WO2018015483A1 - Erkennungsvorrichtung und -verfahren zum erkennen von kennzeichen an und/oder merkmalen von laborobjekten - Google Patents

Erkennungsvorrichtung und -verfahren zum erkennen von kennzeichen an und/oder merkmalen von laborobjekten Download PDF

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WO2018015483A1
WO2018015483A1 PCT/EP2017/068333 EP2017068333W WO2018015483A1 WO 2018015483 A1 WO2018015483 A1 WO 2018015483A1 EP 2017068333 W EP2017068333 W EP 2017068333W WO 2018015483 A1 WO2018015483 A1 WO 2018015483A1
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laboratory
unit
optical
mirror
distance
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PCT/EP2017/068333
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Markus Wolf
Fred Schinzel
Jürg Schneider
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Tecan Trading Ag
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Definitions

  • the present invention relates to a
  • Recognition device for detecting marks on and / or features of laboratory objects and / or of samples therein, in particular in connection with automated laboratory systems or systems, such as
  • sample containers such as e.g. Sample tubes, Reagenzientröge or microplates.
  • a laboratory device such as
  • sample containers such as sample tubes, reagent troughs or
  • Microplates having a label such as a one-dimensional (1D) or two-dimensional (2D) bar code printed on a label attached to the sample tube, e.g.
  • Sample container or sample tubes are read.
  • Reagent vessels are also often tagged with one or two-dimensional bar codes containing information about the type of reagent, lot number, and expiration date.
  • the reagent vessels can
  • microplates were specified and standardized by the American National Standards Institute (ANSI). To one
  • microplates are also often provided with labels such as one- or two-dimensional barcodes.
  • sample containers, sample tubes, reagent vials, microplates, troughs and the like may be grouped under the term laboratory objects.
  • CCDs Charge Coupled Device
  • laser scanners are used to read bar codes, and the barcodes must be brought into close proximity to the reader for scanning, when the samples are placed in carrier units for subsequent processing and several
  • zoom lenses each of which is adjusted to the distance of the respective laboratory object to be read by means of a suitable autofocus device
  • WO 2005/073895 A1 entitled “Autofocus barcode scanner and the like employing micro-fluidic lens” describes a corresponding barcode reader which has an electrically deformable lens filled with a liquid for distance or sharpness adjustment Readers are very expensive and therefore expensive and prone to error, so there is a need for simple, inexpensive and special
  • a mirror having a mirror surface which is at an angle in a range of
  • Receiving unit or the mirror is mounted, and is movable along a displacement path in the direction of the optical axis such that a distance between the optical pickup unit and the mirror
  • Sample container such as a sample tube, a
  • Reagent trough or a microplate which is transverse to the optical axis at the level of the mirror, is adjustable so that the recording distance within a depth of field, the optical
  • optical recording unit and is configured to be based on that of the
  • the optical sensor element is capable of light in at least part of the visible (for humans) electromagnetic spectrum (ie in the wavelength range of 380 nm to 780 nm) and / or infrared light (ie in the wavelength range of 780 nm to 1 mm) and /or
  • Ultraviolet light i.e., in the wavelength range of 10 nm to 380 nm
  • UV light i.e., in at least part of the wavelength range of 10 nm to 1 mm
  • the depth of field (synonymous also called depth of field) is a measure of the extent of the sharp area in the
  • Recording room of the optical recording unit It describes the size of the range of distances within which a mark on and / or features of laboratory articles and / or of samples contained therein is sufficiently sharply imaged to ensure reliable detection (eg in 95%, preferably in 99% of cases) ,
  • the transport unit can be moved directly manually, e.g. from a latching point in the
  • Transport unit e.g. via a mechanical
  • Displacement path can be performed, for example, as a rail, for example in the form of a rack.
  • the rail for example in the form of a rack.
  • Recognition device further:
  • Transport unit which with the drive unit
  • the control unit could change the position of the
  • Transport unit via sensors, which are arranged for example in or on the displacement path, notice.
  • Recognition device is the control unit a
  • the optical recording unit further comprises a fixed-focus lens, which in particular for optimally focusing of laboratory objects, measured via the reflection surface to the recording distance of the are located, is designed, or which in particular has a maximum resolution in the recording distance, wherein the (vorgebare or
  • Range is from 15 cm to 80 cm, preferably 50 cm.
  • Autofocus (zoom) Obj ektiv be used where once the autofocus reaches its limits, and the resolution is too low, the transport unit is moved, so that the shooting distance again lie within the depth of focus of the autofocus (zoom) ektivs comes.
  • Detection device further comprises a lighting unit, which is arranged in the optical pickup unit (preferred) or the mirror, and for illuminating the
  • Laboratory objects is suitable, in particular a
  • Luminosity of the illumination unit in dependence on the recording distance by the control unit is adjustable, and wherein the illumination unit comprises in particular one or more LEDs or laser diodes or a UV or IR light source.
  • the optical pickup unit is one of the following: a CCD scanner with a photodiode line as the optical sensor element;
  • a laser scanner which uses a laser beam to scan at least part of the laboratory object;
  • a laboratory device in particular a
  • the laboratory device has at least one working edge and further a plurality of
  • sample containers such as e.g. Sample tubes, reagent containers or microplates, and wherein the
  • Detection device is arranged such that the displacement path (substantially) perpendicular to
  • At least one sensor e.g., at a beginning of at least one of the drawer paths, e.g. a
  • Photocell or a Hall sensor arranged, which is suitable for detecting the insertion of a carrier unit, and from an output signal of said at least one sensor information regarding a distance of the laboratory object from the mirror is derived, wherein the sensor is operatively connected to the control unit.
  • At least one signal generator such as e.g. a magnet arranged, wherein in particular a respective signal transmitter between individual receptacles for receiving one of the plurality of laboratory objects is arranged.
  • Laboratory objects executed in a row.
  • the series can be linear, or the recordings for the individual
  • Laboratory objects can be arranged laterally (slightly) offset relative to one another on the carrier units.
  • Laboratory device further a collection device for
  • Laboratory device further on a backlight, in particular an LED backlight, on which is arranged such that at least one insertion path between the backlight and the mirror is located.
  • optical sensor element which is suitable in
  • Receiving unit is located, wherein the displacement path is substantially parallel and guerab to the first insertion path;
  • the distance is adjusted by motorization by means of a controlled drive.
  • the insertion or retraction of the first carrier unit is motorized.
  • this includes
  • Detecting information regarding a distance of the laboratory object from the mirror wherein this information is used to adjust the distance (eg, from a control unit) so that the shooting distance is within the depth of field of the optical pickup unit.
  • this includes
  • Displacement path in the direction of the optical axis so that a (predetermined or predefined) second recording distance between the optical recording unit and the second laboratory object via the mirror surface within the depth of field of the optical
  • the detection method comprises the following further step:
  • the label to be recognized on the laboratory object is one of the following:
  • - barcode eg a QR code or point code
  • - 3D code for example, a hue, a
  • Detection method is the feature to be recognized of the laboratory object and / or the sample which is located in the laboratory object to one of the following physical characteristics:
  • Level of the laboratory object e.g. based on one
  • Boundary layer (s) between different components of the sample eg the border between blood serum and
  • Detection method is a backlight, in particular an LED backlight, or a background with a, e.g. high-contrast, patterning or coloring used, in particular suitable for obtaining an optical signal, which leads to a more reliable and / or faster recognition of the label on the laboratory object or the feature of the laboratory object and / or the sample, which is located in the laboratory object.
  • FIG. 1 is a view of an embodiment of a carrier unit for receiving a plurality
  • Fig. 2 is a perspective view of an inserted
  • Fig. 3 is a perspective view of several components
  • FIG. 4 a top view of an embodiment of a
  • Support unit and b) top view of an exemplary embodiment of a laboratory device according to the invention with an exemplary embodiment of a recognition device according to the invention with an inserted carrier unit that is more remote from the recognition device than in FIG. 4 a).
  • Fig. 1 shows a front view of a carrier unit 3 (often referred to in the jargon "strip rack"), in which side by side a plurality (eg 8 or 16) of
  • Sample tubes 4, 4 ⁇ are each aligned in the holder so that the barcode 1, 1 ⁇ in a reading slot 2 is clearly visible.
