一种用于观察由物体反向散射的辐射的方法和装置制造方法及图纸

一种用于观察物体(3)、特别是生物物体的装置和方法。装置具有适于照射样本(2)的光源(10)。在照射的作用下，物体(3)发射传播到屏幕(20)的反向散射的辐射(14)，屏幕的表面积大于100cm。反向散射的辐射(14)在屏幕(20)上的投射形成代表反向散射的辐射(14)的图像，由术语衍射图表示。使用图像传感器(30)来获取代表在屏幕(20)上形成的衍射图的图像。装置还包括反射元件(13)和连接支持件(17)，反射元件设置在屏幕(20)和物体(3)之间，适于沿垂直于样本平面(XY)的入射轴(Z)反射入射光束(12)的一部分，反射元件与屏幕(20)的第一面(20i)刚性地固定；连接支持件(17)在反射元件(13)和屏幕(20)之间延伸，连接支持件(17)用于将反射元件(13)与到屏幕(20)固定，且反射元件(13)和/或连接支持件(17)被配置为吸收在物体(3)和屏幕(20)之间传播的反向散射的辐射(14)的至少50％。

A method and device for observing radiation backscattered by an object

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】一种用于观察由物体反向散射的辐射的方法和装置
本专利技术的
是基于由物体反向散射的辐射的图像来观察和识别物体，尤其是生物物体，特别是细菌菌落。
技术介绍
微生物(特别是细菌)识别针对各种领域是需要的。例如，在诊断领域中，细菌的识别允许了解引起感染的病原体的性质，并且允许优化患者的治疗。另外，细菌识别是流行病学或抗医院感染的基本技术。除健康领域之外，应用还可以包括但不限制于卫生、安全和食品加工领域。目前存在允许进行这种识别的各种有效仪器。所使用的方法特别是质谱法、拉曼光谱法、比色测试、菌落形态学分析或核酸扩增技术。使用光谱技术(质谱法或拉曼光谱法)的方法需要昂贵的器件和合格的操作者。比色方法更简单，但是通常更慢。关于核酸扩增，需要在满足精确的操作条件时连续执行许多步骤。专利US74665560描述了一种基于利用微生物对入射激光束的散射和衍射来表征微生物的方法。微生物设置在激光光源和图像传感器之间。在激光束照射的作用下，获得出现衍射图案的图像，该图案构成观察到的微生物的特征。专利US8787633描述了一种用于相同目的的方法。这些文献描述了一种用于识别细菌的方法，所述方法似乎很有希望，但是如果设置有细菌的培养基是不透明的、有色的或散射的，该方法就变得不适用。特别地，这些方法使用以所谓的透射配置形成的图像，其中样本设置在光源和图像传感器之间。如果要获得可利用的图像，则样本必须足够透明。因此，该方法与包含有色培养基的样本不相容，例如包含羊血液中的哥伦比亚琼脂的、已知为哥伦比亚血琼脂(ColumbiaBloodShip，COS)的培养基。所述方法也不适用于例如胱氨酸乳糖电解质缺乏(cystinelactoseelectrolytedeficient，CLED)琼脂的散射基质，或例如巧克力琼脂的不透明基质。然而，这种培养基频繁地用于临床诊断。专利申请WO2016/097063通过提出一种用于观察微生物的方法部分地解决了该问题，在该方法中图像不是以透射配置形成的，而是以反向散射配置形成的。样本由激光束照射。反向散射的辐射通过收集光学器件聚焦在图像传感器上。文献WO2016/054408描述了一种类似的配置，反向散射的辐射由CMOS图像传感器收集，CMOS图像传感器的有效表面积可以达到17.28cm2。在HuisungKim等人的出版物中也描述了以反向散射配置操作的装置，即“eflectedscatterometryfornoninvasiveinterrogationofbacterialcolonies”，Internationalsocietyforopticalengineering,SPIE,vol.21,N°10,october2016(“用于非侵入性询问细菌菌落的反射散射法”，国际光学工程学会SPIE，vol.21，no.10,2016年10月)。在该配置中，平坦屏幕设置在样本和图像传感器之间。所述屏幕允许背面投设由样本反向散射的辐射。样本由激光束照射，激光束在到达样本之前由反射板反射。反射板的面积为25cm2。US5241369中也描述了半透明屏幕的使用。专利技术人已经实施了WO2016/097063中描述的方法，并且已经发现了下面描述的某些限制。本专利技术的目的是通过提出一种以反向散射的配置观察和表征微生物的方法来克服这些限制。本专利技术特别适用于不透明样本，同时自然保持适用于透明样本。该方法允许观察和表征各种成长阶段的微生物菌落，无论是小菌落还是大菌落。另一个优点是该方法易于实现且稳定，并且不需要昂贵的仪器。而且，实施的方法是非破坏性的。该方法可以在菌落的培养基中应用于菌落，而不需要取样。最后，分析是很快的，大约花费一秒。
