專利名稱：使用低分辨率檢測(cè)來(lái)讀取化驗(yàn)品的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于讀取化驗(yàn)品的方法和裝置。
背景技術(shù)：
目前，化驗(yàn)品是通過(guò)人眼或高成本成像系統(tǒng)讀取的，而這樣讀取化驗(yàn)品的結(jié)果是由個(gè)人判斷或昂貴的儀器決定的。
讀取這些化驗(yàn)品的目的之一是確定被化驗(yàn)的生物或化學(xué)材料樣本是否包括特定分析物或分析物的衍生物或組份。作為化驗(yàn)主體的特定分析物被稱為所關(guān)心的分析物。該樣本可包括諸如尿液、唾液或血漿等生物材料。該樣本還可包括諸如雨水、淤泥等化學(xué)材料。
使用下述基板來(lái)進(jìn)行化驗(yàn)，在所述基板表面上圖案化有敏感區(qū)域。這種基板是現(xiàn)有技術(shù)，所述敏感區(qū)域是通過(guò)對(duì)表面進(jìn)行化學(xué)或物理處理而形成的。敏感區(qū)域的圖案包括一種或多種形狀，例如直徑約為1厘米(cm)的圓形。
基板一般由硅或玻璃制成，并且具有光滑表面?；宓谋砻姘舾袇^(qū)域，其對(duì)暴露給所關(guān)心的分析物作出反應(yīng)。該敏感區(qū)域與敏感區(qū)域之外的基板是不能被區(qū)分的，除非敏感區(qū)域被暴露給所關(guān)心的分析物。敏感區(qū)域?qū)?duì)敏感區(qū)域被暴露給所關(guān)心的分析物或所關(guān)心的分析物的衍生物(諸如通過(guò)粘合到所關(guān)心的分析物)作出反應(yīng)。
需要由人眼或高成本、高分辨率的檢測(cè)系統(tǒng)來(lái)檢測(cè)敏感區(qū)域在被暴露給所關(guān)心的分析物時(shí)的這種反應(yīng)，該檢測(cè)確定敏感區(qū)域在被暴露給所關(guān)心的分析物時(shí)的形狀。
在現(xiàn)有技術(shù)中，人觀察敏感區(qū)域以確定由暴露給樣本引起的敏感區(qū)域的外觀改變相對(duì)于基板其余部分的外觀改變是否足夠，從而斷定敏感區(qū)域被暴露給所關(guān)心的分析物，因此所關(guān)心的分析物被包括在樣本中。
由人來(lái)對(duì)是否檢測(cè)到所關(guān)心的分析物作出確定，可能是不一致的，并且容易出錯(cuò)。
由現(xiàn)有技術(shù)的系統(tǒng)(一般是電荷耦合設(shè)備(基于CCD的)系統(tǒng)和某些基于CMOS的系統(tǒng))來(lái)確定很昂貴，因?yàn)檫@些系統(tǒng)是高分辨率系統(tǒng)，它們?cè)谡麄€(gè)基板上確定被暴露給所關(guān)心的分析物的敏感區(qū)域在基板表面上的形狀和位置。但是，這種詳細(xì)的確定是不必要的。
本領(lǐng)域中已知統(tǒng)計(jì)模式識(shí)別。統(tǒng)計(jì)模式識(shí)別在“Statistical PatternRecognitionA Review”，Anil K.Jain，Robert P.W.Duin，和Jianchang Mao，IEEE Transactions on Pattern Analysis and Machine Intelligence，Vol.22，No.1，pp.4-37，2000年1月中有所討論，其全部?jī)?nèi)容通過(guò)引用包含于此。
現(xiàn)有技術(shù)的問(wèn)題在于不能以低廉和一致的方法來(lái)檢測(cè)化學(xué)或生物分析物。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個(gè)方面是提供低成本的化驗(yàn)品讀出器。
本發(fā)明的另一方面是讀取單個(gè)化驗(yàn)品中的多個(gè)分析物。
本發(fā)明的另一方面是提供比現(xiàn)有技術(shù)更可預(yù)測(cè)和更一致的化驗(yàn)品讀取結(jié)果。
上述方面通過(guò)讀取化驗(yàn)品的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)，該方法包括照明基板。該基板包括敏感區(qū)域。該方法還包括檢測(cè)所述基板是否被暴露給所關(guān)心的分析物。所述檢測(cè)包括使用低分辨率檢測(cè)器和關(guān)于所述敏感區(qū)域的先驗(yàn)數(shù)據(jù)來(lái)確定從所述敏感區(qū)域返回的第一部分照明光(illumination)的特性是否不同于從所述敏感區(qū)域之外的基板返回的第二部分照明光的特性。
上述方面還通過(guò)一種用于讀取置于具有敏感區(qū)域的基板上的樣本的化驗(yàn)品以確定所述樣本中是否包括所關(guān)心的分析物的裝置來(lái)實(shí)現(xiàn)。該裝置包括照明器，其被布置來(lái)照明所述基板；低分辨率檢測(cè)器，其被布置來(lái)檢測(cè)從所述基板返回的照明光；以及分析器，其耦合到所述低分辨率檢測(cè)器并響應(yīng)于關(guān)于所述敏感區(qū)域的先驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行工作，以通過(guò)分析檢測(cè)到的照明光來(lái)確定從所述敏感區(qū)域返回的第一部分照明光的特性是否不同于從所述敏感區(qū)域之外的基板返回的第二部分照明光的特性，從而確定所述基板是否被暴露給所述所關(guān)心的分析物。
上述方面還通過(guò)一種用于讀取化驗(yàn)品的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)。該方法包括照明基板，所述基板包括多個(gè)敏感區(qū)域。該方法還包括檢測(cè)所述基板是否被暴露給所關(guān)心的分析物，所述檢測(cè)包括使用低分辨率檢測(cè)和關(guān)于所述敏感區(qū)域的先驗(yàn)數(shù)據(jù)來(lái)確定從所述多個(gè)敏感區(qū)域之一返回的第一部分照明光的特性和從所述多個(gè)敏感區(qū)域中的另一個(gè)返回的第二部分照明光的特性之一或二者是否不同于從所述多個(gè)敏感區(qū)域之外的基板返回的第三部分照明光的特性。
此外，上述方面還通過(guò)一種用于讀取置于具有多個(gè)敏感區(qū)域的基板上的樣本的化驗(yàn)品以確定所述樣本中是否包括所關(guān)心的各種分析物的裝置來(lái)實(shí)現(xiàn)。該裝置包括照明器，其被布置來(lái)照明所述基板；低分辨率檢測(cè)器，其被布置來(lái)檢測(cè)從所述基板返回的照明光并且包括檢測(cè)器陣列；以及分析器，其耦合到所述低分辨率檢測(cè)器并響應(yīng)于關(guān)于所述多個(gè)敏感區(qū)域的先驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行工作，以通過(guò)分析檢測(cè)到的特性來(lái)確定從所述多個(gè)敏感區(qū)域之一返回的第一部分照明光的特性和從所述多個(gè)敏感區(qū)域中的另一個(gè)返回的第二部分照明光的特性之一或二者是否不同于從所述多個(gè)敏感區(qū)域之外的基板返回的第三部分照明光的特性，從而確定所述多個(gè)敏感區(qū)域中的至少一個(gè)是否被暴露給所述所關(guān)心的分析物。
此外，上述方面還通過(guò)一種用于讀取置于具有敏感區(qū)域的基板上的樣本的化驗(yàn)品以確定所述樣本中是否包括所關(guān)心的分析物的裝置來(lái)實(shí)現(xiàn)。該裝置包括照明器，其被布置來(lái)照明所述基板；低分辨率檢測(cè)器，其被布置來(lái)檢測(cè)從所述基板返回的照明光；以及處理器，其耦合到所述低分辨率檢測(cè)器并響應(yīng)于關(guān)于所述敏感區(qū)域的先驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行工作，以通過(guò)執(zhí)行統(tǒng)計(jì)模式識(shí)別功能來(lái)分析被檢測(cè)到的照明光從而確定從所述敏感區(qū)域返回的第一部分照明光的特性是否不同于從所述敏感區(qū)域之外的基板返回的第二部分照明光的特性，進(jìn)而確定所述基板是否被暴露給所述所關(guān)心的分析物。
隨后將變得明顯的這些以及其它方面存在于下文更為完整描述并要求保護(hù)的構(gòu)造與操作細(xì)節(jié)中，對(duì)附圖的引用成為上述細(xì)節(jié)的一部分，在所有附圖中相似的標(biāo)號(hào)指示相似的部件。


圖1A和1B是示出了在被暴露給分析物之前和之后的基板上的敏感區(qū)域的示意圖。
