(57)【要約】  本発明は、光学式に対象を結像する、具体的にはピンホール開口によって検出デバイス上に光学的パターンまたは光学的コードを結像するシステムおよび方法を説明する。本発明によれば、これらのシステムは、照明デバイスと対象面の間に光減衰要素を有し、これがピンホール開口によってもたらされたシステム固有の結像欠陥、具体的にはピンホール開口によって検出デバイス上に形成された対象の像の周辺におけるシステム固有の輝度低下を実質的に補償する。本発明によれば、光減衰要素は、対象の中央領域がその周辺領域より低い光強度で照射されるように、対象の照明強度を変化させる。それに続く、ピンホール開口による対象の結像の結果として、対象の中央領域は、検出デバイス上に対象の周辺領域より高い光強度で結像される。2つの効果の重ね合わせによって、本発明による結像システムが検出デバイス上に実質的に一様なシステム固有の輝度分布を実現することが可能になる。
2008529110.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
対象面に配置された対象を光学式に結像するためのシステムであって、
検出面に配置された検出デバイスと、
前記対象を前記検出デバイス上に結像するためのピンホール開口と、前記対象を照射するための照明デバイスとを備え、
前記照明デバイスと前記対象面の間に光減衰要素が配置され、これが前記ピンホール開口によってもたらされたシステム固有の結像欠陥、具体的にはピンホール開口によって前記検出デバイス上に結像された前記対象の像の周辺における前記システム固有の輝度低下を実質的に補償することを特徴とするシステム。
【請求項２】
前記光減衰要素が、前記検出面に実質的に一様なシステム固有の輝度分布をもたらすことを特徴とする請求項1に記載のシステム。
【請求項３】
前記光減衰要素が、前記対象の中央領域が前記対象の周辺領域より低い照明強度で照射されるように、前記照明デバイスによる前記対象の前記照明を変化させることを特徴とする請求項1または2に記載のシステム。
【請求項４】
前記光減衰要素が透過性の低い同心性の線および透過性の高い中間領域から成る開口構造体の形をしており、互いの間の幅および/または間隔が、前記対象の前記周辺領域より低い光強度で前記対象の前記中央領域が照射されるように設計されることを特徴とする請求項1から3の一項に記載のシステム。
【請求項５】
前記照明デバイスがいくつかの個々の発光源を含み、その前にある光減衰要素が、前記対象面における前記個々の発光源の前記照明強度の重ね合わせの結果として前記対象の前記中央領域が前記対象の前記周辺領域より低い光強度で照射されるように配置されることを特徴とする請求項1から4の一項に記載のシステム。
【請求項６】
前記光減衰要素が、1つまたは複数の開口構造体を有するフィルムマスクの形をしていることを特徴とする請求項1から5の一項に記載のシステム。
【請求項７】
前記ピンホール開口がフィルムマスクの形をしており、10μmから1000μm、好ましくは20μmから500μm、特に好ましくは50μmから200μmの直径を好ましくは有することを特徴とする請求項1から6の一項に記載のシステム。
【請求項８】
前記対象が光反射法によって前記検出デバイス上に結像され、前記ピンホール開口が請求項7に記載のフィルムマスクに統合されることを特徴とする請求項6または7の一項に記載のシステム。
【請求項９】
前記検出デバイスが、光センサ要素、具体的にはCCD素子またはCMOS素子であることを特徴とする請求項1から8の一項に記載のシステム。
【請求項１０】
特に光学的パターンまたは光学的コードの形で光学的情報を持つ対象と、
対象を光学式に結像するための請求項1から9の一項に記載のシステムと、
前記検出デバイス上の前記対象の前記像からの前記対象の前記光学的情報を記録し、さらなる処理または表示のためにそれを提供する評価デバイスとから成る、光学的情報を記録し処理するためのシステム。
【請求項１１】
光学的情報、具体的には、試験のタイプ、バッチ番号、製造日付、チェックサムまたは較正機能用データに関する光学的に符号化した情報を持つ試験要素と、
前記試験要素の前記光学的情報を記録し評価するための請求項10に記載のシステムを含む評価デバイスとから成る試験要素分析システム。
【請求項１２】
対象が照明デバイスによって照射され、前記対象がピンホール開口によって検出デバイス上に結像された、検出面に配置された前記検出デバイス上に対象面に配置された前記対象を光学式に結像する方法であって、
前記照明デバイスと前記対象面の間に光減衰要素が配置され、これが前記ピンホール開口によってもたらされた前記結像欠陥、具体的にはピンホール開口によって前記検出デバイス上に形成された前記対象の像の周辺における前記システム固有の輝度低下を実質的に補償することを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ピンホール開口を利用して、検出デバイス、具体的にはCCD素子またはCMOS素子上に、対象、具体的には情報を持つ光学的パターンまたは光学的コードを光学式に結像するシステムに関する。本発明は、ピンホール開口によってもたらされた結像欠陥、具体的にはピンホール開口によって検出デバイス上に形成された対象の像の周辺におけるシステム固有の輝度低下を実質的に補償する特別なデバイスを有するシステムに特に関する。
【０００２】
さらに、本発明は、光学的情報を持つ対象の光学式結像用のようなシステムを備えて光学的情報を取得するためのシステム、および検出器デバイス上に形成された対象の像から対象の光学的情報を収集し、さらなる処理または表示のためのこの情報を提供するインライン評価デバイスに関する。
【０００３】
さらに、本発明は、少なくとも1つの試験要素および光学的情報を収集するために本発明によるそのようなシステムを含む評価デバイスを備える試験要素分析システムに関する。
【０００４】
最後に、本発明は、ピンホール開口によってもたらされた結像欠陥、具体的にはピンホール開口によって検出デバイス上に形成された対象の像の周辺におけるシステム固有の輝度低下を実質的に補償することができてピンホール開口によって検出デバイス上に対象を光学式に結像するための方法に関する。
【背景技術】
【０００５】
検出デバイス上に光学式に対象を結像することは、多くの技術分野で重要な役割を果たす。したがって、通常はコード読取装置またはスキャナなどの専用の読取システムである検出デバイス上への1次元または2次元の光学的パターンの光学式結像は、これらの光学的パターンを持つ対象に関する情報を収集し、かつインライン評価システムにこの情報を伝達するために使用される。
【０００６】
情報を格納するかまたは伝達するためにしばしば使用される光学的パターンは、例えば対象に印刷されるかまたは対象に貼り付けられるかして対象に与えられる例えば1次元(1D、例えばバーコード)または2次元(2D、例えばデータのマトリクスコード)のコードであり、この対象に関する情報を含む。この場合、情報はコードの光学的パターンに符号化される。その像は、最初にパターンの像を記録する検出デバイス上に形成される。次に、結像された対象の情報がそこから収集され、さらなる処理または表示に提供され得る。したがって、例えば、構造ユニット、個々の構成要素、中間物および最終製品も、とりわけ製造ならびに保管の管理、および万一誤差が生じたとき、トレーサビリティを可能にするようなコードを用いて、はっきりと識別し管理することができる。そのようなコードの一般的な応用分野は、調剤および保健システム、自動車産業、化学およびバイオ医学の分析装置における、保管およびマテリアルハンドリング技術、品質保証、材料監視、生産管理、サンプル識別ならびにドキュメント処理用である。
【０００７】
