KR101920852B1 - 미생물 존재 검출용 포장용기, 이를 포함하는 미생물 존재 검출용 시스템 및 이를 이용한 포장용기 내의 미생물 존재 검출방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 포장용기의 일측에 혼돈파 센서의 광이 투과될 수 있는 하나이상의 창이 구비된 혼돈파 센서로 미생물의 존재 검출이 가능한 미생물의 존재 검출용 포장용기, 이를 포함하는 미생물 존재 검출 시스템 및 이를 이용하는 미생물 검출 방법을 제공한다.

Description

미생물 존재 검출용 포장용기, 이를 포함하는 미생물 존재 검출용 시스템 및 이를 이용한 포장용기 내의 미생물 존재 검출방법{packaging container for detecting the presence of microorganisms, system for detecting the presence of microorganisms including the same and method for detecting the presence of a microorganism using the same}

본 발명은 미생물의 존재 검출용 포장용기, 이를 포함하는 미생물 존재 검출용 시스템 및 이를 이용한 포장용기 내의 미생물 존재 검출방법에 관한 것으로, 상세하게는 간섭광 스페클을 이용하는 혼돈파 검출 장치(Chaotic Wave Sensor)를 사용하여 포장용기내의 내용물에 미생물의 존재를 간단한 공정으로 검출할 수 있는 미생물 존재 검출용 포장용기, 이를 포함하는 미생물 존재 검출용 시스템 및 이를 이용한 포장용기 내의 미생물 존재 검출방법에 관한 것이다.

세균 및 미생물을 측정하는 방법으로는, 미생물 배양법, 질량분석법(mass spectrometry), 핵자기공명(unclear magnetic resonance) 기법 등이 존재한다. 미생물 배양법, 질량분석법, 핵자기공명 기법의 경우, 특정 종류의 세균을 정밀하게 측정할 수는 있으나, 피검사대상(sample) 준비 시간이 오래 걸리고, 고비용의 정밀하고 복잡한 장비를 필요로 한다.

이외에, 광학적 기법을 이용하여 세균 및 미생물을 측정하는 기법이 존재한다.

예를 들어, 광학적 기법으로 라만 분광법(Raman Spectrometry), 및 다중분광 영상(Multispectral imaging)이 이용되나, 복잡한 광학계가 필요하여, 복잡한 광학계를 다룰 수 있는 전문적인 지식과 연구실 수준의 설비를 요구하며, 오랜 측정 시간이 필요하므로 일반 가정에서 사용하는 데 어려움이 존재한다.

기존에는 피검사대상 내 미생물의 존재 유무를 파악하기 위해서는 도 1의 110과 같이, 배양 후 유관 관찰하는 방법이 이용되었다. 예를 들어, 배양액이 반고체 상태로 도포되어 있거나 또는 배양액이 액체 상태로 혼합된 배양 접시(111) 내에, 박테리아 등의 미생물을 주입(112)하고, 넓은 영역에 도포한 뒤 약 1 내지 2일 정도 미생물을 배양(113)시키고 나면, 미생물이 배양 접시 전체에 걸쳐 자라게 된다. 이때, 미생물의 유무는 일반적으로 육안을 통해 배양된 미생물이 콜로니(colony)를 형성하고 있는지 여부로 판단하게 된다.

이처럼, 배양 후 육안 관찰하는 방법은 박테리아가 육안으로 관찰할 수 있는 크기가 될 정도로 성장하기 위해서 시간이 소요되므로, 배양에 매우 오랜 시간(1일~4일)이 걸린다. 더욱이, 특정 박테리아 종은 배양 조건이 매우 까다롭거나, 배양이 어려운 경우가 존재하므로, 기존 방식으로는 배양접시 내의 박테리아를 측정하는 데 제한이 있었다. 그리고, 육안으로 관찰을 하기 때문에, 정량화가 어렵다는 한계도 있었다.

이에 따라, 배양접시 및 식품에 미생물이 존재하는지 여부를 신속하고, 정확하게 탐지하고, 미생물 존재시의 활동성, 항생제에 대한 반응성(즉, 저항성)을 측정할 수 있는 기술이 요구된다. 더욱이, 세균 등의 미생물은 상온뿐만 아니라 저온(예컨대, 4℃) 상태에서도 증식이 가능하므로, 보관중인 식품에 대해서도 가정이나, 마트 등에서 일반인이 쉽게 세균 및 미생물을 측정할 수 있는 기술이 필요하다.

더불어 바쁜 현대에 간편식품, 반조리식품, 냉동식품 등의 다양한 포장식품들이 많이 이용되고 있어 다양한 식품들에 세균 존재 유무에 대한 요구가 증가하고 있다.

따라서, 저렴하면서도 포장을 뜯지 않고도 빠른 시간 내에 포장식품, 포장상품 등에 포함된 내용물에 존재하는 세균 및 미생물의 분포 상태를 알 수 있는 검출 방법이 요구된다.

