專利名稱：：用于通過針孔光圈將物體光學成像到檢測裝置上的系統和方法
技術領域：
：本發明涉及用于光學成像物體，尤其是信息承栽光學圖樣或代碼，到檢測裝置，尤其是利用針孔光團光學成像到CCD或CMOS元件的系統。本發明特別是涉及具有基本補償針孔光閨產生的成像缺陷的專用裝置的系統，該成像缺陷尤其是通過針孔光團在檢測裝置上形成的物體圖像亮度的系統固有周緣衰減，此外，本發明涉及用于捕獲光學信息的系統，包括用于光學成像承栽光學信息的物體的系統，以及從形成在檢測器裝置上的物體圖像收集物體的光學信息以及提供該信息以便進一步處理或顯示的在線評估裝置.此外，本發明涉及測試元件分析系統，包括至少一個測試元件和評估裝置，其包含根據本發明的用于收集光學信息的這些系統。最后，本發明涉及通過針孔光閨將物體光學成像到檢測裝置上的方法，其能夠基本補償針孔光圉產生的成像缺陷，該成像缺陷尤其是通過針孔光團在檢測裝置上形成的物體圖像亮度的系統固有周緣衰減。
背景技術：
：在許多
技術領域：
，將物體光學成像到檢測裝置上起到主要作用。因此，通過將一維或兩維光學圖樣光學成像到檢測裝置上，其中該檢測裝置通常位于專用讀取系統例如代碼讀取器或掃描器中，從而可以收集關于承栽這些光學圖樣的物體的信息，以及將該信息傳送到在線評估系統。通常用于存儲或傳送信息的光學圖樣例如有施加到物體的一維(1D，例如條形碼)或兩維(2D，例如數據矩陣碼)代碼，這些代碼例如是印制或粘附到物體上的，并且包含關于該物體的信息。在該示例中，該信息是編碼到代碼的光學圖樣中的。其圖像形成在檢測裝置上，該檢測裝置首先記錄該圖樣的圖像。隨后，從其上收集成像物體的信息，并且提供該信息以便進一步處理或顯示。因此，例如結構單元、單獨部件、中間產物以及最終產物能夠被明確識別以及利用這種代碼來進行控制，其中這種代碼能夠控制生產和存儲以及當出現錯誤時能夠追蹤產品。應用這種代碼的典型領域是在制藥和健康系統、汽車工業、化學和生物分析器中進行存儲和物料輸送技術、質量保障、物料監測、生產控制、樣本識別以及用于文件處理。這種光學系統還用于記錄光學圖樣，尤其是在化學和診斷分析系統以及測試元件分析系統中。在這種測試元件分析系統中，采用光學代碼主要用于傳送特定信息到測試中的評估裝置，其中該光學代碼信息涉及各測試元件或者專門為例如批量特定編碼物體這類物體，以及其中該測試用于每種情況和/或專門的測試元件。例如在文件號碼102004011648.2的德國專利申請中描述了這種，g元件分析系統.用于工業應用領域的光學讀取系統通常以反射光學方法采用透鏡光學器件，其將光學圖樣的圖像形成在檢測裝置上。其它的設計例如實現在掃描器中，該掃描器在傳輸過程中采用部分透明的光學圖樣或代碼。然而通過相對于代碼承載物體移動的線傳感器或掃描器，通常能夠相對筒單的記錄一維代碼，兩維光學圖樣例如2D代碼首先成像在檢測裝置上，這些圖像隨后通常利用專用軟件算法來進行評估。用于兩維光學圖樣的這些讀取系統通常采用例如CCD或CMOS傳感器的光學矩陣傳感器來作為檢測裝置。為了獲得良好的成像系統成像質量，重要的是這些系統具有這樣的成像特性，即，在檢測平面中系統固有亮度基本均勻分布.在這種關系中，術語在檢測平面中系統固有亮度均勻分布意為，均勻物體尤其是均一特別是均勻結構和均勻染色表面在位于檢測平面中的檢測裝置上的圖像亮度分布.這種亮度分布使得獲得的信息是關于光學系統的基本成像特性的。這種均勻物體的圖像能夠被認為是一種背景圖像，其表示系統固有成像特性，包括系統固有成像缺陷.成像的、承載信息的物體必須區分于系統固有背景圖像，例如是不同亮度或色彩的限定區域的形式。如果系統固有背景圖像已經導致檢測平面中的亮度出現可觀差異，則這些亮度系統固有差異可以疊加到因被成像的、期望的、信息傳送所需的實際信息承載物體而產生的亮度差異上，上述因際信息承載物體而產生的亮度差異例如是太亮或太暗的區域的形式。這會大大復雜化、篡改或防止獲得和評估被傳送的真實信息。在現有技術中已經提出多種技術方案來實現系統固有亮度在檢測平面中的最均一分布因此，例如Microsan公司(Freising，德國)的2D代碼讀取器"Quadrus"具有20個單獨高性能LED作為光源，以盡可能均一地照明物體。德國公開文獻DE4221069描述了一種用于成像光學圖樣例如成像到光傳感器的條形碼的光學裝置。該光學裝置包括用于成像條形碼的成像透鏡以及用于記錄和評估條形碼的圖像的信息的CCD線傳感器。該系統還具有設置在條形碼和線傳感器之間的衰減裝置，該衰減裝置設計成使得系統固有亮度在傳感器上的分布更加均勻，即使會受到成像透鏡的結構相關影響.在這種關系中，DE4221069提出的衰減元件包括能夠衰減光束的特定空間區域的強度的光學元件，其中該光束在從成像物體上發出之后射到線傳感器上。在這種關系中，DE4221069提出尤其是鏡面元件，該鏡面元件的涂層的中心區域的衍射率要低于周緣，因此適合作為根據本發明的衰減元件。而且，DE4221069提出ND(中性密度)濾波器作為衰減元件，其在中心區域的傳輸因數要低于周緣，能夠用作成像代碼和檢測裝置之間的光學路徑中的光衰減濾波器。對于特別是移動通信設備中的成像系統或者例如手提式掃描器或便攜式測試元件分析系統的手提式系統的應用，必須要考慮其它因素-由于通常是大量制造這些系統，所以將盡可能簡單且便宜的成像系統集成到這些系統或設備中是有利的。它們必須仍然滿足成像質量方面的特定要求，以便確保包含在成像物體中的光學信息得以準確記錄和評估'-采用相對于成像物體掃描運動的許多傳統系統具有相對大的結構空間，這是因為它們的透鏡系統和控制物體相對于檢測裝置運動的裝置的緣故。由于特別是測試元件分析系統通常設計成便攜式手提式設備，所以希望這些系統具有最小可能結構尺寸，其應當處于數立方厘米的范圍內。-簡單且便宜的成像系統通常采用的傳輸方法意味著由光源來照射成像物體，然后其成像到位于光源相反側的檢測裝置。因光源、成像物體和檢測裝置必須一個接一個前后設置，從而這些系統需要大結構空間，這是系統固有的特性，因此它們應用到便攜式系統會受到限制，此外，成像物體必須具有特定光學特性，以便完全采用這種傳輸方法.因此例如光學代碼必須具有至少空間透明區域，以便它們的信息能夠被這些系統讀取。因此這些成像系統不適用于許多應用領域。在現有技術中還沒有這樣的用于光學成像物體的系統不但設計非常簡單且廉價、具有最小可能結構空間，而且還能夠不利用成像系統相對于物體運動就可以將成像物體的圖像形成在檢測裝置上，同時能夠非常可靠的進行讀取。尤其是公知的成像系統僅限制適用于結合到小型便攜式系統，尤其是適用于診斷測試元件和分析系統。尤其是公知沒有簡單的成像系統能夠利用簡單且廉價裝置來實現檢測平面內的非常均勻的系統固有亮度分布.