そのような光学システムは、特に化学および診断の分析システムおよび試験要素分析システムで光学的パターンを記録するためにも使用される。そのような試験要素分析システムでは、それぞれの試験要素上またはバッチ固有のコーディング対象などこの目的のために特別に与えられた対象上の光学的コードは、主として個々のケースおよび/または特別な試験要素の中で使用されている試験中の評価デバイスに特定の情報を伝えるために使用される。そのような試験要素分析システムは、例えばドイツ特許出願第102004011648.2号で説明されている。
【０００８】
産業用途で使用される光学式読取システムは、通常、検出デバイス上に光学的パターンの像を形成する光反射法に光学レンズを使用する。他の設計が、例えば伝送プロセスで部分的に透明な光学的パターンまたは光学的コードを使用するスキャナで実現されている。1次元コードは、コードを保持する対象に対して相対的に動くラインセンサまたはスキャナによって通常比較的簡単に記録をとることができるのに対して、2Dコードなど2次元の光学的パターンは、まず検出デバイス上に結像され、次にこれらの像は通常専用ソフトウエアアルゴリズムによって評価される。2次元光学的パターン用のそのような読取システムは、検出デバイスとして、通常CCDセンサまたはCMOSセンサなどの光マトリックスセンサを使用する。
【０００９】
結像システムの優れた結像品質のために、これらのシステムが検出面に実質的に一様なシステム固有の輝度分布をもたらす結像特性を有することが重要である。これに関連して、検出面におけるシステム固有の輝度分布という用語は、一様な対象の像の輝度分布を指し、具体的には検出面に配置された検出デバイス上の均一で特に一様に(uniformally)組織され一様に着色された表面の輝度分布を意味するものと理解される。輝度分布がそのようであると、光学システムの基本的な結像特性の情報を得ることが可能になる。そのような一様な対象の像は、そのシステム固有の結像の欠陥を含む、システム固有の結像特性を表す一種の背景画像と見なすことができる。情報を持つ結像対象は、例えば異なった輝度または色の画定された領域の形で、そのようなシステム固有の背景画像から識別可能でなければならない。システム固有の背景画像が、既に検出面において容易に検出できるほどの輝度差をもたらすのであれば、これらのシステム固有の輝度差は、例えば明るすぎる領域または暗すぎる領域の形で、実際の情報を持つ結像対象による、情報伝達にとって所望の必要な輝度差の上に重ねられることになる。これによって、伝達されるべき真の情報の入手および評価が、かなり複雑になるか、期待を裏切ったものになるか、または妨げられるであろう。
【００１０】
検出面で、最も均一な、システム固有の輝度分布を実現するために様々な解決策が従来技術で提案されている。
【００１１】
このように、例えば、Microscan社(ドイツのFreising)製の2Dコード読取装置「Quadrus」は、対象をできるだけ均一に照射するために発光源として20個の個々の高性能LEDを有する。
【００１２】
ドイツの公開文献であるドイツ特許第4221069号は、光検出器上に結像されるバーコードなどの光学的パターンを結像するための光デバイスを説明している。この光デバイスは、バーコードを結像するための結像レンズおよびバーコード像の情報を記録し評価するためのCCDラインセンサを備える。このシステムは、バーコードとラインセンサの間に配置された減衰デバイスも有し、これは、結像レンズの構造に関連した影響にもかかわらず、センサ上のシステム固有の輝度分布がより一様になるように設計されている。これに関連して、ドイツ特許第4221069号は、結像対象から放射された後にラインセンサに当たる特定の空間領域の光線の強度を減衰させることができる光学要素を備える減衰要素を教示している。これに関連して、ドイツ特許第4221069号は、具体的には、中央領域が周辺より低い屈折率を有する被覆を施され、したがってこの発明による適当な減衰要素としてミラー要素を教示している。その上、ドイツ特許第4221069号は、結像されるべきコードと検出デバイスの間の光路において光減衰フィルタとして使用することができる周辺より中央領域で透過率が低い減衰要素としてＮＤ(中性濃度)フィルタを教示している。
【００１３】
特にハンドスキャナまたは可搬の試験要素分析システムなどのモバイル機器または携帯型システムにおける結像システムの用途向けに、他に以下の要因を考慮に入れなければならない。
【００１４】
- そのようなシステムはしばしば大量生産されるので、これらのシステムまたは測定器にできるだけ簡単で安価な結像システムを組み込むことが有利である。しかし、それらは、結像対象に含まれている光学的情報が正確に記録され評価されることを保証するために、結像品質に関して一定の要件を満たさなければならない。
【００１５】
- 結像対象に対する走査運動を利用する従来システムの多くは、とりわけそれらのレンズ系および検出デバイスに対する対象の運動を制御するデバイスによるかなり大きな構造スペースを有する。特に、試験要素分析システムは、しばしば可搬の携帯型測定器として設計されるので、そのようなシステムが数立方センチメートルの範囲内であるようにできるだけ小さな構造寸法を有することが望ましい。
【００１６】
- 簡単で安価な結像システムは、通常、結像対象が発光源によって照射され、発光源の反対側に配置された検出デバイス上に結像されることを意味する透過法を用いる。発光源、結像対象および検出デバイスを順に並べる必要があるので、そのようなシステムが大きな構造スペースを必要とすることはシステムに本質的なものであり、したがって、可搬システムでの使用には限定された適合性しかない。さらに、結像対象は、いずれにしてもそのような透過法を使用するために一定の光学的特性を有しなければならない。したがって、例えば、そのようなシステムによってそれらの情報が読まれ得るためには、光学的コードは、少なくとも部分的に透明な領域を有する必要がある。その結果、そのような結像システムは多くの応用分野に不適当である。
【００１７】
非常に簡単で安価な設計、できるだけ小さな構造スペース、結像システムが対象に対して運動することなしに検出デバイス上に結像対象の像を形成する能力、および非常に信頼できる読取りの組合せによって特徴付けられる光学式に対象を結像するためのシステムは、従来技術から知られていない。具体的には、知られている結像システムは、小さな可搬システム、具体的には診断用の試験要素分析システムの中への組込み用には限定された適合性しかない。具体的には、簡単でコスト効率の良い手段を用いて検出面に非常に一様なシステム固有の輝度分布を実現する簡単な結像システムは知られていない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
本発明の目的は、従来技術の不都合を回避する、対象を光学式に結像するためのシステムおよび方法を提供することである。本発明の目的は、具体的には光学的パターンを結像するためのシステムおよび方法を提供することであり、また、具体的には可搬の試験要素分析システム向けにそのような結像システムの前述の要件を満たすコードを提供することである。
【００１９】
本発明の別の目的は、検出デバイス上に対象を光学式に結像するための簡単でコスト効率が良く検出面内にできるだけ一様なシステム固有の輝度分布を有するシステムをコンパクトな設計で提供することである。
【００２０】
本発明の別の目的は、結像システムに加えて、検出デバイス上に結像された対象の光学的情報を記録してさらなる処理または表示のためのこの情報を提供する追加の装置を有する、光学的情報を記録し処理するためのシステムを提供することである。
【００２１】
