DE102005002934A1

DE102005002934A1 - System und Verfahren zur optischen Abbildung von Objekten auf eine Detektionsvorrichtung mittels einer Lochblende

Info

Publication number: DE102005002934A1
Application number: DE102005002934A
Authority: DE
Inventors: Jörg Dr. Dreibholz; Uwe Kass; Manfred Augstein; Heinz Macho; Dieter Falk
Original assignee: Roche Diagnostics GmbH
Current assignee: Roche Diagnostics GmbH
Priority date: 2005-01-21
Filing date: 2005-01-21
Publication date: 2006-07-27
Also published as: EP1851680B1; EP1851680A2; JP2008529110A; CA2595354C; US20080121789A1; ES2355419T3; HK1118120A1; US7635834B2; WO2006077105A2; JP4547428B2; WO2006077105A3; CA2595354A1; DE602006018869D1; ATE492003T1; CN101107616A; CN100565558C

Abstract

Die Erfindung beschreibt Systeme und Verfahren zur optischen Abbildung von Objekten, insbesondere optischen Mustern oder Codes, mittels einer Lochblende auf eine Detektionsvorrichtung. Diese Systeme besitzen erfindungsgemäß optische Schwächungselemente zwischen den Beleuchtungsvorrichtungen und dem Objekt, welche die durch die Lochblende hervorgerufenen systembedingten Abbildungsfehler, insbesondere den systembedingten peripheren Helligkeitsabfall eines durch eine Lochblende auf die Detektionsvorrichtung abgebildeten Bildes des Objekts, weitgehend kompensieren. Durch die optischen Schwächungselemente wird erfindungsgemäß die Beleuchtungsintensität des Objekts so verändert, dass die zentralen Bereiche des Objekts mit einer geringeren Beleuchtungsintensität als dessen periphere Bereiche beleuchtet werden. Durch die nachfolgende Abbildung des Objekts mittels Lochblende werden die zentralen Bereiche des Objekts mit einer höheren Belichtungsintensität als dessen periphere Bereiche des Objekts auf die Detektionsvorrichtung abgebildet. Durch die Überlagerung der beiden Effekte kann durch das erfindungsgemäße Abbildungssystem eine möglichst weitgehend gleichmäßige systembedingte Helligkeitsverteilung auf der Detektionsvorrichtung erreicht werden.

Description

Gebiet der Erfindung:
Die Erfindung betrifft Systeme zur optischen Abbildung von Objekten, insbesondere informationstragenden optischen Mustern oder Codes, mittels einer Lochblende auf eine Detektionsvorrichtung, insbesondere ein CCD- oder CMOS-Element. Insbesondere betrifft die Erfindung solche Systeme, die spezielle Vorrichtungen besitzen, welche die durch die Lochblende hervorgerufenen Abbildungsfehler, insbesondere den systembedingten peripheren Helligkeitsabfall eines durch eine Lochblende auf die Detektionsvorrichtung abgebildeten Bildes des Objekts, weitgehend kompensieren.
Weiterhin betrifft die Erfindung Systeme zur Erfassung optischer Informationen, die ein derartiges System zur optischen Abbildung eines Objekten, welche optische Informationen trägt, und eine nachgeschaltete Auswertevorrichtung, welche aus dem auf der Detektorvorrichtung abgebildeten Bild des Objekts die optische Information des Objekts erfasst und zur Weiterverarbeitung oder Darstellung bereitstellt, aufweisen.
Weiterhin betrifft die Erfindung Testelement-Analysesysteme mit mindestens einem Testelement und einen Auswertegerät, welche solche erfindungsgemäßen Systeme zur Erfassung optischer Informationen enthalten.
Schließlich betrifft die Erfindung Verfahren zur optischen Abbildung von Objekten auf eine Detektionsvorrichtung mittels einer Lochblende, welche die durch die Lochblende hervorgerufenen Abbildungsfehler, insbesondere den systembedingten peripheren Helligkeitsabfall eines durch eine Lochblende auf die Detektionsvorrichtung abgebildeten Bildes des Objekts, weitgehend kompensieren können.

Die optische Abbildung von Objekten auf Detektionsvorrichtungen spielt in vielen technischen Gebieten eine große Rolle. So wird die optische Abbildung von ein- oder zweidimensionalen optischen Mustern auf Detektionsvorrichtungen, meist in speziellen Lesesystemen wie Codelesern oder Scannern, dazu genutzt, Informationen über die Objekte, welche diese optischen Muster tragen, zu erfassen und an ein nachgeschaltetes Auswertesystem zu übertragen.

Optische Muster, welche häufig zur Informationsspeicherung und -übertragung eingesetzt werden, sind beispielsweise eindimensionale (1D, beispielsweise Barcodes) oder zweidimensionale (2D, beispielsweise Data Matrix Codes) Codes, welche auf Objekte aufgebracht, beispielsweise aufgedruckt oder aufgeklebt, werden und Informationen über dieses Objekt enthalten. Die Information ist hierbei in dem optischen Muster des Codes codiert. Dieses wird auf eine Detektionsvorrichtung abgebildet, welche zunächst das Abbild des Musters aufnimmt. Anschließend kann hieraus die Information des abgebildeten Objekts erfasst und zur Weiterverarbeitung oder Darstellung bereitgestellt werden. So werden beispielsweise Bauteile, Einzelkomponenten, Zwischen- und auch Endprodukte mit einem solchen Code eindeutig identifizier- und kontrollierbar, wodurch unter anderem eine Steuerung von Produktion und Lagerhaltung und eine Rückverfolgung der Produkte bei eventuell auftretenden Fehlern ermöglicht wird. Typische Anwendungsgebiete solcher Codes sind die Lager- und Fördertechnik, Qualitätssicherung, Materialverfolgung, Produktionssteuerung, Probenidentifikation in der Pharmazie und im Gesundheitswesen, in der Automobilindustrie, bei chemischen und biomedizinischen Analysegeräten und das Dokumentenhandling.

Anwendung finden solche optischen Systeme zur Erfassung optischer Muster insbesondere in chemischen oder diagnostischen Analysesystemen, besonders in Testelement-Analysesystemen. In solchen Testelement-Analysesystemen werden vor allem optische Codes, welche sich auf dem jeweiligen Testelement oder einem speziell dafür vorgesehenen Objekt, beispielsweise einem chargenspezifischen Codierobjekt, befinden, dazu eingesetzt, dem Auswertegerät spezifische Informationen über den jeweiligen eingesetzten Test und/oder das spezielle Testelement zu liefern. Derartige Testelement-Analysesysteme sind beispielsweise in der Deutschen Patentanmeldung mit dem Aktenzeichen 102004011648.2 beschrieben.

Die in industriellen Anwendungen eingesetzten optischen Lesesysteme arbeiten zumeist in reflektionsoptischen Verfahren mit Linsenoptiken, welche das optische Muster auf eine Detektionsvorrichtung abbilden. Andere Bauweisen sind beispielsweise in Scannern, welche mit teilweise transparenten optischen Mustern oder Codes im Transmissionsverfahren arbeiten, verwirklicht. Während eindimensionale Codes mittels relativ zum codetragenden Objekt bewegten Zeilensensoren oder Scannern zumeist relativ einfach erfasst werden können, werden zweidimensionale optischen Muster, beispielsweise 2D-Codes zunächst auf eine Detektionsvorrichtung abgebildet und diese Bilder anschließend, meist mittels spezieller Softwarealgorithmen, ausgewertet. Solche Lesesysteme für zweidimensionale optische Muster arbeiten zumeist mit optischen Matrix-Sensoren wie CCD- oder CMOS-Sensoren als Detektionsvorrichtungen.

Für eine gute Abbildungsqualität des abbildenden Systems ist es entscheidend, dass diese Systeme Abbildungseigenschaften aufweisen, welche eine weitgehend gleichmäßige systembedingte Helligkeitsverteilung in der Detektionsebene bewirken.

Der Begriff der systembedingten Helligkeitsverteilung in der Detektionsebene ist hierbei so zu verstehen, dass hierunter die Helligkeitsverteilung zu verstehen ist, welche die Abbildung eines gleichmäßigen Objekts, insbesondere einer homogenen, insbesondere gleichmäßig strukturierten und einheitlich gefärbten Oberfläche, auf die Detektionsvorrichtung, welche sich in der Detektionsebene, befindet, aufweist. Eine solche Helligkeitsverteilung ermöglicht Aussagen über die prinzipiellen Abbildungseigenschaften des optischen Systems. Eine Abbildung eines solchen gleichmäßigen Objekts kann als eine Art Hintergrundabbildung angesehen werden, welche die systembedingten Abbildungseigenschaften einschließlich dessen systembedingter Abbildungsfehler wiedergibt. Ein informationstragendes, abzubildendes Objekt muss sich von solch einer systembedingten "Hintergrundabbildung" abheben, beispielsweise in Form von definierten Bereichen anderer Helligkeit oder Farbe. Würde eine systembedingte "Hintergrundabbildung" bereits merkliche Helligkeitsunterschiede in der Detektionsebene bewirken, würden sich diese systembedingten Helligkeitsunterschiede mit den Helligkeitsunterschieden, welche durch das eigentliche abzubildende und informationstragende Objekt zurückgehen und zur Informationsübertragung gewünscht und nötig sind, überlagern, beispielsweise in Form von zu hellen oder zu dunklen Bereichen. Hierdurch wird eine Erfassung und Auswertung der eigentlichen zu übertragenen Informationen deutlich erschwert, verfälscht oder verhindert.

Um eine möglichst homogene systembedingte Helligkeitsverteilung in der Detektionsebene zu erzielen, wurden im Stand der Technik verschiedene Lösungsansätze beschrieben:
So besitzt der 2D-Codeleser "Quadrus" der Firma Microscan (Freising, Deutschland) beispielsweise 20 einzelne Hochleistungs-LEDs als Lichtquellen zur einer möglichst homogenen Ausleuchtung des Objekts.