發明內容本發明的目的是，提供一種消除現有技術缺陷的、用于光學成像物體的系統和方法。本發明的目的尤其是提供用于成像光學圖樣的系統和方法，尤其是滿足用于便攜式測試元件分析系統的這些成像系統所需的上述要求的代碼。本發明的另一個目的是，提供一種呈緊湊設計的、用于將物體光學成像到檢測裝置的簡單且廉價系統，該系統具有盡可能均勻的、檢測平面內的系統固有亮度分布.本發明的另一個目的是，提供用于記錄和處理光學信息的系統，該系統除成像系統之外還具有附加裝置，該附加裝置記錄成像到檢測裝置的物體的光學信息，并且提供該信息以便進一步處理或顯示。本發明的另一個目的是，提供測試元件分析系統，包括至少一個測試元件和至少一個評估裝置，該至少一個測試元件將信息編碼成光學圖樣的顯示，該至少一個評估裝置具有用于記錄和處理該光學信息的系統。最后，本發明的另一個目的是，提供用于將物體光學成像到檢測裝置上的方法，其中系統固有亮度分布得以確保在檢測平面內盡可能均勻.技術方案根據本發明，通過提供一種利用針孔光團來光學成像物體的系統來實現這些目的。該成像系統基于針孔照相機或照相機暗箱的原理，具有用于將物體圖像形成到檢測裝置上的針孔光團。例如在"Lexikonder0ptik"(SpektrumAkademischerVerlag，Heidelberg,Germany)中更加詳細的說明了利用針孔光團來成像的原理.基于針孔照相機原理的成像系統的主要優點在于，不需要任何透鏡來形成物體圖像。透鏡和若干透鏡的系統具有結構固有成像缺陷，這大大降低了圖像質量，因此使得隨后的信息處理變得不可能或者錯誤.光學透鏡或透鏡系統的結構固有成像缺陷例如有球面像差、色差、色彩放大誤差、慧形象差或不對稱缺陷、散光、像場曲率、漸暈、失真或衍射.通過利用無透鏡成像方法，已經可以大大消除這些成像缺陷。通過針孔光閨產生的圖像基本上沒有透鏡的這些結構固有成像缺陷，唯一具有的缺陷是因幾何形狀引發的微弱漸暈，其中該幾何形狀確保盡可能免于失真的物體成像，其是盡可能免于錯譯的信息傳送的基礎.尤其是基于針孔照相機的圖像的特征在于幾乎無限大的聚集深度.根據針孔照相機原理的成像方法的另一個優點在于，它能夠以緊湊設計獲得用于物體成像的簡單且廉價系統，它不需要復雜且昂貴的透鏡系統，從而能夠大大降低設計尺寸.然而，傳統針孔照相機系統具有這樣的系統固有特性亮度向檢測平面上形成的圖像邊緣降低，在本發明的范圍內這還被稱為周緣亮度降低。該系統固有的、亮度向圖像周緣降低很大程度上是因為針孔光團上的衍射現象，尤其是在大視角上會感覺到，這是因為它和視角的半余弦的四次方成正比。因此，在90度的視角下，在圖像的右側和左側邊緣，僅僅有25%照射到圖像中間的光強度照射到檢測平面(cos(90°/2)4=0.25),這對應于亮度向2孔徑光闌邊緣的降低。該系統固有的、亮度向圖像周緣降低之前阻止了根據針孔照相機原理的光學方法更大規模的應用，尤其是在信息承栽光學系統中，這是因為根據成像點相對于圖像中心的位置不同系統固有亮度分布具有大不均勻度。因此，這些系統固有亮度效應可以疊加到檢測平面內的物體圖像上，這是因為根據針孔光圏原理，物體中心區域的成像亮度要高于周緣區域。物體或圖像的中心區域是靠近成像系統光軸的區域，物體或圖像的周緣區域是從成像系統的光軸進一步去除的區域。如果光學圖樣尤其是光學代碼成像在檢測平面上時沒有大致均勻的系統固有亮度分布，則例如難以指定門限值到圖樣的亮區或暗區之間的差分，從而不可能正確讀取包含在光學圖樣或代碼中的信息，通過將光學元件設置在成像物體和檢測平面之間，其中這些光學元件在圖像中心區域減少的發自物體的光強度要比圖像周緣區域減少的多，從而實現盡可能均勻的檢測平面內系統固有亮度分布，這些方法都是公知的.DE4221069描述了這樣的元件.該結構的特殊缺陷在于，必須將這些光學元件額外的設置在物體和檢測平面之間的光學路徑中，這會增加結構深度以及成像系統的復雜性.在本發明的范圍內，令人驚訝的發現，通過根據本發明的光學成像系統，能夠基本補償因利用針孔光閨帶來的系統固有成像缺陷，以及同時利用緊湊設計能夠實現基本均勻的檢測平面內系統固有亮度分布。根據本發明的技術方案提供一種用于光學成像位于物平面內的物體的系統，包括位于檢測平面內的檢測裝置、用于將物體成像到檢測裝置的針孔光團以及用于照明物體的照明裝置，其中在該照明裝置和該物平面之間設置光學衰減元件，這些光學衰減元件基本補償因針孔光團導致的成像缺陷，尤其是由針孔光閨成像到檢測平面上的物體圖像的系統固有周緣亮度降低，在優選實施例中，將這些光學衰減元件設計成使得，當經針孔光團成像均勻物體尤其是均勻表面時，它們能夠獲得形成在檢測裝置上的物體圖像的基本均勻亮度分布.根據本發明，光學衰減元件位于照明裝置和物平面之間，以使得利用這些光學衰減元件來影響物體照度分布。這和現有技術中的系統和方法恰恰相反，在現有技術中，這些衰減元件位于物體和檢測平面之間，其中物體照度起初基本上是均一的。