  • a one-dimensional / ID bar code (or bar code) 4 is attached on the first, third and fourth sample tubes 4 from the right.
  • a two-dimensional / 2D barcode 1 (or matrix code) is attached on the second sample tube 4 from the right.
  • the sixth sample tube 4 ⁇ from the right is arranged in the holder such that the barcode is located on the opposite side of the sample tube 4.
  • the sample 14 which is located in the sample tube 4 ⁇ , not covered by the label with the barcode 1, 1 ⁇ , so that, for example, the level of the sample tube 4 A or a
  • Boundary layer 15 (see also the fifth sample tube 4 ⁇ from the right) between different components of the sample 14 can be seen.
  • FIG. 2 now shows the carrier unit 3 of FIG. 1 on a working field 13 in a perspective view.
  • the carrier unit 3 is now usually manually moved along an insertion path 12 onto the Working field 13 inserted.
  • One after the other are now further carrier units 3 each along another
  • Carrier units 3 on the working area 13 can alternatively be motorized by means of a collection device (not shown in FIG. 2) along the respective insertion path 12, 12 ⁇ 12 12 ".
  • Fig. 3 shows a working field 13, on which already several carrier units 3 and a complete
  • Carrier unit 3 was partially inserted onto the working area 13. By means of the large barcode 16 on the carrier unit 3, this is identifiable (->
  • Carrier unit or batch number On the carrier unit 3, a small barcode 16 is located in each holder, which indicates the holder or position number for the individual sample tubes 4.
  • a sensor such as a Hall sensor 19 detected along which
  • Insertion path 12, 12 12 , 12, ⁇ ⁇ ⁇ the support unit 3 is inserted. This information is used to adjust the distance between the optical pickup unit and the mirror so that a pickup distance across the mirror surface between the optical pickup unit and the sample tube 4 is within the depth of field of the optical pickup unit 5. As shown in Fig. 3
  • the Barcodelese- or recognition unit must now configured and arranged relative to the insertion paths 12, 12 12 ⁇ , ⁇ ⁇ ⁇ 12 be that the bar code of each sample tube 1 4 during insertion or introduction of the
  • Carrier units 3 can be read and recognized unhindered and reliable, which requires the recording distance between the optical recording unit and the
  • the aim is to the recognition device as possible
  • Laboratory device is configured as compact as possible.
  • FIG. 4 shows in a plan view of an inventive
  • Recognition device with a camera 5 as an optical recording unit.
  • the camera 5 is on one
  • Transport unit 8 which by means of a drive (eg electric stepping motor, not shown in Fig. 4) along a displacement path 9 (eg in the form of a rail such as a rack), parallel to the insertion paths 12, 12 12 ⁇ ⁇ , 12 ⁇ ⁇ and perpendicular to the edge of the working field, is moved.
  • the camera 5 now sees the barcode 1 on each of the sample tubes 4 via a mirror 1, which at an angle of 45 ° to optical axis 6 of the camera 5, which is parallel to the displacement path 9.
  • the distance Ai of the camera 4 to the mirror 7 is now set so that the sum of Ai and A2 gives a recording distance within the depth of focus of the fixed focus lens 10 of the camera 5, in which the camera 5 can consequently recognize the barcode with maximum sharpness or resolution.
  • a magnet attached which is a corresponding
  • Magnetic switch (such as a Hall sensor or reed switch)
  • Carrier unit 3 triggers.
  • the camera 4 picks up at least one image of the barcode 1, which is then analyzed in the evaluation unit to detect the bar code 1 or to detect the information encoded therein.
  • the passing of the sample tube 4 on the mirror 7, for example, also be detected by appropriate sensors, such as magnetic switches, for example, by further magnets in the support unit 3 are arranged at a distance from the brackets.
  • a photocell could alternatively be used.
  • the entire carrier unit 3 should possibly be inserted over the mirror 7 along the insertion path 12, or the end of the support unit 3, for example, the handle 17 should be designed such that the mirror 7 through this is visible through when another carrier unit 3 is inserted on another insertion path 12, 12 ⁇ , 12 ⁇ .
  • an illumination unit 11 can optionally be arranged at the mirror 7 (or preferably at the camera 5 as an LED ring), which illuminates the sample tubes 4 with suitable light.
  • This illumination unit 11 can be constructed, for example, from LEDs or laser diodes, and / or comprise a UV or IR light source. The latter could especially in the detection of a feature of the sample tube 4 (eg
  • Diameter and / or a sample 14 located therein (e.g., an interface 15 or level).
  • a sample 14 located therein e.g., an interface 15 or level.
  • a background with a suitable color or pattern can be used.
  • the pattern can be used.
  • Sample tube 4 serve by taking advantage of the pattern when viewed through the material of the
  • Sample tube 4 or by its content 14 is distorted due to an off-refractive index.
  • the sample 14 could alternatively or additionally be illuminated from the front by means of the illumination unit 11 (and at the back by means of the background illumination) also from above and / or below with a suitable light source.
  • the shooting distance to the laboratory object 4 to be recorded can be kept constant or within the depth of focus of the lens of the camera 5, regardless of how far the insertion path 12, 12 ⁇ , 12 , ⁇ , 12 ⁇ ⁇ is removed from the mirror 7.
  • Shift path 9 perpendicular to the work table edge or parallel to the insertion paths 12, 12 ⁇ , 12, 12 ⁇
  • Barcode 1 identifier
  • 2D barcode matrix code
  • License plate with carrier unit no. 16 ⁇ mark (barcode) with mounting / Pos. -No .

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Erkennungsvorrichtung zum Erkennen von Kennzeichen an und/oder Merkmalen von Laborobjekten und/oder von darin befindlichen Proben, insbesondere im Zusammenhang mit automatisierten Laborsystemen bzw. -anlagen, wie z.B. medizinische, chemische oder pharmazeutische Analysegeräte. Als Kennzeichen dienen beispielsweise Barcodes (1) an Probenbehältern, wie z.B. Probenröhrchen (4), Reagenzientröge oder Mikroplatten. Dabei wird eine optische Aufnahmeeinheit (5) sowie ein Spiegel (7) verwendet, deren Abstand veränderbar ist, um unterschiedlich entfernte Laborobjekte jeweils aus einer Aufnahmedistanz von der optischen Aufnahmeeinheit (5), welche innerhalb einer Tiefenschärfe der optischen Aufnahmeeinheit liegt, zu erfassen. Der Spiegel (7) dient dabei dazu, das zu erfassende Laborobjekt auf die optische Achse (6) abzubilden. Dadurch wird die Erkennungsvorrichtung wesentlich vereinfacht, zuverlässiger und kostengünstiger im Vergleich zu bekannten Vorrichtungen, welche ein Zoom-Objektiv zusammen mit einer Autofokuseinrichtung verwenden. Des Weiteren wird eine Laborvorrichtung, wie beispielsweise ein Arbeitsfeld eines automatisierten Laborsystems, mit einer erfindungsgemässen Erkennungsvorrichtung sowie ein entsprechendes Erkennungsverfahren vorgeschlagen.

Description

ERKENNUNGSVORRICHTUNG UND -VERFAHREN ZUM ERKENNEN VON
KENNZEICHEN AN UND/ODER MERKMALEN VON LABOROBJEKTEN
TECHNISCHES GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft eine
Erkennungsvorrichtung zum Erkennen von Kennzeichen an und/oder Merkmalen von Laborobjekten und/oder von darin befindlichen Proben, insbesondere im Zusammenhang mit automatisierten Laborsystemen bzw. -anlagen, wie
medizinische, chemische oder pharmazeutische Analysegeräte. Dies können beispielsweise Barcodes an Probenbehältern, wie z.B. Probenröhrchen, Reagenzientröge oder Mikroplatten sein. Des Weiteren wird eine Laborvorrichtung, wie
beispielsweise ein Arbeitsfeld eines automatisierten
Laborsystems, mit einer erfindungsgemässen
Erkennungsvorrichtung sowie ein entsprechendes
Erkennungsverfahren vorgeschlagen .
