CN112005099A - 光学检测系统 - Google Patents

Abstract

本发明的一实施例提供光学检测系统，检测从波动源向试样照射的波动在上述试样进行多重散射而发生的激光散斑，基于根据上述激光散斑随时间的变化，实时检测试样中微生物的存在与否。

Description

光学检测系统

技术领域

本发明的多个实施例涉及用于检测微生物或杂质的光学检测系统。

背景技术

人类与各种生物生活在同一个空间。从可见的生物到看不见的生物，它们一起生活在人类周围，直接或间接地影响着人类。其中，影响人类健康的微生物或小型生物是肉眼难以看见，但存在于人类周围并引起多种疾病。

为了测量不可见的微生物，以往利用微生物培养法、质谱法(mass spectrometry)和核磁共振(nuclear magnetic resonance)技术等。在微生物培养，质谱法和核磁共振技术的情况下，可以精确测量特定类型的细菌，但是培养细菌需要长时间的准备，并且需要昂贵、精确且复杂的设备。

另外，还利用光学技术测量微生物的技术。例如，拉曼光谱法(Ramanspectrometry)和多光谱成像(Multispectral imaging)用作光学技术，但是需要复杂的光学系统，这需要专门的知识和实验室级的设施来处理复杂的光学系统，并且由于需要较长的测量时间，因此一般公众难以使用。

发明内容

技术问题

为了解决如上所述的问题和/或限制，本发明的目的在于，提供能够利用混沌波传感器实时检测微生物或杂质的光学检测系统。

解决问题的方案

本发明的一实施例提供一种杂质检测系统，其特征在于，包括管道单元、波动源、检测部以及控制部；上述管道单元具备形成有内部空间的本体部，上述内部空间贯通上述第一端面和上述第二端面，以使通过第一端面流入的流体通过第二端面排出，并且包括多重散射放大区域用于放大在位于上述内部空间的流体中向上述第一端面与上述第二端面之间入射的第一波动进行多重散射(multiple scattering)的次数；上述波动源向上述管道单元的上述流体照射上述第一波动；上述检测部配置于上述管道单元的外部，在每个预设第一时间点，检测所照射的上述第一波动在上述流体内进行多重散射而发生的激光散斑(laser speckle)；上述控制部利用所检测的上述激光散斑，获取所检测的上述激光散斑的时间相关关系(temporal correlation)，基于所获取的上述时间相关关系(temporalcorrelation)，实时(real-time)推定上述流体内的杂质的存在与否；在上述管道单元的上述本体部形成有一个以上的发射孔，以向上述检测部引导在上述流体内多重散射后发射的第二波动。

发明的效果

本发明多个实施例的光学检测系统可利用激光散斑的时间相关关系的变化，以低廉的费用迅速推定试样中杂质的存在与否或浓度。

附图说明

图1为用于说明本发明的一实施例的混沌波传感器的原理的图。

图2为简要示出本发明的一实施例的杂质检测系统的概念图。

图3为沿着图2的Ⅱ-Ⅱ线截取的剖视图。

图4为简要示出本发明的另一实施例的杂质检测系统的概念图。

图5是流体为水的情况下的不同波长的吸光图。

图6a及图6b为简要示出本发明的另一实施例的杂质检测系统的概念图。

图7为简要示出本发明的一实施例的微生物种群数量的计数系统的概念图。

图8为沿着图7的Ⅲ-Ⅲ线截取的剖视图。

图9为依次图示本发明的一实施例的微生物种群数量的计数方法的流程图。

图10及图11为用于说明微生物种群数量的计数方法的图。

图12为简要示出本发明的另一实施例的微生物种群数量计数系统的概念图。

图13为简要示出本发明的另一实施例的试样配置部的概念图。

图14为简要示出本发明的一实施例的空气中浮游菌测定装置的图。

图15为用于说明图14的空气中浮游菌测定装置的测定原理的概念图。

图16为图14的空气中浮游菌测定装置的框图。

图17a至图17d为用于说明图14的空气中浮游菌测定装置测定空气中浮游菌后的捕集液处理过程的图。

图18为本发明的一实施例的网络环境的例的图。

图19为简要示出本发明的一实施例的服务器的框图。

图20为用于说明本发明的一实施例的学习部分析散斑的时间相关关系的方法的图。

图21为示出根据时间测定的波动散斑的光的强度的标准偏差分布的图。

图22为本发明的一实施例的卷积神经网络的例示图。

图23及图24为用于说明图22的卷积运算的图。

图25为通过本发明的一实施例的机器学习测定空气中浮游菌而获取的预测微生物信息(prediction)和实际微生物信息(ground truth)的比较图表。

图26为简要示出本发明的一实施例的光学检测系统的图。

图27为用于说明第一散斑生成单元生成第一散斑的过程的图。

图28为用于说明第二散斑生成单元生成第二散斑的过程的图。

图29为用于说明本发明的控制部基于第一散斑控制第二图像传感器的动作的方法的图。

图30为简要示出又一实施方式的光学检测系统的图。

图31为简要示出本发明的还有一实施例的光学检测系统的图。

图32a及图32b为用于说明利用本发明多个实施例的光学检测系统确认测定试样中活菌存在与否的方法的图。

具体实施方式

本发明的一实施例提供管道单元具有本体部，上述本体部包括第一端面、与上述第一端面相向的第二端面以及贯通上述第一端面和上述第二端面来形成内部空间的内部面，上述本体部的上述内部面具有形成有图案的多重散射放大区域，上述图案用于放大在位于上述内部空间的流体中向上述第一端面与上述第二端面之间入射的第一波动进行多重散射(multiple scattering)的次数，上述图案在上述内部面由具有预设深度d的多个槽以预设间距Λ排列而成。

本发明的一实施例中，上述图案的上述深度d以及上述间距Λ可以根据上述第一波动的波长λ而定。

本发明的一实施例中，上述图案的上述深度d能够以满足以下数学式的方式确定。其中，n为流体的折射率。

本发明的一实施例中，上述图案的上述间距Λ能够以满足以下数学式的方式确定。其中，θ为由上述图案散射的上述第一波动的散射角度。

本发明的一实施例中，上述本体部可形成有一个以上的发射孔，以向检测部引导在上述流体中多重散射后发射的第二波动。

本发明的一实施例中，上述发射孔为两个以上时，多个上述发射孔可沿着上述本体部的圆周方向配置于互不相同的位置。

本发明的一实施例提供一种杂质检测系统，该系统包括管道单元、波动源、检测部以及控制部；所述管道单元具备形成有内部空间的本体部，上述内部空间贯通上述第一端面和上述第二端面，以使通过第一端面流入的流体通过第二端面排出，并且包括多重散射放大区域，用于放大在位于上述内部空间的流体中向上述第一端面与上述第二端面之间入射的第一波动进行多重散射(multiple scattering)的次数；上述波动源向上述管道单元的上述流体照射上述第一波动；上述检测部配置于上述管道单元的外部，在每个预设第一时间点，检测所照射的上述第一波动在上述流体内进行多重散射而发生的激光散斑(laserspeckle)；上述控制部利用所检测的上述激光散斑，获取所检测的上述激光散斑的时间相关关系(temporal correlation)，基于所获取的上述时间相关关系(temporalcorrelation)，实时(real-time)推定上述流体内的杂质的存在与否；在上述管道单元的上述本体部形成有一个以上的发射孔，以向上述检测部引导在上述流体中多重散射后发射的第二波动。

本发明的一实施例中，上述本体部具有包围上述内部空间的内部面，上述多重散射放大区域设置于上述本体部的上述内部面，形成有用于放大上述第一波动进行多重散射(multiple scattering)的次数的图案，上述图案在上述内部面由具有预设深度d的多个槽以预设间距Λ排列而成。

本发明的一实施例中，上述图案的上述深度d以及上述间距Λ可以根据上述第一波动的波长λ而定。

本发明的一实施例中，上述图案的上述深度d能够以满足以下数学式的方式确定。

其中，n为流体的折射率。

本发明的一实施例中，上述图案的上述间距Λ能够以满足以下数学式的方式确定。

其中，θ为由上述图案散射的上述第一波动的散射角度。

本发明的一实施例中，从上述发射孔发射的上述第二波动可以具有1mW/cm²以上的功率范围，以在上述检测部按预设测定速度以上的速度检测上述激光散斑。

本发明的一实施例中，上述检测部的上述测定速度可以以使得上述流体经过上述发射孔的时间大于多个上述第一时间点之间的时间的方式设定。

本发明的一实施例中，上述发射孔为两个以上时，多个上述发射孔可以沿着上述本体部的圆周方向配置于互不相同的位置，上述检测部能够以与上述发射孔的数量相对应的方式设置。

本发明的一实施例中，上述第一波动可以具有200nm至1.8μm的波长范围。

本发明的一实施例提供微生物种群数量的计数方法，其包括：准备具有分别包括培养物质的多个分割区域(split cell)的试样配置部的步骤；向上述多个分割区域分配待测定的样品的步骤；向上述多个分割区域依次照射波动的步骤；依次检测与依次照射的上述波动关联地从收纳于各分割区域的多个样品发射的个别波动信息的步骤；利用上述个别波动信息，判断各分割区域中的微生物的存在与否的步骤；以及利用微生物所存在的分割区域的数量，计算上述样品中的微生物种群数量的步骤。

本发明的一实施例中，上述个别波动信息可以是在每个预设时间点检测并获取的信息，该信息基于分别收纳于上述多个分割区域的样品中通过多重散射(multiplescattering)而发生的激光散斑来获取。

本发明的一实施例中，在上述判断微生物的存在与否的步骤中，可以利用所检测的上述激光散斑来获取所检测的上述激光散斑的时间相关关系(temporal correlation)，并基于所获取的上述时间相关关系来判断该分割区域中的微生物的存在与否。

本发明的一实施例中，上述个别波动信息包括：从该分割区域发射的激光散斑中在第一时间点检测的上述激光散斑的第一图像信息、在第二时间点检测的上述激光散斑的第二图像信息以及在第三时间点检测的上述激光散斑的第三图像信息，上述第一时间点至上述第三时间点是互不相同的时间点，在上述判断微生物的存在与否的步骤中，可以利用上述第一图像信息至上述第三图像信息的差异来判断上述微生物的存在与否。

本发明的一实施例中，上述多个分割区域可以排列成矩阵(matrix)形态，上述多个分割区域的数量可以大于上述样品内所包括的微生物的预测种群数量。

本发明的一实施例提供微生物种群数量的计数系统，其包括：试样配置部，分别包括培养物质，具有分配并收纳待测定样品的多个分割区域；波动源，向上述多个分割区域依次照射波动；检测部，依次检测与依次照射的上述波动关联地从收纳于各分割区域的多个样品发射的个别波动信息；以及控制部，利用上述个别波动信息，判断在各分割区域中的微生物的存在与否，利用存在上述微生物的分割区域的数量，计算上述样品内的微生物种群数量。

本发明的一实施例中，上述个别波动信息可以是在每个预设时间点检测并获取的信息，该信息基于分别收纳于上述多个分割区域的样品中通过多重散射(multiplescattering)而发生的激光散斑来获取。

本发明的一实施例中，上述控制部可以利用所检测的上述激光散斑获取所检测的上述激光散斑的时间相关关系，并基于所获取的上述时间相关关系来判断在该分割区域中的微生物的存在与否。

本发明的一实施例中，上述个别波动信息包括：从该分割区域发射的激光散斑中在第一时间点检测的上述激光散斑的第一图像信息、在第二时间点检测的上述激光散斑的第二图像信息以及在第三时间点检测的上述激光散斑的第三图像信息，上述第一时间点至上述第三时间点是互不相同的时间点，上述控制部可以利用上述第一图像信息至上述第三图像信息的差异来判断上述微生物的存在与否。

本发明的一实施例中，上述多个分割区域可以排列成矩阵(matrix)形态，上述多个分割区域的数量可以大于上述样品内所包括的微生物的预测种群数量。

本发明的一实施例提供空气中浮游菌测定装置，该装置包括：捕集单元、波动源、图像传感器以及控制部；上述捕集单元具备内部收纳捕集液的储存罐、在上述储存罐的一侧吸入外部空气并引导至上述捕集液的吸气流路、在上述储存罐的另一侧向外部排出上述储存罐的空气排气流路的排气流路；上述波动源向上述捕集单元的上述捕集液照射波动；上述图像传感器以时间序列测定上述波动在上述捕集液内进行多重散射而发生的波动散斑；上述控制部基于根据所测定的上述波动散斑的时间的变化，检测上述捕集液内微生物的存在与否。

本发明的一实施例中，上述控制部可以获取上述波动散斑的时间相关关系(temporal correlation)，并基于所获取的上述时间相关关系来检测上述捕集液内微生物的存在与否。

本发明的一实施例中，上述捕集单元还可具备：用于排出结束检测的上述捕集液的捕集液排出管；以及用于使新的捕集液流入至上述储存罐的捕集液流入管。

本发明的一实施例中，还包括：设置于上述捕集液流入管并选择性地开闭上述捕集液流入管的第一阀以及设置于上述捕集液排出管并选择性地开闭上述捕集液排出管的第二阀，上述控制部可以通过预设程序来控制上述第一阀或者上述第二阀的动作。

本发明的一实施例中，还包括对上述储存罐内结束检测的上述捕集液进行杀菌处理的杀菌单元，上述控制部可以控制上述第二阀的动作，以对上述捕集液完成杀菌处理后排出上述捕集液。

本发明的一实施例中，还可包括过滤单元，其设置于上述吸气流路，对流入至上述吸气流路的上述外部空气中所包括的规定大小以上的物质进行过滤。

本发明的一实施例中，上述捕集单元还可具备多重散射放大部，将从上述捕集液发射的上述波动的至少一部分反射至上述捕集液，来放大上述捕集液中的多重散射次数。

本发明的一实施例中，上述控制部还可基于上述波动散斑随时间的变化，区分上述捕集液中存在的微生物的种类或浓度。

本发明的一实施例中，上述控制部可以基于上述以时间序列测定的上述波动散斑随时间的变化，以此机器学习微生物分类标准，并利用上述微生物分类标准区分存在于上述捕集液中的上述微生物的种类或浓度。

本发明的一实施例提供光学检测系统，该系统包括：波动源、光学单元、第一散斑生成单元、第一图像传感器、试样收纳单元、第二图像传感器以及控制部；上述光学单元将上述波动源中生成的波动传递至第一路径或者第二路径；上述第一散斑生成单元配置于上述第一路径，并包括固定的散射介质(static scattering medium)，使沿着上述第一路径入射的第一波动进行散射来生成第一散斑；上述第一图像传感器以时间序列检测上述第一散斑；上述试样收纳单元配置于上述第二路径，并包括待测定试样；上述第二图像传感器以时间序列检测上述试样中发生的光学信号；上述控制部利用所检测的上述第一散斑来获取上述第一散斑的时间相关关系(temporal correlation)，基于所获取的上述第一散斑的时间相关关系来控制上述第二图像传感器的动作。

本发明的一实施例中，上述试样收纳单元可包括使沿着上述第二路径入射的第二波动进行散射来生成第二散斑的第二散斑生成单元。

本发明的一实施例中，上述控制部可利用所检测的上述第二散斑来获取所检测的上述第二散斑的时间相关关系，基于所获取的上述第二散斑的时间相关关系推定上述试样中的微生物存在与否或者上述微生物的浓度。

本发明的一实施例中，上述控制部可基于上述第一散斑的时间相关关系，以此判断上述第一波动性质的变化与否，根据上述第一波动性质的变化与否来控制上述第二图像传感器的动作。

本发明的一实施例中，上述控制部计算上述第一散斑的时间相关系数，只在上述第一散斑的时间相关系数处于预设范围的情况下，才可以启动上述第二图像传感器。

本发明的一实施例中，上述控制部可计算上述第一散斑的时间相关系数，利用上述第一散斑的时间相关系数来校准(calibration)上述第二图像传感器中的检测信号。

本发明的一实施例中，上述第一散斑生成单元和上述第二散斑生成单元可以形成为一体。

本发明的一实施例中，上述第二散斑生成单元还可具备含有多重散射物质(multiple scattering material)的多重散射放大部，以放大上述试样中的上述第二波动的多重散射次数。

