。
30. 前記第三の距離が、前記第四の距離とは異なる、
    請求項２８または２９に記載の照明装置。
31. 前記第二の距離が、前記第四の距離とは異なる、
    請求項２８〜３０の何れか一項に記載の照明装置。
32. 前記第一の光源を覆うように配置された第一のコリメータレンズをさらに含む、
    請求項２８〜３１の何れか一項に記載の照明装置。
33. 前記第一のコリメータレンズを覆うように配置された第一の直線偏光子をさらに含む、
    請求項３２に記載の照明装置。
34. 前記第二の光源を覆うように配置された第二のコリメータレンズをさらに含む、
    請求項２８〜３２の何れか一項に記載の照明装置。
35. 前記第二のコリメータレンズを覆うように配置された第二の直線偏光子をさらに含む、
    請求項３４に記載の照明装置。
36. 前記第一の光源が、第一の制御チャネルに動作可能に結合され、
    前記第一の照明出力が、前記第一の制御チャネルによって調整可能である、
    請求項２８〜３５の何れか一項に記載の照明装置。
37. 前記第一の制御チャネルに動作可能に接続され、前記第一の照明出力を調整するプログラムロジックを実行するプロセッサをさらに含む、
    請求項３６に記載の照明装置。
38. 前記第二の光源が、第二の制御チャネルに動作可能に接続され、
    前記第二の照明出力が、前記第二の制御チャネルによって調整可能である、
    請求項３７に記載の照明装置。
39. 前記第二の制御チャネルに動作可能に接続され、前記第二の照明出力を調整するプログラムロジックを実行するプロセッサをさらに含む、
    請求項３８に記載の照明装置。
40. 前記第一の光源および前記第二の光源が、前記読取フィールドに対する角度で取り付け表面に付けられた、
    請求項２８に記載の照明装置。
41. 光学的分析システムであって：
    第一の表面ポイントおよび第二の表面ポイントを有するターゲット面と；
    前記ターゲット面を包含する読取フィールドを有する光学読取機と；
    前記第一の表面ポイントに照準を合わせ、前記第一の表面ポイントから第一の距離に配置され、第一の制御チャネルに動作可能に結合された第一の光源と；
    前記第二の表面ポイントに照準を合わせ、前記第二の表面ポイントから第二の距離に配置され、第二の制御チャネルに動作可能に結合された第二の光源と
    を含み；
    前記第一の距離と前記第二の距離とが異なり、
    前記第一の光源の発光光量および前記第二の光源の発光光量を設定して、
    前記第一の表面ポイントにおける照度と、
    前記第二の表面ポイントにおける照度と、
    を実質的に等しくする
    光学的分析システム。
42. 前記第一の光源が、前記第一の光源を覆うように配置された第一のコリメータレンズをさらに含み、
    前記第二の光源が、前記第二の光源を覆うように配置された第二のコリメータレンズを含む、
    請求項４１に記載の光学的分析システム。
43. 前記第一の光源が、前記第一のコリメータレンズを覆うように配置された第一の直線偏光子をさらに含み、
    前記第二の光源が、前記第二のコリメータレンズを覆うように配置された第二の偏光子をさらに含む、
    請求項４２に記載の光学的分析システム。
44. 前記第一の光源および前記第二の光源が動作可能に結合されたプリント基板をさらに含む、
    請求項４１に記載の光学的分析システム。
45. 前記第一の制御チャネルおよび前記第二の制御チャネルに動作可能に結合されたプロセッサをさらに含み、
    前記プロセッサが、前記第一の光源および前記第二の光源のうち少なくとも一つの前記発光光量を制御する、
    請求項４１に記載の光学的分析システム。
46. 前記プロセッサが、プロセッサ実行可能コードを実行し、これにより前記プロセッサが：
    前記第一の光源と、前記第一の光源の第一の光軸に沿った前記第一の表面ポイントとの間の距離を測定し；
    前記第二の光源と、前記第二の光源の第二の光軸に沿った前記第二の表面ポイントとの間の距離を測定し；
    前記第一の光源および前記第二の光源のうち少なくとも一つへの電流を調整して、前記第一の表面ポイントにおける前記照度と、前記第二の表面ポイントにおける前記照度と、を実質的に等しくする、
    請求項４５に記載の光学的分析システム。
47. 前記光学読取機上に配置された第三の直線偏光子をさらに含み、
    前記第一の直線偏光子と、前記第三の直線偏光子とが、互いに対して９０°回転している、
    請求項４１に記載の光学的分析システム。
48. 前記第二の直線偏光子と、前記第三の直線偏光子とが、互いに対して９０°回転している、
    請求項４７に記載の光学的分析システム。
49. キャプチャーイメージにおける口径食の影響を低減する方法であって：
    読取フィールドを有し、前記読取フィールドに沿って、第一の表面ポイントと、前記第一の表面ポイントから水平にオフセットする第二の表面ポイントと、が包まれる光学読取機と；
    前記第一の表面ポイントから第一の距離に位置付けられ、第一の照明出力を有する第一の光源と；
    前記第二の表面ポイントから第二の距離に位置付けられ、第二の照明出力を有する第二の光源と；
    を含み；
    前記第一の距離が、前記第二の距離とは異なり、
    前記第一の照明出力が第二の照明出力とは異なり、
    前記読取フィールドの前記第一の表面ポイントにおける照度が、前記第二の表面ポイントにおける照度と、実質的に等しい照明装置を提供する工程と；
    前記光学読取機を使用して前記読取フィールドのイメージをキャプチャーする工程と
    を含む
    方法。
50. 前記第一の光源の第一の光軸に沿った前記第一の距離を測定する工程と；
    前記第二の光源の第二の光軸に沿った前記第二の距離を測定する工程と；
    前記第一の光源の発光光量を調整して、前記第一の表面ポイントにおける照度と、前記第二の表面ポイントにおける照度とを実質的に等しくする工程と
    をさらに含む、
    請求項４９に記載の方法。
51. 前記キャプチャーしたイメージにデジタル口径食補正を適用しない、
    請求項４９または５０に記載の方法。

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