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Wenn in medizinischen, chemischen, analytischen oder pharmazeutischen Labors grosse Mengen an Proben zu
untersuchen sind, werden heute meist automatisierte Laborsysteme bzw. -anlagen eingesetzt, welche eine rasche und zuverlässige Verarbeitung jeder einzelnen Probe ermöglichen. Die Proben werden meist in Probenbehältern, wie z.B. Probenröhrchen, Reagenzientrögen oder
Mikroplatten, angeliefert, welche ein Kennzeichen, wie beispielsweise ein ein- (1D) oder zweidimensionaler (2D) Barcode, der auf einer auf dem Probenröhrchen angebrachten Etikette aufgedruckt ist, aufweisen, sodass z.B.
Informationen betreffend die Herkunft der Probe dieser eindeutig zugeordnet werden können. Vor der Verarbeitung der Proben muss nun das Kennzeichen auf jedem
Probenbehälter bzw. Probenröhrchen gelesen werden.
Reagenziengefässe sind ebenfalls oft mit Kennzeichen wie ein- oder zweidimensionalen Barcodes versehen, welche Informationen über den Typ Reagenz, Chargennummer und Ablaufdatum enthalten. Die Reagenziengefässe können
Fläschchen oder Tröge sein. Bei automatisierten
Analyseprozessen kommen oft standardisierte Mikroplatten als Reaktionsgefässe zum Einsatz. Solche Mikroplatten wurden vom American National Standards Institute (ANSI) spezifiziert und standardisiert. Um eine
RückVerfolgbarkeit der Proben zu gewährleisten, sind die Mikroplatten ebenfalls häufig mit Kennzeichen wie ein- oder zweidimensionalen Barcodes versehen. Entsprechend können Probenbehälter, Probenröhrchen, Reagenzienfläschchen, Mikroplatten, Tröge und dergleichen unter dem Begriff Laborobjekte zusammengefasst werden. Um Barcodes zu lesen kommen typischerweise CCD- („Charge coupled device") oder Laser-Scanner zum Einsatz. Die Barcodes müssen für den Scanvorgang in unmittelbare Nähe des Lesegerätes gebracht werden. Wenn nun die Proben für die nachfolgende Verarbeitung in Trägereinheiten angeordnet werden und mehrere solcher Trägereinheiten hintereinander in unterschiedlicher Distanz zum Lesegerät aufgereiht werden, besteht die Notwendigkeit, dass das Lesegerät auf verschieden grosse Lesedistanzen einstellbar sein muss. Dazu können z.B. Zoom-Objektive eingesetzt werden, welche jeweils mittels einer geeigneten Autofokuseinrichtung auf die Distanz des jeweilig zu lesenden Laborobjekts
eingestellt werden. In der WO 2005/073895 AI mit dem Titel „Autofocus barcode Scanner and the like employing micro- fluidic lens" wird ein entsprechender Barcode-Leser beschrieben, welcher zur Distanz- bzw. Schärfeeinstellung eine mit einer Flüssigkeit gefüllte, elektrisch verformbare Linse aufweist. Solche Lesegeräte sind sehr aufwändig und folglich auch teuer und fehleranfällig. Somit besteht das Bedürfnis einfache, kostengünstige und besonders
zuverlässige Lesegeräte bereitzustellen, welche sich insbesondere für den Einsatz in Laborsystemen und -anlagen der genannten Art eignen.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine
einfache, präzise, zuverlässige und breit einsetzbare
Erkennungsvorrichtung zum Erkennen von Kennzeichen an und/oder Merkmalen von Laborob ekten und/oder von darin befindlichen Proben bereitzustellen. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss durch die in Anspruch 1 festgelegte
Erkennungsvorrichtung erfüllt.
Es ist zudem eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Laborvorrichtung mit der vorgeschlagenen
Erkennungsvorrichtung auszustatten um eine für Laborsysteme bzw. -anlagen geeignete Einrichtung bereitzustellen. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss durch die Laborvorrichtung gemäss Anspruch 7 gelöst.
Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein entsprechendes Erkennungsverfahren bereitzustellen, welches ein rasches, präzises, zuverlässiges und breit einsetzbares Erkennen von Kennzeichen an und/oder Merkmalen von
Laborobjekten und/oder von darin befindlichen Proben ermöglicht. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss durch das in Anspruch 13 vorgeschlagene Verfahren gelöst.
Spezifische erfindungsgemässe Ausführungsvarianten werden in den abhängigen Ansprüchen angegebene.
Eine erfindungsgemässe Erkennungsvorrichtung zum Erkennen von Kennzeichen an und/oder Merkmalen von Laborob ekten und/oder von darin befindlichen Proben umfasst: - eine optische Aufnahmeeinheit mit einem optischen
Sensorelement, welches geeignet ist in Richtung einer optischen Achse ein optisches Signal aufzunehmen;
- ein Spiegel mit einer Spiegelungsfläche, welche relativ zur optischen Achse in einem Winkel in einem Bereich von
35° bis 55°, insbesondere in einem Bereich von 42° bis 48°, bevorzugt von (im Wesentlichen) 45°, steht;
- eine Transporteinheit, auf welcher die optische
Aufnahmeeinheit oder der Spiegel montiert ist, und derart entlang eines Verschiebungspfades in Richtung der optischen Achse bewegbar ist, dass ein Abstand zwischen der optischen Aufnahmeeinheit und dem Spiegel
veränderbar ist, sodass eine Aufnahmedistanz via die Spiegelungsfläche zwischen der optischen Aufnahmeeinheit und einem Laborobjekt, insbesondere einem
Probenbehälter, wie einem Probenröhrchen, einem
Reagenzientrog oder einer Mikroplatte, welches sich querab der optischen Achse auf Höhe des Spiegels befindet, so einstellbar ist, dass die Aufnahmedistanz innerhalb einer Tiefenschärfe der optische
Aufnahmeeinheit liegt; und
- eine Auswerte (-/Analyse-) einheit, welche mit der
optischen Aufnahmeeinheit wirkverbunden ist, und konfiguriert ist um basierend auf dem von der
Spiegelungsfläche reflektierten optischen Signal ein
Kennzeichen an dem Laborobjekt und/oder ein Merkmal des Laborobjekts und/oder einer Probe, welche sich im
Laborobjekt befindet, zu erkennen. Dabei ist das optische Sensorelement in der Lage, Licht in mindestens einem Teil des (für den Menschen) sichtbaren elektromagnetischen Spektrums (d.h. im Wellenlängenbereich von 380 nm bis 780 nm) und/oder Infrarotlicht (d.h. im Wellenlängenbereich von 780 nm bis 1 mm) und/oder
ultraviolettes Licht (d.h. im Wellenlängenbereich von 10 nm bis 380 nm) zu detektieren (also in mindestens einem Teil des Wellenlängenbereichs von 10 nm bis 1 mm) .
Die Tiefenschärfe (synonym auch Schärfentiefe genannt) ist ein Mass für die Ausdehnung des scharfen Bereichs im
Aufnahmeraum der optischen Aufnahmeeinheit . Sie beschreibt die Grösse des Entfernungsbereichs, innerhalb dessen ein Kennzeichen an und/oder Merkmalen von Laborob ekten und/oder von darin befindlichen Proben genügend scharf abgebildet wird, um eine zuverlässige Erkennung (z.B. in 95%, bevorzug in 99% der Fälle) zu gewährleisten.
Die Transporteinheit kann beispielsweise direkt manuell bewegt werden, z.B. von einem Einrastpunkt im
Verschiebungspfad zum nächsten. Alternativ kann die
Transporteinheit z.B. über einen mechanischen
Umlenkhebelmechanismus verschoben werden. Der
Verschiebungspfad kann beispielsweise als Schiene, z.B. in Form einer Zahnstange, ausgeführt sein. In einer Ausführungsvariante umfasst die
Erkennungsvorrichtung weiter:
- eine Antriebseinheit zum motorisierten Bewegen der
Transporteinheit, welche mit der Antriebseinheit
wirkverbunden ist; und
- eine Steuereinheit, welche mit der Antriebseinheit
wirkverbunden ist, und konfiguriert ist um durch
Verstellen des Abstands die (vorgebare bzw.
vordefinierte) Aufnahmedistanz innerhalb der
Tiefenschärfe der optischen Aufnahmeeinheit
einzustellen .
Die Steuereinheit könnte dabei die Position der
Transporteinheit über Sensoren, welche beispielsweise im oder am Verschiebungspfad angeordnet sind, feststellen.
