(57)【要約】生物成長プレートスキャナは生物成長プレートを異なる照明色で照明する多色照明システムを含む。単色画像取込装置は各照明色での成長プレートの照明中に生物成長プレートの画像を取り込む。プロセッサは画像を合成して合成多色画像および／または合成画像の個々の成分を形成するとともに、その合成画像を分析してコロニー数または有無の結果などの分析結果を生成する。生物成長プレートスキャナは前面および背面照明部品の両方を含み得る。背面照明部品は生物成長プレートの下に配置された拡散要素を含み得る。拡散要素は１つ以上の横方向に配置された照明源からの光を受け取るとともに、その光を分散して生物成長プレートの背面側を照明する。前面および背面照明部品内の照明源はプロセッサにより独立制御可能な数組の発光ダイオード（ＬＥＤ）の形状を取り得る。
2006508362.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光拡散要素と、
光を前記光拡散要素内に向けるように配向された照明源と、を含み、
前記光拡散要素が前記光を生物成長プレートの一側に向ける装置。
【請求項２】
前記光拡散要素が第１の主面と、第２の主面と、２つ以上の側面と、を画定するとともに、前記照明源が前記光を前記側面のうちの少なくともいくつかを介して前記光拡散要素内に向けるように配向された複数の照明源を含む、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記照明源が光を前記側面のうちの２つを介して前記光拡散要素内に向けるように配向されている、請求項２に記載の装置。
【請求項４】
前記光拡散要素が前記第１の主面に隣接した拡散材と、前記第２の主面に隣接した反射要素と、を含み、前記光拡散材が前記光を前記第１の主面を介して前記生物成長プレートの前記一側に向ける、請求項２に記載の装置。
【請求項５】
前記光拡散要素が移動可能であり前記生物成長プレートを支持して前記生物成長プレートの走査のための走査位置に搬送する、請求項２に記載の装置。
【請求項６】
前記光拡散要素が、前記生物成長プレートを受け取る位置と前記走査位置との間で前記照明源に対して移動可能である、請求項５に記載の装置。
【請求項７】
前記光拡散要素が前記第１の主面上に形成された拡散膜と、前記第２の主面上に形成された反射膜と、を含み、前記反射膜からの前記光の反射により前記光拡散膜が前記光を前記第１の主面を介して前記生物成長プレートの前記一側に向ける、請求項２に記載の装置。
【請求項８】
前記照明源が１つ以上の異なる照明色を選択的に生成し、前記装置が、
前記生物成長プレートの画像を取り込むように配向されたカメラと、
前記異なる照明色の各々で照明中に前記生物成長プレートの１つ以上の画像を取り込むように前記カメラを制御するプロセッサと、をさらに含む、請求項１に記載の装置。
【請求項９】
生物成長プレートを走査する装置であって、
生物成長プレートを１つ以上の異なる照明色で選択的に照明する多色照明源と、
前記生物成長プレートの画像を取り込むように配向されたカメラと、
前記異なる照明色の各々で照明中に前記生物成長プレートの１つ以上の画像を取り込むように前記カメラを制御するプロセッサと、を含む装置。
【請求項１０】
前記プロセッサが前記カメラで取り込んだ画像のうちの２つ以上を合成して前記生物成長プレートの合成画像を形成する、請求項８または９に記載の装置。
【請求項１１】
前記異なる照明色が赤色、緑色および青色であり、前記カメラが前記赤色、緑色および青色照明中に前記生物成長プレートの画像を取り込む、請求項８または９に記載の装置。
【請求項１２】
前記多色照明源が前記生物成長プレートの第１の側を照明する第１の照明部品と、前記生物成長プレートの第２の側を照明する第２の照明部品と、を含む、請求項８または９に記載の装置。
【請求項１３】
前記生物成長プレートが好気性細菌、大腸菌、大腸菌型、腸内細菌科、酵母菌、糸状菌、黄色ブドウ球菌、リステリア菌、およびカンピロバクター菌からなる群の生物剤を担持する、請求項８または９に記載の装置。
【請求項１４】
前記プロセッサが前記照明源を制御して、前記生物成長プレートを前記異なる照明色の各々で連続して照明する、請求項８または９に記載の装置。
【請求項１５】
前記プロセッサが前記照明源を制御して、前記異なる照明色の各々に対する照明継続時間を制御する、請求項８または９に記載の装置。
【請求項１６】
前記プロセッサが前記照明源を制御して、前記異なる照明色の各々に対する照明強度を制御する、請求項８または９に記載の装置。
【請求項１７】
前記照明源が、
赤色照明を生成する１組の赤色発光ダイオードと、
緑色照明を生成する１組の緑色発光ダイオードと、
青色照明を生成する１組の青色発光ダイオードと、を含む、請求項８または９に記載の装置。
【請求項１８】
前記発光ダイオードの組の各々に対して照明継続時間と照明強度とを独立して制御する１組のプログラム可能コントローラをさらに含む、請求項１７に記載の装置。
【請求項１９】
前記プロセッサが、異なる生物成長プレートの要件に従って照明継続時間と照明強度とを選択的に制御するように前記コントローラを駆動する、請求項１８に記載の装置。
【請求項２０】
前記プロセッサが、異なる生物成長プレートの要件に従って前記生物成長プレートの第１の側および第２の側の照明を選択的に制御するように前記コントローラを駆動する、請求項１８に記載の装置。
【請求項２１】
前記生物成長プレートの第１の側に対して赤色照明を生成するように配向された第１の組の赤色発光ダイオードと、
前記生物成長プレートの前記第１の側に対して緑色照明を生成する第１の組の緑色発光ダイオードと、
前記生物成長プレートの前記第１の側に対して青色照明を生成する第１の組の青色発光ダイオードと、
前記生物成長プレートの第２の側に対して赤色照明を生成するように配向された第２の組の赤色発光ダイオードと、
前記生物成長プレートの前記第２の側に対して緑色照明を生成する第２の組の緑色発光ダイオードと、
前記生物成長プレートの前記第２の側に対して青色照明を生成する第２の組の青色発光ダイオードと、をさらに含む、請求項８または９に記載の装置。
【請求項２２】
前記生物成長プレートが薄膜培養プレートである、請求項８または９に記載の装置。
【請求項２３】
前記カメラが単色カメラおよび二次元エリアカメラからなる群から選択される、請求項８または９に記載の装置。
【請求項２４】
前記多色照明システムが生物成長プレートを赤色および青色照明の組み合わせで照明する、請求項８または９に記載の装置。
【請求項２５】
光を光拡散要素内に向けて生物成長プレートの１つ以上の側を照明するステップを含む方法。
【請求項２６】
前記光拡散要素が第１の主面と、第２の主面と、２つ以上の側面と、を含み、前記方法が前記光を前記側面のうちの少なくともいくつかを介して前記光拡散要素内に向けるステップをさらに含む、請求項２５に記載の方法。
【請求項２７】
前記光拡散要素が前記第１の主面に隣接した拡散材と、前記第２の主面に隣接した反射要素と、を含み、前記光拡散材が前記光を前記第１の主面を介して前記生物成長プレートの前記一側に向ける、請求項２６に記載の方法。
【請求項２８】
前記光拡散要素を移動させて前記生物成長プレートを支持して前記生物成長プレートの走査のための走査位置に搬送するステップをさらに含む、請求項２６に記載の方法。
【請求項２９】
前記光拡散要素を、前記生物成長プレートを受け取る位置と前記走査位置との間で前記照明源に対して移動させるステップをさらに含む、請求項２８に記載の方法。
【請求項３０】
前記光拡散要素が前記第１の主面上に形成された拡散膜と、前記第２の主面上に形成された反射膜と、を含み、前記反射膜からの前記光の反射により前記光拡散膜が前記光を前記第１の主面を介して前記生物成長プレートの背面に向ける、請求項２６に記載の方法。
【請求項３１】
前記生物成長プレートの前記一側を前記光拡散要素を介して１つ以上の異なる照明色で選択的に照明するステップと、
前記異なる照明色の各々で照明中にカメラで前記生物成長プレートの１つ以上の画像を取り込むステップと、をさらに含む、請求項２５に記載の方法。