圖2是示出了本發(fā)明的用于讀取置于基板上敏感區(qū)域處的樣本的化驗(yàn)品的裝置的示意圖。
圖3A、3B、3C、3D、3E、3F、3G、3H和3I是示出了根據(jù)本發(fā)明的基板和檢測(cè)器響應(yīng)的示意圖。
圖4是示出了暴露樣本和相應(yīng)的低分辨率圖像的示意圖。
圖5是示出了本發(fā)明的用于讀取置于基板上敏感區(qū)域處的樣本的化驗(yàn)品的裝置的示意圖，其中所述裝置包括線性成像陣列。
圖6是示出了本發(fā)明的暴露樣本和線性陣列上的相應(yīng)的時(shí)間相關(guān)低分辨率圖像的示意圖。
圖7是示出了根據(jù)本發(fā)明使用低分辨率成像來(lái)讀取被暴露給分析物的基板的化驗(yàn)品的方法流程圖。
圖8是示出了根據(jù)本發(fā)明使用低分辨率成像來(lái)讀取被暴露給分析物的基板的化驗(yàn)品的另一方法流程圖。
具體實(shí)施例方式
圖1A和1B是示出了其上具有敏感區(qū)域102的基板100的示意圖?；?00也可以是具有敏感區(qū)域102的試驗(yàn)片。
圖1A示出了在敏感區(qū)域102被暴露給具有所關(guān)心的分析物的樣本之前的敏感區(qū)域102，圖1B示出了在敏感區(qū)域102被暴露給具有所關(guān)心的分析物的樣本之后的敏感區(qū)域102。
如圖1A所示，在基板100的表面被暴露給具有所關(guān)心的分析物的樣本之前，在照明基板100的表面時(shí)，從敏感區(qū)域102返回的那一部分照明光與從基板100的敏感區(qū)域以外的基板103返回的那一部分照明光具有相同的特性。
此外，如圖1A所示，在基板100的表面被暴露給沒(méi)有所關(guān)心的分析物的樣本后，從敏感區(qū)域102返回的那一部分照明光與從敏感區(qū)域以外的基板103返回的那一部分照明光具有相同的特性。即，基板100的表面被暴露給沒(méi)有所關(guān)心的分析物的樣本，這并沒(méi)有引起從敏感區(qū)域102返回的照明光的特性相比于從敏感區(qū)域以外的基板103返回的照明光的特性的改變。
如圖1B所示，敏感區(qū)域102被暴露給具有所關(guān)心的分析物的樣本將使得從敏感區(qū)域102返回的那部分照明光的特性發(fā)生變化。從敏感區(qū)域102返回的那部分照明光的這一特性變化可被本發(fā)明的低分辨率檢測(cè)器檢測(cè)到，如這里下文所解釋的那樣。
即，在基板被暴露給樣本之前從敏感區(qū)域102和敏感區(qū)域之外的基板103返回的部分照明光的特性、基板被暴露給沒(méi)有所關(guān)心的分析物的樣本之后從敏感區(qū)域102和敏感區(qū)域之外的基板103返回的部分照明光的特性、以及基板被暴露給所關(guān)心的分析物之后從敏感區(qū)域之外的基板103返回的部分照明光的特性之間沒(méi)有可檢測(cè)到的差別，但是上述任意特性和敏感區(qū)域102被暴露給所關(guān)心的分析物之后從敏感區(qū)域102返回的照明光的特性之間有可檢測(cè)到的差別。
基板100的表面具有某種紋理，該紋理并不一定是光滑的，即其可以是粗糙的。此外，基板100的表面被暴露給樣本可能改變從基板100返回的照明光的特性，不論在樣本中是否存在所關(guān)心的分析物。即，樣本可在基板100的表面上形成覆層，從而從敏感區(qū)域102返回的第一部分照明光的特性和從敏感區(qū)域之外的基板103返回的第二部分照明光的特性都可能響應(yīng)于對(duì)樣本的暴露而發(fā)生改變。如果從敏感區(qū)域102返回的那部分照明光的特性與從敏感區(qū)域之外的基板103返回的那部分照明光的特性之間存在可檢測(cè)到的差別，則本發(fā)明確定敏感區(qū)域102被暴露給所關(guān)心的分析物，因此樣本中包括所關(guān)心的分析物。如果在上述特性之間沒(méi)有可檢測(cè)到的差別，則本發(fā)明確定敏感區(qū)域102沒(méi)有被暴露給所關(guān)心的分析物，因此樣本中不包括所關(guān)心的分析物。
因此，在被暴露給所關(guān)心的分析物后，從敏感區(qū)域102返回的那部分照明光的特性和從敏感區(qū)域之外的基板103返回的那部分照明光的特性之間存在差別，該差別可被本發(fā)明的低分辨率檢測(cè)器檢測(cè)。
圖2是示出了本發(fā)明的用于讀取置于基板100中的樣本的化驗(yàn)品的低分辨率成像裝置200的實(shí)施例的示意圖。
即，圖2是示出了用于讀取位于具有敏感區(qū)域102的基板100上的樣本的化驗(yàn)品以確定樣本中是否包括所關(guān)心的分析物的低分辨率成像裝置200的示意圖。該低分辨率成像裝置200包括照明器202、低分辨率檢測(cè)器206，以及分析器208。在圖2的低分辨率成像裝置200中，分析器208是處理器。在本發(fā)明的另一實(shí)施例中，分析器可以是數(shù)字信號(hào)處理器、專用計(jì)算機(jī)硬件或簡(jiǎn)單電子電路。
再參照?qǐng)D2，照明器202被布置來(lái)照明基板100。低分辨率檢測(cè)器206被布置來(lái)檢測(cè)從基板100返回的照明光。分析器208耦合到低分辨率檢測(cè)器206，并參照關(guān)于敏感區(qū)域102的先驗(yàn)數(shù)據(jù)(priori data)而進(jìn)行工作，以通過(guò)分析檢測(cè)到的照明光來(lái)確定從敏感區(qū)域102返回的第一部分照明光的特性是否不同于從敏感區(qū)域之外的基板103返回的第二部分照明光的特性，從而確定基板100是否被暴露給所關(guān)心的分析物。如果基板上包括多個(gè)敏感區(qū)域102，則本發(fā)明參照關(guān)于多個(gè)敏感區(qū)域102的先驗(yàn)數(shù)據(jù)而進(jìn)行工作。
在樣本被置于基板100上之后，本發(fā)明的低分辨率成像裝置200用照明器202照明基板100。照明器202包括被布置在基板100上方照射的輻射源，例如可見(jiàn)光、紅外、紫外或來(lái)自發(fā)光二極管的微波輻射、環(huán)境光、燈泡、微波源等。本發(fā)明并不限于檢測(cè)可見(jiàn)光，而是至少也可檢測(cè)上述種類的照明光(illumination)。
可選地，使用透鏡(未在圖2中示出)來(lái)將來(lái)自照明器202的照明光聚焦到基板100。
在基板100被照明器202照明后，從基板100返回的照明光的特性被低分辨率檢測(cè)器206檢測(cè)。從基板100返回的照明光的特性包括從基板上各個(gè)位置返回的照明光的特性，所述各個(gè)位置包括基板的敏感區(qū)域和基板的敏感區(qū)域之外的基板。
可選地，使用成像透鏡204來(lái)將從基板100返回的照明光導(dǎo)向低分辨率檢測(cè)器206。
從基板100返回低分辨率檢測(cè)器206的照明光的特性和從基板100的各個(gè)位置返回低分辨率檢測(cè)器206的各部分照明光的特性例如包括光譜強(qiáng)度、功率、極化或熒光等，或它們的組合。諸如圖像、單個(gè)像素值和反照率等其他有用信息可從這些特性確定?；?00的各個(gè)位置可包括敏感區(qū)域102和敏感區(qū)域之外的基板103，以及敏感區(qū)域102和敏感區(qū)域之外的基板103之間的邊緣。從基板100的各個(gè)位置返回低分辨率檢測(cè)器206的照明光的特性之間的差別可被低分辨率檢測(cè)器206檢測(cè)到。
本發(fā)明的低分辨率檢測(cè)器206檢測(cè)從基板100返回的照明光的特性，更具體地說(shuō)，檢測(cè)從基板的敏感區(qū)域102返回的第一部分照明光的特性和從基板的敏感區(qū)域之外的基板103返回的第二部分照明光(可選地以及從它們之間的邊緣返回的照明光)的特性之間是否存在差別。
在本發(fā)明中，低分辨率檢測(cè)是檢測(cè)從敏感區(qū)域102返回的第一部分照明光，以及從敏感區(qū)域之外的基板103返回的第二部分照明光，還可選地包括檢測(cè)第一部分照明光和第二部分照明光的組合。本發(fā)明的低分辨率檢測(cè)由低分辨率檢測(cè)器206執(zhí)行。
第一部分照明光和第二部分照明光的組合是第一部分照明光的量和第二部分照明光的量的和。
低分辨率檢測(cè)器206包括能夠確定從敏感區(qū)域102返回的那部分照明光的特性和從敏感區(qū)域之外的基板103返回的那部分照明光(可選地以及從它們之間的邊緣返回的照明光)的特性之間是否存在差別的最少數(shù)量的檢測(cè)器元件，例如像素。
