Узел управления светом для системы идентификации яиц и связанный с ним способ
Группа изобретений относится к определению жизнеспособности птичьих яиц. Раскрыта система идентификации яиц, содержащая узел излучателя, имеющий корпус излучателя и выполненный с возможностью испускания электромагнитного излучения в направлении яйца, причем электромагнитное излучение имеет заданную длину волны; узел детектора, расположенный на расстоянии от узла излучателя и выполненный с возможностью детектирования электромагнитного излучения, прошедшего через яйцо; узел управления светом, размещенный вблизи узла излучателя между узлом излучателя и узлом детектора, причем узел управления светом содержит поглощающий слой для поглощения паразитного мешающего электромагнитного излучения, отраженного от яйца и других компонентов системы, имеющих отражающие поверхности, при излучении от узла излучателя, при этом поглощающий слой имеет отверстие, через которое электромагнитное излучение, испускаемое узлом излучателя, способно проходить к яйцу; процессор, сконфигурированный для обработки выходного сигнала узла детектора для определения жизнеспособности яйца. Также раскрыт способ определения жизнеспособности яйца с использованием указанной системы. Группа изобретений обеспечивает повышение точности определения жизнеспособности яиц за счет минимизации нежелательных сигналов. 2 н. и 15 з.п. ф-лы, 26 ил.
Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение в целом относится к системам идентификации яиц. Более конкретно, настоящее изобретение относится к системе идентификации яиц, имеющей узел управления светом, способный улучшить различение жизнеспособных и нежизнеспособных яиц, а также к связанному с ним способу.
Предпосылки создания 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 берет свое начало в оригинальной практике проверки яйца с использованием света от свечи. Как известно специалистам, знакомым с яйцами, хотя скорлупа являются непрозрачной для большинства условий освещения, она в действительности немного просвечивает, и 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, тухлые и мертвые 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 жизнеспособным яйцом) еще до инкубации. Инъекции различных веществ в птичьи яйца используются в коммерческой птицеводческой промышленности для снижения пост-инкубационной смертности или увеличения темпов роста инкубированной птицы. Примеры веществ, которые использовались или предлагались для инъекции в живое яйцо, включают вакцины, антибиотики и витамины.
По подсчетам, в промышленном птицеводстве 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. Из-за количества неживых яиц, встречающихся в коммерческом птицеводстве, использования автоматизированных способов для инъекций в живое яйцо, а также стоимости лечебных веществ, желательно иметь автоматизированный способ идентификации живых яиц и удаления неживых яиц или избирательной инъекции 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, обозначенный позицией 10, а также расположенный напротив него расширенный или тупой конец в области, показанный позицией 20. На фиг. 1 эмбрион 2 представлен поверх 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 тухлым. Яйцо может быть "рано умершим" в том смысле, что в нем есть эмбрион, который умер в возрасте приблизительно от одного до пяти дней. Яйцо может быть "промежуточно умершим" в том смысле, что в нем есть эмбрион, который умер в возрасте приблизительно от пяти до пятнадцати дней. Яйцо может быть "поздно умершим" в том смысле, что в нем есть эмбрион, который умер в возрасте приблизительно от пятнадцати до восемнадцати дней.
Яйцо может быть "тухлым" в том смысле, что оно содержит протухший бесплодный желток (например, в результате трещины в оболочке яйца) или протухший мертвый эмбрион. Тогда как "рано умершее", "промежуточно умершее" или "поздно умершее" яйцо может быть тухлым яйцом, эти термины, используемые в настоящем документе, относятся к яйцам, которые не являются тухлыми. Ясно, что рано умершие, промежуточно умершие, поздно умершие и тухлые 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 посевного 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, и затем 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 транспортировкой 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 матрицы, и где яйца проходят в лотке между источниками света и световыми детекторами. Однако эти системы ограничены в различении живых и неживых яиц, особенно в отношении тухлых яиц, отчасти из-за рассеянного света, мешающего полезному проходящему сигналу.
Соответственно, было бы желательно создать систему идентификации яиц, способную уменьшать мешающий свет так, чтобы могла быть достигнута улучшенная дифференциация живых и неживых яиц. Кроме того, было бы желательно предусмотреть соответствующий способ, который способствовал бы улучшению определения и дифференциации живых и неживых яиц за счет улучшения управления мешающим светом в системе идентификации яиц.
Сущность изобретения
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 узел излучателя, сконфигурированный для испускания электромагнитного излучения по направлению к яйцу, причем электромагнитное излучение имеет заданную длину волны. Узел детектора расположен на расстоянии от узла излучателя и выполнен с возможностью детектирования электромагнитного излучения, прошедшего через яйцо. Узел управления светом размещен в непосредственной близости к узлу излучателя и расположен между узлом излучателя и узлом детектора. Узел управления светом содержит поглощающий слой, выполненный с возможностью поглощения электромагнитного излучения на заданной длине волны. Поглощающий слой определяет отверстие, через которое электромагнитное излучение, испускаемое узлом излучателя, способно проходить по направлению к яйцу. Процессор сконфигурирован для обработки выходного сигнала узла детектора с целью определения жизнеспособности яйца.
Другой аспект предусматривает способ определения жизнеспособности яйца. Способ включает испускание электромагнитного излучения из узла излучателя на заданной длине волны. Электромагнитное излучение испускается через отверстие, определяемое поглощающим слоем узла управления светом, и по направлению к яйцу. Способ дополнительно включает поглощение с помощью поглощающего слоя электромагнитного излучения, отраженного от яйца и других отражающих поверхностей. Способ дополнительно включает детектирование электромагнитного излучения, прошедшего через яйцо, с помощью узла детектора, расположенного на расстоянии от узла излучателя. Способ дополнительно включает формирование выходного сигнала из электромагнитного излучения, детектируемого узлом детектора. Способ дополнительно включает обработку выходного сигнала для определения жизнеспособности яйца.