【請求項３２】
生物成長プレートを１つ以上の異なる照明色で選択的に照明するステップと、
前記異なる照明色の各々で照明中にカメラを用いて前記生物成長プレートの１つ以上の画像を取り込むステップと、を含む、生物成長プレートを走査する方法。
【請求項３３】
前記カメラで取り込んだ画像のうちの２つ以上を合成して前記生物成長プレートの合成画像を形成するステップをさらに含む、請求項３１または３２に記載の方法。
【請求項３４】
前記異なる照明色が赤色、緑色および青色であり、前記方法が前記赤色、緑色および青色照明中に前記生物成長プレートの画像を取り込むステップをさらに含む、請求項３１または３２に記載の方法。
【請求項３５】
前記生物成長プレートの第１の側を照明するステップと、前記生物成長プレートの第２の側を照明するステップと、をさらに含む、請求項３１または３２に記載の方法。
【請求項３６】
前記生物成長プレートが好気性細菌、大腸菌、大腸菌型、腸内細菌科、酵母菌、糸状菌、黄色ブドウ球菌、リステリア菌、およびカンピロバクター菌からなる群の生物剤を担持する、請求項３１または３２に記載の方法。
【請求項３７】
前記生物成長プレートを前記異なる照明色の各々で連続して照明するステップをさらに含む、請求項３１または３２に記載の方法。
【請求項３８】
前記異なる照明色の各々に対する照明継続時間を制御するステップをさらに含む、請求項３１または３２に記載の方法。
【請求項３９】
前記異なる照明色の各々に対する照明強度を制御するステップをさらに含む、請求項３１または３２に記載の方法。
【請求項４０】
前記生物成長プレートが薄膜培養プレートである、請求項３１または３２に記載の方法。
【請求項４１】
異なる生物成長プレートの要件に従って照明継続時間と照明強度とを制御するステップをさらに含む、請求項３１または３２に記載の方法。
【請求項４２】
異なる生物成長プレートの要件に従って前記生物成長プレートの第１の側および第２の側の照明を選択的に制御するステップをさらに含む、請求項３１または３２に記載の方法。
【請求項４３】
前記生物成長プレートを赤色および青色照明の組み合わせで照明する、請求項３１または３２に記載の方法。
【請求項４４】
赤色照明を生成する１組の赤色発光ダイオードと、
緑色照明を生成する１組の緑色発光ダイオードと、
青色照明を生成する１組の青色発光ダイオードと、
により前記照明色を生成するステップをさらに含む、請求項３１または３２に記載の方法。
【請求項４５】
前記生物成長プレートの照明要件に従って前記赤色、緑色および青色発光ダイオードの作動を選択的に制御するステップをさらに含む、請求項４４に記載の方法。
【請求項４６】
前記カメラが単色カメラおよび二次元エリアカメラからなる群から選択される、請求項３１または３２に記載の方法。
【請求項４７】
光拡散要素と、
光を前記光拡散要素内に向けるように配向された第１の照明源であって、前記光拡散要素が前記光を生物成長プレートの第１の側に向ける、第１の照明源と、
光を前記生物成長プレートの第２の側に向けるように配向された第２の照明源と、
前記光拡散要素と前記第２の照明源とによる前記第１および第２の側の照明中に、前記生物成長プレートの前記第２の側を走査する手段と、を含む装置。
【請求項４８】
前記光拡散要素が第１の主面と、第２の主面と、４つの側面と、を画定するとともに、前記照明源が前記光を前記側面のうちの少なくとも２つを介して前記光拡散要素内に向けるように配向された複数の照明源を含み、前記装置が前記側面のうちの少なくとも１つに隣接して形成された反射材をさらに含む、請求項１に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【発明の詳細な説明】
【０００１】
技術分野
本発明は、食品試料、実験用試料等内の細菌または他の生物剤を分析する生物成長培地の分析のためのスキャナに関する。
【０００２】
背景技術
生物学的安全性は近代社会における重大な関心事である。食品または他の材料内の生物汚染の試験は、食品の開発者および販売者にとって重要且つ時には義務要件になってきている。また生物試験を利用して医療患者から採取した血液試料などの実験用試料、実験目的に開発された実験用試料、および他のタイプの生物試料内の細菌または他の物質を識別する。様々な技術および装置を利用して生物試験を改善するとともに、生物試験プロセスを簡素化および標準化することができる。
【０００３】
具体的には多様な生物成長培地が開発されてきた。一例として成長プレートの形状の生物成長培地がミネソタ州セントポールのスリーエム・カンパニー（３Ｍ  Ｃｏｍｐａｎｙ（Ｓｔ．Ｐａｕｌ，Ｍｉｎｎｅｓｏｔａ））（以下「スリーエム（３Ｍ）」）により開発された。生物成長プレートは商品名ペトリフィルム（ＰＥＴＲＩＦＩＬＭ）プレートでスリーエム（３Ｍ）により販売されている。生物成長プレートを利用することにより、例えば好気性細菌、大腸菌（Ｅ．ｃｏｌｉ）、大腸菌型、腸内細菌科、酵母菌、糸状菌、黄色ブドウ球菌、リステリア菌、カンピロバクター菌等を始めとする、通常食品汚染に関連する細菌または他の生物剤の迅速な成長ならびに検出および測定を容易にすることができる。ペトリフィルム（ＰＥＲＴＩＦＩＬＭ）プレートまたは他の成長培地を利用することにより、食品試料の細菌試験を単純化することができる。
【０００４】
生物成長培地を用いて細菌の存在を識別することができるため、補正措置を行う（食品試験の場合）かまたは適正な診断を行う（医療用途の場合）ことができる。他の用途においては生物成長培地を用いて例えば実験目的用の実験用試料内の細菌または生物剤を迅速に成長し得る。
【０００５】
生物成長プレートスキャナとは生物成長プレート上の細菌コロニーまたは特定の生物剤の量を読み取るまたは計数するために用いる装置を指す。例えば食品試料または実験用試料を生物成長プレート上に置いて、その後そのプレートを培養室内に挿入することができる。培養後、生物成長プレートを生物成長プレートスキャナ内に配置して細菌成長を自動検出および測定することができる。換言すれば生物成長プレートスキャナは生物成長プレート上の細菌または他の生物剤の検出および測定を自動化することにより、人為ミスを低減することによって生物試験プロセスを改善する。
【０００６】
発明の概要
本発明は概して生物成長プレートスキャナに関する。この生物成長プレートスキャナは生物成長プレートを異なる照明色で照明する多色照明システムを含み得る。単色画像取込装置は、各照明色での成長プレートの照明中に生物成長プレートの画像を取り込む。プロセッサは画像を合成して合成多色画像を形成するとともに、その合成画像を分析してコロニー数などの分析結果を生成する。
【０００７】
生物成長プレートスキャナは前面および背面照明部品の両方を含み得る。前面照明部品は、生物成長プレートのスキャナで走査される前面側に対して照明を提供する。背面照明部品は生物成長プレートの背面側に対して照明を提供する。背面照明部品は生物成長プレートの背後、例えば成長プレートの主面が水平に配向されたときに生物成長プレートの下に配置された光拡散要素を含み得る。拡散要素は１つ以上の横方向に配置された照明源からの光を受け取るとともに、その光を分散して生物成長プレートの背面側を照明する。前面および背面照明部品内の照明源はプロセッサにより制御可能な発光ダイオード（ＬＥＤ）の形状を取り得る。
【０００８】
一実施形態において本発明は、生物成長プレートを走査する装置を提供する。この装置は生物成長プレートを異なる照明色で選択的に照明する多色照明システムと、生物成長プレートの画像を取り込むように配向された単色カメラと、異なる照明色の各々で照明中に生物成長プレートの画像を取り込むようにカメラを制御するプロセッサと、を含む。
【０００９】
他の実施形態において本発明は、生物成長プレートを走査する方法を提供する。この方法は生物成長プレートを異なる照明色で選択的に照明するステップと、異なる照明色の各々で照明中に単色カメラを用いて生物成長プレートの画像を取り込むステップと、を含む。