本発明の別の目的は、情報を光学的パターンの形に符号化する少なくとも1つの試験要素およびこの光学的情報を記録し処理するためのシステムを有する少なくとも1つの評価デバイスを備える試験要素分析システムを提供することである。最後に、本発明の別の目的は、検出面におけるシステム固有の輝度分布ができるだけ一様になることが保証される、検出デバイス上に対象を光学式に結像する方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００２２】
これらの目的は、本発明によりピンホール開口によって対象を光学式に結像するためのシステムを提供することで実現される。そのような結像システムは、ピンホールカメラまたは暗箱の原理に基づき、検出デバイス上に対象の像を形成するために使用されるピンホール開口を有する。ピンホール開口によって結像する原理は、例えばドイツ、ハイデンベルグのSpektrum Akademischer Verlag社から刊行されている「Lexikon der Optik」に、より詳細に説明されている。
【００２３】
ピンホールカメラ方式に基づく結像システムの主な利点は、対象の像を形成するのにレンズが必要でないことである。レンズおよびいくつかのレンズのシステムには構造に固有の結像の欠陥があって像の質がかなり低下し、したがって後続の情報処理が不可能になるかまたは誤ったものになる恐れがある。光学レンズまたはレンズシステムの構造に固有の結像の欠陥は、例えば球面収差、色収差、色拡大誤差、コマ収差または非対称性欠陥、非点収差、画像面湾曲、口径食、歪曲または回折である。レンズのない結像方法を使用することによって、結像の欠陥をおおかた回避することが可能となった。
【００２４】
ピンホール開口によって生成された像には、形状によってもたらされたわずかな口径食を例外として、本質的に、レンズの構造に固有のこれらの結像欠陥がなく、このことは、できるだけ誤差のない情報伝達の基礎であるできるだけ歪曲のない、対象の結像を確実なものにする。具体的には、ピンホールカメラ方式に基づく像は、ほとんど無限の焦点深度によって特徴付けられる。
【００２５】
ピンホールカメラ方式による結像方法の別の利点は、複雑で高くつくレンズ系を必要としないコンパクトな設計で、簡単で費用対効果が大きい、対象を結像するためのシステムの提供が可能になり、大幅により小さい設計が可能になることである。
【００２６】
しかし、従来のピンホールカメラシステムには、本発明の範囲内でも周辺の輝度低下として言及される、検出面上に形成された像の端部に向かうシステム固有の輝度低下がある。像の周辺に向かうこのシステム固有の輝度低下は、概してピンホール開口の回折現象に起因するものであり、それが視角の半分のコサインの4乗に比例するので、大きな視角で特に認められる。したがって、視角が90°であると、検出面の右側端および左側端では像の中心を照らす光の強度の25%(cos(90°/2)4=0.25)しか当たらず、このことが2つの開口紋りの端部に向かう輝度低下に相当することになる。像の周辺に向かうこのシステム固有の輝度低下が、これまではピンホールカメラ方式による光学式手法の広範な使用、特に情報を持つ光学システムでの使用を妨げていた。というのは、像の中心に対する像点の位置によってシステム固有の輝度分布の不均一性が大きいためである。その結果、ピンホール開口方式のために対象の中央領域が周辺領域より明るく結像されるので、これらのシステム固有の輝度効果が、検出面の対象の像に重畳される恐れがある。対象または像の中央領域は結像システムの光軸に近い領域であり、対象または像の周辺領域は結像システムの光軸からより遠く離れた領域である。光学的パターン、具体的には光学的コードが、実質的に一様なシステム固有の輝度分布で検出面に結像されるのでないと、例えばパターンが明領域であるかまたは暗領域であるかの間を区別するしきい値を指定するのが困難であり、その結果、光学的パターンまたは光学的コードに含まれている情報を正確に読むことが不可能かもしれない。
【００２７】
対象から放射された光の強度を、像の周辺領域と比較して中央領域でより強く減少させる光学要素を結像対象と検出面の間に配置することにより、検出面においてできるだけ均一なシステム固有の輝度分布を実現する方法が知られている。ドイツ特許第4221069号は、そのような要素を説明している。この装置の特に不利なところは、対象と検出面の間の光路に、構造体の奥行きを増大させ、この結像システムをより複雑にするような光学要素をさらに配置しなければならないことである。
【００２８】
驚くべきことに、ピンホール開口を使用することによってもたらされたシステム固有の結像欠陥が本発明による光学式結像システムによって実質的に補償され得て、しかも検出面における実質的に一様なシステム固有の輝度分布が同時にコンパクトな設計で実現され得ることが本発明の範囲内で発見された。
【００２９】
本発明による解決策は、検出面に配置された検出デバイス、検出デバイス上に対象を結像するためのピンホール開口および対象を照射するための照明デバイスを備えて、対象面に配置された対象を光学式に結像するためのシステムを提供することであり、照明デバイスと対象面の間に光減衰要素が配置され、これがピンホール開口によってもたらされた結像欠陥、具体的にはピンホール開口によって検出デバイス上に結像された対象の像の周辺におけるシステム固有の輝度低下を実質的に補償する。好ましい実施形態では、光減衰要素は、一様な対象、具体的には均一な表面を、ピンホール開口を介して結像するとき、検出デバイス上に形成された対象の像の実質的に一様な輝度分布をもたらすように設計されている。
【００３０】
そのような光減衰要素を用いることが対象の照射の強度分布に影響を及ぼすように、本発明によれば、光減衰要素は照明デバイスと対象面との間に配置される。このことは、対象と検出面との間にそのような減衰要素を描き、対象の照射が初めから実質的に均一である従来技術で説明されているシステムおよび方法とは対照的である。
【００３１】
これに関連して、従来技術に対する特別な利点は、対象と検出面の間の光路にこれらの光減衰要素をさらに配置する必要がなく、その代りに、システム全体の構造上の寸法を増加させることなしに既存の照明デバイスと対象面の間に配置することができることである。特に好ましい実施形態では、光減衰要素は、対象の中央領域が対象の周辺領域より低い照明強度で照射されるように、照明デバイスによる対象の照明を変化させるように設計されている。
【００３２】
驚くべきことに、そのような照明が、ピンホール開口によってもたらされた結像の欠陥、具体的にはピンホール開口によって検出デバイス上に形成された対象の像のシステム固有の周辺輝度の低下を、実質的に補償することができ、実質的に一様なシステム固有の輝度分布が検出面に実現される。本発明による光減衰要素およびそれらの配置が、対象の中央領域が対象の周辺領域より低い光強度で照射されるように、照明デバイスによる対象の照明を変化させる。このように照射された対象が、それに続いてピンホール開口によって結像した結果として、対象の中央領域は、対象の周辺領域より高い輝度で検出デバイス上にシステム固有に結像される。驚くべきことに、本発明による結像システムによって、対象の中央領域の本発明によるより弱い照明とピンホール開口による対象の中央領域のより高い光強度でのシステム固有の結像との２つの効果の重ね合わせが、検出デバイス上に結像対象の像の実質的に一様なシステム固有の輝度分布をもたらすことができる。これは、結像された対象の光学的情報に誤りがなく信頼できる評価のために基本的である。
【００３３】