Таким образом различные аспекты настоящего изобретения обеспечивают преимущества, которые подробно описаны в данном документе.
Краткое описание чертежей
Описанные выше в общих чертах различные формы осуществления настоящего изобретения будут теперь описаны со ссылкой на прилагаемые чертежи, которые не обязательно приведены в масштабе и на которых:
Фиг. 1 изображает живое куриное яйцо примерно на первый день инкубации;
Фиг. 2 иллюстрирует живое куриное яйцо примерно на одиннадцатый день инкубации;
Фиг. 3 представляет собой схематический вид в аксонометрии системы идентификации яиц согласно одному аспекту настоящего изобретения;
Фиг. 4 представляет собой схематический вид в аксонометрии лотка для яиц, способного держать яйца в фиксированном положении;
Фиг. 5 иллюстрирует яйца в лотке для яиц, перемещаемом мимо ряда пар излучатель-детектор системы детектирования яиц, а также дополнительно иллюстрирует пути мешающих внеосевых излучений, которые нежелательным образом вносят вклад в детектированный сигнал;
Фиг. 6 - частичный схематический вид в аксонометрии системы идентификации яиц, имеющей узел управления светом, согласно одному аспекту настоящего изобретения;
Фиг.7 - частичный схематический вид в аксонометрии устройства для идентификации яиц в соответствии с одним аспектом настоящего изобретения;
Фиг. 8 - частичный вид сверху системы идентификации, имеющей узел управления светом, согласно одному аспекту настоящего изобретения;
Фиг. 9 иллюстрирует яйцо, исследуемое на жизнеспособность с помощью пары излучатель-детектор, пригодной для использования в системе идентификации яиц, имеющей узел управления светом в соответствии с одним аспектом настоящего изобретения;
Фиг. 10 - схематический вид сверху узла управления светом для системы идентификации яиц в соответствии с одним аспектом настоящего изобретения;
Фиг. 11 - частичный вид в разрезе узла управления светом для системы идентификации яиц в соответствии с одним аспектом настоящего изобретения;
Фиг. 12 - частичный вид в разрезе узла управления светом для системы идентификации яиц в соответствии с другим аспектом настоящего изобретения;
Фиг. 13 - схематический вид сверху узла управления светом для системы идентификации, например, согласно другому аспекту настоящего изобретения;
Фиг. 14 - частичный вид в разрезе узла управления светом для системы идентификации яиц в соответствии с одним аспектом настоящего изобретения;
Фиг. 15 - частичный вид в разрезе узла управления светом для системы идентификации яиц в соответствии с другим аспектом настоящего изобретения;
Фиг. 16 - частичный вид в разрезе узла управления светом для системы идентификации яиц в соответствии с одним аспектом настоящего изобретения;
Фиг. 17 - частичный вид в разрезе узла управления светом для системы идентификации яиц в соответствии с другим аспектом настоящего изобретения;
Фиг. 18 - схематичный вид сегментированного узла управления светом в соответствии с другим аспектом настоящего изобретения;
Фиг. 19 иллюстрирует совмещение сегментированного узла управления светом с лотком для яиц, используемом для переноски яиц, в соответствии с другим аспектом настоящего изобретения;
Фиг. 20 - схематический вид в поперечном разрезе устройства идентификации яиц, имеющего узел управления светом, связанный с узлом излучателя и узлом детектора, согласно другому аспекту настоящего изобретения;
Фиг. 21 представляет собой схематический вид в разрезе системы идентификации яиц, имеющей узел управления светом согласно одному аспекту настоящего изобретения;
Фиг. 22 и 23 иллюстрируют яйца, которые исследуется на жизнеспособность с помощью пары излучатель-детектор, пригодный для использования в системе идентификации яиц, имеющей несколько узлов управления светом в соответствии с одним аспектом настоящего изобретения;
Фиг. 24 представляет собой график, иллюстрирующий коэффициент внутреннего пропускание поглощающего материала (BG-39), пригодного для использования в узле управления светом, в зависимости от длины волны света; а также
Фиг. 25 и 26 представляют графики, обеспечивающие сравнение характеристик поглощения различных узлов управления светом и сравнение с системой без узла управления светом.
Подробное описание изобретения
Далее различные аспекты настоящего изобретения будут описаны более полно со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых показаны некоторые, но не все аспекты изобретения. В самом деле, это изобретение может быть воплощено во многих различных формах и не должно быть истолковано как ограниченное аспектами, изложенными в настоящем документе; скорее, эти аспекты представлены так, чтобы это описание соответствовало применяемым законодательным нормам. Одинаковые номера позиций относятся к одинаковым элементам по всему описанию.
