Бесконтактная система идентификации яиц для определения жизнеспособности яиц и связанный с ней способ
NON-CONTACT EGG IDENTIFICATION SYSTEM FOR DETERMINING EGG VIABILITY AND ASSOCIATED METHOD

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Настоящее изобретение в целом относится к системам идентификации яиц. Более конкретно, настоящее изобретение относится к бесконтактной системе идентификации яиц, способной определять, с использованием системы излучатель-детектор, присутствует ли внутри птичьего яйца жизнеспособный эмбрион, а также к связанному с этой системой способу.
ПРЕДПОСЫЛКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Дифференциация птичьих яиц на основе некоторого наблюдаемого качества является хорошо известной и давно используемой практикой в птицеводстве. «Просвечивание» является общим названием для одного такого способа, причем этот термин имеет свои корни в оригинальной практике проверки яйца с использованием света от свечи. Как известно специалистам, знакомым с яйцами, несмотря на то что скорлупа является непрозрачной для большинства условий освещения, она в действительности немного полупрозрачна, а при размещении яйца непосредственно перед прямым светом можно наблюдать его содержимое.
Яйца, которые должны быть инкубированы до живой птицы, как правило, просвечивают во время эмбрионального развития, чтобы определить неоплодотворенные, сгнившие и умершие яйца (совместно именуемые в настоящем документе как «неживые яйца»). Неживые яйца (называемые также нежизнеспособными яйцами) удаляют из процесса инкубации для увеличения доступного пространства инкубатора, а также для снижения риска биологического заражения. Во многих случаях желательно вводить вещество путем инъекции в живое яйцо (также называемое как жизнеспособное яйцо) еще до инкубации. Инъекции различных веществ в птичьи яйца используются в коммерческом птицеводстве для снижения пост-инкубационной смертности или увеличения темпов роста инкубированной птицы. Примеры веществ, которые использовались или предлагались для инъекции, включают вакцины, антибиотики и витамины.
Инъекция веществ, как правило, происходит путем прокалывания яичной скорлупы, чтобы создать сквозное отверстие (например, с использованием штампа или сверла), введение инъекционной иглы через отверстие и внутрь яйца (а в некоторых случаях и в содержащийся в яйце птичий эмбрион), и введение одного или нескольких лечебных веществ через иглу. Такие устройства могут поместить яйцо и инъекционную иглу в фиксированном положении относительно друг друга, и могут быть разработаны для высокоскоростной автоматической инъекции большого количества яиц. Выбор как места, так и времени для выполнения инъекций, также может повлиять на эффективность вводимого вещества, а также на смертность инжектированных яиц или обработанных эмбрионов.
В промышленном производстве домашней птицы только приблизительно от 60% до 90% коммерческих бройлерных яиц инкубируются. Яйца, которые не инкубируются, включают яйца, которые не были оплодотворены, а также оплодотворенные яйца, которые умерли. Неоплодотворенные яйца могут составлять от приблизительно 5% до приблизительно 25% всех яиц в закладке. Из-за количества неживых яиц, встречающихся в промышленном производстве домашней птицы, использования автоматизированных методов инъекций, а также стоимости лечебных веществ, желательно иметь автоматизированный способ идентификации живых яиц и избирательной инъекции (или выборочного контакта) только живых яиц.
Яйцо может быть «живым» в том смысле, что оно имеет жизнеспособный эмбрион. Фиг. 1 иллюстрирует живое птичье яйцо 1 после приблизительно одного дня инкубации. Фиг. 2 иллюстрирует живое яйцо 1 приблизительно на одиннадцатый день инкубации. Яйцо 1 имеет несколько узкий конец в области, представленным номером 10 позиции, а также расположенный напротив него расширенный или тупой конец в области, показанной номером 20 позиции. На Фиг. 1 эмбрион 2 представлен в верхней части желтка 3. Яйцо 1 содержит воздушную полость 4, расположенную смежно с расширенным концом 20. Как показано на Фиг. 2, уже проявились крылья 5, ножки 6 и клюв 7 цыпленка.
Яйцо может быть «неоплодотворенным» или «бесплодным» в том смысле, что оно не имеет эмбриона. Более конкретно, «неоплодотворенное» яйцо является бесплодным яйцом, которое не является сгнившим. Яйцо может быть «рано умершим» в том смысле, что у него есть эмбрион, который умер в возрасте приблизительно от одного до пяти дней. Яйцо может быть «промежуточно умершим» в том смысле, что у него есть эмбрион, который умер в возрасте приблизительно от пяти до пятнадцати дней. Яйцо может быть «поздно умершим» в том смысле, что у него есть эмбрион, который умер в возрасте приблизительно от пятнадцати до восемнадцати дней.
Яйцо может быть «сгнившим»» в том смысле, что оно содержит перепревший бесплодный желток (например, в результате трещины в оболочке яйца) или, в качестве альтернативы, сгнивший, мертвый эмбрион. Тогда как «рано умершее», «промежуточно умершее» или «поздно умершее» яйцо может быть сгнившим яйцом, эти термины, используемые в настоящем документе, относятся к таким яйцам, которые не являются сгнившими. Ясно, что рано умершие, промежуточно умершие, поздно умершие и сгнившие яйца также могут быть отнесены к категории «неживых» яиц, поскольку они не содержат живой эмбрион.
Есть и другие применения, где важно иметь возможность различать живые (жизнеспособные) и неживые (нежизнеспособные) яйца. Одним из таких применений является выращивание и сбор вакцин посредством живых яиц (называемых «яйцами для производства вакцин»). Например, производство вакцины против гриппа человека осуществляется путем введения вакцинного вируса в куриное яйцо приблизительно на одиннадцатый день эмбрионального развития (11-ти дневное яйцо), что позволяет вирусу расти в течение двух дней, затем осуществляя эвтаназию эмбриона путем охлаждения яйца, а затем и сбора агностической жидкости из яйца. Как правило, яйца просвечивают перед инъекцией посевного вируса, чтобы удалить неживые яйца. Яйца для производства вакцин могут быть просвечены за один или несколько дней до инъекции в них посевного вируса. Идентификация живых яиц при производстве вакцин важна, поскольку желательно предотвратить бесполезное введение посевной вакцины в неживые яйца, а также сократить расходы, связанные с перемещением и утилизацией неживых яиц.