在本發(fā)明的低分辨率檢測(cè)中，本發(fā)明的低分辨率檢測(cè)器206區(qū)分從敏感區(qū)域102返回的那部分照明光的特性和從敏感區(qū)域之外的基板103返回的那部分照明光的特性。為了區(qū)分從敏感區(qū)域返回的那部分照明光的特性和從敏感區(qū)域之外的基板103返回的那部分照明光的特性，在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，低分辨率檢測(cè)器206包括至少一個(gè)檢測(cè)器元件，其中如果低分辨率檢測(cè)器206操作接收至少兩個(gè)從基板100的不同部分返回的照明光的檢測(cè)，則基板100移動(dòng)；在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例中，低分辨率檢測(cè)器206包括至少兩個(gè)檢測(cè)器元件，其中如果低分辨率檢測(cè)器操作接收從基板100的不同部分返回的照明光的檢測(cè)，則基板100不動(dòng)。
本發(fā)明的低分辨率檢測(cè)器206可包括具有一個(gè)檢測(cè)器元件的光檢測(cè)器(如果基板100移動(dòng)并且利用這一個(gè)檢測(cè)器元件對(duì)基板100的不同位置進(jìn)行多個(gè)檢測(cè))、具有兩個(gè)或多個(gè)檢測(cè)器元件的光檢測(cè)器、具有對(duì)應(yīng)于像素的檢測(cè)器元件的一維線性陣列的光檢測(cè)器、具有對(duì)應(yīng)于像素的檢測(cè)器元件的陣列(例如一維(1D)陣列或二維(2D)陣列)的光檢測(cè)器，或它們的組合。低分辨率檢測(cè)器206可包括CMOS(互補(bǔ)金屬氧化物硅)檢測(cè)器。
本發(fā)明并不限于低分辨率檢測(cè)器206的上述實(shí)施例。在本發(fā)明的其他實(shí)施例中，低分辨率檢測(cè)器206還可包括諸如網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)(webcam)或蜂窩電話照相機(jī)的低分辨率照相機(jī)或成像系統(tǒng)，只要該低分辨率照相機(jī)或成像系統(tǒng)以本發(fā)明的方式執(zhí)行低分辨率檢測(cè)，本發(fā)明的方式是指如如果基板100不動(dòng)，則使用最小數(shù)目的像素(即兩個(gè)或多個(gè)像素)來(lái)檢測(cè)第一部分照明光的特性和第二部分照明光的特性，如果基板100移動(dòng)，則使用一個(gè)像素(并且利用一個(gè)像素在基板100上不同位置處進(jìn)行多個(gè)檢測(cè))來(lái)檢測(cè)第一部分照明光的特性和第二部分照明光的特性，而不分析低分辨率照相機(jī)或成像系統(tǒng)中包括的所有像素值。s本發(fā)明參照先驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行工作，所述先驗(yàn)數(shù)據(jù)的示例包括基板100的照明光強(qiáng)度、顏色、敏感區(qū)域102由暴露給所關(guān)心的分析物而引起的相對(duì)反照率(relative albedo)、低分辨率檢測(cè)器206的檢測(cè)器位置、敏感區(qū)域102的大小、敏感區(qū)域102的位置，和/或敏感區(qū)域102的形狀、從基板的敏感區(qū)域返回的第一部分照明光的特性和從敏感區(qū)域之外的基板103返回的第二部分照明光的特性之間的差別的閾值，等等。
現(xiàn)在討論作為本發(fā)明的低分辨率檢測(cè)器206的實(shí)施例，其中使用兩個(gè)光檢測(cè)器、一個(gè)線性成像像素陣列、一維成像像素陣列以及二維成像像素陣列。
在本發(fā)明的實(shí)施例中，使用最小數(shù)目的兩個(gè)檢測(cè)器(例如光檢測(cè)器)來(lái)確定從敏感區(qū)域102返回的第一部分照明光的特性和從敏感區(qū)域之外的基板103返回的第二部分照明光的特性之間的差別。與該確定相關(guān)的先驗(yàn)數(shù)據(jù)的示例包括敏感區(qū)域102的知識(shí)、對(duì)應(yīng)于敏感區(qū)域內(nèi)位置的一個(gè)檢測(cè)器的位置，以及對(duì)應(yīng)于敏感區(qū)域之外的基板103的位置的另一檢測(cè)器的位置。其他先驗(yàn)數(shù)據(jù)包括顏色、和/或敏感區(qū)域102的反照率和敏感區(qū)域之外的基板103的反照率。使用關(guān)于敏感區(qū)域102的先驗(yàn)數(shù)據(jù)來(lái)確定所述差別。
例如，在本發(fā)明的低分辨率成像裝置200的實(shí)施例中，當(dāng)基板100被暴露給所關(guān)心的分析物時(shí)，基板100的敏感區(qū)域102在外觀上比敏感區(qū)域之外的基板103亮或暗。即，與非敏感區(qū)域103的反照率相比，敏感區(qū)域102的反照率在敏感區(qū)域102被暴露給所關(guān)心的分析物時(shí)改變了。
而且，在本發(fā)明的實(shí)施例中，如果在檢測(cè)器檢測(cè)從基板返回的照明光時(shí)基板是不動(dòng)的，則使用最少3個(gè)檢測(cè)器來(lái)確定檢測(cè)到的從基板100返回的照明光的特性是否與敏感區(qū)域102的特定形狀相一致，或者如果在基板100移動(dòng)時(shí)，最少3個(gè)對(duì)從基板100的不同部分返回的照明光的檢測(cè)被一個(gè)檢測(cè)器接收，則使用一個(gè)檢測(cè)器來(lái)進(jìn)行如上確定。在本發(fā)明的實(shí)施例中，這些檢測(cè)器是光檢測(cè)器。
在下面所有討論中，模式(pattern)包括一個(gè)或多個(gè)形狀，并且模式是一組形狀。
下面的示例使用最少3個(gè)檢測(cè)器。與確定返回的、檢測(cè)到的照明光是否與特定形狀一致有關(guān)的先驗(yàn)數(shù)據(jù)的示例將包括上述先驗(yàn)數(shù)據(jù)，以及第三檢測(cè)器相對(duì)于敏感區(qū)域102的位置，以及照明光強(qiáng)度、顏色和/或由于被暴露給與其對(duì)應(yīng)的所關(guān)心的分析物而產(chǎn)生的敏感區(qū)域102的相對(duì)反照率。例如，如果位于延伸穿過(guò)敏感區(qū)域中心并進(jìn)入敏感區(qū)域之外的基板103中的位置處的5個(gè)光檢測(cè)器被用作為低分辨率檢測(cè)器206，則這些位置和有關(guān)這5個(gè)光檢測(cè)器的相應(yīng)先驗(yàn)數(shù)據(jù)也被用來(lái)進(jìn)行下述統(tǒng)計(jì)確定，即確定敏感區(qū)域102在從像素部分返回的照明光的特性方面是否有所改變，因而確定是否被暴露給所關(guān)心的分析物。
此外，在本發(fā)明的實(shí)施例中，具有一維像素陣列的光檢測(cè)器被用作為低分辨率檢測(cè)器206，當(dāng)各部分的照明光從敏感區(qū)域102和敏感區(qū)域之外的基板103返回時(shí)，基板100相對(duì)于低分辨率光檢測(cè)器206移動(dòng)。在本發(fā)明的該實(shí)施例中，先驗(yàn)數(shù)據(jù)包括上述先驗(yàn)數(shù)據(jù)，以及作為時(shí)間函數(shù)的當(dāng)基板100移動(dòng)經(jīng)過(guò)固定點(diǎn)時(shí)或被低分辨率檢測(cè)器206掃描時(shí)基板100的位置。
在本發(fā)明的另一實(shí)施例中，使用具有二維像素陣列(例如2×2、5×5、10×10像素陣列)的光檢測(cè)器來(lái)作為低分辨率檢測(cè)器206。還使用了關(guān)于預(yù)期的檢測(cè)到的信號(hào)的相應(yīng)先驗(yàn)數(shù)據(jù)，該先驗(yàn)數(shù)據(jù)基于與照明器202和檢測(cè)器有關(guān)的敏感區(qū)域102的形狀和位置的知識(shí)。這些陣列可被包括在更大的像素陣列中，例如網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)或蜂窩電話照相機(jī)。
在本發(fā)明的另一實(shí)施例中，本發(fā)明包括檢測(cè)從基板的多個(gè)相應(yīng)敏感區(qū)域102返回的各部分照明光的低分辨率檢測(cè)器206，并且在敏感區(qū)域102被暴露給對(duì)應(yīng)的所關(guān)心的分析物(敏感區(qū)域102對(duì)其作出反應(yīng))后，每個(gè)敏感區(qū)域102具有在從該敏感區(qū)域102返回的部分照明光的其各自特性方面的可檢測(cè)到的變化。即，本發(fā)明可在單個(gè)化驗(yàn)品中檢測(cè)多個(gè)所關(guān)心的分析物的存在與否，這些所關(guān)心的分析物可被包括在位于具有多個(gè)敏感區(qū)域102的基板100上的一個(gè)或多個(gè)樣本中，每個(gè)敏感區(qū)域102對(duì)多個(gè)分析物中的對(duì)應(yīng)一個(gè)作出反應(yīng)。