在這種關系中，相對于現有技術的特別優點是，這些光學衰減元件不必再設置在物體和檢測平面之間的光學路徑中，而是設置在已經存在的照明裝置和物平面之間，從而不會增加整個系統的結構尺寸。在特定優選實施例中，這些光學衰減元件設計成使得，通過照明裝置來改變物體的照度，以使得物體中心區域接受的照度要低于物體的周緣區域。令人驚訝的是，這種照明能夠基本補償針孔光團產生的成像缺陷，尤其是通過針孔光團在檢測裝置上形成的物體圖像亮度的系統固有周緣衰減，以及在檢測平面內實現基本均勻的系統固有亮度分布a根據本發明的光學衰減元件及其結構通過某種方式改變照明裝置對物體的照度，以使得物體中心區域接受的照度要低于物體的周緣區域。通過隨后利用針孔光圃以這種方式對照明物體進行成像，則物體中心區域的系統固有成像亮度要高于物體周緣區域在檢測裝置上的系統固有成像亮度。令人驚訝的是，通過疊加這兩種效應，根據本發明物體中心區域的照度較弱，而針孔光閨導致物體中心區域的系統固有成像光強度較強，從而通過根據本發明的成像系統能夠使得成像到檢測裝置上的物體閨像的系統固有亮度分布基本均勻.這是使得成像物體的光學信息免于錯誤以及得以可靠評估的基礎.根據本發明對系統固有成像缺陷進行補償不必非要完全補償。對于許多應用場合而言，將這些成像缺陷減小到特定程度則足矣。因此，例如在將黑白代碼成像到傳感器上時，將通過針孔光圑獲得的物體中心區域的系統固有更感光成像補償到以下程度即可將黑白圖樣的圖像在檢測平面內的系統固有亮度分布進行疊加，仍然導致圖像原始信息能夠得以記錄，其中在某些情況下這需要采用例如限定門限值或者灰度值擴散的其它方法.術語檢測平面內均勻的亮度分布應當在同樣從原理上講，所有光源都可以用作本發明意義上的照明裝置，包括自然光源，例如太陽光或日照。可以優選采用基本恒定亮度的人造光源，例如電燈泡、輝光燈、放電燈或感應燈，以確保盡可能均勻的、反復的照明成像物體。發光二極管特別優選用作照明裝置，尤其是用于便攜式系統，這是因為，它們具有如下優點結構空間非常小，功率消耗低，能夠長時間發射基本恒定的光強度，防震性能好以及能夠利用直流電壓進行操作。在優選實施例中，采用若干光源作為照明裝置，它們整個用于照明物體。如果通過從不同空間方向的若干光源來照明物體，則來自各光源的各光束照射到物體點上，獲得在該點照射到物體的總光強度。將若干光源傾斜設置在光學系統的最小可能結構深度至關重要的應用場合下例如便攜式系統中顯得尤為有利。將若干光源設置成相對于系統光軸的角度不等于0。的傾斜設置具有附加優點，這是因為它能夠防止物體成像受到直接反射的影響，以及避免遮蔽物體的特定區域，尤其是在三維物體的情況下。在優選實施例中，通過反射光學方法來對物體成像.基于反射光學方法的成像系統尤其適用于便攜式系統，這是因為這能夠實現非常緊湊的設計。在反射光學方法的情況下，由照明裝置照射成像物體的表面。由成像系統對從物體表面反射的光成像到檢測裝置上，在該示例中通過針孔光團來成像。相比于從后側照射物體的傳輸光學方法，對物體表面進行照射使得照明裝置能夠設置在物平面面對檢測平面的側面位置上，因此能夠獲得成像系統的特別空間節約結構。從原理上講，所有裝置都能夠用作本發明的意義上的光學衰減元件，只要它們能夠基本補償因針孔光圃導致的系統固有成像缺陷，尤其是通過針孔光團成像到檢測裝置上的物體圖像亮度的系統固有周緣降低缺陷。從原理上講，所有裝置都能夠用作本發明意義上的光學衰減元件，只要它們能夠獲得檢測平面內基本均勻的系統固有亮度分布.在優選實施例中，光學衰減元件是光閨結構的形式，由低傳輸率的同心線和高傳輸率的中間區域構成，它們之間的寬度和/或距離設計成使得物體的中心區域接受的光強度要低于物體的周緣區域.例如在W084/00620中描述了這樣一種光圓結構，W084/00620描迷的光閨結構由散射透光基底制成，在該散射透光基底的表面上施加電感不透光同心環形線。為了實現期望的空間差分光衰減，等寬的環形線間距向外部連續增加，以使得光團結構的外部區域比中心區域要更為透光，在另一個實施例中，環形線的間距保持恒定，而這些環形線的寬度向外部連續降低，以使得光團結構的外部區域比中心區域更為透光。當然，還可以考慮組合不同寬度的環形線和各環形線之間的不同間距，這同樣具有物體的中心區域光照強度低于物體周緣區域的效果。除了具有不同透光性的限定區域的這種光團結構之外，由于光圏結構的透光性基本連續變化以及尤其是從中心向周緣區域增加，所以還可以根據本發明采用特定光團結構，以便實現空間差分光衰減。這例如能夠是環形光團結構，它具有僅僅微弱透光性或不透光的中心，它向外部鄰接越來越透光的區域。這些區域能夠連續相互融合，或者形成為離散區域。根據用于照明的光的波長和組分，除了采用不同亮度或灰度色陰之外，還可以采用不同色調，以便實現不同透光性。此外，具有不同光散射或反射特性的區域，例如透明且光散射區域適用于實現空間差分光衰減.結合上述不同實施例，也可以實現照射光的空間差分衰減。根據本發明的這種光閨結構不必非要構造成環形圃團或者成旋轉對稱結構.