本发明的另一实施例提供光学检测系统，该系统包括：波动源、第一光学单元、第一散斑生成单元、第二快门、图像传感器以及控制部；上述第一光学单元，将上述波动源中生成的波动传递至第一路径或者第二路径；上述第一散斑生成单元配置于上述第一路径，并包括固定的散射介质(static scattering medium)，使沿着上述第一路径入射的第一波动进行散射来生成第一散斑；上述第二散斑生成单元配置于上述第二路径，并包括待测定试样，使沿着上述第二路径入射的第二波动进行散射来生成第二散斑；上述第二快门配置于上述第一光学单元与上述第二散斑生成单元之间；上述图像传感器以时间序列检测上述第一散斑或者上述第二散斑；上述控制部利用由上述图像传感器所检测的上述第一散斑来获取上述第一散斑的时间相关关系(temporal correlation)，基于所获取的上述第一散斑的时间相关关系来控制上述第二快门的动作。

本发明的一实施例中，上述控制部可利用所检测的上述第二散斑来获取所检测的上述第二散斑的时间相关关系，基于所获取的上述第二散斑的时间相关关系，来推定上述试样中的微生物存在与否或者上述微生物的浓度。

本发明的一实施例中，上述控制部可基于上述第一散斑的时间相关关系来判断上述第一波动性质的变化与否，根据上述第一波动性质的变化与否来控制上述第二快门的动作。

本发明的一实施例中，上述控制部可计算上述第一散斑的时间相关系数，只在上述时间相关系数处于预设范围的情况下，才开放上述第二快门来检测上述第二散斑。

本发明的一实施例中，还包括配置于上述第一光学单元与上述第一散斑生成单元之间的第一快门，上述控制部可以控制上述第一快门，使得在上述第二快门开放的期间使上述第一快门关闭。

本发明的一实施例中，上述第二散斑生成单元还可具备含有多重散射物质(multiple scattering material)的多重散射放大部，以放大上述试样中的上述第二波动的多重散射次数。

本发明的又一实施例提供光学检测系统，该系统包括：波动源、光学单元、第一散斑生成单元、第一图像传感器、第二散斑生成单元、第二图像传感器以及控制部；上述光学单元将上述波动源中生成的波动传递至第一路径或者第二路径；上述第一散斑生成单元配置于上述第一路径，并包括对照组试样，使沿着上述第一路径入射的第一波动进行散射来生成第一散斑；上述第一图像传感器以时间序列检测上述第一散斑；上述第二散斑生成单元配置于上述第二路径，并包括测定组试样以及培养基，使沿着上述第二路径入射的第二波动进行散射来生成第二散斑；上述第二图像传感器以时间序列检测上述第二散斑；上述控制部利用所检测的上述第一散斑以及所检测的上述第二散斑，推定上述对照组试样的第一浓度以及上述测定组试样的第二浓度，利用上述第一浓度和上述第二浓度，来判断上述测定组试样中的活菌的存在与否。

本发明的一实施例中，上述控制部可以利用所检测的上述第一散斑来获取上述第一散斑的时间相关关系(temporal correlation)后，利用上述第一散斑的时间相关关系来推定上述对照组试样的第一浓度，利用所检测的上述第二散斑来获取上述第二散斑的时间相关关系后，利用上述第二散斑的时间相关关系来推定上述测定组试样的第二浓度。

本发明的一实施例中，上述测定组试样是将上述对照组试样以m倍稀释的试样，上述控制部可以在获取上述第二浓度与上述第一浓度变为一致的生长时间后，利用上述生长时间来导出上述测定组试样中的活菌与死菌的比例。

本发明的一实施例中，上述第二散斑生成单元还可包括含有多重散射物质(multiple scattering material)的多重散射放大部，以放大上述试样中的上述第二波动的多重散射次数。

除了如上所述的内容以外的其他方面、特征、优点基于以下附图、权利要求书以及具体实施方式更加明确。

下面，结合附图对以下的多个实施例进行详细说明，参照附图进行说明时，对相同或相对应的结构要素赋予相同的附图标记，并省略对其的重复说明。

对本实施例可施加各种变换，附图中例示特定实施例并在详细说明中进行详细说明。本实施例的效果及特征、以及其实现方法将通过附图和详细说明的内容变得更加明确。然而，本实施例并不局限于以下公开的实施例，而能够以不同方式体现。

以下实施例中，第一、第二等术语不具备限定性意思，而是用于将一个结构要素与另一结构要素区分的目的。

以下实施例中，除非上下文有明确的其它含义，单数的表述包括复数的表述。

以下实施例中，包括或具有等术语表示说明书上记载的特征或结构要素的存在，并不排除附加一个以上的其他特征或结构要素的可能性。

以下实施例中，单元、区域、结构要素等部分位于另一部分的上面或上侧时，不仅包括直接位于另一部分上的情况，还包括中间存在其他单元、区域、结构要素等的情况。

以下实施例中，除非上下文有明确的其它含义，连接或结合等术语并不是表示两个部件的直接和/或固定性连接或结合，不排除两个部件之间存在其他部件。

表示说明书上记载的特征或结构要素的存在，但并不排除附加一个以上其他特征或结构要素的可能性。

为了便于说明，附图中结构要素的大小可以被放大或缩小。例如，附图中示出的各个结构的大小及厚度为了便于说明以任意的方式进行了图示，因此以下实施例并不局限于图示的范围。

以下，首先参照图1，对本发明的混沌波传感器的原理进行说明。

图1为用于说明本发明的一实施例的混沌波传感器的原理的附图。

玻璃等内部折射率均匀的物质在照射光的情况下按照一定的方向发生折射。然而，向内部折射率不均匀的物体照射激光等相干光(Coherent Light)的情况下，在物质内部发生非常复杂的多重散射(multiple scattering)。

参照图1，从波动源120照射的光或波动(以下，为了简化称为波动)中，通过多重散射以复杂的路径散射的波动的一部分会经过检查对象面。经过检查对象面的的多个地点的多个波动互相产生相长干涉(constructive interference)或者相消干涉(destructiveinterference)，这些波动的相长/相消干涉产生颗粒状的图案(散斑)。

本说明书中，将这种以复杂路径散射的波动称为“混沌波(Chaotic wave)”，混沌波可以通过激光散斑进行检测。

另外，图1的左侧图是用激光照射稳定的介质时的图。用相干光(例如激光)照射不存在内部构成物质的移动的稳定介质时，可以观察到无变化的稳定的散斑图案。

然而，如图1的右侧附图所示，内部包含细菌等内部构成物质中存在移动的不稳定的介质时，散斑图案会发生变化。

即，由于微生物的移动等微生物的细微的生命活动，光路径可能随时间的变化发生细微的变化。散斑图案是因波动的干涉而发生的现象，因此细微的光路径的变化会引起散斑图案的变化。因此，通过测定散斑图案随着时间的变化，从而迅速测定微生物的生命活动。像这样，测定散斑图案随时间的变化时，可以获知微生物的存在与否以及浓度，进而还可以获知微生物的种类。

本说明书中，将这种测定散斑图案的变化的结构定义为混沌波传感器(ChaoticWave Sensor)。

本说明书以利用如上所述的混沌波传感器来检测稳定的介质中所存在的微生物或杂质为要旨，对流体中的杂质检测技术、微生物个体的数量计数技术、空气中浮游菌的测定技术以及波动校准技术等多种应用领域的光学检测系统的实施例进行说明。此时，光学检测系统可以在不同实施例中被称为其他名称，即便包括执行相同功能的结构要素，也会为了便于说明而记载为其他名称或符号。其中，介质可以适用具有稳定(static)的性质的任意物质或者状态(state)。

图2为简要示出本发明的一实施例的杂质检测系统10的概念图，图3为沿着图2的Ⅱ-Ⅱ线截取的剖视图，图4为简要示出本发明的另一实施例的杂质检测系统10'的概念图。

参照图2及图3，本发明的一实施例的流体内杂质检测系统10可具备管道单元1110、波动源1200、检测部1300以及控制部1400。

管道单元1110可具备本体部1100，上述本体部1100具有第一端面A11以及第二端面A21，并包括贯通第一端面A11和第二端面A21来形成内部空间的内部面1101。此时，第一端面A11和第二端面A21可以相互相向配置。本体部1100例如可以形成为圆筒状，但本发明不局限于此。

流体可以通过管道单元1110的第二端面A21流入，经过内部空间通过第一端面A11排出。本说明书中，流体可以为液体或气体，可以具有预设的流速。管道单元1110可以配置于矿泉水或饮料等液体的生产线中的任一部分，流体可以通过如上所述的第二端面A21流入，贯通管道单元1110的内部空间后通过第一端面A11排出。例如，流体的流速可以具有实际工厂环境的流速4m/s至5m/s的范围。然而，本发明不局限于此，也可以具有1m/s以下的流速，如水管道。

另一实施例中，流体的流速可以根据检测部1300的测定条件而设定。换句话说，即使实际工厂环境的流速为4m/s至5m/s，但杂质检测系统10可将即将到达管道单元1110之前的流体的流速减少至预设速度，以此使其达到检测部1300可测定的速度。

本说明书中，杂质可以为微生物等超过肉眼可视临界的小物质。一实施例中，杂质为微生物时，流体可以为微生物能够繁殖的物质，例如，可以为内部不包含散射物质的水。然而，本发明不局限于此，另一实施例中，流体可以为内部包含散射物质的牛奶等物质。并且，另一实施例中，流体也可以为空气。

虽然未图示，但流体可以通过流体供给单元流入至如上所述的管道单元1110。流体供给单元可以包括用于向流体储存罐和收纳于流体储存罐的流体提供流动力的液压泵或压缩器等供给机构。流体可以通过供给机构使其具有规定方向并通过管道单元1110。

一实施例中，管道单元1110中，通过第二端面A21的整个面积流入流体，并通过第一端面A11的整个面积排出流体。换句话说，管道单元1110中能够以内部装满的状态移动着流体。若流体未能装满如上所述的管道单元1110的端面积100％的状态下移动时，则因流体的流动而在流体可能发生波前。这种波前可以成为散射体，通过检测部1300检测杂质时成为噪声(noise)。因此，为了使这种噪声最小化，管道单元1110可以通过第一端面A11和第二端面A21的整个面积来排出流体。

另一方面，管道单元1110的本体部1100可以具有形成于内部面1101的多重散射放大区域MSA1。多重散射放大区域MSA1可形成有图案，以放大在位于管道单元1110的内部空间的流体中向第一端面A11与第二端面A21之间入射的第一波动L11的多重散射(multipilescattering)次数。

多重散射放大区域MSA1可以使向管道单元1110的内部空间入射并经过流体向内部面1101发射的第一波动L11的至少一部分重新散射至流体内。这样散射的第一波动L11重新经过流体向内部面1101的另一侧发射并进行散射，通过这种过程可以在流体内增加多重散射次数。此时，多重散射放大区域MSA1可以因根据第一波动L11的波长λ形成的多个图案来放大多重散射次数。

图案可以由呈从内部面1101向管道单元1110的外部面凹陷(concave)形状的多个槽g(groove)形成。图案可以由从内部面1101具有预设深度d的多个槽g以预设间距Λ排列而成。此时，图案的深度d以及间距Λ可以根据第一波动的波长λ来确定。

具体地，图案的深度d可以满足以下数学式1。

【数学式1】

其中，n可以为经过管道单元1110的内部空间的流体的折射率。图案的深度d小于

的情况下，向内部面1101入射的第一波动L11的反射率较高，从而难以增加多重散射次数并使其达到期望值。管道单元1110形成为使图案满足如上所述的数学式1，从而可以在内部空间增加散射率。另外，由多个槽g形成的图案的深度d无需都相同，即使形成为不均匀的深度，只要各个槽g的深度d满足如上所述的数学式1即可确保充分的散射率。此时，图案的深度d不可超过管道单元1110的截面厚度。

并且，图案的间距Λ可以满足以下数学式2。

【数学式2】

其中，θ可以为由图案散射的第一波动L11的散射角度。并且，多个槽g之间的间距Λ可以为由槽g形成的凹凸的脊与脊之间的间距。散射角度θ可以根据多重散射放大区域MSA1的面积和/或第一波动L11的功率而定。散射角度θ较大的情况下，与散射角度θ较小的情况相比，可大面积散射第一波动L11，但是，与散射角度θ较小的情况相比，在散射之后第一波动L11的功率可能会减少。利用这种关系，根据测定条件，例如管道单元1110的直径R1或者从波动源1200发射的第一波动L11的功率来确定散射角度θ。

另一方面，图案可以由沿着规定方向排列的多个槽g形成。一实施例中，如图所示，图案可以由沿着与管道单元1110的长度方向垂直的方向延伸的多个槽g以上述间距Λ排列而成。另一实施例中，虽然未图示，但图案可以由沿着管道单元1110的长度方向延伸的多个槽g以上述间距Λ排列而成。又一实施例中，图案可以由沿着管道单元1110的长度方向延伸并排列的多个第一槽以及与上述第一槽重叠并沿着与管道单元1110的长度方向垂直的方向延伸并排列的多个第二槽形成。

此时，多重散射放大区域MSA1可以由格子形状的图案形成。沿着圆周方向延伸的多个槽g沿着管道单元1110的长度方向排列时，入射的第一波动L11根据入射角都而不同，但大部分沿着管道单元1110的长度方向散射。并且，沿着长度方向延伸的多个槽g沿着管道单元1110的圆周方向排列时，入射的第一波动L11大部分沿着管道单元1110的圆周方向散射。换句话说，如果要使第一波动L11散射来以管道单元1110的截面积来放大多重散射次数时，可以使多个槽g沿着圆周方向排列，如果要沿着管道单元1110的长度方向放大多重散射次数时，可以使多个槽g沿着长度方向排列。并且，图案可以通过形成为沿着互不相同的方向交叉的多个槽来沿着多个方向放大多重散射次数，因此可以将管道单元1110的截面积以及长度方向利用第一波动L11来密集填满。由此，杂质检测系统10可以增加流体内杂质检测概率。

另一方面，另一实施例中，多重散射放大区域MSA1可以包括多重散射物质(multiple scattering material)。例如，多重散射物质可以包含折射率较大的具有微米级大小以下的直径的粒子，例如，可以包含二氧化钛(TiO₂)纳米粒子。此时，多重散射放大区域MSA1可以在管道单元1110主体的外表面涂敷多重散射物质来形成。然而，本发明不局限于此，另一实施例中，多重散射放大区域MSA1可以在管道单元1110主体内包含多重散射物质来形成。或者，是金属管等不透明管的情况下，多重散射放大区域MSA1可以在管道单元1110主体的内表面涂敷多重散射物质来形成。

又一实施例中，多重散射放大区域MSA1可以包括多重散射放大部(未图示)，其与管道单元1110的主体相邻配置，使从流体向管道单元1110的外部发射的波动的至少一部分发射至管道单元1110的内部。此时，多重散射放大部(未图示)可以使从管道单元1110发射的波动在管道单元1110与多重散射放大部(未图示)之间的空间往返一次以上。另一方面，多重散射放大区域MSA1可以形成在管道单元1110的第一端面A11与第二端面A21之间的至少一部分区域，例如，可以配置在整个区域。

另一方面，多重散射放大区域MSA1的至少一部分可以由使从流体发射的所有第一波动L11反射至流体的反射区域1105形成。反射区域1105使从流体向管道单元1110的外部发射的第一波动L11最小化，从而增加检测部1300的杂质检测率。反射区域1105可以与从波动源1200入射第一波动L11的入射区域相向配置。反射区域1105使从波动源1200照射的所有第一波动L11反射至流体内，从而增加流体中能够多重散射的波动量，由此可以放大检测部1300中的杂质检测率。另一实施例中，除了发射孔1103之外的整个多重散射放大区域MSA1也可以成为反射区域。

另一方面，管道单元1110可以具有一个以上的发射孔1103，以在流体中经多重散射而发射的第二波动引导至用于检测的检测部1300。后述的检测部1300可以与发射孔1103相邻配置，从而检测从发射孔1103发射的第二波动L21。如图所示，发射孔1103可以由贯通本体部1100的孔形成。

此时，如图所示，管道单元1110还可包括配置于发射孔1103的一侧的盖部1109。盖部1109可以由透明或半透明材质形成，以使第二波动L21透过。例如，盖部1109可以由玻璃或者塑料材质形成，可以形成具有柔软性(flexible)的板形态，也可以制造成薄膜(film)。另一实施例中，盖部1109可以按照填满发射孔1103的内部的方式形成，而不是配置于发射孔1103的一侧的方式。

另一方面，虽然为了便于说明而在图中以夸张的方式图示，但发射孔1103可以具有如下直径，即能够最大限度地确保管道单元1110的内部空间中的散射率的同时能够发射第二波动L21的最小直径R2。