Die Deutsche Offenlegungsschrift DE 4221069 beschreibt eine optische Vorrichtung zum Abbilden von optischen Mustern, beispielsweise einem Strichcode, welche auf einen Fotosensor abgebildet werden. Die optische Vorrichtung umfasst eine Abbildungslinse zum Abbilden des Strichcodes und einen CCD-Liniensensor zum Aufnehmen und Auswerten der Informationen des Bildes des Strichcodes. Weiterhin besitzt das System eine Dämpfungseinrichtung, welche zwischen dem Strichcode und dem Liniensensor angeordnet ist und so beschaffen ist, dass die systembedingte Helligkeitsverteilung auf dem Sensor trotz der bauartbedingten Beeinflussung durch die abbildende Linse gleichmäßiger wird. DE 4221069 lehrt hierzu Dämpfungselemente, welche ein optisches Element enthalten, das in der Lage ist, die Intensität eines Lichtstrahls, welcher vom abzubildenden Objekt ausgehend auf den Liniensensor fällt, in bestimmten räumlichen Bereichen abzuschwächen. Insbesondere lehrt DE 4221069 hierzu Spiegelelemente, welche mit einer Beschichtung versehen, welche im zentralen Bereich einen niedrigeren Brechungsindex als in der Peripherie haben und somit als erfindungsgemäße Dämpfungselemente geeignet sind. Des Weiteren lehrt DE 4221069 als Dämpfungselemente ND(neutral density)-Filter mit einem niedrigeren Transmissionsfaktor im Zentralbereich als in der Peripherie, welche als lichtabschwächende Filter in den Strahlengang zwischen dem abzubildenden Code und der Detektionsvorrichtung eingesetzt werden können.

Für einen Einsatz abbildender Systeme, insbesondere in mobilen Geräten oder Handheld-Systemen wie Hand-Scannern oder tragbaren Testelement-Analysesystemen, sind noch weitere Faktoren zu berücksichtigen:

– Da solche Systeme oft in großen Stückzahlen produziert werden, ist es vorteilhaft, möglichst einfache und kostengünstige Abbildungssysteme in diese Sys teme oder Geräte zu integrieren. Diese müssen dennoch bestimmten Anforderungen an die Abbildungsgüte genügen, um ein fehlerfreies Erfassen und Auswerten der optischen Informationen, welche in den damit abzubildenden Objekten enthalten ist, zu gewährleisten.
– Viele der herkömmlichen Systeme, welche mit scannenden Bewegung relativ zum abzubildenden Objekt arbeiten, besitzen einen relativ großen Bauraum, welcher unter anderem durch die enthaltenen Linsensysteme und die Vorrichtungen, welche die Bewegung des Objekts relativ zur Detektionsvorrichtung steuern, hervorgerufen wird. Da insbesondere Testelement-Analysesysteme häufig als tragbare Handheld-Geräte ausgeführt sind, ist bei solchen Systemen ein möglichst kleiner Bauraum, möglichst im Bereich weniger Kubikzentimeter, wünschenswert.
– Einfache und billige abbildende Systeme arbeiten zumeist im Transmissionsverfahren, das heißt, das abzubildende Objekt wird von einer Lichtquelle durchstrahlt und auf einer Detektionsvorrichtung, welche sich auf der Lichtquelle gegenüberliegenden Seite befindet, abgebildet. Solche Systeme erfordern systembedingt einen größeren Bauraum, da Lichtquelle, abzubildendes Objekt und Detektionsvorrichtung hintereinander angeordnet sein müssen und sind somit nur bedingt für einen Einsatz in tragbaren Systemen geeignet. Des Weiteren müssen die abzubildenden Objekte bestimmte optische Eigenschaften aufweisen, damit solche Transmissionsverfahren überhaupt eingesetzt werden können. So müssen beispielsweise optische Codes zumindest teilweise transparente Bereiche besitzen, damit deren Information mit solchen Systemen ausgelesen werden kann. Hierdurch sind solche Abbildungssysteme für viele Anwendungsbereiche ungeeignet.

Aus dem Stand der Technik sind keine Systeme zur optischen Abbildung von Objekten bekannt, welche sich durch eine Kombination einer möglichst einfachen und kostengünstigen Bauweise, eines möglichst kleinen Bauraums, der Möglichkeit, die abzubildenden Objekte ohne eine Relativbewegung des Abbildungssystems zum Objekt auf eine Detektionsvorrichtung abzubilden und eine hohe Lesesicherheit auszeichnen. Insbesondere sind die bekannten abbildenden Systeme nur bedingt zu einem Einbau in kleine und tragbare Systeme, insbesondere in diagnostische Testelement-Analyse systeme, geeignet. Insbesondere sind keine einfachen abbildenden Systeme bekannt, welche eine möglichst gleichmäßige systembedingte Helligkeitsverteilung in der Detektionsebene mit einfachen und kostengünstigen Mitteln erzielen.

Aufgabe der Erfindung:

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, Systeme und Verfahren zur optischen Abbildung eines Objekts bereitzustellen, welche die Nachteile des Standes der Technik vermeiden. Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es insbesondere, Systeme und Verfahren zur Abbildung optischer Muster, insbesondere Codes, bereitzustellen, welche insbesondere die für einen Einsatz in tragbaren Testelement-Analysesystemen zuvor genannten Anforderungen an solche Abbildungssysteme erfüllen.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es weiterhin, ein einfaches und kostengünstiges System zur optischen Abbildung von Objekten auf eine Detektionsvorrichtung in kompakter Bauform bereitzustellen, welches eine möglichst gleichmäßige systembedingte Helligkeitsverteilung in der Detektionsebene aufweist.

Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, Systeme zur Erfassung und Verarbeitung optischer Informationen bereitzustellen, welches neben einem abbildenden System weitere Vorrichtungen aufweisen, welche die auf der Detektionsvorrichtung abgebildete optische Information des Objekts erfassen und zur Weiterverarbeitung oder Darstellung bereitstellen.

Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, Testelement-Analysesysteme bereitzustellen, welche zumindest ein Testelement, welches Informationen in Form eines optischen Musters codiert, und zumindest ein Auswertegerät, welches ein System zur Erfassung und Verarbeitung dieser optischen Informationen aufweist, enthalten. Schließlich ist es eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, Verfahren zur optischen Abbildung von Objekten auf eine Detektionsvorrichtung bereitzustellen, bei welchen eine möglichst gleichmäßige systembedingte Helligkeitsverteilung in der Detektionsebene gewährleistet ist.

Erfindungsgemäße Lösung:

Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgaben erfolgt durch die Bereitstellung eines Systems zur optischen Abbildung eines Objekts mittels einer Lochblende.

Ein derartiges Abbildungssystem beruht auf dem Prinzip der Lochkamera oder Camera obscura und weist eine Lochblende auf, welche zur Abbildung des Objekts auf die Detektionsvorrichtung eingesetzt wird. Das Prinzip der Abbildung mittels einer Lochblende wird beispielsweise im „Lexikon der Optik" (Spektrum Akademischer Verlag, Heidelberg, Deutschland) näher erläutert.

Ein großer Vorteil abbildender Systeme nach dem Lochkameraprinzip ist, dass keine Linsen zur Abbildung des Objekts benötigt werden. Linsen oder auch Systeme mehrerer Linsen weisen konstruktionsbedingt Abbildungsfehler auf, welche die Güte der Abbildung deutlich reduzieren und somit eine nachfolgende Informationsverarbeitung unmöglich oder fehlerhaft machen können. Konstruktionsbedingte Abbildungsfehler optischer Linsen oder Linsensysteme sind beispielsweise sphärische Aberration, chromatische Aberration, Farbvergrößerungsfehler, Koma- oder Asymmetriefehler, Astigmatismus, Bildfeldwölbung, Vignettierung, Verzeichnung oder Beugung. Durch den Einsatz linsenloser Abbildungsverfahren könnten diese Abbildungsfehler größtenteils vermieden werden.

Eine Abbildung mittels einer Lochblende ist, mit Ausnahme einer geringen geometrisch bedingten Vignettierung, im Wesentlichen nicht mit diesen konstruktionsbedingten Abbildungsfehlern einer Linse behaftet, so dass eine möglichst verzerrungsfreie Abbildung des Objekts gewährleistet ist, welche die Grundlage einer möglichst fehlerfreien Informationsübertragung ist. Insbesondere zeichnen sich Abbildungen nach dem Lochkameraprinzip durch eine nahezu unendliche Schärfentiefe aus.

Ein weiterer Vorteil von Abbildungsverfahren nach dem Lochkameraprinzip ist die Möglichkeit, hierdurch ein einfaches und kostengünstiges System zur Abbildung von Objekten in kompakter Bauform bereitzustellen, welches keine komplexen und teuren Linsensysteme benötigt und deutlich kleinere Bauformen ermöglicht.