【００１０】
さらなる実施形態において本発明は、生物成長プレートを走査するシステムを提供する。このシステムは生物成長プレートを異なる照明色で選択的に照明する手段と、異なる照明色の各々で照明中に単色カメラを用いて生物成長プレートの画像を取り込む手段と、を含む。
【００１１】
さらなる実施形態において本発明は、生物成長プレートを走査する装置を提供する。この装置は生物成長プレートを１つ以上の異なる照明色で選択的に照明する多色照明システムと、生物成長プレートの画像を取り込むように配向されたカメラと、プロセッサと、を含む。プロセッサは異なる照明色の各々で照明中に生物成長プレートの１つ以上の画像を取り込むようにカメラを制御するとともに、所望の照明強度および照明継続時間を生成するように照明システムを制御する。
【００１２】
一実施形態において本発明は、光拡散要素と、光を光拡散要素内に向けるように配向された照明源と、を含み、光拡散要素が光を生物成長プレートの一側に向ける装置を提供する。
【００１３】
他の実施形態において本発明は、光を光拡散要素内に向けて生物成長プレートの一側を照明する方法を提供する。
【００１４】
更なる実施形態において本発明は、光拡散要素と、光を光拡散要素内に向けるように配向された第１の照明源であって、光拡散要素が光を生物成長プレートの第１の側に向ける第１の照明源と、光を生物成長プレートの第２の側に向けるように配向された第２の照明源と、光拡散要素と第２の照明源とにより第１および第２の側の照明中に、生物成長プレートの第２の側を走査する手段と、を含む装置を提供する。
【００１５】
本発明は多数の利点を提供できる。例えば単色カメラを用いることが解像度便益およびコスト削減をもたらす。具体的には単色カメラは多色カメラに比べて高い空間分解能とその結果単位解像度当たりのコスト削減とをもたらす。単色カメラは１つの多色画像を得るのではなく、多数の例えば赤色、緑色および青色の高解像度画像を取り込んだ後、それらを合成して高解像度の多色画像を生成する。
【００１６】
異なる照明色を用いることは独立した数組のカラーＬＥＤ、例えば赤色、緑色および青色ＬＥＤにより達成することができる。ＬＥＤはランプと比べて寿命が長く、本来的にばらつきのない出力スペクトルおよび安定した光出力を提供する。プロセッサはＬＥＤを制御して異なる照明色で生物成長プレートの連続照明を行うことができる。
【００１７】
さらにカラーＬＥＤを独立的に制御して異なる出力強度および露光継続時間を提供することができる。ＬＥＤが異なる輝度特性を示し、ＬＥＤに関連する反射板ハードウェアまたは他の光学部品が非均一性を提示する場合があるためこの特徴は有利である。
【００１８】
またカメラおよび付随のレンズ、または異なるタイプの培養フィルムは照明色に対して異なる応答を示す場合がある。例えばカメラは赤色、緑色および青色に対する感応程度が異なり、さらなる非均一性を示す場合がある。しかしながらこのような非均一性を補償するようにＬＥＤを独立制御することができる。
【００１９】
本明細書に記載したような背面照明部品は、スキャナ内の空間を維持しつつ良好な均一性で生物成長プレートの背面側を効果的に照明するための好都合な構造を提供する。例えば背面照明部品は生物成長プレートを支持するとともに横方向に配置された照明源から拡散要素内に注入された光を分散する拡散要素を提供し得る。さらに背面照明部品は使用中に移動する必要のない１組の固定照明源を搭載しているため、電気配線に対する労苦を軽減するとともに環境汚染物に対して曝されることも少なくなる。
【００２０】
これらのおよび他の実施形態の更なる詳細は添付の図面と以下の説明とに記載されている。他の特徴と目的と利点とは明細書および図面からならびに請求の範囲から明らかになろう。
【００２１】
発明の詳細な説明
本発明は生物成長プレート用生物成長プレートスキャナに関する。生物成長プレートを生物成長プレートスキャナに提示すると、スキャナはプレートの画像を生成するとともに画像の分析を行って生物成長を検出する。例えばスキャナは多数の細菌コロニーなど、画像に現れる生物剤の量を計数あるいは定量し得る。このように生物成長プレートスキャナは生物成長プレートの分析を自動化する。
【００２２】
本発明による生物成長プレートスキャナは、生物成長プレートを異なる照明色で照明する多色照明システムを含み得る。単色画像取込装置は成長プレートを各照明色で照明する間に生物成長プレートの画像を取り込む。プロセッサは画像を合成して合成多色画像を形成し、合成画像および／または合成画像の個々の成分を分析してコロニー数および／または有無の結果などの分析結果を生成する。
【００２３】
さらに、生物成長プレートスキャナは前面および背面照明部品の両方を含み得る。背面照明部品は生物成長プレートの下に配置された拡散要素を含み得る。光拡散要素は１つ以上の横方向に配置された照明源からの光を受けて、その光を分散して生物成長プレートの背面側を照明する。前後の照明部品の照明源は、プロセッサにより制御することができる発光ダイオード（ＬＥＤ）の形状を取り得る。生物成長スキャナの様々な実施形態を説明する。
【００２４】
本発明は様々な生物成長プレートに有用であり得る。例えば本発明は薄膜培養プレート装置、ペトリ皿培養プレート装置等など、生物剤の検出および／または測定を可能にし得る生物剤を成長させるための異なるプレート状装置に有用である。そのため用語「生物成長プレート」を本明細書では広義に用いて、スキャナによる生物剤の検出および測定を可能にする生物剤の成長に適した培地を指す。いくつかの実施形態において、例えばグラエスル（Ｇｒａｅｓｓｌｅ）らに付与された米国特許第５，５７３，９５０号明細書に記載されているように、生物成長プレートを複数のプレートを支持する容器に収容することができる。
【００２５】
図１は例示的生物成長プレートスキャナ１０の斜視図である。図１に示すように、生物成長プレートスキャナ１０は生物成長プレート（図１には図示せず）を受け取る引出し１４を有するスキャナユニット１２を含んでいる。引出し１４は生物成長プレートを走査・分析のために生物成長プレートスキャナ１０内に移動させる。
【００２６】
また生物成長プレートスキャナ１０は表示画面1６を含み、生物成長プレートの分析の進行または結果をユーザに表示し得る。代替的または追加的に、表示画面１６は生物成長プレートスキャナ１０により走査された成長プレートの画像をユーザに提示し得る。表示された画像は光学的に拡大またはデジタルに拡大し得る。
【００２７】
載置台１８は生物成長プレートスキャナ１０による分析後、成長プレートを排出することができる排出スロット２０を画定している。従って生物成長プレートスキャナ１０はスキャナユニット１２が載置台１８に載置されている２部構成を有し得る。２部構成は例示目的で図１に図示されているが、本明細書に記載された発明に必要としたりまた発明の限定を意図するものではない。
【００２８】
スキャナユニット１２は生物成長プレートを走査して画像を生成するための撮像装置を収容している。撮像装置は単色ラインスキャナまたはエリアスキャナの形状を取り、生物成長プレートの前面および／または背面照明を提供する多色照明システムと組み合わせて設けてもよい。さらにスキャナユニット１２は例えば成長プレート内の生物剤の数または量を判定するために、走査画像の分析を行う処理ハードウェアを収容し得る。例えば引出し１４を介して生物成長プレートが提示されると、プレートを走査用光学プラテンに隣接して配置し得る。
【００２９】
その後引出し１４が開放されると、成長プレートは載置台１８内に下降して排出スロット２０を介して排出し得る。そのため載置台１８は成長プレートを排出スロット２０を介して生物成長プレートスキャナ１０から排出するコンベヤーを収容し得る。生物成長プレートが引出し１４内に挿入され、スキャナユニット１２内に移動され、走査された後、生物成長プレートは載置台１８内に下降し、そこで移動ベルトなどの水平コンベヤーがスロット２０を介してプレートを排出する。
【００３０】