技术实现思路
本专利技术首先涉及一种用于观察存在于样本中的物体的装置，包括：-保持器，其能够容纳样本；-光源，其能够发射光束以便照射物体，所述光束称为入射光束；-图像传感器，其用于获取代表在入射光束照射的作用下由物体反向散射的辐射的图像；该装置的特征在于，其包括：-屏幕，其面向保持器延伸，以便当入射光束照射物体时暴露于由该物体反向散射的辐射，从而在屏幕上形成代表反向散射的辐射的图像，称为衍射图；-该屏幕包括暴露于反向散射的辐射的第一面；-图像传感器被配置为获取在屏幕上形成的衍射图的图像。光源尤其可以是激光源。该装置可以包括准直光学器件，使得由光源发射的光束是准直的。该装置可以包括光束扩展光学器件，以便将光束的直径调节到被分析物体的尺寸和形态。所述物体可以是微生物菌落，例如细菌菌落，在这种情况下，屏幕允许获得其尺寸足够大以表征在成长的足够进展阶段下的菌落的衍射图。根据一个实施例，屏幕的第一面的面积大于100cm2。该装置可以包括反射元件，反射元件设置在屏幕和物体之间，所述反射元件能够沿垂直于或基本垂直于样本平面的入射轴反射入射光束的一部分，反射元件牢固地固定到屏幕的第一面。这使得可以避免由支撑反射元件的臂对屏幕上形成的衍射图的干扰，其中所述臂横向于反向散射的辐射延伸。该装置可以包括以下特征中单独的或技术上可行的组合的任一项：-屏幕包括第二面，使得在第一面上形成的衍射图出现在第二面上；屏幕在图像传感器和保持器之间延伸，使得图像传感器通过聚焦光学器件耦合到第二面。屏幕用作背光屏幕，将投射到第一面上的衍射图透射到第二面。-反射元件和屏幕之间的距离小于2cm。-反射元件的面积小于4cm2或小于2cm2或小于1cm2。-该装置包括在反射元件和屏幕之间延伸的接合介质，该接合介质使得反射元件固定到屏幕，该装置使得反射元件和/或接合介质被配置为吸收在物体和屏幕之间传播的反向散射的辐射的至少20％、或甚至至少30％、或甚至至少50％。-屏幕是半透明的。-屏幕包括用于在第一面和第二面之间传送光的光导，例如光纤。屏幕可以包括在第一面和第二面之间延伸的多个光纤。-屏幕是图像传感器的光敏部分，光敏部分允许将反向散射的辐射转换成电荷载流子。-屏幕将少于90％的反向散射的辐射从第一面透射到第二面。-屏幕相对于保持器是可移动的，保持器和屏幕之间的距离是可以调整的。-入射光束在反射元件和物体之间围绕称为入射轴的轴传播，该装置包括称为环形反射器的部件，环形反射器在样本和屏幕之间围绕入射轴延伸，环形反射器能够将反向散射的辐射(14)中的一部分反射到屏幕(20)。-屏幕是弯曲的，尤其是朝向样本(或物体)弯曲。本专利技术的另一个主题是一种观察存在于样本中的物体的方法，该样本面向包括第一面的屏幕延伸，该方法包括以下步骤：a)使用由光源发射的入射光束照射物体，入射光束传播到物体；b)使屏幕的第一面暴露于由样本在照射的作用下反向散射的光辐射，以便在所述第一面上形成代表所述反向散射的辐射的图像，称为衍射图；c)利用图像传感器获取在屏幕上形成的衍射图的图像。根据一个实施例，该装置包括设置在屏幕和物体之间的反射本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于观察存在于样本(2)中的物体(3)的装置，包括：/n-保持器(6)，其能够容纳样本(2)，所述保持器限定了称为样本平面的平面(XY)，当样本设置在保持器上时，所述样本在所述平面中延伸；/n-光源(10)，其能够发射光束(12)以便照射物体，所述光束称为入射光束；/n-图像传感器(30)，其用于获取代表在入射光束(12)照射的作用下由物体反向散射的辐射(14)的图像；/n所述装置的特征在于，包括：/n-屏幕(20)，其面向保持器(6)延伸，以便当入射光束照射物体时暴露于由物体反向散射的辐射，从而在屏幕上形成代表所述反向散射的辐射的图像(I

