光學設(shè)備及用于樣品的自動分析的儀器的制造方法
【專利摘要】本實用新型涉及光學設(shè)備及用于樣品的自動分析的儀器。光學設(shè)備（1）包括具有預(yù)定景深的固定焦距照相機，所述固定焦距照相機具有光軸（55），其中所述光學設(shè)備（1）包括光圈（5），所述光圈（5）定位在照相機的所述光軸（55）中，且包括透光孔（55）以增加所述照相機的所述預(yù)定景深，從而提供增加的景深，其中所述光圈附接到所述照相機，其中所述光圈（5）的所述透光孔（55）是圓形的且在不透明屏內(nèi)，且定位以使其中心點與所述照相機的所述光軸（55）重合，且其中所述光學設(shè)備（1）還包括照明裝置，所述照明裝置均勻地圍繞所述光軸（55）定位，以均勻地照亮定位在所述照相機的所述增加的景深之內(nèi)的物體。
【專利說明】光學設(shè)備及用于樣品的自動分析的儀器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及包括固定焦距照相機和光圈的光學設(shè)備，用于改進所述照相機的景深且改進定位在改進景深之內(nèi)的待被照相物體的圖像的質(zhì)量。根據(jù)本實用新型的光學設(shè)備特別適合于光學讀取器，其中光學設(shè)備被鏈接到用于圖像識別照相機捕捉的圖像的裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]在自動系統(tǒng)和程序中，光學設(shè)備可用于監(jiān)測所述系統(tǒng)和程序的特定元件。光學設(shè)備用于捕捉所述系統(tǒng)或程序的所述元件的圖像。使用圖像識別技術(shù)，圖像可被分析，且可使用該分析的結(jié)果，例如監(jiān)測和影響系統(tǒng)或程序的控制。這種光學設(shè)備在自動系統(tǒng)中的典型用途是使用光學系統(tǒng)來讀取附接到產(chǎn)品的光學代碼或條形碼，以識別產(chǎn)品的類型，以及例如在系統(tǒng)或程序中使用的產(chǎn)品批號。
[0003]從經(jīng)濟層面來看，有利的且經(jīng)常需要使用具有照相機的光學設(shè)備，該照相機可以以相對低的成本制造，諸如固定焦距照相機。利用固定焦距照相機所獲得的圖像質(zhì)量通常適于采用光學設(shè)備所用于的特定任務(wù)。
[0004]然而，當固定焦距照相機被使用時，固定焦距照相機和關(guān)心物體之間的距離必須仔細調(diào)整以便允許照相機以足以允許隨后圖像識別步驟的質(zhì)量來產(chǎn)生關(guān)心物體的圖像。實際上，期望向使用者提供這樣一種光學設(shè)備，該光學設(shè)備相對于光學設(shè)備的照相機和關(guān)心物體之間的距離具有至少一些余量，同時保持所獲得圖像的足夠正確以用于隨后圖像識別步驟的質(zhì)量。
[0005]為了允許固定焦距照相機和關(guān)心物體之間距離的這種靈活性，可用的技術(shù)方案需要改進照相機的景深。改進照相機景深應(yīng)該足以用于特定用途以及光學設(shè)備的目的。
[0006]美國專利申請US2007/0119942公開了一種用于改進在線性光學條形碼讀取器中使用的照相機的景深的方法。根據(jù)US2007/0119942，線性光學條形碼讀取器包括具有光感元件或傳感器以及光學接收設(shè)備的照相機，該光學接收設(shè)備具有一個或多個透鏡，用于形成傳感器上的圖像。光學接收設(shè)備具有光學接收路徑或光軸。設(shè)備在光學接收設(shè)備的光軸中包括在物鏡的上游或下游的光圈以改進照相機的景深。該光圈具有阻止光線的不透明屏的形式，具有透光孔。在使用中，穿過孔的射線用于形成傳感器上的圖像。對比而言，被攔截的光束將不會用于形成圖像。
[0007]根據(jù)US2007/0119942，當與不包括光圈的照相機對比時，在照相機光軸上存在光圈的效果是增加照相機的景深。