図２は生物成長プレートスキャナ１０の他の斜視図である。図２に示すように引出し１４は生物成長プレートスキャナ１０から外側に延出して生物成長プレート２２を受け取る。図示のように生物成長プレート２２を引出し１４内に設けられた台２４上に配置し得る。いくつかの実施形態において台２４はカムレバーなどの位置決め作動装置を含み、台を上昇させて成長プレート２２を生物成長プレートスキャナ１０内に正確に位置決めし得る。生物成長プレート２２を台２４上に配置すると、引出し１４はスキャナユニット１２内に後退して生物成長プレートを走査位置、すなわち生物成長プレートが光学的に走査される位置に配置する。
【００３１】
図３および４は例示的生物成長プレート２２の正面図である。一例として適当な成長プレート２２は、商品名ペトリフィルム（ＰＥＴＲＩＦＩＬＭ）プレートでスリーエム（３Ｍ）により販売されている生物成長プレートを含み得る。代替的には生物成長プレート２２は、特定の細菌または他の生物剤を成長させる他の生物成長培地を含み得る。いくつかの実施形態において生物成長プレート２２は、成長プレートに関連する生物培地のタイプの自動識別を容易にするプレートタイプ標識２８を担持している。
【００３２】
プレートタイプ標識２８は機械可読である符号化パターンを提示する。図３および４の例において、プレートタイプ標識２８は光学的読取可能パターンの形状を取る。具体的には図３および４は、生物成長プレート２２の角部余白に形成された明暗四分の一区分の４つの正方形パターンを示す。換言すればプレートタイプ標識２８は、符号化パターンを形成する白黒間で変化させたセルの二次元格子を画定する。
【００３３】
文字、バーコード、二次元バーコード、光学格子、ホログラム等などの多様な光学パターンが考えられる。さらにいくつかの実施形態において、プレートタイプ標識２８は磁気的または無線技術により読取可能なパターンの形状を取り得る。代替的にはプレートタイプ標識２８は、光学的または機械的技術により読取可能なアパーチャ、スロット、表面輪郭等の形状を取り得る。いずれの場合もプレートタイプ標識２８は生物成長プレートスキャナ１０による生物成長プレート２２のタイプの自動識別を可能にする十分な情報を担持している。
【００３４】
生物成長プレートは例えば好気性細菌、大腸菌、大腸菌型、腸内細菌科、酵母菌、糸状菌、黄色ブドウ球菌、リステリア菌、およびカンピロバクター菌等を始めとする細菌または他の生物剤の迅速な成長ならびに検出および測定を容易にし得る。ペトリフィルム（ＰＥＴＲＩＦＩＬＭ）プレートまたは他の成長培地を利用することにより食品試料の細菌試験を単純化することができる。また生物成長プレートスキャナ１０は、自動プレートタイプ検出および検出されたプレートタイプに基づいた画像処理プロファイルの自動選択を提供し、生物成長プレート２２を例えばプレートの画像上の細菌コロニーを計数して分析することにより、このような試験をさらに単純化することができる。
【００３５】
図３に示すように生物成長プレート２２は成長エリア２６を画定している。細菌コロニー数に関して、プレート２２内で試験されている所与の試料が許容可能か否かの判定は単位面積当たりの細菌コロニーの数による。従ってスキャナ１０はプレート２２上の単位面積あたりの細菌コロニーの量を定量し得るとともに、その量すなわち「数」を閾値と比較し得る。生物成長プレート２２の表面は、１つ以上のタイプの細菌または他の生物剤の迅速な成長を容易にするように構成された１つ以上の成長促進剤を含み得る。
【００３６】
成長エリア２６内の生物成長プレート２２の表面上に、概して液状の被験材料の試料を配置した後、プレート２２を培養室（図示せず）に挿入することができる。培養室において、図４の生物成長プレート２２に示すように成長プレート２２により成長する細菌コロニーまたは他の生物剤が出現する。図４の生物成長プレート２２上の様々なドット３０で表されるコロニーはプレート２２上に異なる色で出現し、スキャナ１０による細菌コロニーの自動検出および測定を容易にする。
【００３７】
図５は生物成長プレートスキャナ１０の内部動作を図示するブロック図である。図５に図示するように、生物成長プレート２２は生物成長プレートスキャナ１０の内部で台（図５では図示せず）上に配置される。台は生物成長プレート２２を撮像装置３２の所望の焦点面に配置する。本発明によれば撮像装置３２は成長プレート２２の前面および背面照明用の多色照明システム、および成長プレート２２の表面の画像を取り込む単色ラインまたはエリアスキャナを含み得る。いくつかの実施形態において例えば撮像装置３２は二次元単色カメラの形状を取り得る。
【００３８】
一般に撮像装置３２は、生物成長プレートを１色以上の異なる照明色で照明中に生物成長プレート２２または少なくとも生物成長プレート内の成長領域の画像を取り込む。いくつかの実施形態において、異なる生物成長プレートの要件に従って照明継続時間および照明強度を制御し得る。さらに異なる生物成長プレートの要件に従って生物成長プレートの第１および第２の側の選択的照明を制御し得る。
【００３９】
プロセッサ３４は撮像装置３２の動作を制御する。動作中、プロセッサ３４は撮像装置３２を制御して生物成長プレート２２を異なる照明色で照明するとともに、生物成長プレート２２の画像を取り込む。プロセッサ３４は各異なる照明色で照明中に撮像装置３２から走査画像を表わす画像データを受け取るとともに、画像を合成して多色合成画像を形成する。プロセッサ３４は生物成長プレート２２の合成画像を分析するとともに、画像を分析してコロニー数または有無の結果などの分析結果を生成する。
【００４０】
実施形態によってはプロセッサ３４は画像の一部分を抽出または分離してプレートタイプ標識２８を隔離し得る。プロセッサ３４は例えばマシンビジョン技術を利用してプレートタイプ標識２８を分析し、生物成長プレート２２に関連するプレートタイプを識別する。そしてプロセッサ３４は画像処理プロファイルメモリ３６から画像処理プロファイルを検索する。画像処理プロファイルは検出されたプレートタイプに対応しており、画像取込条件および画像分析条件を特定し得る。プロセッサ３４はマイクロプロセッサ、デジタル信号プロセッサ、アプリケーション特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、フィールド・プログラマブル・ゲート・アレイ（ＦＰＧＡ）または本明細書に記載されているような機能性を提供するようにプログラムまたは構成された他の集積または個別論理回路の形状を取り得る。
【００４１】
プロセッサ３４は画像処理プロファイルを利用して適正な画像処理パラメータを読み込むとともに生物成長プレート２２の走査画像を処理するように進行する。このようにプロセッサ３４は生物成長プレート２２から得られた画像データを処理するという意味で画像処理装置をなす。画像処理パラメータは画像処理プロファイルおよび検出されたプレートタイプとともに変化して、走査画像の分析に対して色、サイズ、形状および近接基準などのパラメータを始めとする特定の撮像装置分析条件を指定し得る。基準は被分析プレート２２のタイプにより異なるとともに、生物成長プレートスキャナ１０により生成されるコロニー数または他の分析結果に大きく影響し得る。また画像処理プロファイルは、特定の生物成長プレートのタイプに適した照明色、強度、継続時間などの画像取込条件を指定し得る。
【００４２】
適切な画像処理パラメータを選択すると、プロセッサ３４は走査画像を処理するとともに、ディスプレイ１６を介してユーザに提示されるコロニー数または有無の結果などの分析結果を生成する。またプロセッサ３４は後にスキャナ１０から検策するために、分析結果をカウントデータメモリ３８などのメモリに記憶する。カウントデータメモリ３８に記憶されたデータは例えば通信ポート４０、例えばユニバーサルシリアルバス（ＵＳＢ）ポートを介して生物成長プレートスキャナ１０と通信しているホストコンピュータによって検索し得る。ホストコンピュータは、分析のために生物成長プレートスキャナ１０に提示される一連の生物成長プレート２２に対する分析結果をコンパイルし得る。
【００４３】