Настоящее изобретение относится к системам и способам для повышения точности при определении жизнеспособности яиц, когда они проходят через средство идентификации. Яйца могут пропускаться через систему контактным или бесконтактным способом. Бесконтактность обеспечивает много преимуществ, включая поддержание неподвижного положения компонентов системы детектирования для улучшения пропускной способности и ограничение контакта с неживыми яйцами, такими как тухлые яйца, которые могут взорваться. Используемый в настоящем описании термин "бесконтактный" относится к поддержанию отношения пространственного разнесения между яйцом и компонентами системы идентификации яиц, раскрытой в настоящем документе, в процессе работы пар излучатель-детектор при определении жизнеспособности. В этом отношении узел излучателя и узел детектора в соответствии с настоящим изобретением могут быть расположены на удалении от яйца, так что ни один из их компонентов не контактирует с яйцом, тем самым исключая любое механическое экранирование света, способное ограничивать детектирование сигналов помех. Вместо этого настоящее изобретение имеет дело с подавлением этих сигналов помех другими средствами. Однако в некоторых случаях механическое световое экранирование может использоваться вместе с узлом излучателя и/или узлом детектора.
В некоторых случаях настоящее изобретение может относиться к системам и способам с использованием пропускающих 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, чтобы система была работоспособной. То есть, узел излучателя и узел детектора могут быть расположены на противоположных сторонах яиц, так что яйца могут легко проходить между ними для оценки и идентификации.
Поскольку аспекты настоящего изобретения могут работать в бесконтактном и пропускающем режиме, требуемые уровни интенсивности проходящего света могут быть низкими, в то время как вероятность нежелательных сигналов помех может быть высокой. В связи с этим аспекты настоящего изобретения выполнены таким образом, что нежелательный сигнал помех может быть ограничен, а полезный сигнал проходящего света может быть максимизирован для обработки, чтобы обеспечить надежную идентификацию жизнеспособных и нежизнеспособных яиц в пределах приемлемого уровня точности.
Способы и системы в соответствии с аспектами настоящего изобретения могут использоваться для улучшения идентификации 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 в соответствии с аспектами настоящего изобретения могут использоваться с любыми типами птичьих яиц, включая, но не ограничиваясь этим, куриными, индюшиными, утиными, гусиными, перепелиными, фазаньими яйцами, а также с 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 устройству 160 идентификации яиц, для их идентификации. В некоторых случаях система 100 идентификации яиц может содержать дисплей 180, способный отображать информацию, относящуюся к системе 100 идентификации яиц и/или к яйцам, проходящим через устройство 160 идентификации яиц, для их идентификации. Система 100 идентификации яиц может содержать контроллер для управления различными ее аспектами, включая возможность включать и отключать определенные компоненты устройства 160 идентификации яиц. Система 100 идентификации яиц 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, устройстве перемещения яиц, устройство удаления яиц или устройстве тендерной идентификации.
Как показано на фиг. 4, лоток 50 для яиц может быть выполнен из множества пересекающихся реек 52, ограниченных множеством концов 54. Рейки 52 могут образовывать множество открытых карманов 56, причем каждый карман 56 способен вмещать конец соответствующего яйца 1. В некоторых случаях узкий конец 10 (фиг. 1 и 2) яйца 1 может быть помещен в карман 56 таким образом, что тупой конец 20 выступает над лотком 50.
Обратимся теперь к фиг. 5, на которой показаны две пары излучатель-детектор для использования при классификации яиц согласно некоторым аспектам настоящего изобретения. Каждая из показанных пар излучатель-детектор может содержать узел 200 излучателя и узел 300 детектора. В процессе работы множество пар излучатель-детектор может быть расположено в виде матрицы и использоваться для классификации соответствующего массива яиц, поддерживаемых лотком 50 для яиц (фиг. 4). Показанный узел 200 излучателя может содержать корпус 202 излучателя. Аспекты настоящего изобретения не ограничиваются показанной конфигурацией корпуса 202 излучателя. Корпус 202 излучателя может иметь различные формы, размеры и конфигурации, без каких-либо ограничений. Матрица узлов 200 излучателя может поддерживаться с помощью рамы или другого несущего элемента устройства 160 для идентификации яиц. Когда устройство 160 для идентификации яиц сконфигурировано для работы бесконтактным образом, узлам 200 излучателя, возможно, не нужно будет перемещаться между поднятым положением и опущенным положением, хотя в некоторых случаях каждый из них может быть сконфигурирован для такого перемещения, чтобы контактировать или становиться ближе к яйцу.
Внутри корпуса 202 излучателя расположен светоизлучающий источник. Светоизлучающий источник может быть выполнен с возможностью испускать электромагнитное излучение с различными длинами волн электромагнитного спектра, включая, например, видимый свет, инфракрасное излучением и свет ближнего инфракрасного диапазона. В некоторых случаях светоизлучающий источник может быть сконфигурирован для излучения инфракрасного света в диапазоне длин волн приблизительно от 800 до 1000 нм, а более конкретно, 800-810 нм или 900-1000 нм. Более конкретно, в некоторых случаях электромагнитное излучение может излучаться приблизительно на 808 нм, приблизительно на 904 нм или приблизительно на 980 нм. Согласно некоторым аспектам светоизлучающий источник может быть сформирован из светоизлучающего диода (Light Emitting Diode, LED), сконфигурированного для излучения света в инфракрасной части электромагнитного спектра. Однако аспекты настоящего изобретения не ограничены использованием светоизлучающих диодов или инфракрасного излучения. Различные типы источников светового излучения, такие как, например, лазерный источник или полупроводниковый источник возбуждения, такой как лазерный диод (Laser Diode, LD) могут быть использованы без каких-либо ограничений. Оптическая мощность электромагнитного излучения должна быть достаточной, чтобы пройти через яйцо.