另一方面，参照图4，管道单元1110的本体部1100可以形成有两个以上的发射孔1103。形成两个以上的发射孔1103时，多个发射孔1103可以沿着本体部1100的圆周方向配置于互不相同的位置。通过这种结构，可将多个第二波动L21引导至后述的多个检测部31、33、35。

以下，对包括如上所述的管道单元1110的杂质检测系统10进行更详细的说明。

如上所述，水等流体的内部不包含发生散射的均质的物质，因此不存在作为杂质的微生物M时，不会发生激光散斑。但是，本发明的一实施例的流体内微生物检测系统10通过如上所述的管道单元1110的多重散射放大区域MSA1使第一波动进行多重散射，从而发生稳定的激光散斑图案。流体内微生物检测系统10在管道单元1110中移动的流体L内存在微生物M的情况下，因微生物的移动，第一波动的路径可能会发生细微的变化。细微的第一波动路径的变化会使散斑图案产生变化，由此测定散斑图案随时间的变化，从而可迅速检测流体L内的微生物M的存在与否。

再次参照图2以及图3，波动源1200可以向管道单元1110的流体照射第一波动L11。波动源1200可以适用能够生成波动(wave)的所有种类的源装置，例如，可以为能够照射特定波长带的光的激光(laser)。本发明不限制波动源种类，但是为了便于说明，以下以激光的情况为准进行说明。

例如，为了在流体形成散斑，可以利用相干性(coherence)好的激光用作波动源1200。此时，确定激光波动源的相干性的波动源的光谱带宽(spectral bandwidth)越短，可以使测定准确度越高。即，相干长度(coherence length)越长，可以使测定准确度越高。因此，波动源的光谱带宽小于预定标准带宽的激光可以用作波动源1200，与标准带宽相比越短，可以使测定准确度越高。例如，波动源的光谱带宽可以按照维持以下数学式3的条件的方式进行设定。

【数学式3】

spectralbandwidth＜5nm

根据数学式3，为了测定激光散斑的图案变化，每个标准时间向流体照射光时，波动源1200的光谱带宽可以维持小于5nm的值。

一实施例中，如图所示，波动源1200可以配置于管道单元1110的外部，向管道单元1110照射第一波动L11。此时，管道单元1110可以形成有贯通本体部1100的入射孔(未图示)，以将从波动源1200照射的第一波动L11传递至流体。入射孔(未图示)的直径可以与如上所述的发射孔1103相同，与发射孔1103相同地，可以配置有盖部1109。另一实施例中，波动源1200可以配置于管道单元1110的内部面或者埋设于管道单元1110的本体部1100，以此向流体照射第一波动L11。图中示出了波动源1200为一个的情况，但根据需要可以设置多个波动源1200。

另一方面，波动源1200可以输出具有规定的第一功率以及波长λ的第一波动L11。

图5是流体为水的情况下的不同波长的吸光图。

参照图5，第一波动L11可以具有第一波长λ₁至第二波长λ₂范围的波长λ。流体可以吸收波动。吸光一般是指，如原子的电子，光子的能量被物质吸收的现象，这种波动的能量可以转换为如热能的流体的内部能量。随着吸收，流体内部温度上升，第一波动L11的功率减少量相当于流体内部温度增加的量。如果在通过流体的期间第一波动L11的功率减少的程度较多，则检测部1300的可能检测变得困难。

如图5所示，这种流体内的吸收根据不同波长而不同，因此第一波动L11可以设置为具有能够使流体内的吸收最小化的波长范围。例如，流体为水的情况下，可以具有如图5所示的不同波长的吸收系数(absorption coefficient)。本发明的一实施例的杂质检测系统10为了使流体内波动的吸收最小化，可以利用具有使流体的吸收系数为规定值以下的波长范围的第一波动L11。例如，为了使水的吸收系数具有小于1×10³至1×10⁴的值，第一波动L11可以具有200nm至1.8μm的波长范围。

再次参照图2及图3，检测部1300可以在每个预设的时间点检测所照射的第一波动L11在流体内进行多重散射而发生的激光散斑。其中，时间点(time)是指，连续的时间流中的某一瞬间，多个时间点(time)能够以相同的时间间距预先设定，但并不局限于此，能够以任意的时间间距预先设定。

检测部1300可以包括与波动源1200种类相对应的感测机构，例如，利用可见光线波长带的光源的情况下，可以利用拍摄图像的拍摄装置CCD摄像机(camera)。检测部1300至少检测第一时间点的激光散斑，并检测第二时间点的激光散斑，从而提供至控制部1400。另一方面，第一时间点及第二时间点只是为了便于说明而选择的一个例示，检测部1300可以在比第一时间点及第二时间点更多的多个时间点检测激光散斑。

具体地，若向流体照射第一波动L11，则入射的第一波动L11可以通过多重散射形成激光散斑。激光散斑是因光的干涉现象而发生，因此如果流体内没有微生物，则可以根据多重散射放大区域随着时间显示始终不变的相干图案。与此相比，在流体内存在微生物M的情况下，激光散斑可以根据微生物M的移动而随着时间发生变化。检测部1300在每个预设时间点检测这种随着时间变化的激光散斑并提供至控制部1400。检测部1300能够以可检测到微生物M的移动的程度的速度检测激光散斑，例如，能够以每秒25帧至30帧的速度进行检测。

检测部1300可以配置于与管道单元1110的发射孔1103相邻的位置，检测从波动源1200照射的第一波动L11进行多重散射后通过发射孔1103发射的第二波动L21。此时，为了在检测部1300按预设的测定速度以上的速度检测激光散斑，第二波动L21可以具有1mW/cm²以上的功率范围。第二波动L21的第二功率小于1mW/cm²的情况下，在快速测定的检测部1300无法充分检测第二波动L21。并且，需要在流动的流中检测出作为杂质的微生物M，检测部1300需要进行高速测定。其中，高速测定是指，比流体的流速更加快速地检测激光散斑的测定。例如，检测部1300的测定速度设定为：流体经过发射孔1103的时间T1大于检测激光散斑的多个第一时间点之间的时间T2。

另一方面，从波动源1200照射的第一波动L11具有第一功率，从管道单元1110内进行多重散射而发射的第二波动L21具有第二功率。理想的是，第一波动L11的第一功率与第二波动L21的第二功率相同，而在波动源1200以1mW/cm²以上的功率照射波动，但第一波动L11的第一功率在多重散射过程中明显减少。因此，导致第二波动L21的第二功率小于第一波动L11的第一功率。第二波动L21的第二功率可以根据管道单元1110的直径R1、第一波动L11的第一功率大小、对于第一波动L11的波长的流体的吸收程度以及发射孔1103的直径R2而不同。例如，第二波动L21的第二功率可以与第一波动L11的第一功率成正比，与管道单元1110的直径R1成反比，与发射孔1103的直径R2成正比。

另一方面，利用图像传感器作为检测部1300的情况下，可以将图像传感器配置成图像传感器的一个像素(pixel)的大小d小于或等于散斑图案的粒子大小(grain size)。例如，以满足以下数学式4的条件的方式在检测部300中所包括的光学系配置图像传感器。

【数学式4】

d≤speckle grain size

如数学式4所示，图像传感器的一个像素(pixel)的大小d应为散斑图案的粒子大小(grain size)以下，但像素的大小过小时，发生欠采样(undersampling)而难以利用像素分辨率。因此，为了达成有效的SNR(Signal to Noise Ratio)，可以按照在散斑粒子大小(speckle grain size)中最多存在5个以下的像素的方式配置图像传感器。

控制部1400可以利用所检测的激光散斑，获取所检测的激光散斑的时间相关关系(temporal correlation)。控制部1400可以基于所检测的时间相关关系，实时推定流体中的杂质的存在与否。本说明书中，实时(real-time)是指在3秒内推定微生物M的存在与否，优选地，在1秒内推定微生物M的存在与否。

一实施例中，控制部1400可以利用在第一时间点检测的激光散斑的第一图像信息与在与第一时间点不同的第二时间点检测的第二激光散斑的第二图像信息的差异，测定微生物M的存在与否。其中，第一图像信息以及第二图像信息可以为激光散斑的图案信息以及波动的强度信息中的至少一种。另一方面，本发明的一实施例并不是只利用在第一时间点的第一图像信息与在第二时间点的第二图像信息的差异，扩张地，可以利用在多个时间点的多个激光散斑的图像信息。控制部1400可以利用在每个预设的多个时间点生成的激光散斑的图像信息，由此计算多个图像之间的时间相关关系系数，并基于时间相关关系系数来推定流体内的杂质M的存在与否。所检测的激光散斑图像的时间相关关系可以利用以下数学式5进行计算。

【数学式5】

在数学式5中、

表示时间相关关系系数，

表示标准化的光强度，(x，y)表示摄像机像素坐标，t表示测定的时间，T表示总测定时间，τ表示时间间隔(time lag)。

根据数学式5可以计算时间相关关系系数，一实施例中，通过时间相关关系系数下降至预设标准值以下的分析，可以推定微生物的存在与否。具体地，时间相关关系系数超过预设误差范围而下降至标准值以下时，可以推定为存在微生物。

再次参照图3，另一实施例中，杂质检测系统10'可以具有多个检测部1310、1330、1350。如上所述，管道单元1110的本体部1100可以形成有多个发射孔1103，在与各个的发射孔1103相对应的位置分别可设置有检测部1300。

向管道单元1110照射的第一波动L11在流体中进行多重散射后通过发射孔1103发射，可根据发射孔1103的位置，所发射的第二波动L21的第二功率可能发生变化。向管道单元1110照射的第一波动L11根据多重散射放大区域MSA1中的图案的间距Λ和深度d而进行散射，如上所述的图案制造过程中的公差或人为地图案形成而具有不规则性。因此，第一波动L11在多重散射放大区域MSA1的流体中进行不规则的散射，而不是进行规则的散射，根据发射的位置，第二波动L21的第二功率可能不同。本发明的另一实施例的杂质检测系统10'利用配置于不同位置的多个检测部1310、1330、1350来检测所发射的第二波动L21的激光散斑，由此能够稳定地检测杂质。

具体地，多个检测部1310、1330、1350可以检测具有互不相同的第二功率的第二波动L21。例如，第一检测部1310可以检测具有第2-1功率的第二波动L21，第二检测部1330可以检测具有第2-2功率的第二波动L21，第三检测部1350可以检测具有第2-3功率的第二波动L21。第2-1功率、第2-2功率、第2-3功率可以为互不相同的值。理想的是，在管道单元1110中，照射的第一波动L11沿着多个方向进行多重散射而填满管道单元1110的截面积，因此不管在哪个方向检测激光散斑均能有效地检测出细微大小的杂质M。

但是，在实际检测环境中，因管道单元1110的图案情况或者流体的流速等因素，根据位置，发射的第二波动L21的功率可能不同。如果仅具有第一检测部1310的情况下，能够检测到第2-1功率的第二波动L21，此时，与第一检测部1310相对应的位置可以成为第二波动L21的阴影区域，导致检测力下降。杂质检测系统10'具有多个发射孔1103，在多个方向配置多个检测部1310、1330、1350，从而可以实现补偿性检测。控制部1400可以利用从第一检测部至第三检测部1310、1330、1350检测的值来检测杂质。例如，控制部1400可以计算从第一检测部至第三检测部1310、1330、1350检测的激光散斑的信息的平均值，用于杂质的检测。

此时，发射孔1103为2个以上的情况下，多个发射孔1103可以配置于本体部1100的互不相同的位置，检测部1310、1330、1350可以与发射孔1103数量相对应。杂质检测系统10'通过将检测部1310、1330、1350配置于相同的圆周上的互不相同的位置，从而在杂质M经过管道单元1110的相同的截面的情况下，可以进行同时检测。并且，发射孔1103设置有多个的情况下，其中一个发射孔1103可以配置于与从波动源1200入射第一波动L11的入射位置相同的圆周上。除了如上所述的一个发射孔1103之外的多个发射孔1103可以配置于与波动源1200不同的圆周上。例如，如图所示，多个发射孔1103可以在互不相同的圆周上按照沿着管道单元1110的长度方向不重叠的方式进行配置。

另一方面，杂质检测系统10在流体中的杂质以规定浓度范围存在的情况下能够检测得到。杂质检测系统10还可以执行通过推定流体内杂质的浓度来测定流体的浊度的功能。常规的浊度测定装置难以测定10⁵cfu/ml以下的杂质浓度。然而，本发明的一实施例的杂质检测系统10可通过如下的判断杂质的浓度的方法来测定10⁵cfu/ml以下的杂质浓度。其中杂质不局限于微生物。杂质检测系统10通过放大的第一波动L11的多重散射次数，在1×10⁰cfu/ml也能够进行检测。并且，杂质检测系统10还可以在存在9×10⁹cfu/ml范围的杂质的情况下也能够进行检测。若将其换算为浊度范围，则杂质检测系统10可以检测0至30范围的浊度(optical density，OD)的流体中杂质。

以下，为了便于说明，以杂质为微生物的情况为准，具体说明控制部1400利用激光散斑来判断微生物的浓度的方法。

控制部1400可以将每个标准时间测定的激光散斑图像为对象，计算激光散斑的光强度(intensity)的标准偏差。随着流体内所包含的微生物持续移动，相长干涉和相消干涉可能与上述移动相对应地发生变化。此时，随着相长干涉和相消干涉发生变化，光强度的程度可以发生较大变化。这样，控制部1400可以求出表示光强度的变化程度的标准偏差来检测微生物，从而测定它们的分布度。

例如，控制部1400对每个预定的时间测定的激光散斑图像进行合成，在合成的图像中可以计算根据激光散斑的时间的光强度标准偏差。根据激光散斑的时间的光强度标准偏差可以基于以下数学式6来计算。

【数学式6】

数学式6中，S：标准偏差，(x，y)：摄像机像素坐标，T：总测定时间，t：测定时间，It：在t时间测定的光强度，

：根据时间的平均光强度。

随着微生物的移动，相长以及相消干涉图案会发生变化，基于数学式6计算的标准偏差值变大，因此可以基于此来测定微生物的浓度。然而，本发明测定微生物的浓度的方法并不局限于通过如上所述的数学式6的方式，利用所检测的激光散斑的差异的任意方法均可测定微生物的浓度。

并且，控制部1400可以基于第二激光散斑的光强度的标准偏差值的大小和微生物浓度和线性关系，推定流体中所包含的微生物的分布度，即浓度。

另一方面，图6a及图6b为简要示出本发明的另一实施例的杂质检测系统的概念图。

参照图6a及图6b，杂质检测系统还可包括光学部1550，其将从流体散射的第一波动信号复原及调制为波动源1200的第一波动被流体散射之前的第二波动信号。此时，光学部1550可包括空间光调制部551(Spatial Light Modulator；SLM)以及检测部1300。从测定对象散射的波动入射时，光学部1550控制散射的波动的波前，将其复原成散射之前的波动(光)并提供至检测部1300。

空间光调制部1551可以接收从试样入射的波动(光)。空间光调制部1551可以控制从试样散射的波动的波前并提供至透镜1552。透镜1552可以将被控制的光聚集而重新提供至检测部1300。检测部1300可以感测透镜中聚集的波动，复原为散射之前的最初的从波动源输出的波动并输出。

其中，在稳定的介质，即，流体内不存在微生物的情况下，光学部1550可将从流体散射的第一波动信号复原成散射之前的波动。然而，流体内存在微生物M的情况下，因微生物的移动而第一波动信号发生变化，无法感测相位控制波前，因此无法调制成具有相位共轭波前的第二波动信号。包括如上所述的光学部1550的杂质检测系统利用这种第二波动信号的差异，可以更细微地推定杂质的存在与否。

图7为简要示出本发明的一实施例的微生物种群数量的计数系统的概念图。图8为沿着图7的Ⅲ-Ⅲ线截取的剖视图。

参照图7至图8，本发明的一实施例的微生物种群数量的计数系统20可以具有试样配置部2100、波动源2200、检测部2300以及控制部2400。

本发明中所使用的术语“微生物”是指L-氨基酸等具有有用的目的物质的生产能力的原核微生物或者真核微生物。例如，具有增加的细胞内ATP浓度的微生物可以为属于埃希氏菌属(Escherichia sp.)、欧文氏菌属(Erwinia sp.)、沙雷氏菌(Serratia sp.)、普罗威登斯菌属(Providencia sp.)、棒状杆菌(Corynebacteria sp.)、假单胞菌属(Pseudomonas sp.)、钩端螺旋体属(Leptospira)、沙门菌属(Salmonellar sp.)、短杆菌属(Brevibacteria sp.)、生丝单胞菌属(Hypomononas sp.)、色杆菌属(Chromobacteriumsp.)、诺卡氏菌属(Norcardia)或者霉菌(fungi)或者酵母(yeast)的微生物。具体地，上述微生物可以为埃希氏菌属微生物。

