CN107403220A - 光学量测装置及其运作方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种光学量测装置及其运作方法。光学量测装置包含光源、载物芯片、光感测器、分析芯片及显示器。待测样品是均匀化地分布于载物芯片上。光源发出感测光射向载物芯片。光感测器于多个时间点接收通过载物芯片的感测光，以得到分别对应于多个时间点的多个影像。分析芯片耦接光感测器。分析芯片根据对应于多个时间点的多个影像分析出待测样品中的待测物的数量及分布随时间的变化，并据以推估待测样品中的待测物的本征特性。显示器耦接分析芯片。显示器显示待测样品中的待测物的本征特性。

Description

光学量测装置及其运作方法
技术领域
本发明是与光学量测有关，尤其是关于一种光学量测装置及其运作方法。
背景技术
传统上，在生物实验中常会对生物样品中的微生物体的数量进行计数，例如：细菌、酵母菌及霉菌孢子的计数等。目前常见的微生物体的数量的计数方法相当多元，例如：显微镜观察计数法、电子计数器计数法、平板菌落计数法、浓度比浊法、测定细胞重量法、颜色改变单位法等等。
然而，在实际应用中，上述各种现有的微生物体的数量的计数方法均有其各自的缺点以及应用上的限制，均亟待进一步克服与改善。
发明内容
因此，本发明提出一种光学量测装置及其运作方法，以克服上述现有技术所遭遇到的种种问题。
根据本发明的一较佳具体实施例为一种光学量测装置。于此实施例中，光学量测装置包含光源、载物芯片、光感测器及分析芯片。待测样品是均匀化地分布于载物芯片上。光源发出感测光射向载物芯片。光感测器于多个时间点接收通过载物芯片的感测光，以得到分别对应于多个时间点的多个影像。分析芯片耦接光感测器。分析芯片根据对应于多个时间点的多个影像分析出待测样品中的待测物的数量及分布随时间的变化，并据以推估待测样品中的待测物的本征特性。
于一实施例中，光学量测装置进一步包含显示器。显示器耦接分析芯片，用以显示待测样品中的待测物的本征特性。
于一实施例中，载物芯片包含上盖、板体及基板。上盖具有至少一注入孔，用以供待测物注入。板体设置于上盖的下方，板体具有井区对应于至少一注入孔，致使从至少一注入孔注入的待测物能均匀地分布于井区内。基板设置于板体的下方，用以承载待测物。
于一实施例中，至少一注入孔具有导引角，用以导引待测物的注入。
于一实施例中，井区的面积大于注入孔的面积，且注入孔是对应于井区内的位置。
于一实施例中，光学量测装置进一步包含清洁单元。清洁单元是设置于载物芯片的下方，当载物芯片移至光感测器的上方时，清洁单元接触光感测器的表面以进行清洁的动作。
于一实施例中，光学量测装置进一步包含卡匣。卡匣设置于光感测器的上方并邻近光感测器，用以容置载物芯片。
根据本发明的另一具体实施例为一种光学量测装置运作方法。于此实施例中，光学量测装置运作方法用以运作一光学量测装置。光学量测装置包含一光源、一载物芯片、一光感测器及一分析芯片。分析芯片耦接光感测器。
光学量测装置运作方法包含下列步骤：将待测样品均匀化地分布于载物芯片上；通过光源发出感测光射向载物芯片；通过光感测器于多个时间点接收通过载物芯片的感测光，以得到分别对应于该多个时间点的多个影像；以及通过分析芯片根据对应于该多个时间点的该多个影像分析出待测样品中的待测物的数量及分布随时间的变化，并据以推估待测样品中的待测物的本征特性。
于一实施例中，该光学量测装置进一步包含一显示器，该显示器耦接该分析芯片，用以显示该待测样品中的该待测物的该本征特性。
于一实施例中，该载物芯片包含一上盖、一板体及一基板，该上盖具有至少一注入孔，用以供该待测物注入；该板体设置于该上盖的下方，该板体具有一井区对应于该至少一注入孔，致使从该至少一注入孔注入的该待测物能均匀地分布于该井区内；该基板设置于该板体的下方，用以承载该待测物。
于一实施例中，该至少一注入孔具有一导引角，用以导引该待测物的注入。
于一实施例中，该井区的面积大于该注入孔的面积，且该注入孔是对应于该井区内的位置。
于一实施例中，该光学量测装置进一步包含一清洁单元，该清洁单元是设置于该载物芯片的下方，当该载物芯片移至该光感测器的上方时，该清洁单元接触该光感测器的表面以进行清洁的动作。