還可以采用其它不同透光區域的幾何結構作為根據本發明的光團結構，以便實現空間差分光衰減。如果例如不沿系統光軸直接照射物體，而是側向定位到其上，則適當調整光閨結構是有利的。這例如能夠通過以下手段來實現在面向照射物體的光團結構的區域和遠離物體的光團結構的區域中，光衰減線的距離和/或寬度有所不同。因此，在傾斜設置光源的情況下，還可以實現根據本發明的物體照明，其基本獨立于光源的空間設置.通過本領域技術人員公知的不同技術，能夠制造出不同透光性的光閨結構的區域。這些技術例如是基于啄光方法、照相平版印刷方法、激光燒蝕方法、金屬激光方法、涂層技術、印刷技術、蝕刻技術或者機械加工工藝，例如沖壓、鉆孔或研磨.除了這些光團結構之外，還可以根據本發明采用例如透鏡或平面鏡的光學元件來作為光學衰減元件。例如ND濾波器的光學濾波器也可以根據本發明用作光學衰減元件。這些實施例描述在DE4221069中。如果采用若干單獨光源用于照明物體，則采用相應優化的光學衰減元件也是有利的。在優選實施例中，照明裝置包含若干單獨光源，在這些單獨光源前面設置光學衰減元件，以使得通過疊加物平面中各光源的光強度，物體中心區域的光強度要低于物體的周緣區域。由于物體的各表面點距離各光源的距離不同以及光束以不同角度進行照射，則通過對光團結構進行變型，同時考慮到各照射方位的差異，仍然可以實現根據本發明的物體照明效果。考慮到各照射方位差異而得以優化的光學衰減元件的這種設計和結構能夠利用本領域技術人員公知的幾何學和迭代學方法來計算，例如利用計算機程序，例如ASAP(BreaultResearchOrganization,Tucson,Arizona)或TracePro(LightTec,Hyeres，France),在優選實施例中，光學衰減元件是具有一個或以上光圏結構的薄膜掩模的形式。通過利用具有這些光團結構的模板掩模對光敏薄膜進行曝光，從而簡單地、低成本地制造出其上安裝光閨結構的這種薄膜掩模。這些光團結構尤其是不同亮度和/或不同色彩的區域。用于制造光團結構的這些膝光方法尤其適用于精確地、低成本地將非常精細和復雜的光團結構施加到薄膜掩模上.這些技術和材料還能夠低成本地制造出大量精確限定的光團結構，例如用于人工掃描器或者手提式分析測試系統中采用的光團結構，盡管數量大，但是必須以恒定高質量和可復制質量來制造這些光囷結構，曝光顯影薄膜能夠根據本發明用作將光團結構用作光學衰減元件的薄膜掩模.為此，這種薄膜掩模設置在一個或以上光源和照射物體之間，以便從光源發出的光經薄膜掩模的光團結構而修正，以使得能夠實現期望創造性物體照明，尤其是，物體的中心區域照射到的光強度低于物體的周緣區域，這是由于經光團結構而創造性修正各個光源的照度以及這些各個光源修正后照度疊加在物平面中的結果。為此，各個薄膜掩模能夠設置在每個光源的前面.然而，在特定優選實施例中，各個光團結構位于共用薄膜掩模上。該實施例中，能夠以低成本且簡單的方式，在一個步驟中裝配整個光圃系統.從原理上講，在本發明的意義上，所有裝置都能夠用作檢測裝置，只要這些裝置能夠暫時或永久記錄通過針孔光團成像到檢測平面上的成像物體的圖像。它們能夠例如是輻射敏感薄膜或板、具有在線檢測器的聚焦屏、例如CCD或CMOS傳感器的線傳感器或光學傳感器元件。在特定優選實施例中，采用CCD元件或CMOS元件作為檢測裝置。在采用這種光學傳感器元件的情況下，能夠以數據形式直接讀取物體圖像，隨后能夠進一步處理和存儲該數據，以便進一步處理或顯示。光學傳感器元件尤其適用于便攜式系統，因為它們能夠進行非常快速的圖像記錄和處理，而不需要移動部件或處理步驟或耗時且昂貴的顯影步驟，并且能夠實現為非常緊湊的設計。從原理上講，在本發明的意義上，所有光圏都能夠用作針孔光圏，只要這些光團能夠將成像物體的圖像成像到檢測平面中，并且成像質量足以用于記錄和評估包含在物體中的光學信息。為了確保盡可能優化成像過程，當設計針孔光團時，應當要考慮光團直徑、光圏形狀和長度這些參數。從針孔照相機的成像原理上講，隨著光團直徑減小，圖像會變得更加清晰。然而，光團邊緣的光學衍射還會對光團尺寸減小設定限度。由于曝光時間主要根據光團尺寸而定，所以能夠采用更大光團直徑，以便啄光時間不會變得過于冗長。理想光團尺寸特別是根據圖像距離(圖像距離-針孔光團和檢測平面之間的距離)而定，例如基于以下公式來相應進行計算d=>^7^，其中d表示光圈直徑，b表示圖像距離.光團孔的形狀也會對成像質量造成影響.優選采用圓形孔作為光團形狀，但是也可以采用其他孔形狀，例如多邊形或縫形孔，或者例如同心圃的若干針孔光團的組合.理想的孔長度應當盡可能小，以便避免光圏通道內的反射。而且，短的孔長度能夠防止屏蔽效應，該屏蔽效應會導致成像物體的邊緣區域的光強度偏低。在特定優選實施例中，針孔光團的直徑為10至1000微米，優選為20至500微米，尤其優選為50至200微米.這種小光團直徑能夠使得即使在閨像距離短的情況下也能夠獲得物體的清晰成像.對于便攜式系統中的成像系統的應用而言，這尤其有利，這是因為它能夠在非常緊湊設計中實現良好的成像質量。