或者，微生物可以包括选自由葡萄球菌属(Staphylococcus)、凝固酶阴性葡萄球菌属(staph Coagulase negative)、金黃葡萄球菌属(Staph.aureus)、链球菌属(Streptococcus spp.)、草绿色链球菌群(Streptococcus viridans group)、肠球菌属(Enterococcus spp.)、棒状杆菌属(Corynebacterium spp.)、气球菌属(Aerococcusspp.)、微球菌属(Micrococcus spp.)、消化链球菌属(Peptostreptococcus spp.)、乳球菌属(Lactococcus spp.)、明串珠菌属(Leuconostoc spp.)、Tothia spp.、孪生球菌属(Gemella spp.)、粪产碱菌属(Alcaligenes spp.)、链格孢属(Alternaria spp.)、黄杆菌属(Flavobacterium spp.)、杆菌属(Bacillus spp.)、无色杆菌属(Achromobacter spp.)、鲍曼不动杆菌属(Acinetobacter spp.)、放线杆菌属(Actinobacillus spp.)、粪产碱菌属(Alcaligenes spp.)、弯曲杆菌属(Campylobacter spp.)、爱德华氏菌属(Edwardsiellaspp.)；埃立克体属(Ehrlichia spp.)、肠杆菌属(Enterobacter spp.)、爱文菌属(Ewingella spp.)、黄杆菌属(Flavobacteria)、哈夫尼菌属(Hafnia spp.)、克雷伯氏菌属(Klebsiella spp.)、克吕沃尔菌属(Kluyvera spp.)、军团菌属(Legionella spp.)、莫拉菌属(Morxella spp.)、摩根氏菌属(Morganella spp.)、奈瑟菌属(Neisseria spp.)、巴斯德菌属(Pasteurella spp.)、普氏菌属(Prevotella spp.)、变形菌属(Proteus spp.)、普罗威登斯菌属(Providencia spp.)、假单胞菌属(Pseudomonas spp.)、拉恩氏菌属(Rahnella spp.)、沙门菌属(Salmonella spp.)、沙雷氏菌(Serratia spp.)、志贺氏菌属(Shigella spp.)、鞘氨醇杆菌属(Sphingobacterium spp.)、弧菌属(Vibrio spp.)、耶尔森菌属(Yersinia spp.)、奈瑟菌属(Neisseria spp.)、金氏菌属(Kingella spp.)、心杆菌属(Cardiobacterium)，非结核分枝杆菌属(NTB：non-Tuberculosis mycobacteria)，结核分枝杆菌属(Mycobacterium tuberculosis)以及鸟型分枝杆菌(Mycobacterium avium)组成的组中的细菌。更具体地，上述微生物可以为大肠杆菌，然而本发明的技术思想并不局限于此，当然还可以包含其他微生物。

试样配置部2100可以具有分配并收纳待测定样品的多个分割区域2110。此时，多个分割区域2110分别可以包括用于培养微生物的培养物质2120。培养物质2120与要计数的微生物种类相对应，可以包含能够有效培养该微生物的物质。

包含用于培养的培养物质2120的培养基需要适当满足特定微生物的要求条件。各种微生物培养用培养基例如记载为文献("Manual of Methods for GeneralBacteriology"by the American Society for Bacteriology，Washington D.C.，USA，1981.)。这些培养基包含各种碳源、氮源以及微量元素成分。碳源可以包含：葡萄糖、乳糖、蔗糖、果糖、麦芽糖、淀粉以及纤维素等碳水化合物；大豆油、葵花籽油、蓖麻油(castoroil)以及椰子油(coconut oil)等脂肪；棕榈酸、硬脂酸(stearic acid)以及亚油酸(linoleic acid)等脂肪酸；甘油以及乙醇等醇和醋酸等有机酸，这些碳源可以单独或组合使用，但并不局限于此。氮源可以包括：蛋白胨(peptone)、酵母提取液(yeast extract)、肉汁(gravy)，麦芽提取液(malt extract)、玉米浆(corn steep liquor，CSL)以及豆粉(beanflour)等有机氮源；以及尿素、硫酸铵、氯化铵、磷酸铵、碳酸铵以及硝酸铵等无机氮源，这些氮源可以单独或组合使用，但并不局限于此。上述培养基还可包括作为磷酸源的磷酸二氢钾(potassium dihydrogen phosphate)、磷酸氢二钾(dipotassium hydrogenphosphate)以及相应的含钠盐(sodium-containing salts)，但并不局限于此。并且培养基可以包括硫酸镁(magnesium sulfate)或者硫酸铁(iron sulfate)等金属，可添加氨基酸、维生素以及适合的前体等。

并且，为了维持培养液的好氧性条件，可以向培养液内注入氧或包含氧的气体(例如空气)。培养物的温度通常可以为20～45℃，具体可以为25～40℃。

其中，可以通过根据用于计数菌落数的稀释比进行稀释来制备样品S2。通常，在板的直径为10cm的情况下，在平板上展开并可单独测量的细菌数为约1000个大肠杆菌菌落数。如后述，在本发明中，因为在将微生物展开在板上之后，无需菌落即可检测收纳于多个分割区域2110的每个微生物，因此可计数的细菌的数目可以根据样品S2的稀释比和/或分割区域2110的数量而不同，可以计数比上述细菌更多的细菌。

具体地，多个分割区域2110可以设置为(n，m)矩阵(matrix)形态，其数量可以比样品S2内所包含的微生物的预测种群数量更多。如后述，多个分割区域2110均等地收纳有样品S2，样品S2通常可以根据用于菌落数计数的稀释比进行稀释并准备。例如，多个分割区域2110由(100，100)的矩阵形成的情况下，样品S2可以稀释成微生物种群数量不超过10⁴。或者，多个分割区域2110由(1000，1000)的矩阵形成的情况下，样品S2可以稀释成微生物种群数量不超过10⁶。

另一方面，试样配置部2100可包括多重散射放大区域，其用于放大向分割区域2110入射的波动在样品S2中进行多重散射(multiple scattering)的次数。例如，试样配置部2100至少在下部区域包括多重散射物质(multiple scattering material)。例如，多重散射物质包括二氧化钛(TiO₂)，通过样品S2来使向试样配置部2100入射的波动的至少一部分反射。多重散射放大区域可以使从样品S2中进行多重散射并发射的波动在样品S2与多重散射放大区域之间的空间往返一次以上。

另一实施例中，微生物种群数量计数系统20中，培养物质2120内可以包含多重散射物质T2。图2中图示了培养物质2120与样品S2分离的状态，但样品S2收纳于分割区域2110内时可以与培养物质2120混合。此时，多重散射物质T2能够以包围微生物M的方式配置而散射入射的波动来增加多重散射次数。

另一方面，又一实施例中，微生物种群数量计数系统20还可具备单独的多重散射放大部(未图示)。多重散射放大部(未图示)设置于波动源2200与试样配置部2100之间和/或试样配置部2100与检测部2300之间的波动移动路径上，由此可以放大波动的多重散射次数。多重散射放大部(未图示)配置于波动源2200与试样配置部2100之间的情况下，可以形成为可拆装的结构，以便将样品S2分配至试样配置部2100。例如，多重散射放大部(未图示)可以形成为如盖子的结构。并且，多重散射放大部(未图示)可以以与各个分割区域2110相对应的方式设置，也可以形成为覆盖全部的多个分割区域2110的结构。

另一方面，试样配置部2100在各个分割区域2110侧面具备阻隔区域2110A，阻隔向各个分割区域2110入射的波动流入至其他分割区域2110。本发明的一实施例的微生物种群数量计数系统20的特点是，向多个分割区域2110依次照射波动，并检测与其对应地发射的激光散斑。如后述，这种过程需要准确地检测出多个分割区域2110各自中是否存在微生物，但是在快速检测的过程中，不是从该分割区域2110，而是从其他分割区域2110发射的激光散斑会降低准确性。为了避免这种问题，试样配置部2100在各个分割区域2110侧面设置阻隔区域2110A，由此可以防止向该分割区域2110入射的波动流入至其他分割区域2110而发生相干。一实施例中，阻隔区域2110A可以包括具有反射特性的金属物质。

另一方面，图8图示了阻隔区域2110A配置于分割区域2110的侧面的情况，但本发明的技术思想不局限于此。另一实施例中，阻隔区域2110A也可以配置于分割区域2110的下部面。此时，与图8不同地，检测部2300可以配置于试样配置部2100的上部，检测发射的激光散斑。或者，如图7所示，检测部2300也可以以试样配置部2100为基准，与波动源2200相向配置，可以检测到通过试样配置部2100的下部面的未形成阻隔区域的规定的贯通区域来发射的激光散斑。

虽然未图示，但试样配置部2100还可以包括标准区域(未图示)，该标准区域形成为与多个分割区域2110相同的形状，并位于波动的照射路径上。此时，标准区域(未图示)可与多个分割区域2110具有相同的大小并具有相同种类以及容量的培养物质。但是，与分割区域2110不同，标准区域(未图示)中未收纳有样品S2。

培养物质具有一定程度的流动性，这可以成为检测根据微生物的细微的移动的激光散斑的噪声(noise)。此时，与多个分割区域2110一同，设置于试样配置部2100的标准区域(未图示)虽然未收纳有样品S2但包含培养物质，因此如果在试样配置部2100发生细微的振动而多个分割区域2110的培养物质具有流动性的情况下，标准区域(未图示)的培养物质也具有相同的流动性。这种微生物种群数量计数系统20向标准区域(未图示)也相同地照射波动，并将由此检测的激光散斑设定为标准值，从而去除噪声来准确区分其他分割区域2110中的微生物的存在与否。

再次参照图7以及图8，波动源2200可以向如上所述的试样配置部2100的多个分割区域2110依次照射波动。波动源2200可以适用能够生成波动(wave)的所有种类的源装置，例如，可以为能够照射特定波长带的光的激光(laser)。另一方面，波动源2200可以与电机(motor)或者促动器(actuator)等驱动装置相连接，根据预设时间间距向各个分割区域2110依次照射波动。本发明不限制波动源种类，但是为了便于说明，以下以激光的情况为基准进行说明。

例如，为了在收纳于多个分割区域2110的样品S2形成散斑，可以利用相干性(coherence)好的激光用作波动源2200。此时，确定激光波动源的相干性的波动源的光谱带宽(spectral bandwidth)越短，测定准确度能够越高。即，相干长度(coherence length)越长，测定准确度能够越高。因此，波动源的光谱带宽小于预定标准带宽的激光可以用作波动源2200，与标准带宽相比越短，测定准确度能够越高。

另一方面，检测部2300可以依次检测与依次照射的波动关联地从收纳于各分割区域2110的样品S2发射的个别波动信息。此时，上述个别波动信息可以是在每个预设时间点，检测通过多重散射(multiple scattering)从分别收纳于上述多个分割区域的样品S2发生的激光散斑而获取的信息。具体地，个别波动信息包括：从该分割区域发射的激光散斑中在第一时间点检测的上述激光散斑的第一图像信息、在第二时间点检测的上述激光散斑的第二图像信息以及在第三时间点检测的上述激光散斑的第三图像信息，此时，第一时间点至第三时间点可以是互不相同的时间点。检测部2300可以将与针对一个分割区域2110在如上所述的第一至第三时间点检测的激光散斑相关的信息提供至控制部2400。此时，第一时间点至第三时间点是控制部2400用于分析激光散斑的时间相关关系的最小检测次数，检测部2300当然也可以在更多的多个时间点检测激光散斑。

其中，时间点(time)是指，连续的时间流中的某一瞬间，多个时间点(time)能够以相同的时间间距预先设定，但并不局限于此，可以预先设定为任意的时间间距。检测部2300可以包括与波动源2200种类相对应的感测机构，例如，利用可见光线波长带的光源的情况下，可以利用拍摄图像的拍摄装置CCD摄像机(camera)。

具体地，若向收纳于一个分割区域2110内的样品S2照射波动，则入射的波动可以通过多重散射形成激光散斑。激光散斑是因光的相干相向而发生，因此如果样品S2内没有微生物，则可以根据多重散射放大区域随着时间显示始终不变的相干图案。与此相比，在样品S2中存在微生物M的情况下，激光散斑可以根据微生物M的移动而随着时间发生变化。检测部2300在每个预设时间点检测这种随时间变化的激光散斑并提供至控制部2400。检测部2300能够以可检测微生物M的移动的程度的速度检测激光散斑，例如，能够以每秒25帧至30帧的速度进行检测。

控制部2400可以利用所检测的个别波动信息，获取各分割区域2110中的微生物M的存在与否，并利用存在微生物M的分割区域2110的数量来计算整个样品S2中的微生物种群数量。控制部2400可以利用所检测的激光散斑，获取所检测的激光散斑的时间相关关系(temporal correlation)，基于所获取的时间相关关系，判断该分割区域2110中的微生物M的存在与否。控制部2400可以基于所检测的时间相关关系，实时推定分割区域2110中的微生物的存在与否。本说明书中，实时(real-time)是指在3秒内推定微生物M的存在与否，优选地，1秒内推定微生物M的存在与否。

一实施例中，控制部2400可以利用通过向一个分割区域2110照射的波动并在互不相同的时间点从样品S2发射的激光散斑，由此推定微生物的存在与否。例如，图7中，若向(1，1)分割区域照射第一波动S12，则获取通过第一波动S12进行多重散射而发射的第一激光散斑P12的时间相关关系，由此推定(1，1)分割区域中的微生物M的存在与否。此时，控制部2400可以利用在第一时间点检测的第一激光散斑P12的第一图像信息、在第二时间点检测的第一激光散斑P22的第二图像信息、在第三时间点检测的第一激光散斑P32的第三图像信息的差异，从而推定微生物M的存在与否。

其中，第一图像信息至第三图像信息可以是激光散斑的图案信息以及波动的强度信息中的至少一种。另一方面，本发明的一实施例，利用在互不相同的时间点检测出的激光散斑的三个图像信息的差异，扩张地，可以利用多个时间点的多个激光散斑的图像信息。控制部2400可以利用每个预设多个时间点生成的激光散斑的多个图像信息来计算多个图像之间的时间相关系数，基于时间相关系数推定该分割区域2110内的微生物M的存在与否。

以下，具体说明利用如上所述的微生物种群数量计数系统20的微生物种群数量计数方法。

图9为依次图示本发明的一实施例的微生物种群数量的计数方法的流程图，图10及图11为用于说明微生物种群数量的计数方法的图。

参照图9至图11，本发明的一实施例的微生物种群数量计数方法首先可以准备如上所述的试样配置部2100(步骤S100)。试样配置部2100可以具有分别包含培养物质的多个分割区域2110。

之后，以规定的稀释比稀释待测定样品S2并分配至多个分割区域2110(步骤S200)。此时，多个分割区域2110的大小均等，样品S2可以均等分配。样品S2稀释成微生物M预测种群数量小于多个分割区域2110的数量，因此均等分配的情况下，如图4所示，在各分割区域2110可以存在或不存在微生物M。

之后，借助波动源2200向多个分割区域2110依次照射波动，依次检测与依次照射的波动关联地从收纳于各分割区域2110的样品S2发射的个别波动信息(步骤S300)。例如，如图所示，多个分割区域2110排列成(n，m)矩阵形态的情况下，能够通过沿着各列依次扫描的方式照射波动。此时，与照射的波动关联地检测部2300检测从各分割区域2110发射的个别波动信息。如上所述，个别波动信息可以是在互不相同的时间点从该分割区域2110检测的激光散斑的多个图像信息。

控制部2400可以利用个别波动信息来判断各分割区域2110中的微生物M的存在与否(步骤S400)。例如，如图4所示，(1，1)分割区域存在微生物M且(2，1)分割区域不存在微生物M的情况下，控制部2400可以将(1，1)分割区域定义为1，将(2，1)定义为0。这种微生物M的存在与否的判断可以根据依次的波动的照射路径从(1，1)分割区域进行至(n，m)分割区域。

对整个分割区域2110的微生物存在与否的判断结束后，控制部2400利用存在微生物M的分割区域的数量，算出整个样品S2中的微生物种群数量。换句话说，计算整个分割区域2110中定义为上述1的分割区域的数量，从而能够算出整个样品S2中所包括的微生物种群数量。