В некоторых известных просвечивающих устройствах используются системы идентификации непрозрачности, в которых несколько источников света и соответствующих световых детекторов установлены в виде массива, и при этом яйца, расположенные в лотке, проходят между источниками света и световыми детекторами. К сожалению, такие обычные способы просвечивания могут иметь несколько ограниченную точность из-за того, что различные категории яиц имеют сходные оптические плотности (например, живые и сгнившие), что дает, в результате, схожие интенсивности проходящего света. Системы идентификации непрозрачности могут работать со скоростью, эквивалентной приблизительно 300000 яиц в час и успешно идентифицировать неоплодотворенные яйца из потока яиц. Тем не менее, некоторые яйца, определяемые как живые, на самом деле могут быть неживыми (например, сгнившие яйца, промежуточно умершие и поздно умершие яйца).
В других известных просвечивающих устройствах используется определение сердечных сокращений эмбриона, которое способно определять живые и неживые яйца. Тем не менее, эти системы требуют измерительных инструментов, способных входить в контакт с яйцами, чтобы создавать механическое уплотнение от света в измерительных целях, что может представлять собой несколько проблем. Во-первых, пропускная способность замедляется, поскольку яйца должны быть остановлены, когда головка измерительного инструмента опускается и поднимается, чтобы каждый измерительный инструмент мог войти в контакт с соответствующим яйцом. Далее, механический контакт с неживыми яйцами, в особенности, со сгнившими яйцами (которые могут взорваться при контакте), может вносить нежелательное загрязнение в систему детектирования, которое потенциально может быть передано следующим живым яйцам в процессе дальнейшей обработки. И, наконец, конфигурации излучатель-детектор в системах определения сердечных сокращений предшествующего уровня техники трудно механически позиционировать для обеспечения требуемой пропускной способности, при этом неполное уплотнение может привести к рассеянию света, интерферирующему с желаемым передаваемым сигналом.
Соответственно, было бы желательно обеспечить просвечивающие устройства, реализующие систему определения сердечных сокращений, способную точно различать живые и неживые яйца без контакта с ними во время работы и без использования механического уплотнения от света. Кроме того, было бы желательно предусмотреть соответствующий способ, который бы точным образом способствовал определению сердечных сокращений живых яиц при высокой пропускной способности.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Задача, на решение которой направлено, предложенное изобретение заключается в повышении производительности систем идентификации яиц, в которых используют способ просвечивания, определяющий сердечные сокращения. Указанные выше и другие потребности удовлетворяются аспектами настоящего изобретения, которое, в соответствии с одним из аспектов, обеспечивает систему идентификации яиц для определения жизнеспособности птичьего яйца. Система содержит конвейерную систему, выполненную с возможностью перемещения лотка с яйцами, содержащего большое количество яиц. Узел излучателя выполнен с возможностью излучения коллимированного электромагнитного излучения к одному из яиц, перемещаемых в лотке с яйцами. Бесконтактный узел детектора аксиально совмещен с узлом излучателя. Бесконтактный узел детектора выполнен с возможностью детектирования электромагнитного излучения, прошедшего через яйцо. Бесконтактный узел детектора расположен в неконтактном положении, так что яйцо, размещенное для идентификации, пространственно отделено от бесконтактного узла детектора во время работы последнего. Процессор выполнен с возможностью обработки выходного сигнала бесконтактного узла детектора, для определения, имеется ли периодическое или апериодическое изменение интенсивности электромагнитного излучения, прошедшего через соответствующее яйцо, соотносящееся с работой сердца или с движением эмбриона, при этом наличие такого периодического или апериодического изменения указывает на то, что яйцо является жизнеспособным.
Другой аспект предусматривает способ определения жизнеспособности яйца. Способ включает перемещение яйца, содержащегося в лотке с яйцами, посредством конвейерной системы. Способ дополнительно включает излучение коллимированного электромагнитного излучения из узла излучателя в сторону яйца. Способ дополнительно включает детектирование электромагнитного излучения, пропущенного через яйцо, с помощью бесконтактного узла детектора, соосного с узлом излучателя, причем бесконтактный узел детектора пространственно отделен от яйца. Способ дополнительно включает генерирование выходного сигнала из электромагнитного излучения, которое было детектировано бесконтактным узлом детектора. Способ дополнительно включает обработку выходного сигнала для определения наличия периодического или апериодического изменения интенсивности электромагнитного излучения, прошедшего через соответствующее яйцо, которое соотносится с работой сердца или с движением эмбриона, при этом наличие такого периодического или апериодического изменения указывает на то, что яйцо является жизнеспособным.
Предложенные система и способ идентификации яиц для определения жизнеспособности яиц обеспечивают возможность бесконтактного определения жизнеспособности птичьего яйца посредством системы просвечивания, определяющей сердечные сокращения, которая не контактирует с яйцом и, следовательно, обеспечивает отсутствие перекрестного загрязнения.