通過本領域技術人員公知的多種方法，能夠制造出該針孔光圉.除了在基底中鉆孔、沖壓、掩模或蝕刻出開口從而產生針孔光團的方法之外，還優選通過薄膜掩模來產生針孔光團.在該示例中，利用具有針孔光圏的模板掩模來曝光光敏薄膜，隨后進行顯影，從而該針孔光閨的閨像復制到顯影薄膜上.該方法還能夠可復制地且低成本地制造具有微米范圍小直徑的大量針孔光團，并且這些針孔光團具有足夠的邊緣質量，該方法的另一個優點是，它可以生產出非常小的光團長度，因為光敏層的厚度非常小。在特定優選實施例中，針孔光團集成到也具有光團結構的薄膜掩模中。當通過反射光學方法將物體成像到檢測平面上時，這是可能的。因此，用于以空間分化方式衰減照射光的光團結構以及成像針孔光圈能夠以這種方式在共同處理步驟中應用到薄膜掩模。這具有額外優點，即，通過具有組合功能的這種薄膜掩模，能夠大大簡化光學系統的裝配。通過利用合適模板掩模進行曝光，能夠高精度地、筒單地、低成本地、可復制地大量制造這種薄膜掩模。根據本發明用于光學成像物體的系統能夠特別有利地用于記錄和處理光學信息的系統中。因此，本發明的另一個方面描述了用于記錄和處理光學信息的系統，其包括承栽光學信息的物體，該光學信息尤其是光學圖樣或代碼的形式；如上所述用于光學成像物體的系統；以及評估裝置，該評估裝置記錄源自檢測裝置上的物體圖像的物體光學信息，以及提供該信息以作進一步處理或顯示。在本發明的意義上的用于記錄和處理光學信息的系統可以尤其是便攜式或固定式代碼讀取器或掃描器，但是也可以是分析系統中的子配件，尤其是用于將特定信息傳送到相應測試和/或專用測試元件上的評估系統的診斷測試元件分析系統中.用于記錄和處理光學信息的這些系統也能夠用于采用光學評估的檢測反應的分析系統中，以便記錄或者進一步評估或顯示這些光學檢測反應的時程或結果。為此，該可光學檢測的檢測反應所在的測量范圍能夠例如通過這些系統來成像和評估.評估裝置可以是本領域技術人員公知的所有系統，只要它們能夠將物體圖像的光學信息記錄到檢測裝置上，以及將它們轉換成數據以便作進一步處理，以及能夠提供這些數據以便進一步處理或顯示即可。這些評估裝置能夠有利地結合到檢測裝置，例如CCD或CMOS傳感器中便是如此，它們輸出已經進一步處理過的數字圖像數據.用于記錄和處理光學信息的這些系統的設計具有的優點是，光學系統的專用結構能夠使得這些系統設計緊湊。傳統的光學讀取系統通常采用掃描技術，其中，例如條形碼的成像物體需要相對于光學系統運動.線傳感器或激光掃描器通常在該示例中用作檢測裝置，它首先僅提供線頻譜形式的一維圖像信息。通過運動通過該代碼以及記錄許多這些一維線光譜，隨后僅計算兩維代碼圖樣。一方面，成像物體相對于光學系統運動需要運輸機構，該運輸機構需要占用較大結構空間，以及需要復雜且精細的運行或控制裝置，另一方面，成像物體相對于光學系統的附加運動對于系統的讀取可靠性有影響。這些缺陷能夠通過根據本發明的用于記錄光學信息的系統來克服，其中該系統尤其是能夠記錄和處理物體的光學信息而不必讓成像物體相對于光學系統運動。光學信息通常編碼成不同亮度、透光性、光散射、強度或色彩的多種區域的形式，它們彼此之間的特定次序、尺寸或空間關系存儲該光學信息。光學信息優選編碼成一維或兩維光學圖樣或代碼這些例如包括符號，優選包括字母、數字、特殊字符和/或圖樣，并且優選表示成機器可讀形式。除了這些特殊代碼之外，在分析檢測反應過程中出現的測量區域或測量范圍的色彩或亮度變化、或者例如兩維圖像或三維物體的其他物體也能夠認為是本發明范圍內的光學圖樣。特別優選采用以下兩維代碼例如數據矩陣代碼、阿芝臺克(Aztec)代碼、代碼一(CodeOne)代碼或Maxi代碼.這種代碼可以是黑白、白加黑或黑加白代碼，或者是彩色代碼或多彩色代碼，優選通過將其印刷或粘附到物體從而施加到物體。由于2D代碼的信息密度比典型ID條形碼高十倍，所以幾乎能夠沿任意期望方向來讀取，所以它們能夠在相同代碼表面面積內放大編碼圖樣的尺寸，從而增加成像和信息處理系統的讀取可靠性。因此，2D代碼尤其適用于分析系統的應用領域，這是因為它們需要非常高的讀取可靠性.根據本發明的用于記錄和處理光學信息的這些系統能夠特別有利地用于分析系統尤其是測試元件分析系統中.因此，本發明的另一個方面描述了測試元件分析系統，包括測試元件，該測試元件承栽光學信息尤其是關于測試類型、批號、制造日期、校驗和或者用于校準作用的光學編碼信息；以及評估裝置，該評估裝置包含根據本發明的用于記錄和評估測試元件的光學信息的這種系統。這種測試元件分析系統通常用于分析和醫學實驗室。本發明還特別涉及分析系統，其中，通過受到良好培訓的個人例如通過病人本身來執行分析，從而可以連續監測其健康狀況(家庭監測)。這對于每天數次監測糖尿病人的血液葡萄糖濃度以及對于服用阻凝劑藥物因此需要定時監測凝固狀態的病人來說，尤其具有重要的醫學價值。為此，評估設備應當盡可能輕且小，以及要易于搬動，可用電池供電以及具有魯棒性。