用於清潔積分球的方法和裝置的製作方法

2023-07-31 08:33:21

專利名稱：用於清潔積分球的方法和裝置的製作方法
用於清潔積分球的方法和裝置相關申請的交叉引用本申請要求2007年10月9日提交的美國臨時專利申請序列號60/978，582的優 先權，其全部內容在此引用作為參考。
背景技術：
典型情況下分光光度計中使用的積分球的白色內表面由於該表面的粘合劑基底 上的細菌作用而易於變黃。在積分球的使用中，這種變黃導致幾何誤差的產生以及其他誤 差的放大。這些誤差差到可能使得分光光度計無法由軟體校正為表現得如同具有新的白色 球面的積分球分光光度計。

發明內容
在一個實施例中，本發明是清潔積分球的方法和裝置，比如積分球分光光度計中 使用的積分球。分光光度計的一個實施例包括具有反射內表面的積分球、配置為啟用時照 亮所述內表面的主光源以及配置為向所述內表面上發射電離輻射的次光源。


通過連同附圖考慮以下詳細說明，可以易於理解本發明的教導，其中圖1是示意圖，展示了根據本發明的積分球分光光度計的一個實施例；圖2是流程圖，展示了根據本發明用於清潔積分球的反射內表面的方法的一個實 施例；圖3是流程圖，展示了根據本發明用於監控積分球分光光度計的鏡面埠 (specular port)反射特性的方法的一個實施例；圖4是流程圖，展示了根據本發明的一個實施例，用於校準圖1所示分光光度計的 方法的一個實施例；圖5是使用通用計算設備實施的積分球清潔方法的高級別框圖。為了便於理解，在可能時已經使用了相同的附圖標記表示幾幅圖中共用的相同要
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具體實施例方式在一個實施例中，本發明是用於清潔積分球的方法和裝置，比如現場積分球分光 光度計中使用的積分球。本發明的若干實施例採用電離輻射源，比如紫外光，來清潔並增白 原來是白的但是隨時間變長已經變黃了的積分球的無光澤光學表面。圖1是示意圖，展示了根據本發明的積分球分光光度計100的一個實施例。如圖 所示，分光光度計100包括積分球102，它連接到控制器(計算機)104和照明室106。積分球102包括具有高反射率、無光澤光學表面的內壁。在一個實施例中，積分球 102包括在球的一側形成的樣品輸入埠 108以及在與樣品輸入埠 108相對的球的另一側形成的樣品輸出埠 110。在積分球102上形成了鏡面埠 111，位置靠近樣品輸出埠 110。在積分球102上還形成了照明埠 109，位置所在的平面基本上與樣品輸入埠 108 和樣品輸出埠 110所在的平面正交。在進一步的實施例中，積分球102另外包括球內布 置的一片或多片遮光板1121-112n(後文統稱為「遮光板112」)。此外，積分球102還包括 球傳感器114，位置靠近樣品輸出埠 110。在一個實施例中，球傳感器包括色散元件，比如 光柵。如圖所示，球傳感器114連接到控制器104。
照明室106經由照明埠 109連接到積分球102。在一個實施例中，照明室106 包括位置靠近積分球102的主光源116以及位置在積分球102相對於主光源116的對側的 次光源118 (即，使得主光源116位於積分球102與次光源118之間)。主光源116和次光 源118都連接到控制器104。在一個實施例中，主光源116是脈衝氙閃光燈或發光二極體 (LED)。次光源118是電離輻射源，在一個實施例中包括紫外(UV)光、惰性氣體(如氖)光 或汞蒸汽燈。在一個實施例中，次光源118包括多條原子(譜)線。例如，假若次光源118 是汞蒸汽燈，那麼汞蒸汽在254nm、365nm、435. 8nm和546. Inm的波長處引起大量能量；假若 次光源包括氖，那麼它將在甚至更高的波長處包括原子線。此外，照明室106包括連接到照 明室106和控制器104的源傳感器120。在一個實施例中，控制器104是通用計算機，比如關於圖5進一步詳細描述的通用 計算機。在一個實施例中，可選的濾光輪122連接到積分球102的照明埠 109，使得濾光 輪122位於積分球102與照明室106之間。在一個實施例中，濾光輪122是UV濾光輪。在運行時，主光源116通過照明室106和照明埠 109照亮積分球102。