Фиг. 5 иллюстрирует возможные различные пути излучения, по которым может распространяться электромагнитное излучение, испускаемое светоизлучающий источником, при выходе из узла 200 излучателя. Излучаемый свет 9 проходит через яйцо и детектируется узлом 300 детектора. Как упоминалось ранее, детектирование уровней интенсивности света, прошедшего через яйцо 1, без использования механического экранирования света, создает проблемы. В свете отсутствия механических световых экранов, аспекты настоящего изобретения могут быть выполнены с возможностью минимизировать детектирование мешающих сигналов 12 отражения путем минимизации воздействия рассеянного света на поле зрения детектора (Field Of View, FOV) узла 300 детектора. В связи с этим аспекты настоящего изобретения могут быть выполнены с возможностью максимизировать сбор полезного сигнала, одновременно максимизируя устранение нежелательных сигналов, для достижения необходимого отношения сигнал/помеха (Signal-To-Interference, S/I), с использованием или без использования механических преград для света.
Узел 200 излучателя может быть выполнен с возможностью максимизации испускания электромагнитного излучения вдоль продольной оси яйца 1, чтобы излучение было направлено к яйцу 1. В некоторых случаях узел 200 излучателя может быть выполнен с возможностью коллимации или фокусировки света в направленный луч таким образом, чтобы проецировать излучение светоизлучающего источника на заданную область яйца 1, одновременно ограничивая излучение рассеянного света, где рассеянный свет - это любая оптическая энергия, покидающая узел 200 излучателя, которая не освещает заданную область яйца (или свет, который отражается от заданной области яйца). В некоторых случаях, однако, могут быть предусмотрены также оптомеханические устройства для расфокусировки луча.
Настоящее изобретение может содержать также узел 300 детектора для приема электромагнитного излучения/света 14, прошедшего через яйцо во время операции просвечивания. Узел 300 детектора может быть пространственно удален от узла 200 излучателя, чтобы образовывать пару излучатель-детектор. Таким образом, множество узлов 200 излучателей и соответствующее множество узлов 300 детекторов могут образовывать матрицу пар излучатель-детектор, способных оценивать множество яиц, транспортируемых на лотке для яиц. В некоторых случаях узел 200 излучателя и узел 300 детектора могут быть совмещены по оси (на противоположных концах яйца), а в других случаях могут располагаться с неаксиальной ориентацией. Узел детектора может быть сконфигурирован для приема электромагнитного излучения/света 14 на конкретной длине волны или, в ином случае, в предварительно заданном диапазоне длин волн.
Как обсуждалось ранее, в некоторых случаях узел 300 детектора может быть пространственно отдален от яйца во время операции просвечивания, так что ни одна часть детектора не контактирует с яйцом, тем самым устанавливая бесконтактное положение. Такая бесконтактная конфигурация может обеспечить повышение пропускной способности и может ограничивать загрязнение последующих яиц, как было описано выше.
Узел 300 детектора может содержать фотодетектор для детектирования и выполнения фотоэлектрического преобразования света, прошедшего через яйцо. Например, могут быть предусмотрены датчик, имеющий фотодетектор (например, PIN-фотодиод) и связанные с ним компоненты, способные обеспечить формирование выходного сигнала, соответствующего интенсивности света, выходящего из яйца. Датчик может быть датчиком любого типа, способным обнаруживать длину волны (длины волн) света, излучаемого светоизлучающий источником, на частотах модуляции, включая постоянный ток. Согласно некоторым аспектам, узел 300 детектора может не использовать никакие оптические элементы для сбора оптической энергии из яйца 1, представляя собой так называемый "пассивный" датчик. В целом, назначение датчика может заключаться в детектировании света, излучаемого из ограниченной области (поля обзора) яйца 1. Узел детектора может содержать корпус 310 детектора, в котором может быть расположен датчик для приема света, выходящего из яйца 1.
Узел 300 детектора может содержать одну или несколько линз, перегородок и/или диафрагм для подавления паразитного или неосевого света, способного проникать в узел 300 детектора по нежелательным путям, в то же время позволяя собирать полезный прошедший свет из поля обзора детектора на узком конце 10 яйца 1. Согласно некоторым аспектам, как показано на фиг. 21, узел 300 детектора может использовать оптические элементы или систему линз детектора, чтобы собирать свет из заданной области на яйце 1 (поле обзора детектора) и доставлять его к датчику. В связи с этим, механические устройства, такие как диафрагмы и линзы, могут быть добавлены для улучшения характеристик узла 300 детектора. Пластины, удерживающие линзу, могут быть изготовлены из светопоглощающего материала, такого как стекло, или иным образом покрыты им. Поверхность может иметь антиотражательное покрытие. Остаточное отражение поверхности может быть сделано как можно более зеркальным (не диффузным), чтобы отраженный свет распространялся в сторону от входной апертуры. Уникальные несущие частоты излучателей позволяют соседним детекторам не воспринимать свет от всех излучателей, кроме соответствующего спаренного излучателя. Торцевые пластины могут быть выполнены из светопоглощающего материала и могут иметь антиотражательное покрытие, так как отражение будет изменять направление света.
В процессе работы, как только яйцо 1 располагается между парой излучатель-детектор, светоизлучающий источник может излучать свет (обозначенный как 9 на фиг. 5) в направлении яйца 1. Датчик может принимать свет, который выходит из яйца 1 (обозначенный как 14 на фиг. 5), и может генерировать выходной сигнал, соответствующий оптической мощности, или другой выходной сигнал, света, выходящего из яйца 1.
