專利名稱：用于生物生長板掃描儀的照明設(shè)備和方法
用于生物生長板掃描儀的照明設(shè)備和方法相關(guān)專利_請的交叉引用本專利申請要求2009年12月8日提交的美國臨時專利申請No. 61/267，671的權(quán)益，該美國臨時專利申請通過全文引用的方式并入本文中。生物安全性在現(xiàn)代社會中至關(guān)重要。對于食物產(chǎn)品的開發(fā)商和分銷商而言，對食物或其他材料中的生物污染進(jìn)行測試已成為重要的并且有時已成為強(qiáng)制性的要求。另外生物學(xué)測試也用來識別下述樣品中的細(xì)菌或其他因子諸如取自內(nèi)科病人的血樣之類的實驗室樣品、開發(fā)用于實驗?zāi)康牡膶嶒炇覙悠?、以及其他類型的生物樣品?？衫酶鞣N技術(shù)和設(shè)備來改善生物學(xué)測試并且使所述生物學(xué)測試過程合理化和標(biāo)準(zhǔn)化。具體地講，已開發(fā)出多種生物生長培養(yǎng)基。作為ー個實例，明尼蘇達(dá)州圣保羅市(St. Paul，Minn)的3M公司(在下文中稱為“3M”)已開發(fā)出生長板形式的生物生長培養(yǎng)基。生物生長板由3M以商品名PETRIFILM板進(jìn)行出售。生物生長板可用于方便常常與食物污染相關(guān)的細(xì)菌或其它生物劑的快速生長和檢測以及計數(shù)，包括(例如)好氧菌、大腸桿菌、大腸菌群、腸桿菌、酵母、霉菌、金黃色釀膿葡萄球菌、李氏桿菌、彎曲桿菌等。PETRIFILM板或其他生長培養(yǎng)基的使用可簡化食物樣品的細(xì)菌測試?？墒褂蒙锷L培養(yǎng)基來識別細(xì)菌的存在，從而使得可進(jìn)行改善的測定(就食物測試而言)或者可進(jìn)行正確的診斷(就醫(yī)學(xué)用途而言)。在其他應(yīng)用中，可利用生物生長培養(yǎng)基來使實驗室樣品中的細(xì)菌或其他生物劑快速生長，如，用于實驗?zāi)康摹Ｉ锷L板掃描儀是指用于對生物生長板上的菌落或特定生物劑的量進(jìn)行讀數(shù)或計數(shù)的裝置。例如，可將食物樣品或?qū)嶒炇覙悠分糜谏锷L板上，然后可將該板插入培養(yǎng)室中。在培養(yǎng)之后，可將生物生長板置于生物生長板掃描儀中以便于細(xì)菌生長的自動檢測和計數(shù)。ー些生物生長板掃描儀的實例可見于美國專利申請公布No. 2004/0101954和No. 2004/0102903 以及美國專利 No. 7，496，225 (均屬于 Graessle 等人)。

發(fā)明內(nèi)容
本文描述了ー種對生物生長板掃描儀中的生長板進(jìn)行照明的照明設(shè)備，所述設(shè)備包括ー個或多個照明模塊，其用于對設(shè)置在掃描儀中的板支撐表面上的生物生長板的前表面進(jìn)行照明。所述照明模塊可包括多個發(fā)光器、均化腔、提取元件和會聚元件，以(例如)改善遞送至所述生物生長板的照明的均一性。在ー個方面，本文所述ー種對生物生長板掃描儀中的生物生長板進(jìn)行照明的照明設(shè)備的一個或多個實施例包括板支撐表面，其包括第一側(cè)以及與所述第一側(cè)相對設(shè)置的第二側(cè)；和第一照明模塊，其取向為對所述板支撐表面的第一部分進(jìn)行照明。所述第一照明模塊包括均化腔，其包括內(nèi)表面，其中所述內(nèi)表面為漫反射的，其中所述均化腔的所述內(nèi)表面包括管，所述管包括沿所述均化腔的長度延伸的縱向軸線，并且其中所述縱向軸線與所述板支撐表面的所述第一側(cè)對齊；支撐表面；照明源，其可操作地連接至所述均化腔，其 中所述照明源將光發(fā)射到所述均化腔中；所述均化腔中的提取元件，發(fā)射到所述均化腔中的光通過所述提取元件離開所述均化腔，其中所述提取元件具有與所述縱向軸線對齊的長度，并且其中所述照明源、所述均化腔的所述內(nèi)表面、以及所述提取元件布置成使得由所述照明源發(fā)射到所述均化腔中的光在通過所述提取元件離開所述均化腔之前，從所述均化腔的所述內(nèi)表面反射至少一次；會聚元件，其可操作地連接至所述均化腔，并布置成使得通過所述提取元件離開所述均化腔的光必須穿過所述會聚元件；其中從所述提取元件穿過所述會聚元件的光在60度或更小的選擇角范圍a (alpha)內(nèi)離開所述會聚元件在一些實施例中，所述設(shè)備可包括第二照明模塊，其取向為對所述板支撐表面的第二部分進(jìn)行照明。所述第二照明模塊包括均化腔，其包括內(nèi)表面，其中所述內(nèi)表面為漫反射的，其中所述均化腔的所述內(nèi)表面包括管，所述管包括沿所述均化腔的長度延伸的縱向軸線，并且其中所述縱向軸線與所述板支撐表面的所述第二側(cè)對齊；照明源，其可操作地連接至所述均化腔，其中所述照明源將光發(fā)射到所述均化腔中；所述均化腔中的提取元件，發(fā)射到所述均化腔中的光通過所述提取元件離開所述均化腔，其中所述提取元件具有與所述縱向軸線對齊的長度，并且其中所述照明源、所述均化腔的所述內(nèi)表面、以及所述提取元件布置成使得由所述照明源發(fā)射到所述均化腔中的光在通過所述提取元件離開所述均化腔之前，從所述均化腔的所述內(nèi)表面反射至少一次；會聚元件，其可操作地連接至所述均化腔，并布置成使得通過所述提取元件離開所述均化腔的光必須穿過所述會聚元件；其中從所述提取元件穿過所述會聚元件的光在60度或更小的選擇角范圍a (alpha)內(nèi)離開所述會聚元件。在一些實施例中，所述板支撐表面的由所述第一和/或第二照明模塊進(jìn)行照明的所述第一部分和/或第二部分包括所述板支撐表面的基本上全部。在一些實施例中，所述板支撐表面限定成像平面，并且其中所述第一和/或第ニ照明模塊的所述會聚元件包括位于所述角范圍a (alpha)的中心內(nèi)的中心發(fā)射軸線，并且其中所述中心發(fā)射軸線與垂直于所述成像平面的軸線形成75度或更小的入射角β (beta)。