[0008]根據(jù)US2007/0119942的解決方案在一個特定方向提供對于景深的改進。這是由于透光孔的矩形形狀。效果是根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的解決方案可用于特定任務(wù)諸如讀取線性光學條形碼。然而，根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)文獻的解決方案不適于提供用于增加在用于分析具有任意形狀的物體，諸如2-D光學代碼的光學設(shè)備中使用的照相機的景深。根據(jù)US2007/0119942的解決方案將不適于改進用于通用任務(wù)諸如樣品水平感測的照相機的景深。[0009]日本專利申請JP2003-098426公開使用特定光圈以改進照相機景深的照相機。該特定光圈包括用于傳輸僅僅紅外線的中心部分以及用于傳輸僅僅可見光的外側(cè)部分。根據(jù)JP2003-098426，使用特定光圈連同特定照明條件消除了對于具有自動光闌控制系統(tǒng)的光圈的需求。然而，該解決方案是昂貴的且復(fù)雜操作的。
實用新型內(nèi)容
[0010]本實用新型的目的是提供改進的光學設(shè)備，其具有照相機和用于改進所述照相機的景深的裝置以及用于改進定位在改進景深之內(nèi)的待被照相物體的圖像質(zhì)量，其中對于景深的改進不限于光學設(shè)備的特定方向用途。
[0011]應(yīng)注意到，在本文中，術(shù)語“固定焦距照相機”用于區(qū)分該類型的照相機與具有調(diào)節(jié)照相機焦距的能力的照相機。
[0012]在本文中，術(shù)語“照相機”涉及一個或多個透鏡和光敏傳感器的組合，其中透鏡用于形成傳感器上的圖像。
[0013]在“景深”的情況下，是指利用照相機所獲得的圖像的質(zhì)量足以用于照相機的特定用途的照相機-物體距離的范圍。如果照相機與用于圖像識別的裝置組合使用，則“照相機景深”將包括所獲得的圖像的質(zhì)量將足以隨后圖像識別的照相機-物體距離的范圍。
[0014]在本文中，在“改進照相機景深”的情況下，是指利用照相機所獲得的圖像的質(zhì)量足以用于照相機的特定用途的照相機-物體距離的范圍的增加。“增加的”或“改進的”景深相對于不具有改進景深的照相機來說允許照相機和關(guān)心物體之間距離的更大靈活性。
[0015]根據(jù)本實用新型第一方面，本實用新型涉及包括具有預(yù)定景深的固定焦距照相機的光學設(shè)備，所述固定焦距照相機具有光軸，其中，所述光學設(shè)備包括光圈，所述光圈定位在所述照相機的所述光軸中，且包括透光孔以增加所述照相機的所述預(yù)定景深，從而提供增加的景深，其中，所述光圈附接到所述照相機，其中，所述光圈的所述透光孔是圓形的且在不透明屏內(nèi)，且定位以使其中心點與所述照相機的所述光軸重合，且其中所述光學設(shè)備還包括照明裝置，所述照明裝置均勻地圍繞所述光軸定位，以均勻地照亮定位在所述照相機的所述增加的景深之內(nèi)的物體。
[0016]在光圈中使用圓形的孔將幫助改進通過照相機所獲得的物體的圖像質(zhì)量，而不管物體相對于照相機光軸如何定向。該非定向性改進通過存在特定的照明裝置而增強，所述照明裝置適于均勻照亮待拍攝圖像的物體。
[0017]優(yōu)選地，所述圓形的孔在不透明屏之內(nèi)具有一直徑，用于預(yù)定景深，其中直徑的值可以在光學設(shè)備的操作期間保持恒定。
[0018]優(yōu)選地，所述圓形的孔具有一直徑，其中所述直徑的值是固定的。因此，所述直徑不能被調(diào)節(jié)。
[0019]根據(jù)本實用新型的優(yōu)選實施方式，所述照明裝置包括至少一個照明源和至少一個照明位置以用于發(fā)射光。
[0020]根據(jù)本實用新型的優(yōu)選實施方式，所述照明裝置包括至少一個照明源和至少兩個照明位置以用于發(fā)射光，其中所述照明位置圍繞所述光軸定位。
[0021]根據(jù)本實用新型的優(yōu)選實施方式，所述光學設(shè)備包括圍繞所述照相機的所述光軸定位的支撐件，且其中所述至少一個照明源固定在所述支撐件上。[0022]根據(jù)本實用新型的優(yōu)選實施方式，用于所述至少一個照明源的所述支撐件具有圍繞所述照相機的所述光軸定位的環(huán)的形式。
[0023]根據(jù)本實用新型的優(yōu)選實施方式，所述照明裝置包括兩個照明源，其中所述兩個照明源關(guān)于所述光軸對稱地定位。
[0024]根據(jù)本實用新型的優(yōu)選實施方式，所述照明裝置包括至少一個發(fā)光二極管(LED)。
[0025]根據(jù)本實用新型的優(yōu)選實施方式，所述照明裝置包括圍繞所述光軸定位的多個LED以提供均勻照明。