Различные аспекты изобретения обеспечивают преимущества, которые описаны подробно в следующей части описания.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Описанные выше в общих чертах различные варианты выполнения настоящего изобретения ниже описаны со ссылкой на прилагаемые чертежи, которые не обязательно приведены в масштабе и на которых:
Фиг. 1 иллюстрирует живое куриное яйцо приблизительно на первый день инкубации;
Фиг. 2 иллюстрирует живое куриное яйцо приблизительно на одиннадцатый день инкубации;
Фиг. 3 представляет собой схематический вид системы идентификации яиц, выполненной в соответствии с одним из аспектов настоящего изобретения;
Фиг. 4 представляет собой схематический вид в аксонометрии лотка для яиц, способного содержать яйца в фиксированном положении;
Фиг. 5 иллюстрирует яйцо в лотке для яиц, перемещаемом мимо ряда пар излучатель-детектор системы детектирования яиц, а также дополнительно иллюстрирует пути интерференции внеосевых излучений, которые нежелательным образом вносят вклад в детектированный сигнал;
Фиг. 6 иллюстрирует яйцо, исследуемое на жизнеспособность с помощью пары излучатель-детектор, выполненной с возможностью использования в системе детектирования яиц, выполненной в соответствии с одним аспектом настоящего изобретения;
Фиг. 7 иллюстрирует светоизлучающий источник и соответствующий коллиматор, образующий часть узла излучателя, выполненные с возможностью использования в системе детектирования яиц, выполненной в соответствии с одним аспектом настоящего изобретения;
Фиг. 8 иллюстрирует различные компоненты узла излучателя, выполненные с возможностью использования в системе детектирования яиц, выполненной в соответствии с одним аспектом настоящего изобретения;
Фиг. 9 иллюстрирует узел детектора, расположенный по отношению к яйцу, и соответствующую плоскость детектирования яиц, в соответствии с одним аспектом настоящего изобретения;
Фиг. 10 иллюстрирует узел детектора, расположенный по отношению к яйцу, и соответствующую плоскость детектирования яиц, в соответствии с другим аспектом настоящего изобретения; и
Фиг. 11 иллюстрирует большое количество яиц, перемещаемых через систему детектирования яиц, содержащую систему детектирования непрозрачности и систему детектирования сердечных сокращений, в соответствии с одним аспектом настоящего изобретения.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Далее более подробно описаны различные аспекты изобретения со ссылками на сопровождающие чертежи, на которых показаны некоторые, но не все аспекты изобретения. В самом деле, это изобретение может быть реализовано во многих различных формах и не должно быть истолковано как ограниченное аспектами, изложенными в настоящем документе; скорее, эти аспекты выполнены таким образом, что изобретение будет удовлетворять применяемым законодательным нормам. Одинаковые номера позиций относятся к одинаковым элементам по всему описанию.
Настоящее изобретение относится к системам и способам точного определения жизнеспособности яиц с высокой пропускной способностью, без контакта с яйцами, когда те проходят через средство идентификации. Пропускание яиц через систему не контактирующим или бесконтактным способом обеспечивает много преимуществ, в том числе поддержание неподвижного положения компонентов системы детектирования для улучшения пропускной способности и ограничения контакта с неживыми яйцами, такими как сгнившие яйца, которые могут взорваться.
Используемые в настоящем описании термины «не контактирующий» и «бесконтактный» относятся к поддержанию пространственного разделения яйца и определенных компонентов системы идентификации яиц, раскрытой в настоящем документе, в процессе работы пары излучатель-детектор при определении жизнеспособности. В некоторых случаях это может конкретно относиться к пространственному разделению узла детектора и яйца. В связи с этим узел детектора, в соответствии с настоящим изобретением, может быть расположен на удалении от яйца таким образом, что ни один из его компонентов не контактирует с яйцом, устраняя, тем самым, любое механическое уплотнение от света, способное ограничивать детектирование сигналов помех. Вместо этого, настоящее изобретение имеет дело с фильтрованием этих сигналов помех с помощью других средств таким образом, что контакта с яйцом не требуется. Конечно, яйца могут находиться в контакте с несущим средством, таким как лоток для яиц, выполненный с возможностью перемещения яиц через систему идентификации яиц. В связи с этим, термин «бесконтактный» относится к недопущению контакта между яйцами и рабочими компонентами системы идентификации яиц.
Кроме того, настоящее изобретение относится к системам и способам с использованием пропускающих (так называемых «сквозной луч») режимов для определения жизнеспособности яйца. При работе в режиме пропускания, излучатель и детектор системы идентификации яиц могут быть совмещены по оси вдоль общей продольной оси таким образом, что система может быть выполнена в работоспособной форме. То есть конфигурация системы не должна учитывать возможность работы пары излучатель-детектор в режиме отражения, в котором излучатель и детектор расположены, например, под прямым углом для приема отраженного сигнала. Вместо этого, узел излучателя и узел детектора могут быть расположены на противоположных сторонах яйца таким образом, что яйцо может легко проходить между ними для оценки и идентификации.
2
Тем не менее, так как аспекты настоящего изобретения могут работать в бесконтактном и пропускающем режиме, требуемые уровни интенсивности проходящего света могут быть низкими, тогда как возможность для нежелательных сигналов помех может быть высокой. В связи с этим, дальнейшие аспекты настоящего изобретения представлены в таком виде, что нежелательный сигнал помех может быть ограничен, а полезный сигнал низкой интенсивности проходящего света (менее чем приблизительно 1 нВт/см) может быть максимизирован для обработки таким образом, чтобы обеспечить точную и надежную идентификацию жизнеспособных яиц.
Способы и системы, выполненные в соответствии с аспектами настоящего изобретения, могут быть использованы для точного определения живых и неживых яиц в любое время во время эмбрионального развития (также называемого инкубационным периодом). Аспекты настоящего изобретения не ограничиваются идентификацией только в определенный день (например, на одиннадцатый день) или в определенный временной период эмбрионального развития. Кроме того, способы и устройства, выполненные в соответствии с аспектами настоящего изобретения, могут быть использованы с любыми типами птичьих яиц, в том числе, но не ограничиваясь этим, куриными, индюшиными, утиными, гусиными, перепелиными, фазаньими яйцами, а также яйцами экзотических птиц и т.д.
Фиг. 3 иллюстрирует систему 100 идентификации яиц, способную реализовывать различные аспекты настоящего изобретения. Система 100 идентификации яиц может содержать раму 120 и конвейерную систему 140, выполненную с возможностью перемещения яиц, находящихся в лотке 50 для яиц (Фиг. 4), к системе 160 детектирования яиц. В некоторых случаях система идентификации яиц может содержать дисплей 180, способный отображать информацию, относящуюся к системе идентификации яиц и/или к яйцам, проходящим через систему детектирования яиц, для их идентификации. Система 100 может содержать контроллер для управления различными ее аспектами, в том числе возможностью включать и отключать определенные компоненты системы 160 детектирования яиц. Система 100 может быть портативной и, в некоторых случаях, может быть выполнена модульным образом, так что она может быть соединена с другими соответствующими устройствами, такими как, например, устройство для инъекции в яйцо, устройство сортировки яиц, устройство перемещения яиц, устройство удаления яиц или устройство тендерной идентификации. В некоторых случаях система 160 детектирования яиц может быть непосредственно применена в устройстве для инъекции в яйцо, устройстве сортировки яиц, устройстве перемещения яиц, устройстве удаления яиц или в устройстве тендерной идентификации.