如果遮光 板112包括在積分球102中的話，由主光源116提供的照明可以由遮光板112導入積分球 102。由主光源116提供的照明在積分球102中散射，散射的照明由球傳感器114通過樣品 輸出埠 110收集。由傳感器收集的散射光然後(如由控制器104或未顯示的多像素探測 器)用於分析來自樣品輸入埠 108附近放置的樣品(未顯示)的反射率信息。如果濾光 輪122包括在分光光度計100中，濾光輪122便用於調整短波長光以模仿日光(如國際照 明協會(CIE)D65照明)。為了測量螢光樣品，需要這種調整。球傳感器的色散元件將收集的照明色散成若干分量波長。多像素探測器(例如集 成到控制器104中的)然後在每個波長測量經由樣品輸出埠 110從積分球102射出的照 明。通過將這種測量結果與來自參考光束(未顯示)的照明的測量結果進行對比，分光光 度計100可以推斷該樣品的反射率。正如以上討論，積分球102的反射內表面嶄新時是白色的，由於細菌作用可能隨 時間而變黃。不過，分光光度計100的結構允許積分球102的內表面由包括表面照射的非 接觸殺菌作用而增白或清潔。圖2是流程圖，展示了根據本發明用於清潔積分球的反射內表面方法200的一個 實施例。為了清潔積分球102的內表面，方法200可以例如由圖1的控制器104實施。這 樣，方法200的討論將參考圖1展示的分光光度計100的部件。不過應當認識到，方法200 的運行不限於使用圖1展示的分光光度計結構。方法200在步驟202初始化並進至可選步驟204(以幻影展示)，其中控制器104 判斷球傳感器114是否讀數低(如顯示出與積分球102嶄新時相比大約百分之十的降低)。球傳感器114測量積分球102中的輻射；因此，球傳感器114的低讀數可以指示積分球102 對UV光的吸收。如果控制器104在步驟204斷定球傳感器114讀數低，那麼便假設積分球102需 要清潔。在這種情況下，方法200進至可選步驟206 (以虛框展示)並通知操作員(如操作 人)積分球102需要清潔。作為替代，如果控制器104在步驟204斷定球傳感器114讀數不低，方法200在步 驟218終止。在替代實施例中，控制器104不是終止方法200，而是可以繼續監視來自球傳 感器114的讀數，直到再次檢測出低讀數。應當注意，步驟204-206指明為可選的。在自動檢測積分球102需要清潔的實施 例中，步驟204-206用於便利自動檢測和通知。不過，在積分球102的清潔需要不進行自動 檢測的實施例中，清潔可能按需初始化，例如響應來自操作人的請求。在這樣的實施例中， 方法200可以跳過步驟204-206，從步驟202的初始化直接進至步驟208。在步驟208，控制器104接收清潔積分球102的信號(如從操作人)。在步驟210， 控制器104禁用(即關閉)主光源116，使得主光源116不發射照明。在可選步驟212 (以虛框展示)，控制器104調整濾光輪122到「開啟」位置。步驟 212是可選的，因為在某些實施例中，分光光度計100將不包括濾光輪122。一旦禁用了主光源116並調整了濾光輪(在需要時)，方法200便進至步驟214， 其中控制器104啟用(即開啟)次光源118，使得次光源118照射通過主光源116並照進積 分球102內。積分球內表面的持續曝光在從次光源118發射的電離輻射中將逐漸地增白積 分球的內表面(即通過殺滅導致變黃的細菌)。在一個實施例中，積分球102的內表面以外 的表面屏蔽了由次光源118發射的電離輻射。在步驟216，控制器104再次判斷球傳感器114是否仍然讀數低(如低於預定義的 閾值)。如果控制器104在步驟216斷定球傳感器114仍然讀數低，那麼便假設積分球102 需要進一步清潔。在這種情況下，方法200返回步驟214，控制器104繼續使次光源118照 進積分球102內。作為替代，如果控制器104在步驟216斷定球傳感器114不再讀數低，便假設清 潔過程已經結束。在這種情況下，方法200在步驟218終止。在替代實施例中，控制器104 不是終止方法200，而是可以繼續監視來自球傳感器114的讀數，直到再次檢測出低讀數。 在另一個實施例中，如果判定在預定的時間段後(即積分球內表面曝光在電離輻射預定段 後)清潔過程沒有產生令人滿意的結果，那麼終止方法200，並假設積分球102需要更換。