[0026]根據(jù)本實用新型的優(yōu)選實施方式，所述照明裝置包括圍繞所述光軸定位的至少兩個 LED。
[0027]根據(jù)本實用新型的優(yōu)選實施方式，所述照明裝置包括圍繞所述光軸定位的至少四個 LED。
[0028]根據(jù)本實用新型的優(yōu)選實施方式，所述照明裝置包括圍繞所述光軸定位的六個LED。
[0029]有利地，所述光圈設(shè)置有用于調(diào)節(jié)所述透光孔的尺寸的調(diào)節(jié)器。
[0030]根據(jù)本實用新型另外的實施方式，所述光學設(shè)備包括連接到所述照相機用于存儲由所述照相機拍攝的圖像的存儲器。
[0031]根據(jù)本實用新型的優(yōu)選實施方式，所述光學設(shè)備設(shè)置有連接到所述照相機用于處理由所述照相機拍攝的圖像的微處理器。
[0032]根據(jù)本實用新型另外的實施方式，所述照相機包括CMOS光敏傳感器。
[0033]根據(jù)本實用新型的另外的方面，提供一種用于樣品的自動分析的儀器，其中所述儀器適于實施用于分析所述樣品的自動過程，所述儀器具有用于待被使用在所述自動過程中的消耗品的容器，其中所述儀器還包括用于識別所述消耗品上的光學代碼的光學讀取器，其中所述讀取器包括根據(jù)本實用新型的光學設(shè)備。
[0034]優(yōu)選地，所述讀取器設(shè)置有用于處理和分析由所述光學設(shè)備拍攝的圖像的裝置，且其中所述光學讀取器設(shè)置有適于產(chǎn)生基于所述圖像的處理和分析的指令的指令裝置。
[0035]有利地，所述儀器設(shè)置有用于控制由所述儀器實施的所述自動過程的控制裝置，其中所述光學讀取器的所述指令裝置連接到所述儀器的所述控制裝置以便允許所述控制裝置在處理和分析由所述光學設(shè)備拍攝的圖像之后接收指令。
[0036]根據(jù)本實用新型的優(yōu)選實施方式，所述儀器是用于生物學樣品分析的儀器。
[0037]根據(jù)本實用新型另外的方面，提供用于借助于根據(jù)本實用新型的光學設(shè)備來識別物體上的光學代碼的方法，所述方法包括以下步驟:
[0038]將所述物體和所述光學設(shè)備定位到相互的位置，其中所述物體上的所述光學代碼在所述光學設(shè)備的所述增加的景深之內(nèi)，
[0039]通過圍繞所述光學設(shè)備的所述光軸定位的照明裝置均勻地照亮所述光學代碼，
[0040]使用所述光學設(shè)備以對所述物體上的所述光學代碼拍攝圖像，
[0041]通過圖像識別技術(shù)來處理由所述光學設(shè)備拍攝的圖像，以便因此識別所述光學代碼。
【專利附圖】

【附圖說明】[0042]本實用新型將在參考附圖做出的描述之后更易于理解，其中:
[0043]圖1示出了根據(jù)本實用新型的光學設(shè)備的第一實施方式；
[0044]圖2示出了組成根據(jù)圖1的光學設(shè)備的各個元件；
[0045]圖3示出了根據(jù)本實用新型用于讀取尖狀物頂部上的光學2-D條形碼的光學設(shè)備的可能用途；
[0046]圖4示出了在用于尖狀物的容器中的尖狀物的第一旋轉(zhuǎn)位置；以及
[0047]圖5示出了尖狀物相對于用于尖狀物的容器的第二旋轉(zhuǎn)位置中的尖狀物；
[0048]圖6示出了根據(jù)本實用新型用于讀取定位在光學設(shè)備光軸中的2-D條形碼的光學設(shè)備的基本幾何形狀；
[0049]圖7是用于獲得光學設(shè)備的景深的計算的圖形表示；
[0050]圖8是包括定位在圖像平面的距離處的第一透鏡和第二透鏡以及光敏傳感器的光學系統(tǒng)；
[0051]圖9是用于指示透鏡相關(guān)的模糊區(qū)域的圖形表示；
[0052]圖10示出了用于計算模糊圓(circle of confusion)的元件；
[0053]圖11示出了照相機-物體距離和光圈中透光孔的尺寸之間的關(guān)系；
[0054]圖12示出了光圈厚度在穿過光圈中的透光孔的光量上的可能影響；
[0055]圖13示出了用于光學設(shè)備的特定用途以便對相對于光學設(shè)備的光軸傾斜的表面進行照相的景深的最小尺寸。
【具體實施方式】