在一些實施例中，所述入射角β (beta)為50度或更大。在一些實施例中，所述會聚元件的所述選擇角范圍a (alpha)為45度或更小。在一些實施例中，所述第一和/或第二照明模塊的所述入射角β (beta)和所述選擇角范圍a (alpha)被選擇為使得通過在所述板支撐表面上變化±10%或更小的照明強(qiáng)度來對所述板支撐表面進(jìn)行照明。在一些實施例中，所述第一和/或第二照明模塊的所述均化腔的所述管包括圓筒形管。在一些實施例中，所述板支撐表面限定成像平面，并且其中所述第一和/或第二照明模塊的所述會聚元件包括位于所述角范圍a (alpha)的中心內(nèi)的中心發(fā)射軸線，其中所述中心發(fā)射軸線與垂直于所述成像平面的軸線形成入射角β (beta)，并且其中所述第一和/或第二照明模塊相對于所述均化腔的所述縱向軸線旋轉(zhuǎn)，以調(diào)節(jié)旋轉(zhuǎn)的照明模塊的入射角β (beta)。在一些實施例中，所述第一和/或第二照明模塊繞其相應(yīng)均化腔的縱向軸線旋轉(zhuǎn)。在一些實施例中，所述第一和/或第二照明模塊的所述會聚元件包括一對拋物面。在一些實施例中，所述拋物面包括漫反射表面。在另一方面，本文描述了ー種對生物生長板掃描儀的板支撐表面進(jìn)行照明的方法，所述方法包括將生長板置于本文所述的照明設(shè)備的板支撐表面上；利用所述第一和第二照明模塊對所述生長板進(jìn)行照明。
本文所述方法的一些實施例可包括使所述第一和/或第二照明模塊相對于所述第一和/或第二照明模塊的均化腔的縱向軸線旋轉(zhuǎn)；在旋轉(zhuǎn)所述照明模塊之后和/或同時，測量整個所述板支撐表面上的照明強(qiáng)度。所述旋轉(zhuǎn)可涉及使所述第一照明模塊繞所述第一照明模塊的均化腔的縱向軸線旋轉(zhuǎn)。在另一方面，本文描述了ー種生物生長板掃描儀，包括成像裝置；圖像處理器，其可操作地連接至所述成像裝置；以及本文所述的照明設(shè)備。以上綜述并非g在描述本文所述的設(shè)備和方 法的每個實施例或每ー個實施方式相反，參考圖示的實施例的以下描述和權(quán)利要求書并參照附圖，將會清楚并認(rèn)識到所述設(shè)備和方法的更完整的理解。


圖I是示出用于生物生長板掃描儀的照明設(shè)備的一個實施例的可能部件的框圖。圖2是示出在本文所述的生物生長板掃描儀的ー個實施例中，板支撐表面上的生物生長板以及用于對板上的生物生長板的前表面進(jìn)行照明的ー對照明模塊的平面圖。圖3是示出照明模塊和相機(jī)的相對位置的側(cè)視圖，所述相機(jī)用于獲得圖2的板支撐表面上的生長板的前表面的圖像。
具體實施例方式在以下示例性實施例的詳細(xì)說明中，可參考作為本文一部分的附圖，并且其中通過舉例說明的方式示出了可實施的具體實施例。應(yīng)當(dāng)理解，在不脫離本公開范圍的情況下可使用其他實施例并且可進(jìn)行結(jié)構(gòu)上的改變(例如，仍落入本公開范圍內(nèi))。示例性實施例通常應(yīng)參照圖1-3描述。一個實施例中的元件可與另ー實施例的元件組合使用，使用本文所述特征的組合的此類設(shè)備的可能實施例不限于附圖所示和/或本文所述的具體實施例。另外，本文所述實施例將包括未必按比例示出的許多元件。另外，在不脫離本公開范圍的情況下，可修改本文各種元件的尺寸和形狀，但元件的ー個或多個形狀和尺寸或類型可能優(yōu)于其他形狀和尺寸或類型。本文所用的“ー個”、“該”、“至少ー個”和“ー個或多個”可以互換使用。術(shù)語“和
/或”(如果使用)意指所列要素的ー個或全部，或所列要素的任何兩個或更多個的組合。另外，如本文所用，術(shù)語“光”可被定義為適合于通過本文所述成像裝置成像的任何電磁能。在一些實施例中，光可限于人裸眼可見的光譜內(nèi)的電磁能，但也可包括或者作為另外ー種選擇限于(例如)紫外能量、紅外能量等。照明設(shè)備可用于對生物生長板的前表面進(jìn)行照明以便于生物生長板掃描儀獲得生物生長板的圖像。然后可分析所述圖像以檢測生長板上的生物生長。例如，掃描儀可對出現(xiàn)在圖像中的生物劑的量(例如，菌落的數(shù)量)進(jìn)行計數(shù)或以其它方式定量。這樣，本文所述照明設(shè)備可用在生物生長板掃描儀中以潛在地使生物生長板的分析自動化。本文所述照明設(shè)備可用于的ー些生物生長板掃描儀的實例可包括(但不限干)美國專利申請公布No. 2004/0101954 和 No. 2004/0102903 以及美國專利 No. 7，496，225 (均屬于 Graessle 等人)中所描述的那些。如本文所述，照明設(shè)備可包括ー個或多個照明模塊，其對置于生物生長板掃描儀的板支撐表面上的生物生長板進(jìn)行照明。照明模塊可以是用不同的照明顏色對生物生長板進(jìn)行照明的多色照明模塊的形式。在此類系統(tǒng)中，在用每ー種照明顏色對生長板進(jìn)行照明過程中，可使用單色圖像捕獲裝置來捕獲生物生長板的圖像?？墒褂锰幚砥鱽韺D像組合以形成復(fù)合的多色圖像，并分析復(fù)合圖像和/或復(fù)合圖像的各個分量，以生成諸如菌落計數(shù)或存在/不存在結(jié)果的分析結(jié)果。盡管可使用不同的照明顔色來獲得可組合或可不組合的圖像，但在其他實施例中，照明模塊可使用単色和/或廣譜照明來獲得可組合或可不組合的ー個或多個圖像?？蛇x地，除了本文所述照明設(shè)備之外，生物生長板掃描儀可包括背部照明部件。在一些實施例中，所述背部照明部件可向生物生長板的背表面(即，生物生長板面向板支撐表面的表面)遞送漫射照明。