In einer weiteren Ausführungsvariante der
Erkennungsvorrichtung ist der Steuereinheit eine
Information betreffend eine Entfernung des Laborobjekts vom Spiegel, insbesondere einer senkrechten Entfernung des Laborobjekts von der optischen Achse, zuführbar.
In einer weiteren Ausführungsvariante der
Erkennungsvorrichtung umfasst die optische Aufnahmeeinheit weiter ein Fixfokus-Objektiv, welches insbesondere zum optimalen Fokussieren von Laborobjekten, die sich via die Spiegelungsfläche gemessen um die Aufnahmedistanz von der optischen Aufnahmeeinheit entfernt befinden, ausgelegt ist, bzw. welches insbesondere eine maximale Auflösung bei der Aufnahmedistanz aufweist, wobei die (vorgebare bzw.
vordefinierte) Aufnahmedistanz insbesondere in einem
Bereich von 15 cm bis 80 cm liegt, bevorzugt 50 cm ist.
In einer weiteren Ausführungsvariante könnte auch ein
Autofokus- ( Zoom- ) Obj ektiv eingesetzt werden, wo sobald der Autofokus an seine Grenzen stösst, und die Auflösung zu gering wird, die Transporteinheit bewegt wird, sodass die Aufnahmedistanz wiederum innerhalb der Tiefenschärfe des Autofokus- ( Zoom- ) Ob ektivs zu liegen kommt.
In einer weiteren Ausführungsvariante weist die
Erkennungsvorrichtung weiter eine Beleuchtungseinheit auf, welche bei der optischen Aufnahmeeinheit (bevorzugt) oder dem Spiegel angeordnet ist, und zum Ausleuchten der
Laborobjekte geeignet ist, wobei insbesondere eine
Leuchtstärke der Beleuchtungseinheit in Abhängigkeit der Aufnahmedistanz durch die Steuereinheit einstellbar ist, und wobei die Beleuchtungseinheit insbesondere eine oder mehrere LEDs oder Laserdioden oder eine UV- oder IR- Lichtquelle umfasst.
In einer weiteren Ausführungsvariante der
Erkennungsvorrichtung ist die optische Aufnahmeeinheit eines der folgenden: - ein CCD-Scanner mit einer Photodiodenzeile als optischem Sensorelement ;
- ein Laser-Scanner, welcher ein Laserstrahl zur Abtastung von mindestens einem Teil des Laborobjekts verwendet; - eine Kamera mit einem Bildsensor als optischem
Sensorelement .
Gemäss einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst eine Laborvorrichtung, insbesondere eine
Arbeitsfläche bzw. zumindest ein Arbeitsfeld zum Platzieren von Trägereinheiten zum Aufnehmen von Laborob ekten, eine erfindungsgemässe Erkennungsvorrichtung (gemäss einer der oben angegebenen Ausführungsvarianten oder einer
Kombination davon) , wobei die Laborvorrichtung zumindest eine Arbeitsfeldkante und weiter eine Vielzahl von
Einschubpfaden senkrecht zur Arbeitsfeldkante aufweist, welche für das Einschieben von Trägereinheiten zum
Aufnehmen eines oder mehrerer Laborobjekte, insbesondere Probenbehälter, wie z.B. Probenröhrchen, Reagenzienbehälter oder Mikroplatten, ausgeführt sind, und wobei die
Erkennungsvorrichtung derart angeordnet ist, dass der Verschiebungspfad (im Wesentlichen) senkrecht zur
Arbeitsfeldkante verläuft.
In einer Ausführungsvariante der Laborvorrichtung ist entlang (z.B. an einem Anfang) von mindestens einem der Einschubpfade mindestens ein Sensor, z.B. eine
Lichtschranke oder ein Hall-Sensor, angeordnet, welcher geeignet ist um das Einschieben einer Trägereinheit zu detektieren, und aus einem Ausgangssignal dieses mindestens einen Sensors eine Information betreffend eine Entfernung des Laborobjekts vom Spiegel ableitbar ist, wobei der Sensor mit der Steuereinheit wirkverbunden ist.
In einer weiteren Ausführungsvariante der Laborvorrichtung ist an den Trägereinheiten mindestens ein Signalgeber, wie z.B. ein Magnet, angeordnet, wobei insbesondere je ein Signalgeber zwischen einzelnen Aufnahmen zum Aufnehmen eines der mehreren Laborobjekte angeordnet ist.
In einer weiteren Ausführungsvariante der Laborvorrichtung sind die Trägereinheiten zur Aufnahme von mehreren
Laborobjekten in einer Reihe ausgeführt. Die Reihe kann linear sein, oder die Aufnahmen für die einzelnen
Laborobjekte können relativ zueinander seitlich (leicht) versetzt auf den Trägereinheiten angeordnet sein.
In einer weiteren Ausführungsvariante weist die
Laborvorrichtung weiter eine Einzugsvorrichtung zum
motorisierten Einziehen von einzelnen Trägereinheiten entlang des jeweiligen Einschubpfades auf.
In einer weiteren Ausführungsvariante weist die
Laborvorrichtung weiter eine Hintergrundbeleuchtung, insbesondere eine LED-Hintergrundbeleuchtung, auf, welche derart angeordnet ist, dass mindestens ein Einschubpfad zwischen der Hintergrundbeleuchtung und dem Spiegel liegt.
Gemäss einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst ein erfindungsgemässes Erkennungsverfahren zum Erkennen von Kennzeichen an und/oder Merkmalen von
Laborobjekten und/oder Merkmalen von Proben, welche sich in den Laborob ekten befinden, folgende Schritte:
- Anordnen einer optischen Aufnahmeeinheit mit einem
optischen Sensorelement, welches geeignet ist in
Richtung einer optischen Achse ein optisches Signal aufzunehmen;
- Anordnen eines Spiegels mit einer Spiegelungsfläche,
welche relativ zur optischen Achse in einem Winkel in einem Bereich von 35° bis 55°, insbesondere in einem
Bereich von 42° bis 48°, bevorzugt von (im Wesentlichen) 45°, steht;
- Bereitstellen einer ersten Trägereinheit zum Aufnehmen von mindestens einem ersten Laborobjekt, insbesondere eines Probenbehälters, wie z.B. eines Probenröhrchens , eines Reagenzientroges oder einer Mikroplatte, zum
Einschieben entlang eines ersten Einschubpfades;
- Verstellen eines Abstandes zwischen der optischen
Aufnahmeeinheit und dem Spiegel entlang eines
Verschiebungspfades in Richtung der optischen Achse, sodass eine (vorgegebene bzw. vordefinierte) erste
Aufnahmedistanz zwischen der optischen Aufnahmeeinheit und dem ersten Laborobjekt via die Spiegelungsfläche innerhalb der Tiefenschärfe der optischen
Aufnahmeeinheit liegt, wobei der Verschiebungspfad im Wesentlichen parallel und guerab zum ersten Einschubpfad verläuft ;
- (erstes) Einschieben der ersten Trägereinheit entlang des ersten Einschubpfades und währenddessen Aufnehmen eines von der Spiegelungsfläche reflektierten ersten optischen Signals von einem ersten Kennzeichen am ersten Laborobjekt und/oder einem ersten Merkmal des ersten Laborobjekts und/oder einer Probe, welche sich im ersten Laborobjekt befindet; und
- Auswerten ( /Analysieren) des ersten optischen Signals um das erste Kennzeichen und/oder das erste Merkmal des ersten Laborobjekts und/oder der Probe zu erkennen.
In einer Ausführungsvariante des Erkennungsverfahrens wird der Abstand motorisiert mittels eines gesteuerten Antriebs verstellt .
In einer weiteren Ausführungsvariante des
Erkennungsverfahrens erfolgt das Einschieben bzw. Einziehen der ersten Trägereinheit motorisiert.
In einer weiteren Ausführungsvariante umfasst das
Erkennungsverfahren den weiteren Schritt:
- Detektieren einer Information betreffend eine Entfernung des Laborobjekts vom Spiegel, wobei diese Information zum Verstellen des Abstands verwendet wird (z.B. von einer Steuereinheit), sodass die Aufnahmedistanz innerhalb der Tiefenschärfe der optischen Aufnahmeeinheit liegt.