[0056]在圖1中，不出了根據(jù)本實用新型的光學設(shè)備I的第一實施方式。光學設(shè)備I包括照相機和光圈5，該光圈5定位且附接到照相機以便在照相機的光軸中。在圖2中示出了照相機的細節(jié)。光圈5設(shè)置有透光孔53且光圈定位成以便使得透光孔53的中心點與照相機的光軸重合。照相機連接到支撐件20，支撐件20適于在合適的位置固定光學設(shè)備，且相對于支撐件具有合適的斜度。該支撐件可用于將光學設(shè)備定位，例如，在儀器內(nèi)，諸如用于生物學測試的儀器。
[0057]如圖1所示，光學設(shè)備I還設(shè)置有圍繞照相機光軸定位的環(huán)7。環(huán)7包括固定在其上的照明源71。環(huán)7可圍繞照相機的光軸在360°角的范圍內(nèi)旋轉(zhuǎn)。環(huán)7提供支撐件，用于將照明源71圍繞照相機的光軸定位。照明源71圍繞光軸定位以允許照明源71均勻地，即均一地照亮定位在照相機增加的景深之內(nèi)且待被拍攝照片的物體。當物體定位在照相機增加的景深之內(nèi)時，物體被均勻照亮。均勻的照明提供照相物體的圖像相對于照相機光軸的均一質(zhì)量。均勻的照明避免產(chǎn)生具有優(yōu)質(zhì)區(qū)域和劣質(zhì)區(qū)域的圖像。
[0058]在環(huán)7包括兩個照明源71的情況下，照明源可對稱地定位在環(huán)7上。這意味著兩個照明源71在其之間通過180°的角分開。
[0059]在環(huán)7包括三個照明源71的情況下，照明源71可各自在其之間通過120°的角分開。在照明源71和待拍攝照片的物體的位置之間的關(guān)系更清楚地示出在圖3中。
[0060]參照圖1，應(yīng)注意到照明源71還可具有照明位置的形式。照明位置是從照明源71在將被照相的物體的方向上發(fā)出的光的離開點。照明位置可例如是照明源71相關(guān)的光纖的端部。在該實施方式中，多個照明位置可與一個照明源71相關(guān)。由于照明位置圍繞照相機的光軸定位，所以效果是通過多個照明位置發(fā)射的光允許均勻照亮物體。
[0061]在包括一個照明源71的實施方式中，至少一個照明源71可與至少兩個照明位置相關(guān)以提供均勻照亮。在使用兩個照明位置的情況下，照明位置可對稱地圍繞光軸定位以提供物體的均勻照亮。在使用多于兩個照明位置的情況下，照明位置可均勻地圍繞光軸分布以確保將被照相的物體的均勻照亮?？蛇x擇地，在一個照明源71定位在靠近光軸一確定距離處以提供均勻照亮的另外實施方式中，照明源71可與至少一個照明位置相關(guān)。
[0062]照明源和照明位置的組合相當于照明裝置。結(jié)果是，光學設(shè)備I包括如此的照明裝直。
[0063]在圖2中，在其預(yù)組裝位置示出了光學設(shè)備I的不同元件。光學設(shè)備I包括支撐件20，支撐件20用于將光學設(shè)備I固定在合適位置且相對于將被照相的物體具有合適定向。
[0064]光學設(shè)備I還包括照相機，該照相機包括照相機主體2、透鏡保持器3、透鏡殼體4和鎖定螺母6。照相機主體2固定到透鏡保持器3。透鏡殼體4固定到透鏡保持器3，在其內(nèi)部包括至少一個透鏡。鎖定螺母6用于將透鏡殼體4封閉在透鏡保持器3中。
[0065]如圖2所示，光學設(shè)備I還包括設(shè)置有照明源71的環(huán)7，其包括特定特征，諸如:減小的尺寸以符合照相機的尺寸，低功率消耗以避免增加消耗成本，多種顏色以提供不同的顏色照明效果，減小的孔以提供照亮物體的聚焦光束。因此，照明源可是LED的形式。LED均勻圍繞照相機光軸定位以便允許照明源均勻照亮在諸如之前所述的照相機的增加的景深之內(nèi)的物體。光軸和這些照明源71的特定功能將參照圖3詳細描述。在環(huán)7設(shè)置有一個照明源71的實施方式中，環(huán)7可從一個位置旋轉(zhuǎn)到另一位置，其中兩個位置通過例如180°角分開以提供物體的均勻照亮。結(jié)果是，環(huán)上的照明源71可提供相當于環(huán)7的兩個位置的兩個不同的照明位置。
[0066]在圖1和2中，環(huán)7包括圍繞照相機的光軸均勻散開的六個LED。應(yīng)注意到其他數(shù)量的LED例如四個或八個可被使用，只要LED配合以均勻照亮在照相機增加的景深之內(nèi)的物體。
[0067]如圖1所示，光圈5附接到照相機的透鏡殼體4，且形成阻止光進入照相機的不透明屏。光圈5包括透光孔53使得對于入射在光圈上的光線束來說，只有穿過孔53且然后達到照相機的透鏡殼體4內(nèi)的一個或多個透鏡的光線將有助于形成照相機中的圖像，同時光圈5所攔截的光線將從其中排除。