生物生長板的背部照明的實例和進(jìn)ー步說明可見于例如美國專利申請公布No. US 2004/0101954 (Graessle等人)(標(biāo)題為“BACK SIDEPLATEILLUMINATION FOR BIOLOGICAL GROWTH PLATE SCANNER”)。本文所述掃描儀和照明設(shè)備可用于各種生物生長板。例如，本發(fā)明可與用于生長生物劑的不同的板狀裝置一起使用以實現(xiàn)試劑的檢測和/或計數(shù)，例如薄膜培養(yǎng)板裝置、 培養(yǎng)皿型培養(yǎng)板裝置等。結(jié)果，本文所用術(shù)語“生物生長板”將廣義地指適合于生物劑生長以允許通過掃描儀對試劑進(jìn)行檢測和計數(shù)的介質(zhì)。在一些實施例中，生物生長板可被容納于支撐多個板的盒中，例如，如美國專利No. 5，573，950 (Graessle等人)中所述。圖I是示出包括本文所述照明設(shè)備的生物生長板掃描儀10的一個實施例的各種部件的框圖。生物生長板22被置于生物生長板掃描儀10內(nèi)板支撐件20上。板支撐件20優(yōu)選將生物生長板22置于將通過成像裝置30成像的位置(例如，置于成像裝置30的所需焦平面處)。生物生長板22可利用如(例如)美國專利No. 7，496，225 (Graessle等人)中所述的自動進(jìn)樣系統(tǒng)，來置于托盤、盒、抽屜等上的適當(dāng)位置(如(例如)美國專利申請公布No. US 2004/0102903 (Graessle等人)中所述)，或以任何其他合適的形式來定位生物生長板22，以便于照明和成像。在一些實施例中，成像裝置30可為線或面掃描儀的形式，其被設(shè)置成在其處于板支撐件20上時捕獲生長板22表面的圖像。在其他實施例中，成像裝置30可采取其他形式，例如相機(jī)等。如果采取相機(jī)的形式，則成像裝置可潛在地為ニ維單色相機(jī)的形式。掃描儀10包括照明設(shè)備40，該照明設(shè)備可包括被設(shè)置成對生長板22的前表面進(jìn)行照明的ー個或多個照明模塊(其中所述前表面是背向板支撐件20而面向成像裝置30的表面)。掃描儀10還可包括可選的背部照明設(shè)備50，其可用于對板支撐件20上的生長板22的背表面提供照明(其中所述背表面是生長板22的面向板支撐件20的表面)。通常，在通過照明設(shè)備40和/或背部照明設(shè)備50對生物生長板進(jìn)行照明過程中，成像裝置30捕獲生物生長板22，或者生物生長板22內(nèi)的至少ー個生長區(qū)域的圖像。在一些實施例中，照明持續(xù)時間、強(qiáng)度、波長(例如，顔色)可根據(jù)不同生物生長板的要求來選擇和控制。在圖示實施例中，處理器34控制成像裝置30的操作。在操作中，處理器34還可用于控制ー個或多個照明設(shè)備40和/或背部照明設(shè)備50對生物生長板22進(jìn)行照明，以便捕獲生物生長板22的圖像。在一些實施例中，這些圖像可存儲在圖像存儲器35中。
處理器34優(yōu)選地分析生物生長板22的圖像以生成分析結(jié)果，例如菌落計數(shù)或存在/不存在結(jié)果。如果執(zhí)行順序多色成像(如(例如)美國專利申請公布No. US2004/0102903 (Graessle等人)中所述)，處理器34可在用不同照明顏色中的每ー種進(jìn)行照明過程中從成像裝置30接收代表掃描圖像的圖像數(shù)據(jù)，然后組合這些圖像以形成多色復(fù)合圖像。處理器34還采取(例如)微處理器、數(shù)字信號處理器、專用集成電路(ASIC)JI場可編程門陣列(FPGA)或者其它集成或分立的邏輯電路的形式，其被編程或以其它方式構(gòu)造為提供如本文所述的功能。在一些實施例中，處理器34可提取或分離圖像的一部分以隔離板類型指示符，如(例如)美國專利申請公布No. US 2004/0102903 (Graessle等人)中所述。利用例如機(jī)器視覺技木，處理器34可分析板類型指示符以識別與生物生長板22相關(guān)的板類型。然后，處理器34在圖像處理配置文件(profile)存儲器36中檢索圖像處理配置文件。圖像處理配置文件對應(yīng)于檢測的板類型，并可指定圖像捕獲條件和圖像分析條件。如本文所述，處理器34處理圖像并生成分析結(jié)果，例如菌落計數(shù)或存在/不存在結(jié)果，這些結(jié)果可經(jīng)由顯示器16呈現(xiàn)給用戶。處理器34還可將分析結(jié)果存儲在存儲器(例 如，計數(shù)數(shù)據(jù)存儲器38)中，以便于稍后從掃描儀10檢索。可(例如)通過主計算機(jī)來檢索存儲在計數(shù)數(shù)據(jù)存儲器38中的數(shù)據(jù)，該主計算機(jī)經(jīng)由通信端ロ 39(例如，通用串行總線(USB)端ロ、IEEE 1494端ロ等)與生物生長板掃描儀10通信。主計算機(jī)可對提供給生物生長板掃描儀10的一系列生物生長板22的分析結(jié)果進(jìn)行編譯，以便于分析。圖2是其上設(shè)置有生物生長板122的板支撐件120的一個實施例的平面圖。在一些實施例中，生長板122可包括限定的生長區(qū)域126，其位于較大的生長板122上。圖2中還示出兩個照明模塊140a和140b，其被提供作為照明設(shè)備的一部分以對生長板122進(jìn)行照明。盡管此實施例中示出了兩個照明模塊，但本文所述照明設(shè)備的一些實施例可僅包括一個照明模塊，而其他實施例可包括三個、四個或更多個照明模塊。在圖2的實施例中，照明模塊140a和140b被設(shè)置于板支撐件120的相對側(cè)(因此，優(yōu)選地設(shè)置于設(shè)置在板支撐件120上的生長板122的相對側(cè))。