本発明によるシステム固有の結像欠陥の補償は、必ずしも完璧である必要はない。多くの用途にとっては、これらの結像の欠陥を一定の度合いに低減させることで十分である。したがって、例えばセンサ上に白黒コードを結像する場合には、ピンホール開口による対象の中央領域のシステム固有のより光の強い結像を、システム固有の輝度分布の検出面の白黒パターンの像の上への重ね合わせによって、なお、そこから元の情報を記録できる像をもたらす程度までに補整することで十分であろう。これは、場合によっては、しきい値または広がっている濃淡値の定義など他の方法の使用も含んでよい。検出面における一様な輝度分布という用語は、同じ意味に理解されたい。
【００３４】
基本的に、日光または昼光など自然の光源を含む発光源はすべて、本発明の意義の範囲内の照明デバイスとして使用することができる。好ましくは、結像対象ができるだけ一様でかつ再現性があるように照射されるのを確実にするために、白熱電球、グロー電球、放電灯または誘導灯など実質的に一定の輝度の人工光源を使用することができる。発光ダイオードは、非常に小さな構成スペース、低消費電力、実質的に一定の発光での長寿命時間、高い耐衝撃性および直流電圧で動作する能力という利点があるので、特に好ましくは照明デバイスとして、とりわけ可搬システムでの用途に使用することができる。
【００３５】
好ましい実施形態では、対象を照射するために全体として作動するいくつかの個別の発光源が照明デバイスとして使用される。対象が空間の異なる方向からいくつかの発光源によって照射されると、対象のポイントに当たる個々の発光源からのそれぞれの光線が対象上のこのポイントですべて合わさって合計の光強度になる。例えば可搬システムの場合に光学システムのできるだけ小さな構造上の奥行きが重要視されるとき、いくつかの発光源のそのような斜めの配置は特に有利である。システムの光軸に対して0°と異なる角度でいくつかの発光源をそのように斜めに配置することは、対象の結像が直接反射によって影響されるのを防ぐことができ、特に3次元対象の場合に対象の一定領域の陰影妨害を回避することができるので、さらなる利点がある。
【００３６】
好ましい実施形態では、対象は光反射法によって結像される。光反射法に基づく結像システムは、とてもコンパクトな設計を実現することができるので、特に可搬システムでの使用に適している。光反射法の場合には、結像対象の表面が照明デバイスによって照射される。対象の表面から反射された光は、この場合はピンホール開口である結像システムによって検出デバイス上に結像される。対象が後側から照射される光透過法とは対照的に、対象の表面を照射することによって、照明デバイスを、検出面と対向する対象面側に配置することができ、これより特に結像システムの省スペース構造が可能になる。
【００３７】
基本的に、ピンホール開口によってもたらされたシステム固有の結像欠陥、具体的にはピンホール開口によって検出デバイス上に結像された対象の像の周辺におけるシステム固有の輝度低下を実質的に補償することができるすべてのデバイスが、本発明の意味で光減衰要素として使用可能である。基本的に、実質的に一様なシステム固有の輝度分布を検出面にもたらすすべてのデバイスが、本発明の意義で光減衰要素として使用可能である。
【００３８】
特に好ましい実施形態では、光減衰要素は透過性の低い同心性の線および透過性の高い中間領域から成る開口構造体の形をしており、それらの間の幅および/または距離が、対象の周辺領域より低い光強度で対象の中央領域が照射されるように設計される。
【００３９】
そのような開口構造体は、例えばWO84/00620に説明されている。WO84/00620は、その表面上に光を通さない複数の同心の円形線が与えられた光を散乱させて通す基板で作成された開口構造体を説明している。空間的に差別化された所望の光減衰を実現するために、開口構造体の外側領域が中央領域より光透過性が高くなるように、幅の等しい円形線の間隔が外側に向かって連続的に増加する。別の実施形態では、円形線の間隔が一定に保たれる一方で、開口構造体の外側領域が中央領域より光透過性が高くなるように、これらの円形線の幅が外側に向かって連続的に減少する。もちろん、様々な幅の円形線とそれぞれの間が様々に離隔する円形線の組合せも考えられ、これも同様に、対象の中央領域が対象の周辺領域より低い光強度で照射される効果がある。様々な光透過性の領域を画定するような開口構造体に加えて、本発明によって、その光透過性が実質上連続的に変化し、具体的には中心から周辺領域に向かって向上するという事実によって空間的に差別化された光減衰を実現する開口構造体も使用することができる。これは、例えば、わずかに光を透過するかまたは全く光を透過しない中心を持ち、外側に向かうほど光透過性の高い領域に隣接する円形の開口構造体であり得る。これらの領域は、互いに連続的に融合するかまたは個別の領域として形成することができる。照明に使用される光の波長および組成次第で、様々な光透過性を実現するために、灰色の様々な輝度または濃淡に加えて様々な色調を使用することも可能である。また、例えば透明で拡散的に光を散乱する領域のように様々な光散乱特性または光反射特性を有する領域は、空間的に差別化された光減衰を実現するのに適しているであろう。空間的に差別化された照明光の減衰を実現するために、前述の様々な実施形態の組合せも可能である。
【００４０】
本発明によるそのような開口構造体は、必ずしも同心円または回転対称に構成される必要性はない。様々な光透過性の領域の他の幾何学的配置も、本発明によって空間的に差別化された光減衰を実現するための開口構造体として使用することができる。例えば対象がシステムの光軸内で直接照射されるのでなく光軸に対して横方向に移動され場合、適切に開口構造体を適合させることが有利であろう。これは、例えば、照射される対象に向かって面する開口構造体の領域と対象から外方に向いて面する開口構造体の領域では、光を減衰する線達の距離および/または幅が異なるという事実によって実現することができる。したがって、発光源が斜めに配置される場合にも、本発明によって発光源の空間的配置に実質的に左右されない対象の照明を実現することが可能である。
【００４１】
開口構造体の光透過性の異なる領域は、当業者に知られている様々な技術によって製造することができる。そのような技術は、例えば、露光法、フォトリソグラフィ法、レーザアブレーション法、金属レーザ法、コーティング技術、印刷技術、エッチング技術あるいはパンチング、ドリル加工またはフライス加工などの機械加工プロセスに基づくものであり得る。
【００４２】
そのような開口構造体の他に、本発明によって、光減衰要素としてレンズまたはミラーなどの光学要素を使用することも可能である。NDフィルタなどの光フィルタも、本発明によって、光減衰要素として使用することができる。そのような実施形態は、とりわけドイツ特許第4221069号に説明されている。
【００４３】
いくつかの個々の発光源が対象を照射するために使用される場合には、それに応じて最適化された光減衰要素を使用することも有利であろう。特に好ましい実施形態では、照明デバイスがいくつかの個々の発光源を含み、その前にある光減衰要素は、対象面における個々の発光源の光強度の重ね合わせの結果として対象の中央領域が対象の周辺領域より低い光強度で照射されるように、配置される。対象の個々の表面の点が個々の発光源から様々な距離にあるので、それらの光線が様々な角度で当たり得るが、それでも、それぞれの照明状況を考慮に入れながら開口構造体を修正することにより、本発明による対象の照明を実現することが可能である。それぞれの照明状況に配慮して最適化されるような光減衰要素の設計および配置は、例えばASAP(アリゾナ州ツーソンのBreault Research Organization製)またはTrace Pro(フランス、イエールのLight Tec社製)などのコンピュータプログラムの支援の下に当業者に知られている幾何学的反復法を用いて算定することができる。
【００４４】