所以，方法200提供了使用殺菌作用的積分球102內表面增白的非破壞性方法。通 過持續曝光在由次光源118發射的電離輻射中使內表面增白，這殺滅了造成變黃的細菌。 此外，因為方法200實質上不需要與積分球102的內表面物理接觸(例如要是洗或擦該表 面將可能需要)，所以實質上使積分球102的內表面損壞的風險最小。因此可以更新分光光 度計100相對於校準用儀表的保真度，任何剩餘差異都可以由軟體校正。為了保持內表面 的白度，積分球102可以使用次光源118定期再次照射。 此外，在汞蒸汽燈用作次光源118的實施例中，有毒的臭氧排放可以大大地減少。 汞蒸汽的254nm強原子線在殺菌光有效波長範圍的中部，但是也在產生臭氧排放的頻譜區 (如小於大約242nm)之外。不僅如此，汞燈中的主要臭氧產生輻射是由於小於200nm的能量，它在已面市的無臭氧筆型汞燈中已經被濾除。次光源118提供的電離輻射除了能夠清潔積分球102，還可以用於監視鏡面埠111的反射特性。例如，運作不正確的鏡面埠可能需要清潔或更換。圖3是流程圖，展示了根據本發明用於監控積分球分光光度計的鏡面埠反射特 性的方法300的一個實施例。為了監視鏡面埠 111的特性，方法300可以例如由圖1的 控制器104實施。這樣，方法300的討論將參考圖1展示的分光光度計100的部件。不過 應當認識到，方法300的運行不限於使用圖1展示的分光光度計結構。方法300在步驟302初始化並進至步驟304，其中控制器104禁用(即關閉)主光 源116。方法300然後進至步驟306，其中控制器104啟用(即開啟)次光源118，使得次光 源118將電離輻射發射進積分球102內。在步驟308，控制器104開啟積分球102的鏡面埠 111。方法300然後進至步驟 310，其中控制器104測量鏡面埠 111開啟時積分球102中的能量級。在一個實施例中， 控制器104使用球傳感器114和源傳感器120測量能量級。在步驟312，控制器104關閉鏡面埠 111。控制器104然後在步驟314再次測量 積分球中的能量級，這時鏡面埠 111關閉著。在一個實施例中，控制器104使用球傳感器 114和源傳感器120測量能量級。在步驟316，控制器判斷積分球102的效率提高(即球傳感器114和源傳感器120 的測量結果)是否與高反射率鏡面埠的期望效率提高相匹配。如果控制器104在步驟 316斷定尚未觀察到期望的效率提高，方法300進至步驟318，控制器104 (如向操作員)報 告鏡面埠 111運作不正常。作為替代，如果控制器104在步驟316斷定已經觀察到期望的效率提高，方法300 進至步驟320，控制器104(如向操作員)報告鏡面埠 111運作正常。一旦已經產生了對鏡面埠 111運作情況的報告(即根據步驟318或320)，方法 300在步驟322終止。圖4是流程圖，展示了根據本發明的一個實施例，校準圖1所示分光光度計100的 方法400的一個實施例。在一個實施例中，根據方法400的校準旨在用作現場儀器更新，而 以外部光源進行的更仔細的工廠校準已經執行過了。方法400可以例如由圖1展示的控制 器104實施。方法400在步驟402初始化並進至步驟404，其中控制器104將次光源譜線的已知 波長分配給多像素探測器(未顯示)的若干像素。在步驟406，控制器104對步驟404中所 分配波長之間的像素執行內插。同樣，在步驟408，控制器104對次光源譜線範圍之外的像 素執行外插。因此，步驟404-408 —起用作執行波長校正，方式為對現場分光光度計100的 波長誤差進行補償。在步驟410，控制器104將每條次光源譜線恢復到預定的帶寬。在一個實施例中， 信號處理用於執行這種恢復。在進一步的實施例中，標準的方法(如比如反卷積)用在校 正雜散光和其他線性譜畸變的信號處理中，比如帶寬校正。因此，步驟410用作執行帶寬校 正。方法400然後在步驟412終止。圖5是使用通用計算設備500實施的積分球清潔方法的高級別框圖。在一個實施例中，通用計算設備500包括處理器502、存儲器504、球清潔模塊505和各種輸入/輸出 (I/O)設備506，比如顯示器、鍵盤、滑鼠、數據機、網絡連接等。在一個實施例中，至少 一臺I/O設備是存儲設備(如磁碟驅動器、光碟驅動器、軟盤驅動器)。