在本發(fā)明的低分辨率檢測(cè)器206檢測(cè)到從基板100返回的照明光的特性之后，被檢測(cè)的照明光被傳送到分析器，例如處理器208。在本發(fā)明的描述中，以處理器208作為分析器，但是分析器也可以是數(shù)字信號(hào)處理器、中央處理單元或簡(jiǎn)單電子電路。
低分辨率檢測(cè)器206和處理器208中的任意一個(gè)或二者都包括關(guān)于基板100的(多個(gè))敏感區(qū)域102的先驗(yàn)數(shù)據(jù)。先驗(yàn)數(shù)據(jù)包括在對(duì)從敏感區(qū)域102返回的那部分照明光的特性進(jìn)行檢測(cè)之前已知的關(guān)于敏感區(qū)域102的信息。
該先驗(yàn)數(shù)據(jù)例如包括與下述一個(gè)或多個(gè)方面相對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)(多個(gè))敏感區(qū)域102的位置和/或形狀、大小，和/或從(多個(gè))敏感區(qū)域返回的照明光的特性(包括檢測(cè)器輸出信號(hào)、光譜強(qiáng)度(顏色)、極化、功率、熒光等或它們的組合)。檢測(cè)器輸出信號(hào)與從敏感區(qū)域102返回的第一部分照明光的量和從敏感區(qū)域之外的基板103返回的第二部分照明光的量的和成比例。如果光譜強(qiáng)度被包括作為先驗(yàn)數(shù)據(jù)，則濾光器被放置在檢測(cè)器前面，以檢測(cè)低分辨率檢測(cè)器206中的光譜強(qiáng)度。如果極化被包括作為先驗(yàn)數(shù)據(jù)，則極化敏感元件被放置在低分辨率檢測(cè)器206中的檢測(cè)器前面。如果熒光被包括作為先驗(yàn)數(shù)據(jù)，則合適的濾光器被放置在低分辨率檢測(cè)器206的檢測(cè)器前面。
處理器208與低分辨率檢測(cè)器206進(jìn)行通信，并且基于關(guān)于敏感區(qū)域的先驗(yàn)數(shù)據(jù)，對(duì)從基板返回并被低分辨率檢測(cè)器檢測(cè)的照明光的特性進(jìn)行分析，以確定這些特性是否彼此不同，更具體而言，確定從敏感區(qū)域返回的第一部分照明光的特性是否不同于從敏感區(qū)域以外的基板返回的第二部分照明光的特性。如果這些特性彼此不同，則處理器208指示敏感區(qū)域102被暴露給所關(guān)心的分析物。
分析從基板返回的照明光的特性的處理器208的實(shí)施例包括執(zhí)行特性分析功能的處理器208，該功能被實(shí)現(xiàn)為計(jì)算機(jī)軟件中的程序或諸如數(shù)字信號(hào)處理器或電子電路等硬件中的專用功能。
現(xiàn)在描述低分辨率檢測(cè)器206的特性分析功能的示例，該低分辨率檢測(cè)器206包括兩個(gè)檢測(cè)器。在以下示例中，被分析的特性是返回照明光的各部分的強(qiáng)度，但是本發(fā)明并不限于被分析的強(qiáng)度特性?，F(xiàn)在返回包括兩個(gè)檢測(cè)器的低分辨率檢測(cè)器206的特性分析功能的示例，該特性分析功能接收下述先驗(yàn)數(shù)據(jù)作為輸入，所述先驗(yàn)數(shù)據(jù)包括返回照明光的各部分的強(qiáng)度、敏感區(qū)域102的位置和敏感區(qū)域之外的基板103的位置，并且確定在從敏感區(qū)域102返回的第一部分照明光的特性和從敏感區(qū)域之外的基板103返回的第二部分照明光的特性之間是否存在差別。如果存在差別，則處理器208發(fā)送指示敏感區(qū)域102被暴露給所關(guān)心的分析物的信號(hào)。如果沒(méi)有差別，或者差別小于閾值，則處理器206發(fā)送指示敏感區(qū)域102未被暴露給所關(guān)心的分析物的信號(hào)。
該閾值被包括在先驗(yàn)數(shù)據(jù)中。此外，本發(fā)明的2檢測(cè)器實(shí)施例中的先驗(yàn)數(shù)據(jù)指示低分辨率檢測(cè)器206的檢測(cè)器之一主要接收來(lái)自敏感區(qū)域102的照明光，而低分辨率檢測(cè)器206的另一檢測(cè)器主要接收來(lái)自敏感區(qū)域之外的基板103的照明光，當(dāng)敏感區(qū)域102已被暴露給所關(guān)心的分析物時(shí)，兩個(gè)檢測(cè)器測(cè)量到的相對(duì)強(qiáng)度的改變大于先驗(yàn)數(shù)據(jù)所規(guī)定的閾值。
在下面的實(shí)施例中，本發(fā)明根據(jù)敏感區(qū)域102的形狀X來(lái)對(duì)給定敏感區(qū)域102對(duì)其敏感的所關(guān)心的分析物Y編碼，從而本發(fā)明使用形狀X的知識(shí)作為先驗(yàn)數(shù)據(jù)來(lái)確定檢測(cè)到的從基板100返回的那部分照明光的特性的相對(duì)值是否與敏感區(qū)域102的形狀X一致，從而確定敏感區(qū)域X被暴露給所關(guān)心的分析物Y。本發(fā)明不需要確定形狀X本身。
本發(fā)明的實(shí)施例還確定從基板100返回并被低分辨率檢測(cè)器206檢測(cè)到的照明光是否與先驗(yàn)數(shù)據(jù)所指示的敏感區(qū)域102的特定形狀一致。包括3個(gè)檢測(cè)器的低分辨率檢測(cè)器206的特性分析功能的示例接收下述先驗(yàn)數(shù)據(jù)作為輸入，所述先驗(yàn)數(shù)據(jù)包括返回照明光的各部分的強(qiáng)度和返回照明光的各部分的組合的強(qiáng)度、敏感區(qū)域102的位置和形狀、敏感區(qū)域之外的基板103的位置、敏感區(qū)域102和敏感區(qū)域之外的基板103之間的邊界或邊緣的位置，以及低分辨率檢測(cè)器206中包括的檢測(cè)器的位置。然后，特性分析功能確定在從敏感區(qū)域102返回的第一部分照明光的返回照明光強(qiáng)度、從敏感區(qū)域之外的基板103返回的第二部分照明光的返回照明光強(qiáng)度以及第一部分和第二部分的組合的返回照明光強(qiáng)度之間是否存在差別。于是，處理器208比較從檢測(cè)器接收的返回照明光的強(qiáng)度，并使用該比較結(jié)果和先驗(yàn)數(shù)據(jù)來(lái)確定敏感區(qū)域102是否被暴露給所關(guān)心的分析物暴露，如果是，則確定返回照明光的強(qiáng)度是否與暴露給所關(guān)心的分析物的敏感區(qū)域102的特定形狀一致。
例如，如果檢測(cè)器之一被布置來(lái)接收來(lái)自形狀的形心的照明光的位置而另一檢測(cè)器被布置在下述位置其使得來(lái)自第一部分照明光和第二部分照明光的組合的返回照明光的強(qiáng)度是對(duì)于圓形敏感區(qū)域102來(lái)說(shuō)大于對(duì)三角形敏感區(qū)域102來(lái)說(shuō)的檢測(cè)器值，則該先驗(yàn)數(shù)據(jù)將被處理器用來(lái)確定敏感區(qū)域102與圓形還是三角形形狀一致。
低分辨率檢測(cè)器206包括線性像素陣列，其中在第一部分照明光和第二部分照明光被低分辨率檢測(cè)器206檢測(cè)時(shí)，基板100相對(duì)于低分辨率檢測(cè)器206移動(dòng)，該低分辨率檢測(cè)器206的特性分析功能的一個(gè)示例接收先驗(yàn)數(shù)據(jù)作為輸入，所述先驗(yàn)數(shù)據(jù)例如是時(shí)間的函數(shù)或基板100相對(duì)于低分辨率檢測(cè)器206的位置的位置的函數(shù)、敏感區(qū)域102的位置的函數(shù)，以及敏感區(qū)域102、敏感區(qū)域之外的基板103的位置和低分辨率檢測(cè)器206的檢測(cè)器的位置的函數(shù)。然后，處理器基于對(duì)第一部分的特性、第二部分的特性和第一部分與第二部分的組合特性的比較來(lái)確定敏感區(qū)域102是否被暴露給所關(guān)心的分析物。如果敏感區(qū)域102的形狀也被包括在先驗(yàn)數(shù)據(jù)中，則處理器208確定這些特性是否與敏感區(qū)域102的形狀一致。
在下述兩種情況中，特性分析功能的上述實(shí)施例將產(chǎn)生相同數(shù)量的被低分辨率檢測(cè)器206檢測(cè)到的值，所述第一種情況是低分辨率檢測(cè)器206具有線性檢測(cè)器陣列并且在其檢測(cè)從基板返回的照明光的第一部分、第二部分和第一部分與第二部分的組合的特性時(shí)，基板100相對(duì)于低分辨率檢測(cè)器206移動(dòng)，所述第二種情況是低分辨率檢測(cè)器206具有更大的二維像素陣列，但是在其檢測(cè)第一部分、第二部分和第一部分與第二部分的組合的特性時(shí)，基板100相對(duì)于低分辨率檢測(cè)器206不動(dòng)。