好ましい実施形態では、光減衰要素は、1つまたは複数の開口構造体を有するフィルムマスクの形をしている。開口構造体が取り付けられるようなフィルムマスクは、これらの開口構造体を有するテンプレートマスクを使用して感光フィルムを露光させることにより、簡単にコスト効率良く製造することができる。これらの開口構造体は、具体的には様々な輝度および/または様々な色の領域であり得る。開口構造体を製造するためのそのような露光法は、フィルムマスク上に非常に微細で複雑な開口構造体を正確にコスト効率良く与えるのに特に適している。そのような技術および材料によって、例えばハンドスキャナまたは携帯型の分析試験システムでの用途に必要とされる大量にもかかわらず、絶えず高いかつ再現性のある品質で製造されなくてはならないものなど大量の正確に画定された開口構造体もコスト効率良く製造することができる。露光および現像されたフィルムは、本発明によって、開口構造体が光減衰要素として与えられたフィルムマスクとして使用することができる。  そのようなフィルムマスクは、この目的のために、所望の斬新な対象照明を実現できるように1つまたは複数の発光源から放射された光がフィルムマスクの開口構造体によって修正され、具体的には、開口構造体による個々の発光源の照明強度の斬新な修正並びに個々の発光源のそのように修正された照明強度の対象面における重ね合わせの結果として、対象の中央領域が周辺領域より低い光強度で照射されるように、1つまたは複数の発光源と照射対象の間に配置される。この目的のために、個々のフィルムマスクは、個々の発光源の前に配置することができる。しかし、特に好ましい実施形態では、個々の開口構造体は、共通のフィルムマスク上に配置される。そのような実施形態によって、費用対効果が大きく簡単なやり方で、開口システム全体を１工程で組み立てることが可能になる。
【００４５】
基本的に、ピンホール開口によって検出面上に結像された対象の像を一時的または恒久的に記録することができるデバイスはすべて本発明の意義で検出デバイスとして使用することができる。それらは、例えば、放射感応性のフィルムまたはプレート、インライン検出器を有するピントガラス、ラインセンサあるいはCCDセンサまたはCMOSセンサなどの光センサ素子であり得る。特に好ましい実施形態では、CCD素子またはCMOS素子が検出デバイスとして使用される。そのような光センサ素子の場合には、対象の像を、さらなる処理または表示のために処理して格納することができるデータの形で直接読み取ることができる。光センサ素子は、稼動する構成要素またはプロセスステップまたは時間がかかるうえに高くつく現像ステップを必要としない非常に迅速な結像の記録および処理を可能にし、また、非常にコンパクトな設計で実現することができるので、可搬システムでの用途に特に適している。
【００４６】
基本的に、対象に含まれる光学的情報を記録し評価するのに十分な品質で検出面上に結像対象の像を形成することができるあらゆる開口が、本発明の意味におけるピンホール開口として使用することができる。できるだけ最適な結像を確実にするために、ピンホール開口を設計するとき、開口の直径、形状および全長の諸パラメータを考慮に入れるべきである。ピンホールカメラの結像原理から、開口の直径が減少するほど像がより鮮鋭になるはずである。しかし、開口の端部の光回折も、開口寸法を縮小する上での制限となる。露光時間が主として開口寸法に依存するので、露光時間が不必要に長くならないように、より大きな開口径を用いることができる。理想的な開口寸法は特に像距離(像距離=ピンホール開口と検出面間の距離)に依存し、したがって例えば次式に基づいて算定することができる。
【数１】
2008529110.tif 000003
【００４７】
ただし、dは開口の直径を表し、bは像距離を表す。開口穴の形状も結像の品質に影響を及ぼす。開口形状として円孔を使用することが好ましいが、多角形またはスリットなど他の穴形状、あるいは同心円などのいくつかのピンホール開口の組合せも可能である。穴の全長は、開口チャンネル内の反射を回避するために、理想的にはできるだけ小さくするべきである。その上、穴の全長を短くすると、対象のエッジ領域が低い光強度で結像されることになるしゃへい効果を防ぐことができる。
【００４８】
特に好ましい実施形態では、ピンホール開口は、10μmから1000μm、好ましくは20μmから500μm、特に好ましくは50μmから200μmの直径を有する。そのように開口径が小さいと、像距離が短い場合には対象の鮮明な結像も可能になる。このことは、非常にコンパクトな設計で優れた結像品質を実現することが可能になるので、可搬システムにおけるそのような結像システムの用途には特に有利である。ピンホール開口は、当業者に知られている様々な方法によって製造することができる。基板に開口をドリル、パンチング、フライス掛けまたはエッチングして、ピンホール開口を生成する方法に加えて、ピンホール開口は、好ましくはフィルムマスクによっても生成することができる。この場合、感光フィルムは、ピンホール開口を有するテンプレートマスクを用いて露光され、次いで現像されたフィルム上にこのピンホール開口の像が再現されるように現像される。この方法によって、マイクロメートルの範囲内の非常に小さな直径を有するピンホール開口を、十分な端部品質を有して、再現性良くかつコスト効率良く大量生産することも可能になる。この方法の別の利点は、感光層の厚さが非常に小さいので非常に小さな開口全長を生成することができることである。
【００４９】
特に好ましい実施形態では、ピンホール開口は、これも開口構造体を有するフィルムマスクに統合される。これは光反射法によって対象が検出面上に結像されるときに可能である。したがって、このようにしてフィルムマスクに結像ピンホール開口が与えられ得るのと同様に、照明光を空間的に差別化されるように減衰させるための開口構造体も共通のプロセスステップで与えられ得る。これには、そのような、諸機能が一体化されたフィルムマスクによって、光学システムの組み立てはかなり簡単にすることができるというさらなる利点がある。
【００５０】
そのようなフィルムマスクは、適切なテンプレートマスクを使用した露光によって、簡単に、コスト効率良く、かつ再現性良く、高精度で大量に製造することができる。
【００５１】
本発明による光学式に対象を結像するためのシステムは、光学的情報を記録し処理するために使用されるシステムに特に有利に使用することができる。したがって、本発明のさらなる態様は、特に光学的パターンまたは光学的コードの形で光学的情報を持つ対象、対象を光学式に結像するための前述のシステム、および検出器デバイス上の対象の像からの対象の光学的情報を記録してさらなる処理または表示のためにそれを提供する評価デバイスを備えて、光学的情報を記録し処理するためのシステムを説明する。
【００５２】
本発明の意味での光学的情報を記録し処理するためのシステムは、具体的には可搬または定置のコード読取装置またはスキャナであり得るが、また、分析システムにおける、具体的にはそれぞれの試験および/または特別な試験要素の評価システムに特定情報を提供するために使用される診断の試験要素分析システムにおける、一定の半組立部品でもあり得る。光学的情報を記録し処理するためのそのようなシステムは、光学的検出反応の時間的経過または結果を記録し、任意選択でさらに評価するかまたは表示するために、光学的に評価される検出反応を使う分析システムの中でも使用することができる。この目的のために、光学的に検出できる検出反応が起こる測定場が、そのようなシステムによって例えば結像され評価され得る。
【００５３】