[0068]照明源71被設(shè)計以最優(yōu)化通過光孔穿過光圈5的光密度。光圈5和照明源71提供在照相機增加的景深之內(nèi)拍攝的圖像的改進質(zhì)量。
[0069]光圈5設(shè)置有螺釘51和52,諸如六角固定螺釘，以便將光圈5固定到照相機的透鏡殼體4。將注意到光圈5定位在照相機上以便使光圈的孔53的中心點與光圈被附接到的照相機光軸相重合。包括控制旋鈕的調(diào)節(jié)器(未示出)可設(shè)置在光圈5上以便控制光圈的特定尺寸。透光孔的直徑在儀器的操作期間保持恒定。
[0070]在根據(jù)圖1和2的光學設(shè)備I中使用的照相機模塊典型地基于具有光敏傳感器的板，諸如互補金屬氧化物半導體(CMOS)傳感器。這將允許圖像獲取，使得例如條形碼的圖像可完整地繪制在傳感器自身上。
[0071]照相機模塊連接到基于微處理器的接口板。微處理器管理照相機模塊且解碼照相機獲得的圖像。接口板具有特定用于光學設(shè)備目的的嵌入算法。例如，如果光學設(shè)備用于讀取2-D條形碼，則嵌入算法將適于解碼2-D條形碼。
[0072]接口板還可管理通信板，這意味著接口板鏈接到照相機模塊被使用的儀器的操作系統(tǒng)。該通信可用于測試，校準和消除錯誤目的。
[0073]此外，接口板可設(shè)置有存儲系統(tǒng)，諸如閃存、RAM和EEPR0M。接口板還可向功率供應(yīng)提供電壓控制器、接口連接器和一些其他的簡單回路用于信號調(diào)整。
[0074]圖像經(jīng)由CMOS傳感器獲取且然后傳輸?shù)絉AM存儲器用于隨后的精化操作。嵌入在接口板中的算法可然后解碼例如2-D條形碼且提供該處理的結(jié)果到主板?；谖⑻幚砥鞯慕涌诎蹇韶撠煿芾碚障鄼C模塊以便適當?shù)孬@取待處理的圖像。
[0075]光圈5設(shè)置有透光孔53,透光孔53可調(diào)節(jié)穿過的光量。光圈5可負責增加照相機的景深且因此擴大圖像在焦點上的物體窗口的范圍。
[0076]如之前闡述的，透鏡殼體4可通過鎖定螺母6被支撐在透鏡保持器3上，以便固定透鏡的焦點位置。
[0077]在圖3中示出了根據(jù)本實用新型的光學設(shè)備I的可能用途。光學設(shè)備I以適于讀取接收在用于尖狀物45的容器中的尖狀物40的頂部上呈現(xiàn)的2-D條形碼44的距離和斜度固定在某一位置。尖狀物40具有圓形頂部表面41，具有在其中心的孔42。該孔42是用于經(jīng)由尖狀物40的底端處理的液體所需要的。這允許尖狀物40用于將一定量的流體從吸取流體的第一位置傳輸?shù)接糜谠诘诙恢梅峙淞黧w的所述第二位置。
[0078]尖狀物40可以是用于生物學分析的設(shè)備中所使用任何的尖狀物。可選擇地，該尖狀物可以是在其內(nèi)部提供特定涂層的類型。使用中，重要是能夠識別定位在容器45中的特定尖狀物40。為了該目的，尖狀物40攜帶2-D條形碼44。利用該2-D條形碼44，不僅尖狀物40的類型可被識別，而且尖狀物的批號可被識別。該信息對于檢查是否正確的尖狀物被定位在正確位置是重要的，以便識別是否存在尖狀物，以便確定尖狀物所屬于的批號等
坐寸ο
[0079]由于一方面尖狀物的圓形表面41的邊界的存在以及另一方面尖狀物的頂部表面的中心的孔42的存在，尖狀物40對于在尖狀物40頂部上印刷2-D條形碼44所可用的總表面面積是非常有限的。因此，2-D條形碼44可以是相對小的，具有典型2xl_的尺寸。
[0080]由于實際的原因，光學設(shè)備I的讀取端和尖狀物40的中心之間的距離Xl可以相對長，大約90-110mm。在沒有任何特定調(diào)整的情況下，包括在光學設(shè)備I中使用的預(yù)定景深的照相機的固定焦距長度將不能產(chǎn)生條形碼44的足夠質(zhì)量的圖像以允許解碼條形碼44。關(guān)于該缺少質(zhì)量相關(guān)的問題是尖狀物40可在容器45內(nèi)旋轉(zhuǎn)。這意味著即使光學設(shè)備I相對于尖狀物的容器45固定，但是仍然能夠使條形碼44相對于光學設(shè)備I的位置有所不同。