In einer weiteren Ausführungsvariante umfasst das
Erkennungsverfahren folgende weiteren Schritte:
- Bereitstellen einer zweiten Trägereinheit zum Aufnehmen von mindestens einem zweiten Laborobjekt zum Einschieben entlang eines zweiten Einschubpfades, wobei der zweite Einschubpfad im Wesentlichen parallel zum erste
Einschubpfad verläuft und in einer anderen Entfernung zum Spiegel liegt als der erste Einschubpfad,
insbesondere gemessen als eine senkrechte Entfernung von der optischen Achse;
- Verstellen des Abstandes zwischen der optischen
Aufnahmeeinheit und dem Spiegel entlang des
Verschiebungspfades in Richtung der optischen Achse, sodass eine (vorgegebene bzw. vordefinierte) zweite Aufnahmedistanz zwischen der optischen Aufnahmeeinheit und dem zweiten Laborobjekt via die Spiegelungsfläche innerhalb der Tiefenschärfe der optischen
Aufnahmeeinheit liegt;
- Einschieben der zweiten Trägereinheit entlang des
zweiten Einschubpfades und währenddessen Aufnehmen eines von der Spiegelungsfläche reflektierten zweiten
optischen Signals von einem zweiten Kennzeichen am zweiten Laborobjekt und/oder einem zweiten Merkmal des zweiten Laborobjekts und/oder einer Probe, welche sich im zweiten Laborobjekt befinden; und
- Auswerten ( /Analysieren) des zweiten optischen Signals um das zweite Kennzeichen und/oder das zweite Merkmal des zweiten Laborobjekts und/oder der Probe zu erkennen.
In einer Ausführungsvariante zum Erkennen von weiteren Kennzeichen an und/oder Merkmalen von Laborobjekten und/oder Merkmalen von Proben, welche sich in den
Laborobjekten befinden, umfasst das Erkennungsverfahren folgenden weiteren Schritt:
- zweites Einschieben der ersten Trägereinheit entlang des ersten oder eines weiteren Einschubpfades, wobei der weitere Einschubpfad (im Wesentlichen) parallel zum ersten Einschubpfad verläuft und in einer
unterschiedlichen Entfernung zum Spiegel liegt als der erste Einschubpfad, insbesondere gemessen als eine senkrechte Entfernung von der optischen Achse, und wobei im Vergleich zum ersten Einschieben eine
entgegengesetzte Seite des ersten Laborobjekts im
Wesentlichen senkrecht zur optischen Achse hin
ausgerichtet ist.
In einer weiteren Ausführungsvariante des
Erkennungsverfahrens handelt es sich bei dem zu erkennenden Kennzeichen am Laborobjekt um eines der folgenden:
- Barcode; - 2D- bzw. Matrix-Code, z.B. ein QR-Code oder Punktcode;
- 3D-Code, wobei beispielsweise ein Farbton, eine
Farbsättigung oder eine Farbhelligkeit eine dritte
Dimension darstellt; - Hologramm;
- Gravur;
- Prägung, wobei das Kennzeichen insbesondere auf einer am Laborobjekt angebrachten Etikette aufgedruckt ist, oder mittels Tinte oder Laserstrahl oder mittels Belichtung einer
lichtempfindlichen Beschichtung direkt auf das Laborobjekt aufgebracht wurde.
In einer weiteren Ausführungsvariante des
Erkennungsverfahrens handelt es sich bei dem zu erkennenden Merkmal des Laborobjekts und/oder der Probe, welche sich im Laborobjekt befindet, um eines der folgenden physischen Merkmale :
- Grösse des Laborobjekts insbesondere des
Probenbehälters;
- Durchmesser des Laborobjekts, insbesondere des
Probenröhrchens ;
- Füllstand des Laborobjekts, z.B. basierend auf einem
Phasenübergang zwischen Flüssigkeit und Luft,
insbesondere zur Bestimmung ob das Laborobjekt leer ist; - Grenzschicht (en) zwischen verschiedenen Bestandteilen der Probe, z.B. der Grenze zwischen Blutserum und
Blut kuchen;
- Ob ein Deckel auf dem Laborobjekt aufgesetzt ist sowie Farbe und/oder Typ des Deckels.
In einer weiteren Ausführungsvariante des
Erkennungsverfahrens wird eine Hintergrundbeleuchtung, insbesondere eine LED-Hintergrundbeleuchtung, oder ein Hintergrund mit einer, z.B. kontraststarken, Musterung oder Färbung eingesetzt, insbesondere geeignet um ein optisches Signal zu erhalten, welches zu einem zuverlässigeren und/oder rascheren Erkennen des Kennzeichens am Laborobjekt oder des Merkmals des Laborobjekts und/oder der Probe, welche sich im Laborobjekt befindet, führt.
Es sei angemerkt, dass Kombinationen der oben aufgeführten Ausführungsvarianten weitere, speziellere Ausführungsbeispiele ergeben können.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Nichtlimitierende Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachstehend anhand von Zeichnungen noch näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 eine Ansicht eines Ausführungsbeispiels einer Trägereinheit zum Aufnehmen mehrerer
Probenröhrchen;
Fig. 2 eine perspektivische Ansicht einer eingeschobenen
Trägereinheit auf einem Arbeitsfeld;
Fig. 3 eine perspektivische Ansicht mehrerer
eingeschobenen Trägereinheiten sowie einer teilweise eingeschobenen Trägereinheit auf einem Arbeitsfeld; Fig. 4 a) Draufsicht eines Ausführungsbeispiels einer
erfindungsgemässen Laborvorrichtung mit einem Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemässen Erkennungsvorrichtung mit einer nahe der ErkennungsVorrichtung eingeschobenen
Trägereinheit; und b) Draufsicht eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemässen Laborvorrichtung mit einem Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemässen Erkennungsvorrichtung mit einer gegenüber der Fig. 4 a) von der Erkennungsvorrichtung entfernteren eingeschobenen Trägereinheit.
In den Figuren stehen gleiche Bezugszeichen für gleiche Elemente .
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG Fig. 1 zeigt in einer Frontansicht eine Trägereinheit 3 (im Fachjargon oftmals „Strip Rack" genannt), in welcher nebeneinander eine Vielzahl (z.B. 8 oder 16) von
Laborob ekten in der Form von Probenröhrchen 4, 4Λ linear in einer Reihe in äquidistanten Halterungen angeordnet sind. Auf den Probenröhrchen 4, 4λ ist eine Etikette mit einem Barcode 1, 1Λ als Kennzeichen aufgeklebt. Die
Probenröhrchen 4, 4λ sind jeweils derart in der Halterung ausgerichtet, dass der Barcode 1, 1 λ in einem Leseschlitz 2 gut erkennbar ist. Auf dem ersten, dritten und vierten Probenröhrchen 4 von rechts ist ein eindimensionaler/lD Barcode (bzw. Strichcode) 4 angebracht. Auf dem zweiten Probenröhrchen 4 von rechts ist ein zweidimensionaler/2D Barcode 1 (bzw. Matrix-Code) angebracht. Das sechste Probenröhrchen 4 Λ von rechts ist derart in der Halterung angeordnet, dass der Barcode sich auf der abgewandten Seite des Probenröhrchens 4 befindet. Dadurch wird die Probe 14, welche sich in dem Probenröhrchen 4Λ befindet, nicht durch die Etikette mit dem Barcode 1, 1Λ verdeckt, sodass z.B. der Füllstand des Probenröhrchens 4A oder eine
Grenzschicht 15 (s. auch das fünfte Probenröhrchen 4λ von rechts) zwischen unterschiedlichen Bestandteilen der Probe 14 erkennbar ist.
Fig. 2 stellt nun die Trägereinheit 3 von Fig. 1 auf einem Arbeitsfeld 13 in einer perspektivischen Ansicht dar. Um den Barcode 1 auf jedem einzelnen Probenröhrchen 4 zu lesen bzw. zu erkennen wird nun die Trägereinheit 3 meist manuell entlang eines Einschubpfades 12 auf das Arbeitsfeld 13 eingeschoben. Nacheinander werden nun weitere Trägereinheiten 3 jeweils entlang eines anderen
Einschubpfades 12 12 x 12 λ λ λ auf das Arbeitsfeld 13 eingeschoben. Das Einschieben bzw. Einziehen der
Trägereinheiten 3 auf das Arbeitsfeld 13 kann alternativ auch mittels einer Einzugsvorrichtung (nicht gezeigt in Fig. 2) motorisiert entlang des jeweiligen Einschubpfades 12, 12 \ 12 12" erfolgen.