評価デバイスは、検出デバイス上の対象の像の光学的情報を記録し、任意選択でそれらをさらに処理することができるデータに変換し、またさらなる処理または表示のためにこれらのデータを提供することができる、当業者に知られているすべてのシステムであり得る。そのような評価デバイスは、例えば既にさらなる処理がなされていることができるデジタル結像データを出力するCCDセンサまたはCMOSセンサの場合のように、検出デバイスと有利に結合することができる。光学的情報を記録し処理するそのようなシステムの設計には、光学システムの特別な配置がそのようなシステムのコンパクトな設計を可能にするという利点がある。
【００５４】
従来の光学式読取システムは、通常、バーコードなどの結像対象が光学システムに対して移動されなければならないスキャン技術を利用する。この場合、当初は単に線スペクトルの形で1次元の結像情報を提供する検出デバイスとしてラインセンサまたはレーザスキャナがしばしば使用される。2次元のコードパターンは、その後の、コードを横切る運動および多くのそのような1次元の線スペクトルの記録の結果としてのみ算定することができる。一方では、光学システムに対して結像対象を移動させることが移送機構を必要とし、その結果としてより大きな構造上のスペースおよび複雑かつ綿密な移送装置または制御装置が必要となり、他方では、光学システムに対する結像対象のそのような追加運動は、システムの読取りの信頼性に影響を及ぼす。これらの不都合は、特に光学システムに対する結像対象の運動なしで対象の光学的情報を記録し処理することを可能にする、本発明による光学的情報を記録するためのシステムによって克服することができる。
【００５５】
光学的情報は、通常、様々な輝度、光透過性、光散乱、輝度または色の様々な領域の形で符号化され、それらの互いに対する特定の順序、寸法または空間的関係で情報を格納する。光学的情報は、好ましくは1次元または2次元の光学的パターンまたは光学的コードに符号化される。これらは、例えば符号から成り得るが、また好ましくは文字、数字、特殊文字および/またはパターンから成り得て、好ましくは機械可読形式で表される。そのような特殊コードに加えて、分析の検出反応の過程に於いて生じる測定領域または測定場の色または輝度の変化、あるいは2次元画像または3次元対象など他の対象も本発明の範囲内の光学的パターンと見なすことができる。例えば、データマトリクスコード、アズテック(Aztec)コード、コードワン(Code One)コードまたはマキシ(Maxi)コードなどの2次元コードは、特に好ましく使用することができる。そのようなコードは、白-黒、白上の黒、黒上の白あるいは有色または多色であり得て、印刷するかまたは対象に付着させることにより対象に好ましく与えられる。2Dコードは、伝統的な1Dバーコードよりほぼ10倍高い情報密度を有し、ほとんどあらゆる所望の方向に読むことができるので、コードの同じ表面積に対して符号化されたパターンの寸法を拡大することが可能になり、結像および情報処理システムの読取りの信頼性が向上する。したがって、分析システムは非常に高い読取りの信頼性を必要とするので、2Dコードは分析システムの用途に特に適している。
【００５６】
本発明による光学的情報を記録し処理するためのそのようなシステムは、分析システムで、具体的には試験要素分析システムで、特に有利に使用することができる。
【００５７】
したがって、本発明のさらなる態様は、光学的情報、具体的には、試験のタイプ、バッチ番号、製造日付、チェックサムまたは較正機能用データに関する光学式に符号化された情報を持つ試験要素と、試験要素の光学的情報を記録し評価するための本発明によるそのようなシステムを含む評価デバイスと、を備える試験要素分析システムを説明する。
【００５８】
そのような試験要素分析システムは、分析検査室および薬品検査室で頻繁に使用される。本発明は、適切に訓練された人自身によって、例えば患者によって、その健康状態を連続的に監視(家庭監視)するために分析が行なわれる、分析システムに特に関する。これは、血液内のグルコース濃度を毎日数回測定しなければならない糖尿病患者か、または抗凝血剤を摂取し、したがって一定間隔でその凝血状態を測定しなければならない患者を監視するために特に医療上の重要性がある。そのような目的のために、評価測定器はできるだけ軽く小型で運搬が容易、かつバッテリー動作で堅固であるべきである。そのような試験要素分析システムは、例えばドイツ特許第4305058号に説明されている。これに伴う試験要素は、しばしば、通常基本的にプラスチック材料で通常作成される細長いキャリア層、検出試薬を含む検出層を含む測定場、およびあるいはろ過層など他の補助層から成る試験細片の形をしている。さらに、試験要素は、例えば追加構造体として光学的コードの形でコーディング要素を含むことができる。これらは、評価機器に、較正データまたはバッチ情報などの試験要素に関する一般情報または特定情報を伝達するために使用することができる。本発明による好ましい実施形態では、そのような情報は光学的パターンまたは光学的コードの形で、具体的には2次元の光学的コードとして、例えば試験要素の1つの終端上に印刷または接着される2次元コードとして試験要素に格納される。具体的には、これによって、試験のタイプ、バッチ番号、製造日付、チェックサムまたは較正機能のためのデータに関して、試験要素に情報を光学的コードの形で格納することが可能になる。試験要素と類似してこの目的のために特に提供された評価機器または他の評価装置のいずれかに導入することができる特別なコーディング要素も、本発明の範囲内の試験要素と見なすことができる。そのようなコーディング要素は、例えば試験細片パック内に含まれる特別な細片であって、試験のタイプ、バッチ番号、製造日付、チェックサムまたは較正機能のためのデータに関する情報を含むことができ、例えば試験細片パックにつき1度だけ読まれればよいものである。
【００５９】
評価デバイスは、測定位置に評価されるべき試験要素を位置決めするための試験要素ホルダおよび試験要素上の検出反応の結果を測定するための測定器を有する。色変化の場合には、測定器は、検出層の拡散反射パワー(反射率)を測定するために例えば反射測光器を含む。繰り返しになるが、本発明による光学的情報を記録し処理するためのシステムによって、光学式に検出できる検出反応が起こる測定場も結像し評価することができることは注目されるべきである。時間的経過またはそのような光学式に検出できる検出反応の結果も、本発明の範囲内の光学的情報と見なされる。電気化学の試験要素の場合には、測定器は、例えば電流または電圧の測定のための適切な回路装置を含んでいる。そのような試験要素分析システムは、ピンホールカメラ方式による斬新な照明および結像方法を使用することによって、可搬システムにおける用途には特に有利な非常にコンパクトな設計で実現することができる。本発明による結像システムの構造上の簡単な設計によって、例えばレンズなど付加的な光学要素が不要なので、これらの試験要素分析システムを安く多量に製造することが可能になる。この点で、本発明による実施形態は、知られている試験要素分析評価機器に対してかなりの利点を持つ。したがって、例えば、欧州特許第0075223号は、評価デバイス内の診断試験細片上のコードを光学式に検出するためのデバイスを説明しており、試験細片が読取デバイスに対して移動されなければならず、優れた照明および結像を実現するために追加のシリンダレンズが光路へ導入されなければならない。これとは対照的に、本発明による実施形態は、光学システムに対する試験要素のコーディング領域の運動も、蝶番でとめられているミラーなど他の可動部も、また十分な結像品質のための付加レンズも、信頼できる情報伝達を確実にするために必要とされることがないという利点がある。本発明による実施形態によって、試験細片のさらなる運動なしで情報を伝達することが可能になり、その結果、試験細片上に符号化された情報の高信頼の伝達および評価を確実にするための試験要素の運動の均一性に対して特別必要となるものは全くない。本発明による照明および結像システムを用いて静的測定を実行できることによって、光学的パターンを読み取ることができる信頼性が向上する。