[0081]圖4和5示出了尖狀物40相對于容器45的第一和第二旋轉(zhuǎn)位置，以及因此尖狀物40頂部上的條形碼相對于光學設(shè)備I的第一和第二位置。在圖4和5中，僅僅示出了光軸55的一部分。在圖4的情況下，條形碼44定位在相對于光學設(shè)備I的第一位置。在根據(jù)圖5的位置，光學設(shè)備I和條形碼44之間的距離長于在根據(jù)圖4的位置中的。
[0082]為了光學設(shè)備I能夠在條形碼44相對于光學設(shè)備I的任意位置中時讀取條形碼44，光學設(shè)備I的照相機需要具有足夠的景深以允許光學設(shè)備I對條形碼44拍攝圖像，且具有用于解碼條形碼的足夠質(zhì)量。[0083]在光學設(shè)備I用于讀取光學代碼44的使用中，第一可能性是將設(shè)置有光學代碼44的物體定位在固定位置。之后，光學設(shè)備I放置在光學設(shè)備I可對物體上的光學代碼44拍攝圖像的位置中。這意味著，光學設(shè)備I定位成確保光學代碼44在光學設(shè)備I的照相機的景深之內(nèi)。
[0084]可選擇地，光學設(shè)備I固定在合適位置且之后設(shè)置有光學代碼44的物體放置在相對于光學設(shè)備I的位置中，以使光學代碼44在光學設(shè)備I的照相機的增加的景深之內(nèi)。
[0085]在任何情況下，為了允許光學設(shè)備I對物體上的光學代碼44拍攝圖像，光學設(shè)備I和光學代碼44的相互位置將使得代碼44在光學設(shè)備I的照相機的增加的景深之內(nèi)。
[0086]根據(jù)圖3，通過使用具有在其中心的透光孔53的光圈5來增加光學設(shè)備I的預(yù)定景深。該透光孔53是圓形的，且該圓形的中心點與光學設(shè)備I的照相機的光軸55重合。由于透光孔53是圓形的，孔的形狀幫助光學設(shè)備在所有可能的方向上具有類似的分辨率。因此相對于在根據(jù)圖5的位置拍攝的圖像的質(zhì)量相比，尖狀物40的旋轉(zhuǎn)對在例如根據(jù)圖4的位置所拍攝的圖像的質(zhì)量沒有影響?？杀ＷC在所有可能的位置的條形碼44的圖像的足夠質(zhì)量。
[0087]與根據(jù)圖3的光學設(shè)備I有關(guān)的以確保優(yōu)質(zhì)圖像的第二調(diào)整是存在具有照明裝置71的環(huán)7。光學設(shè)備I特別適于在儀器諸如用于生物學分析的儀器的內(nèi)部使用。這意味著光學設(shè)備I在黑暗中使用。照明裝置71均勻地圍繞光軸55定位以均勻照亮必須被拍攝圖像的物體，在這種情況下，為尖狀物40的頂部表面41。存在用于增加景深的光圈5和環(huán)7上的照明源71的組合一起提供利用光學設(shè)備中固定焦距照相機所獲得的圖像的均勻的圖像質(zhì)量。該質(zhì)量將向條形碼44相對于光學設(shè)備I的所有可能的位置提供。
[0088]根據(jù)本實用新型的光學設(shè)備I特別適用于讀取在用于生物分析和測試的儀器中使用的消耗品上的條形碼。該類型的條形碼可存在于例如以尖狀物形式的消耗品上。根據(jù)本實用新型，光學設(shè)備可用于對尖狀物在其中可期望找到條形碼的區(qū)域中的表面拍攝圖像。一旦拍攝了圖像，圖像可使用圖像識別技術(shù)來處理。
[0089]光學設(shè)備I的第一用途是使用圖像識別的結(jié)果作為用于檢查條形碼存在或不存在的工具。不存在條形碼將指示尖狀物不存在或尖狀物沒有適當定位在儀器中。
[0090]如果條形碼存在，則光學設(shè)備I可用于讀取條形碼以從而識別定位在儀器中的特定尖狀物。尖狀物的識別對于儀器的適當操作是重要的安全步驟。消耗品識別的結(jié)果允許操作者或自動控制系統(tǒng)，在第一實例中，在儀器可認可特定分析程序或檢測開始之前檢查是否正確的消耗品定位在正確位置中。
[0091]消耗品的識別還可提供關(guān)于尖狀物所屬于的消耗品具體批次的信息。可能的是，在檢測完成之后，需要通過施加與在程序或檢測中使用的消耗品批次相聯(lián)系的修正而調(diào)整程序或檢測的結(jié)果。此外，或可選擇地，消耗品的識別可在使用與消耗品具體批次相聯(lián)系的信息的校準程序中使用，這是在起動儀器或檢測之前。
[0092]光學設(shè)備I的第二用途是使用在儀器中使用的第一消耗品的識別且利用在該相同儀器中使用的另外的消耗品對照該第一消耗品。該第二消耗品可以任何合適的方法或方式識別，手動地或自動地，例如通過使用另外的條形碼讀取器。第一消耗品的識別，包括其類型和批號，可與第二消耗品的相似信息進行對比。一旦兩個消耗品已經(jīng)進行對比，可能的是在儀器的操作中，僅在第一消耗品的識別證實了其匹配第二消耗品的識別時，才允許開始程序或測試。