Как показано на Фиг. 4, лоток 50 для яиц может быть выполнен из пересекающихся реек 52, ограниченных концами 54. Рейки 52 могут формировать открытые карманы 56, при этом каждый карман 56 способен вмещать конец соответствующего яйца 1. В некоторых случаях узкий конец 10 (Фиг. 1 и 2) яйца 1 может быть вставлен в карман 56 таким образом, что тупой конец 20 выступает над лотком 50.
На Фиг. 5 и 6 изображена пара 500 излучатель-детектор для использования при классификации яиц, в соответствии с некоторыми аспектами настоящего изобретения, как показано на чертеже. Проиллюстрированная пара 500 излучатель-детектор может содержать узел 200 излучателя и узел 300 детектора. При работе пары 500 излучатель-детектор могут быть расположены в массиве и использованы для классификации соответствующего массива яиц, удерживаемого лотком 50 (Фиг. 4). Изображенный узел 200 излучателя может содержать цилиндрический корпус 202. Аспекты настоящего изобретения не ограничиваются представленной конфигурацией корпуса 202 излучателя. Корпус 202 может иметь различные формы, размеры и конфигурации, без каких-либо ограничений. Массив узлов 200 излучателя может поддерживаться с помощью рамы или другого несущего элемента системы 160 детектирования яиц. Поскольку система 160 детектирования яиц работает бесконтактным образом, перемещение узлов 200 излучателя между поднятым положением и опущенным положением может и не потребоваться, хотя в некоторых случаях каждый из них может быть выполнен для обеспечения такой возможности.
Внутри корпуса 202 излучателя расположен светоизлучающий источник 210. Светоизлучающий источник 210 может быть выполнен с возможностью испускать электромагнитное излучение различных длин волн электромагнитного спектра, в том числе, например, видимый свет, инфракрасное излучение и свет ближнего инфракрасного диапазона. В некоторых случаях светоизлучающий источник 210 может быть выполнен, в частности, с возможностью излучения инфракрасного света в диапазоне длин волн приблизительно от 820 до 860 нанометров (нм), а более конкретно, приблизительно 850 нм. В соответствии с некоторыми аспектами, светоизлучающий источник может быть выполнен в виде светоизлучающего диода (СИД), выполненного с возможностью излучения света в инфракрасной части электромагнитного спектра. Тем не менее, аспекты настоящего изобретения не ограничены использованием светодиодов или инфракрасного излучения. Различные типы светоизлучающих источников могут быть использованы без каких-либо ограничений. В качестве одного примера, светоизлучающий источник может представлять собой поверхностный монтаж, такой как модель СИД SFH 4259 в сборке SMT Power Top LED от OSRAM. Другой пример светоизлучающего источника может представлять собой лазерный диод или твердотельный источник генерации света.
Фиг. 5 иллюстрирует различные возможные пути излучения, по которым может следовать электромагнитное излучение, испускаемое светоизлучающим источником 210, при выходе из узла 200 излучателя. Как упоминалось ранее, детектирование низкой интенсивности пропущенного через яйцо 1 света, без использования механического уплотнения от света, создает проблемы при оценке жизнеспособности яйца 1 на основе сердечных сокращений эмбриона. В свете отсутствия механических уплотнений от света, аспекты настоящего изобретения могут быть выполнены с возможностью сведения к минимуму генерации мешающих сигналов 12 отражения из того же самого источника, а также сигналов 13 от соседних узлов излучателя, чтобы максимизировать фильтрацию мешающих сигналов 12 отражения и сигналов 13 от соседних излучателей, чтобы максимизировать фильтрацию сигналов 11 естественного освещения, и чтобы минимизировать сигналы 14, попадающие в поле зрения (FOV) 15 узла 300 детектора. В связи с этим аспекты настоящего изобретения могут быть выполнены с возможностью максимизировать требуемый набор сигналов, одновременно максимально увеличивая фильтрацию нежелательных сигналов, чтобы достичь требуемого соотношения сигнал-помеха (S/I).
Узел 200 излучателя может быть выполнен с возможностью максимизировать испускание электромагнитного излучения вдоль продольной оси яйца 1 таким образом, что излучения направлены к яйцу 1, одновременно максимально увеличивая фильтрацию внеосевых излучений. То есть узел 200 может быть выполнен с возможностью коллимации света в направленный луч, а не фокусировки луча, таким образом, чтобы проецировать излучение светоизлучающего источника 210 на заданную область яйца 1, ограничивая при этом излучение паразитного света, который представляет собой любую оптическую энергию, покидающую узел 200, которая не освещает заданную область яйца (или свет, который отражается от заданной области яйца).
В некоторых случаях светоизлучающий источник 210 может представлять собой источник узкополосного света, для того, чтобы дифференцировать пропущенный свет 9 и естественное освещение 11. В соответствии с некоторыми аспектами, светоизлучающий источник 210 может испускать излучение на длинах волн, которые отличают источник от естественного освещения 11. Кроме того, свет, излучаемый из светоизлучающего источника 210, можно модулировать по дискретным (и, в некоторых случаях, уникальным) частотам, чтобы отделить требуемый пропущенный сигнал 10 от сигналов 13 соседнего излучателя и сигналов 11 естественного освещения в электрической области. Кроме того, свет, излучаемый из источника 210, может быть промодулирован с помощью синусоидального изменения оптической мощности, с тем, чтобы определить нахождение сигнала электрической мощности в узкой полосе частот, что может обеспечить восстановление сигнала с помощью аналоговых и цифровых методов фильтрации.