Процессор может осуществлять обмен данными с узлом 300 детектора и быть выполненным с возможностью обработки выходных сигналов от датчика, чтобы определить жизнеспособность яйца 1. Соответствующая схема может осуществлять связь с датчиком (например, фотодетектором), сконфигурированным для генерации выходного сигнала, передаваемого в процессор. Жизнеспособность может быть определена путем обработки выходного сигнала для определения изменений в оптической мощности, соответствующих жизнеспособности эмбриона. Например, оптическая мощность света, прошедшего через яйцо, может быть определена на требуемой длине волны или на характерной длине волны, и может быть сгенерирован спектр, который представляет оптическую мощность на выбранной длине волны. Сгенерированный спектр может быть сопоставлен с одним или несколькими спектрами, где каждый спектр связан с соответствующим известным состоянием яиц, чтобы определить текущее состояние яйца. Например, сгенерированный спектр можно сравнить с соответствующим спектром, связанным с одним или несколькими из следующих типов яиц: живые яйца, рано умершие яйца, промежуточно умершие яйца, поздно умершие яйца, неоплодотворенные яйца, тухлые яйца и/или отсутствующие яйца.
В соответствии с некоторыми аспектами настоящего изобретения устройство 160 для идентификации яиц может быть способно идентифицировать яйца в соответствии с их жизнеспособностью во время движения при прохождении через систему 100 идентификации яиц. В связи с этим, яйца 1 в лотке 50 для яиц могут быть способны перемещаться через систему 100 идентификации яиц во время оценки их жизнеспособности, обеспечивая, тем самым, оптимальную пропускную способность, как того требуется. С этой целью может потребоваться останавливать или приостанавливать лоток 50 для яиц во время процесса идентификации, чтобы обеспечить достаточный сбор данных.
Согласно аспектам настоящего изобретения устройство 160 идентификации яиц может содержать узел 400 управления светом, предусмотренный для уменьшения паразитного света, детектируемого узлом 300 детектора. Как показано на фиг. 6-23, узел 400 управления светом может быть выполнен в виде пластины 402 или в основном планарной структуры, хотя настоящее изобретение не ограничено такими конфигурациями.
В некоторых случаях, как показано на фиг. 10 и 11, узел 400 управления светом может содержать поглощающую пластину или слой 402, выполненный из светопоглощающего материала, для поглощения паразитного мешающего света, отраженного от яйца и других компонентов системы 100 идентификации яиц, имеющих отражающие поверхности. Узел 400 управления светом может быть расположен между узлами 200 излучателей и узлами 300 детекторов, как показано на фиг. 9, 20, 22 и 23. Узел 400 управления светом может быть соединен с рамой 162 устройства 160 идентификации яиц для позиционирования между парами излучатель-детектор. В некоторых случаях узел 400 управления светом может быть соединен или присоединен к верхней плите 164 рамы. Однако, в других случаях, узел 400 управления светом может быть непосредственно соединен с рамой 162 без использования верхней плиты 164 рамы.
Поглощающий слой 402 определяет одно или несколько окон или отверстий 404, которые позволяют свету проходить через него к яйцу, как показано на фиг. 10-23. Поглощающий слой 402 используется для поглощения света, отраженного от яйца и других отражающих поверхностей при излучении от узла 200 излучателя, тем самым уменьшая сигнал помехи, детектируемый узлом 300 детектора. То есть, узел 400 управления светом уменьшает сигнал помехи, который не несет информацию о жизнеспособности яйца, путем захвата и диссипации такого паразитного света. Поглощающий слой 402 может иметь схему расположения отверстий или окон, совпадающую со схемой расположения яиц на лотке 50 для яиц, таким образом, что он не поглощает свет, испускаемый из узла 200 излучателя непосредственно над отверстием 404. В некоторых случаях, как показано на фиг. 6, 7, 18, 19 и 23, узел 400 управления светом может быть разбит на сегменты 425, которые допускают различные конфигурации размещения отверстий 404 для приспосабливания к различным схемам расположения лотка 50 для яиц. В качестве конкретного примера, показанного на фиг. 19, сегменты 425 могут быть смещены, чтобы соответствовать расстоянию смещения карманов 56 лотка 50 для яиц. Сегменты 425 обеспечивают гибкость при создании узла 400 управления светом.
В некоторых случаях поглощающий слой 402 может представлять собой пластину материала. В других случаях поглощающий слой 402 может представлять собой покрытие, нанесенное на другой материал (материалы). Согласно некоторым аспектам поглощающий слой 402 может представлять собой многослойный композит из антиотражательных покрытий для обеспечения ослабляющей интерференции.
Расположение поглощающего слоя 402 вблизи узла 200 излучателя может уменьшить необходимость в кожухе или экранировании вокруг устройства 160 идентификации яиц или каждого отдельного яйца во время детектирования. В этом отношении узел 400 управления светом обеспечивает преимущества в том, что улучшенный выходной сигнал, несущий информацию о жизнеспособности эмбрионов, может быть получен без необходимости экранирования для блокирования окружающего света, хотя и такое экранирование может быть обеспечено по различным причинам и с различными целями.