即，線性檢測(cè)器陣列可由單個(gè)檢測(cè)器代替，只要在基板移動(dòng)時(shí)，在基板100的不同位置檢測(cè)到返回照明光的各部分即可。
在特性分析功能的另一實(shí)施例中，本發(fā)明分析多個(gè)敏感區(qū)域是否被暴露給相應(yīng)的多個(gè)所關(guān)心的分析物，在該實(shí)施例中，對(duì)所有敏感區(qū)域提供與被提供給單個(gè)敏感區(qū)域的先驗(yàn)數(shù)據(jù)類似的先驗(yàn)數(shù)據(jù)。
此外，在本發(fā)明的實(shí)施例中，上述特性分析過(guò)程還包括通過(guò)分析閾值來(lái)確定在沒(méi)有背景噪聲干擾時(shí)，從檢測(cè)器返回的值之間的差別是否足夠大以指示敏感區(qū)域102被暴露給所關(guān)心的分析物。
用于分析從基板返回的照明光的特性的處理器208的其它實(shí)施例是執(zhí)行本領(lǐng)域公知的統(tǒng)計(jì)模式識(shí)別功能的處理器，其示例在“Statistical PatternRecognitionA Review”，Anil K.Jain，Robert P.W.Duin，和Jianchang Mao，IEEE Transactions on Pattern Analysis and Machine Intelligence，Vol.22，No.1，pp.4-37，January 2000中有所討論。
這些統(tǒng)計(jì)模式識(shí)別功能可包括邊緣銳化/發(fā)現(xiàn)技術(shù)。具體的統(tǒng)計(jì)模式識(shí)別功能例如在處理器208執(zhí)行的計(jì)算機(jī)軟件或固件或數(shù)字信號(hào)處理器中實(shí)現(xiàn)，被提供給這些統(tǒng)計(jì)模式識(shí)別功能的先驗(yàn)數(shù)據(jù)根據(jù)下列因素而改變，所述因素即低分辨率檢測(cè)器206中包括的像素?cái)?shù)以及基板100在各部分照明光從基板返回低分辨率檢測(cè)器206時(shí)是否相對(duì)于低分辨率檢測(cè)器206移動(dòng)，以及被分析的敏感區(qū)域的形狀和數(shù)量和敏感區(qū)域的形狀是否被確定。
圖3A、3B、3C、3E、3F、3G、3H和3I的示意圖示出了根據(jù)本發(fā)明的基板和檢測(cè)器圖像。在本發(fā)明實(shí)施例中，檢測(cè)器圖像是像素圖像，因此二檢測(cè)器圖像是二像素圖像，三檢測(cè)器圖像是三像素圖像。
圖3A、3B、3C、3D、3E、3F、3G、3H和3I示出了敏感區(qū)域102的形狀與相應(yīng)的所關(guān)心的分析物的本身相對(duì)應(yīng)。
更具體地說(shuō)，圖3A、3B、3C、3D、3E、3F、3G、3H和3I的示意圖示出了一個(gè)或多個(gè)基板100上包括的不同形狀的敏感區(qū)域102a、102b和102c以及敏感區(qū)域之外的基板103，以及低分辨率檢測(cè)器206的檢測(cè)器207相對(duì)于敏感區(qū)域102a、102b和102c的定位的示例。這些敏感區(qū)域的形狀和檢測(cè)器的定位是示例性的，本發(fā)明并不限于這些形狀和布置。
如圖3A所示，基板100的敏感區(qū)域102a為圓形，并且在敏感區(qū)域102a被暴露給分析物后，敏感區(qū)域102a相對(duì)于敏感區(qū)域之外的基板103變暗。敏感區(qū)域102a的變暗是從敏感區(qū)域返回并被本發(fā)明的低分辨率檢測(cè)器206檢測(cè)到的照明光的特性的一個(gè)示例。此外，敏感區(qū)域102a的形狀置和基板100上的位是關(guān)于敏感區(qū)域102a的先驗(yàn)數(shù)據(jù)的示例，其被用來(lái)確定相對(duì)于基板100的另一部分的反照率改變。
低分辨率檢測(cè)器206的檢測(cè)器207相對(duì)于基板100進(jìn)行定位，以檢測(cè)從基板100返回的照明光的特性。檢測(cè)器207的位置如圖3B所示，用于檢測(cè)基板100的二像素圖像。
如圖3B所示，一個(gè)檢測(cè)器207-1被定位為檢測(cè)從敏感區(qū)域之外的基板103返回的照明光的特性，而另一個(gè)檢測(cè)器207-2被定位為檢測(cè)從敏感區(qū)域102a返回的照明光的特性。在上述示例中，檢測(cè)器207-2被定位為檢測(cè)從敏感區(qū)域102a的形心返回的照明光的特性。
利用檢測(cè)器207-1和207-2檢測(cè)到的基板的二檢測(cè)器檢測(cè)結(jié)果，本發(fā)明確定從敏感區(qū)域102a返回的第一部分照明光的特性是否不同于從敏感區(qū)域之外的基板103返回的第二部分照明光的特性，并且從而確定敏感區(qū)域102a是否被暴露給樣本中所包括的所關(guān)心的分析物。
即，檢測(cè)器207-1中的信號(hào)電平和檢測(cè)器207-2中的信號(hào)電平之間的差指示敏感區(qū)域102a已被暴露給所關(guān)心的分析物。
本發(fā)明對(duì)敏感區(qū)域102a、102b和102c的形狀的區(qū)分使得本發(fā)明可區(qū)分敏感區(qū)域102a、102b和102c中哪些被暴露給相應(yīng)的所關(guān)心的(多種)分析物。
為了確定敏感區(qū)域102a的形狀，本發(fā)明的低分辨率檢測(cè)器206的第三檢測(cè)器207-3被放置在相對(duì)于基板100的第三位置處，如圖3C所示。在圖3C所示的示例中，第三檢測(cè)器207-3被定位為檢測(cè)來(lái)自敏感區(qū)域102的從基板100的一部分返回的照明光的特性，從而檢測(cè)基板100的三像素圖像。
于是，本發(fā)明的低分辨率成像裝置200基于第一部分照明光的特性、第二部分照明光的特性和第一部分照明光與第二部分照明光的組合特性的組合，來(lái)檢測(cè)敏感區(qū)域102a的形狀。組合的特性基于組合中包括的第一部分照明光的量和第二部分照明光的量。在圖3C的示例中，該組合僅包括第一部分，因?yàn)榈谌龣z測(cè)器207-3被定位為檢測(cè)從敏感區(qū)域102返回的照明光的特性。
由于檢測(cè)器207-2和檢測(cè)器207-3被定位為檢測(cè)從敏感區(qū)域102a返回的照明光的特性，因此這些特性(例如檢測(cè)器207-2和207-3中的信號(hào)電平)之間沒(méi)有差別。但是，在檢測(cè)器207-1的信號(hào)電平與檢測(cè)器207-2和207-3的信號(hào)電平之間將有差別。
圖3F和3I示出了額外的示例，其中第三檢測(cè)器207-3被定位為從基板100的各個(gè)位置接收從敏感區(qū)域102和敏感區(qū)域之外的基板103返回的第一部分照明光和第二部分照明光的組合。
在圖3C、3F和3I所示的示例中，檢測(cè)器207-3被布置為使得檢測(cè)器接收到的第一部分照明光和第二部分照明光的和對(duì)于每個(gè)示例來(lái)說(shuō)都是不同的，并且因此第一部分照明光和第二部分照明光的組合的特性(例如信號(hào)強(qiáng)度)對(duì)于每個(gè)示例來(lái)說(shuō)也是不同的。
圖3D、3E和3F示出了正方形的敏感區(qū)域102b的示例。圖3D示出了在被暴露給所關(guān)心的分析物后的敏感區(qū)域102b。圖3E示出了兩個(gè)檢測(cè)器207-1和207-2的定位，其用于在二檢測(cè)器圖像中確定敏感區(qū)域102b是否被暴露給所關(guān)心的分析物。圖3F示出了第三檢測(cè)器207-3在敏感區(qū)域102b和敏感區(qū)域之外的基板103之間的邊緣處的定位，其用于確定敏感區(qū)域102b的形狀。由于檢測(cè)器207-3位于敏感區(qū)域102b和敏感區(qū)域之外的基板103之間的邊緣處，因此檢測(cè)器207-3的信號(hào)電平將大于檢測(cè)器207-2的信號(hào)電平并小于檢測(cè)器207-1的信號(hào)電平。