【００６０】
しかし、本発明による分析システムは、試験要素分析システムだけに限定されるものではない。試験キュベットで化学反応が起こる分析システムなど他の分析システムも含まれる。そのようなシステムでは、キュベットは、例えば、試験のタイプ、バッチ番号、製造日付、チェックサムまたは較正機能のためのデータを得ることができて本発明による結像システムを含む評価デバイスによって読むことができる光学的パターンまたは光学的コードを持つことができる試験要素と見なすことができる。
【００６１】
最後に、本発明は、検出面に配置された検出デバイス上に、対象面に配置された対象を光学式に結像する方法を包含するものであり、対象が照明デバイスによって照射され、対象がピンホール開口によって検出デバイス上に結像され、照明デバイスと対象面の間に光減衰要素が配置され、これがピンホール開口によってもたらされた結像欠陥、具体的にはピンホール開口によって検出デバイス上に形成された対象の像の周辺におけるシステム固有の輝度低下を実質的に補償する。具体的には、本発明は、具体的には対象の中央領域が対象の周辺領域より低い光強度で照射されるように、光減衰要素が照明デバイスによる対象の照明を変化させるという事実の結果、光減衰要素が検出面に実質的に一様なシステム固有の輝度分布をもたらす方法を包含する。
【００６２】
本発明による、光学式に対象を結像するためのシステム、光学的情報を記録し処理するためのシステムおよび試験要素分析システムに関連して前に説明された実施形態およびさらなる発展も、本発明による光学式に対象を結像するための方法に適用することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００６３】
本発明は、図および実施形態に基づいて以下でさらに説明される。説明された特性および特別な特徴は、本発明の好ましい実施形態を創出するために、個別にあるいは組み合わせて使用することができる。
【００６４】
図中の数字は次の通りである。
【表１】
2008529110.tif 000004
【００６５】
図1は、本発明によって光学式に対象を結像するためのシステムの例示的な図を示す。光学式結像用のシステム1では、フィルムマスク3に統合されたピンホール開口4によって、対象2を検出デバイス7上に結像させることができる。対象面は、結像されるべき対象2の表面(例えば2Dコード)が配置される面であり、検出面は、検出デバイス7の結像面が配置される面である。どちらの面も、対象2からピンホール開口4を経て検出デバイス7へ垂直に通っているシステムの光軸に対して基本的に垂直である。示された好ましい実施形態では、対象2の像が光反射法によって検出デバイス7上に形成される。この目的のために、対象2の表面はいくつかの照明デバイス6によって照射される。この例に示された光減衰要素5は、光に対して実質的に透明な部分と実質的に不透明な部分が交互になるような開口構造体として設計されており、本発明によって、個々の照明デバイス6と照射されるべき対象2の間に配置される。示された好ましい実施形態では、光減衰要素5もフィルムマスク3に統合される。光減衰要素5は、対象2の中央領域が対象2の周辺領域より低い光強度で照射されるように、照明デバイス6による対象2の照明を変化させる。光学システムウィンドウ8も図1に示されている。これは、フィルムマスク3と結像されるべき対象2の間に配置されており、像部分に境界をつけて画定し、かつ対象2とピンホール開口4の間の距離を画定するために使用され得る。
【００６６】
図2は、本発明によるフィルムマスクの例示的な実施形態を示す。フィルムマスク3は、好ましくは、適切なテンプレートマスクを使用する露光及びそれに続く感光膜材料の現像によって作製することができる。示された好ましい実施形態では、光減衰要素5はこの場合開口構造体であり、またピンホール開口4はフィルムマスクに統合される。この示された例では、4つの異なる位置に配置された開口構造体が与えられ、各々が照明光源の前に置かれている。この例のように対象を照射するためにいくつかの照明源を使用する場合、対象面における個々の発光源の光強度の重ね合わせによって対象の周辺領域より低い光強度で対象の中央領域が照射されるように個々の開口構造体を設計するのは有利である。示された実施形態では、光学システム内のフィルムマスクの位置決めを容易にするために、追加のパンチマーク9が与えられる。示された実施形態では、フィルムマスクの明確な識別および特徴づけを容易にするために、追加のフィルムマーク10が与えられる。これらは、ピンホール開口および開口構造体とともにフィルム上で露光されることができ、また、例えばピンホール開口の形状および寸法、または開口構造体の形状および減衰特性に関する情報を持つことができる。
【００６７】
図3は、開口構造体の例示的な実施形態の詳細を示す。
【００６８】
この図は、フィルムマスク3上で露光された開口構造体11の特別な実施形態を示す。このような開口構造体は、本発明によって光減衰要素5として使用することができる。示された実施形態では、開口構造体は、透過性の低い(暗い領域)の同心性の線および透過性の高い(明るい領域)の中間領域から成り、その幅および互いからの距離が、対象の周辺領域より低い光強度で対象の中央領域が照射されるように設計されている。この特別な実施形態は、光軸に対して傾斜して配置された発光源による対象の斬新な照明に特に適している。開口構造体の左上領域の暗くて光を通さない領域は、この場合発光源の直下にあり、対象の近くの領域以外の領域が照射されるのを防いで間接的散乱光照明が起こるのを防止する。この場合、照射されるべき対象は右側の最下部にあるはずである。開口構造体の中心において光を通さない領域の光を通す領域に対する比が高いと、この場合対象の中心の光強度が相対的に低いことになり、周辺に向かって、開口構造体の光を通さない領域の光を通す領域に対する比が減少すると、この場合対象の周辺に向かって光強度が次第に向上することになり、したがって本発明による対象の照射が可能になる。
【００６９】
図4は、本発明による、例えば試験要素診断分析システムに統合することができる光学的情報を記録し処理するためのシステムの図を示す。
【００７０】
図4aは、試験要素に格納された情報を記録し処理するための試験要素診断分析システムの構成要素として使用することができるようなシステムの概略分解組立図を示す。
【００７１】
示されたシステムは、この場合試験細片の形である試験要素12を差し込むことができて試験要素12のためのガイドおよびホルダとしての働きをする試験細片ホルダ13を含む。試験要素12の1つの終端は、この場合試験要素12上の２次元コードの形をしている、システムによって結像される対象2を含む。試験細片ホルダ13は、分析機器のシステムをしっかり固定することができる底板15に取り付けられる。示された実施形態では、試験要素ホルダ13は、結像対象の領域を画定するいわゆる細片開口17として結像対象のまわりに領域が形成されるように設計されている。ピンホール開口および好ましくは開口構造体である光減衰要素を伴うフィルムマスク3は、結像対象2の上方に配置される。ピンホール開口と対象面の間に画定された間隔が存在するように、このフィルムマスク3はホルダ14上に取り付けられる。フィルムプレス手段20は、フィルムマスク3の上に配置されるが、一方では、さらにフィルムマスク3を固定し、他方では、再現性があってかつ定義された結像特性を実現することができるようにフィルムマスク３と検出面との間に定義された距離を画定する。また、フィルムプレス手段20の幅によって拡大スケールが定められ、それぞれのセンサに適合され得る。照明および検出の装置16は、この場合、ただより明瞭にする為に概略的に示されているが、フィルムプレス手段の上方に配置されている。これは、ホルダ14によって、フィルムマスク３および対象面に対して画定された位置に位置決めされる。