Herkömmliche Lochkamerasysteme weisen jedoch einen systembedingten Helligkeitsabfalls des der Detektionsebene abgebildeten Bildes zum Rand hin auf, welcher im Rahmen der vorliegenden Erfindung auch als peripherer Helligkeitsabfall bezeichnet wird. Dieser systembedingte Helligkeitsabfall zur Peripherie des Bildes hin beruht größtenteils auf Beugungserscheinungen an der Lochblende und ist insbesondere bei größeren Blickwinkeln verstärkt wahrzunehmen, da dieser proportional zur vierten Potenz des halben Kosinus des Blickwinkels ist. So würden bei einem Blickwinkel von 90° nur noch 25 % der in der Bildmitte auftreffenden Lichtintensität auch am rechten und linken Bildrand auf die Detektionsebene auftreffen (cos(90°/2)⁴ = 0,25), was einem Helligkeitsabfall zu den Rändern hin von immerhin 2 Blendenstufen entsprechen würde. Dieser systembedingte Helligkeitsabfall zur Peripherie des Bildes hin verhinderte bisher einen breiten Einsatz optischer Verfahren nach dem Prinzip der Lochkamera insbesondere in informationsübertragenden optischen Systemen, da eine starke Inhomogenität der systembedingten Helligkeitsverteilung in Abhängigkeit von der Lage des Bildpunkts zum Zentrum der Abbildung auftritt. Hierdurch kann es in der Detektionsebene zu einer Überlagerung dieser systembedingten Helligkeitseffekte mit dem Bild des Objekts kommen, da durch das Lochblendenprinzip zentrale Bereiche des Objekts heller als periphere Bereiche abgebildet werden. Zentrale Bereiche des Objekts oder der Abbildung sind die Bereiche, welche sich in der Nähe der optischen Achse des Abbildungssystems befinden, periphere Bereiche des Objekts oder der Abbildung sind die Bereiche, welche sich weiter entfernt von der optischen Achse des Abbildungssystems befinden. Falls ein optisches Muster, insbesondere ein optischer Code, in der Detektionsebene nicht mit einer weitgehend gleichmäßigen systembedingten Helligkeitsverteilung abgebildet wird, ist es beispielsweise schwierig, Schwellenwerte zur Unterscheidung in helle oder dunkle Muster-Bereiche festzulegen, so dass die im optischen Muster oder Code enthaltene Information möglicherweise nicht korrekt gelesen werden kann.

Es sind Verfahren bekannt, eine möglichst homogene systembedingte Helligkeitsverteilung in der Detektionsebene dadurch zu erreichen, dass zwischen dem abzubildenden Objekt und der Detektionsebene optische Elemente eingebracht werden, welche die Intensität des vom Objekt ausgehenden Lichts in den zentralen Bereichen im Vergleich zu den peripheren Bereichen des Bildes stärker abschwächen. DE 4221069 beschreibt solche Elemente. Nachteilig bei dieser Anordnung ist es insbesondere, dass solche optischen Elemente zusätzlich in den Strahlengang zwischen Objekt und Detektionsebene eingebracht werden müssen, wodurch sich die Bautiefe und Komplexität dieses Abbildungssystems erhöht.

Überraschenderweise wurde im Rahmen der vorliegenden Erfindung gefunden, dass durch ein erfindungsgemäßes optisches Abbildungssystem die durch die Verwendung einer Lochblende hervorgerufenen systembedingten Abbildungsfehler weitgehend kom pensiert werden können und eine weitgehend gleichmäßige systembedingte Helligkeitsverteilung in der Detektionsebene bei gleichzeitig kompakter Bauweise erreicht werden kann.

Die erfindungsgemäße Lösung erfolgt durch die Bereitstellung eines Systems zur optischen Abbildung eines Objekts, welches sich in einer Objektebene befindet, enthaltend eine Detektionsvorrichtung, welche sich in einer Detektionsebene befindet, eine Lochblende zur Abbildung des Objekts auf die Detektionsvorrichtung und eine Beleuchtungsvorrichtung zur Beleuchtung des Objekts, wobei zwischen der Beleuchtungsvorrichtung und der Objektebene optische Schwächungselemente angeordnet sind, welche die durch die Lochblende hervorgerufenen Abbildungsfehler, insbesondere den systembedingten peripheren Helligkeitsabfall eines durch eine Lochblende auf die Detektionsvorrichtung abgebildeten Bildes des Objekts, weitgehend kompensieren.

In einer bevorzugten Ausführungsform sind die optischen Schwächungselemente so ausgestaltet, dass diese bei einer Abbildung eines gleichmäßigen Objekts, insbesondere einer homogenen Oberfläche, durch die Lochblende eine weitgehend gleichmäßige Helligkeitsverteilung des auf der Detektionsvorrichtung abgebildeten Bildes des Objekts bewirken.

Die optischen Schwächungselemente befinden sich erfindungsgemäß zwischen den Beleuchtungsvorrichtungen und der Objektebene, so dass durch den Einsatz derartiger optischer Schwächungselemente die Intensitätsverteilung der Beleuchtung des Objekts beeinflusst wird. Dies ist im Gegensatz zu den im Stand der Technik beschriebenen Systemen und Verfahren, welche solche Schwächungselemente zwischen Objekt und Detektionsebene beschreiben und bei welchen die Beleuchtung des Objekts zunächst weitgehend homogen erfolgt.

Als besonders vorteilhaft gegenüber dem Stand der Technik zeigt sich hierbei, dass diese optischen Schwächungselemente nicht noch zusätzlich in den Strahlengang zwischen Objekt und Detektionsebene eingebracht werden müssen, sondern zwischen den bereits vorhandenen Beleuchtungsvorrichtungen und der Objektebene eingebracht werden können, ohne dadurch die Baugröße des Gesamtsystems zu erhöhen.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform sind die optischen Schwächungselemente derartig ausgestaltet, dass sie die Beleuchtung des Objekts durch die Beleuchtungsvorrichtung so verändern, dass die zentralen Bereiche des Objekts mit einer geringeren Beleuchtungsintensität als die peripheren Bereiche des Objekts beleuchtet werden.

Durch eine derartige Beleuchtung konnte überraschenderweise eine weitgehende Kompensation der durch die Lochblende hervorgerufenen Abbildungsfehler, insbesondere des systembedingten peripheren Helligkeitsabfall eines durch eine Lochblende auf die Detektionsvorrichtung abgebildeten Bildes des Objekts, und eine weitgehend gleichmäßige systembedingte Helligkeitsverteilung in der Detektionsebene erreicht werden. Durch die optischen Schwächungselemente und deren erfindungsgemäße Anordnung wird die Beleuchtung des Objekts durch die Beleuchtungsvorrichtung so verändert, dass die zentralen Bereiche des Objekts mit einer geringeren Beleuchtungsintensität als die peripheren Bereiche des Objekts beleuchtet werden. Durch die nachfolgende Abbildung des so beleuchteten Objekts mittels Lochblende werden die zentralen Bereiche des Objekts systembedingt mit einer höheren Helligkeit als die peripheren Bereiche des Objekts auf die Detektionsvorrichtung abgebildet. Durch die Überlagerung der beiden Effekte, der erfindungsgemäßen schwächeren Beleuchtung der zentralen Bereiche des Objekts und der systembedingten lichtintensiveren Abbildung zentraler Bereiche des Objekts durch die Lochblende, kann überraschenderweise durch das erfindungsgemäße Abbildungssystem eine möglichst weitgehend gleichmäßige systembedingte Helligkeitsverteilung des Bildes des abzubildenden Objekts auf der Detektionsvorrichtung erreicht werden. Dies ist die Grundlage einer fehlerfreien und zuverlässigen Auswertung der optischen Informationen des abgebildeten Objekts.

Die erfindungsgemäße Kompensation der systembedingten Abbildungsfehler muss nicht notwendigerweise vollständig erfolgen. Für viele Anwendungen ist es ausreichend, diese Abbildungsfehler bis auf ein bestimmtes Maß zu reduzieren. So kann es beispielsweise bei einer Abbildung eines Schwarz-Weiß-Codes auf einen Sensor ausreichend sein, die systembedingte lichtintensivere Abbildung zentraler Bereiche des Objekts durch die Lochblende soweit zu kompensieren, dass die Überlagerung der systembedingten Helligkeitsverteilung mit dem Bild des Schwarz-Weiß-Musters in der Detektionsebene immer noch zu einem Bild führt, aus welchem, teilweise auch unter Zuhilfenahme weiterer Methoden wie Schwellenwertfestsetzung oder Grauwertspreizung, die ursprüngliche Information erfasst werden kann. Im gleichen Sinne ist auch der Begriff einer gleichmäßigen Helligkeitsverteilung in der Detektionsebene zu verstehen.

Als Beleuchtungsvorrichtungen im Sinne der vorliegenden Erfindung können prinzipiell alle Lichtquellen inklusive natürlicher Lichtquellen wie beispielsweise Sonnen- oder Tageslicht eingesetzt werden. Zur Gewährleistung einer möglichst konstanten und reproduzierbaren Beleuchtung des abzubildenden Objekts können bevorzugt künstliche Lichtquellen mit einer weitgehend konstanten Leuchtstärke eingesetzt werden, wie beispielsweise Glüh-, Glimm-, Entladungs- oder Induktionslampen. Besonders bevorzugt können als Beleuchtungsvorrichtungen, insbesondere für einen Einsatz in tragbaren Systemen, Leuchtdioden eingesetzt werden, da diese die Vorteile eines sehr kleinen Bauraums, einer niedrigen Energieaufnahme, einer langen Lebensdauer mit weitgehend konstanter Lichtabgabe, einer hohen Stossfestigkeit und der Möglichkeit des Betriebs mit Gleichspannung aufweisen.

In einer bevorzugten Ausführungsform werden als Beleuchtungsvorrichtung mehrere einzelne Lichtquellen eingesetzt, welche in ihrer Gesamtheit eine Beleuchtung des Objekts bewirken. Erfolgt die Beleuchtung des Objekts durch mehrere Lichtquellen aus verschiedenen Raumrichtungen, addieren sich die jeweils auf einen Punkt des Objekts auftreffenden Lichtstrahlen aus den einzelnen Lichtquellen zu einer Gesamtbeleuchtungsintensität an diesem Punkt des Objekts. Solche schrägen Anordnungen mehrerer Belichtungsquellen sind insbesondere dann vorteilhaft, wenn auf eine möglichst geringe Bautiefe des optischen Systems Wert gelegt wird, beispielsweise bei tragbaren Systemen. Eine solche schräge Anordnung mehrerer Lichtquellen in einem Winkel ungleich 0° zur optischen Achse des Systems ist weiterhin vorteilhaft, da hierdurch eine Beeinflussung der Abbildung des Objekts durch Direktreflexionen und eine Abschattung bestimmter Bereiche des Objekts, insbesondere bei dreidimensionalen Objekten, vermieden werden kann.