Как показано на Фиг. 6-8, узел 200 излучателя может быть выполнен с возможностью коллимации, в отличие от фокусировки, излучений из светоизлучающего источника 210, чтобы минимизировать мешающие сигналы 12 отражения и сигналы 13 соседних излучателей. В соответствии с некоторыми аспектами, поле зрения 22 излучателя может быть выбрана приблизительно равной полю зрения 15 детектора, которое, в некоторых случаях, может представлять собой круговую область, равную восемь (8) миллиметров в диаметре. Небольшое поле зрения 22 излучателя может сделать систему неустойчивой к локализованным неоднородностям, таким как грязь и мусор на поверхности яйца 1, тогда как слишком большое поле зрения может рассеивать оптический поток, снижая пропускную способность сигнала. В интересах максимизации пропускной способности сигнала и уменьшения рассеяния света от поверхности яйца, излучения из светоизлучающего источника 210 могут быть коллимированы. Свет, который не коллимирован от светоизлучающего источника 210, может быть ослаблен таким образом, чтобы свести к минимуму загрязнение окружающей среды паразитным светом.
Для коллимации электромагнитного излучения, излучаемого из светоизлучающего источника 210, может быть предусмотрен коллиматор. В некоторых случаях коллиматор может представлять собой, например, линзу, параболический отражатель с полным внутренним отражением (TIR), конденсорную линзу или лазерный диод. В соответствии с некоторыми аспектами, коллиматор 220 может быть асферическим. В некоторых конфигурациях может быть использовано несколько коллиматоров 220. В соответствии с одним аспектом, линза 220 излучателя может содержать корпус 225 для монтажа линзы 220 излучателя вблизи светоизлучающего источника 210. Как показано на Фиг. 7, светоизлучающий источник 210 может быть установлен на печатной плате (РСВ) 230.
Управление паразитным светом узла 200 излучателя означает уменьшение света, излучаемого светоизлучающим источником 210, который не освещает поле зрения 22 излучателя на яйце 1. Такое нежелательное освещение может потенциально рассеяться и найти свой путь к узлу 300 детектора или к соседнему узлу 300 детектора, в случае массива узлов 300 детектора. Сведение к минимуму излучения паразитного света на узле 200 можно считать первым шагом на пути снижения паразитного света на узле 300 детектора. В связи с этим, источник 210 может быть заключен в корпус 202 излучателя таким образом, чтобы свести к минимуму паразитный свет. Корпус 202 излучателя может быть черным анодированным, чтобы способствовать ослаблению света в каждом случае рассеяния. Узел 200 излучателя может содержать прозрачное окно в выходном отверстии 240 излучателя, которое обеспечивает возможность прохождения света сквозь него.
Корпус 202 и одна или несколько диафрагм или лепестков (ирисовой диафрагмы) могут быть использованы для формирования отражательной перегородки для управления остаточным светом, излучаемым светоизлучающим источником 210 или рассеянным корпусом 225 линзы. В соответствии с одним из аспектов, как показано на Фиг. 8 (корпус 202 излучателя и линза 220 излучателя удалены для ясности), корпус 202 или связанные с ним конструкции 204 могут формировать выходную диафрагму 240 и одну или несколько внутренних диафрагм или лепестков 245 излучателя. Выходная диафрагма 240 излучателя и внутренний лепесток 245 излучателя могут ограничивать сигнал до нужного коллимированного луча, отфильтровывая любой сигнал за пределами диаметра луча. Увеличение длины узла 200 излучателя вместе с добавлением большего количества внутренних лепестков 245 излучателя может улучшить фильтрацию паразитного света. Корпус 202 излучателя и другие компоненты узла 200 излучателя могут иметь покрытие, которое уменьшает отражение излучаемого света. Например, корпус 202 излучателя может иметь черную анодированную поверхность. В некоторых случаях, когда поле зрения 22 излучателя равно 8 миллиметров, диапазон осевого расстояния между плоскостью 95 яйца 1 на тупом конце 20 и выходной диафрагмой 240 излучателя может находиться в диапазоне приблизительно от 10 до 60 миллиметров. В некоторых случаях для уменьшения излучения нежелательного света в окружающую среду на передней поверхности узла 200 излучателя может быть предусмотрена профилированная форма, текстура или покрытие.
Изобретение может также содержать узел 300 детектора для приема электромагнитного излучения / света, прошедшего через яйцо во время просвечивания. Узел 300 может быть расположен напротив узла 200 в осевом совмещении, с образованием пары излучатель-детектор. Таким образом, несколько узлов 200 излучателя и соответствующие несколько узлов 300 детектора могут сформировать массив пар излучатель-детектор, способный оценивать большое количество яиц, перемещаемых в лотке для яиц.
Как уже говорилось ранее, в некоторых случаях, узел 300 детектора может быть пространственно удален от яйца во время операции просвечивания так, что ни одна часть детектора не находится в контакте с яйцом, образуя, тем самым, бесконтактную конфигурацию. Такая бесконтактная конфигурация может обеспечить повышение пропускной способности и может ограничивать загрязнение последующих яиц, как было описано выше. Таким образом, чтобы обеспечить бесконтактные характеристики, может быть желательным максимально увеличить сбор света, излучаемого яйцом 1, в пределах заданного угла поля зрения детектора, который представляет собой выходной сигнал, одновременно сводя к минимуму свет, собираемый из-за пределов поля зрения детектора. В некоторых случаях узел 300 детектора может быть пространственно отделен от яйца 1 расстоянием приблизительно от 10 до 100 мм, а более конкретно, приблизительно 19 миллиметров.