圖3G、3H和3I示出了三角形的敏感區(qū)域102c的示例。圖3G示出了被暴露給所關(guān)心的分析物后的敏感區(qū)域102c。圖3H示出了兩個(gè)檢測(cè)器207-1和207-2的定位，其用于在二像素圖像中確定敏感區(qū)域102c是否被暴露給所關(guān)心的分析物。圖3I示出了第三檢測(cè)器207-3在敏感區(qū)域之外的基板103中的定位，其用于在三像素圖像中確定敏感區(qū)域102c的形狀。由于檢測(cè)器207-3位于敏感區(qū)域之外的基板103中，因此檢測(cè)器207-3的信號(hào)電平將與檢測(cè)器207-1的信號(hào)電平基本相同。
因此，兩個(gè)檢測(cè)器207-1和207-2可檢測(cè)敏感區(qū)域是否被暴露給所關(guān)心的分析物，而三個(gè)檢測(cè)器207-1、207-2和207-3可區(qū)分敏感區(qū)域的形狀。對(duì)于任意檢測(cè)器陣列來(lái)說(shuō)，都有一組容易區(qū)分的形狀，和一組不容易區(qū)分的形狀。
圖4的示意圖示出了本發(fā)明的被暴露給具有所關(guān)心的分析物的樣本的敏感區(qū)域102a、102b和102c，以及由具有二維像素陣列的低分辨率檢測(cè)器206生成的相應(yīng)低分辨率圖像402a、402b和402c。低分辨率圖像402a、402b和402c中的灰度指示像素中的信號(hào)電平(灰度越亮，信號(hào)越強(qiáng))，用于檢測(cè)從敏感區(qū)域(暗像素)、敏感區(qū)域之外的基板103(亮像素)和敏感區(qū)域與敏感區(qū)域之外的基板103之間的邊緣(亮像素和暗像素中間的像素)返回的照明光的特性。但是，在被暴露給所關(guān)心的分析物后，敏感區(qū)域102可以比敏感區(qū)域之外的基板103更亮或更暗。
更具體而言，如圖4所示，在被暴露給包括所關(guān)心的分析物的樣本后，敏感區(qū)域102a相對(duì)于敏感區(qū)域之外的基板103變暗，并且其形狀為圓形。同樣為圓形的低分辨率圖像402a對(duì)應(yīng)于敏感區(qū)域102a。類似地，被暴露給所關(guān)心的分析物的敏感區(qū)域102b及其相應(yīng)的低分辨率圖像402b都是正方形。此外，被暴露給所關(guān)心的分析物的敏感區(qū)域102c及其相應(yīng)的低分辨率圖像402c都是三角形。
可以看出，即使利用所示檢測(cè)器的很低分辨率，也可區(qū)分敏感區(qū)域的示例性形狀。
位于低分辨率圖像402a、402b和402c的邊緣上的像素分別具有介于全部位于敏感區(qū)域102a、102b和102c之內(nèi)的像素的值和位于敏感區(qū)域之外的基板103中的像素的值之間的值。
在像素陣列上示出了每個(gè)低分辨率圖像402a、402b和402c。隨著陣列中像素?cái)?shù)量的增加，陣列的分辨率也增加。低分辨率圖像402a、402b和402c的邊緣被示為灰度，其強(qiáng)度分別對(duì)應(yīng)于由成像陣列206獲取的樣本102a、102b和102c的圖像中的像素的信號(hào)電平。因此，處理器208參照先驗(yàn)數(shù)據(jù)來(lái)執(zhí)行上述特性分析功能或已知的統(tǒng)計(jì)模式識(shí)別過(guò)程，以確定形心并限定低分辨率圖像402a、402b和402c的邊緣，從而確定低分辨率圖像402a、402b和402c是否分別對(duì)應(yīng)于被暴露給所關(guān)心的分析物的敏感區(qū)域102a、102b和102c。
在本發(fā)明的實(shí)施例中，由于不同形狀的敏感區(qū)域(例如圓形102a、方形102b和三角形102c)被部署在基板上的不同位置，因此可能被包括在一個(gè)或多個(gè)樣本中的多種不同的所關(guān)心的分析物被并行或順序地檢測(cè)。即，不同形狀和位置的多個(gè)敏感區(qū)域被部署在基板上，指示這些形狀和位置的數(shù)據(jù)被包括在先驗(yàn)數(shù)據(jù)中。本發(fā)明的低分辨率成像裝置200被用來(lái)檢測(cè)單個(gè)化驗(yàn)品中的多種不同分析物。于是，在檢測(cè)器陣列的順序讀出產(chǎn)生了空間信號(hào)的順序版本之后，本發(fā)明使用統(tǒng)計(jì)模式識(shí)別來(lái)分離檢測(cè)到的所關(guān)心的分析物。
圖5的示意圖示出了用于讀取置于具有敏感區(qū)域102的基板100上的樣本的化驗(yàn)品的低分辨率成像裝置500，其用于確定樣本中是否包括所關(guān)心的分析物。在圖5的低分辨率成像裝置500中，低分辨率檢測(cè)器206是線性成像像素陣列。即，低分辨率檢測(cè)器206是一維成像陣列，也可以是基于CMOS的成像陣列。
如圖5所示，當(dāng)樣本被移動(dòng)器109相對(duì)于低分辨率檢測(cè)器206移動(dòng)時(shí)，照明器202將照明移動(dòng)樣本。作為線性成像陣列的低分辨率檢測(cè)器206讀取作為時(shí)間的函數(shù)或位置的函數(shù)的圖像，其是低分辨率檢測(cè)器206檢測(cè)到的低分辨率圖像的第二維。一般地，線性成像陣列比面(或二維)成像陣列便宜。
然后，處理器208執(zhí)行上述模式識(shí)別功能，以確定直線移動(dòng)通過(guò)低分辨率檢測(cè)器206的讀取范圍的敏感區(qū)域102的邊緣和形狀。該模式識(shí)別軟件使用關(guān)于敏感區(qū)域102的形狀和位置的先驗(yàn)數(shù)據(jù)來(lái)跟蹤已知形狀的外周。該模式識(shí)別軟件還可重構(gòu)被暴露給所關(guān)心的分析物的敏感區(qū)域102的圖像。
或者，可使用至少3個(gè)檢測(cè)來(lái)區(qū)分敏感區(qū)域102的形狀，而不必確定敏感區(qū)域102的形狀。
本發(fā)明的低分辨率成像裝置500檢測(cè)對(duì)各種分析物有不同敏感程度的敏感區(qū)域102。這些敏感區(qū)域102具有多種形狀。于是，本發(fā)明的低分辨率成像裝置500使用上述統(tǒng)計(jì)模式識(shí)別來(lái)分離對(duì)不同分析物的檢測(cè)結(jié)果。在本發(fā)明實(shí)施例中，低分辨率檢測(cè)器206是順序進(jìn)行讀出以產(chǎn)生空間信號(hào)的檢測(cè)器陣列。
圖6的示意圖600示出了被暴露給具有所關(guān)心的分析物的樣本的敏感區(qū)域102與相應(yīng)的時(shí)間相關(guān)或位置相關(guān)的順序分辨率圖像602之間的關(guān)系，所述圖像602是由本發(fā)明的低分辨率成像裝置500的低分辨率檢測(cè)器206獲得的。檢測(cè)圖像602的低分辨率檢測(cè)器206是線性陣列。低分辨率圖像的灰度指示了像素中的信號(hào)電平(灰度越亮，信號(hào)越強(qiáng))。
圖6所示的敏感區(qū)域102和低分辨率圖像602是圓形，但是本發(fā)明并不限于圓形。此外，基板100上可包括具有各種形狀并對(duì)應(yīng)于各種所關(guān)心的分析物的多個(gè)敏感區(qū)域102。
在像素陣列上示出了低分辨率圖像602。隨著陣列中像素?cái)?shù)量的增加，陣列的分辨率也增加。低分辨率圖像602的邊緣被示為灰度，其強(qiáng)度對(duì)應(yīng)于由成像陣列206獲取的移動(dòng)樣本的圖像中的像素的信號(hào)電平。因此，處理器208執(zhí)行上述特性分析功能或已知的模式識(shí)別過(guò)程，以確定形心并限定低分辨率圖像602的邊緣，從而確定低分辨率圖像602是否對(duì)應(yīng)于被暴露給被移動(dòng)器109相對(duì)于低分辨率檢測(cè)器206移動(dòng)的樣本中的所關(guān)心的分析物的敏感區(qū)域102。
在本發(fā)明的低分辨率成像裝置500中，敏感區(qū)域102相對(duì)于低分辨率檢測(cè)器206移動(dòng)的速率和基板100上敏感區(qū)域的位置是已知的，并被包括在先驗(yàn)數(shù)據(jù)中。
在低分辨率成像裝置500中，由于不同形狀(例如圓形、方形和三角形)的暴露樣本(以及敏感區(qū)域)可位于基板上的不同位置處，因此多種不同的分析物可在單個(gè)化驗(yàn)品中被檢測(cè)。即，多個(gè)不同形狀的并對(duì)各種所關(guān)心的分析物敏感的敏感區(qū)域可位于一塊基板上，這些形狀和形狀的位置可被包括在先驗(yàn)數(shù)據(jù)中，并被本發(fā)明的低分辨率成像裝置500用來(lái)在單個(gè)化驗(yàn)品中檢測(cè)多種不同的所關(guān)心的分析物。所述多種不同的所關(guān)心的分析物可被包括在單個(gè)樣本或多個(gè)樣本中。
圖7的流程圖示出了根據(jù)本發(fā)明使用低分辨率成像來(lái)讀取被暴露給分析物的基板的化驗(yàn)品的方法700。方法700由本發(fā)明的低分辨率成像裝置200或500執(zhí)行。