In einer bevorzugten Ausführungsform erfolgt die Abbildung des Objekts mittels reflektionsoptischer Verfahren. Abbildungssysteme, welche auf reflexionsoptischen Verfahren basieren, eignen sich insbesondere für den Einsatz in tragbaren Systemen, da hierdurch eine möglichst kompakte Bauform verwirklicht werden kann. Bei reflektionsoptischen Verfahren wird die Oberfläche des abzubildenden Objekts von Beleuchtungsvorrichtungen beleuchtet. Das von der Oberfläche des Objekts reflektierte Licht wird durch ein abbildendes System, im vorliegenden Falle durch eine Lochblende, auf eine Detektionsvorrichtung abgebildet. Durch die Beleuchtung der Oberfläche des Objekts ist es im Gegensatz zu transmissionsoptischen Verfahren, bei welchen die Beleuchtung des Objekts von der Rückseite erfolgt, möglich, die Beleuchtungsvorrichtungen auf der der Detektionsebene zugewandten Seite der Objektebene zu positionieren, so dass hiermit eine besonders raumsparende Konstruktion des abbildenden Systems möglich ist.

Als optische Schwächungselemente können im Sinne der vorliegenden Erfindung prinzipiell alle Vorrichtungen eingesetzt werden, welche in der Lage sind, die durch die Lochblende hervorgerufenen systembedingten Abbildungsfehler, insbesondere den systembedingten peripheren Helligkeitsabfall eines durch eine Lochblende auf die Detektionsvorrichtung abgebildeten Bildes des Objekts, weitgehend zu kompensieren. Insbesondere können als optische Schwächungselemente können im Sinne der vorliegenden Erfindung prinzipiell alle Vorrichtungen eingesetzt werden, welche eine weitgehend gleichmäßige systembedingte Helligkeitsverteilung in der Detektionsebene bewirken.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform sind die optischen Schwächungselemente als Blendenstrukturen ausgebildet, welche aus konzentrischen Linien geringer Transmission und dazwischenliegenden Bereichen hoher Transmission bestehen und deren Breiten und/oder Abstände zueinander derartig ausgestaltet sind, dass die zentralen Bereiche des Objekts mit einer geringeren Beleuchtungsintensität als die peripheren Bereiche des Objekts beleuchtet werden.

Solche Blendenstrukturen sind beispielsweise in WO 84/00620 beschrieben. WO 84/00620 beschreibt Blendenstrukturen aus diffus lichtdurchlässigen Substraten, auf deren Oberflächen eine Vielzahl konzentrischer Kreislinien aufgebracht ist, welche lichtundurchlässig ausgeführt sind. Um die gewünschte räumlich differenzierte Lichtabschwächung zu erreichen, nimmt in einer Ausführungsform der Abstand der gleich breiten Kreislinien nach außen hin immer mehr zu, so dass die äußeren Bereiche der Blendenstruktur lichtdurchlässiger sind als die zentralen Bereiche. In einer anderen Ausführungsform wird der Abstand der Kreislinien zueinander konstant gehalten, während die Breite dieser Kreislinien nach außen hin immer mehr abnimmt, so dass die äußeren Bereiche der Blendenstruktur lichtdurchlässiger sind als die zentralen Bereiche. Natürlich sind auch Kombinationen aus verschieden breiten Kreislinien und verschiedenen breiten Abständen zwischen den jeweiligen Kreislinien denkbar, welche ebenfalls bewirken, dass die zentralen Bereiche des Objekts mit einer geringeren Beleuchtungsintensität als die peripheren Bereiche des Objekts beleuchtet werden. Neben solchen Blendenstrukturen, welche abgegrenzte Bereiche verschiedener Lichtdurchlässigkeit besitzen, können erfindungsgemäß auch Blendenstrukturen eingesetzt werden, welche eine räumlich differenzierte Lichtabschwächung dadurch erzielen, dass deren Lichtdurchlässigkeit sich weitgehend kontinuierlich verändert, insbesondere von Zentrum hin zu den peripheren Bereichen hin erhöht. Beispielsweise kann dies eine kreisförmige Blendenstruktur sein, welche ein nur wenig oder nicht lichtdurchlässiges Zentrum aufweist, welchem sich nach außen hin immer lichtdurchlässiger ausgeführte Bereiche anschließen. Diese Bereiche können kontinuierlich ineinander übergehen oder als diskrete Bereiche ausgebildet sein. Je nach der Wellenlänge und Zusammensetzung des zur Beleuchtung verwendeten Lichts können hierzu zur Erzielung unterschiedlicher Lichtdurchlässigkeiten neben unterschiedlichen Helligkeiten oder Graustufen auch unterschiedliche Farbtöne eingesetzt werden. Weiterhin können auch Bereiche mit unterschiedlichen lichtstreuenden oder reflektierenden Eigenschaften, beispielsweise transparente und diffus lichtstreuende Bereiche, dazu geeignet sein, eine räumlich differenzierte Lichtabschwächung zu erzielen. Auch Kombinationen verschiedener der erwähnten Ausführungsformen sind möglich, um eine räumlich differenzierte Abschwächung des beleuchtenden Lichts zu erzielen.

Solche erfindungsgemäßen Blendenstrukturen müssen nicht notwendiger als konzentrische Kreise oder rotationssymmetrisch aufgebaut sein. Auch andere geometrische Anordnungen von unterschiedlich lichtdurchlässigen Bereichen können als Blendenstrukturen erfindungsgemäß dazu dienen, eine räumlich differenzierte Lichtabschwächung zu erzielen. Erfolgt beispielsweise die Beleuchtung des Objekts nicht direkt in der optischen Achse des Systems, sondern seitlich versetzt hierzu, kann es vorteilhaft sein, die Blendenstrukturen daraufhin anzupassen. Beispielsweise kann dies dadurch erreicht werden, dass der Abstand und/oder die Breite lichtschwächender Linien in den Bereichen der Blendenstruktur, welche dem zu beleuchtenden Objekt zugewandt sind, anders ist als in den von Objekt abgewandten Bereichen der Blendenstrukturen. So ist es auch bei einer schrägen Anordnung der Beleuchtungsquelle mög lich, eine von der räumlichen Anordnung der Lichtquelle weitgehend unabhängige erfindungsgemäße Beleuchtung des Objekts zu erreichen.

Die Bereiche unterschiedlicher Lichtdurchlässigkeit der Blendenstrukturen können hierbei mit verschiedenen, dem Fachmann bekannten Techniken hergestellt werden. Solche Techniken können beispielsweise auf Belichtungsverfahren, photolithographischen Verfahren, Laserablationsverfahren, Metalllaserverfahren, Beschichtungstechniken, Drucktechniken, Ätztechniken oder auch mechanischen Bearbeitungsverfahren wie Stanzen, Bohren oder Fräsen basieren.

Neben derartigen Blendenstrukturen können erfindungsgemäß auch andere optische Elemente wie Linsen oder Spiegel als optische Schwächungselemente eingesetzt werden. Auch optische Filter, beispielsweise ND-Filter, können als erfindungsgemäße optische Schwächungselemente eingesetzt werden. Solche Ausführungsformen sind unter anderem in DE 4221069 beschrieben.

Werden mehrere einzelne Lichtquellen zur Beleuchtung des Objekts eingesetzt, kann es ebenfalls vorteilhaft sein, daraufhin optimierte optische Schwächungselemente einzusetzen. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform enthält die Beleuchtungseinrichtung mehrere einzelne Lichtquellen, vor denen optische Schwächungselemente in einer Weise angeordnet sind, dass durch die Überlagerung der Beleuchtungsintensitäten der einzelnen Lichtquellen in der Objektebene die zentralen Bereiche des Objekts mit einer geringeren Beleuchtungsintensität als die peripheren Bereiche des Objekts beleuchtet werden. Da die einzelnen Oberflächenpunkte des Objekts unterschiedlich weit von den einzelnen Lichtquellen entfernt sein und deren Lichtstrahlen unter unterschiedlichen Winkeln auftreffen können, kann durch eine Modifikation der Blendenstrukturen unter Berücksichtigung der jeweiligen Beleuchtungssituation dennoch eine erfindungsgemäße Beleuchtung des Objekts erreicht werden. Eine solche auf die jeweilige Beleuchtungssituation optimierte Ausgestaltung und Anordnung der optischen Schwächungselemente kann mit dem Fachmann bekannten geometrischen und iterativen Methoden, beispielsweise mit Hilfe von Computerprogrammen wie ASAP (Breault Research Organization, Tucson, Arizona) oder Trace Pro (Light Tec, Hyeres, Frankreich), berechnet werden.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist das optische Schwächungselement in Form einer Filmmaske ausgebildet, welche eine oder mehrere Blendenstrukturen aufweist.

Solche Filmmasken mit darauf aufgebrachten Blendenstrukturen können einfach und kostengünstig dadurch hergestellt werden, dass ein lichtempfindlicher Film mittels einer Vorlagenmaske belichtet wird, welche diese Blendenstrukturen aufweist. Diese Blendenstrukturen können hierbei insbesondere Bereiche unterschiedlicher Helligkeit und/oder unterschiedlicher Farbe sein. Solche Belichtungsmethoden zur Herstellung von Blendenstrukturen eignen sich insbesondere dazu, sehr feine und komplexe Blendenstrukturen exakt und kostengünstig auf eine Filmmaske aufzubringen. Durch derartige Techniken und Materialien ist es weiterhin möglich, große Mengen genau definierter Blendenstrukturen kostengünstig zu fertigen, wie sie beispielsweise für einen Einsatz in Handscannern oder analytischen Handheld-Testsystemen benötigt werden, welche trotz hoher Stückzahlen mit gleich bleibend hoher und reproduzierbarer Qualität produziert werden müssen. Die belichteten und entwickelten Filme können erfindungsgemäß als Filmmasken mit darauf aufgebrachten Blendenstrukturen als optische Schwächungselemente eingesetzt werden. Hierzu wird eine solche Filmmaske derartig zwischen eine oder mehrere Lichtquellen und das zu beleuchtende Objekt eingebracht, dass durch die Blendenstrukturen auf der Filmmaske das von der oder den Lichtquellen ausgehende Licht derartig modifiziert wird, dass die gewünschte erfindungsgemäße Beleuchtung des Objekts erzielt werden kann insbesondere dass durch die erfindungsgemäße Modifikation der Beleuchtungsintensitäten der einzelnen Lichtquellen durch die Blendenstrukturen und die Überlagerung der derart veränderten Beleuchtungsintensitäten der einzelnen Lichtquellen in der Objektebene die zentralen Bereiche des Objekts mit einer geringeren Beleuchtungsintensität als die peripheren Bereiche des Objekts beleuchtet werden. Hierzu können vor jeder einzelnen Lichtquelle jeweils einzelne Filmmasken als Blendenstrukturen angebracht werden. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist jedoch vorgesehen, dass sich die einzelnen Blendenstrukturen auf einer gemeinsamen Filmmaske befinden. Eine solche Ausführungsform ermöglicht insbesondere eine kostengünstige und einfach durchzuführende Montage des gesamten Blendensystems in einem Schritt.