然而，在其他實施例中，照明模塊可設(shè)置在其他位置，例如，設(shè)置于兩個相鄰側(cè)，等等。在一些實施例中，照明模塊140a和140b中的姆ー個可被描述為具有沿著板支撐件120的側(cè)面延伸的縱向軸線147a/147b。照明模塊140a和140b可被描述為對板支撐件120上的成像區(qū)域進(jìn)行照明，其中所述成像區(qū)域可大致對應(yīng)于生長板122所占據(jù)的區(qū)域。在使用多個照明模塊的情況下，可能有利的是每一照明模塊被選擇并布置為使得其對成像區(qū)域的選擇部分進(jìn)行照明。在ー些實施例中，該選擇部分可為成像區(qū)域的全部(如本文所述，其可包括生長板122的全部)，或者該選擇部分可僅為成像區(qū)域的一部分。例如，如果使用兩個照明模塊，則照明模塊140a和140b可各自對成像區(qū)域的一半進(jìn)行照明。每一照明模塊140a和140b可包括ー個或多個照明源142a和142b。在圖示實施例中，照明模塊140a和140b中的每ー個包括兩個照明源142a和142b，這兩個照明源沿著沿照明模塊的長度延伸的縱向軸線間隔開，但在一些實施例中，照明模塊140a和140b可包括不止兩個照明源142a和142b。盡管圖示照明模塊包括相同數(shù)量的照明源，但不同的照明模塊可包含不同數(shù)量的照明源。
照明源142a和142b可以多種不同的形式提供。在一些實施例中，照明源142a和142b可僅包括ー個照明元件或者包括多個照明元件的陣列，這些照明元件可單獨(dú)和/或組合地激活，以對生長板提供照明。每ー照明元件可相同或不同。例如，在一些實施例中，每一照明源142a和142b可包括提供紅光、綠光和藍(lán)光的LED照明元件。LED照明元件可優(yōu)選地獨(dú)立激活，以用所選顏色的光對生物生長板122進(jìn)行照明。在激活各個LED照明元件吋，來自照明模塊的光對生物生長板122提供正面照明。然后，可使用成像裝置在(例如)連續(xù)的曝光循環(huán)期間捕獲生物生長板122的ー個或多個圖像。圖3是圖2所不系統(tǒng)的側(cè)視圖，其提供用于不出有關(guān)照明I旲塊140a和140b的額外細(xì)節(jié)。圖3的視圖包括其上設(shè)置有生長板122的板支撐件120。在圖示實施例中，生長板122設(shè)置在由殼體121限定的空間123內(nèi)，成像裝置130相對于孔131設(shè)置成使得能夠如本文所述獲得板支撐件120上的生長板122的圖像。照明模塊140a和140b可設(shè)置成使得其發(fā)出的光被引導(dǎo)到殼體121的空間123中，從而對設(shè)置在板支撐件120上的生長板122進(jìn)行照明?？赡軆?yōu)選的是，照明模塊140a和140b包括透射面板146a和146b，使得光可通過進(jìn)入空間123中，但碎屑無法進(jìn)入照明模塊 140a 和 140b ο在圖示實施例中，照明模塊140a和140b各包括均化腔141a/141b、提取元件145a/145b和會聚元件144a/144b、以及ー個或多個照明源142a/142b。在操作中，ー個或多個照明源142a/142b將光發(fā)射到均化腔141a/141b中。均化腔141a/141b的內(nèi)表面143a/143b優(yōu)選地使照明源142a/142b所發(fā)出的光勻化。如本文所用，“均化”可涉及通過從內(nèi)表面143a/143b漫反射來使光色散(例如，朗伯色散)和/或使光的偏振隨機(jī)化。可以多種不同的形式提供內(nèi)表面143a/143b,但在ー些實施例中，可利用反射性內(nèi)部涂層來提供內(nèi)表面143a/143b，例如，得自LABSPHERE (North Sutton, NH)的6080白色反射涂層?？赡軆?yōu)選的是，用于內(nèi)表面的材料與朗伯色散結(jié)合提供高反射率。照明模塊140a/140b的均化腔141a/141b可采取圓柱體形式，其可優(yōu)選具有大致圓形橫截面形狀。由照明源142a/142b發(fā)射到均化腔141a/141b中的光通過提取元件145a/145b離開腔141a/141b。照明源142a/142b可附接到均化腔141a/141b，使得由照明源142a/142b發(fā)出的光在離開均化腔141a/141b之前必須從內(nèi)表面143a/143b反射至少一次。在一些實施例中，提取元件145a/145b可采取均化腔141a/141b中的開ロ的形式?？赡軆?yōu)選的是，提取元件145a/145b采取形成于均化腔141a/141b的殼體中的細(xì)長狹槽的形式。在一些實施例中，提取元件145a/145b可為開放式的，S卩，空隙形式。在其他實施例中，提取元件145a/145b可采取透射窗ロ的形式，光可通過該透射窗ロ離開均化腔141a/141b。盡管示出僅ー個提取元件145a/145b與均化腔141a/141b中的每ー個連接，但也可提供多個提取元件145a/145b。如圖3所示，通過提取元件145a/145b離開均化腔141a/141b的光在進(jìn)入殼體121的空間123 (其中生長板122設(shè)置在板支撐件120上)之前可被引導(dǎo)到會聚元件144a/144b中。會聚元件144a/144b用于控制照明模塊140a/140b發(fā)射光的角范圍。對所發(fā)射光的方向的控制可潛在地提供這樣的優(yōu)點(diǎn)，例如，減少從生長板122的表面的反射，所述反射會潛在地干擾生長板的成像，等等。