在702，本發(fā)明的方法700照明基板。在704，方法700檢測(cè)基板是否被暴露給所關(guān)心的分析物。該檢測(cè)使用低分辨率檢測(cè)和關(guān)于基板的敏感區(qū)域的先驗(yàn)數(shù)據(jù)，來(lái)確定從敏感區(qū)域返回的第一部分照明光的特性是否不同于從敏感區(qū)域之外的基板返回的第二部分照明光的特性。
方法700的實(shí)施例還基于第一部分照明光的特性、第二部分照明光的特性和第一部分照明光與第二部分照明光的組合特性的組合來(lái)檢測(cè)敏感區(qū)域的形狀。
在方法700的實(shí)施例中，本發(fā)明通過(guò)相對(duì)于低分辨率檢測(cè)器移動(dòng)敏感區(qū)域來(lái)在時(shí)間上順序地檢測(cè)這些特性，或者并行地檢測(cè)這些特性。
圖8示出了本發(fā)明的讀取化驗(yàn)品的另一方法800。在802，本發(fā)明的方法800照明基板，該基板包括敏感區(qū)域。然后在804，方法800檢測(cè)基板是否被暴露給所關(guān)心的分析物。該檢測(cè)使用低分辨率檢測(cè)和關(guān)于敏感區(qū)域的先驗(yàn)數(shù)據(jù)來(lái)確定從敏感區(qū)域之一返回的第一部分照明光的特性和從另一敏感區(qū)域返回的第二部分照明光的特性之一或二者是否不同于從敏感區(qū)域以外的基板返回的第三部分照明光的特性。
本發(fā)明的方法800通過(guò)相對(duì)于低分辨率檢測(cè)器移動(dòng)敏感區(qū)域來(lái)在時(shí)間方面或位置方面順序地檢測(cè)這些特性，或者彼此并行地進(jìn)行檢測(cè)。
方法800的一個(gè)實(shí)施例相對(duì)于低分辨率檢測(cè)器移動(dòng)基板，并且該檢測(cè)還包括在敏感區(qū)域相對(duì)于低分辨率檢測(cè)器移動(dòng)時(shí)，順序地檢測(cè)第一部分、第二部分和第三部分。
方法800的實(shí)施例檢測(cè)從基板返回的各部分照明光的各個(gè)特性，來(lái)確定針對(duì)敏感區(qū)域的各個(gè)不同的形狀編碼的所關(guān)心的分析物。
本發(fā)明的方法700和800的實(shí)施例還基于是否檢測(cè)到對(duì)應(yīng)于敏感區(qū)域的圖像，來(lái)確定敏感區(qū)域102是否被暴露給所關(guān)心的分析物。
在方法700和800的實(shí)施例中，低分辨率檢測(cè)確定檢測(cè)到的形狀是否對(duì)應(yīng)于由先驗(yàn)數(shù)據(jù)定義的被暴露給所關(guān)心的分析物的敏感區(qū)域的形狀。
在方法800的實(shí)施例中，先驗(yàn)數(shù)據(jù)包括對(duì)應(yīng)于多個(gè)敏感區(qū)域102的數(shù)據(jù)，多個(gè)敏感區(qū)域102具有彼此不同的形狀和位置，并且對(duì)不同的所關(guān)心的分析物敏感。方法800的一個(gè)實(shí)施例還包括基于先驗(yàn)數(shù)據(jù)來(lái)確定位于基板100上的(多個(gè))樣本中是否存在多個(gè)所關(guān)心的分析物。
在方法700的實(shí)施例中，低分辨率圖像是二維圖像，低分辨率檢測(cè)涉及在基板100不動(dòng)時(shí)讀取基板100的圖像。
本發(fā)明不需要使用復(fù)雜的檢測(cè)器(人或機(jī)器)。本發(fā)明使用相對(duì)低分辨率的低成本檢測(cè)器。本發(fā)明的低分辨率檢測(cè)器的示例包括兩個(gè)或多個(gè)檢測(cè)器、在每一維上具有較少像素(例如每一維有50個(gè)像素)的一維或二維CMOS傳感器、低分辨率CMOS檢測(cè)器(例如在網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)(網(wǎng)絡(luò)照相機(jī))光電鼠標(biāo)或蜂窩電話照相機(jī)中使用)，而不是較昂貴和較高分辨率的電荷耦合器件(CCD)檢測(cè)器和CMOS檢測(cè)器，本發(fā)明利用上述低分辨率檢測(cè)器來(lái)進(jìn)行在被暴露給樣本后的基板的低分辨率檢測(cè)。本發(fā)明還使用上述特性分析功能或本領(lǐng)域公知的軟件模式識(shí)別技術(shù)(例如邊緣銳化/發(fā)現(xiàn))來(lái)檢測(cè)是否存在先驗(yàn)數(shù)據(jù)所定義的形狀。
本發(fā)明使用低分辨率檢測(cè)器來(lái)讀取化驗(yàn)品并且不需要高分辨率的成像檢測(cè)器，因?yàn)楸景l(fā)明使用了先驗(yàn)數(shù)據(jù)(在圖像檢測(cè)前就已知的信息)來(lái)確定基板的已知位置處是否存在暴露的敏感區(qū)域，而不是試圖識(shí)別基板上存在什么東西。
本發(fā)明可使用低分辨率檢測(cè)器，因?yàn)楸景l(fā)明還使用了由處理器執(zhí)行的傳統(tǒng)邊緣發(fā)現(xiàn)功能來(lái)確定在基板上預(yù)期位置處是否存在具有特定形狀的特征。這些傳統(tǒng)的邊緣發(fā)現(xiàn)功能確定在圖像中是否存在邊緣以及邊緣被檢測(cè)到的可信度，因?yàn)榭梢韵闰?yàn)地知曉邊緣的位置。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是，由計(jì)算型機(jī)器(處理器)執(zhí)行的檢測(cè)是可預(yù)測(cè)的且是一致的，這與人工檢測(cè)是不同的。即，如果本發(fā)明確定檢測(cè)的可信度滿足閾值級(jí)別，則進(jìn)而可確定樣本具有相應(yīng)的分析物。
此外，在本發(fā)明中，在單個(gè)化驗(yàn)品中可檢測(cè)多種所關(guān)心的分析物。各個(gè)敏感區(qū)域可被分別圖案化在基板上，從而本發(fā)明的低分辨率檢測(cè)可使用先驗(yàn)數(shù)據(jù)來(lái)檢測(cè)基板地特定位置處是否存在特定形狀。此外，針對(duì)基板上地敏感區(qū)域102的形狀對(duì)所關(guān)心的分析物編碼，本發(fā)明通過(guò)區(qū)分敏感區(qū)域102的形狀來(lái)確定基板100是否被暴露給特定所關(guān)心的分析物。
在本發(fā)明中，對(duì)各種分析物敏感的多個(gè)敏感區(qū)域被設(shè)置為不同形狀和不同位置。本發(fā)明使用模式識(shí)別來(lái)提供對(duì)每個(gè)所關(guān)心的分析物的單獨(dú)檢測(cè)。本發(fā)明的低分辨率檢測(cè)器使用一維檢測(cè)器陣列來(lái)檢測(cè)圖像，從而順序地讀出以產(chǎn)生空間信號(hào)的時(shí)間版本。
本發(fā)明的工業(yè)應(yīng)用包括化學(xué)或生物檢測(cè)以及物質(zhì)濫用檢測(cè)。
從詳細(xì)說(shuō)明中，本發(fā)明的許多特征和優(yōu)點(diǎn)已很清楚，因此，權(quán)利要求將覆蓋落入本發(fā)明范圍內(nèi)的本發(fā)明的所有這些特征和優(yōu)點(diǎn)。此外，由于多種修改和改變對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)將很明顯，因此本發(fā)明不應(yīng)被局限于所示和所述的具體構(gòu)造和操作，因此所有適當(dāng)?shù)男薷暮偷韧锒悸湓诒景l(fā)明的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種讀取化驗(yàn)品的方法，該方法包括照明基板，所述基板包括敏感區(qū)域；以及檢測(cè)所述基板是否被暴露給所關(guān)心的分析物，所述檢測(cè)包括使用低分辨率檢測(cè)和關(guān)于所述敏感區(qū)域的先驗(yàn)數(shù)據(jù)來(lái)確定從所述敏感區(qū)域返回的第一部分照明光的特性是否不同于從所述敏感區(qū)域之外的基板返回的第二部分照明光的特性。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，還包括基于所述第一部分照明光的特性、所述第二部分照明光的特性和所述第一部分照明光與所述第二部分照明光的組合特性的組合來(lái)檢測(cè)所述敏感區(qū)域的形狀。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，還包括檢測(cè)第一像素中的信號(hào)電平，以確定所述第一部分的特性，檢測(cè)第二像素中的信號(hào)電平，以確定所述第二部分的特性，以及檢測(cè)第三像素中的信號(hào)電平，以確定所述第一部分和所述第二部分的組合特性。