【００７２】
図4bは、この照明および検出の装置16の詳細図であり、この場合眺望の理由で下側から示されている。照明および検出の装置16は、この場合好ましくはCMOSセンサの形である検出デバイス7を有する。この検出デバイス7は、ハウジング21に取り付けられる。検出デバイス7を損傷から保護するために、任意選択でその前に透明カバー18を配置することができる。システムの評価デバイスは、CMOSセンサの例で示されたように、それに統合されるだけではなく個別の構成要素および回路として存在することもできる。この装置は、接続部19を用いて評価デバイスの残りの情報処理システムに接続され得て、接続部19は、この場合照明および検出の装置16への電力供給およびデータ伝達のために使用される。この場合、照明デバイス6は、結像システムの光軸に対して傾斜して配置された4つの個別のLEDから成る。結像システムのできるだけ小さな構造上の奥行きが重要視されるとき、照明源のそのような斜め配置は特に有利である。
【００７３】
図５は、本発明による、光減衰要素として適切な開口構造体を含む光学システムによりCMOSセンサによって記録された様々な表面の像を示す。図５の第１列は、各ケースの、対応する開口構造体とともに使用されたフィルムマスクの像を示し、第2列は、CMOSセンサによって記録されたつや消し(mat)のポリエステル表面(デュポン社製のMelinex PETポリエステルフィルム)の像を示し、第３列は、CMOSセンサによって記録された光沢のある写真紙の像を示す。そのように均一な、具体的には一様に構造化され一様に着色された表面は、検出面におけるシステム固有の輝度分布に関する情報を得るために使用することができる。そのような輝度分布によって、光学システムのシステム固有の結像特性の情報を得ることが可能になる。
【００７４】
各ケースでは、各々が透過性の低い(暗い領域)の同心円および透過性の高い(明るい領域)の中間領域から成る4つの開口構造体を有するフィルムマスクが使用され、それぞれの開口構造体の、光を通さない領域の光を通す領域に対する比は、周辺に向かうに従って減少する。照明状況を改善するために、発光源の下に配置された開口構造体の部分は、さらに暗くされる。
【００７５】
図5a)は、同心性の線を備える開口構造体のまわりに光を通す領域がさらに配置されたフィルムマスクを示す。そのようなフィルムマスクを使用する均一な表面のCMOS記録は、基本的に、照明デバイスの間の明るい領域および隅の暗い領域を有する十字構造を示す。
【００７６】
図5b)は、図5a)に類似のフィルムマスクを示し、照明デバイスの下に配置された開口構造体の部分は寸法が縮小されている。そのようなフィルムマスクを使用する均一な表面のCMOS記録も、基本的に、図5a)と比較して明るい領域がより広い十字構造を示す。
【００７７】
図5c)は、同心性の線から成る開口構造体のまわりに光を通す追加領域が存在しないフィルムマスクを示し、むしろ、この領域は光を通さない。照明デバイスの下に配置された開口構造体の部分は、再び中心に配置される。そのような開口構造体を使用するCMOS記録は、検出面においてはるかに一様な輝度分布を示す。本発明によるそのような開口構造体は、基本的にシステム固有の結像欠陥なしで対象が検出面に結像されることを可能にし、したがって、できるだけ誤差がない信頼できる情報伝達の基本になり得る。
【図面の簡単な説明】
【００７８】
【図１】本発明によって光学式に対象を結像するためのシステムの例示的な図である。
【図２】本発明によるフィルムマスクの例示的な実施形態の図である。
【図３】開口構造体の例示的な実施形態の詳細図である。
【図４】本発明による、携帯型診断分析システムに統合することができる、光学的情報を記録し処理するためのシステムの図である。
【図５】本発明による、光減衰要素として適切な開口構造体を有する光学システムによりCMOSセンサによって記録された様々な表面の像を示す図である。
【図１】
2008529110.tif 000005
【図２】
2008529110.tif 000006
【図３】
2008529110.tif 000007
【図４】
2008529110.tif 000008
【図５】
2008529110.tif 000009
【手続補正書】
【提出日】平成19年8月21日(2007.8.21)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
対象面に配置された対象を光学式に結像するためのシステムであって、
検出面に配置された検出デバイスと、
前記対象を前記検出デバイス上に結像するためのピンホール開口と、前記対象を照射するための照明デバイスとを備え、
前記照明デバイスと前記対象面の間に光減衰要素が配置され、これが前記ピンホール開口によってもたらされたシステム固有の結像欠陥、具体的にはピンホール開口によって前記検出デバイス上に結像された前記対象の像の周辺における前記システム固有の輝度低下を実質的に補償することを特徴とするシステム。
【請求項２】
前記光減衰要素が、前記対象の中央領域が前記対象の周辺領域より低い照明強度で照射されるように、前記照明デバイスによる前記対象の前記照明を変化させることを特徴とする請求項1に記載のシステム。
【請求項３】
前記光減衰要素が透過性の低い同心性の線および透過性の高い中間領域から成る開口構造体の形をしており、互いの間の幅および/または間隔が、前記対象の前記周辺領域より低い光強度で前記対象の前記中央領域が照射されるように設計されることを特徴とする請求項1又は２に記載のシステム。
【請求項４】
前記光減衰要素が、1つまたは複数の開口構造体を有するフィルムマスクの形をしていることを特徴とする請求項1から３の一項に記載のシステム。
【請求項５】
前記ピンホール開口がフィルムマスクの形をしており、10μmから1000μm、好ましくは20μmから500μm、特に好ましくは50μmから200μmの直径を好ましくは有することを特徴とする請求項1から４の一項に記載のシステム。
【請求項６】
特に光学的パターンまたは光学的コードの形で光学的情報を持つ対象と、
対象を光学式に結像するための請求項1から9の一項に記載のシステムと、
前記検出デバイス上の前記対象の前記像からの前記対象の前記光学的情報を記録し、さらなる処理または表示のためにそれを提供する評価デバイスとから成る、光学的情報を記録し処理するためのシステム。
【請求項７】
光学的情報、具体的には、試験のタイプ、バッチ番号、製造日付、チェックサムまたは較正機能用データに関する光学的に符号化した情報を持つ試験要素と、
前記試験要素の前記光学的情報を記録し評価するための請求項６に記載のシステムを含む評価デバイスとから成る試験要素分析システム。
【請求項８】
対象が照明デバイスによって照射され、前記対象がピンホール開口によって検出デバイス上に結像された、検出面に配置された前記検出デバイス上に対象面に配置された前記対象を光学式に結像する方法であって、
前記照明デバイスと前記対象面の間に光減衰要素が配置され、これが前記ピンホール開口によってもたらされた前記結像欠陥、具体的にはピンホール開口によって前記検出デバイス上に形成された前記対象の像の周辺における前記システム固有の輝度低下を実質的に補償することを特徴とする方法。
【国際調査報告】
2008529110.tif 000010
2008529110.tif 000011
2008529110.tif 000012