例如在DE4305058中描述了這種測試元件分析系統。伴隨的測試元件通常是測試帶的形式，其通常基本包括通常由塑料材料制成的拉長載體層以及包含檢測層以及其他輔助層例如過濾層的測量范圍，其中檢測層包含檢測試劑。此外，測試元件能夠包含編碼元件作為附加結構，其中該編碼元件例如是光學代碼的形式。這些元件能夠用于傳輸關于測試元件的通用或具體信息，例如校正數據或批次信息，到評估設備。在優選實施例中，根據本發明，這種信息以光學圖樣或代碼的形式尤其是兩維光學代碼的形式存儲在測試元件上，其中的端^上的兩維代碼。尤其是，這使得關于;試i型、批號:制造曰期、校驗和或者用于校準作用的數據的信息以光學代碼的形式存儲在測試元件上。特殊編碼元件也可以認為是本發明的范圍內的測試元件，其能夠引入到評估設備中，或者引入為此目的專門設置的、類似于測試元件的其他評估單元中.這種編碼元件例如是專用帶，它例如是包括在測試帶組件中的，能夠包含關于測試類型、批號、制造曰期、校驗和或者用于校準作用的數據的信息，例如僅能夠每測試帶組件讀取一次.評估裝置具有測試元件保持器以及測量裝置，該測試元件保持器用于定位測試元件，以便在測量位置評估測試元件，而該測量裝置用于確定關于測試元件的檢測反應的結果.在色彩變化的情況下，測量裝置例如包含反射式光度計，用于確定檢測層的漫反射功率(反射率)。在此應當注意，可光學檢測的檢測反應出現的測量范圍也能夠通過根據本發明的用于記錄和處理光學信息的系統來成像和評估。該時程或該可光學檢測的檢測反應的結構也被認為是本發明范圍內的光學信息。在電化學測試元件的情況下，測量裝置例如包含用于測量電流或電壓的合適電路結構.采用根據針孔照相機原理的該創造性照射和成像方法能夠在非常緊湊的設計中實現這種測試元件分析系統，這對于便攜式系統的應用而言是尤其有利的.根椐本發明的該成像系統的筒單結構設計使得它們能夠廉價地、大量地得以制造，這是因為不需要例如透鏡之類的額外光學元件。在這個方面中，根據本發明的實施例具有比公知分析測試元件評估設備優越得多的好處.因此，例如EP0075223描述了一種用于光學檢測評估裝置中的診斷測試帶上的代碼的裝置，其中，測試帶必須相對于讀取裝置運動，以及附加圓柱透鏡需要引入到光學路徑中以便實現良好的照射和成像效果。相反，根據本發明的實施例具有以下優點既不需要測試元件的編碼區域相對于光學系統運動，也不需要例如鉸接鏡之類的其他運動部件或者附加透鏡來獲取足夠成像質量，從而確保可靠的信息傳輸。根據本發明的實施例不需要額外運動測試帶就能夠傳輸信息，從而對于測試元件運動的均勻性沒有特殊要求，也同樣可以確保可靠地傳輸和評估編碼在測試帶上的信息。利用根據本發明的照明和成像系統能夠執行靜態測量，這增加了讀取光學圖樣的可靠性。然而，根據本發明的分析系統不僅僅限于測試元件分析系統。還包括了其他分析系統，例如在測試試管中發生化學反應的分析系統。在這些系統中，試管例如可以認為是測試元件，它能夠承載光學圖樣或代碼，其中測試類型、批號、制造日期、校驗和或者用于校準作用的數據能夠取自該光學圖樣或代碼，以及能夠由包含根據本發明的成像系統的評估裝置來讀取。最后，本發明涉及用于將位于物平面中的物體光學成像到位于檢測平面中的檢測裝置上的方法，其中物體由照明裝置來進行照射，以及物體通過針孔光團成像到檢測裝置上，以及光學衰減元件設置在照明裝置和物平面之間，該光學衰減元件基本補償因針孔光團導致的成像缺陷，尤其是由檢測裝置上的針孔光團形成的物體圖像亮度的系統固有周緣降低。特別是，本發明涉及這樣的方法，其中，光學衰減元件導致檢測平面中的基本不均勻的系統固有亮度分布，尤其是因光學衰減元件改變照明裝置對物體的照明，以使得物體的中心區域的光強度低于物體的周緣區域.這些實施例，以及和根據本發明的用于光學成像物體的系統相關的上述顯影、用于記錄和處理光學信息的系統以及測試元件分析系統也能夠應用于根據本發明的用于光學成像物體的這些方法.示例下面基于附圖和實施例，進一步闡述本發明。所述特性和具體特征可以單獨采用或者組合采用，以便獲得本發明的優選實施例。圖1示出根據本發明的用于光學成像物體的系統的示例圖。圖2示出根據本發明的薄膜掩模的示例性實施例。圖3示出光團結構的示例性實施例的細節圖。圖4示出根據本發明的用于記錄和處理光學'信息的系統視圖，其中該系統可以集成到診斷手提式分析系統中。圖5示出通過CMOS傳感器記錄的不同表面的圖像，這些圖像通過根據本發明的光學系統來記錄，其中合適的光團結構用作光學衰減元件。附圖標記的含義:<table>tableseeoriginaldocumentpage19</column></row><table>圖1示出根據本發明的用于光學成像物體的系統的示例圖。用于光學成像的系統1通過利用針孔光圈4使得物體2成像到檢測裝置7上，其中蓋針孔光圈集成到薄膜掩模3中。物平面是成像物體2的編碼例如2D代碼所處的平面，而檢測平面是檢測裝置7的成像平面所處的平面。這兩個平面都必須垂直于系統的光軸，該系統的光軸從物體2開始，垂直穿過針孔光團4，到達檢測裝置7。