生物成長プレートスキャナ１０内の画像処理プロファイルの自動選択は、適当な画像処理プロファイルを選択するための便利で精度の高い技術を提供することができる。画像処理プロファイルの自動選択は細菌コロニー計数および他の分析手順の精度を向上させることができる。特に自動画像処理プロファイル選択により技術者がプレートタイプを目視で識別して手動で入力する必要性をなくすことができる。このようにして人間の介入に関連する場合もあるプレート識別エラーをなくすことができる。その結果、スキャナ１０とプレートタイプ標識２８を担持する生物成長プレート２２とを組み合わせると、効率および実験技術者の作業フローを向上させることができる一方、分析精度、そして最終的には食品安全性および人間の健康を高めることができる。
【００４４】
図６は図５の生物成長プレートスキャナ１０をより詳細に図示するブロック図である。生物成長プレートスキャナ１０の撮像装置３２（図５）は図６に示すようにカメラ４２と、前面照明部品４４と背面照明部品４６と、を含み得る。本発明によれば前面および背面照明システム４４、４６は選択的に異なる照明強度、色および継続時間を生じ得る。具体的にはプロセッサ３４は前面および背面照明システム４４、４６を制御して生物成長プレート２２を異なる照明色、強度および継続時間で露光する。さらにプロセッサ３４はカメラ４２を制御して異なる色での照明中に生物成長プレート２２の画像を取り込む。
【００４５】
例えばプロセッサ３４は照明システム４４、４６およびカメラ４２を協調制御して生物成長プレート２２の多数の画像を取り込む。プロセッサ３４はその後その多数の画像を合成して多色合成画像を形成する。プロセッサ３４はその多色合成画像および／または合成画像の個々の成分を用いて生物成長プレート２２を分析して、検出またはコロニー数などの分析結果を生成する。一実施形態において、前面および背面照明システム４４、４６はプロセッサ３４の制御下で生物成長プレート２２を選択的に赤色、緑色、および／または青色の照明色に露光する。この例においてカメラ４２は生物成長プレート２２の赤色、緑色、および青色の画像を取り込む。そしてプロセッサ３４は赤色、緑色、および青色の画像を合成して分析用の多色合成画像を形成する。
【００４６】
例証として、プロセッサ３４はまず前面および背面照明部品４４、４６内の赤色照明源を作動させて、生物成長プレート２２を赤色照明に露光する。具体的にはプロセッサ３４は赤色照明源の強度および継続時間を制御し得る。赤色照明露光と同期してカメラ４２が生物成長プレート２２の赤色画像を取り込んでその取込画像をスキャナ１０内の画像メモリ４７に記憶する。
【００４７】
そしてプロセッサ３４は前面および背面照明部品４４、４６内の緑色照明源を作動させて、生物成長プレート２２を緑色照明に露光し、その後カメラ４２が緑色画像を取り込む。同様にプロセッサは前面および背面照明部品４４、４６内の青色照明源を作動させて、生物成長プレート２２を青色照明に露光し、その後カメラ４２が青色画像を取り込む。
【００４８】
カメラ４２は赤色、緑色および青色照明露光の各々に対して単色化像を取り込むとともに、その画像を別個のファイルに記憶し得る。プロセッサ３４はそのファイルを用いて取込画像を合成し、分析用の合成画像を形成する。生物成長プレート２２が多数の照明色に露光される順序は変更可能である。そのため赤色、緑色および青色照明源への順次露光は本発明を制限するものとは考えるべきものではない。
【００４９】
カメラ４２によって取り込まれた個々の画像は光学強度または光学濃度に関して表される。換言すればカメラ４２は、各露光チャネル、例えば赤色、緑色および青色に対する生物成長プレート２２の反射出力を定量化するのに用いることが可能な階調データを取り込む。個々の画像を取り込むために単色カメラ４２を用いることは画像解像度便益およびコスト削減に繋がる。特に安価な単色カメラ４２は、同時に赤色、緑色および青色スペクトルを取り込む多色カメラに比べて高い空間分解能を提供し得る。従ってカメラ４２は低コストで生物成長プレート２２を効果的に分析するのに必要な高解像度画像を得ることができる。単色カメラ４２は１つの多色画像を得るのではなく、多数の高解像度画像、例えば赤色、緑色および青色を取り込み、プロセッサ３４はそれらを合成して高解像度の多色画像を生成する。
【００５０】
前面および背面照明システム４４、４６内の異なる照明源はＬＥＤの形状を取り得る。具体的には異なる照明色は独立した各組のカラーＬＥＤ、例えば赤色、緑色および青色ＬＥＤにより達成できる。利点としてはＬＥＤはランプなどの他の照明源と比べて寿命が長い。またＬＥＤは本来的に出力ばらつきのないスペクトルを提供するとともに光出力を安定化し得る。
【００５１】
またプロセッサ３４はＬＥＤの出力強度および露光継続時間を容易に制御して、適当なレベルの照明で生物成長プレート２２の連続照明を行うことができる。プロセッサ３４を異なる組のカラーＬＥＤを独立して制御するようにプログラムすることにより、生物成長プレート２２に照射される各照明色に対して異なる出力強度および露光継続時間を提供することができる。
【００５２】
ＬＥＤが異なる輝度特性を示すとともに、ＬＥＤに関連する反射板ハードウェアまたは他の光学部品が非均一性を提示する場合があるため、プロセッサ３４を介してＬＥＤを独立して制御する能力は有利である。さらにカメラ４２および１つ以上の付随カメラレンズは照明色に対して異なる応答を示す場合がある。例えばカメラ４２は赤色、緑色および青色に対する感応程度が異なり、所与の照明チャネルに対する色応答でさらに非均一性を示す場合がある。
【００５３】
しかしながらプロセッサ３４はＬＥＤを独立制御してこのような非均一性を補償することができる。例えばスキャナ１０は工場または現場でカメラ４２の応答性を異なる照明源に対して特徴付けるように較正し、その後プロセッサ３４が適用する適正な駆動値を記憶することによりその応答性を補償し得る。そのためプロセッサ３４は、異なる照明色および強度レベルに対して異なる駆動値をＬＥＤに適用し、カメラ４２によって取り込まれた画像の所望程度の均一性を生じ得る。
【００５４】
実施形態によってはスキャナ１０は異なる画像処理プロファイルに従って異なる生物成長プレート２２の画像を処理し得る。画像処理プロファイルは、ユーザ入力またはスキャナ１０に提示される生物成長プレート２２のタイプの識別に基づいてプロセッサ３４により選択し得る。画像処理プロファイルは、特定のプレートタイプの画像を取り込むための照明強度、露光継続時間、および色などの特定の画像取込条件を指定し得る。こうしてスキャナは、異なる生物成長プレート２２の画像を処理する際に異なる照明条件を始めとする異なる画像取込条件を適用し得る。
【００５５】
例証として生物成長プレート２２のタイプによっては特定の色、強度および継続時間の照明を必要とする場合がある。さらに生物成長プレート２２によっては両方ではなく前面または背面照明しか必要としない場合がある。例えば好気性細菌数プレートは前面照明且つ赤色などの単一色のみによる照明しか必要としない。また大腸菌／大腸菌型プレートは背面照明且つ赤色と青色照明の組み合わせしか必要としない。同様に特定の強度レベルおよび継続時間が適正であり得る。これらの理由でプロセッサ３４は画像処理プロファイルにより指定された画像取込条件に応じて照明を制御し得る。
【００５６】
図７は生物成長プレートスキャナ１０用の前面照明部品４４を図示する側面図である。図７に示すように前面照明部品４４はカメラ４２と一体化し得る。例えばカメラ４２はカメラ本体を含み、ＣＭＯＳまたはＣＣＤカメラチップ４８が、カメラチップ４８を駆動するとともにプロセッサ３４用の画像データを受け取る回路を担持し得るプリント回路基板などのカメラ背面５０に搭載されている。カメラレンズ５２は、前面照明部品４４により画定される筐体内のアパーチャ５３を介して生物成長プレート２２の画像を取り込むように配向し得る。図７の例では前面照明部品４４は側壁５４と、前面壁５６と、光学プラテン５８と、を含む。光学プラテン５８は単に、照明光の透過およびカメラ４２による生物成長プレート２２の画像の取込を可能にするガラスまたはプラスチックの透明なシートであり得る。実施形態によっては光学プラテン５８をなくして、プレート２２の成長エリア２６が成長エリア２６と発光との間に構造物を挟まずに照明されるようにすることができる。生物成長プレート２２を持ち上げて光学プラテン５８と接触または近接させることによりカメラ４２が画像を取り込むことができるようにし得る。