Als Detektionsvorrichtungen im Sinne der vorliegenden Erfindung können prinzipiell alle Vorrichtungen eingesetzt werden, welche das durch die Lochblende auf die Detektionsebene abgebildete Bild des abzubildenden Objekts temporär oder permanent aufnehmen können. Dies können beispielsweise strahlungsempfindliche Filme oder Platten, Mattscheiben mit nachgeschalteten Detektoren, Zeilensensoren oder optische Sensorelemente wie CCD- oder CMOS-Sensoren sein. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform wird als Detektionsvorrichtung ein CCD-Element oder ein CMOS-Element eingesetzt. Bei solchen optischen Sensorelementen kann das Abbild des Objekts direkt in Form weiterverarbeitbarer Daten gelesen und zur weiteren Verarbeitung gespeichert oder angezeigt werden. Optische Sensorelemente sind insbesondere für den Einsatz in tragbaren Systemen geeignet, da hierdurch eine sehr rasche Bildaufnahme und -verarbeitung möglich ist, welche ohne bewegliche Bauteile oder Verfahrensschritte oder zeit- und kostenaufwendige Entwicklungsschritte auskommt und in einer möglichst kompakten Bauform verwirklicht werden kann.

Als Lochblenden im Sinne der vorliegenden Erfindung können prinzipiell alle Öffnungen eingesetzt werden, welche das abzubildende Objekt in einer für eine Erfassung und Auswertung der im Objekt enthaltenen optischen Informationen ausreichenden Qualität auf die Detektionsebene abbilden können. Um eine möglichst optimale Abbildung zu gewährleisten, sollten bei der Gestaltung der Lochblende insbesondere die Parameter Lochdurchmesser, Lochform und Lochlänge berücksichtigt werden. Aus dem Abbildungsprinzip der Lochkamera folgt, dass die Abbildung umso schärfer wird, je kleiner der Lochdurchmesser bemessen ist. Durch die optische Beugung an den Lochkanten sind jedoch auch der Verkleinerung des Loches Grenzen gesetzt. Da die Belichtungszeit in erster Linie von der Lochgröße abhängig ist, können größere Lochdurchmesser eingesetzt werden, um die Belichtungszeiten nicht unnötig lang werden zu lassen. Die ideale Lochgröße hängt insbesondere von der Bildweite (Bildweite = Abstand zwischen Lochblende und Detektionsebene) ab und kann dementsprechend berechnet werden, beispielsweise anhand der Formel: d = √b/500, wobei d den Durchmesser des Lochs und b die Bildweite bezeichnet. Die Form des Blendenloches hat ebenfalls Einfluss auf die Abbildungsgüte. Bevorzugt wird ein kreisrundes Loch als Blendenform eingesetzt, doch sind auch andere Lochformen wie Mehrecke oder Schlitze oder Kombinationen mehrer Lochblenden, beispielsweise konzentrischer Kreise, möglich. Die Lochlänge sollte idealerweise möglichst gering sein, um Reflexionen innerhalb des Lochkanals zu vermeiden. Weiterhin können durch kurze Lochlängen Abschirmeffekte vermieden werden, welche eine lichtschwächere Abbildung der Randbereiche des Objekts bewirken würden.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform weist die Lochblende einen Durchmesser von 10 bis 1000 μm, bevorzugt von 20 bis 500 μm, besonders bevorzugt von 50 bis 200 μm auf. Solche geringen Lochdurchmesser ermöglichen eine scharfe Abbildung eines Objekts auch bei kurzen Bildweiten. Dies ist insbesondere für den Einsatz solcher Abbildungssysteme in tragbaren Systemen vorteilhaft, da hierdurch eine gute Abbildungsqualität in einer möglichst kompakten Bauform verwirklicht werden kann. Die Lochblende kann mit verschiedenen dem Fachmann bekannten Verfahren hergestellt werden. Neben Verfahren, welche eine Lochblende durch Bohren, Stanzen, Fräsen oder Ätzen einer Öffnung in ein Substrat erzeugen, kann eine Lochblende vorzugsweise auch mittels einer Filmmaske erzeugt werden. Hierbei wird ein lichtempfindlicher Film mit einer Vorlagenmaske, welche eine Lochblende aufweist, belichtet und anschließend entwickelt, so dass auf dem entwickelten Film ein Abbild dieser Lochblende reproduziert wird. Mit diesem Verfahren können auch Lochblenden mit sehr kleinen Durchmessern im Mikrometerbereich mit ausreichender Kantengüte reproduzierbar und kostengünstig in großen Mengen hergestellt werden. Ein weiterer Vorteil dieses Verfahrens ist, dass durch die sehr geringe Dicke der photosensitiven Schicht Lochblenden sehr geringer Lochlänge herstellen zu können.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist die Lochblende in die Filmmaske, welche auch die Blendenstrukturen aufweist, integriert. Dies ist bei einer Abbildung des Objekts auf die Detektionsebene mittels reflektionsoptischer Verfahren möglich. So können auf der Filmmaske in gemeinsamen Arbeitsschritten sowohl die Blendenstrukturen zur räumlich differenzierten Abschwächung des beleuchtenden Lichts als auch die abbildende Lochblende aufgebracht werden. Dies hat den weiteren Vorteil, dass die Montage des optischen Systems durch eine solche Filmmaske mit kombinierten Funktionen deutlich vereinfacht werden kann. Solche Filmmasken können durch Belichtung mit einer entsprechenden Vorlagenmaske auf einfache Weise kostengünstig mit hoher Präzision reproduzierbar und in hohen Stückzahlen hergestellt werden.

Erfindungsgemäße Systeme zur optischen Abbildung von Objekten können besonders vorteilhaft in Systemen eingesetzt werden, welche der Erfassung und Verarbeitung optischer Informationen dienen. Daher beschreibt ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung Systeme zur Erfassung und Verarbeitung optischer Informationen, welche ein Objekt, welches optische Informationen, insbesondere in Form optischer Muster oder Codes, trägt, ein solches zuvor beschriebenes System zur optischen Abbildung des Objekts und eine Auswertevorrichtung, welche aus dem auf der Detektorvorrichtung abgebildeten Bild des Objekts die optische Information des Objekts erfasst und zur Weiterverarbeitung oder Darstellung bereitstellt, aufweisen.

Als Systeme zur Erfassung und Verarbeitung optischer Informationen im Sinne der vorliegenden Erfindung können insbesondere tragbare oder stationäre Codeleser oder Scanner angesehen werden, aber auch bestimmte Baugruppen in Analysesystemen, insbesondere in diagnostischen Testelement-Analysesystemen, welche dazu eingesetzt werden, um dem Auswertesystem spezifische Informationen über den jeweiligen Test und/oder das spezielle Testelement zu liefern. Solche Systeme zur Erfassung und Verarbeitung optischer Informationen können in Analysesystemen, welche mit optischen auszuwertenden Nachweisreaktionen arbeiten, auch dazu eingesetzt werden, den Verlauf oder das Ergebnis dieser optischen Nachweisreaktionen zu erfassen und optional weiter auszuwerten oder darzustellen. Hierzu kann beispielsweise das Messfeld, in welchen die optisch detektierbare Nachweisreaktion stattfindet, mittels solcher Systeme abgebildet und ausgewertet werden.

Auswertevorrichtungen können alle dem Fachmann bekannten Systeme sein, welche die optische Information des Abbilds des Objekts auf der Detektionsvorrichtung erfassen, eventuell in weiterbearbeitbare Daten umwandeln und diese Daten zur Weiterverarbeitung oder Darstellung bereitstellen können. Solche Auswertevorrichtungen können vorteilhaft kombiniert mit den Detektionsvorrichtungen vorliegen, wie es beispielsweise bei CCD- oder CMOS-Sensoren der Fall ist, welche bereits weiterverarbeitbare digitale Bilddaten ausgeben. Die Bauweise solcher Systeme zur Erfassung und Verarbeitung optischer Information hat den Vorteil, dass durch die spezielle Anordnung des optischen Systems eine kompakte Bauweise solcher Systeme erzielt werden kann.

Herkömmliche optische Lesesysteme arbeiten zumeist mit Scan-Techniken, bei welchen eine Relativbewegung des abzubildenden Objekts, beispielsweise eines Barcodes, gegenüber dem optischen System nötig ist. Als Detektionsvorrichtungen werden hierbei häufig Zeilensensoren oder Laserscanner eingesetzt, welche zunächst lediglich eine eindimensionale Bildinformation in Form eines Linienspektrums bereitstellen. Erst durch die Bewegung über den Code hinweg und die Aufnahme vieler solcher eindimensio naler Linienspektren kann anschließend eine Berechnung eines zweidimensionalen Codemusters erfolgen. Einerseits erfordert die Bewegung des abzubildenden Objekts relativ zum optischen System einen Transportmechanismus, welcher wiederum einen höheren Bauraum und komplexe und aufwendige Bewegungs- und Steuerungsvorrichtungen benötigt, andererseits beeinflusst eine solche zusätzliche Bewegung des abzubildenden Objekts relativ zum optischen System die Lesesicherheit des Systems. Diese Nachteile können durch die erfindungsgemäßen Systeme zur Erfassung optischer Information überwunden werden, welche insbesondere ein Erfassen und Verarbeiten der optischen Informationen des Objekts ohne eine Relativbewegung des abzubildenden Objekts zum optischen System ermöglichen.