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20161226 FR 16633961.一种用于观察存在于样本(2)中的物体(3)的装置，包括：
-保持器(6)，其能够容纳样本(2)，所述保持器限定了称为样本平面的平面(XY)，当样本设置在保持器上时，所述样本在所述平面中延伸；
-光源(10)，其能够发射光束(12)以便照射物体，所述光束称为入射光束；
-图像传感器(30)，其用于获取代表在入射光束(12)照射的作用下由物体反向散射的辐射(14)的图像；
所述装置的特征在于，包括：
-屏幕(20)，其面向保持器(6)延伸，以便当入射光束照射物体时暴露于由物体反向散射的辐射，从而在屏幕上形成代表所述反向散射的辐射的图像(I20)，称为衍射图；
-所述屏幕包括暴露于反向散射的辐射的第一面(201)，所述第一面的面积大于100cm2；
-所述图像传感器(30)配置为获取在屏幕上形成的衍射图的图像(I30)，
所述装置还包括反射元件(13)，所述反射元件设置在屏幕(20)和物体(3)之间，并且能够沿垂直于或基本垂直于样本平面(XY)的入射轴(Z)反射入射光束(12)的一部分，所述反射元件牢固地固定到屏幕的第一面(201)；
所述装置的特征在于，所述装置包括在反射元件(13)和屏幕(20)之间延伸的接合介质(17)，所述接合介质使得反射元件(13)固定到屏幕(20)，所述装置使得反射元件(13)和/或接合介质(17)配置为吸收在物体(3)和屏幕(20)之间传播的反向散射的辐射(14)的至少50％。


2.根据权利要求1所述的装置，其中，所述屏幕(20)是弯曲的。


3.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中：
-所述屏幕(20)包括第二面(202)，使得在第一面(201)上形成的衍射图出现在第二面上；
-所述屏幕在图像传感器(30)和保持器(6)之间延伸，使得图像传感器(30)通过聚焦光学器件(25)耦合到第二面(202)。


4.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中，反射元件(13)和屏幕(20)之间的距离(δ)小于2cm。


5.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中，所述反射元件的面积小于4cm2或小于2cm2或小于1cm2。


6.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中，所述屏幕(20)是半透明的。


7.根据权利要求3至6中任一项所述的装置，其中，所述屏幕(20)包括用于在第一面(201)和第二面(202)之间传送光的光导。


8.根据权利要求7所述的装置，其中，所述屏幕包括在第一面和第二面之间延伸的多个光纤。


9.根据权利要求1、4和5中任一项所述的装置，其中，所述屏幕(20)是图像传感器(30)的光敏部分。


10.根据权利要求3或根据引用权利要求3时的权利要求4至8中任一项所述的装置，其中，所述屏幕在第一面和第二面之间透射少于90％的反向散射的辐射(14)。


11.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中，所述屏幕(20)能够相对于保持器(6)移动，保持器与屏幕之间的距离(d)是可调整的。


12.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中，所...

【专利技术属性】
技术研发人员：艾曼纽·舒尔茨，达米安·德克，米歇尔·洛克，
申请(专利权)人：原子能和替代能源委员会，人工智能应用公司，
类型：发明
国别省市：法国;FR