為了實現(xiàn)光的所選程度的會聚/準(zhǔn)直，在一些實施例中，會聚元件144a/144b可被提供為ー對互補(bǔ)拋物面。在一些實施例中，會聚元件144a/144b的內(nèi)反射表面可帶反射材料村里，所述反射材料提供光的漫反射，以減少在表面為鏡面反射式的情況下會出現(xiàn)的條帯。在其他實施例中，會聚元件144a/144b可采取(例如)能夠?qū)Πl(fā)射角度提供控制的另ー光學(xué)元件的形式，例如棱鏡片(例如，得自3M Company的VIKUITI增亮膜)等?？赡軆?yōu)選的是，用于對板支撐件120進(jìn)行照明的光學(xué)部件組合以提供具有隨機(jī)偏振的光?？梢怨獍l(fā)射的角范圍來描述會聚元件144a/144b和/或照明模塊140a/140b。從圖3可以看出，角范圍a (alpha)被定義為包含照明模塊140a/140b所發(fā)射光的90%的角范圍。照明模塊140a/140b還可被定義為具有發(fā)射軸線149a/149b，所述發(fā)射軸線可被描述為位于從照明模塊140a/140b發(fā)射光的角范圍a (alpha)中心的線(或面)。通?？赏ㄟ^檢測入射在垂直于照明模塊140a/140b的發(fā)射軸線149a/149b取向的、表面上的光線來確定角范圍a (alpha)。對于本文所述設(shè)備，圖3所不角范圍a (alpha)的ー些潛在可用的值可為60度或更小、45度或更小、30度或更小、15度或更小、或者甚至接近零(即，完全或幾乎完全準(zhǔn)直的光)。照明模塊140a/140b可相對于板支撐件120布置或取向成使得照明模塊140a/140b的發(fā)射軸線149a/149b與法向軸線124之間形成的入射角β (beta)在可接受的范圍內(nèi)(其優(yōu)選為能夠潛在地提高成像裝置130對生長板122的成像的范圍)。法向軸線124大致垂直于由圖3中的板支撐件120上的生長板122的上表面限定的成像平面。在所述范圍的上端，入射角β (beta)可在75度或更小、70度或更小、或者甚至65度或更小的范圍內(nèi)。在所述范圍的下端，入射角β (beta)可在50度或更小、55度或更小、60度或更小、或者甚至65度或更小的范圍內(nèi)。在一些實施例中，照明模塊140a/140b可發(fā)射直接入射在設(shè)置在板支撐件120上的生長板122的基本上整個表面上的光。在一些實施例中，照明模塊140a/140b可發(fā)射直接入射在板支撐件120(在一些實施例中，其尺寸可不同于生長板122)的基本上整個表面上的光。上述變量，S卩，角范圍a (alpha)和入射角β (beta)優(yōu)選被選擇為對板支撐件120(和/或設(shè)置于其上的生長板122)提供所需照明。可影響照明區(qū)域的另ー變量是照明模塊140a/140b與板支撐件120(和/或生長板122)之間的距離。隨著所述距離増大，假設(shè)角范圍a (alpha)和入射角β (beta)保持恒定，則照射區(qū)域也將増大。相反，如果該距離保持恒定，則角范圍a (alpha)和/或入射角β (beta)的改變可影響照明模塊140a/140b所照射區(qū)域的大小。在一個實施例中，例如，照明模塊140a/140b各在約45度的選擇角范圍a (alpha)內(nèi)提供光。照明模塊還相對于板表面120以約70度的入射角β (beta)取向。照明模塊140a/140b設(shè)置在距板支撐件一定距離處，使得各照明模塊140a和140b發(fā)射直接入射在板支撐件120的寬度為約80毫米(mm)(在圖示實施例中，該寬度近似等于生長板122的寬度)的區(qū)域上的光。在包括用于對同一板支撐表面進(jìn)行照明的兩個或更多個照明模塊的實施例中，所述兩個或更多個照明模塊的特性(例如，角范圍角范圍a (alpha)、入射角β (beta)等)可相同或者可不同。
對由本文所述生物生長板掃描儀中所使用的照明模塊提供給生長板的照明進(jìn)行控制的最終結(jié)果可以是在待成像表面上獲得平面場均一性。在一些實施例中，系統(tǒng)中所使用的照明模塊可用在板支撐表面上變化±10%或更小的照明強(qiáng)度來對板支撐表面120進(jìn)行照明。在其他實施例中，本文所述照明模塊能夠?qū)崿F(xiàn)在板支撐表面上變化±5%或更小的照明強(qiáng)度。在一些實施例中，可通過改變照明模塊140a/140b中每ー個的入射角β (beta)來調(diào)節(jié)板支撐表面120上的照明強(qiáng)度的均一性。在至少ー些實施例中，可通過使照明模塊140a/140b繞其相應(yīng)縱向軸線147a/147b (示出于圖2和圖3)旋轉(zhuǎn)來調(diào)節(jié)入射角β (beta),所述旋轉(zhuǎn)改變光入射在板支撐表面上的角度。在其他實施例中，照明模塊140a/140b可繞與均化腔的縱向軸線147a/147b大致對齊的其他軸線旋轉(zhuǎn)，以調(diào)節(jié)照明模塊的入射角β (beta)。對入射角β (beta)之一或其二者的調(diào)節(jié)可用于改善提供給板支撐表面的照明的均一性。盡管圖3中未示出，本文所述生物生長板掃描儀可包括背部照明設(shè)備(參見圖I 中的項50)。在此類系統(tǒng)中，板支撐件120可為透射性的，使得來自背部照明設(shè)備的光能夠透射穿過板支撐件，從而到達(dá)生長板122的背表面(其中生長板122的背表面是面向板支撐件120的表面)。