物體2的圖像通過所示優選實施例中的反射光學方法形成在檢測裝置7上。為此，通過若干照明裝置6來照射物體2的表面。光學衰減元件5根據本發明設置在各照明裝置6和照明物體2之間，其中在所示情況下，光學衰減元件設計成交替基本透光和基本不透光的光團結構。在所示優選實施例中，光學衰減元件5也集成到薄膜掩模3中。光學衰減元件5改變照明裝置6對物體2的照明，以使得物體2的中心區域的光強度低于物體2的周緣區域。在圖1中還示出光學系統窗8.這也位于薄膜掩模3和成像物體2之間，并且能夠用于界定和限定成像片段以及限定物體2和針孔光團4之間的距離.圖2示出根據本發明的薄膜掩模的示例性實施例。薄膜掩模3優選通過采用合適的模板掩模進行啄光然后對光敏膜材料進行顯影而制得.在所示優選實施例中，光學衰減元件5和針孔光圏4集成到薄膜掩模中，在該示例中，該光學衰減元件是光國結構的形式.在所示情況下，采用位于不同位置的四個光團結構，它們均位于照明光源的前部.如果在該示例中采用若干照明源來照明物體，則有利的是，將各光團結構設計成使得物體的中心區域的光強度低于物體的周邊區域，這是因為各光源的光強度在物平面中疊加的結果。為了便于將薄膜掩模定位在光學系統中，在所示實施例中采用額外沖壓掩模9。為了便于薄膜掩模的明確識別的特征化，在所示實施例中采用額外的薄膜掩模10,這些都和針孔光團和光團結構一起膝光到薄膜上，以及能夠例如承載關于針孔光圉的形狀和尺寸或者光團結構的形狀和衰減特性的信息.圖3示出光閨結構的示例性實施例的細節閨。該圖示出光團結構11的特殊實施例，它爆光到薄膜掩模3上的光。這種光圏結構根據本發明能夠用作光學衰減元件5。在所示實施例中，該光團結構包括低傳輸率(暗區)的同心線以及高傳輸率(亮區)的中間區域，它們彼此之間的寬度和距離設計成使得物體中心區域的光強度低于物體的周邊區域。該特殊實施例尤其適用于利用傾向于光軸的光源來創造性照射物體的情況。光團結構的左上區域中的暗的不透光區域在該示例中位于光源正下方，防止那些不靠近物體的其他區域接受照射，從而避免間接散射光照射。在當前情況下，照射物體應當位于右側的底部。在該示例中光團結構的中心部分的不透光區域和透光區域之間的高比值導致物體的中心區域的光強度比較低；在該示例中向周邊靠近的光團結構的不透光區域和透光區域之間的較低比值導致向物體周邊區域的光強度逐漸增強，因此使得物體能夠根據本發明得以照射。圖4示出根據本發明的用于記錄和處理光學信息的系統視圖，其中該系統例如能夠集成到診斷測試元件分析系統中。閨4a示出一種系統的示意性分解圖，其中該系統能夠用作診斷測試元件分析系統的部件，用以記錄和處理存儲在測試元件上的信息。所示的該系統包含測試帶保持器13，其中測試元件12能夠插入到該測試帶保持器中，以及該測試帶保持器用作測試元件12的引導和保持器，而該測試元件12在該示例中是測試帶的形式.測試元件12的一端包含由該系統成像的物體2，該物體在該示例中是測試元件12上的兩維代碼的形式.該測試帶保持器13連接到基板15，該基板能夠錨固該系統到該分析設備中.在所示實施例中，測試元件保持器13設計成使得成像物體周圍的區域形成為所謂的帶光閨17，該帶光團限定成像物體的區域。薄膜掩模3位于成像物體2的上方，承栽針孔光團和光學衰減元件，它們都優選為光圏結構。該薄膜掩模3安裝在保持器14上，以使得針孔光圃和物平面之間具有限定間距。膜壓裝置20位于薄膜掩模3上方，一方面，該膜壓裝置還固定該薄膜掩模3，另一方面，該膜壓裝置限定薄膜掩模3和檢測平面之間的限定距離，以使得能夠實現可復制的、限定的成像特性.以及該放大標度能夠通過膜壓裝置20的寬度來限定，并且該放大標度適用于各個傳感器。照明和檢測單元16位于該膜壓裝置上方，在該示例中，僅示意性示出該照明和檢測單元，以便更好進行清楚顯示。這通過保持器14定位在相對于薄膜掩模3以及物平面的限定位置中.圖4b示出該照明和檢測單元16的細節圖，在該示例中，該照明和檢測單元為進行透視而從底側示出。該照明和檢測單元16具有檢測裝置7，在該示例中，該檢測裝置優選為CMOS傳感器的形式。該檢測裝置7安裝在外殼21中。為了保護檢測裝置7免受損壞，可以在它前面設置一個透明蓋18。如同在CMOS傳感器的所示示例那樣，該系統的評估裝置能夠集成到其中，但是也可以形成為單獨的部件和電路。將該單元連接到評估裝置的其他信息處理系統的連接部19在該示例中用于對照明和檢測單元16進行供電以及用于數據傳輸。在當前示例中，照明裝置6由四個LED組成，它們都相對于成像系統的光軸傾斜設置。當成像系統的最小可能結構深度變得重要時，照明源的這種傾斜結構尤其是有利的。圖5示出由CMOS傳感器記錄的不同表面的圖像，它們由根據本發明的光學系統所記錄，該光學系統包含合適的光團結構作為光學衰減元件.圖5的第一列示出在每種示例中所采用的薄膜掩模的圖像具有對應的光團結構，第二列示出由CMOS傳感器記錄的底板聚酯表面(MelinexPET聚酯膜，DuPont)，第三列示出由CMOS傳感器記錄的光面相紙的困像。