應當理解，球清潔模 塊505可以實施為物理設備，也可以實施為通過通信通道連接到處理器的子系統。作為替代，球清潔模塊505可以由一個或多個軟體應用程式(或者甚至軟體與硬 件的結合，如使用專用集成電路(ASIC))表示，其中軟體從存儲介質(如I/O設備506)加 載並由處理器502在通用計算設備500的存儲器504中運行。另外，軟體可以以分布式或 分段式方式運行在類似於通用計算設備500的兩臺或更多臺計算設備上。因此，在一個實 施例中，這裡參考以上附圖介紹的用於清潔分光光度計積分球的球清潔模塊505可以存儲 在計算機可讀介質或載體(如RAM、磁碟或光碟驅動器或軟盤等)上。應當注意，儘管沒有明確指出，但是這裡描述的方法的一個或多個步驟在特定的 應用需要時可以包括存儲、顯示和/或輸出步驟。換言之，在這些方法中討論的任何數據、 記錄、欄位和/或中間結果在特定的應用需要時都可以被存儲、顯示和/或輸出到另一臺設 備。此外，記載判斷操作或涉及決策的附圖中的若干步驟或方框不一定需要判斷操作的兩 個分支都實施。換言之，判斷操作的分支之一可以視為可選步驟。
儘管這裡已經詳細顯示和描述了包括本發明教導的各種實施例，但是本領域的技 術人員可以容易地設計出仍然包括這些教導的許多其他變化的實施例。
權利要求
一種分光光度計，包括具有反射內表面的積分球；配置為啟用時照亮所述內表面的主光源；以及配置為向所述內表面上發射電離輻射的次光源。
2.根據權利要求1的分光光度計，其中，所述主光源是脈衝氙閃光燈或發光二極體。
3.根據權利要求1的分光光度計，其中，所述次光源是紫外光、惰性氣體光和汞蒸汽燈之一。
4.根據權利要求1的分光光度計，其中，所述次光源包括多條原子線。
5.根據權利要求1的分光光度計，其中，所述主光源位於所述積分球與所述次光源之間。
6.根據權利要求1的分光光度計，其中，所述電離輻射具有殺菌光範圍內的波長。
7.一種用於清潔積分球分光光度計的積分球的方法，包括 禁用照亮所述積分球內表面所用的主光源；以及將所述內表面曝光在電離輻射中。
8.根據權利要求7的方法，其中，所述曝光包括將次光源照進所述積分球，其中所述次光源發射電離輻射。
9.根據權利要求8的方法，其中，所述次光源照射通過所述主光源，所述主光源位於所 述次光源與所述積分球之間。
10.根據權利要求7的方法，其中，所述次光源是紫外光、惰性氣體光和汞蒸汽燈之一。
11.根據權利要求7的方法，其中，所述次光源包括多條原子線。
12.根據權利要求7的方法，其中，所述電離輻射具有殺菌光範圍內的波長。
13.根據權利要求7的方法，進一步包括 確定所述積分球需要清潔；以及 通知操作員所述積分球需要清潔。
14.根據權利要求13的方法，其中所述確定包括 測量所述積分球中的輻射；以及如果所述積分球中測量出的輻射表明與所述積分球嶄新時相比大約百分之十的降低， 便確定所述積分球需要清潔。
15.根據權利要求14的方法，進一步包括繼續使所述內表面曝光在所述電離輻射中，直到所述積分球中的輻射讀數低於預定義 的閾值。
16.根據權利要求7的方法，進一步包括在使所述內表面曝光在電離輻射中之前，先調整位於所述積分球與電離輻射源之間的 濾光輪到「開啟」位置。
17.根據權利要求7的方法，進一步包括定期重複所述禁用和所述曝光，以保持所述內表面的白度。
18.根據權利要求7的方法，其中，響應請求清潔所述積分球的信號而清潔所述積分球。
19.根據權利要求7的方法，進一步包括在所述積分球的所述內表面之外的表面屏蔽所述電離輻射。
20. 一種包含用於清潔積分球分光光度計的積分球的可執行程序的計算機可讀的存儲 介質，其中所述程序執行以下步驟禁用照亮所述積分球內表面所用的主光源；以及 將所述內表面曝光在電離輻射中。
全文摘要
在一個實施例中，本發明是用於清潔積分球(102)的方法和裝置，比如積分球分光光度計(100)中使用的積分球(102)。分光光度計的一個實施例包括具有反射內表面的積分球(102)、配置為啟用時照亮所述內表面的主光源(116)以及配置為向所述內表面上發射電離輻射的次光源(118)。
文檔編號G01J3/10GK101868712SQ200880116912
公開日2010年10月20日 申請日期2008年10月8日 優先權日2007年10月9日
發明者A·英格萊森 申請人:數據色彩控股股份公司