Fig. 3 zeigt ein Arbeitsfeld 13, auf welchem bereits mehrere Trägereinheiten 3 vollständig und eine
Trägereinheit 3 erst teilweise auf das Arbeitsfeld 13 eingeschoben wurde. Mittels des grossen Barcodes 16 auf der Trägereinheit 3 ist diese identifizierbar (->
Trägereinheits- bzw. Batch-Nummer ) . Auf der Trägereinheit 3 befindet sich jeweils bei jeder Halterung ein kleiner Barcode 16 welcher die Halterungs- bzw. Positionsnummer für die einzelnen Probenröhrchen 4 angibt. Ein Sensor, wie z.B. ein Hall-Sensor 19, detektiert entlang welchem
Einschubpfad 12, 12 12, , 12 Λ Λ Λ die Trägereinheit 3 eingeschoben wird. Diese Information wird dazu verwendet, den Abstand zwischen der optischen Aufnahmeeinheit und dem Spiegel so einzustellen, dass eine Aufnahmedistanz via die Spiegelungsfläche zwischen der optischen Aufnahmeeinheit und dem Probenröhrchen 4 innerhalb der Tiefenschärfe der optische Aufnahmeeinheit 5 liegt. Wie aus Fig. 3
ersichtlich können nun die einzelnen Barcodes 1, 1 16 und 16 λ beim Einschieben durch die Aufnahmelücke 18, welche tunnelartig durch die Griffe 17 der bereits vollständig eingeschobenen Trägereinheiten 3 gebildet wird, hindurch erkannt werden.
Die Barcodelese- bzw. Erkennungseinheit muss nun derart ausgeführt und relativ zu den Einschubpfaden 12, 12 12 Λ , 12 Λ λ λ angeordnet sein, dass der Barcode 1 jedes einzelnen Probenröhrchen 4 beim Einschieben bzw. Einbringen der
Trägereinheiten 3 ungehindert und zuverlässig gelesen bzw. erkannt werden kann, was bedingt das die Aufnahmedistanz zwischen der optischen Aufnahmeeinheit und dem zu
erkennenden Probenröhrchen 4 innerhalb der Tiefenschärfe der optischen Aufnahmeeinheit liegen muss. Dabei wird angestrebt, die Erkennungsvorrichtung möglichst
platzsparend am Arbeitsfeld 13 anzuordnen, sodass die
Laborvorrichtung möglichst kompakt ausgestaltet ist.
Diese Vorgaben werden erfindungsgemäss durch die Anordnung bzw. Vorrichtung gemäss Fig. 4 beispielhaft gelöst. Fig. 4 zeigt in einer Aufsicht eine erfindungsgemässe
Erkennungsvorrichtung mit einer Kamera 5 als optischer Aufnahmeeinheit . Die Kamera 5 ist auf einer
Transporteinheit 8 montiert, welche mittels eines Antriebs (z.B. elektrischen Schrittmotors, nicht gezeigt in Fig. 4) entlang eines Verschiebungspfades 9 (z.B. in Form einer Schiene wie beispielsweise einer Zahnstange) , der parallel zu den Einschubpfaden 12, 12 12 λ λ, 12 λ λ sowie senkrecht zur Arbeitsfeldkante verläuft, bewegt wird. Die Kamera 5 sieht nun den Barcode 1 auf jedem der Probenröhrchen 4 via einen Spiegel 1, welcher in einem Winkel von 45° zur optischen Achse 6 der Kamera 5 steht, die parallel zum Verschiebungspfad 9 verläuft. Vor dem Einschieben der Trägereinheit 3 entlang des Einschubpfads 12 nahe dem Spiegel 7 im senkrechten Abstand A2 von der optischen Achse 6 wie in Fig. 4 a) dargestellt, wird nun der Abstand Ai der Kamera 4 zum Spiegel 7 so eingestellt, dass die Summe von Ai und A2 eine Aufnahmedistanz innerhalb der Tiefenschärfe des Fixfokus-Objektivs 10 der Kamera 5 ergibt, in welcher die Kamera 5 folglich den Barcode mit maximaler Schärfe bzw. Auflösung erkennen kann.
Damit die Steuereinheit (nicht gezeigt in Fig. 4) den Abstand A2 kennt, wird z.B. vorne an der Trägereinheit 3 ein Magnet angebracht, welcher ein entsprechender
MagnetSchalter (wie z.B. ein Hall-Sensor oder Reed-
Schalter) , der am Anfang jedes Einschubpfades 12, 12
12, , 12 Λ λ angeordnet ist, bei Annäherung der
Trägereinheit 3 auslöst.
Während dem Einschieben wird der Abstand Ai konstant gehalten und jedes Probenröhrchen 4 am Spiegel 7
vorbeibewegt. Sobald ein Probenröhrchen 4 auf der Höhe des Spiegels 7 ankommt (also im senkrechten Abstand A2 vom Schnittpunkt der optischen Achse 6 mit dem Spiegel 7 entfernt ist) nimmt die Kamera 4 mindestens ein Bild des Barcodes 1 auf, welches dann in der Auswerteeinheit analysiert wird um den Barcode 1 zu erkennen bzw. die darin kodierte Information zu detektieren. Das Vorbeibewegen der Probenröhrchen 4 am Spiegel 7 kann beispielsweise auch durch entsprechende Sensoren, wie Magnetschaltern, erfasst werden, indem z.B. weitere Magnete in der Trägereinheit 3 im Abstand der Halterungen angeordnet sind. Zum selben Zweck könnte alternativ eine Lichtschranke eingesetzt werden.
Um die Sicht auf den Spiegel 7 frei zu machen, sollte die gesamte Trägereinheit 3 möglich über den Spiegel 7 hinaus entlang des Einschubpfads 12 eingeschoben werden, oder das Ende der Trägereinheit 3, z.B. der Griff 17 sollte derart ausgestaltet sein, dass der Spiegel 7 durch dieses hindurch sichtbar ist, wenn eine weitere Trägereinheit 3 auf einem anderen Einschubpfad 12 , 12 λ, 12 λ eingeschoben wird.
In Fig. 4 b) wird der Fall gezeigt, in dem die
Trägereinheit 3 entlang des Einschubpfads 12 weiter entfernt vom Spiegel 7 (als in Fig. 4 a)) im senkrechten Abstand A2 λ > A2 von der optischen Achse 6 eingeschoben wird. Entsprechend muss die Steuereinheit die Kamera 5 auf der Transporteinheit 8 entlang des Verschiebungspfades 9 näher zum Spiegel 7 hin bewegen (Ai Λ < Ai) , damit die
Aufnahmedistanz dieselbe (also in etwa konstant bzw.
innerhalb der Tiefenschärfe des Fixfokus-Ob ektivs 10) bleibt, wie in der Situation gemäss Fig. 4 a) . Dadurch muss die Schärfeeinstellung nicht am Kameraobjektiv selber vorgenommen werden, womit das Fixfokus-Objektiv 10 für diese Anwendung genügt. Um sicherzustellen, dass die Barcodes 1 beim Aufnehmen durch die Kamera 5 gut lesbar sind, kann optional eine Beleuchtungseinheit 11 beim Spiegel 7 (oder bevorzugt bei der Kamera 5 als LED-Ring) angeordnet sein, welcher die Probenröhrchen 4 mit geeignetem Licht ausleuchtet. Diese Beleuchtungseinheit 11 kann z.B. aus LEDs oder Laserdioden aufgebaut sein, und/oder eine UV- oder IR-Lichtquelle umfassen. Letzteres könnte vor allem bei der Erfassung eines Merkmals des Probenröhrchens 4 (z.B. dessen
Durchmesser) und/oder einer Probe 14, welche sich darin befindet (z.B. einer Grenzschicht 15 oder dem Füllstand) hilfreich sein. Zusätzlich könnte noch eine
Hintergrundbeleuchtung (nicht gezeigt in Fig. 4) eingesetzt werden, welche die Probenröhrchen 4 von hinten gegen den Spiegel 7 hin beleuchten, damit ein guter Kontrast zwischen dem Hintergrund und dem aufzunehmenden Probenröhrchen 4 erreicht werden kann. Dazu könnte alternativ oder
ergänzend ein Hintergrund mit einer geeigneten Farbe oder Musterung eingesetzt werden. Die Musterung kann
beispielsweise zur Bestimmung des Innendurchmessers des
Probenröhrchens 4 dienen, indem ausgenutzt wird, dass die Musterung bei Betrachtung durch das Material des
Probenröhrchens 4 oder durch dessen Inhalt 14 (z.B. einer Flüssigkeit) aufgrund eines von der Luft abweichenden Brechungsindexes verzerrt wird.