Optische Informationen werden meist in Form verschiedener Bereiche unterschiedlicher Helligkeit, Lichtdurchlässigkeit, Lichtstreuung, Intensität oder Farbe codiert, deren spezifische Abfolge, Größe oder räumliche Beziehung zueinander die Information speichert. Optische Informationen werden bevorzugt in ein – oder zweidimensionalen optischen Mustern oder Codes codiert: Diese können beispielsweise aus Zeichen bestehen, vorzugsweise aus Buchstaben, Ziffern, Sonderzeichen und/oder Mustern und werden vorzugsweise in maschinenlesbarer Form dargestellt. Neben solchen speziellen Codes können als optische Muster im Rahmen der vorliegenden Erfindung beispielsweise auch Farb- oder Helligkeitsveränderungen eines Messbereichs oder Messfeldes, welche im Verlauf einer analytischen Nachweisreaktion auftreten, oder andere Objekte wie zweidimensionale Abbildungen oder dreidimensionale Gegenstände angesehen werden. Besonders bevorzugt können zweidimensionale Codes wie beispielsweise Data Matrix Codes, Aztec Codes, Code One Codes oder Maxi Codes eingesetzt werden Ein derartiger Code kann schwarz-weiß, schwarz auf weiß oder weiß auf schwarz oder farbig oder mehrfarbig sein und auf einem Objekt vorzugsweise dadurch angebracht werden, indem das Objekt damit bedruckt oder beklebt wird. Da 2D Codes im Vergleich zu klassischen 1D Barcodes eine etwa zehnfach höhere Informationsdichte aufweisen und können praktisch in jeder beliebigen Richtung gelesen werden können, kann dadurch beispielsweise bei gleicher Grundfläche des Codes die Größe der codierten Muster vergrößert werden kann, was die Lesesicherheit des abbildenden und informationsverarbeitenden Systems erhöht. Somit sind 2D Codes besonders für einen Einsatz in Analysesystemen geeignet, da hier eine sehr hohe Lesesicherheit notwendig ist.

Solche erfindungsgemäßen Systeme zur Erfassung und Verarbeitung optischer Informationen können besonders vorteilhaft in Analysesystemen, insbesondere in Testelement-Analysesystemen, eingesetzt werden.

Daher beschreibt ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung Testelement-Analysesysteme, die Testelemente, welche optische Informationen, insbesondere optisch codierte Informationen über Testart, Chargennummer, Herstelldaten, Checksummen oder zur Kalibrierfunktion, tragen, und ein Auswertegerät, welches ein solches erfindungsgemäßes System zur Erfassung und Auswertung der optischen Informationen des Testelements enthält, aufweisen.

Solche Testelement-Analysesysteme werden häufig in analytischen und medizinischen Labors eingesetzt. Die Erfindung betrifft insbesondere auch Analysesysteme, bei denen die Analyse durch eine entsprechend geschulte Person selbst durchgeführt werden, beispielsweise durch einen Patienten, um seinen Gesundheitszustand laufend zu überwachen ("home-monitoring"). Von besonderer medizinischer Bedeutung ist dies beispielsweise bei der Überwachung von Diabetikern, welche die Konzentration von Glucose im Blut mehrfach täglich bestimmen müssen oder von Patienten, welche gerinnungshemmende Medikamente einnehmen und deshalb ihren Koagulationsstatus in regelmäßigen Abständen bestimmen müssen. Für derartige Zwecke sollen die Auswertegeräte möglichst leicht und klein, leicht tragbar, batteriebetrieben und robust sein. Solche Testelement-Analysesysteme sind beispielsweise in DE 43 05 058 beschrieben. Die zugehörigen Testelemente sind häufig als Teststreifen ausgebildet, welche im wesentlichen aus einer länglichen Trägerschicht, meist aus einem Kunststoffmaterial, und einem Messfeld mit einer die Nachweisreagenzien enthaltenen Nachweisschicht und evtl. weiteren Hilfsschichten, beispielsweise Filtrationsschichten, bestehen. Des Weiteren können Testelemente als weitere Strukturen Codierungselemente, beispielsweise in Form eines optischen Codes, enthalten. Diese können dazu eingesetzt werden, allgemeine oder spezifische Informationen über das Testelement wie beispielsweise Kalibrationsdaten oder Chargeninformationen an das Auswertegerät zu übermitteln.

In einer bevorzugten erfindungsgemäßen Ausführungsform sind solche Informationen in Form optischer Muster oder Codes, insbesondere in Form zweidimensionaler optischer Codes, auf dem Testelement gespeichert, beispielsweise als zweidimen sionaler Code auf ein Ende des Testelements aufgedruckt oder aufgeklebt. Insbesondere können hierbei Informationen über Testart, Chargennummer, Herstelldaten, Checksummen oder Daten zur Kalibrierfunktion in Form eines optischen Codes auf dem Testelement gespeichert sein. Als Testelemente im Rahmen der vorliegenden Erfindung können auch spezielle Codierungselemente angesehen werden, welche entweder analog zu den Testelementen in das Auswertegerät oder in weitere dafür vorgesehene Auswerteeinheiten eingebracht werden können. Solche Codierungselemente können beispielsweise spezielle Streifen sein, welche beispielsweise einer Teststreifenpackung beigefügt sind und Informationen über die spezielle Testart, Chargennummer, Herstelldaten, Checksummen oder Daten zur Kalibrierfunktion enthalten können und beispielsweise nur einmal pro Teststreifenpackung eingelesen werden müssen.

Das Auswertegerät verfügt über eine Testelementaufnahme zur Positionierung eines auszuwertenden Testelements in einer Messposition und eine Messvorrichtung zur Bestimmung des Ergebnisses der Nachweisreaktion auf dem Testelement. Im Falle eines Farbumschlages enthält die Messvorrichtung beispielsweise ein Reflexionsphotometer zur Bestimmung des diffusen Reflexionsvermögens (Reflektivität) der Nachweisschicht. Es wird hier nochmals darauf hingewiesen, dass auch das Messfeld, in welchen die optisch detektierbare Nachweisreaktion stattfindet, mittels der erfindungsgemäßen Systeme zur Erfassung und Verarbeitung optischer Informationen abgebildet und ausgewertet werden kann. Auch der Verlauf oder das Ergebnis einer solchen optisch detektierbaren Nachweisreaktion ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung als optische Information anzusehen. Im Falle elektrochemischer Testelemente enthält die Messvorrichtung beispielsweise eine entsprechende Strom- oder Spannungsmessschaltung. Durch den Einsatz der erfindungsgemäßen Beleuchtungs- und Abbildungsverfahren nach dem Lochkameraprinzip können solche Testelement-Analysesysteme in einer möglichst kompakten Bauform verwirklicht werden, was insbesondere für einen Einsatz in tragbaren Systemen besonders vorteilhaft ist. Durch die konstruktiv einfache Bauform der erfindungsgemäßen Abbildungssysteme können diese kostengünstig und in großen Mengen hergestellt werden, da beispielsweise auf zusätzliche optische Elemente wie Linsen verzichtet werden kann. Die erfindungsgemäße Ausführungsform zeigt hier deutliche Vorteile gegenüber bekannten analytischen Testelement-Auswertgeräten. So beschreibt beispielsweise EP 0075223 eine Vorrichtung zur optischen Erkennung einer Codierung auf einem Diagnoseteststreifen in einem Auswertegerät, bei der der Teststreifen relativ zur Leseeinrichtung bewegt werden muss und zur Erzielung einer guten Beleuchtung und Abbildung eine zusätzliche Zylinderlinse in den Strahlengang eingebracht wird. Dem gegenüber hat die erfindungsgemäße Ausführungsform den Vorteil, dass weder eine Bewegung des codierenden Bereichs des Testelements gegenüber der optischen System oder sonstige bewegliche Teile wie schwenkbare Spiegel noch eine zusätzliche Linse für eine ausreichende Abbildungsgüte benötigt wird, um eine zuverlässige Informationsübermittlung zu gewährleisten. Durch die erfindungsgemäße Ausführung kann die Übermittlung der Informationen ohne eine zusätzliche Bewegung des Teststreifens erfolgen, so dass hiermit keine besonderen Anforderungen an eine möglichst gleichmäßige Bewegung des Testelements gestellt werden müssen, um ein sicheres Übermitteln und Auswerten der auf dem Teststreifen codierten Information zu gewährleisten. Die Möglichkeit einer statischen Messung mit dem erfindungsgemäßen Beleuchtungs- und Abbildungssystem bewirkt eine hohe Lesesicherheit optischer Muster.

Erfindungsgemäßen Analysesysteme sind jedoch nicht nur auf Teststreifen -Analysesysteme beschränkt. Auch andere Analysesysteme, beispielsweise Analysesysteme, bei welchen eine chemische Reaktion in einer Testküvette abläuft, sind eingeschlossen. Bei solchen Systemen kann beispielsweise die Küvette als Testelement angesehen werden, welches ein optisches Muster oder Code tragen kann, welches Rückschlüsse auf Testart, Chargennummer, Herstelldaten, Checksummen oder Daten zur Kalibrierfunktion ermöglicht und welches von einem Auswertegerät mit einem erfindungsgemäßen Abbildungssystem ausgelesen werden kann.