【００５７】
多数の部品を前面照明部品４４内に収容し得る。例えば前面照明部品４４は、生物成長プレート２２の成長エリア２６の周囲に直線配列で好適に配置した１つ以上の照明源６０Ａ、６０Ｂを含み得る。具体的には赤色、緑色および青色照明源６０Ａ、６０Ｂの直線配列は生物成長プレート２２の４つの縁部の各々に沿って、例えば正方形パターンで延在し得る。他の実施形態では照明源を代替パターン、例えば円形パターンで配置し得る。また照明源６０Ａ、６０ＢはＬＥＤの形状を取り得るとともに、１個の赤色、１個の緑色および１個の青色ＬＥＤの群で配置し得る。
【００５８】
照明源６０Ａ、６０Ｂは照明室６２Ａ、６２Ｂ内に載置し得る。反射カウル６４Ａ、６４Ｂが照明源６０Ａ、６０Ｂの周囲に載置されて、室６２Ａ、６２Ｂの内部に延在する壁６６Ａ、６６Ｂに向かって照明源による発光を反射して集光する役目を果たす。反射材を反射カウル６４Ａ、６４Ｂの内面に塗布、堆積または接着剤で貼り付け得る。反射カウル６４Ａ、６４Ｂに適した反射材の例は、ミネソタ州セントポールのスリーエム・カンパニー（３Ｍ  Ｃｏｍｐａｎｙ（Ｓｔ．Ｐａｕｌ，Ｍｉｎｎｅｓｏｔａ））から市販されている、スリーエム・ラジアント・ミラー・リフレクタ（３Ｍ  Ｒａｄｉａｎｔ  Ｍｉｒｒｏｒ  Ｒｅｆｌｅｃｔｏｒ）ＶＭ２０００である。
【００５９】
壁６６Ａ、６６Ｂは照明源６０Ａ、６０Ｂから受け取った光を拡散する役割を果たす光拡散膜６８Ａ、６８Ｂなどの拡散材を担持し得る。拡散光は前面照明部品４４の内部室内に透過して生物成長プレート２２の成長領域２６を照明する。拡散膜６８Ａ、６８Ｂに適した拡散材の例は、ニューヨーク州ニューヨークのミツイアンドカンパニー・インコーポレーション（Ｍｉｔｓｕｉ＆Ｃｏ．，Ｉｎｃ．（Ｎｅｗ  Ｙｏｒｋ，Ｎｅｗ  Ｙｏｒｋ））から市販されているミツイ（Ｍｉｔｓｕｉ）ＷＳ−１８０Ａ拡散白色膜である。拡散膜６８Ａ、６８Ｂは壁６６Ａ、６６Ｂの内面に塗布または接着剤で添付し得る。
【００６０】
図８は前面照明部品４４をさらに詳細に図示する正面図である。図８に示すように、前面照明部品４４は生物成長プレート２２の周囲に配置された４つの照明室６２Ａ、６２Ｂ、６２Ｃ、６２Ｄを含み得る。各照明室６２は２組の照明源６０を含み得る。例えば室６２Ａは照明源６０Ａ、６０Ｃを含み、室６２Ｂは照明源６０Ｂ、６０Ｄを含み、室６２Ｃは照明源６０Ｅ、６０Ｆを含み、室６２Ｄは照明源６０Ｇ、６０Ｈを含み得る。さらに室６２Ａ、６２Ｂ、６２Ｃ、６２Ｄは拡散膜を担持するそれぞれの壁６６Ａ、６６Ｂ、６６Ｃ、６６Ｄを含み得る。他の実施形態では各室６２は任意の数の照明源６０を含み、その数は他の室の照明源の数と同じでも同じでなくてもよい。
【００６１】
照明源６０は例えば３個ずつの群にグループ化された一連の照明要素を含み得る。具体的には各照明源６０は赤色ＬＥＤ、緑色ＬＥＤおよび青色ＬＥＤを含み、これらは別々に作動して生物成長プレート２２を照明することができる。個々のＬＥＤが作動されると、前面照明部品４４により画定される内部室は拡散光で満たされて生物成長プレート２２に前面照明を提供する。カメラ４２は各異なる照明色での連続露光周期中に生物成長プレート２２の画像を取り込む。
【００６２】
図９は装填位置、すなわち生物成長プレート２２が最初にスキャナに装填される位置の生物成長プレートスキャナ１０用の背面照明部品４６を図示する側面図である。実施形態によっては生物成長プレート２２を図２に示すように引出し１４を介してスキャナに装填し得る。具体的には引出し１４は生物成長プレート２２用の台としての役目を果たす拡散要素７４を担持している。引出し１４は生物成長プレート２２をスキャナ１０の内部に後退させ、生物成長プレートを走査位置に上昇させることができるように構成し得る。
【００６３】
一旦装填すると、生物成長プレート２２を光拡散要素７４により支持または代替的には光拡散要素に近接した透明な台により支持することができる。光拡散要素７４は拡散要素に横方向に注入された光を拡散してその光を上方に放射することにより生物成長プレート２２の背面照明を提供する役目を果たす。背面照明部品４６はスキャナ１０内の空間を維持しつつ良好な均一性で生物成長プレート２２の背面を効果的に照明する。
【００６４】
さらに背面照明部品４６は使用中に移動する必要のない１組の固定照明源７６Ａ、７６Ｂを搭載することにより、電気配線に対する労苦を軽減するとともに環境汚染物に対して曝されることも少なくなる。より正確に言えば生物成長プレート２２および拡散要素７４を固定照明源７６Ａ、７６Ｂと一直線になる位置に上昇させる。つまり背面照明部品４６は、生物成長プレート２２の表面にわたる良好な照明均一性、平坦な照明表面、照明源７６Ａ、７６Ｂの固定配置、および空間維持のための効率的なサイズおよび容積をもたらす。
【００６５】
照明源７６Ａ、７６Ｂは、拡散要素が上昇した走査位置にあるとき拡散要素７４の横方向縁部に隣接して配置される。各照明源７６Ａ、７６Ｂは反射カウル７８Ａ、７８Ｂを含み、照明源により発光された光を拡散要素７４のそれぞれの縁部に向かって反射して集光し得る。このようにして照明源７６Ａ、７６Ｂは光拡散要素７４に光を注入する。反射材を反射カウル７８Ａ、７８Ｂの内面に塗布、堆積または接着剤で貼り付け得る。反射カウル７８Ａ、７８Ｂに適した反射材の例は、ミネソタ州セントポールのスリーエム・カンパニー（３Ｍ  Ｃｏｍｐａｎｙ（Ｓｔ．Ｐａｕｌ，Ｍｉｎｎｅｓｏｔａ））から市販されている、スリーエム・ラジアント・ミラー・リフレクタ（３Ｍ  Ｒａｄｉａｎｔ  Ｍｉｒｒｏｒ  Ｒｅｆｌｅｃｔｏｒ）ＶＭ２０００である。
【００６６】
プラテン支持部８０Ａ、８０Ｂを設けて光学プラテン５８（図７）を支持するとともに、背面照明部品４６を前面照明部品４４と係合するインターフェースを提供し得る。図９にさらに示すように、支持ブラケット８２Ａ、８２Ｂは光拡散要素７４用の載置台を提供する。さらに照明源７６Ａ、７６Ｂは照明源を駆動するのに必要な回路の一部を担持する背面８４Ａ、８４Ｂに載置されている。しかし背面８４Ａ、８４Ｂおよび照明源７６Ａ、７６Ｂは通常固定されているため照明源の移動ならびに配線および他の電気部品に関連する労苦は必然的ではなく、さらに環境汚染物に対して曝されることが少なくなる。
【００６７】
拡散要素７４の背面側は照明源７６Ａ、７６Ｂから受け取った光の内部反射、すなわち拡散要素により画定される内部室内への光の反射を促進する反射膜８８により画定し得る。このように光は拡散要素７４の背面領域を出射せずに生物成長プレート２２に向かって内側および上側に反射される。反射膜８８は拡散要素７４により画定される壁に塗布、堆積または接着剤で貼り付け得る。代替的には反射膜８８は独立しており拡散要素７４の背面壁を画定し得る。反射膜８８に適した材料の例は、ミネソタ州セントポールのスリーエム・カンパニー（３Ｍ  Ｃｏｍｐａｎｙ（Ｓｔ．Ｐａｕｌ，Ｍｉｎｎｅｓｏｔａ））から市販されている、スリーエム・ラジアント・ミラー・フィルム（３Ｍ  Ｒａｄｉａｎｔ  Ｍｉｒｒｏｒ  Ｆｉｌｍ）２０００Ｆ１Ａ６である。
【００６８】
生物成長プレート２２に隣接する拡散要素７４の前面側は光学導光・拡散膜８６などの光拡散材を担持し得る。拡散要素７４は反射膜８８と、光学導光・拡散膜８６と、照明源７６Ａ、７６Ｂに隣接した側壁をなすそれぞれの光透過層８９Ａ、８９Ｂとの間に内部室を画定し得る。以下に説明するように照明源７６Ａ、７６Ｂに隣接していない光拡散要素７４の対向側壁は反射層により形成されて、拡散要素内に注入された光の内部反射を促進し得る。
【００６９】