實施例實施例I是ー種對生物生長板掃描儀中的生物生長板進(jìn)行照明的照明設(shè)備，所述設(shè)備包括板支撐表面，其包括第一側(cè)以及與所述第一側(cè)相對設(shè)置的第二側(cè)；第一照明模塊，其取向為對所述板支撐表面的第一部分進(jìn)行照明，其中所述第一照明模塊包括均化腔，其包括內(nèi)表面，其中所述內(nèi)表面為漫反射的，其中所述均化腔的所述內(nèi)表面包括管，所述管包括沿所述均化腔的長度延伸的縱向軸線，并且其中所述縱向軸線與所述板支撐表面的所述第一側(cè)對齊；照明源，其可操作地連接至所述均化腔，其中所述照明源將光發(fā)射到所述均化腔中；所述均化腔中的提取元件，發(fā)射到所述均化腔中的光通過所述提取元件離開所述均化腔，其中所述提取元件具有與所述縱向軸線對齊的長度，并且其中所述照明源、所述均化腔的所述內(nèi)表面、以及所述提取元件布置成使得由所述照明源發(fā)射到所述均化腔中的光在通過所述提取元件離開所述均化腔之前，從所述均化腔的所述內(nèi)表面反射至少一次；會聚元件，其可操作地連接至所述均化腔，并布置成使得通過所述提取元件離開所述均化腔的光必須穿過所述會聚元件；其中從所述提取元件穿過所述會聚元件的光在60度或更小的選擇角范圍a (alpha)內(nèi)離開所述會聚元件。實施例2是根據(jù)實施例I所述的設(shè)備，其中所述板支撐表面的所述第一部分包括所述板支撐表面的基本上全部。實施例3是根據(jù)實施例I所述的設(shè)備，其中所述板支撐表面限定成像平面，并且其中所述會聚元件包括位于所述角范圍a (alpha)的中心內(nèi)的中心發(fā)射軸線，并且其中所述中心發(fā)射軸線與垂直于所述成像平面的軸線形成75度或更小的入射角β (beta)。
實施例4是根據(jù)實施例3所述的設(shè)備，其中所述入射角β (beta)為50度或更大。實施例5是根據(jù)實施例4所述的設(shè)備，其中所述會聚元件的所述選擇角范圍a (alpha)為45度或更小。 實施例6是根據(jù)實施例5所述的設(shè)備，其中所述入射角β (beta)和所述選擇角范圍a (alpha)被選擇為使得通過在所述板支撐表面上變化± 10%或更小的照明強(qiáng)度來對所述板支撐表面進(jìn)行照明。實施例7是根據(jù)實施例I所述的設(shè)備，其中所述均化腔的所述管包括圓筒形管。實施例8是根據(jù)實施例I所述的設(shè)備，其中所述板支撐表面限定成像平面，并且其中所述會聚元件包括位于所述角范圍a (alpha)的中心內(nèi)的中心發(fā)射軸線，其中所述中心發(fā)射軸線與垂直于所述成像平面的軸線形成入射角β (beta)，并且其中所述第一照明模塊相對于所述均化腔的所述縱向軸線旋轉(zhuǎn)，以調(diào)節(jié)所述入射角β (beta)。實施例9是根據(jù)實施例8所述的設(shè)備，其中所述第一照明模塊繞所述均化腔的所述縱向軸線旋轉(zhuǎn)。實施例10是根據(jù)實施例I所述的設(shè)備，其中所述會聚元件包括一對拋物面。實施例11是根據(jù)實施例10所述的設(shè)備，其中所述拋物面包括漫反射表面。實施例12是根據(jù)實施例1-11中任一項所述的設(shè)備，所述設(shè)備還包括第二照明模塊，其取向為對所述板支撐表面的第二部分進(jìn)行照明，其中所述第二照明模塊包括均化腔，其包括內(nèi)表面，其中所述內(nèi)表面為漫反射的，其中所述均化腔的所述內(nèi)表面包括管，所述管包括沿所述均化腔的長度延伸的縱向軸線，并且其中所述縱向軸線與所述板支撐表面的所述第二側(cè)對齊；照明源，其可操作地連接至所述均化腔，其中所述照明源將光發(fā)射到所述均化腔中；所述均化腔中的提取元件，發(fā)射到所述均化腔中的光通過所述提取元件離開所述均化腔，其中所述提取元件具有與所述縱向軸線對齊的長度，并且其中所述照明源、所述均化腔的所述內(nèi)表面、以及所述提取元件布置成使得由所述照明源發(fā)射到所述均化腔中的光在通過所述提取元件離開所述均化腔之前，從所述均化腔的所述內(nèi)表面反射至少一次；會聚元件，其可操作地連接至所述均化腔，并布置成使得通過所述提取元件離開所述均化腔的光必須穿過所述會聚元件；其中從所述提取元件穿過所述會聚元件的光在60度或更小的選擇角范圍a (alpha)內(nèi)離開所述會聚元件。實施例13是根據(jù)實施例12所述的設(shè)備，其中所述板支撐表面的所述第二部分包括所述板支撐表面的基本上全部。實施例14是根據(jù)實施例12所述的設(shè)備，其中所述板支撐表面限定成像平面，并且其中所述第二照明模塊的所述會聚元件包括位于所述角范圍a (alpha)的中心內(nèi)的中心發(fā)射軸線，并且其中所述中心發(fā)射軸線與垂直于所述成像平面的軸線形成75度或更小的入射角β (beta) ο實施例15是根據(jù)實施例14所述的設(shè)備，其中所述第二照明模塊的所述入射角β (beta)為50度或更大。實施例16是根據(jù)實施例15所述的設(shè)備，其中所述第二照明模塊的所述會聚元件的所述選擇角范圍a (alpha)為45度或更小。
實施例17是根據(jù)實施例16所述的設(shè)備，其中所述第一照明模塊和所述第二照明模塊每ー個的所述入射角β (beta)和所述選擇角范圍a (alpha)被選擇為使得通過在所述板支撐表面上變化±10%或更小的照明強(qiáng)度來對所述板支撐表面進(jìn)行照明。實施例18是根據(jù)實施例12所述的設(shè)備，其中所述第二照明模塊的所述均化腔的所述管包括圓筒形管。實施例19是根據(jù)實施例12所述的設(shè)備，其中所述板支撐表面限定成像平面，并且其中所述第二照明模塊的所述會聚元件包括位于所述角范圍a (alpha)的中心內(nèi)的中心發(fā)射軸線，其中所述中心發(fā)射軸線 與垂直于所述成像平面的軸線形成入射角β (beta)，并且其中所述第二照明模塊相對于所述第二照明模塊的所述均化腔的所述縱向軸線旋轉(zhuǎn)，以調(diào)節(jié)所述入射角β (beta)。實施例20是根據(jù)實施例19所述的設(shè)備，其中所述第二照明模塊繞所述第二照明模塊的所述均化腔的所述縱向軸線旋轉(zhuǎn)。