[0093]對于光學設(shè)備的每個特定用途，用于處理通過光學設(shè)備的照相機所拍攝的圖像的算法必須適于該特定用途。
[0094]現(xiàn)在將描述特定實施方式。在以下的示例中，根據(jù)本實用新型的光學設(shè)備的使用將參照光學設(shè)備用于讀取尖狀物的頂部上的2-D條形碼的用途來描述。在該示例中的2-D條形碼是DataMatrix ECC-200條形碼。該類型的條形碼典型地具有8x18元素的矩陣。
[0095]光學設(shè)備I相對于在該示例中所使用的尖狀物40的頂部的位置在圖3中示出。不同元件的尺寸以及多個元件之間的距離進一步在圖6和8中詳細描述。
[0096]根據(jù)圖6，光學設(shè)備I的光敏傳感器100定位在傳感器平面101中。傳感器100定位在光學設(shè)備的光軸55中。用于拍攝圖像的目標是2-D條形碼44。條形碼44定位在目標平面111中。
[0097]α是光軸55和條形碼44的目標平面111 (見圖6)之間的角。在該示例中，角α設(shè)定在35°和40。之間。
[0098]聚焦系統(tǒng)以傳感器100和條形碼44之間的透鏡的形式存在。透鏡103具有端部透鏡平面104。傳感器平面101和端部透鏡平面104之間的距離是25.25mm。透鏡103具有在光軸的方向測量的14.45mm的厚度。
[0099]端部透鏡平面104和目標平面111之間的距離是102.45mm。
[0100]為了產(chǎn)生允許讀取條形碼44的圖像，而不管條形碼44所附接的尖狀物40相對于光學設(shè)備I的旋轉(zhuǎn)位置如何(參見圖3)，應(yīng)該滿足兩個條件:
[0101]I)組成條形碼44的數(shù)據(jù)矩陣的所有元素必須定位在具有通過所謂景深的距離(DOF)所分開的兩個極限的范圍內(nèi)，以及
[0102]2)圖像質(zhì)量應(yīng)該足以使得數(shù)據(jù)矩陣的每一個元素可使用施用于處理所獲得圖像的算法來識別。
[0103]“景深”的意思和定義參照圖7進行解釋。以下描述用于指定光學設(shè)備的“景深”:如果物體通過光學系統(tǒng)被看見，則景深是對于拍攝圖像的特定用途給予可接收的圖像清晰度的物體距離的間距。
[0104]為了更好的理解，圖7示出了
[0105]U是物體距離；
[0106]Uf是景深的遠極限；
[0107]Un是景深的近極限；
[0108]對于景深(DOF)的尺寸，適用以下公式:
[0109]DOF=Uf - Un ；
[0110]V是圖像距離；
[0111]Vf是遠極限的圖像；
[0112]Vn是近極限的圖像；
[0113]d是透鏡開度；
[0114]c是模糊圓的直徑。
[0115]對于f_值N以及放大率m (兩個都關(guān)于焦距f)，適用以下公式:
【權(quán)利要求】
1.一種光學設(shè)備(1)，包括具有預(yù)定景深的固定焦距照相機，所述固定焦距照相機具有光軸(55)，其中，所述光學設(shè)備(I)包括光圈(5)，所述光圈(5)定位在所述照相機的所述光軸(55)中，且包括透光孔(53)以增加所述照相機的所述預(yù)定景深，從而提供增加的景深，其中，所述光圈(5)附接到所述照相機，其中，所述光圈(5)的所述透光孔(53)是圓形的且在不透明屏內(nèi)，且定位以使其中心點與所述照相機的所述光軸(55)重合，且其中所述光學設(shè)備(I)還包括照明裝置，所述照明裝置均勻地圍繞所述光軸(55)定位，以均勻地照亮定位在所述照相機的所述增加的景深內(nèi)的物體。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學設(shè)備(1)，其中所述照明裝置包括至少一個照明源(71)和至少一個照明位置以用于發(fā)射光。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學設(shè)備(1)，其中所述照明裝置包括至少一個照明源(71)和至少兩個照明位置以用于發(fā)射光，其中所述照明位置圍繞所述光軸定位。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3中任一項所述的光學設(shè)備(I)，其中所述光學設(shè)備(I)包括圍繞所述照相機的所述光軸定位的支撐件(7)，且其中所述至少一個照明源固定在所述支撐件(7)上。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的光學設(shè)備(1)，其中用于所述至少一個照明源(71)的所述支撐件(7)具有圍繞所述照相機的所述光軸(55)定位的環(huán)的形式。