Поглощающий слой 402 может быть изготовлен из любого материала, способного поглощать свет в диапазоне длин волн для обеспечения необходимого коэффициента поглощения. То есть, поглощающий материал может быть выбран на основе длины волны (длин волн) излучаемого электромагнитного излучения таким образом, чтобы отраженное электромагнитное излучение поглощалось поглощающим материалом. В некоторых случаях может быть желательно поглощать более приблизительно 90% отраженного паразитного света от яйца (и других отражающих поверхностей) на желаемой длине волны и предпочтительно более приблизительно 95% отраженного паразитного света, и наиболее предпочтительно более приблизительно 99% отраженного паразитного света. В связи с этим, поглощающий слой 402 может иметь коэффициент внутреннего пропускания менее приблизительно 0,5 или предпочтительно менее приблизительно 0,1, или более предпочтительно менее приблизительно 0,001, или наиболее предпочтительно менее приблизительно 0,0001 на заданной длине волны, чтобы поглощать электромагнитное излучение на заданной длине волны. Для пластины материала отношение потока, идущего от поверхности ввода, к потоку, достигающему поверхности вывода, является коэффициентом внутреннего пропускания. Коэффициент внутреннего пропускания описывает коэффициент пропускания поглощающего материала без учета потерь на отражение.
В соответствии с одним примером узел 200 излучателя может излучать электромагнитное излучение на длине волны приблизительно от 800 до 1000 нм. В таких случаях поглощающий слой 402 может быть изготовлен из оптического акрилового материала или оптического стекла, такого как BG-39, BG-42 или S-8022 (стекла, окрашенные ионными красителями) от фирмы Schott AG, где коэффициент внутреннего пропускания на таких длинах волн приблизительно 0,00001 или меньше. В некоторых случаях можно использовать несколько узлов излучателей, так что поглощающий слой 402 следует выбирать так, чтобы обеспечить желаемое поглощение на обеих длинах волн. Например, материалы BG-39, BG-42 или S-8022 могут быть использованы для системы с двумя излучателями, излучающими на 808 и 904 нм в направлении одного яйца. В некоторых случаях в качестве поглощающего слоя 402 можно использовать материал с углеродной матрицей или цветное стекло.
Фиг. 24 представляет собой график, иллюстрирующий коэффициент внутреннего пропускания в зависимости от длины волны для оптического стекла BG-39, имеющего толщину один миллиметр. Как показано, коэффициент внутреннего пропускания составляет менее 0,0001 в диапазоне от 800 до 1000 нм, обеспечивая тем самым подходящий материал для поглощающего слоя 402 при излучении света, имеющего длину волны в диапазоне приблизительно от 800 до 1000 нм.
Благодаря уменьшению величины мешающего сигнала, детектируемого узлом 300 детектора, сбор и анализ необходимого полезного сигнала с информацией, касающейся жизнеспособности эмбриона, могут быть улучшены. Толщина поглощающего слоя 402 может регулироваться или настраиваться под требования заказчика для обеспечения необходимых характеристик поглощения на заданной длине волны. В приведенном выше примере толщина поглощающего слоя 402 (BG-39) может составлять приблизительно 3 мм или более.
Согласно некоторым аспектам узел 400 управления светом может содержать одно или несколько антиотражательных покрытий 410, нанесенных на поглощающий слой 402, как показано на фиг. 12. В некоторых случаях антиотражающие покрытия могут наноситься в виде нескольких чередующихся слоев с резко различающимися коэффициентами отражения или в виде антиотражательного покрытия с градиентным коэффициентом. Антиотражательное покрытие может быть выполнено из твердого стеклянного материала, такого как SiO2 или MgF2, для обеспечения устойчивости к царапинам, что позволяет очищать узел 400 управления светом. Антиотражательное покрытие может обеспечивать отражение от поверхности по меньшей мере <0,5% для заданного диапазона длин волн при углах падения около 0-10 градусов. Антиотражательное покрытие может быть выбрано на основе длины волны (длин волн) испускаемого электромагнитного излучения так, что достигается отражение менее приблизительно 1%. В некоторых случаях такие материалы как MgF2, CeF3 ZrO2, Al2O3 могут использоваться для формирования нескольких слоев покрытия, сконструированных таким образом, чтобы отражения от поверхностей подвергались максимальным ослабляющей интерференции, которая могут обеспечивать отражение менее приблизительно 0,5%.
Согласно некоторым аспектам настоящего изобретения, как показано на фиг. 13-20, 22 и 23, узел управления светом может содержать пропускающий слой 450 для обеспечения защиты узла 200 излучателя. То есть узел может быть сконструирован таким образом, что излучающие участки узла 200 излучателя были покрыты пропускающим слоем 450, чтобы обеспечить защиту от яичного мусора или другого находящегося в воздухе мусора. Пропускающий слой 450 может быть выполнен с возможностью пропускать через него электромагнитное излучение на заданной длине волны, так что электромагнитное излучение может достигать яйца с желаемой оптической мощностью. В некоторых случаях пропускающий слой 450 может быть выполнен в форме заглушек или дисков 452, имеющих форму, подходящую для отверстий 404 поглощающего слоя 402, как показано на фиг. 13-15 и 23, и прикреплены к ним с использованием соответствующих крепежных средств, таких как, например, клей. В других случаях пропускающий слой 450 может представлять собой пластину или планарную структуру, проходящую над поглощающим слоем 402 для закрытия отверстий 404, как показано на фиг. 16, 17, 20 и 22, и соединенную с поглощающим слоем 402 с использованием соответствующих крепежных средств, таких как, например, адгезив. В случаях, когда пропускающий слой 450 и поглощающий слой 402 соединяются с использованием адгезива, адгезив может быть оптически согласованным для уменьшения отражения на границе раздела, так что свет проходит через адгезив на поглощающий слой 402. То есть адгезив может быть выбран для сведения к минимуму отражения света от границы раздела между материалами пропускающего и поглощающего слоев. Например, оптические адгезивы Norland, продаваемые фирмой Norland Products, Inc., могут использоваться в таких применениях, где соответствующий показатель преломления выбирается, исходя из материалов поглощающего и пропускающего слоев.