這種均質尤其是均勻結構且均勻染色的表面能夠用于獲取關于檢測平面內的系統固有亮度分布的信息.這種亮度分布使得能夠獲取關于光學系統的系統固有成像特性的信息.在每種示例中，采用具有4光團結構的薄膜掩模，每個光圏結構均包括低傳輸率的同心圃(暗區)以及高傳輸率的中間區域(亮區)，其中不透光區域和透光區域之間的比值向相應光圃結構的周邊方向逐漸降低。為了改進照明狀況，位于光源下方的光團結構的部分也變暗，圖5a)示出一種薄膜掩模，其中，透光區域還設置在包括同心線的光團結構周圍。采用這種薄膜掩模的均質表面的CMOS記錄值示出基本交叉形結構，其中亮區位于照明裝置之間，而暗區位于角落部分。圖5b)示出一種薄膜掩模，其類似于5a)，其中，位于照明裝置下面的光圉結構的部分的尺寸已經減小.采用這種薄膜掩模的均質表面的CMOS記錄值也示出基本交叉形結構，其中，亮區的區域比5a)中要更廣.圖5c)示出一種薄膜掩模，其中，在包括同心線的光圏結構周圍不存在額外的透光區域，但是該區域是不透光的。位于照明裝置下面的光團結構的部分再次設置在中心。采用這種光團結構的CMOS記錄值示出檢測平面中均勻得多的亮度分布。根據本發明的這種光圏結構檢測平面中的成像物體基本免于系統固有成像缺陷，因此能夠獲得盡可能免于誤差的可靠信息傳送。權利要求1.一種用于光學成像位于物平面內的物體的系統，包括位于檢測平面內的檢測裝置，用于將物體成像到檢測裝置的針孔光圈以及用于照明物體的照明裝置，其特征在于在該照明裝置和該物平面之間設置光學衰減元件，這些光學衰減元件基本補償因針孔光圈導致的系統固有成像缺陷，尤其是由針孔光圈成像到檢測裝置上的物體圖像的系統固有周緣亮度降低。2.如權利要求1所述的系統，其特征在于這些光學衰減元件能夠獲得檢測平面中的基本均勻系統固有亮度分#。3.如權利要求1或2所述的系統，其特征在于這些光學衰減元件改變通過照明裝置對物體的照明，以使得物體中心區域接受的照度要低于物體的周緣區域。4.如權利要求l至3之一所述的系統，其特征在于這些光學衰減元件是光團結構的形式，包括低傳輸率的同心線和高傳輸率的中間區域，它們之間的寬度和/或距離設計成使得物體的中心區域接受的光強度要低于物體的周緣區域。5.如權利要求1至4之一所述的系統，其特征在于該照明裝置包含若干單獨光源，在這些單獨光源前面設置光學衰減元件，以使得通過疊加物平面中各光源的光強度，物體中心區域的光強度要低于物體的周緣區域。6.如權利要求1至5之一所述的系統，其特征在于這些光學衰減元件是真有一個或以上光圈結構的薄膜掩模的形式。7.如權利要求1至6之一所述的系統，其特征在于針孔光團是薄膜掩模的形式，直徑優選為10至1000微米，更優選為20至500微米，尤其優選為50至200微米。8.如權利要求6或7所述的系統，其特征在于該物體通過反射光學方法成像到檢測裝置上，以及該針孔光圏集成到如權利要求7所述的薄膜掩模中。9.如權利要求1至8之一所述的系統，其特征在于該檢測裝置是光學傳感器元件，尤其是CCD元件或CMOS元件。10.—種用于記錄和處理光學信息的系統，包括承載光學信息的物體，該光學信息尤其是光學圖樣或代碼的形式，如權利要求1至9之一所述的用于光學成像物體的系統，以及評估裝置，該評估裝置記錄源自檢測裝置上的物體圖像的物體光學信息，以及提供該信息以作進一步處理或顯示。11.一種測試元件分析系統，包括測試元件，該測試元件承栽光學信息尤其是關于測試類型、批號、制造日期、校驗和或者用于校準作用的光學編碼信息，以及評估裝置，該評估裝置包含根據權利要求10所述的用于記錄和評估測試元件的光學信息的系統。12.—種用于將位于物平面中的物體光學成像到位于檢測平面中的檢測裝置上的方法，其中物體由照明裝置來進行照射，以及物體通過針孔光團成像到檢測裝置上，其特征在于光學衰減元件設置在照明裝置和物平面之間，該光學衰減元件基本補償因針孔光團導致的成像缺陷，尤其是由檢測裝置上的針孔光圈形成的物體圖像亮度的系統固有周緣降低。全文摘要本發明公開了用于通過針孔光圈將物體尤其是光學圖樣或代碼光學成像到檢測裝置上的系統和方法。根據本發明，這些系統具有設置在照明裝置和物體之間的光學衰減元件，這些光學衰減元件基本補償因針孔光圈導致的系統固有成像缺陷，尤其是由針孔光圈成像到檢測裝置上的物體圖像的系統固有周緣亮度降低。根據本發明，這些光學衰減元件改變物體的照度，以使得物體中心區域接受的照度要低于物體的周緣區域。通過隨后利用針孔光圈對物體進行成像，物體的中心區域成像到檢測裝置上的光強度要高于物體的周緣區域。兩種效果的疊加使得根據本發明的成像系統能夠實現在檢測裝置上的基本均勻的系統固有亮度分布。文檔編號G06K9/20GK101107616SQ200680002785公開日2008年1月16日申請日期2006年1月19日優先權日2005年1月21日發明者D·法爾克,H·馬科,J·德賴伯霍爾茨,M·奧格斯泰,U·卡斯申請人:霍夫曼-拉羅奇有限公司