Schließlich umfasst die vorliegende Erfindung Verfahren zur optischen Abbildung eines Objekts, welches sich in einer Objektebene befindet, auf eine Detektionsvorrichtung, welche sich in einer Detektionsebene befindet, wobei die Beleuchtung des Objekts durch eine Beleuchtungsvorrichtung und die Abbildung des Objekts auf die Detektionsvorrichtung durch eine Lochblende erfolgt und wobei zwischen der Beleuchtungsvorrichtung und der Objektebene optische Schwächungselemente angeordnet sind, welche die durch die Lochblende hervorgerufenen Abbildungsfehler, insbesondere den system bedingten peripheren Helligkeitsabfall eines durch eine Lochblende auf die Detektionsvorrichtung abgebildeten Bildes des Objekts, weitgehend kompensieren.

Insbesondere umfasst die vorliegende Erfindung solche Verfahren, bei welchen die optischen Schwächungselemente eine weitgehend gleichmäßige systembedingte Helligkeitsverteilung in der Detektionsebene bewirken, insbesondere dadurch, dass die optischen Schwächungselemente die Beleuchtung des Objekts durch die Beleuchtungsvorrichtung so verändern, dass die zentralen Bereiche des Objekts mit einer geringeren Beleuchtungsintensität als die peripheren Bereiche des Objekts beleuchtet werden.

Die zuvor im Zusammenhang mit den erfindungsgemäßen Systemen zur optischen Abbildung von Objekten, Systemen zur Erfassung und Verarbeitung optischer Informationen und Testelement-Analysesystemen beschriebenen Ausführungsformen und Weiterbildungen können entsprechend auch auf diese erfindungsgemäßen Verfahren zur optischen Abbildung von Objekten übertragen werden.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Figuren und Ausführungsbeispielen näher erläutert. Die beschriebenen Eigenschaften und Besonderheiten können einzeln oder in Kombination verwendet werden, um bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung zu schaffen.
1 zeigt eine exemplarische Darstellung eines erfindungsgemäßen Systems zur optischen Abbildung eines Objekts.
2 zeigt eine exemplarische Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Filmmaske.
3 zeigt eine Detailansicht einer exemplarischen Ausführungsform einer Blendenstruktur.
4 zeigt eine Ansicht eines erfindungsgemäßen Systems zur Erfassung und Verarbeitung optischer Informationen, welches in ein diagnostisches Handheld-Analysesystem integriert werden kann.
5 zeigt mittels eines CMOS-Sensors aufgenommene Bilder unterschiedlicher Oberflächen, welche durch ein erfindungsgemäßes optisches System mit entsprechenden Blendenstrukturen als optische Schwächungselemente aufgenommen wurden.
Die Ziffern in den Figuren bedeuten:
1 zeigt eine exemplarische Darstellung eines erfindungsgemäßen Systems zur optischen Abbildung eines Objekts. Das System zur optischen 1 ermöglicht die Abbildung eines Objekts 2 auf eine Detektionsvorrichtung 7 mittels einer Lochblende 4, welche in eine Filmmaske 3 integriert ist. Die Objektebene ist die Ebene, in welcher sich die abzubildende Oberfläche des Objekts 2, beispielsweise eines 2D-Codes, befindet, die Detektionsebene die Ebene, in welcher sich die Abbildungsebene der Detektionsvorrichtung 7 befindet. Beide Ebenen sind im Wesentlichen senkrecht zur optischen Achse des Systems, welche vom Objekt 2 senkrecht durch die Lochblende 4 bis zur Detektionsvorrichtung 7 geht. Die Abbildung des Objekts 2 auf die Detektionsvorrichtung 7 erfolgt in der dargestellten bevorzugten Ausführungsform mit reflektionsoptischen Verfahren. Hierzu wird die Oberfläche des Objekts 2 mit mehreren Beleuchtungsvorrichtungen 6 beleuchtet. Zwischen den einzelnen Beleuchtungsvorrichtungen 6 und dem zu beleuchtenden Objekt 2 befinden sich erfindungsgemäß die optischen Schwächungselemente 5, welche im dargestellten Fall als Blendenstrukturen, welche abwechselnd weitgehend transparent und weitgehend lichtundurchlässig ausgeführt sind. In der dargestellten bevorzugten Ausführungsform sind die optischen Schwächungselemente 5 ebenfalls in die Filmmaske 3 integriert. Durch die optischen Schwächungselemente 5 wird die Beleuchtung des Objekts 2 durch die Beleuchtungsvorrichtungen 6 so verändert, dass die zentralen Bereiche des Objekts 2 mit einer geringeren Beleuchtungsintensität als die peripheren Bereiche des Objekts 2 beleuchtet werden. In 1 ist weiterhin ein optionales Systemfenster 8 dargestellt. Dieses befindet sich zwischen Filmmaske 3 und dem abzubildenden Objekt 2 und kann dazu eingesetzt werden, den Bildausschnitt zu begrenzen und zu definieren sowie den Abstand zwischen Objekt 2 und Lochblende 4 zu definieren.
2 zeigt eine exemplarische Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Filmmaske. Die Filmmaske 3 kann vorzugsweise durch Belichtung mittels einer entsprechenden Vorlagenmaske und anschließende Entwicklung eines lichtempfindlichen Filmmaterials hergestellt werden. In der dargestellten bevorzugten Ausführungsform sind sowohl die optischen Schwächungselemente 5, hier in Form von Blendenstrukturen, als auch die Lochblende 4 in die Filmmaske integriert. Im dargestellten Fall sind vier verschieden angeordnete Blendenstrukturen aufgebracht, welche jeweils vor einer beleuchtenden Lichtquelle liegen. Werden wie hier zur Beleuchtung des Objekts mehrere Beleuchtungsquellen eingesetzt, ist es vorteilhaft, die einzelne Blendenstrukturen so auszuführen, dass durch die Überlagerung der Lichtintensitäten der einzelnen Lichtquellen in der Objektebene die zentralen Bereiche des Objekts mit einer geringeren Beleuchtungsintensität als die peripheren Bereiche des Objekts beleuchtet werden. Um die Positionierung der Filmmaske im optischen System zu erleichtern, sind in der dargestellten Ausführungsform zusätzliche Stanzmarkierungen 9 angebracht. Um eine eindeutige Identifikation und Charakterisierung der Filmmaske zu erleichtern, sind in der dargestellten Ausführungsform zusätzliche Filmmarkierungen 10 aufgebracht. Diese können zusammen mit der Lochblende und den Blendenstrukturen auf den Film belichtet werden und beispielsweise Informationen über Form und Größe der Lochblende oder Form und Schwächungseigenschaften der Blendenstrukturen tragen.
3 zeigt eine Detailansicht einer exemplarischen Ausführungsform einer Blendenstruktur.
Die Figur zeigt eine spezielle Ausführungsform einer Blendenstruktur 11, welche auf eine Filmmaske 3 belichtet wurde. Eine solche Blendenstruktur kann erfindungsgemäß als optisches Schwächungselement 5 eingesetzt werden. In der dargestellten Ausführungsform besteht die Blendenstruktur aus konzentrischen Linien geringer Transmission (dunkle Bereiche) und dazwischenliegenden Bereichen hoher Transmission (helle Bereiche), deren Breiten und Abstände zueinander derartig ausgestaltet sind, dass die zentralen Bereiche des Objekts mit einer geringeren Beleuchtungsintensität als die peripheren Bereiche des Objekts beleuchtet werden. Diese spezielle Ausführungsform eignet sich besonders zur erfindungsgemäßen Beleuchtung eines Objekts mit schräg zur optischen Achse angebrachten Lichtquellen. Die dunkle, lichtundurchlässige Fläche im linken oberen Bereich der Blendenstruktur liegt hierbei direkt unterhalb der Lichtquelle und vermeidet, dass andere Bereiche als die in Objektnähe beleuchtet werden, um so eine indirekte Streulichtbeleuchtung zu vermeiden. Im vorliegenden Falle würde das zu beleuchtende Objekt rechts unten liegen. Das hohe Verhältnis von lichtundurchlässigen Bereichen zu lichtdurchlässigen Bereichen im Zentrum der Blendenstruktur bewirkt hierbei eine relativ geringe Beleuchtungsintensität im Zentrum des Objekts, das zur Peripherie hin sinkende Verhältnis von lichtundurchlässigen Bereichen zu lichtdurchlässigen Bereichen der Blendenstruktur bewirkt hierbei eine zunehmend stärkere Beleuchtungsintensität zur Peripherie des Objekts hin, so dass hiermit eine erfindungsgemäße Beleuchtung des Objekts erreicht werden kann.
4 zeigt eine Ansicht eines erfindungsgemäßen Systems zur Erfassung und Verarbeitung optischer Informationen, welches beispielsweise in ein diagnostisches Testelement-Analysesystem integriert werden kann.
4a zeigt eine schematische Explosionszeichnung eines solchen Systems, welches als Bauteil eines diagnostischen Testelement-Analysesystems zur Erfassung und Verar beitung der Informationen, welche auf dem Testelement gespeichert sind, eingesetzt werden kann.
Das dargestellte System enthält eine Teststreifenaufnahme 13, in welche das Testelement 12, hier als Teststreifen ausgebildet, eingeführt werden kann und welche als Führung und Halterung für das Testelement 12 dient. Das Testelement 12 enthält an einem Ende das mit dem System abzubildende Objekt 2, welches hier in Form eines zweidimensionalen Codes auf dem Testelement 12 vorliegt. Die Teststreifenaufnahme 13 ist auf einer Grundplatte 15 befestigt, welche das System im Analysegerät verankern kann. In der dargestellten Ausführungsform ist die Testelementaufnahme 13 derartig ausgestaltet, dass der Bereich um das abzubildende Objekt als eine so genannte Streifenblende 17 ausgebildet ist, welche den abzubildenden Bereich des Objekts definiert. Oberhalb des abzubildenden Objekts 2 befindet sich eine Filmmaske 3, welche eine Lochblende und die optischen Schwächungselemente, bevorzugt Blendenstrukturen, trägt. Diese Filmmaske 3 ist auf einer Halterung 14 in einer Weise befestigt, dass ein definierter Abstand zwischen Lochblende und Objektebene vorliegt. Oberhalb der Filmmaske 3 befindet sich ein Filmandruck 20, welcher einerseits die Filmmaske 3 zusätzlich fixiert und andererseits einen definierten Abstand zwischen Filmmaske 3 und der Detektionsebene definiert, so dass reproduzierbare und definierte Abbildungseigenschaften erzielt werden können. Zugleich kann über die Breite des Filmandrucks 20 der Vergrößerungsmaßstab definiert und an den jeweiligen Sensor angepasst werden. Oberhalb des Filmandrucks befindet sich die Beleuchtungs- und Detektionseinheit 16, welche hier aus Gründen der Übersichtlichkeit nur schematisch gezeichnet ist. Diese wird durch die Halterung 14 in einer definierten Lage zur Filmmaske 3 und zur Objektebene positioniert.
4b zeigt eine detailliertere Darstellung dieser Beleuchtungs- und Detektionseinheit 16, welche hier aus perspektivischen Gründen von der Unterseite gezeigt ist. Die Beleuchtungs- und Detektionseinheit 16 weist eine Detektionsvorrichtung 7 auf, welche hier bevorzugt als CMOS-Sensor ausgeführt ist. Diese Detektionsvorrichtung 7 ist in einem Gehäuse 21 angebracht. Zum Schutz der Detektionsvorrichtung 7 gegen Beschädigungen kann optional eine durchsichtige Abdeckung 18 vor dieser angebracht werden. Die Auswertevorrichtungen des Systems können wie im dargestellten Beispiel des CMOS-Sensors in diesen integriert sein, aber auch als separate Bauteile und Schaltun gen vorliegen. Zur Energieversorgung der Beleuchtungs- und Detektionseinheit 16 sowie zum Datentransfer dient hier der Anschluss 19, mit welchen diese Einheit mit dem übrigen informationsverarbeitenden System des Auswertegeräts verbunden werden kann. Die Beleuchtungsvorrichtung 6 steht in vorliegenden Fall aus 4 einzelnen LEDs, welche schräg zur optischen Achse des abbildenden Systems angeordnet sind. Solche schrägen Anordnungen der Belichtungsquellen sind insbesondere dann vorteilhaft, wenn auf eine möglichst geringe Bautiefe des abzubildenden Systems Wert gelegt wird.
5 zeigt mittels eines CMOS-Sensors aufgenommene Bilder unterschiedlicher Oberflächen, welche durch ein erfindungsgemäßes optisches System mit entsprechenden Blendenstrukturen als optische Schwächungselemente aufgenommen wurden.
5 zeigt in der ersten Spalte jeweils das Bild der eingesetzten Filmmaske mit den entsprechenden Blendenstrukturen, in der zweiten Spalte das mittels eines CMOS-Sen- sors aufgenommene Bild einer matten Polyesteroberfläche (Melinex PET Polyester Film, DuPont) und in der dritten Spalte das mittels eines CMOS-Sensors aufgenommene Bild eines glänzenden Fotopapiers. Solche homogenen, insbesondere gleichmäßig strukturierten und einheitlich gefärbten Oberflächen, können dazu eingesetzt werden, Aussagen über die systembedingte Helligkeitsverteilung in der Detektionsebene zu treffen. Eine solche Helligkeitsverteilung ermöglicht Aussagen über die systembedingten Abbildungseigenschaften des optischen Systems.
Es werden jeweils Filmmasken eingesetzt, welche 4 Blendenstrukturen aufweisen, die jeweils aus konzentrischen Kreisen geringer Transmission (dunkle Bereiche) und dazwischenliegenden Bereichen hoher Transmission (helle Bereiche) bestehen, wobei das Verhältnis von lichtundurchlässigen Bereichen zu lichtdurchlässigen Bereichen zur Peripherie der jeweiligen Blendenstruktur hin abnimmt. Zur Verbesserung der Beleuchtungssituation wird jeweils der unterhalb der Lichtquelle liegende Teil der Blendenstruktur zusätzlich abgedunkelt.
5a) zeigt eine Filmmaske, bei welcher um die Blendenstruktur aus konzentrischen Linien zusätzlich jeweils ein lichtdurchlässiger Bereich angeordnet ist. Die CMOS-Aufnahmen homogener Oberflächen mit derartigen Filmmasken zeigen eine im Wesentlichen kreuzförmige Struktur mit hellen Bereichen zwischen den Beleuchtungsvorrichtungen und dunklen Bereichen in den Ecken.
5b) zeigt eine zu 5a) ähnliche Filmmaske, bei welcher der unterhalb der Beleuchtungsvorrichtung liegende Teil der Blendenstruktur verkleinert wurde. Die CMOS-Aufnahmen homogener Oberflächen mit derartigen Filmmasken zeigen ebenfalls eine im Wesentlichen kreuzförmige Struktur, wobei die hellen Bereiche im Vergleich zu 5a) flächiger aufgebildet sind.
5c) zeigt eine Filmmaske, bei welcher um die Blendenstruktur aus konzentrischen Linien kein zusätzlicher lichtdurchlässiger Bereich vorliegt, sondern dieser lichtundurchlässig ausgeführt ist. Der unterhalb der Beleuchtungsvorrichtung liegende Teil der Blendenstruktur ist wiederum zentraler angeordnet. Die CMOS-Aufnahmen mit derartigen Blendenstrukturen zeigen eine wesentlich gleichmäßigere Helligkeitsverteilung in der Detektionsebene. Eine solche erfindungsgemäße Blendenstruktur ermöglicht eine weitgehend von systembedingten Abbildungsfehlern freie Abbildung des Objekts in der Detektionsebene und kann somit die Basis einer zuverlässigen und möglichst fehlerfreien Informationsübertragung sein.