图12为简要示出本发明的另一实施例的微生物种群数量计数系统20-1的概念图。

参照图12，本发明的另一实施例的微生物种群数量计数系统20-1还可具备波动路径变更部2210，以将从波动源2200照射的波动依次照射至多个分割区域2110。换句话说，不是从波动源2200直接向多个分割区域2110照射波动，而是可以利用波动路径变更部2210向多个分割区域2110照射波动。本发明的另一实施例除了波动的照射方式，其他结构要素与一实施例相同，因此为了便于说明，省略重复的说明。

波动路径变更部2210可以接收从波动源2200入射的波动。波动路径变更部2210可以由微镜(micro mirror)形成。波动路径变更部2210可具有反射面，将入射的波动反射至多个分割区域2110。反射面图示为没有折射功能的平面，但本发明不局限于此。波动路径变更部2210可以借助驱动控制部(未图示)来实施微驱动。

另一实施例中，波动路径变更部2210借助控制部2400微细驱动，因此可以向多个分割区域2110依次照射波动。此时，控制部2400与从波动路径变更部2210照射的波动顺序关联地一同控制检测部2300，以检测从该分割区域2110发射的激光散斑。

构成波动路径变更部2210的微镜可以采用通过电控制而能够发生反射面的力学变位的多种结构，例如，可以采用通常周知的微机电系统(micro electromechanicalsystem；MEMS)镜子、数字微镜装置(digital micromirror device，DMD)器件等。波动路径变更部2210图示为一个微镜，但这只是例示的，也可以是多个微镜以二维方式排列的结构。

另一方面，波动路径变更部2210还包括配置于波动路径上的镜子2215，由此可调节使向多个分割区域2110照射的波动的角度保持不变。换句话说，波动路径变更部2210利用微镜向多个分割区域2110照射波动的情况下，根据分割区域2110的位置，波动的入射角度可能发生变化。因此，在样品S2中进行多重散射的程度根据多个分割区域2110的位置而不同，难以进行准确的比较平价，因此进一步配置镜子2215来进行调节，以使向多个分割区域2110入射的波动的角度保持均匀。图中，仅图示了配置于(1，1)分割区域上的一个镜子2215，但这只是为了便于说明而简要图示的情况，可以在分割区域2110的各个上端配置镜子来调节向分割区域2110照射的波动的角度。

图13为简要示出本发明的另一实施例的试样配置部2100-1的试样配置部的概念图。

参照图13，根据另一实施例的试样配置部2100-1与琼脂平板(agar plate)等培养皿(petri dish)形态的一实施例的试样配置部2100不同地，可以由细微流体通道2135连接的基于多孔的微流控芯片(microfluidics chip；细微流体芯片)形态形成。

具体地，试样配置部2100-1具有多孔形态的多个分割区域2110以及能够投入样品S2的投入部2130，多个分割区域2110和投入部2130可以通过细微流体通道2135相连通。若向投入部2130投入样品S2，则试样配置部2100-1通过细微流体通道2135向各分割区域2110均等分配样品S2。

另一实施例的试样配置部2100-1与一实施例相同地，在多个分割区域2110分别包括用于培养微生物的培养物质。并且，试样配置部2100-1的上部面可以由用于光学成像的透明材质形成。然而，本发明并不局限于此，如上所述，为了放大多重散射而上部面可以配置多重散射放大部。

另一方面，试样配置部2100-1至少在各个分割区域2110的侧面具备阻隔区域，以阻隔向各个分割区域2110入射的波动流入其他分割区域2110。通过阻隔区域，试样配置部2100-1使多个分割区域2110之间的波动相干最小化，从而提高种群数量计数的准确性。并且，如上所述的试样配置部2100-1可以提供为一次性试剂盒。

图14为简要示出本发明的一实施例的空气中浮游菌测定装置30的图，图15为用于说明图14的空气中浮游菌测定装置30的测定原理的概念图，图16为图14的空气中浮游菌测定装置30的框图，图17a至图17d为用于说明图14的空气中浮游菌测定装置30测定空气中浮游菌后的捕集液处理过程的图。

以往的浮游菌测定器(air sampler)的情况下，为了测定空气中浮游菌，而吸入包含浮游菌的空气后，在培养基扩散(spreading)来培养，以达到能够测定的量，此时，培养时间较长而难以快速检测空气中浮游菌。

本发明是用于解决如上所述的问题而提出的，本发明的一实施例的空气中浮游菌测定装置30的特点是，通过使病菌、细菌等微生物浮游的空气与捕集液相接触，来将空气中浮游菌捕集至捕集液内后，利用波动散斑进行检测，由此在短时间内检测空气中浮游菌。

首先，参照图14及图15，本发明的一实施例的空气中浮游菌测定装置30可以包括捕集单元3200、波动源3100、图像传感器3300以及控制部3400。

捕集单元3200执行收纳捕集液来从所吸入的空气中捕集浮游菌的功能。具体地，捕集单元3200可以具有：储存罐3201，其内部收纳捕集液W；吸气流路3211，其位于储存罐3201的一侧吸入外部空气并引导至捕集液W；以及排气流路3212，其位于储存罐3201的另一侧将储存罐3201的空气排出至外部。

其中，捕集液W可以为能够通过与空气中浮游菌的接触来捕集浮游菌的任意种类的试样均可。换句话说，捕集液W可以为液体或凝胶(gel)形态的试样。然而，本发明为了准确检测空气中浮游菌的存在与否或者浓度，捕集液W以与空气接触之前不包含微生物等杂质的状态准备，或者通过后述的混沌波传感器预先测定与空气接触之前包含捕集液W内微生物的杂质的浓度并预先存储。

一实施例中，捕集液W可以为液体，此时，可以包含用于培养微生物的培养物质。捕集液W可以包含各种微生物培养物质，例如记载于文献("Manual of Methods for GeneralBacteriology"by the American Society for Bacteriology，Washington D.C.，USA，1981.)。这些培养基包含各种碳源、氮源以及微量元素成分。碳源可以包含：葡萄糖、乳糖、蔗糖、果糖、麦芽糖、淀粉以及纤维素等碳水化合物；大豆油、葵花籽油、蓖麻油(castoroil)以及椰子油(coconut oil)等脂肪；棕榈酸、硬脂酸(stearic acid)以及亚油酸(linoleic acid)等脂肪酸；甘油以及乙醇等醇和醋酸等有机酸，这些碳源可以单独或组合使用，但并不局限于此。氮源可以包括：蛋白胨(peptone)、酵母提取液(yeast extract)、肉汁(gravy)，麦芽提取液(malt extract)、玉米浆(corn steep liquor，CSL)以及豆粉(beanflour)等有机氮源；以及尿素、硫酸铵、氯化铵、磷酸铵、碳酸铵以及硝酸铵等无机氮源，这些氮源可以单独或组合使用，但并不局限于此。上述培养基还可包括作为磷酸源的磷酸二氢钾(potassium dihydrogen phosphate)、磷酸氢二钾(dipotassium hydrogenphosphate)以及相应的含钠盐(sodium-containing salts)，但并不局限于此。并且培养基可以包括硫酸镁(magnesium sulfate)或者硫酸铁(iron sulfate)等金属，可添加氨基酸、维生素以及适合的前体等。

并且，为了维持培养液的好氧性条件，可以向捕集液W内注入氧或包含氧的气体(例如空气)。捕集液W的温度通常可以为20-45℃，具体可以为25-40℃。

储存罐3201的至少一部分可以由能够使波动贯通的材质形成。例如，储存罐3201可以至少将波动入射的区域或者发射的区域由玻璃等材质形成。另一实施例中，当储存罐3201由无法贯通波动的材质形成时，例如由金属材质形成时，与波动入射的区域和发射的区域相对应地形成贯通孔。此时，储存罐3201还可包括配置于贯通孔的盖部(未图示)。盖部(未图示)可以由透明或半透明材质形成，以使波动透过。例如，盖部(未图示)可以由玻璃或者塑料材质形成，可以形成具有柔软性(flexible)的板形态，或者可以制造成薄膜(film)。另一实施例中，盖部(未图示)可以按照填满贯通孔内部的方式形成，而不是位于贯通孔的一侧的方式形成。

另一方面，捕集单元3200还可包括多重散射放大部MS，其使从捕集液W发射的波动的至少一部分向捕集液W反射，来放大捕集液W内的多重散射(multiple scattering)次数。例如，多重散射放大部MS使向储存罐3201入射后因捕集液W中的浮游菌而散射后从储存罐3201发射的波动的至少一部分重新散射至捕集液W内。这样散射的波动再次因捕集液W内浮游菌而重新散射并发射，通过这种过程可以增加捕集液W内的多重散射次数。

一实施例中，多重散射放大部MS配置于储存罐3201与波动源3100之间，储存罐3201与图像传感器3300之间，从而反射从捕集液W多重散射发射的波动的至少一部分。换句话说，多重散射放大部MS可以使从捕集液W多重散射而发射的波动在捕集液W与多重散射放大部MS之间的空间往返一次以上。多重散射放大部MS可以包含多重散射物质(Multiplescattering material)，例如，多重散射物质可以包含二氧化钛(TiO₂)。

另一实施例中，捕集单元3200可以在储存罐3201的至少一部分形成包含多重散射物质的多重散射放大区域。例如，可以在储存罐3201中至少在收纳有捕集液W的空间对应的区域涂敷(coating)多重散射物质来形成多重散射放大区域。然而，本发明的技术思想并不局限于此，可以在除了波动的入射部分和发射部分之外的储存罐3201的整个区域配置多重散射放大区域。

另一方面，吸气流路3211配置于储存罐3201的一侧，执行吸入外部空气并引导至捕集液W的功能，排气流路3212配置于储存罐的另一侧，执行将储存罐3201的空气排出至外部的功能。如附图所示，吸气流路3211可以形成为一端浸渍于捕集液W而空气能够与捕集液W直接接触的形态。然而本发明不局限于此，吸气流路3211当然也可以行成为能够向捕集液W引导外部空气的任意形态。

另一方面，在吸气流路3211可以设置有过滤单元3240。过滤单元3240可以执行对流入至吸气流路3211的外部空气内所包含的规定大小以上的物质进行过滤的功能。

排气流路3212的一端可以配置于除了捕集液W之外的储存罐3201的收纳空间，以将储存罐3201的空气排出至外部。外部空气通过吸气流路3211引导至捕集液W后，除了捕集的浮游菌之外的残余空气从捕集液W排出，排气流路3212执行将这种空气排出至外部的功能。虽然未图示，但捕集单元3200可以使排气流路3212与气动泵或压缩器等机构进行连接来将储存罐3201内部的空气排出至外部。并且，通过如上所述的过程形成储存罐3201的压力差，捕集单元3200可以向储存罐3201内部吸入空气。

捕集单元3200还可包括：捕集液流入管3221，使存储于外部的捕集液W流入至储存罐3201；捕集液排出管3222，使结束检测的捕集液W从储存罐3201排出。如图所示，捕集液流入管3221和捕集液排出管3222可以设置于储存罐3201的下部，以便进行捕集液W的流入和排出。

另一方面，波动源3100可以向捕集单元3200的捕集液W照射波动。波动源3100可以适用能够生成波动(wave)的所有种类的源装置，例如，可以为能够照射特定波长带的光的激光(laser)。本发明不限制波动源种类，但是为了便于说明，以下以激光的情况为准进行说明。

例如，为了在捕集液W内形成波动散斑，可以利用相干性(coherence)好的激光用作波动源3100。

图像传感器3300可以时间序列地测定波动在捕集液W内进行多重散射而发生的波动散斑。换句话说，图像传感器3300配置于波动的发射路径上，可以按照时间序列拍摄从捕集液W发射的波动来获取多个图像。图像传感器3300可以包括与波动源3100种类相对应的感测机构，例如，利用可见光线波长带的光源的情况下，可以利用拍摄图像的拍摄装置CCD摄像机(camera)。

其中，多个图像中的各自可以包括从捕集液W入射的波动引起的浮游菌进行多重散射(multiple scattering)而发生的散斑(speckle)信息。换句话说，图像传感器3300可以在预设时间点检测所照射的波动在捕集液W内进行多重散射而发生的波动散斑。其中，时间点(time)是指，连续的时间流中的某一瞬间，多个时间点(time)能够以相同的时间间距预先设定，但并不局限于此，可以预先设定为任意的时间间距。

图像传感器3300可以检测至少包括第一时间点的第一散斑信息的第一图像，拍摄包括第二时间点的第二散斑信息的第二图像并提供至控制部3400。另一方面，第一时间点及第二时间点只是为了便于说明而选择的一个例示，图像传感器3300可以在与第一时间点及第二时间点相比更多的多个时间点拍摄多个图像。图像传感器3300在发射波动的路径设置偏光板3305(polarizer)，由此可以使形成散斑的相干效率最大化，并去除不需要的外部的反射光等。

控制部3400可以基于根据所测定的波动散斑的时间的变化来检测捕集液W内的浮游菌，即检测微生物的存在与否。一实施例中，控制部3400获取波动散斑的时间相关关系(temporal correlation)，可以基于所获取的时间相关关系检测捕集液W内的微生物的存在与否。

具体地，控制部3400可以利用在第一时间点检测的激光散斑的第一图像信息与在与第一时间点不同的第二时间点检测的第二激光散斑的第二图像信息的差异，测定微生物M的存在与否。其中，第一图像信息以及第二图像信息可以为激光散斑的图案信息以及波动的强度信息中的至少一个。

另一方面，本发明的一实施例并不是只利用第一时间点的第一图像信息与第二时间点的第二图像信息的差异，扩张地，可以利用多个时间点的多个激光散斑的图像信息。控制部3400可以利用每个预设多个时间点生成的激光散斑的图像信息，以此计算多个图像之间的时间相关关系系数，并基于时间相关关系系数来检测捕集液内的微生物的存在与否，进而检测空气中浮游菌的存在与否。

参照图16及图17，本发明的一实施例的空气中浮游菌测定装置30还可包括杀菌单元3500。

杀菌单元3500可以对储存罐3201内捕集液W执行杀菌处理。杀菌单元3500可以为能够去除捕集液W内的微生物的任意机构。例如，杀菌单元3500可以包括紫外线(UV)灯或者具有规定以上的功率的激光中的至少一种。或者，杀菌单元3500可以利用电解来进行杀菌。另一方面，另一实施例中，当然，杀菌单元3500不是对储存罐3201内捕集液W进行杀菌处理，而是配置于捕集液排出管3222的排出路径上对捕集液W进行杀菌处理

另一方面，空气中浮游菌测定装置30还可包括：第一阀3231，其设置于捕集液流入管3221而选择性地开闭捕集液流入管3221；第二阀3232，其设置于捕集液排出管3222而选择性地开闭捕集液排出管3222。此时，控制部3400可以通过预设程序控制第一阀3231或者第二阀3232的动作。

具体参照图17a，空气中浮游菌测定装置30可以利用捕集单元3200将空气中浮游菌M捕集至捕集液W。如上所述，空气中浮游菌测定装置30可以将以吸入浮游菌M之前使捕集液W不包含微生物得方式管理的捕集液W在检测之前流入至储存罐3201，或者预先测定收纳于储存罐3201的捕集液W，来存储包含微生物的杂质的浓度。要使存储于外部的捕集液W流入至储存罐3201的情况下，控制部3400可以控制第一阀3231开放，收纳规定量的捕集液W后控制第一阀3231关闭。之后，空气中浮游菌测定装置30通过使所吸入的外部空气与如上所述的捕集液W相接触来捕集外部空气内所包含的浮游菌M。

参照图17b，空气中浮游菌测定装置30可以照射捕集液W内波动来实时(real-time)检测微生物M的存在与否或者浓度，但另一实施例中，也可以在捕集液W内培养微生物M规定时间后进行检测。当在捕集液W内规定时间培养微生物M后进行检测时，空气中浮游菌测定装置30可以考虑如上所述的时间来从所检测的微生物M的浓度推定空气中浮游菌的实际浓度。

参照图17b，如上所述，结束检测的捕集液W可以通过杀菌单元3500进行杀菌处理。由此，空气中浮游菌测定装置30对捕集液W进行杀菌处理后，能够使污染物的发生最小化，最终去除储存罐3201内的微生物，从而可以提高反复检测过程的准确度。

参照图17d，结束杀菌处理后，控制部3400可以控制第二阀3232开放，来使储存罐3201内捕集液W排出至外部。通过重复上述过程，从而空气中浮游菌测定装置30可以重复测定空气中浮游菌，将这种数据可以提供至外部服务器来用作大数据。