實施例21是根據(jù)實施例12所述的設(shè)備，其中所述第二照明模塊的所述會聚元件包括一對拋物面。實施例22是根據(jù)實施例21所述的設(shè)備，其中所述第二照明模塊的所述會聚元件的所述拋物面包括漫反射表面。實施例23是ー種對生物生長板掃描儀的板支撐表面進(jìn)行照明的方法，所述方法包括將生長板置于根據(jù)實施例12所述的設(shè)備的板支撐表面上；利用所述第一和第二照明模塊對所述生長板進(jìn)行照明。實施例24是根據(jù)實施例23所述的方法，所述方法還包括使所述第一照明模塊相對于所述第一照明模塊的所述均化腔的所述縱向軸線旋轉(zhuǎn);在旋轉(zhuǎn)所述第一照明模塊之后和/或同時，測量整個所述板支撐表面上的照明強(qiáng)度。實施例25是根據(jù)實施例24所述的方法，其中所述旋轉(zhuǎn)包括使所述第一照明模塊繞所述第一照明模塊的所述均化腔的所述縱向軸線旋轉(zhuǎn)。實施例26是ー種生物生長板掃描儀，包括成像裝置；圖像處理器，其可操作地連接至所述成像裝置；根據(jù)實施例1-22中任一項所述的照明設(shè)備。本文引用的專利案、專利申請案及公開案系以引用的方式全部并入本文中(達(dá)到其不與本文所包含的公開內(nèi)容沖突的程度)，就如同単獨(dú)地并入每ー個一祥。本文討論了本發(fā)明的示例性實施例并且提及了處于本發(fā)明范圍內(nèi)的可能變體。在不脫離本發(fā)明范圍的前提下，對于本領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員來說，本發(fā)明中以上和其他變型和修改形式將顯而易見，并且應(yīng)當(dāng)理解本發(fā)明并不限于本文所述的示例性實施例。因此，本發(fā)明僅受以下所提供的權(quán)利要求書及其等同形式限制。
權(quán)利要求
1.ー種對生物生長板掃描儀中的生物生長板進(jìn)行照明的照明設(shè)備，所述設(shè)備包括 板支撐表面，包括第一側(cè)以及與所述第一側(cè)相對設(shè)置的第二側(cè)； 第一照明模塊，取向為對所述板支撐表面的第一部分進(jìn)行照明，其中所述第一照明模塊包括 均化腔，包括內(nèi)表面，其中所述內(nèi)表面為漫反射的，其中所述均化腔的所述內(nèi)表面包括管，所述管包括沿所述均化腔的長度延伸的縱向軸線，并且其中所述縱向軸線與所述板支撐表面的所述第一側(cè)對齊； 照明源，在操作上連接至所述均化腔，其中所述照明源將光發(fā)射到所述均化腔中； 提取元件，位于所述均化腔中，發(fā)射到所述均化腔中的光通過所述提取元件離開所述均化腔，其中所述提取元件具有與所述縱向軸線對齊的長度，并且其中所述照明源、所述均化腔的所述內(nèi)表面、以及所述提取元件布置成使得由所述照明源發(fā)射到所述均化腔中的光在通過所述提取元件離開所述均化腔之前，從所述均化腔的所述內(nèi)表面反射至少一次； 會聚元件，在操作上連接至所述均化腔，并布置成使得通過所述提取元件離開所述均化腔的光必須穿過所述會聚元件；其中從所述提取元件穿過所述會聚元件的光在60度或更小的選擇角范圍a (alpha)內(nèi)離開所述會聚元件。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的設(shè)備，其中所述板支撐表面的所述第一部分包括所述板支撐表面的基本上全部。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的設(shè)備，其中所述板支撐表面限定成像平面，并且其中所述會聚元件包括位于所述角范圍a (alpha)的中心內(nèi)的中心發(fā)射軸線，并且其中所述中心發(fā)射軸線與垂直于所述成像平面的軸線形成75度或更小的入射角β (beta)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的設(shè)備，其中所述入射角β(beta)為50度或更大。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的設(shè)備，其中所述會聚元件的所述選擇角范圍a(alpha)為45度或更小。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的設(shè)備，其中所述入射角β(beta)和所述選擇角范圍a (alpha)被選擇為使得通過在所述板支撐表面上變化± 10%或更小的照明強(qiáng)度來對所述板支撐表面進(jìn)行照明。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的設(shè)備，其中所述均化腔的所述管包括圓筒形管。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的設(shè)備，其中所述板支撐表面限定成像平面，并且其中所述會聚元件包括位于所述角范圍a (alpha)的中心內(nèi)的中心發(fā)射軸線，其中所述中心發(fā)射軸線與垂直于所述成像平面的軸線形成入射角β (beta)，并且其中所述第一照明模塊相對于所述均化腔的所述縱向軸線旋轉(zhuǎn)，以調(diào)節(jié)所述入射角β (beta)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的設(shè)備，其中所述第一照明模塊繞所述均化腔的所述縱向軸線旋轉(zhuǎn)。
10.根據(jù)權(quán)利要求I所述的設(shè)備，其中所述會聚元件包括一對拋物面。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的設(shè)備，其中所述拋物面包括漫反射表面。