6.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的光學設(shè)備(1)，其中所述照明裝置包括兩個照明源(71)，其中所述兩個照明源(71)關(guān)于所述光軸(55)對稱地定位。
7.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的光學設(shè)備(I)，其中所述照明裝置包括至少一個發(fā)光二極管 LED (71)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的光學設(shè)備(1)，其中所述照明裝置包括圍繞所述光軸(55)均勻定位的多個LED (71)。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的光學設(shè)備(1)，其中所述照明裝置包括圍繞所述光軸(55)定位的兩個LED (71)。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的光學設(shè)備(I)，其中所述照明裝置包括圍繞所述光軸(55)定位的六個LED (71)。
11.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的光學設(shè)備(1)，其中所述光圈(5)設(shè)置有用于調(diào)節(jié)所述透光孔(53)的尺寸的調(diào)節(jié)器。
12.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的光學設(shè)備(1)，其中所述光學設(shè)備(I)包括連接到所述照相機用于存儲由所述照相機拍攝的圖像的存儲器。
13.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的光學設(shè)備(I)，其中所述光學設(shè)備(I)設(shè)置有連接到所述照相機用于處理由所述照相機拍攝的圖像的微處理器。
14.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的光學設(shè)備(1)，其中所述照相機包括CMOS光敏傳感器(100)。
15.一種用于樣品的自動分析的儀器，其中所述儀器適于實施用于分析所述樣品的自動過程，所述儀器具有用于待被使用在所述自動過程中的消耗品(40)的容器，其中所述儀器還包括用于識別所述消耗品上的光學代碼(44)的光學讀取器，其中所述光學讀取器包括根據(jù)權(quán)利要求1-14中任一項所述的光學設(shè)備(I)。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的儀器，其中所述光學讀取器設(shè)置有用于處理和分析由所述光學設(shè)備(I)拍攝的圖像的裝置，且其中所述光學讀取器設(shè)置有適于產(chǎn)生基于所述圖像的處理和分析的指令的指令裝置。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的儀器，其中所述儀器設(shè)置有用于控制由所述儀器實施的所述自動過程的控制裝置，其中所述光學讀取器的所述指令裝置連接到所述儀器的所述控制裝置，以便允許所述控制裝置在處理和分析由所述光學設(shè)備(I)拍攝的圖像之后接收指令。
18.根據(jù)權(quán)利要求15-17中任一項所述的儀器，其中所述儀器是用于生物學樣品分析的儀器?！?br> 【文檔編號】G03B15/05GK203561816SQ201320355993
【公開日】2014年4月23日 申請日期:2013年6月20日 優(yōu)先權(quán)日:2012年6月20日
【發(fā)明者】薩爾維·蓋德, 薩內(nèi)西·安東尼奧 申請人:生物梅里埃公司