以下参照附图，对包括具有如上所述的结构的空气中浮游菌测定装置30的网络环境进行说明，此时，说明通过机器学习不仅检测空气中浮游菌，还区分浓度或者种类的方法。

图18为提示本发明的一实施例的网络环境的例的附图。

图18的网络环境1示出包括一个以上空气中浮游菌测定装置30、用户终端2、服务器3以及网络4的例子。这种图18只是用于说明发明的一例，并不是将用户的终端数量和服务器数量限定为如图18所示。

空气中浮游菌测定装置30可以具备一个以上，分别配置于地区，通过如上所述的检测过程来检测各地区中的空气中浮游菌。空气中浮游菌测定装置30利用作为通信网的网络4提供至服务器3或者用户终端2。利用这样提供的数据，服务器3可以将根据地区的空气中浮游菌信息，更具体地将与浮游菌相关的防疫信息与地图一起生成，并提供至用户终端2。

用户终端2可以为体现为计算机装置的固定型终端22或移动型终端21。用户终端2可以为控制服务器3的管理员终端。例如，用户终端2可以为智能手机(smart phone)、手机、导航、计算机、笔记本电脑、数字广播用终端、PDA(Personal Digital Assistants)、PMP(Portable Multimedia Player)、平板电脑等。作为一例，用户终端1(附图标记21)可以利用无线或有线通信方式，通过通信网4与其他用户终端22和/或服务器3进行通信。

不限制通信方式，可以为利用网络4能够包括的通信网(作为一例，移动通信网、有线网络、无线网络、广播网)的通信方式以及设备间的近距离无线通信。例如，网络4可以包括PAN(personal area network)、LAN(local area network)、CAN(campus areanetwork)、MAN(metropolitan area network)、WAN(wide area network)、BBN(broadbandnetwork)、因特网等网络中的任意一种以上网络。并且，网络4可以包括总线型网络、星型网络、环状网络、网状网络、星型-总线型网络、树型或者层次(hierarchical)网络等的网络拓扑中的任意一种以上，但并不局限于此。

服务器3可以由与用户终端2或空气中浮游菌测定装置30通过网络4进行通信，来提供指令、代码、文件、内容、服务等的计算装置或者多个计算装置实现。

本发明的一实施例的空气中浮游菌测定装置30可以执行如下功能：通过单独结构捕集空气中浮游菌，测定从捕集液发射的波动散斑后，通过控制部3400利用波动散斑来学习微生物分类标准，利用所学习的微生物分类标准来检测捕集液内的浮游菌。

然而，本发明的技术思想并不局限于此，空气中浮游菌测定装置30向外部的服务器3传送检测数据，外部的服务器3用所传送的数据，机器学习微生物分类标准后，向空气中浮游菌测定装置30提供所学习的算法。空气中浮游菌测定装置30可以利用这样提供的算法以及新测定的波动散斑相关数据，检测空气中浮游菌的存在与否或者区分浓度或者种类。以下，为了便于说明，以在服务器3机器学习微生物分类标准的情况为准进行说明。

图19为简要示出本发明的一实施例的服务器3的框图。

服务器3相当于一个以上处理器(processor)，或者可以包括一个以上处理器。因此，服务器3能够以微处理器或通用计算系统等硬件装置中所包括的形态驱动。其中，“处理器(processor)”例如可以指：为了执行由程序内所包含的代码或者指令表示的功能而具有物理结构的电路且内置于硬件的数据处理装置。作为这种内置于硬件的数据处理的一例可以包括微处理器(Microprocessor)、中央处理器(Central Processing Unit：CPU)、处理器内核(Processor Core)、多处理器(Multiprocessor)、ASIC(Application-SpecificIntegrated Circuit)、FPGA(Field Programmable Gate Array)等处理装置，但本发明的范围不局限于此。

图19所示的服务器3仅图示了与本实施例相关的结构要素，以防止混淆本实施例的特征。因此，本实施例所属领域的普通技术人员可以理解除了图19所示的结构要素之外还可以包括其他通用的多个结构要素。

参照图19，本发明的一实施例的服务器3可以包括输入输出接口31、接收部32、处理器33以及存储器34。

存储器34为计算机可读记录介质，可以包括RAM(random acess memory)、ROM(read only memory)以及驱动器等永久性大容量存储设备(permanent mass storagedevice)。

输入输出接口31可以为用于与输入输出装置的接口的机构。例如，输入装置可以包括键盘或鼠标等装置，并且输出装置可以包括用于显示应用程序的通信会话的显示器等装置。作为另一例，输入输出接口31可以为与输入和输出功能合并在一起的装置的接口的机构，例如触摸屏。

接收部32可以从空气中浮游菌测定装置30接收多个图像。此时，多个图像可以是在空气中浮游菌测定装置30的图像传感器3300以时间序列顺序拍摄从捕集液W发射的波动的多个图像。即，接收部32用作利用有线或无线通信的通信模块，可以接收多个图像。此时，接收部32可以提供通过网络4来用户终端1(附图标记21)与服务器3进行通信的功能，提供与其他用户终端(作为一例，用户终端2(附图标记22))或者其他服务器进行通信的功能。

处理器33可以执行基本的计算、逻辑以及输入输出运算，来处理计算程序的指令。指令可以通过存储器34或者接收部32提供至处理器33。例如，处理器33可以执行根据存储于存储器34等存储装置的程序代码而接收的指令。处理器33可以包括学习部331，检测部332以及判断部333。

检测部332可以从由接收部32接收的多个学习图像提取根据时间的变化的特征(feature)。其中，多个学习图像是隔开时间间距连续拍摄的多个图像，以时间序列顺序拍摄的多个学习图像之间会包括时间(time)信息。检测部332可以从这些多个学习图像提取根据时间的变化的特征(feature)。

学习部331可以学习微生物分类标准，其基于所提取的特征来区分捕集液W内存在的微生物的种类或浓度。学习部331基于深度学习(Deep learning)来学习微生物分类标准，深度学习定义为通过多个非线性转换技术的组合来试图高水平的抽象化(abstractions，大量数据或复杂资料中概括核心内容或功能的作业)的机器学习算法的集合。学习部331例如可以利用深度学习的模型中的深度神经网络(Deep Neural Networks，DNN)、卷积神经网络(Convolutional Neural Networks，CNN)、循环神经网络(ReccurentNeural Network，RNN)以及深度信念网络(Deep Belief Networks，DBN)中的任一种。

一实施例中，学习部331可以基于所接收的上述多个学习图像的时间相关关系(temporal correlation)，机器学习(machine learning)分类标准。

如上所述，多个学习图像可以包括从捕集液W内微生物M进行多重散射而发生的波动散斑的信息。如对于图3的说明，存在捕集液W内浮游菌的情况下，因微生物的生命活动，散斑可以随着时间而发生变化。并且，这种随着时间的散斑的变化根据微生物的种类或浓度而不同，因此学习部331可以利用根据散斑的时间的变化，来学习对微生物的种类或浓度进行分类的微生物分类标准。

图20为用于说明本发明的一实施例的学习部331分析散斑的时间相关关系的方法的附图。

参照图20，学习部331可以利用在预设多个时间点生成的散斑的图像信息，通过上述数学式3，计算多个图像之间的时间相关关系系数，基于时间相关关系系数来学习微生物分类标准。如图20所示，微生物的浓度越大，时间相关关系系数下降至标准值以下的时间越短，利用这种现象，可以通过表示时间相关关系系数的表格的梯度值来分析微生物的浓度。学习部331可以利用时间相关关系系数的梯度值分析，学习用于区分微生物的浓度的微生物分类标准。

图21为示出根据时间测定的波动散斑的光的强度的标准偏差分布的附图。

参照图21，学习部331可以利用在标准时间测定的多个学习图像，计算散斑图案的光强度(intensity)的标准偏差。因试样中存在的细菌及微生物持续移动，而相长干涉和相消干涉与上述移动相对应地发生变化。此时，随着相长干涉和相消干涉发生变化，光强度的程度也可能发生变化。学习部331求出表示光的强度的变化程度的标准偏差，来分析试样中的细菌及微生物的存在位置，并学习细菌及微生物的分布度。

例如，学习部331可以计算根据从多个学习图像中分别检测的散斑图案随时间的光强度的标准偏差。根据散斑的随时间的光强度标准偏差可以基于如上所述的数学式6来进行计算。

随着细菌及微生物的移动，相长以及相消干涉的图案发生变化，基于数学式6计算的标准偏差值也发生变化，因此基于此可以测定细菌及微生物的浓度。学习部331可以基于散斑图案的光的强度的标准偏差值的大小与细菌及微生物浓度的线性关系，学习分类标准。

以下，以学习部331利用卷积神经网络(CNN)来学习分类标准的情况为准进行说明。

其中，卷积神经网络(CNN)是以利用最小的前处理(prepocess)的方式来设计的多层感知机(multilayer perceptrons)的一种。卷积神经网络(CNN)包括对输入数据进行卷积的卷积层，并且还包括对图像进行子采样(subsampling)的子采样层，从而可以从该数据提取特征地图。其中，子采样层是提供相邻数据之间的对比度(contrast)并减少待处理数据量的层，可以利用最大池化(max pooling)，平均池化(average pooling)等。

图22为本发明的一实施例的卷积神经网络的例示图，图23及图24为用于说明图22的卷积运算的图。

参照图22至图24，本发明的一实施例的学习部331中利用的卷积神经网络2510(CNN)可以包括多个卷积层A1。学习部331可以执行多个卷积层的多个内核以及多个输入之间的卷积运算，来生成输出。

卷积层的输入是用作该卷积层的输入的数据，包括最初输入数据或之前层生成的输出对应的至少一个输入特征地图(feature map)。例如，如图8所示的卷积层1(A113)的输入是作为卷积神经网络2510的最初输入的多个图像2501，卷积层2(A123)的输入可以是卷积层1(A113)的输出2511。

卷积神经网络2510的输入2501是从接收部32接收的C个图像2501，作为输入特征地图的各个图像之间能够成立时间相关关系。各图像种，即各输入特征地图可以具有由预设宽度W和高度H构成的多个像素。由于这种输入特征地图是C个，因此输入2501的大小可以表示为W×H×C。学习部331可以利用与卷积层A1相对应的一个内核，来执行与输入2501相对应的卷积运算。

卷积层A13的至少一个内核是用于与该卷积层A1相对应的卷积运算而使用的数据，例如可以基于该卷积层的输入以及输出来定义。针对构成卷积神经网络2510的多个卷积层A13可以分别设计至少一个内核，将与各卷积层相对应的至少一个内核可以称为内核组G600。

其中，内核组G600可以包括与多个输出通道D相对应的多个内核。例如，为了获取卷积层A13的所需的输出，可以将该卷积层的内核组G600定义成执行该卷积层的输入和卷积运算。卷积层A13的输出是基于该卷积层的输入和内核组之间的卷积运算结果的数据，包括至少一个输出特征地图，可以用作以下层的输入。

学习部331可以执行与卷积层A13相对应的内核组G600与输入2501之间的卷积运算，来生成输出2511。卷积层A13的输出2511包括与D个输出通道相对应的多个输出特征地图25111，各输出特征地图25111的大小可以为W×H。其中，输出2511的宽度、高度及数量(深度)分别为W、H及D，输出2511的大小可以表示为W×H×D。

例如，与卷积层A1相对应的内核组G600可以包括与D个输出通道数量相对应的多个卷积内核。学习部331可以基于与输入2501和D个输出通道相对应的多个内核之间的运算结果，生成与D个输出通道相对应的多个输出特征地图25111。

学习部331包括多个卷积层A13，一实施例中可以包括4至7个卷积层A13。例如，如图所示，可以包括5个卷积层A113、A123、A133、A143、A153。通过这些多个卷积层A113、A123、A133、A143、A153，学习部331可以提高能够包含复杂的线性关系的学习容量。然而，本发明不局限于此，当然可以利用更多的卷积层A13来进行学习。

另一方面，各个卷积层A13可以包括激励函数(activation function)。激励函数可以执行适用于各层的层而使各多个输入具有复杂的非线性(non-linear)关系。激励函数可以使用将输入转换为标准化(normalization)的输出的Sigmoid函数、tanh函数、线性整流函数(Rectified Linear Unit，ReLU)以及Leacky ReLU等。

本发明的一实施例的学习部331利用卷积神经网络2510进行初始学习时，利用-1至1的值使多个内核完全初始化，利用将具有负数值得数据都输出为0的的情况下，包括有效信息的输出值无法传递至下一个卷积层而学习效率下降。因此，本发明的一实施例中，学习部331在卷积层A13后面添加Leacky ReLU层，正数值按照原样输出，负数值以输入数据具有规定梯度的方式输出。由此，学习部331在学习期间防止收敛速度下降和本地最小化问题。

输入2501可以为适用边界处理(padding)的多个输入特征地图的集合，边界处理是指将输入的部分区域填充为特定值的技术。具体地，将填充(pad)的大小设置成1来对输入适用边界处理是指对输入特征地图的边界填充特定值的动作，零填充(zero padding)是指将其特定值设置成0。例如，X×Y×Z大小的输入适用填充(pad)的大小1的零填充(zeropadding)时，适用边界处理的输入的边界为0，大小为(X+1)×(Y+1)×Z的数据，可以包括(X+1)×(Y+1)×Z个输入要素。

另一方面，学习部331将包括散斑信息的多个图像作为输入来执行卷积运算时，利用多个图像的时间相关关系进行学习，此时，各个图像可以包括颗粒状的图案，即多个散斑。此时，学习部331可以基于散斑各个时间相关关系来学习分类标准，换句话说，学习部331不是利用图像的二维信息，而是利用包括时间信息的三维信息，来学习分类标准。

学习部331需要集中对于一个散斑的信息，为了获取准确的对于一个散斑的三维信息，需要区分如上所述的一个散斑和周围多个散斑来进行分类标准。因此，学习部331可以利用比一个散斑的大小更小的大小的卷积内核(convolution kernel)来执行卷积运算。即，在一个散斑的大小与m个像素(pixel)相对应的情况下，学习部331利用小于m的n×n大小的卷积内核来执行卷积运算。一实施例中，如上所述，图像传感器3300对于散斑粒子大小(speckle grain size)最多配置5个以下像素，因此m可以为5，此时n值可以为1。即，学习部331可以利用1×1卷积内核来执行卷积运算。然而，本发明的技术思想是利用比散斑的大小更小的大小的内核来执行卷积运算，并不局限于此。

内核组G600包括与D个输出通道相对应的多个卷积内核，各个卷积内核可以包括与多个图像数量相对应的内核特征地图。各内核特征地图的大小为n×n，因此内核组G600包括n×n×C×D个内核要素。其中，卷积内核的大小为n×n×C，C为多个图像的数量，即图像帧数。卷积内核的数量可以与多个图像的数量C相同，在此情况下，可以利用各层的输出结果，用于相同条件的傅里叶变换或者利用其的分析等。

如图21所示，学习部331执行与内核组G600中第一个输出通道相对应的卷积内核与输入2501之间的运算，来生成与第一个输出通道相对应的输出特征地图25111。利用这种方式，学习部331分别执行内核组G600内D个内核与输入2501之间的运算，来生成与D个输出通道相对应的多个输出特征地图25111，生成包括所生成的多个输出特征地图25111的输出22511。

例如，学习部331可以执行与n×n×C个大小的第D个输出通道相对应的卷积内核600与W×H×C的大小的输入(501)之间的运算，来生成W×H的大小的输出特征地图25111，所生成的输出特征地图5111与第D个输出通道相对应。具体地，与第D个输出通道相对应的卷积内核600包括C个内核特征地图，各个内核特征地图的大小为n×n。学习部331在输入501中包括的W×H的大小的各输入特征地图上，利用特定格数(stride)对n×n的大小的各内核特征地图进行跳跃，来生成与第D个输出通道相对应的卷积内核2600以及输入2501之间的运算结果--输出特征地图25111。

其中，格数(stride)是指卷积运算时对内核特征地图进行跳跃的间距。如上所述，学习部331为了集中对于一个散斑的信息，而需要区分如上所述的一个散斑和周围多个散斑来学习分类标准，因此，作为跳跃间距的格数s可以具有与卷积内核的大小相对应的值，以防止各多个卷积内核和与其相对应的区域重叠。换句话说，使用n×n大小的卷积内核的情况下，格数s可以具有n值。例如，使用1×1卷积内核的情况下，格数s可以为1。由此，学习部331使一个散斑与周围其他散斑不重叠，以此以只具有一个散斑的时间信息来学习分类标准。