4.如權(quán)利要求2所述的方法，還包括檢測(cè)光譜強(qiáng)度，以確定所述第一部分的特性，檢測(cè)光譜強(qiáng)度，以確定所述第二部分的特性，以及檢測(cè)光譜強(qiáng)度，以確定所述第一部分和所述第二部分的組合特性。
5.如權(quán)利要求2所述的方法，還包括移動(dòng)所述基板，以及在所述移動(dòng)過(guò)程中，順序地檢測(cè)所述第一部分照明光、所述第二部分照明光和所述第一部分照明光與所述第二部分照明光的組合。
6.如權(quán)利要求2所述的方法，還包括并行地檢測(cè)所述第一部分照明光、所述第二部分照明光和所述第一部分照明光與所述第二部分照明光的組合。
7.如權(quán)利要求1所述的方法，還包括檢測(cè)第一像素中的信號(hào)電平，以確定所述第一部分的特性，檢測(cè)第二像素中的信號(hào)電平，以確定所述第二部分的特性。
8.如權(quán)利要求1所述的方法，還包括檢測(cè)過(guò)濾后的信號(hào)電平，以確定所述第一部分的特性，以及檢測(cè)過(guò)濾后的信號(hào)電平，以確定所述第二部分的特性。
9.如權(quán)利要求1所述的方法，還包括移動(dòng)所述基板，以及在所述移動(dòng)過(guò)程中，順序地檢測(cè)所述第一部分照明光和所述第二部分照明光。
10.如權(quán)利要求1所述的方法，還包括并行地檢測(cè)所述第一部分照明光和所述第二部分照明光。
11.一種用于讀取置于具有敏感區(qū)域的基板上的樣本的化驗(yàn)品以確定所述樣本中是否包括所關(guān)心的分析物的裝置，該裝置包括照明器，被布置來(lái)照明所述基板；低分辨率檢測(cè)器，被布置來(lái)檢測(cè)從所述基板返回的照明光；以及分析器，耦合到所述低分辨率檢測(cè)器并響應(yīng)于關(guān)于所述敏感區(qū)域的先驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行工作，以通過(guò)分析檢測(cè)到的照明光來(lái)確定從所述敏感區(qū)域返回的第一部分照明光的特性是否不同于從所述敏感區(qū)域之外的基板返回的第二部分照明光的特性，從而確定所述基板是否被暴露給所述所關(guān)心的分析物。
12.如權(quán)利要求11所述的裝置，所述低分辨率檢測(cè)器包括兩個(gè)檢測(cè)器。
13.如權(quán)利要求11所述的裝置，其中所述低分辨率檢測(cè)器包括3個(gè)檢測(cè)器，并且所述分析器還基于從所述敏感區(qū)域返回的第一部分照明光的特性、從所述敏感區(qū)域之外的基板返回的第二部分照明光的特性以及所述第一部分照明光和所述第二部分照明光的組合特性來(lái)確定所述敏感區(qū)域的形狀。
14.如權(quán)利要求11所述的裝置，其中所述低分辨率檢測(cè)器包括一維檢測(cè)器陣列。
15.如權(quán)利要求14所述的裝置，其中所述裝置還包括移動(dòng)器，該移動(dòng)器相對(duì)于所述低分辨率檢測(cè)器移動(dòng)所述基板；以及所述低分辨率檢測(cè)器在所述基板移動(dòng)時(shí)順序地檢測(cè)所述第一部分照明光和所述第二部分照明光。
16.如權(quán)利要求11所述的裝置，其中所述低分辨率檢測(cè)器包括二維檢測(cè)器陣列。
17.如權(quán)利要求16所述的裝置，其中所述低分辨率檢測(cè)器并行地檢測(cè)所述第一部分照明光和所述第二部分照明光。
18.一種用于讀取化驗(yàn)品的方法，該方法包括照明基板，所述基板包括多個(gè)敏感區(qū)域；以及檢測(cè)所述基板是否被暴露給所關(guān)心的分析物，所述檢測(cè)包括使用低分辨率檢測(cè)和關(guān)于所述多個(gè)敏感區(qū)域的先驗(yàn)數(shù)據(jù)來(lái)確定從所述多個(gè)敏感區(qū)域之一返回的第一部分照明光的特性和從所述多個(gè)敏感區(qū)域中的另一個(gè)返回的第二部分照明光的特性之一或二者是否不同于從所述多個(gè)敏感區(qū)域之外的基板返回的第三部分照明光的特性。
19.如權(quán)利要求18所述的方法，其中所述檢測(cè)包括并行地檢測(cè)所述第一部分、所述第二部分和所述第三部分。
20.如權(quán)利要求18所述的方法，其中所述檢測(cè)包括順序地檢測(cè)所述第一部分、所述第二部分和所述第三部分。
21.如權(quán)利要求20所述的方法，其中所述低分辨率檢測(cè)器包括檢測(cè)器陣列；所述多個(gè)敏感區(qū)域在所述基板上具有彼此不同的各自形狀；以及所述檢測(cè)包括檢測(cè)從所述基板返回的所述第一部分照明光、所述第二部分照明光和所述第三部分照明光的組合的各個(gè)特性，以確定各個(gè)敏感區(qū)域的形狀。
22.如權(quán)利要求18所述的方法，其中所述方法還包括移動(dòng)所述多個(gè)敏感區(qū)域；以及所述檢測(cè)還包括在所述移動(dòng)過(guò)程中，順序地檢測(cè)所述第一部分、所述第二部分和所述第三部分。
23.一種用于讀取置于具有多個(gè)敏感區(qū)域的基板上的樣本的化驗(yàn)品以確定所述樣本中是否包括各種所關(guān)心的分析物的裝置，該裝置包括照明器，被布置來(lái)照明所述基板；低分辨率檢測(cè)器，被布置來(lái)檢測(cè)從所述基板返回的照明光，并且包括檢測(cè)器陣列；以及分析器，耦合到所述低分辨率檢測(cè)器并響應(yīng)于關(guān)于所述多個(gè)敏感區(qū)域的先驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行工作，以通過(guò)分析檢測(cè)到的特性來(lái)確定從所述多個(gè)敏感區(qū)域之一返回的第一部分照明光的特性和從所述多個(gè)敏感區(qū)域中的另一個(gè)返回的第二部分照明光的特性之一或二者是否不同于從所述多個(gè)敏感區(qū)域之外的基板返回的第三部分照明光的特性，從而確定所述多個(gè)敏感區(qū)域中的至少一個(gè)是否被暴露給所述所關(guān)心的分析物。
24.如權(quán)利要求23所述的裝置，其中所述低分辨率檢測(cè)器順序地檢測(cè)從所述基板返回的所述第一部分照明光、所述第二部分照明光和所述第三部分照明光的各個(gè)特性，以確定所述多個(gè)敏感區(qū)域的形狀。
25.如權(quán)利要求24所述的裝置，其中所述裝置還包括移動(dòng)器，所述移動(dòng)器相對(duì)于所述低分辨率檢測(cè)器移動(dòng)所述基板；以及所述低分辨率檢測(cè)器在所述基板移動(dòng)時(shí)順序地檢測(cè)各個(gè)部分照明光。
26.如權(quán)利要求23所述的裝置，其中所述低分辨率檢測(cè)器并行地檢測(cè)各個(gè)部分照明光。
27.一種用于讀取置于具有敏感區(qū)域的基板上的樣本的化驗(yàn)品以確定所述樣本中是否包括所關(guān)心的分析物的裝置，該裝置包括照明器，被布置來(lái)照明所述基板；低分辨率檢測(cè)器，被布置來(lái)檢測(cè)從所述基板返回的照明光；以及處理器，耦合到所述低分辨率檢測(cè)器并響應(yīng)于關(guān)于所述敏感區(qū)域的先驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行工作，以通過(guò)執(zhí)行統(tǒng)計(jì)模式識(shí)別功能來(lái)分析檢測(cè)到的照明光從而確定從所述敏感區(qū)域返回的第一部分照明光的特性是否不同于從所述敏感區(qū)域之外的基板返回的第二部分照明光的特性，進(jìn)而確定所述基板是否被暴露給所述所關(guān)心的分析物。
28.如權(quán)利要求27所述的裝置，其中所述低分辨率檢測(cè)器包括檢測(cè)器陣列。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種讀取化驗(yàn)品的方法，該方法包括照明基板。所述基板包括敏感區(qū)域。該方法還包括檢測(cè)基板是否被暴露給所關(guān)心的分析物。該檢測(cè)包括使用低分辨率檢測(cè)和關(guān)于敏感區(qū)域的先驗(yàn)數(shù)據(jù)，來(lái)確定從敏感區(qū)域返回的第一部分照明光的特性是否不同于從敏感區(qū)域以外的基板返回的第二部分照明光的特性。
文檔編號(hào)G01J1/00GK1811379SQ20051013226
公開(kāi)日2006年8月2日 申請(qǐng)日期2005年12月22日 優(yōu)先權(quán)日2004年12月23日
發(fā)明者彼得·羅納德·洛博石, 尼古拉斯·M·薩姆帕斯, 伊安·哈蒂卡斯特勒 申請(qǐng)人:安捷倫科技有限公司