于一实施例中，该光学量测装置进一步包含一卡匣，设置于该光感测器的上方并邻近该光感测器，用以容置该载物芯片。
相较于现有技术，根据本发明的光学量测装置及其运作方法可有效改善现有技术中的光学量测仪的缺点，不仅可准确计数出样品中的待测物的数量，并可据以推估待测样品中的待测物的本征特性，其应用范围相当广泛，可应用于各种微生物体甚至是环境的检测。
关于本发明的优点与精神可以通过以下的发明详述及附图得到进一步的了解。
附图说明
图1为根据本发明的一较佳具体实施例中的光学量测装置的功能方块图。
图2为于第一时间点、第二时间点及第三时间点分别得到的第一待测样品SP1的第一影像2A、第二影像2B及第三影像2C的示意图。
图3为于第一时间点、第二时间点及第三时间点分别得到的第二待测样品SP2的第一影像3A、第二影像3B及第三影像3C的示意图。
图4A至图4C分别为对待测物OB进行一维(1-D)光学感测、二维(2-D)光学感测及三维(3-D)光学感测的示意图。
图5A及图5B分别为载物芯片12的结构分解图及示意图。
图6为光源10为侧向光源的一实施例。
图7为光学量测装置1包含一卡匣CS的一实施例。
图8A至图8D分别为光学量测装置1还包含一开关单元SW的不同实施例。
图9为根据本发明的另一较佳具体实施例中的光学量测装置运作方法的流程图。
主要元件符号说明：
1：光学量测装置
10、10A、10B、80：光源
12：载物芯片
14、14A、14B：光感测器
16：分析芯片
18：显示器
L、L1、L2：感测光
SP：待测样品
2A、3A：第一影像
2B、3B：第二影像
2C、3C：第三影像
SP1：第一待测样品
SP2：第二待测样品
OB:待测物
OB1：第一待测物
OB2：第二待测物
LED：发光二极体
SR：感测区域
IN：进口
OUT：出口
120：上盖
122：板体
124：基板
126：清洁单元
H：注入孔
W：井区
G：导引角
K：网格单元
CS：卡匣
SW、82：开关单元
S11～S14：步骤
具体实施方式
根据本发明的一较佳具体实施例为一种光学量测装置。于此实施例中，光学量测装置可用以侦测生物样品中的待测物(例如生物细胞或其他微生物)的数量及分布并进而推估出其本征特性，但不以此为限。其实际应用范围相当广泛，例如食物或水样品中的生菌数检测、(鱼、虾、螃蟹等)养殖场的水质生菌数检测、空气中的悬浮粒子检测、环境(紫外线)检测、水质检测、人类疾病(蛔虫、蛲虫)检测、植物的病原体检测、抗原或抗体检测、细胞生长状况的即时记录等。
请参照图1，图1为此实施例中的光学量测装置的功能方块图。如图1所示，光学量测装置1包含光源10、载物芯片12、光感测器14、分析芯片16及显示器18。其中，分析芯片16耦接光感测器14，显示器18耦接分析芯片16。
光源10发出感测光L射向载物芯片12上的待测样品SP。待测样品SP是均匀化地分布于载物芯片12上。当光源10所发出的感测光L射至载物芯片12上的待测样品SP时，感测光L可能会被待测样品SP折射、散射或吸收，而待测样品SP亦可能会自体发光。因此，通过光感测器14于多个不同的时间点分别接收通过载物芯片12的感测光L，即可得到分别对应于该多个不同的时间点的多个影像。
接着，再由分析芯片16根据对应于该多个不同的时间点的多个影像分析出待测样品SP中的待测物的数量及分布随时间的变化情形。然后，分析芯片16再根据待测样品SP中的待测物的数量及分布随时间的变化情形推估出待测样品SP中的待测物的本征特性。最后，再由显示器18显示出待测样品中的待测物的本征特性。
于一实施例中，如图2所示，假设光感测器14得到分别对应于第一时间点、第二时间点及第三时间点的第一待测样品SP1的第一影像2A、第二影像2B及第三影像2C，由于在第一影像2A、第二影像2B及第三影像2C中，第一待测样品SP1中的该些第一待测物OB1的数量均大致相同且其分布亦无明显差异，亦即从第一时间点至第三时间点来看，第一待测样品SP1中的该些第一待测物OB1的数量及分布随时间的变化均相当小，几乎可忽略不计。因此，分析芯片16即可据此推估出第一待测样品SP1中的该些第一待测物OB1的活性非常小，甚至绝大部分的第一待测物OB1可能已死亡，并由显示器18显示此一推估出的待测物的本征特性，以供使用者参考。