一实施例中，学习部331利用卷积神经网络510学习分类标准时，可以执行卷积运算来具有与多个图像数量C相同的输出通道数量D。换句话说，内核组G600可以具有包括C个内核特征地图的D个卷积内核，此时，C和D可以相同。

另一方面，学习部331利用卷积层A1进行卷积运算后，利用池化运算来缩小输出2515的大小。例如，学习部331可以利用子取样(sub sampling，A2)来缩小输出2515的大小。例如，子取样可以为平均池化(global average pooling)，其为将规定大小的范围内的平均值设定为该范围的代表值的运算。然而，本发明不局限于此，当然可以利用最大池化(maxpooling)、最小池化(min pooing)等。

之后，学习部331可以利用全连接层(Fully connected layer)，通过子取样(A23)过滤器，对所提取的多个特征地图2521进行规定运算并适用权值后，获取最终输出2541。例如，学习部331对已执行子取样(A23)后的全连接层(Fully connected layer)再适用LeakyReLU(A33)，之后，对全连接层(Fully connected layer)适用softmax层(A43)，来获取最终输出。其中，最终输出2541可以是用于区分根据散斑的时间相关关系的微生物种类或浓度的微生物分类标准。

之后，服务器3可以接收从空气中浮游菌测定装置30向新的捕集液W照射波动来获取的波动散斑相关图像，判断部333可以基于所获取的上述微生物分类标准，区分新的捕集液W中所包含的浮游菌的种类或浓度。然而，判断部333并不是服务器3必须包括的部件，若从服务器3学习的微生物分类标准提供至空气中浮游菌测定装置30的控制部3400，则控制部3400与判断部333的功能相同地，可以基于微生物分类标准区分新的捕集液W中所包含的浮游菌的种类或浓度。

图25为通过本发明的一实施例的机器学习测定空气中浮游菌而获取的预测微生物信息(prediction)和实际微生物信息(ground truth)的比较图表。

参照图25可以确认到，通过本发明的一实施例的空气中浮游菌测定技术获取的预测微生物信息和实际微生物信息之间的匹配率很高。通过图25的结果，空气中浮游菌测定装置30可以利用微生物分类标准来区分捕集液W内所包括的微生物的种类(B.subtilis，E.Coli，P.aeruginosa，S.aureus)等，还能区分各自的浓度。

如上所述，本发明多个实施例的空气中浮游菌测定装置将空气中浮游菌捕集至捕集液后，利用波动散斑检测捕集液内微生物存在与否，由此无需通过单独的化学方法即可快速准确检测空气中浮游菌。并且，空气中浮游菌测定装置通过机器学习，利用散斑的时间相关关系的变化，获取用于区分微生物的种类或浓度的分类标准，从而可以快速准确区分空气中浮游菌的种类或浓度，由此，可以获知地区内空气中病原菌存在与否，并通过网络环境有效确认地区防疫信息。

图26为简要示出本发明的一实施例的光学检测系统40的图，图27为用于说明在第一散斑生成单元4310生成第一散斑的过程的图，图28为用于说明在第二散斑生成单元4410生成第二散斑LS24的过程的图。

参照图26，本发明的一实施例的光学检测系统40可以具有波动源4100、光学单元4200、第一散斑生成部4300、试样测定部4400以及控制部4500。

波动源4100可以生成波动L4。波动源4100可以适用能够生成波动L(wave)的所有种类的源装置，例如，可以为能够照射特定波长带的光的激光(laser)。本发明不限制波动源种类，但是为了便于说明，以下以激光的情况为准进行说明。

例如，为了在待测定试样(sample)形成散斑(speckle)，可以利用相干性(coherence)好的激光用作波动源4100。此时，确定激光波动源的相干性的波动源的光谱带宽(spectral bandwidth)越短，测定准确度能够越高。即，相干长度(coherence length)越长，测定准确度能够越高。因此，波动源4100的光谱带宽小于预定标准带宽的激光可以用作波动源4100，与标准带宽相比越短，测定准确度能够越高。

然而，存在实际测定环境的温度等各种环境变数，因细微的振动或外部因素而从波动源4100生成的波动L4的性质(properties)可能发生变化。作为一例，因周围温度而波动L4的波长(wavelength)可能发生变化。波动L4的变化可能引起从试样(sample)输出的测定数据的变化。尤其，如本发明，检测散斑随时间的变化，利用其来感测微生物的细微的生命活动的情况下，波动L4的很小的变化也很敏感。

本发明的技术思想是准确感测因外部环境因素的波动L4性质变化，利用感测结果，只在稳定的情况进行测定或校准测定数据，从而提高微生物的检测准确性。

为此，本发明实施例可以利用光学单元4200，从波动源4100生成的一个波动L4的路径变更为第一路径或者第二路径来提供，或者分割为第一波动L14和第二波动L24来提供。

此时，光学检测系统40借助光学单元4200，对第一波动L14和第二波动L24进行分割或变更路径，但提供相同的环境条件，因此第一波动L14和第二波动L24的性质相同。第一波动L14可以用作用于生成标准信号(reference signal)的入射波动，第二波动L24可以用作用于生成测定信号的入射波动。

光学单元4200可以具有一个以上光学器件，以将从波动源4100现场的波动L4传递至第一路径或者第二路径。一实施例中，光学单元4200可包括光路径变更机构，以使波动L4从第一路径转换为第二路径来提供。此时，光路径变更机构可以采用通常周知的微机电系统(micro electromechanical system；MEMS)镜子、数字微镜装置(digital micromirrordevice，DMD)器件等。另一实施例中，光学单元4200可以具备用于分割成第一波动L14和第二波动L24的光学器件。如附图所示，光学单元4200可以包括分束器(beam splitter)，将入射的波动L4分割为互不相同的路径，即分为第一路径及第二路径的第一波动L14及第二波动L24。然而，本发明不局限于此。

又一实施例中，光学单元4200还可包括多波束反射器(Multiple beamreflector)。多波束反射器可以对从波动源4100入射的波动进行分割来提供至多个波动路径。多波束反射器可以在前部面和后部面分别反射波动，提供平行并分割的第一波动L14和第二波动L24。此时，分束器配置于从多波束反射器提供至多个波动路径上，可以将第一波动L14以及第二波动L24分别提供至第一散斑生成单元4310和试样测定部4400，更具体地提供至第二散斑生成单元4410。

并且，光学单元4200还可包括用于变更提供至波动源4100的波动路径

的镜子(mirror)。

以下，为了便于说明，以光学单元4200将波动L4分割成第一波动L14及第二波动L24的情况为准进行说明。

参照图26及图27，第一散斑生成部4300可以检测作为利用第一波动L14生成的标准信号的第一散斑LS14。第一散斑生成部4300可以包括第一散斑生成单元4310和第一图像传感器4330。

第一散斑生成单元4310可以配置于第一波动L14的路径。第一散斑生成单元4310包括固定的散射介质311(static scattering medium)，若第一波动L14入射，则使其散射来生成第一散斑LS14。如图27所示，第一散斑生成单元4310中包含的散射介质311可以包括配置于空间上固定的位置的散射物质(scattering material)。散射物质相互隔开的间距和位置不受限制，但在配置的状态下不移动并维持固定的状态。此时，散射物质311的种类不受限制，例如，散射物质可以使用二氧化钛(TiO₂)。

第一波动L14入射至第一散斑生成单元4310后，可以借助维持固定的状态的散射介质311而进行多重散射，通过多重散射以复杂的路径散射的波动的一部分可以从第一散斑生成单元4310发射。随着通过第一散斑生成单元4310的多个位置，发射的波动相互发生相长干涉(constructive interference)或者相消干涉(destructive interference)，这种波动的相长/相消干涉产生颗粒状的图案(散斑：speckle)。

此时，第一波动L14随着时间不产生性质变化而具有一定的特性的情况下，由第一散斑生成单元4310生成的第一散斑LS14也借助固定的散射介质311，随着时间形成一定的纹理或者图案。然而，若从波动源4100生成的波动L4，换句话说，第一波动L14因周围环境而发生性质变化，则第一散斑LS14的纹理或者图案也会发生变化。

第一图像传感器4330中，第一散斑LS14配置于发射的路径上，能够以时间序列顺序检测第一散斑LS14。第一图像传感器4330可以包括与波动源4100种类相对应的感测机构，例如，利用可见光线波长带的光源的情况下，可以利用拍摄图像的拍摄装置CCD摄像机(camera)。第一图像传感器4330为CCD摄像机的的情况下，第一图像传感器4330能够以时间序列顺序拍摄第一散斑LS14来获取多个图像。

其中，多个图像各自可以包括向第一散斑生成单元4310入射的第一波动L14引起的散射介质311进行多重散射(multiple scattering)而发生的第一散斑(speckle)信息。换句话说，第一图像传感器4330可以在预设时间点检测所照射的第一波动L14在散射介质311内进行多重散射而发生的第一散斑。其中，时间点(time)是指，连续的时间流中的某一瞬间，多个时间点(time)能够以相同的时间间距预先设定，但并不局限于此，可以预先设定为任意的时间间距。

第一图像传感器4330可以至少在第一时间点检测第一图像，在第二时间点拍摄第二图像来提供至控制部4500。另一方面，第一时间点及第二时间点只是为了便于说明而选择的一个例示，第一图像传感器4330可以在比第一时间点及第二时间点更多的多个时间点拍摄多个图像。

另一方面，再次参照图26及图28，试样测定部4400可以检测利用第二波动L24形成的测定信号。其中，测定信号可以适用能够利用第二波动L24生成的任意种类的测定信号。一实施例中，测定信号可以为与发射的波动的强度(intensity)相同的信号。另一实施例中，测定信号可以为包括散斑信息的信号。换句话说，试样测定部4400可以检测作为利用第二波动L24形成的测定信号的第二散斑LS24。以下，为了便于说明，以试样测定部4400为用于检测第二散斑LS24的第二散斑生成部的情况为准进行说明，试样测定部和第二散斑生成部使用相同的符号。

第二散斑生成部4400可以包括第二散斑生成单元4410和第二图像传感器4430。第二散斑生成单元4410可以配置于第二波动L24的路径上。第二散斑生成单元4410可以包括待测定试样(sample)，使入射的第二波动L24进行散射来生成第二散斑LS24。试样(sample)可以为用于检测微生物或杂质的任意试样。例如，可以是从待测定对象采取的唾液、血液、组织等试样，也可以是从对象向外部排出的大便、小便、角质等试样。或者可以包括从食物等对象采取的有机试样等。另一方面，试样(sample)可以指待测定对象本身。换句话说，食物为对象且以不损坏食物的状态测定微生物的存在与否的情况下，食物本身可以成为试样(sample)。例如，用于销售而包装的肉(meat)等对象可以成为试样(sample)。

第二散斑生成单元4410可以仅收纳如上所述的试样(sample)，也可以包括琼脂平板(agar plate)等用于培养微生物的物质来收纳。或者第二散斑生成单元4410可以同时收纳试样(sample)的采取机构。例如，采取机构可以利用胶带、生物膜(membrane)等微生物能够移动的机构来准备。

另一实施例中，第二散斑生成单元4410可以收纳流体等试样(sample)。此时，第二散斑生成单元4410可以为收纳流体的容器，也可以是流体能够流动的管道单元。

另一方面，第二散斑生成单元4410可以包括多重散射放大区域，以放大所入射的第二波动在试样(sample)内进行多重散射(multiple scattering)的次数。例如，多重散射放大区域可以在第二波动入射的部分区域以及第二波动发射的部分区域包括多重散射物质(multiple scattering material)。例如，多重散射物质包括二氧化钛(TiO2)，涂敷于第二波动入射或发射的部分区域的第二散斑生成单元4410的部分区域。多重散射放大区域可以使通过试样(sample)发射的第二波动的至少一部分反射。

另一实施例中，第二散斑生成单元4410还可包括单独的多重散射放大部401，而不是涂敷于上述第二散斑生成单元4410的表面而成为一体的多重散射放大区域。多重散射放大部401可以设置于波动源4100与第二散斑生成单元4410之间和/或第二散斑生成单元4410与第二图像传感器4430之间的第二波动L24移动路径上，放大多重散射次数。多重散射放大部401为了使从试样(sample)发射的第二波动L24重新入射至试样(sample)而使至少一部分反射，从而使第二波动L24在试样(sample)与多重散射放大部401之间的空间往返1次以上，由此能够有效增加试样(sample)内第二波动L24的多重散射次数。

并且，另一实施例中，当然，执行如上所述的功能的多重散射放大区域或者多重散射放大部不是仅设置在第二散斑生成单元4410，而是相同地也设置在第一散斑生成单元4310，对第一散斑的生成和第二散斑的生成提供相同的散射条件。

另一方面，第二图像传感器4430可以配置于第二散斑LS24发射的路径上，以时间序列顺序检测第二散斑LS24。第二图像传感器4430可以包括与波动源4100种类相对应的感测机构，利用与第一波动L14相同的第二波动L24来检测散斑，可以为与第一图像传感器4330相同的种类的感测机构。第二图像传感器4430可以为CCD摄像机，以时间序列顺序拍摄第二散斑LS24来获取多个图像。此时，第二图像传感器4430获取多个图像的原理与第一图像传感器4330相同，因此为了便于说明而省略重复说明。

第二图像传感器4430检测第二波动L24引起的第二散斑LS24，第一图像传感器4330检测第一波动L14引起的第一散斑LS14。其中，第一波动L14和第二波动L24是从一个波动源4100照射的波动L4分割而成的，周围环境相同的情况下，可以具有相同的波动性质。因此，第一波动L14的波长发生变化时，第二波动L24的波长也发生变化，因此本发明可以判断第一波动L14的性质的变化与否，只在稳定的状态下利用第二波动来进行测定。尤其，本发明中，利用散斑的病菌检测传感器可以只在第一波动L14稳定的状态下检测第二散斑LS24，从而能够实现准确的测定。

图29为用于说明本发明的控制部4500基于第一散斑LS14控制第二图像传感器4430的动作的方法的图。

参照图29，控制部4500可以利用所检测的第一散斑LS14来获取第一散斑LS14的时间相关关系(temporal correlation)，基于所获取的第一散斑LS14的时间相关关系来控制第二图像传感器4430的动作。更具体地，控制部4500可以基于第一散斑LS14的时间相关关系来判断第一波动L14的性质的变化与否，根据第一波动L14的性质的变化与否来控制第二图像传感器4430的动作。

控制部4500可以利用从第一图像传感器4330获取的多个图像，获取第一散斑LS14的时间相关关系，此时，在第一时间点获取的第一图像和在第二时间点获取的第二图像可以包括散斑图案信息以及波动的强度信息中的至少一种。另一方面，本发明的一实施例并不是只利用第一时间点的第一图像信息与第二时间点的第二图像信息的差异，扩张地，可以利用多个时间点检测的多个激光散斑的图像信息。

控制部4500可以利用在预设多个时间点生成的多个图像，计算第一散斑LS14的时间相关系数。如果，第一波动L14处于无变化的稳定状态时，借助第一散斑生成单元4310中所包括的固定的散射介质311而生成的第一散斑LS14具有一定的图案，因此第一散斑LS14的时间相关系数可以具有一定的第一值。然而，第一波动L14因周围环境发生变化而不稳定时，第一散斑LS14也发生变化，因此时间相关系数可以变为与上述第一值不同的第二值。控制部4500可以利用时间相关系数的变化，判断第一波动L14性质的变化与否。

一实施例中，所检测的第一散斑LS14的时间相关关系可以通过如上所述的数学式5计算。

可以根据数学式5计算时间相关系数，一实施例中，第一散斑LS14的时间相关系数可以表示为如图29的根据时间的图表。如上所述，第一波动L14稳定的情况下，例如，如第一时间t1为止的图表所示，时间相关系数维持预设范围(P1至P2)。与此相反，第一波动L14不稳定的情况下，例如，如第一时间t1至第四时间(t4)的图表所示，时间相关系数可能超出预设范围。

控制部4500仅在时间相关系数属于预设范围的情况下才可以启动第二图像传感器4430来检测第二散斑LS24。换句话说，如图29所示，控制部4500可以在第一散斑LS14的时间相关系数超出预设范围(P1至P2)的第一时间t1至第四时间(t4)的期间，不会启动第二图像传感器4430。另一方面，时间相关系数在第一波动L14处于不稳定的状态下，如图29的第二时间t2至第三时间t3，可以包括在预设范围内。