光拡散要素７４により画定される内部室は単に空であり空気で満たされている。光学導光・拡散膜８６は拡散要素７４から射出された光を生物成長プレート２２に向かって拡散する役目を果たす。好適な光拡散膜の例は、３０％の被覆面積を有する拡散白色ドット（diffuse white dots）のパターンで印刷されている、スリーエム・オプティカル・ライティング・フィルム（３Ｍ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｌｉｇｈｔｉｎｇ  Ｆｉｌｍ）であり、プリズム配向が拡散要素に向かって下方に向いている。具体的には光学導光・拡散膜８６のプリズムが拡散要素７４内に向いているとともに、プリズムの配向が概して照明源７６Ａ、７６Ｂに垂直である。スリーエム・オプティカル・ライティング・フィルム（３Ｍ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｌｉｇｈｔｉｎｇ  Ｆｉｌｍ）がミネソタ州セントポールのスリーエム・カンパニー（３Ｍ  Ｃｏｍｐａｎｙ（Ｓｔ．Ｐａｕｌ，Ｍｉｎｎｅｓｏｔａ））から市販されている。
【００７０】
さらに拡散要素７４は光学導光・拡散膜８６上に耐傷性光透過層８７を含み得る。生物成長プレート２２を耐傷層８７と接して配置し得る。さらなる耐傷性光透過層８９Ａ、８９Ｂを拡散要素７４の横縁部に隣接して配置し得る。具体的には層８９Ａ、８９Ｂを照明源７６Ａ、７６Ｂと拡散要素７４との間に配置し得る。
【００７１】
耐傷性光透過層８９Ａ、８９Ｂは拡散要素７４と反対側の光入射スロット上に配置されて照明源７６Ａ、７６Ｂの光を拡散要素を透過させるとともに、拡散要素の上方および下方への摺動用の耐久面を提供する。層８７、８９Ａ、８９Ｂのいずれかに用いるのに適した耐傷性光透過材の例は、アクリルガラスまたはアクリルプレートと称されることもあるアクリル製ガラス状材料に属する。代替的には層８７、８９Ａ、８９Ｂはガラスで形成し得る。
【００７２】
層８７としてのアクリルまたはガラスプレートを用いて生物成長プレート用の安定した清浄化可能な台を提供するとともに、拡散要素７４を損傷から保護することができる。およそ１ｍｍの間隙を層８７と光学導光・拡散膜８６との間に設けることにより拡散膜の光学性能を保持することができ、空気以外の材料との接触に変更することもできる。
【００７３】
図１０は走査位置にある図９の背面照明部品４６を図示する側面図である。具体的には図１０において拡散要素７４が図９に図示した位置に対して上昇されている。拡散要素７４をカム、リードスクリューまたは滑車装置などの様々な上昇機構によって上昇し得る。拡散要素７４を走査位置に上昇させると、生物成長プレート２２は光学プラテン５８（図７）に近接または接触する。
【００７４】
走査位置に上昇すると、照明源７６Ａ、７６Ｂは拡散要素７４に光を注入し、拡散要素７４はその光を拡散するとともに上方に向けることにより生物成長プレート２２に対して背面照明を提供する。以下に説明するように照明源７６Ａ、７６Ｂは異なる着色照明部品を搭載し、これらの部品が選択的に作動されることによりカメラ４２が各色、例えば赤色、緑色および青色に対して単色画像を分離し得る。
【００７５】
図１１は図９および図１０の背面照明部品４６を図示する底面図である。図１１に示すように、多数の照明源７６Ａ〜７６Ｈを拡散要素７４の対向側に直線配列で配置し得る。図１１は生物成長プレート２２の反対側からの背面照明部品の透視図を提供するため、反射層８８を示す。各照明源７６は３つの照明要素、例えば赤色（Ｒ）要素、緑色（Ｇ）要素、および青色（Ｂ）要素を含み得る。赤色、緑色および青色要素は赤色、緑色および青色ＬＥＤであり得る。背面照明部品４６は赤色要素がすべて同時に作動されて生物成長プレート２２の背面側を赤色光で照明することによりカメラ４２で赤色の画像を取り込めるように構成し得る。緑色要素および青色要素もそれぞれ同様に同時に作動し得る。
【００７６】
図１１にさらに示すように反射層９３Ａ、９３Ｂは照明源７６に隣接しない側に拡散要素７４の対向側壁を形成する。反射層９３Ａ、９３Ｂは反射層８８と同様な材料で形成するとともに、内部またはそれぞれの側壁に貼り付けるか、またはそれ自体で独立壁を形成し得る。一般には反射層８８、９３Ａ、９３Ｂは照明源７６から注入された光を拡散要素７４により画定される内部室内に反射する役目を果たし、光が拡散要素の背面または側壁から逃げないようにする。むしろ光を内部におよび拡散材８６に向かって反射する。このように光を集光してその後拡散材８６によって拡散して透過させることにより生物成長プレート２２の背面側を照明する。
【００７７】
図１２は生物成長プレートスキャナ１０に対する前面および背面照明部品４４、４６ならびにカメラ４２の組み合わせを図示する側面図である。図１２に示すように光学プラテン５８は前面照明部品４４と背面照明部品４６との間のインターフェースとしての役目を果たす。動作中、生物成長プレート２２は上昇されて光学プラテン５８に近接してまたは接触する。そして前面および背面照明部品４４、４６は生物成長プレート２２を選択的に異なる照明色で露光することにより、カメラ４２は生物成長プレートの画像を取り込むことができる。例えば前面および背面照明部品４４、４６は赤色、緑色および青色ＬＥＤを順に選択的に作動して生物成長プレート２２の赤色、緑色および青色画像を形成し得る。
【００７８】
図１３は照明システム用の制御回路９０を図示する回路図である。制御回路９０を用いて前面および背面照明部品４４、４６内の照明源を制御し得る。図７〜１２の例では前面および背面照明部品４４、４６は各々８個の別々の照明源６０、７６を含んでいる。各照明源６０、７６は赤色、緑色および青色照明要素、例えば赤色、緑色および青色ＬＥＤを含んでいる。従って図１３は８個の異なるＬＥＤを選択的に同時に駆動するように搭載された例示的制御回路９０を図示している。このように制御回路９０はすべての赤色ＬＥＤを選択的に作動して生物成長プレート２２を赤色光で照明し得る。同様に制御回路９０はそれぞれすべての緑色および青色照明用緑色または青色ＬＥＤを選択的に作動し得る。図１３は、８個のＬＥＤを同時に制御しているため前面照明部品４４または背面照明部品４６のいずれかを制御している制御回路９０を示す。しかしプロセッサ３４により制御される出力回路は基本的に二重にし得るため、１６個のＬＥＤ、従って前面照明部品４４および背面照明部品４６を同時に制御することができる。
【００７９】
図１３に示すようにプロセッサ３４はデジタル出力値を生成して１組のＬＥＤを駆動する。デジタル−アナログ変換機（ＤＡＣ）９１Ａ〜９１Ｈはデジタル出力値をアナログ駆動信号に変換する。バッファ増幅器９２Ａ〜９２ＨはＤＡＣ９１Ａ〜９１Ｈによって生成されたアナログ信号を増幅し、その増幅したアナログ駆動信号をＬＥＤ９４Ａ〜９４Ｈ、９６Ａ〜９６Ｈ、９８Ａ〜９８Ｈの各アレイに印加する。ＤＡＣ９１Ａ〜９１Ｈおよび増幅器９２Ａ〜９２Ｈはプログラム可能なコントローラとして機能してＬＥＤ９４Ａ〜９４Ｈ、９６Ａ〜９６Ｈ、９８Ａ〜９８Ｈの照明継続時間および照明強度を選択的に制御する。プロセッサ３４は、スキャナ１０により処理される異なる生物成長プレート２２の要件に従って、コントローラすなわちＤＡＣ９１Ａ〜９１Ｈおよび増幅器９２Ａ〜９２Ｈを駆動する。
【００８０】
プロセッサ３４は特定の組のデジタル出力値にアクセスして、ＬＥＤ９４Ａ〜９４Ｈ、９６Ａ〜９６Ｈ、９８Ａ〜９８Ｈに対する所望の出力強度を生じるため有利である。例えばデジタル出力値は、様々なＬＥＤ９４Ａ〜９４Ｈ、９６Ａ〜９６Ｈ、９８Ａ〜９８Ｈにより提供される照明の均一性を向上させるようにスキャナ１０の工場または現場較正時に決定することができる。また赤色、緑色および青色ＬＥＤを異なる出力強度および応答性により特徴付け得るとともに、関連する反射板および光学ハードウェアが非均一性を提示して、プロセッサ３４による独立制御をいくつかの用途において望ましいものにし得る。
【００８１】
またデジタル出力値を異なる生物成長プレート２２の要件に基づいて、すなわち成長プレートに照射する照明の強度および継続時間を制御するように決定し得る。従ってプロセッサ３４はスキャナ１０に提示される生物成長プレート２２の特定のタイプに基づいて、異なる継続時間に対して異なる出力値を選択的に生成し、異なる組のＬＥＤ９４Ａ〜９４Ｈ、９６Ａ〜９６Ｈ、９８Ａ〜９８Ｈを有効にし、さらに前面照明、背面照明、またはその両方のいずれかを選択的に有効にし得る。