于另一实施例中，如图3所示，假设光感测器14得到分别对应于第一时间点、第二时间点及第三时间点的第二待测样品SP2的第一影像3A、第二影像3B及第三影像3C，由于在第一影像3A、第二影像3B及第三影像3C中，第二待测样品SP2中的该些第二待测物OB2的数量及其分布明显有变化，亦即从第一时间点至第三时间点来看，第二待测样品SP2中的该些第二待测物OB2的数量及分布随时间的变化幅度相当大。因此，分析芯片16即可据此推估出第二待测样品SP2中的该些第二待测物OB2绝大部分都还存活且其数量还有增加的趋势，并由显示器18显示此一推估出的待测物的本征特性，以供使用者参考。
于实际应用中，光源10可以是发出可见光的可见光光源或是发出不可见光的不可见光光源，光源10可设计为单一光源或阵列式光源，可控制仅让小角度的感测光L进入光感测器14，但不以此为限；载物芯片12可视实际需求而采用一维(1-D)感测、二维(2-D)感测或三维(3-D)感测的型式；就功能上而言，载物芯片12可以是仅具有载物功能的纯载物芯片或是额外具有其他功能的功能型载物芯片，例如可预先设计载物芯片12内包含具有不同颜色、大小、形状或对不同样品产生反应的反应物，并计算在反应物与待测物之间的反应作用后所产生或剩余的反应物数量，但不以此为限；待测样品SP可以是包含待测物粒子(Particle)的流体(Fluid)，但不以此为限。
于实际应用中，光感测器14可以是感光耦合元件(Charge-CoupledDevice,CCD)影像感测器或互补式金属氧化物半导体(ComplementaryMetal-Oxide-Semiconductor,CMOS)影像感测器；为了搭配载物芯片12的一维(1-D)、二维(2-D)三维(3-D)光学感测型式，光感测器14可以是一维(1-D)的线(Line)型光感测器或是二维(2-D)的平面(Plane)型光感测器，但不以此为限。举例而言，图4A至图4C分别为对待测物OB进行一维(1-D)光学感测、二维(2-D)光学感测及三维(3-D)光学感测的示意图，其中于图4A中是采用线型的光源10及线型的光感测器14；于图4B中是采用平面型的光源10及平面型的光感测器14；于图4C中是分别采用两个平面型的光源10A及10B与两个平面型的光感测器14A及14B。
分析芯片16可视实际需求选择适合的演算法分析出影像中的待测物的数量，但不以此为限；显示器18可以是仅显示待测物的数量的计数显示器或是包含互动式面板的多功能显示器，可通过选择不同的系统侦测模式搭配相对应的芯片设计，以显示包括撷取影像及待测物的数量等内容，可采用动态地(Dynamically)随时更新或静态显示内容的显示模式，但不以此为限；待测样品中的待测物的本征特性除了可以是待测物的生死或活性之外，亦可以是待测物的颜色、温度、湿度，若待测物会自体发光，则待测物的本征特性亦可以是其亮度，但不以此为限。
需进一步说明的是，若载物芯片12为功能型载物芯片，则可以有下列各种不同的应用：
(1)对细菌或抗原的检测：载物芯片12具有多个入口流道，由以让抗体或细菌检测剂与抗原或细菌充分混合后，由光电镊夹产生抓力带动不同大小粒子，然后再计数影像中的细菌或抗原的数量。
(2)对自体发光物的检测：设计载物芯片12时制造多个具有不同透光度的芯片底座区块(每个区块可包含具有不同透光度的粒子)，并将待测物平均布于载物芯片12上，通过侦测影像中粒子数量可得到待测物自行发光的亮度。
(3)进行环境检测：通过外在环境与载物芯片12内部的反应物作用产生生成物后，通过生成物粒子数量的侦测推估外在环境的情况。
接着，将针对载物芯片12的结构进行说明。请参照图5A及图5B，图5A及图5B分别为载物芯片12的结构分解图及示意图。如图5A及图5B所示，载物芯片12可包含上盖120、板体122及基板124。上盖120具有至少一注入孔H，用以供待测物注入。板体122设置于上盖120的下方，板体122可具有井区W，且井区W的位置对应于注入孔H，致使从注入孔H注入的待测物能均匀地分布于井区W内。基板124设置于板体122的下方，用以承载待测物。实际上，井区W的面积大于注入孔H的面积，且注入孔H的位置是对应于井区W内的位置；井区W的形状可以是椭圆形、圆形或其他形状。举例而言，若井区W的形状为圆形，则注入孔H的位置可对应于井区W内的任意位置，例如圆周边缘处或圆心处。