Узел 300 детектора может содержать фотодетектор для детектирования и выполнения фотоэлектрического преобразования света, прошедшего через яйцо. Например, датчик 302, имеющий фотодетектор (например, точечный диод) для формирования выходного сигнала, соответствующего интенсивности света, выходящего из яйца. Датчик 302 может представлять собой любой тип датчика, способного обнаруживать длину волны света, излучаемого светоизлучающим источником 210, на частотах модуляции, включая постоянный ток. В соответствии с некоторыми аспектами, узел 300 детектора может и не использовать никакие оптические элементы для сбора оптической энергии из яйца 1, с тем, чтобы представлять собой так называемый «пассивный» датчик. В целом, назначение датчика 302 может заключаться в детектировании света, излучаемого из ограниченной области (поля зрения) яйца 1. Свет, попадающий на датчик 302 под углом, большим, чем угловое поле зрения детектора, и освещающий датчик 302, может способствовать нежелательному отклику, который ухудшает отклик системы.
В некоторых случаях поле зрения 15 детектора может быть конкретно указано как область диаметром восемь миллиметров на узком конце 10 яйца 1, причем поле зрения детектора может быть измерено в плоскости 90, касательной к узкому концу 10 яйца 1. Узел 300 детектора может иметь квадратную активную область и встроенный широкополосный или полосовой фильтр оптических длин волн, такой как, например, встроенный полосовой фильтр ближнего инфракрасного излучения, способный отфильтровывать длины волн или нежелательный свет.
Узел детектора может содержать корпус 310 и прозрачное окно 304, которое обеспечивает свету возможность проходить сквозь него. Прозрачное окно 304 может быть выполнено из различных типов материалов, без каких-либо ограничений. Иллюстративные материалы включают, но не ограничиваются этим, стекло, сапфир и пластмассу (например, неотражающую, прозрачную пластмассу и т.д.). Датчик 302 может быть расположен внутри корпуса 310 детектора и может принимать свет, выходящий из яйца, через окно 304. Окно 304 может быть закреплено на корпусе 310 детектора различными способами для обеспечения того, что корпус 310 детектора остается по существу водонепроницаемым.
Узел 300 детектора может содержать отражательную перегородку 330 детектора в корпусе 310, с одним или несколькими лепестками или диафрагмами для фильтрации паразитного или внеосевого света, способного проникать в узел 300 детектора по нежелательным путям, одновременно обеспечивая возможность сбора пропущенного света с поля зрения детектора на узком конце 10 яйца 1. В соответствии с одним из аспектов, как показано на Фиг. 9, узел 300 детектора может содержать два отверстия, 320 и 340, которые служат в качестве полевой диафрагмы 325 и апертурной диафрагмы 345 для датчика 302. Полевая диафрагма 325 ограничивает поле зрения детектора, тогда как апертурная диафрагма 345 ограничивает свет только тем светом, который может непосредственно достигнуть датчика 302 и отфильтровывает / не пускает свет, который иным образом попадает в непосредственную близость от датчика 302. В некоторых случаях края отверстия могут иметь радиус, например, 0,25 мм. Было установлено, что меньший радиус края отверстия 320 может улучшить паразитную освещенность, так как характеристики радиуса края отверстия на полевой диафрагме 325 может в значительной степени вносить вклад в паразитный световой сигнал. В некоторых случаях, для того, чтобы уменьшить паразитный свет, края отверстий 320 и 340 могут быть заострены, в частности, отверстия 320 полевой диафрагмы 325.
В некоторых аспектах, отверстие 340 может быть выполнено как круглым, чтобы обеспечивать круговое поле зрения детектора для управления паразитным светом. Диаметр отверстия 340 (апертурной диафрагмы 345) может быть немного меньше, чем полная ширина датчика 302, с тем, чтобы гарантировать, что все сигналы, проходящие через апертурную диафрагму 345, затем могут падать на поверхность датчика 302. Посредством такой геометрии размер апертурной диафрагмы 345 и местоположение определяют эффективную область детектирования для датчика 302. Когда поле зрения детектора и размер датчика заданы, пропускная способность может быть оптимизирована путем регулирования зазора между полевой диафрагмой 325 и апертурной диафрагмой 345. Такой зазор может иметь значение в пределах от приблизительно 12 до 26 миллиметров или, более конкретно, от приблизительно 15 до 20 миллиметров или, более конкретно, приблизительно 17 миллиметров. Диаметры указанных двух отверстий могут быть отрегулированы для поддержания постоянного поля зрения детектора и размера детектора в диапазоне зазоров. В некоторых случаях полевая диафрагма 325 может иметь радиус отверстия от 1,0 до 1,5 мм или, более конкретно, приблизительно 1,3 мм. В некоторых случаях апертурная диафрагма 345 может иметь радиус отверстия приблизительно от 0,5 до 1,0 или, более конкретно, приблизительно 0,8 мм.
В соответствии с некоторыми аспектами, как показано на Фиг. 10 (для ясности проиллюстрирован без корпуса 310 детектора), узел 300 детектора может использовать оптические элементы или системы линз детектора для сбора света с заданной области на яйце 1 (поля зрения детектора) и доставлять его к датчику 302. В связи с этим, могут быть добавлены механические элементы, такие как оправы диафрагм и линз, чтобы улучшить характеристики узла 300 детектора. В соответствии с одним аспектом, три отверстия могут быть добавлены в узел 300 детектора. Эти отверстия могут быть названы входным отверстием 410, полевым отверстием 420 и детекторным отверстием 430 (с соответствующими диафрагмами, соответственно, 412, 422 и 432). Узел 300 детектора может также использовать один или несколько элементов линз, установленных внутри оправ линз для формирования системы линз детектора. Наличие оправ линз может повлиять на характеристики узла 300 детектора путем направления большего количества собранного света на датчик, чтобы увеличить его чувствительность. К сожалению, наличие оправ линз может также увеличить вклад паразитного света. Тем не менее, увеличение полезного сигнала больше, чем увеличение сигнала помех, что приводит к улучшенному отношению сигнал / помеха. В некоторых случаях края отверстия могут иметь, например, радиус 0,25 мм. Для защиты элементов, расположенных внутри корпуса 310 детектора, может быть добавлено защитное окно 440.
В некоторых случаях система линз детектора может, в частности, содержать четыре линзы 450, 452, 454, 456 для сбора света для доставки его к датчику 302. Тем не менее, следует отметить, что система линз детектора может, в некоторых случаях, быть выполнена без линз 452 и 456 таким образом, что используются только линзы 450 и 454, причем одна заказная линза может заменить пару линз.