Пропускающий слой 450 может быть выполнен из любого материала, способного пропускать свет в диапазоне длин волн, чтобы обеспечить необходимый коэффициент пропускания. То есть пропускающий материал может быть выбран на основе длины волны (длин волн) излучаемого электромагнитного излучения, так что отраженное электромагнитное излучение проходит через пропускающий материал таким образом, чтобы оно достигало поглощающего слоя 402. В некоторых случаях может быть желательно пропускать более приблизительно 90% излучаемого света от узла 200 излучателя на желаемой длине волны, и предпочтительно более приблизительно 95%, и более предпочтительно более приблизительно 99%, и наиболее предпочтительно более приблизительно 99,5%. В связи с этим, пропускающий слой 450 может иметь коэффициент внутреннего пропускания более приблизительно 0,99, или предпочтительно более приблизительно 0,995 на заданной длине волны таким образом, чтобы пропускать электромагнитное излучение через него на заданной длине волны.
Например, узел 200 излучателя может излучать электромагнитное излучение на длине волны приблизительно от 800 до 1000 нм. В таких случаях пропускающий слой 450 может быть выполнен из материала оптического стекла, такого как, например, боросиликатный крон или N-BK 7, доступные от Schott AG, где коэффициент внутреннего пропускания при таких длинах волн составляет около 0,995 или больше. В некоторых случаях может использоваться несколько узлов излучателей, так что пропускающий слой 450 должен выбираться так, чтобы обеспечить необходимый коэффициент пропускания на нескольких длинах волн. Например, материал N-BK 7 может быть использован для системы с двумя излучателями, излучающими на 808 и 904 в направлении к одному яйцу.
Согласно некоторым аспектам, узел 400 управления светом может содержать одно или более антиотражательных покрытий 410, нанесенных на пропускающий слой 450, как показано на фиг. 15, 17, 20, 22 и 23, и как описано ранее в отношении поглощающего слоя 402. В таком случае антиотражательное покрытие 410 может быть нанесено не на поглощающий слой 402, а вместо этого на пропускающий слой 450 только на стороне, противоположной поглощающему слою 402, так что антиотражательное покрытие 410 обращено к яйцу 1. Толщина пропускающего слоя 450 может быть отрегулирована или подобрана под требования заказчика для обеспечения желаемых характеристик пропускания на заранее определенной длине волны. В приведенном выше примере толщина пропускающего слоя 450 (N-BK 7) может составлять приблизительно от 3 до 6 мм.
Как показано на фиг. 20-23, в соответствии с некоторыми аспектами, узел 300 детектора может также или альтернативно содержать узел 400 управления светом, расположенный рядом с ним, для уменьшения детектирования паразитного света и сигналов помех. Такое устройство может содержать поглощающий слой 402 с отверстиями 404, выполненными на одной оси с окном 320 детектора, таким образом, что свет может приниматься внутри узла 300 детектора. Узел 300 детектора может содержать линзы 330, фильтры и/или другие оптические компоненты для сбора желаемого сигнала, прошедшего через яйцо. Как показано на фиг.20, светособирательная воронка 325 может быть предусмотрена для улучшения детектирования света, проходящего через яйцо 1. В некоторых случаях узел управления светом может содержать пропускающий слой 450 и одно или несколько антиотражательных покрытий 410 на поглощающем слое 402 или на пропускающем слое 450 (если он используется). В некоторых случаях узел 400 управления светом может быть присоединен или прикреплен к нижней пластине 166 рамы. Однако в других случаях узел 400 управления светом может быть непосредственно соединен с рамой 162 или узлом 300 детектора без использования нижней плиты 166 рамы.
Фиг. 25 и 26 являются графиками, иллюстрирующими уменьшение паразитных сигналов, детектируемых при реализации узла 400 управления светом с различными материалами и конфигурациями. То есть, графики обеспечивают сравнение характеристик поглощения различных узлов 400 управления светом с установкой, в которой не используется узел 400 управления светом. Для сбора данных лазерный источник был установлен на пластине, имеющей различные узлы 400 управления светом, взаимозаменяемо устанавливаемые под ней. Толщина узла 400 управления светом варьировалась в зависимости от его композитной слоистой структуры. Лазерный источник излучал свет на длине волны 808 нм в направлении яйца, стоящего вертикально на пьедестале, блокирующем свет (механическая преграда), расположенном на пластине, рассеивающей свет, сконфигурированной так, чтобы отраженный свет проходил через нее таким образом, чтобы он мог быть детектироваться датчиком (камерой на приборе с зарядовой связью, (Charge Coupled Device, CCD)), расположенным под ней. Поглощающий слой 402 и пропускающий слой 450, когда они были предусмотрены, имели толщину 3 мм каждый. Изображение было получено датчиком с односекундной экспозицией, а затем была использована программа для вывода и сбора линейных данных в двух направлениях (перпендикулярных: одного по горизонтали (фиг. 25) и одного по вертикали (фиг. 26)) из зафиксированного изображения. Ось у - относительное показание датчика, в логарифмическом масштабе, а ось х - расстояние в пикселях вдоль соответствующей линии. Как показано, голый алюминиевый материал (2), используемый в обычных системах, создает мешающий сигнал примерно на порядок выше, чем различные узлы 400 управления светом (поглощающее инфракрасное излучение покрытие на алюминии (3), BG-39 с антиотражательным покрытием (4) для ближнего инфракрасного излучения (Near Infrared Anti-Reflective, NIR-AR), BG-39 с антиотражательным покрытием (5) для ближнего инфракрасного излучения (NIR-AR) и слоистый композит BG-39/N-BK 7 с антиотражательным (AR) покрытием (6).