Um ein Merkmal der im Probenröhrchen 4 enthaltenen Probe erfassen zu können, kann es nötig sein, die Trägereinheit umgekehrt (d.h. um 180° gedreht) nochmals einzuschieben, sodass die Rückseite der Probenröhrchen A auf welcher sich kein Barcode 1 befindet, der die Probe 14 abdeckt, mit der Kamera 5 aufnehmen zu können. Die Probe 14 könnte dazu alternativ oder zusätzlich zur Beleuchtung von vorne mittels der Beleuchtungseinheit 11 (und hinten mittels der Hintergrundbeleuchtung) auch von oben und/oder unten mit einer geeigneten Lichtquelle beleuchtet werden.
Durch das Anordnen der erfindungsgemässen
Erkennungsvorrichtung senkrecht zur Arbeitsfeldkante und parallel zu den Einschubpfaden 12, 12 λ 12 λ, 12 λ und durch das Umlenken des Abbilds der aufzunehmenden
Laborobjekte 4 mittels des Spiegels 7 entsteht eine sehr kompakte Bauweise, welche sich (auch nachträglich) einfach an ein bestehendes Arbeitsfeld 13 anbringen lässt.
Dadurch, dass der Abstand zwischen der Kamera 5 und dem Spiegel 7 mittels der Transporteinheit 8 einstellbar ist, kann die Aufnahmedistanz zum aufzunehmenden Laborobjekt 4 konstant bzw. innerhalb der Tiefenschärfe des Objektivs der Kamera 5 gehalten werden, unabhängig davon wie weit der Einschubpfad 12, 12Λ, 12, Λ, 12 Λ Λ vom Spiegel 7 entfernt ist. Damit genügt es die Kamera 5 mit einem Fixfokus- Objektiv 11 auszustatten anstatt ein komplexes und teures Zoomobjekt verwenden zu müssen. Die Anordnung des
Verschiebungspfades 9 senkrecht zur Arbeitsfeldkante bzw. parallel zu den Einschubpfaden 12, 12 λ, 12, , 12 Λ
ermöglicht wiederum eine kompakte Bauweise, und verhindert zudem, dass sich die Einschubpfade 12, 12 12 Λ, 12 Λ λ Λ und der Verschiebungspfad 9 kreuzen, was zu Kollisionen der Kamera 5 mit den Trägereinheiten 3 führen könnte.
LISTE DER BEZUGSZEICHEN
1 Kennzeichen, Barcode-Etikette, lD-Barcode
(Strichcode ) 1 Kennzeichen, 2D-Barcode (Matrix-Code)
2 (Barcode- ) Leseschiitz
3 Trägereinheit (Strip Rack)
4 Laborobjekt, Probenröhrchen (mit Etikette vorne) 4 Laborobjekt, Probenröhrchen (mit Etikette hinten) 5 optische Aufnahmeeinheit , Kamera
6 optische Achse
7 Spiegel
8 Transporteinheit
9 Verschiebungspfad 10 Fixfokus-Objektiv
11 Beleuchtungseinheit
12, 12 12 \ 12 Λ x Λ Einschubpfad (mehrere)
13 Arbeitsfeld
14 Probe, Blut 15 Grenzschicht, Phasenübergang
16 Kennzeichen (Strichcode) mit Trägereinheit-Nr. 16λ Kennzeichen (Strichcode) mit Halterungs-/Pos . -Nr .
17 Griff der Trägereinheit
18 Aufnahmelücke 19 (Hall-) Sensor
Ai, Ai x Abstand Kamera zu Spiegel
A2, A2 λ senkrechter Abstand Spiegel / optische Achse zum
Einschubpfad

Claims

ANSPRÜCHE
1. Erkennungsvorrichtung zum Erkennen von Kennzeichen (1, 1λ) an und/oder Merkmalen von Laborob ekten (4, 4 ) und/oder von darin befindlichen Proben (14), umfassend:
- eine optische Aufnahmeeinheit (5) mit einem optischen Sensorelement, welches geeignet ist in Richtung einer optischen Achse (6) ein optisches Signal aufzunehmen;
- ein Spiegel (7) mit einer Spiegelungsfläche, welche
relativ zur optischen Achse (6) in einem Winkel in einem
Bereich von 35° bis 55°, insbesondere in einem Bereich von 42° bis 48°, bevorzugt von im Wesentlichen 45°, steht ;
- eine Transporteinheit (8), auf welcher die optische
Aufnahmeeinheit (5) oder der Spiegel (7) montiert ist, und derart entlang eines Verschiebungspfades (9) in Richtung der optischen Achse (6) bewegbar ist, dass ein Abstand ( Ai , Ai λ ) zwischen der optischen Aufnahmeeinheit (5) und dem Spiegel (7) veränderbar ist, sodass eine Aufnahmedistanz ( Ai+ A2, Ai +A2'1) via die
Spiegelungsfläche zwischen der optischen Aufnahmeeinheit (5) und einem Laborobjekt (4, 4 ), insbesondere einem Probenbehälter, wie einem Probenröhrchen (4,4λ), einem Reagenzientrog oder einer Mikroplatte, welches sich querab der optischen Achse (6) auf Höhe des Spiegels (7) befindet, so einstellbar ist, dass die Aufnahmedistanz innerhalb einer Tiefenschärfe der optische
Aufnahmeeinheit (5) liegt; und - eine Auswerteeinheit, welche mit der optischen
Aufnahmeeinheit (5) wirkverbunden ist, und konfiguriert ist um basierend auf dem von der Spiegelungsfläche reflektierten optischen Signal ein Kennzeichen (1, 1 ) an dem Laborobjekt (4, 4 ) und/oder ein Merkmal des Laborobjekts (4, 4') und/oder einer Probe (14), welche sich im Laborobjekt (4, 4λ) befindet, zu erkennen.
2. Erkennungsvorrichtung nach Anspruch 1, weiter
umfassend :
- eine Antriebseinheit zum motorisierten Bewegen der
Transporteinheit (8); und
- eine Steuereinheit, welche mit der Antriebseinheit
wirkverbunden ist, und konfiguriert ist um durch
Verstellen des Abstands (Ai, Ai ) die Aufnahmedistanz innerhalb der Tiefenschärfe der optischen
Aufnahmeeinheit (5) einzustellen.
3. Erkennungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Steuereinheit eine Information betreffend eine Entfernung des Laborobjekts (4, 4 ) vom Spiegel (7), insbesondere einer senkrechten Entfernung des Laborobjekts (4, 4Λ) von der optischen Achse (6), zuführbar ist .
4. Erkennungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die optische Aufnahmeeinheit (5) weiter ein Fixfokus-Objektiv (10) umfasst, welches insbesondere zum optimalen Fokussieren von Laborobjekten (4, 4λ), die sich via die Spiegelungsfläche gemessen um die Aufnahmedistanz von der optischen
Aufnahmeeinheit (5) entfernt befinden, ausgelegt ist, wobei die Aufnahmedistanz insbesondere in einem Bereich von 15 cm bis 80 cm liegt, bevorzugt 50 cm ist.
5. Erkennungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Erkennungsvorrichtung weiter eine Beleuchtungseinheit (11) aufweist, welche bei der optischen Aufnahmeeinheit (5) oder dem Spiegel (7) angeordnet ist, und zum Ausleuchten der Laborobjekte (4, 4X) geeignet ist, wobei insbesondere eine Leuchtstärke der Beleuchtungseinheit (11) in Abhängigkeit der
Aufnahmedistanz durch die Steuereinheit einstellbar ist, und wobei die Beleuchtungseinheit (11) insbesondere eine oder mehrere LEDs oder Laserdioden oder eine UV- oder IR- Lichtquelle umfasst.
6. Erkennungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die optische
Aufnahmeeinheit (5) eines der folgenden ist:
- ein CCD-Scanner mit einer Photodiodenzeile als optischem Sensorelement;
- ein Laser-Scanner, welcher ein Laserstrahl zur Abtastung von mindestens einem Teil des Laborobjekts (4, 4λ) verwendet ; - eine Kamera (5) mit einem Bildsensor als optischem
Sensorelement .
7. Laborvorrichtung, insbesondere ein Arbeitsfeld (13), mit einer Erkennungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Laborvorrichtung zumindest eine
Arbeitsfeldkante und weiter eine Vielzahl von
Einschubpfaden (12, 12 12 \ 12λ , ) im Wesentlichen senkrecht zur Arbeitsfeldkante aufweist, welche für das Einschieben von Trägereinheiten (3) zum Aufnehmen eines oder mehrerer Laborobjekte (4, 4'), insbesondere
Probenbehälter, wie z.B. Probenröhrchen (4, 4λ),
Reagenzienbehälter oder Mikroplatten, ausgeführt sind, und wobei die Erkennungsvorrichtung derart angeordnet ist, dass der Verschiebungspfad (9) im Wesentlichen senkrecht zur Arbeitsfeldkante verläuft.
8. Laborvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch
gekennzeichnet, dass entlang von mindestens einem der Einschubpfade (12, 12 \ 12, , 12, , Λ) mindestens ein Sensor (19) angeordnet ist, welcher geeignet ist um das
Einschieben einer Trägereinheit (3) zu detektieren, und aus einem Ausgangssignal dieses mindestens einen Sensors (19) eine Information betreffend eine Entfernung (A2, A2 Λ ) des Laborobjekts (4, 4λ) vom Spiegel (7) ableitbar ist.
9. Laborvorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass an den Trägereinheiten (3) mindestens ein Signalgeber, wie z.B. ein Magnet, angeordnet ist, wobei insbesondere je ein Signalgeber zwischen einzelnen
Aufnahmen zum Aufnehmen eines der mehreren Laborobjekte (4, 4 ) angeordnet ist.
10. Laborvorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägereinheiten (3) zur Aufnahme von mehreren Laborobjekten (4, 4λ) in einer oder mehreren zu einander versetzten Reihen ausgeführt sind.
11. Laborvorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Laborvorrichtung weiter eine Einzugsvorrichtung aufweist zum motorisierten
Einziehen von einzelnen Trägereinheiten (3) entlang des jeweiligen Einschubpfades (12, 12λ, 12, λ, 12, λ)·
12. Laborvorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Laborvorrichtung weiter eine Hintergrundbeleuchtung, insbesondere eine LED- Hintergrundbeleuchtung, aufweist, welche derart angeordnet ist, dass mindestens ein Einschubpfad (12, 12 12 Λ, 12λ , λ) zwischen der Hintergrundbeleuchtung und dem Spiegel (7) liegt.
13. Erkennungsverfahren zum Erkennen von Kennzeichen (1, 1λ) an und/oder Merkmalen von Laborobjekten (4, 4λ) und/oder Merkmalen von Proben (14), welche sich in den Laborobjekten (4, 4λ) befinden, umfassend die Schritte: - Anordnen einer optischen Aufnahmeeinheit (5) mit einem optischen Sensorelement, welches geeignet ist in
Richtung einer optischen Achse (6) ein optisches Signal aufzunehmen; - Anordnen eines Spiegels (7) mit einer Spiegelungsfläche, welche relativ zur optischen Achse (6) in einem Winkel in einem Bereich von 35° bis 55°, insbesondere in einem Bereich von 42° bis 48°, bevorzugt von im Wesentlichen 45°, steht; - Bereitstellen einer ersten Trägereinheit (3) zum
Aufnehmen von mindestens einem ersten Laborobjekt (4), insbesondere eines Probenbehälters, wie z.B. eines
Probenröhrchens (4), eines Reagenzientroges oder einer Mikroplatte, zum Einschieben entlang eines ersten
Einschubpfades (12, 12 \ 12 λ \ 12 , Λ);
- Verstellen eines Abstandes (Ai, Ai λ) zwischen der
optischen Aufnahmeeinheit (5) und dem Spiegel (7) entlang eines Verschiebungspfades (9) in Richtung der optischen Achse (6), sodass eine erste Aufnahmedistanz (A1+A2, ΑιΛ+Α2 ) zwischen der optischen Aufnahmeeinheit
(5) und dem ersten Laborobjekt (4, 4λ) via die
Spiegelungsfläche innerhalb der Tiefenschärfe der optischen Aufnahmeeinheit (5) liegt, wobei der
Verschiebungspfad (9) im Wesentlichen parallel und querab zum ersten Einschubpfad (12, 12 12, Λ, 12, λ) verläuft ;
- Einschieben der ersten Trägereinheit (3) entlang des
ersten Einschubpfades (12, 12 \ 12 λ \ 12 x λ ) und währenddessen Aufnehmen eines von der Spiegelungsfläche reflektierten ersten optischen Signals von einem ersten Kennzeichen (1, 1Λ) an und/oder einem ersten Merkmal des ersten Laborobjekts (4, 4Λ) und/oder einer Probe (14), welche sich im ersten Laborobjekt (4, 4Λ) befindet; und
- Auswerten des ersten optischen Signals um das erste
Kennzeichen (1, 1Λ) und/oder das erste Merkmal des ersten Laborobjekts (4, 4 ) oder der Probe (14) zu erkennen .
14. Erkennungsverfahren nach Anspruch 13, umfassend den weiteren Schritt:
- Detektieren einer Information betreffend eine Entfernung (Ä2, Α2 λ) des Laborobjekts (4, 4λ) vom Spiegel (7).
15. Erkennungsverfahren nach Anspruch 13 oder 14, wobei das Verstellen und/oder das Einschieben motorisiert erfolgt .
16. Erkennungsverfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem zu erkennenden Kennzeichen am Laborobjekt (4, 4 λ ) um eines der folgenden handelt:
- Barcode ( 1 ) ; - 2D-Code z.B. ein QR-Code oder Punktcode; - 3D-Code, wobei beispielsweise der Farbton, die Farbsättigung oder die Farbhelligkeit die dritte
Dimension darstellt;
- Hologramm; - Gravur;
- Prägung, wobei das Kennzeichen insbesondere auf einer am Laborobjekt (4, 4 λ ) angebrachten Etikette aufgedruckt ist, oder mittels
Tinte oder Laserstrahl oder mittels Belichtung einer lichtempfindlichen Beschichtung direkt auf das Laborobjekt (4, 4λ) aufgebracht wurde.
17. Erkennungsverfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem zu erkennenden Merkmal des Laborobjekts (4, 4 ) und/oder der
Probe (14), welche sich im Laborobjekt (4, 4λ) befindet, um eines der folgenden physischen Merkmale handelt:
- Grösse und Art des Laborobjekts (4, 4λ), insbesondere des Probenbehälters; - Durchmesser des Laborobjekts (4, λ), insbesondere des Probenröhrchens (4, 4Λ);
- Füllstand des Laborobjekts (4, 4 ), z.B. basierend auf einem Phasenübergang zwischen Flüssigkeit und Luft, insbesondere zur Bestimmung ob das Laborobjekt (4, 4λ) leer ist; - Einer Grenzschicht (15) zwischen zwei verschiedenen Bestandteilen der Probe (14), z.B. die Grenze (15) zwischen Blutserum und Blutkuchen;
- Ob ein Deckel auf das Laborobjekt (4, 4X) aufgesetzt ist sowie Farbe und/oder Typ des Deckels.
18. Erkennungsverfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass eine
Hintergrundbeleuchtung, insbesondere eine LED- Hintergrundbeleuchtung, oder ein Hintergrund mit einer Musterung oder Färbung eingesetzt wird, insbesondere geeignet um ein optisches Signal zu erhalten, welches zu einem zuverlässigeren und/oder rascheren Erkennen des Kennzeichens (1, 1λ) am Laborobjekt (4, 4 ) oder des
Merkmals des Laborobjekts (4, 4 ) und/oder der Probe (14), welche sich im Laborobjekt (4, 4Λ) befindet, führt.
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