12.根據(jù)權(quán)利要求1-11中任一項所述的設(shè)備，所述設(shè)備還包括第二照明模塊，所述第ニ照明模塊取向為對所述板支撐表面的第二部分進(jìn)行照明，其中所述第二照明模塊包括 均化腔，包括內(nèi)表面，其中所述內(nèi)表面為漫反射的，其中所述均化腔的所述內(nèi)表面包括管，所述管包括沿所述均化腔的長度延伸的縱向軸線，并且其中所述縱向軸線與所述板支撐表面的所述第二側(cè)對齊； 照明源，在操作上連接至所述均化腔，其中所述照明源將光發(fā)射到所述均化腔中； 提取元件，位于所述均化腔中，發(fā)射到所述均化腔中的光通過所述提取元件離開所述均化腔，其中所述提取元件具有與所述縱向軸線對齊的長度，并且其中所述照明源、所述均化腔的所述內(nèi)表面、以及所述提取元件布置成使得由所述照明源發(fā)射到所述均化腔中的光在通過所述提取元件離開所述均化腔之前，從所述均化腔的所述內(nèi)表面反射至少一次； 會聚元件，在操作上連接至所述均化腔，并布置成使得通過所述提取元件離開所述均化腔的光必須穿過所述會聚元件；其中從所述提取元件穿過所述會聚元件的光在60度或更小的選擇角范圍a (alpha)內(nèi)離開所述會聚元件。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的設(shè)備，其中所述板支撐表面的所述第二部分包括所述板支撐表面的基本上全部。
14.根據(jù)權(quán)利要求12所述的設(shè)備，其中所述板支撐表面限定成像平面，并且其中所述第二照明模塊的所述會聚元件包括位于所述角范圍a (alpha)的中心內(nèi)的中心發(fā)射軸線，并且其中所述中心發(fā)射軸線與垂直于所述成像平面的軸線形成75度或更小的入射角β (beta) ο
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的設(shè)備，其中所述第二照明模塊的所述入射角β(beta)為50度或更大。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的設(shè)備，其中所述第二照明模塊的所述會聚元件的所述選擇角范圍a (alpha)為45度或更小。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的設(shè)備，其中所述第一照明模塊和所述第二照明模塊每ー個的所述入射角β (beta)和所述選擇角范圍a (alpha)被選擇為使得通過在所述板支撐表面上變化±10%或更小的照明強(qiáng)度來對所述板支撐表面進(jìn)行照明。
18.根據(jù)權(quán)利要求12所述的設(shè)備，其中所述第二照明模塊的所述均化腔的所述管包括圓筒形管。
19.根據(jù)權(quán)利要求12所述的設(shè)備，其中所述板支撐表面限定成像平面，并且其中所述第二照明模塊的所述會聚元件包括位于所述角范圍a (alpha)的中心內(nèi)的中心發(fā)射軸線，其中所述中心發(fā)射軸線與垂直于所述成像平面的軸線形成入射角β (beta)，并且其中所述第二照明模塊相對于所述第二照明模塊的所述均化腔的所述縱向軸線旋轉(zhuǎn)，以調(diào)節(jié)所述入射角 β (beta) ο
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的設(shè)備，其中所述第二照明模塊繞所述第二照明模塊的所述均化腔的所述縱向軸線旋轉(zhuǎn)。
21.根據(jù)權(quán)利要求12所述的設(shè)備，其中所述第二照明模塊的所述會聚元件包括ー對拋物面。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的設(shè)備，其中所述第二照明模塊的所述會聚元件的所述拋物面包括漫反射表面。
23.—種對生物生長板掃描儀的板支撐表面進(jìn)行照明的方法，所述方法包括 將生長板置于根據(jù)權(quán)利要求12所述的設(shè)備的板支撐表面上； 利用所述第一和第二照明模塊對所述生長板進(jìn)行照明。
24.根據(jù)權(quán)利要求23所述的方法，所述方法還包括使所述第一照明模塊相對于所述第一照明模塊的所述均化腔的所述縱向軸線旋轉(zhuǎn)； 在旋轉(zhuǎn)所述第一照明模塊之后和/或同時，測量整個所述板支撐表面上的照明強(qiáng)度。
25.根據(jù)權(quán)利要求24所述的方法，其中所述旋轉(zhuǎn)包括使所述第一照明模塊繞所述第一照明模塊的所述均化腔的所述縱向軸線旋轉(zhuǎn)。
26.—種生物生長板掃描儀,包括 成像裝置； 圖像處理器，在操作上連接至所述成像裝置； 根據(jù)權(quán)利要求1-22中任一項所述的照明設(shè)備。
全文摘要
本文描述了一種對生物生長板(122)掃描儀中的生長板進(jìn)行照明的照明設(shè)備，所述設(shè)備包括一個或多個照明模塊(140)，其用于對設(shè)置在掃描儀中的板支撐表面(120)上的所述生物生長板(122)的前表面進(jìn)行照明。所述照明模塊可包括多個發(fā)光器(142)、均化腔(141)、提取元件和會聚元件(144)，以(例如)改善遞送至所述生物生長板(122)的照明的均一性。
文檔編號C12M1/34GK102667441SQ201080055734
公開日2012年9月12日 申請日期2010年12月2日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月8日
發(fā)明者菲利普·A·博萊亞 申請人:3M創(chuàng)新有限公司