Как показано на Фиг. 10, в данном конкретном аспекте система линз детектора может содержать несколько оправ 350, 352, 354 линз, причем линза 450 может быть расположена внутри оправы 350, линза 452 может быть расположена внутри оправы 352, а линзы 454 и 456 могут быть расположены внутри оправы 354. В соответствии с одним конкретным аспектом, линзы 450, 452, 454 и 456 могут иметь фокусное расстояние, соответственно, приблизительно 20 мм, 25 мм, 15 мм и 8 мм. В некоторых случаях линза 450 может быть расположена на расстоянии приблизительно от 0,05 до 0,15 мм от диафрагмы 412 входного отверстия; линза 452 может быть расположена на расстоянии приблизительно от 11,5 до 12,0 мм от диафрагмы 412 входного отверстия; линза 454 может быть расположена на расстоянии приблизительно от 6 до 7 миллиметров от диафрагмы 422 отверстия поля зрения; и линза 456 может быть расположена на расстоянии приблизительно от 11 до 12 миллиметров от диафрагмы 422 отверстия поля зрения. В некоторых случаях диафрагма 422 отверстия поля зрения может быть расположена на расстоянии приблизительно от 30 до 35 миллиметров от диафрагмы 412 входного отверстия, а более конкретно, на расстояние приблизительно 32 мм, тогда как диафрагма 432 отверстия детектора может быть расположена на расстоянии приблизительно от 45 до 50 мм от диафрагмы входного отверстия, а более конкретно, приблизительно 49 миллиметров; причем датчик 302 может быть расположен на расстоянии от диафрагмы входного отверстия приблизительно от 45 до 55 миллиметров, а более конкретно, приблизительно 50 миллиметров.
В соответствии с некоторыми аспектами, радиус входного отверстия может составлять приблизительно от 5,0 до 6,0 мм или, более конкретно, приблизительно 5,7 мм. В некоторых случаях радиус отверстия диафрагмы поля зрения может иметь значение в диапазоне приблизительно от 3,0 до 4,0 мм или, более конкретно, приблизительно 3,6 мм. В некоторых случаях радиус отверстия диафрагмы детектора может иметь значение в диапазоне приблизительно от 1,0 до 2,0 мм или, более конкретно, приблизительно 1,5 мм.
В соответствии с некоторыми вариантами выполнения узел 300 детектора может использовать широкополосный или полосовой оптический фильтр, расположенный спереди датчика 302, чтобы свести к минимуму эффект естественного освещения. Такой фильтр может быть дискретным или выполненным встроенным в узел 300 детектора. В соответствии с некоторыми аспектами, узел 300 детектора может использовать узкополосный электрический сигнал для фильтрации нежелательных сигналов. В некоторых случаях чувствительность узла 300 детектора может определяться полосой пропускания такого фильтра. В соответствии с некоторыми вариантами выполнения, узел 300 детектора может содержать малошумящий усилитель, чтобы увеличить уровни сигнала, которые могут быть отобраны. В соответствии с некоторыми аспектами, для восстановления информации из модулированного сигнала может быть использован детектор огибающей сигнала, причем для такого восстановления может быть дополнительно использован понижающий преобразователь / смеситель. В соответствии с некоторыми аспектами, для выборки детектированного сигнала для последующей цифровой обработки может быть использован аналого-цифровой преобразователь.
При выполнении процесса, как только яйцо 1 располагают между парой излучатель-детектор, светоизлучающий источник 210 может излучать свет (обозначенный номером 70 позиции на Фиг. 6) в яйцо 1. Датчик 302 может принимать свет, который выходит из яйца 5 (обозначенный номером 75 позиции на Фиг. 6) и может генерировать выходной сигнал, соответствующий интенсивности света, выходящего из яйца 1.
Процессор 500 может осуществлять обмен данными с узлом 300 и быть выполненным с возможностью обработки выходных сигналов от датчика 302, чтобы определить жизнеспособность яйца 1. Яйца, имеющие сердечные сокращения эмбриона, могут быть определены как живые яйца. Жизнеспособность может быть определена путем обработки выходного сигнала, чтобы определить наличие изменений интенсивности света, которые соответствуют сердечным сокращениям эмбриона или движению эмбриона.
Например, в некоторых случаях, жизнеспособность может быть определена путем обработки выходного сигнала для определения наличия циклических или периодических изменений интенсивности света, которые соответствуют сердечным сокращениям эмбриона. Этот тип сигнала обычно может быть получен за счет движения сердца эмбриона и перемещения крови в сосудистых областях эмбриона. Периодические сигналы могут затем быть подвержены методам обработки электрических сигналов и фильтрации, что обеспечивает их отделения от апериодических сигналов, в том числе фоновых механических движений (например, вибраций от двигателя, манипуляций оператором и т.д.). Как используется в настоящем описании, периодическое изменение относится к сигналу, который может иметь некоторые вариации и не может быть по-настоящему периодическим. То есть частота сердечных сокращений эмбриона может варьироваться в зависимости от многих факторов, но по-прежнему считается периодическим сигналом, который может быть легко истолкован как сигнал сердечных сокращений. Детектирование периодического сигнала может происходить в частотной области.
В других случаях, жизнеспособность может быть определена путем обработки выходного сигнала, чтобы определить существование апериодических вариаций или пертурбаций интенсивности света, которые соответствуют движению эмбриона. Этот тип сигнала может быть получен с помощью одного сердечного сокращения, но может быть получен, когда эмбрион меняет свое положение внутри яйца. Этот тип сигнала может быть трудно отличить от сигналов, создаваемых фоновым механическим движением. Движение эмбриона внутри яйца может изменять количество света, которое пропускается через яйцо. Детектированный сигнал затем может показывать изменение амплитуды. Детектирование апериодического сигнала может происходить во временной области.