【００８２】
すべてのＬＥＤ９４Ａ〜９４Ｈ、９６Ａ〜９６Ｈ、９８Ａ〜９８Ｈのアノードは、選択されたＬＥＤを同時に作動させるための駆動増幅器９２Ａ〜９２Ｈのそれぞれの出力に結合されている。特定の照明色用のＬＥＤの選択的作動を可能にするため、ＬＥＤ９４Ａ〜９４Ｈ（赤色）のカソードはスイッチ、例えばエミッタが接地電位に結合されたバイポラー接合トランジスタ１００Ａのコレクタに共通結合されている。同様にＬＥＤ９６Ａ〜９６Ｈ（緑色）のカソードはバイポラー接合トランジスタ１００Ｂのコレクタに共通結合されており、ＬＥＤ９８Ａ〜９８Ｈ（青色）のカソードはバイポラー接合トランジスタ１００Ｃのコレクタに共通結合されている。
【００８３】
プロセッサ３４は赤色イネーブル、緑色イネーブルまたは青色イネーブル信号で各バイポラートランジスタ１００Ａ〜１００Ｃのベースを駆動する。動作中、生物成長プレートを赤色照明に露光するためにプロセッサ３４は赤色ＬＥＤ９４Ａ〜９４Ｈに対するデジタル値を選択するとともにそのデジタル値を、バッファ増幅器９２Ａ〜９２Ｈによって増幅用のアナログ駆動信号を生成するＤＡＣ９１Ａ〜９１Ｈに印加する。赤色ＬＥＤ９４Ａ〜９４Ｈに対するデジタル値の印加と同期して、プロセッサ３４は赤色イネーブル線を作動させてトランジスタ１００Ａにバイアスをかけて「オン」にすることにより赤色ＬＥＤ９４Ａ〜９４Ｈのアノードを接地させる。
【００８４】
プロセッサ３４はイネーブル線を用いて赤色ＬＥＤ９４Ａ〜９４Ｈを選択的に作動することにより生物成長プレート２２を赤色照明に露光させることができる。同時にプロセッサ３４はカメラ４２を制御して生物成長プレート２２の赤色画像を取り込む。緑色および青色画像を取り込むために、プロセッサ３４は適当なデジタル駆動値を生成してそれぞれ緑色イネーブルおよび青色イネーブル線を作動させる。利点としてはイネーブル線を用いることにより照明色の露光継続時間を独立して制御することができる。例えば生物成長プレート２２を異なる継続時間の赤色、緑色および青色照明に露光することが望ましい。
【００８５】
図１４はプレートカウントを生じるための合成画像準備用の多色画像の取り込みを図示する機能ブロック図である。図１４に示すように、単色カメラ４２は生物成長プレート２２から赤色画像１０２Ａ、緑色画像１０２Ｂおよび青色画像１０２Ｃを取り込む。そしてプロセッサ３４は赤色、緑色および青色画像１０２を処理して合成画像１０４を生成する。さらにプロセッサ３４は合成画像を処理してコロニー数１０６などの分析結果を生成する。赤色、緑色および青色画像を合成した合成画像が準備されると、プロセッサ３４は従来の画像分析技術を適用してコロニー数を生成する。
【００８６】
図１５はプレートカウントを生じるための合成画像準備用の多色画像を取り込む技術を図示するフロー図である。図１５に示すようにこの技術は生物成長プレート２２を異なる照明色で選択的に照明するステップ（１０８）と、各照明色への露光中にプレート画像を取り込むステップ（１１０）と、を含んでいる。この技術は照明色毎の個別取込画像に基づいて合成画像を形成するステップ（１１２）と、合成画像を処理（１１４）してコロニー数などの分析結果を生成するステップ（１１６）と、をさらに含んでいる。コロニー数はユーザに表示されるとともにデータファイルに記録される。前述したようにいくつかの画像を取り込む技術は、スキャナ１０により処理される特定の生物成長プレート２２の要件によって１つ、２つまたはそれ以上の照明色、さらに前面側照明、背面側照明またはその両方での照明を含み得る。
【００８７】
図１６は図１５の技術をより詳細に図示するフロー図である。図１６に示すように動作中、プロセッサ３４はまずデジタル値を出力して赤色照明ＬＥＤ９４Ａ〜９４Ｈ（図１３）を駆動する（１１８）とともに、赤色イネーブル線で前面および背面赤色照明ＬＥＤを作動して（１２０）生物成長プレート２２を照明する。そして赤色ＬＥＤ９４Ａ〜９４Ｈによる照明中にカメラ４２が生物成長プレート２２の画像を取り込む（１２２）。
【００８８】
次にプロセッサ３４はデジタル値を出力して緑色照明ＬＥＤ９６Ａ〜９６Ｈを駆動する（１２４）とともに、緑色イネーブル線で前面および背面緑色照明ＬＥＤを作動して（１２６）生物成長プレート２２を照明する。そして緑色照明ＬＥＤ９６Ａ〜９６Ｈによる照明中にカメラ４２が生物成長プレート２２の画像を取り込む（１２８）。その後プロセッサ３４はデジタル値を出力して青色照明ＬＥＤ９８Ａ〜９８Ｈを駆動する（１３０）とともに、青色イネーブル線で青色照明ＬＥＤを作動する（１３２）。
【００８９】
青色画像がカメラ４２で取り込まれた（１３４）後、プロセッサ３４は赤色、緑色および青色画像を合成して合成赤色−緑色−青色画像を形成する（１３６）。そしてプロセッサ３４は合成赤色−緑色−青色画像を処理して（１３８）および／または合成画像の個々の成分を処理してコロニー数を生成する（１４０）。また実施形態によってはプロセッサ３４は赤色、緑色および青色画像を合成して合成画像を形成する前に、個々の赤色−緑色−青色画像を処理し得る。また照明および取込の赤色−緑色−青色順は本明細書において例示目的で記載している。従って生物成長プレート２２は異なる順で照明および走査し得る。
【００９０】
動作中、プロセッサ３４はコンピュータ読取可能媒体に記憶され得る命令を実行して、本明細書に記載されたプロセスを行う。コンピュータ読取可能媒体は、同時性ダイナミックランダムアクセスメモリ（ＳＤＲＡＭ）などのランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）、不揮発性ランダムアクセスメモリ（ＮＶＲＡＭ）、電気的消去可能プログラム可能読み出し専用メモリ（ＥＥＰＲＯＭ）、フラッシュ（ＦＬＡＳＨ）メモリ、磁気または光学データ記憶媒体等を含み得る。
【００９１】
本発明の精神と範囲とから逸脱することなく様々な変更を行うことができる。例えば本明細書に記載の特徴および原理のいくつかはラインスキャナおよびエリアスキャナに適用可能であると考えられる。これらおよび他の実施形態は請求の範囲の範囲内にあるものである。
【図面の簡単な説明】
【００９２】
【図１】例示的生物成長プレートスキャナの斜視図である。
【図２】例示的生物成長プレートスキャナの他の斜視図である。
【図３】画像処理プロファイル選択のための標識パターンを担持する例示的成長プレートの正面図である。
【図４】画像処理プロファイル選択のための標識パターンを担持する例示的成長プレートの正面図である。
【図５】生物成長プレートスキャナの内部動作を図示するブロック図である。
【図６】図５の生物成長プレートスキャナをより詳細に図示するブロック図である。
【図７】生物成長プレートスキャナ用の前面照明部品を図示する側面図である。
【図８】生物成長プレートスキャナ用の前面照明部品を図示する正面図である。
【図９】装填位置にある生物成長プレートスキャナ用の背面照明部品を図示する側面図である。
【図１０】走査位置にある図９の背面照明部品を図示する側面図である。
【図１１】図９および１０の背面照明部品を図示する底面図である。
【図１２】生物成長プレートスキャナ用の前面および背面照明部品の組み合わせを図示する側面図である。
【図１３】照明システム用の制御回路を図示する回路図である。
【図１４】プレートカウントを生じるための合成画像の準備用多色画像の取り込みを図示する機能ブロック図である。
【図１５】プレートカウントを生じるための合成画像の準備用多色画像を取り込む技術を図示するフロー図である。
【図１６】図１５の技術をより詳細に図示するフロー図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【国際調査報告】
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