Многие модификации и другие аспекты настоящего изобретения, изложенные в данном документе, будут очевидны специалисту в данной области техники, использующему преимущества идей, представленных в вышеприведенном описании и на соответствующих чертежах. Например, конусные отражатели и другие формы могут использоваться для минимизации отражений от верхней пластины в яйцо в качестве эффективной стратегии для минимизации паразитного света. Таким образом, следует понимать, что настоящее изобретение не 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.
1. Система идентификации яиц для определения жизнеспособности птичьего яйца, содержащая:
узел излучателя, имеющий корпус излучателя и выполненный с возможностью испускания электромагнитного излучения в направлении яйца, причем электромагнитное излучение имеет заданную длину волны;
узел детектора, расположенный на расстоянии от узла излучателя и выполненный с возможностью детектирования электромагнитного излучения, прошедшего через яйцо;
узел управления светом, размещенный вблизи узла излучателя между узлом излучателя и узлом детектора, причем узел управления светом содержит поглощающий слой для поглощения паразитного мешающего электромагнитного излучения, отраженного от яйца и других компонентов системы, имеющих отражающие поверхности, при излучении от узла излучателя, имеющий такой коэффициент внутреннего пропускания на упомянутой заданной длине волны, чтобы поглощать более чем 90% отраженного электромагнитного излучения на упомянутой заданной длине волны, при этом поглощающий слой имеет отверстие, через которое электромагнитное излучение, испускаемое узлом излучателя, способно проходить к яйцу; и
процессор, сконфигурированный для обработки выходного сигнала узла детектора для определения жизнеспособности яйца.
2. Система по п. 1, в которой узел управления светом дополнительно содержит антиотражательное покрытие, нанесенное на поглощающий слой.
3. Система по п. 1, дополнительно содержащая пропускающий слой, сконфигурированный для прохождения через него электромагнитного излучения на упомянутой заданной длине волны, причем пропускающий слой соприкасается с поглощающим слоем у отверстия, так что электромагнитное излучение, испускаемое из узла излучателя, проходит через пропускающий слой.
4. Система по п. 3, в которой пропускающий слой перекрывает отверстие и соприкасается с поглощающим слоем со стороны, противоположной расположению узла излучателя.
5. Система по п. 4, дополнительно содержащая адгезив для соединения поглощающего слоя с пропускающим слоем, причем адгезив оптически согласован с поглощающим и пропускающим слоями таким образом, что электромагнитное излучение проходит через такую сформированную границу раздела.
6. Система по п. 3, в которой пропускающий слой имеет форму пробки, сконфигурированную для посадки в отверстие, образованное поглощающим слоем.
7. Система по п. 3, в которой пропускающий слой имеет такой коэффициент внутреннего пропускания, чтобы пропускать более 90% электромагнитного излучения от узла излучателя на упомянутой заданной длине волны.
8. Система по п. 3, в которой упомянутая заданная длина волны составляет от 800 до 1000 нм.
9. Система по п. 3, в которой узел управления светом дополнительно содержит антиотражательное покрытие, нанесенное на пропускающий слой.
10. Система по п. 3, в которой поглощающий и пропускающий слои сформированы из оптических стекол.
11. Способ определения жизнеспособности яйца, включающий:
испускание электромагнитного излучения из узла излучателя на заданной длине волны, при этом узел излучателя имеет корпус излучателя, при этом электромагнитное излучение испускается через отверстие, определяемое поглощающим слоем узла управления светом, по направлению к яйцу, при этом поглощающий слой имеет такой коэффициент внутреннего пропускания на упомянутой заданной длине волны, чтобы поглощать более 90% отраженного электромагнитного излучения на упомянутой заданной длине волны;
поглощение, с помощью поглощающего слоя, паразитного мешающего электромагнитного излучения, отраженного от яйца и других отражающих поверхностей при излучении от узла излучателя;
детектирование электромагнитного излучения, прошедшего через яйцо, с помощью узла детектора, расположенного на расстоянии от узла излучателя;
формирование выходного сигнала из электромагнитного излучения, детектируемого узлом детектора; и
обработку выходного сигнала для определения жизнеспособности яйца.
12. Способ по п. 11, дополнительно содержащий передачу электромагнитного излучения, отраженного от яйца и других отражающих поверхностей, через пропускающий слой, соприкасающийся с поглощающим слоем, так, что отраженное электромагнитное излучение передается на поглощающий слой и поглощается.
13. Способ по п. 12, в котором излучение электромагнитного излучения из узла излучателя включает излучение электромагнитного излучения через пропускающий слой, который перекрывает упомянутое отверстие.
14. Способ по п. 12, в котором электромагнитное излучение пропускают через пропускающий слой с коэффициентом пропускания, превышающим 90% на упомянутой заданной длине волны.
15. Способ по п. 12, в котором испускание электромагнитного излучения из узла излучателя на заданной длине волны включает испускание электромагнитного излучения, имеющего длину волны от 800 до 1000 нм.
16. Способ по п. 12, в котором поглощающий слой и пропускающий слой соединяют вместе с помощью оптически согласованного адгезива.
17. Способ по п.12, дополнительно содержащий пропускание электромагнитного излучения, отраженного от яйца и других отражающих поверхностей, через антиотражательное покрытие, нанесенное на пропускающий слой.