Claims

System zur optischen Abbildung eines Objekts, welches sich in einer Objektebene befindet, enthaltend eine Detektionsvorrichtung, welche sich in einer Detektionsebene befindet, eine Lochblende zur Abbildung des Objekts auf die Detektionsvorrichtung und eine Beleuchtungsvorrichtung zur Beleuchtung des Objekts dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Beleuchtungsvorrichtung und der Objektebene optische Schwächungselemente angeordnet sind, welche die durch die Lochblende hervorgerufenen systembedingten Abbildungsfehler, insbesondere den systembedingten peripheren Helligkeitsabfall eines durch eine Lochblende auf die Detektionsvorrichtung abgebildeten Bildes des Objekts, weitgehend kompensieren.
System gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die optischen Schwächungselemente eine weitgehend gleichmäßige systembedingte Helligkeitsverteilung in der Detektionsebene bewirken.
System gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die optischen Schwächungselemente die Beleuchtung des Objekts durch die Beleuchtungsvorrichtung so verändern, dass die zentralen Bereiche des Objekts mit einer geringeren Beleuchtungsintensität als die peripheren Bereiche des Objekts beleuchtet werden.
System gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die optischen Schwächungselemente als Blendenstrukturen ausgebildet sind, welche aus konzentrischen Linien geringer Transmission und dazwischenlie genden Bereichen hoher Transmission bestehen und deren Breiten und/oder Abstände zueinander derartig ausgestaltet sind, dass die zentralen Bereiche des Objekts mit einer geringeren Beleuchtungsintensität als die peripheren Bereiche des Objekts beleuchtet werden.
System gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Beleuchtungseinrichtung mehrere einzelne Lichtquellen enthält, vor denen optische Schwächungselemente in einer Weise angeordnet sind, dass durch die Überlagerung der Beleuchtungsintensitäten der einzelnen Lichtquellen in der Objektebene die zentralen Bereiche des Objekts mit einer geringeren Beleuchtungsintensität als die peripheren Bereiche des Objekts beleuchtet werden.
System gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das optische Schwächungselement in Form einer Filmmaske ausgebildet ist, welche eine oder mehrere Blendenstrukturen aufweist.
System gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Lochblende in Form einer Filmmaske ausgebildet ist und vorzugsweise einen Durchmesser von 10 bis 1000 μm, bevorzugt von 20 bis 500 μm, besonders bevorzugt von 50 bis 200 μm aufweist.
System gemäß einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Abbildung des Objekts auf der Detektionsvorrichtung mittels reflektionsoptischer Verfahren erfolgt und die Lochblende in eine Filmmaske gemäß Anspruch 7 integriert ist.
System gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Detektionsvorrichtung ein optisches Sensorelement, insbesondere ein CCD-Element oder ein CMOS-Element, ist.
System zur Erfassung und Verarbeitung optischer Informationen, bestehend aus einem Objekt, welches optische Informationen, insbesondere in Form optischer Muster oder Codes, trägt, einem System zur optischen Abbildung eines Objekts gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9 und einer Auswertevorrichtung, welche aus dem auf der Detektorvorrichtung abgebildeten Bild des Objekts die optische Information des Objekts erfasst und zur Weiterverarbeitung oder Darstellung bereitstellt.
Testelement-Analysesystem, bestehend aus einem Testelement, welches optische Informationen, insbesondere optisch codierte Informationen über Testart, Chargennummer, Herstelldaten, Checksummen oder zur Kalibrierfunktion, trägt, und einem Auswertegerät, welches ein System gemäß Anspruch 10 zur Erfassung und Auswertung der optischen Informationen des Testelements enthält.
Verfahren zur optischen Abbildung eines Objekts, welches sich in einer Objektebene befindet, auf eine Detektionsvorrichtung, welche sich in einer Detektionsebene befindet, wobei die Beleuchtung des Objekts durch eine Beleuchtungsvorrichtung und die Abbildung des Objekts auf die Detektionsvorrichtung durch eine Lochblende erfolgt, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Beleuchtungsvorrichtung und der Objektebene optische Schwächungselemente angeordnet sind, welche die durch die Lochblende hervorge rufenen Abbildungsfehler, insbesondere den systembedingten peripheren Helligkeitsabfall eines durch eine Lochblende auf die Detektionsvorrichtung abgebildeten Bildes des Objekts, weitgehend kompensieren.