Сигнал от неживого яйца может, как правило, быть идентифицирован как постоянный и не может содержать какие-либо изменения в сигнале, отличные от потенциальных сигналов помех или шума. То есть для неживого яйца ее будет обнаруживаться какого-либо соответствующего сердечного сокращения или движения эмбриона.
В соответствии с некоторыми аспектами, процессор 500 может использовать способы обработки сигналов, такие как, например, Быстрое Преобразование Фурье (FFT) или Дискретное Преобразование Фурье (DFT), чтобы определить периодический (сердечного сокращения) характер в детектированном сигнале. В соответствии с некоторыми аспектами, процессор 500 может использовать дополнительную выборку и отсечение для усреднения случайного шума в процессе преобразования частоты, чтобы более точно определить периодический сигнал (сердечного сокращения).
В соответствии с некоторыми аспектами настоящего изобретения, система 160 детектирования яиц может быть способна идентифицировать яйца в связи с их жизнеспособностью, при одновременном перемещении через систему 100 идентификации яиц. В связи с этим, для яиц 1 в лотке 50 для яиц может быть предусмотрена возможность перемещения их через систему 100 идентификации яиц в процессе оценки их жизнеспособности, обеспечивая, тем самым, оптимальную пропускную способность, как того требуется. С этой целью, во время процесса идентификации для обеспечения достаточного сбора данных может потребоваться остановить лоток 50 для яиц или сделать паузу в перемещении. В некоторых случаях время детектирования для детектирования апериодического сигнала может быть меньше, чем время детектирования для детектирования периодического сигнала.
Несмотря на то что в качестве облучаемого конца показан и описан тупой конец 20 яйца 1, также возможно, что положения узла 200 излучателя и узла 300 детектора могут быть поменяны местами таким образом, что электромагнитное излучение будет направляться вверх в узкий конец 10 яйца 1, а пропущенный свет детектироваться на тупом конце 20. Кроме того, в некоторых случаях яйца могут быть расположены в угловой ориентации по отношению к общей оси соосной пары излучатель-детектор. В частности, в некоторых случаях яйцо может быть расположено относительно пары излучатель-детектор таким образом, что продольная ось яйца перпендикулярна общей оси пары излучатель-детектор. Таким образом, для идентификации яйцо может быть расположено «боком» к паре излучатель-детектор.
В соответствии с некоторыми аспектами, как показано на Фиг. 11, система 160 детектирования яиц может содержать систему 600 идентификации непрозрачности и систему 700 детектирования сердечных сокращений. Система 700 детектирования сердечных сокращений представлена аспектами, ранее описанными со ссылкой на Фиг. 5-10. В некоторых случаях система 600 идентификации непрозрачности может быть расположена выше по потоку в технологическом направлении 800 от системы 700 детектирования сердечных сокращений. Система 600 идентификации непрозрачности может содержать узел излучателя (отдельные излучатели 610), расположенный над перемещаемым лотком 50 для яиц, и узел детектора, расположенный ниже перемещаемого лотка 50 для яиц. Система 600 идентификации непрозрачности сканирует яйца и идентифицирует яйца как нежизнеспособные (неоплодотворенные) или жизнеспособные (оплодотворенные) перед перемещением яиц в систему 700 детектирования сердечных сокращений. Каждый излучатель 610 может направлять свет вниз через каждое яйцо 1, а детектор собирать свет, прошедший через яйцо. Свет, проходящий через каждое яйцо 1, может быть измерен, чтобы определить, является ли яйцо нежизнеспособным или жизнеспособным.
В связи с этим, система 600 идентификации непрозрачности может быть использована в качестве идентификатора первого прохода, чтобы определить неоплодотворенные яйца, рано умершие яйца или недостающие яйца на лотке 50 для яиц перед их пропусканием через систему 700 детектирования сердечных сокращений. Для того чтобы ограничить насыщение узлов 300 детектора системы 700 детектирования сердечных сокращений, соответствующие положения пар излучатель-детектор могут быть отключены, деактивированы или еще каким-либо образом выключены, когда соотносятся с яйцами 1, определенными системой 600 идентификации непрозрачности как, например, неоплодотворенные, рано умершие или отсутствующие. То есть яйца 1, которые являются неоплодотворенными, рано умершими или отсутствующими, могут нежелательным образом обеспечить достижения узла 300 детектора значительным количеством пропущенного света. Таким образом, система 600 идентификации непрозрачности может обмениваться данными с контроллером системы 100 идентификации яиц таким образом, что контроллер может выборочно управлять работой узла 200 излучателя и/или узла 300 детектора, связанного с системой 700 детектирования сердечных сокращений. Таким образом, насыщение детектора может быть сведено к минимуму путем указания контроллеру, что некоторые пары излучатель-детектор должны быть отключены для заданного лотка 50 для яиц.
В соответствии с некоторыми аспектами, каждое яйцо может пройти оценку и идентификацию более чем одной парой излучатель-детектор при прохождении через систему 700 детектирования сердечных сокращений, чтобы обеспечить дальнейшее повышение точности системы идентификации.
Системы и способы, описанные в настоящем документе, также могут быть отнесены к неинвазивным в том смысле, что структура скорлупы яйца остается незатронутой на всем протяжении оценки яйца. Кроме того, аспекты настоящего изобретения не требуют введения веществ в яичную скорлупу или во внутренние компоненты яйца для того чтобы оценить яйцо на жизнеспособность, хотя в некоторых случаях такие вещества, такие как биомаркеры, могут быть введены еще до начала оценки. Такие аспекты, связанные с введением одного или нескольких веществ, тем не менее, будут считаться инвазивными.
Многие модификации и другие аспекты настоящего изобретения, изложенные в настоящем документе, должны быть очевидны для специалиста в данной области техники, к которой относится это изобретение, имеющее преимущество учений, представленных в вышеприведенном описании и на соответствующих чертежах. Таким образом, следует понимать, что настоящее изобретение не должно быть ограничено конкретными раскрытыми аспектами, и что модификации и другие аспекты также предназначены к включению в объем прилагаемой формулы изобретения. Хотя в настоящем документе используются конкретные термины, они используются только в общем и описательном смысле, а не в целях ограничения.