需说明的是，上盖120的注入孔H是具有导引角G，用以导引待测物使其较容易注入并均匀地分布于井区W内。至于上盖120的注入孔H的形状可以是三角形或其他具有导引角G的形状均可，并不以此例为限。
此外，如图5A及图5B所示，载物芯片12的基板124下方亦可设置有清洁单元126。当载物芯片12移至光感测器14(例如CCD影像感测器)的上方时，由于载物芯片12的基板124与光感测器14相当接近，使得位于基板124下方的清洁单元126会接触到光感测器14的表面，由以顺便对光感测器14表面(例如CCD影像感测器的镜头表面)进行清洁的动作。实际上，清洁单元126可以是沾有酒精的棉片，但不以此为限。
需说明的是，上述实施例中的载物芯片12是采用三层结构，于实际应用中，载物芯片12亦可采用其他不同的结构。举例而言，载物芯片12亦可采用仅包含上盖120与基板124的双层结构，只需直接于基板124上挖出凹槽形成井区W，然后再与上盖120黏合即可，但不以此为限。
于一实施例中，如图6所示，光源10亦可作为一侧向光源，设置于载物芯片12的上盖120的一侧边。光源10发出的感测光L射入上盖120内并被上盖120的内壁反射而向上盖120的另一侧边前进。当感测光L射至上盖120内的网格单元K时，感测光L会被网格单元K折射/散射至板体122内的待测物OB。
于实际应用中，光学量测装置1可包含一外壳(图未示)，并且光学量测装置1的外壳可具有防水、防尘、防震、防摔、防刮、防紫外光等功能；光学量测装置1可设计为桌上型装置或可携式装置，可连线至电脑、智慧型手机或云端数据库，但不以此为限。
此外，如图7及图8A所示，光学量测装置1可包含一卡匣CS。卡匣CS是设置于光感测器14(例如CCD影像感测器)的上方并相当接近光感测器14，用以容置载物芯片12。卡匣内可设置有卡合单元(图未示)，用以供载物芯片12卡合至定位，以利后续的量测。
如图8A所示，于一实施例中，光学量测装置1还包含一开关单元SW。当卡匣CS移动至定位而与开关单元SW接触时，开关单元SW即会启动光学量测装置1的光学量测功能。
如图8B所示，于另一实施例中，当卡匣CS尚未移动至定位时，开关单元SW并未与卡匣接触，故开关单元SW仍维持关闭的状态，而不会启动光学量测装置1的光学量测功能；如图8C所示，当卡匣CS已移动至定位而与开关单元SW接触时，开关单元SW即会切换为开启的状态并启动光学量测装置1的光学量测功能。
如图8D所示，于另一实施例中，当卡匣CS移动至定位而使光源80发出的光线L能够穿过缺口N而射至开关单元82，开关单元82即会启动光学量测装置1的光学量测功能。
于实际应用中，为了避免待测样品SP中的多个待测物彼此重迭而导致计数结果失真，光学量测装置1亦可包含一震动模组(图未示)，用以在光学量测装置1开始进行量测之前先对容置载物芯片12的卡匣进行震动，以使得载物芯片12的待测样品SP中的原本重迭的待测物能够分离，以得到较为正确的计数结果。
此外，为了避免载物芯片12的待测样品SP中的该些待测物分布不均，除了上述通过上盖120的注入孔H的导引角G导引待测物均匀地分布于井区W内之外，亦可通过震动模组(图未示)以特定震动频率进行震动的方式使得待测物的分布变得较为均匀，以得到较为正确的计数结果。
根据本发明的另一具体实施例为一种光学量测装置运作方法。于此实施例中，光学量测装置运作方法用以运作一光学量测装置。光学量测装置包含一光源、一载物芯片、一光感测器及一分析芯片。分析芯片耦接光感测器。
请参照图9，图9为根据此实施例中的光学量测装置运作方法的流程图。如图9所示，光学量测装置运作方法包含下列步骤：
步骤S11：将待测样品均匀化地分布于载物芯片上；
步骤S12：通过光源发出感测光射向载物芯片；
步骤S13：通过光感测器于多个时间点接收通过载物芯片的感测光，以得到分别对应于该多个时间点的多个影像；以及
步骤S14：通过分析芯片根据对应于该多个时间点的该多个影像分析出待测样品中的待测物的数量及分布随时间的变化，并据以推估待测样品中的待测物的本征特性。关于光学量测装置的运作的其余详细内容请参照前述实施例，于此不另行赘述。