像这样，即使时间相关系数临时包括在预设范围，实际上也属于第一波动L14不稳定的情况下，因此这种情况下控制部4500使第二图像传感器4430不启动，以时间相关系数在规定时间内不超出预设范围的比率进行计算，来判断第一波动L14的性质的变化与否。

另一实施例中，控制部4500可以计算第一散斑LS14的时间相关关系系数，并利用第一散斑LS14的时间相关关系系数来校准(calibration)第二图像传感器4430中的检测信号。例如，控制部4500可以计算第一散斑LS14的时间相关关系系数，通过从由第二图像传感器4430提供的检测信号减去或除以如上所述的时间相关关系系数等数学式，由此校准检测信号。控制部4500利用校准的检测信号，即校准的第二散斑LS24来更准确的检测微生物。

控制部4500可以利用从第二图像传感器4430检测的第二散斑LS24，获取所检测的第二散斑LS24的时间相关关系，基于所获取的第二散斑的时间相关关系，来推定试样(sample)内的微生物存在与否或者微生物的浓度。

利用第二散斑LS24的时间相关关系来推定微生物的存在与否或者浓度的原理也可以跟利用第一散斑LS14的时间相关关系来判断第一波动L14的性质变化与否的原理相同。

具体地，根据数学式3可以计算第二散斑LS24的时间相关关系系数，一实施例中，通过时间相关关系系数下降至预设标准值以下的分析，可以推定微生物的存在与否或者微生物的浓度。具体地，时间相关关系系数超过预设误差范围而下降至标准值以下时，可以推定为存在微生物。并且，微生物的浓度越增加，时间相关关系系数下降至标准值以下的时间越短，利用这种现象，可以通过表示时间相关关系系数的表格的梯度值来分析微生物的浓度。标准值可以根据微生物的种类而不同。

图30为简要示出又一实施方式的光学检测系统40-2的图。

参照图30，光学检测系统40-2可以包括波动源4100、第一光学单元4200、第一散斑生成单元4310、第二散斑生成单元4410、第一图像传感器4330、第二图像传感器4430以及控制部4500。

又一实施例中，光学检测系统40-2的第一散斑生成单元4310可以与第二散斑生成单元4410形成为一体。具体地，第二散斑生成单元4410可以为收纳待测定试样的收纳容器，第一散斑生成单元4310可以设置在如上所述的收纳容器的一侧。例如，第一散斑生成单元4310可以形成为包括固定的散射介质(static scattering medium)的规定形状的容器，安装于上述第二散斑生成单元4310的一侧。然而本发明不局限于此，在其他实施方式中，第一散斑生成单元4410可以通过在第二散斑生成单元4310的一侧涂敷固定的散射介质而形成。

光学检测系统40-2中，由于第一散斑生成单元4310和第二散斑生成单元4410形成为一体，通过第一散斑生成单元4310测定的第一散斑LS14还可以包括对于形成为一体的第二散斑生成单元4410的机械振动的信息。因此，光学检测系统40-2可以通过第一散斑LS14的标准信号去除第二散斑生成单元4410的机械振动引起的噪声。

图31为简要示出本发明的还有一实施例的光学检测系统40-3的图。

参照图31，本发明的另一实施例的光学检测系统40-3可以包括波动源4100、第一光学单元4200、第一散斑生成单元4310、第二散斑生成单元4410、图像传感器430以及控制部4500。并且，本发明的另一实施例的光学检测系统40-3可以包括第一快门4350以及第二快门4450。本发明的另一实施例的光学检测系统40-3除了利用第二快门4450来控制第二散斑LS24的检测之外，其他结构要素与一实施例的光学检测系统40相同，因此为了便于说明，赋予相同的符号并省略重复说明。

波动源4100可以生成波动L4。波动源4100可以适用能够生成波动L(wave)的所有种类的源装置，例如，可以为能够照射特定波长带的光的激光(laser)。

第一光学单元4200可以具有一个以上光学器件，以将从波动源4100生成的波动L4分割成第一波动L14和第二波动L24。一实施例中，如图所示，光学单元4200可以包括分束器(beam splitter)，将入射的波动L4分割为互不相同的路径，即分为第一波动L14及第二波动L24。

从第一光学单元4200提供的第一波动L14可以通过第一镜子4320，路径变更至第一散斑生成单元4310。并且，从第一光学单元4200提供的第二波动L24可以通过第二镜子4420，路径变更至第二散斑生成单元441。然而，本发明不局限于此，只要是能够变更光路径的任意机构均可。

第一散斑生成单元4310可以配置于第一波动L14的路径上。第一散斑生成单元4310包括固定的散射介质311(static scattering medium)，使入射的第一波动L14进行散射来生成第一散斑LS14。

第二散斑生成单元4410可以配置于第二波动L24的路径上。第二散斑生成单元4410包括待测定试样(sample)，使入射的第二波动L24进行散射来生成第二散斑LS24。

图像传感器430能够以时间序列顺序检测从第一散斑生成单元4310生成的第一散斑LS14或者从第二散斑生成单元4410生成的第二散斑LS24。图像传感器430可以跟一实施例的光学检测系统40相同地，设置为独立驱动的结构，但可以利用一个检测第一散斑LS14或者第二散斑LS24。为此，如图31所示，另一实施例的光学检测系统40-2还可包括变更第一散斑LS14以及第二散斑LS24的路径来提供至图像传感器430的第二光学单元4210。

另一方面，第二快门4450配置于第一光学单元4200与第二散斑生成单元4410之间，通过控制部4500的控制来运行。

控制部4500可以利用由图像传感器430检测的第一散斑LS14来获取第一散斑LS14的时间相关关系，基于所获取的第一散斑的时间相关关系来控制第二快门4450的动作。具体地，控制部4500可以计算第一散斑LS14的时间相关关系系数，只在时间相关关系系数属于预设范围的情况下开放第二快门4450来检测第二散斑LS24。即，可以只在判断结果为第一波动L14稳定的情况下，控制部4500才开放第二快门4450来检测第二散斑LS24。

此时，光学检测系统40-2还可包括配置于第一光学单元4200与第一散斑生成单元4310之间的第一快门4350。另一实施例的光学检测系统40-2利用一个图像传感器430来检测第一散斑LS14或者第二散斑LS24，因此控制部4500可以在图像传感器430检测第二散斑LS24的期间，关闭第一快门4350来避免检测第一散斑LS14。

控制部4500可以计算第一散斑LS14的时间相关关系系数，利用其来开放第二快门4450并在规定时间内检测第二散斑LS24后，重新关闭第二快门4450并开放第一快门4350，由此周期性地监控第一波动L14的变化与否。

图32a及图32b为用于说明利用本发明多个实施例的光学检测系统确认测定试样中活菌存在与否的方法的图。

本发明的一实施例的光学检测系统可以在第一散斑生成单元4310'配置对照组试样，在第二散斑生成单元4410'配置测定组试样，利用所检测的散斑信息来导出试样中的活菌存在与否或者活菌与死菌的比例。

具体地，第一散斑生成单元4310'可以包括对照组试样。其中，对照组试样可以是将待测定试样投入至磷酸缓冲液(PBS)而准备的试样。对照组试样可以包括第一浓度的微生物，由于投入至磷酸缓冲液(PBS)，因此即使过了时间也不会使微生物内的活菌以及死菌生长。

第二散斑生成单元4410'可以包括测定组试样以及培养基。其中，培养基可以包含用于培养微生物的培养物质，培养物质与待确认的微生物的种类相对应，可以包含能够有效培养该微生物的物质。

包含用于培养的培养物质的培养基需要适当满足特定微生物的要求条件。各种微生物培养用培养基记载为文献("Manual of Methods for General Bacteriology"by theAmerican Society for Bacteriology，Washington D.C.，USA，1981.)。这些培养基包含各种碳源、氮源以及微量元素成分。碳源可以包含：葡萄糖、乳糖、蔗糖、果糖、麦芽糖、淀粉以及纤维素等碳水化合物；大豆油、葵花籽油、蓖麻油(castor oil)以及椰子油(coconutoil)等脂肪；棕榈酸、硬脂酸(stearic acid)以及亚油酸(linoleic acid)等脂肪酸；甘油以及乙醇等醇和醋酸等有机酸，这些碳源可以单独或组合使用，但并不局限于此。氮源可以包括：蛋白胨(peptone)、酵母提取液(yeast extract)、肉汁(gravy)，麦芽提取液(maltextract)、玉米浆(corn steep liquor，CSL)以及豆粉(bean flour)等有机氮源；以及尿素、硫酸铵、氯化铵、磷酸铵、碳酸铵以及硝酸铵等无机氮源，这些氮源可以单独或组合使用，但并不局限于此。上述培养基还可包括作为磷酸源的磷酸二氢钾(potassiumdihydrogen phosphate)、磷酸氢二钾(dipotassium hydrogen phosphate)以及相应的含钠盐(sodium-containing salts)，但并不局限于此。并且培养基可以包括硫酸镁(magnesium sulfate)或者硫酸铁(iron sulfate)等金属，可添加氨基酸、维生素以及适合的前体等。

一实施例中，测定组试样是与对照组试样相同的试样，可以是具有与对照组试样相同的浓度的试样。此时，测定组试样投入至包含培养物质的培养基，因此随着时间的经过，因培养物质而可发生活菌的种群数量的增加。换句话说，随着时间的经过，由于对照组试样投入至磷酸缓冲液，因此活菌以及死菌的种群数量维持不变，相反，测定组试样投入至培养基而活菌的种群数量增加，因此比对照组试样的浓度更高。

控制部4500可以利用从第一散斑生成单元4310'以及第二散斑生成单元4410'检测的第一散斑LS14以及第二散斑LS24来推定对照组试样的第一浓度以及测定试样的第二浓度，并利用第一浓度及第二浓度来判断测定组试样中的活菌存在与否。具体地，控制部4500可以利用所检测的第一散斑LS14来获取第一散斑LS14的时间相关关系后，利用第一散斑的时间相关关系来推定对照组试样的第一浓度。并且，控制部4500可以利用所检测的第二散斑LS24来获取第二散斑LS24的时间相关关系后，利用第二散斑的时间相关关系来推定测定试样的第二浓度。控制部4500可以比较这样推定的第一浓度及第二浓度，判断测定组试样中的活菌存在与否。

另一方面，在另一实施例中，测定组试样可以是将对照组试样以m倍稀释的试样，换句话说，测定组试样最初投入时可以具有对照组试样的1/m的浓度。如图32a所示，对照组试样包括在磷酸缓冲液，经过规定时间后，对照组试样的活菌b以及死菌a的种群数量没有变化。然而，如图32b所示，包括在培养基的测定组试样经过规定时间后，测定组试样的死菌a的种群数量没有变化但活菌b的种群数量会增加。

控制部4500利用连续检测的第一散斑LS14来推定对照组试样的第一浓度，利用所检测的第二散斑LS24来推定测定组试样的第二浓度，并获取在第二浓度与第一浓度变为一致时的生长时间(t)。控制部4500可以利用上述生长时间(t)，导出测定组试样中的活菌b和死菌a的比例。

换句话说，如图32a所示，对照组试样中活菌b和死菌a以第一浓度存在的情况下，将其以m倍稀释的测定组试样中的活菌b和死菌a以1/m的浓度存在，之后，经过生长时间(t)后，可以表示为以下数学式7。

【数学式7】

其中，α是该微生物的生长率(growth rate)，可以是预先知道的值。

控制部4500可以获取对照组试样的第一浓度与测定组试样的第二浓度相同的生长时间(t)，可以通过以下数学式8的过程导出活菌b和死菌a的比例(b/a)。

【数学式8】

如上所述，本发明多个实施例的光学测定装置可以对从波动源生成的波动进行分割，将分割的第一波动照射至固定的散射介质，来生成作为标准信号的第一散斑后，计算第一散斑的时间相关关系，从而能够准确判断第一波动性质的变化与否。由此光学测定装置可以确认周围环境引起的噪声并进行校准，因此能够更准确地检测待测定试样中的微生物。并且，光学测定装置通过对照组试样和测定组试样的浓度比较，活菌的存在与否或者试样中活菌与死菌的比例。

以上，以优选实施例为中心说明了本发明，本发明所属领域的普通技术热源可以在不脱离本发明的本质特性的范围内，以变形的形态实施本发明。因此，上述揭示的实施例并不是以限定的观点理解，而是以说明性观点理解。本发明的范围根据发明要求保护范围而定，与其等同范围内的所有区别均属于本发明的范围。

产业上的可利用性

根据本发明的一实施例，提供利用混沌波传感器的光学检测系统。并且，可将本发明的多个实施例适用于工业上所使用的杂质或微生物检测装置等。

Claims (15)

1.一种管道单元，其特征在于，

具有本体部，上述本体部包括第一端面、与上述第一端面相向的第二端面以及贯通上述第一端面和上述第二端面来形成内部空间的内部面，

上述本体部的上述内部面具有形成有图案的多重散射放大区域，上述图案用于放大在位于上述内部空间的流体中向上述第一端面与上述第二端面之间入射的第一波动进行多重散射的次数，

上述图案在上述内部面由具有预设深度d的多个槽以预设间距Λ排列而成。

2.根据权利要求1所述的管道单元，其特征在于，上述图案的上述深度d以及上述间距Λ根据上述第一波动的波长λ而定。

3.根据权利要求2所述的管道单元，其特征在于，上述图案的上述深度d以满足以下数学式的方式确定，

其中，n为流体的折射率。

4.根据权利要求2所述的管道单元，其特征在于，上述图案的上述间距Λ以满足以下数学式的方式确定，

其中，θ为由上述图案散射的上述第一波动的散射角度。

5.根据权利要求1所述的管道单元，其特征在于，在上述本体部形成有一个以上的发射孔，以向检测部引导在上述流体中多重散射后发射的第二波动。

6.根据权利要求5所述的管道单元，其特征在于，上述发射孔为2个以上时，多个上述发射孔配置于上述本体部的互不相同的位置。

7.一种杂质检测系统，其特征在于，包括：

管道单元，其具有形成有内部空间的本体部，上述内部空间贯通上述第一端面和上述第二端面，以使通过第一端面流入的流体通过第二端面排出，并且包括多重散射放大区域，用于放大在位于上述内部空间的流体中向上述第一端面与上述第二端面之间入射的第一波动进行多重散射的次数；

波动源，其向上述管道单元的上述流体照射上述第一波动；

检测部，配置于上述管道单元的外部，并且在每个预设的第一时间点，检测上述照射的第一波动在上述流体中进行多重散射而发生的激光散斑；以及

控制部，利用所检测的上述激光散斑，来获取所检测的上述激光散斑的时间相关关系，基于所获取的上述时间相关关系，实时推定上述流体中的杂质的存在与否，

在上述管道单元的上述本体部形成有一个以上的发射孔，以向上述检测部引导在上述流体中多重散射后发射的第二波动。

8.根据权利要求7所述的杂质检测系统，其特征在于，

上述本体部具有包围上述内部空间的内部面，

上述多重散射放大区域设置于上述本体部的上述内部面，形成有用于放大上述第一波动被多重散射的次数的图案，

上述图案在上述内部面由具有预设深度d的多个槽以预设间距Λ排列而成。

9.根据权利要求8所述的杂质检测系统，其特征在于，上述图案的上述深度d以及上述间距Λ根据上述第一波动的波长λ而定。

10.根据权利要求9所述的杂质检测系统，其特征在于，上述图案的上述深度d以满足以下数学式的方式确定，

其中，n为流体的折射率。

11.根据权利要求9所述的杂质检测系统，其特征在于，上述图案的上述间距(Λ)以满足以下数学式的方式确定，

其中，θ为由上述图案散射的上述第一波动的散射角度。

12.根据权利要求7所述的杂质检测系统，其特征在于，从上述发射孔发射的上述第二波动具有1mW/cm²以上的功率范围，以在上述检测部按照预设测定速度以上的速度来检测上述激光散斑。

13.根据权利要求12所述的杂质检测系统，其特征在于，上述检测部的上述测定速度以使得上述流体经过上述发射孔的时间大于多个上述第一时间点之间的时间的方式设定。

14.根据权利要求7所述的杂质检测系统，其特征在于，

上述发射孔为2个以上时，多个上述发射孔沿着上述本体部的圆周方向配置于互不相同的位置，

上述检测部以与上述发射孔的数量相对应的方式设置。

15.根据权利要求7所述的杂质检测系统，其特征在于，上述第一波动具有200nm至1.8μm的波长范围。

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