相较于现有技术，根据本发明的光学量测装置及其运作方法可有效改善现有技术中的光学量测仪的缺点，不仅可准确计数出样品中的待测物的数量，并可据以推估待测样品中的待测物的本征特性，其应用范围相当广泛，可应用于各种微生物体甚至是环境的检测。
由以上较佳具体实施例的详述，是希望能更加清楚描述本发明的特征与精神，而并非以上述所公开的较佳具体实施例来对本发明的范畴加以限制。相反地，其目的是希望能涵盖各种改变及具相等性的安排于本发明权利要求的范畴内。

Claims (14)

1.一种光学量测装置，其特征在于，包含：
一载物芯片，待测样品是均匀化地分布于该载物芯片上；
一光源，用以发出感测光射向该载物芯片；
一光感测器，用以于多个时间点接收通过该载物芯片的该感测光，以得到分别对应于该多个时间点的多个影像；以及
一分析芯片，耦接该光感测器，用以根据对应于该多个时间点的该多个影像分析出该待测样品中的待测物的数量及分布随时间的变化，并据以推估该待测样品中的该待测物的本征特性。
2.如权利要求1所述的光学量测装置，其特征在于，进一步包含：
一显示器，耦接该分析芯片，用以显示该待测样品中的该待测物的该本征特性。
3.如权利要求1所述的光学量测装置，其特征在于，该载物芯片包含：
一上盖，具有至少一注入孔，用以供该待测物注入；
一板体，设置于该上盖的下方，该板体具有一井区对应于该至少一注入孔，致使从该至少一注入孔注入的该待测物能均匀地分布于该井区内；以及
一基板，设置于该板体的下方，用以承载该待测物。
4.如权利要求3所述的光学量测装置，其特征在于，该至少一注入孔具有一导引角，用以导引该待测物的注入。
5.如权利要求3所述的光学量测装置，其特征在于，该井区的面积大于该注入孔的面积，且该注入孔是对应于该井区内的位置。
6.如权利要求1所述的光学量测装置，其特征在于，进一步包含：
一清洁单元，是设置于该载物芯片的下方，当该载物芯片移至该光感测器的上方时，该清洁单元接触该光感测器的表面以进行清洁的动作。
7.如权利要求1所述的光学量测装置，其特征在于，进一步包含：
一卡匣，设置于该光感测器的上方并邻近该光感测器，用以容置该载物芯片。
8.一种光学量测装置运作方法，用以运作一光学量测装置，其特征在于，该光学量测装置包含一光源、一载物芯片、一光感测器及一分析芯片，该分析芯片耦接该光感测器，该光学量测装置运作方法包含下列步骤：
将待测样品均匀化地分布于该载物芯片上；
通过该光源发出感测光射向该载物芯片；
通过该光感测器于多个时间点接收通过该载物芯片的该感测光，以得到分别对应于该多个时间点的多个影像；以及
通过该分析芯片根据对应于该多个时间点的该多个影像分析出该待测样品中的待测物的数量及分布随时间的变化，并据以推估该待测样品中的该待测物的本征特性。
9.如权利要求8所述的光学量测装置运作方法，其特征在于，该光学量测装置进一步包含一显示器，该显示器耦接该分析芯片，用以显示该待测样品中的该待测物的该本征特性。
10.如权利要求8所述的光学量测装置运作方法，其特征在于，该载物芯片包含一上盖、一板体及一基板，该上盖具有至少一注入孔，用以供该待测物注入；该板体设置于该上盖的下方，该板体具有一井区对应于该至少一注入孔，致使从该至少一注入孔注入的该待测物能均匀地分布于该井区内；该基板设置于该板体的下方，用以承载该待测物。
11.如权利要求10所述的光学量测装置运作方法，其特征在于，该至少一注入孔具有一导引角，用以导引该待测物的注入。
12.如权利要求10所述的光学量测装置运作方法，其特征在于，该井区的面积大于该注入孔的面积，且该注入孔是对应于该井区内的位置。
13.如权利要求8所述的光学量测装置运作方法，其特征在于，该光学量测装置进一步包含一清洁单元，该清洁单元是设置于该载物芯片的下方，当该载物芯片移至该光感测器的上方时，该清洁单元接触该光感测器的表面以进行清洁的动作。
14.如权利要求8所述的光学量测装置运作方法，其特征在于，该光学量测装置进一步包含一卡匣，设置于该光感测器的上方并邻近该光感测器，用以容置该载物芯片。
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