한국공개특허 제10-2015-0050265호

본 발명은 개봉하지 않고도 포장식품 내의 세균 및 미생물의 존재 유무 및 분포량을 알 수 있는 미생물의 존재 검출용 포장용기를 제공한다.

또한, 본 발명은 광원과 센서를 광학계로 구성하여, 광학계를 구동하는 전문적인 지식이 없더라도 빠르고 정밀하게 식품 내 세균 또는 미생물의 존재 유무와 활동성을 탐지할 수 있는 본 발명의 미생물의 존재 검출용 포장용기를 포함하는 미생물의 존재 검출용 시스템을 제공한다.

또한, 본 발명은 본 발명의 포장용기 및 혼돈파 센서를 이용한 포장용기 내 내용물의 미생물 존재 검출방법을 제공한다.

본 발명은 혼돈파 센서를 이용하여 간단하고 저렴하면서도 개봉하지 않고도 미생물의 존재 검출이 가능한 미생물의 존재 검출용 포장용기를 제공하는 것으로,

내용물을 포함하는 포장용기로서,

포장용기의 일측에 혼돈파 센서의 간섭광이 투과될 수 있는 하나 이상의 창이 구비된다.

바람직하게 본 발명의 일 실시예에 따른 미생물의 존재 검출용 포장용기는 식품용기일 수 있으며, 간섭광은 레이저일 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 미생물의 존재 검출용 포장용기는 포장용기의 일측에 구비된 창과 대향되는 타측에 하나이상의 창이 더 구비될 수 있다.

또한 본 발명은 본 발명의 포장용기를 포함하는 미생물 존재 검출용 시스템을 제공하는 것으로 본 발명의 미생물 존재 검출용 시스템은,

본 발명의 포장용기;

상기 포장용기의 하나 이상의 창에 간섭광을 조사하는 광원; 및

상기 포장용기의 창을 통해 입사된 간섭광이 포장용기 내의 내용물에 의해 다중산란(multiple scattering)됨에 따라 형성된 간섭광 스페클(구체적인 일례로 laser speckle)을 기준 시간마다 측정하고, 측정된 간섭광 스페클의 시간 상관관계(temporal correlation)에 기초하여 상기 포장용기내의 내용물에 포함된 미생물의 농도를 측정하는 측정부;를 포함한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 측정부는 기준 시간마다 측정된 간섭광 스페클의 패턴(pattern)의 변화를 분석하여 상기 미생물의 존재 유무 및 농도를 측정하는 것일 수 있으며, 상기 간섭광 스페클의 빛의 세기(intensity)의 표준편차에 기초하여 상기 포장용기내에 포함된 세균의 분포도를 측정하는 것일 수 있으며, 상기 포장용기 내에 존재하는 세균 또는 미생물의 움직임에 따라 변화하는 보강간섭과 상쇄 간섭에 기초하여 빛의 세기(intensity)의 표준편차를 계산하는 것일 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 시스템은 상기 포장용기 내에 간섭광이 조사되어 상기 미생물의 농도가 측정될 때까지 상기 광원 및 측정부의 움직임은 제한되는 것일 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 광원 및 측정부는 반사형 광학계로 구성되거나, 투과형 광학계로 구성되거나, 패키징 형태로 구성될 수도 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 상기 포장용기 내에 입사된 간섭광이 다중산란(multiple scattering)되어 상기 포장용기내의 내용물에 의해 반사되어 출사되며, 출사되는 광의 경로를 변경하는 빔 스플리터(Beam Splitter)를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 미생물의 존재 검출용 시스템은 포장용기를 이송하는 이송부가 더 포함될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 미생물의 존재 검출용 시스템의 혼돈파 센서는 포장용기 내에서 다중산란된 광이 입사되는 광 파면제어부(Spatial Light Modulator: SLM); 및

상기 광 파면 제어부에서 집약되어 출사된 광의 위상 제어 파면을 감지하고, 상기 위상 제어 파면에 기초하여 상기 출사된 광의 방향을 역방향으로 변경함에 따라 위상 공액 파면을 갖는 광을 출력하는 단일 채널 광 감지 및 발생부;를 더 포함할 수 있으며, 상기 단일 채널 광 감지 및 발생부는, 기정의된 반복 알고리즘을 이용하여 상기 위상 제어 파면을 감지하는 것일 수 있다.

또한 본 발명은 미생물을 탐지하기 위해 포장용기의 일측에 하나 이상의 창이 구비된 포장용기의 창을 통해 포장용기내의 내용물에 간섭광을 조사하는 단계;

상기 내용물에 입사된 간섭광이 다중산란(multiple scattering)됨에 따라 형성된 간섭광 스페클을 기정의된 기준 시간마다 측정하는 단계; 및

측정된 간섭광 스페클의 시간 상관관계(temporal correlation)에 기초하여 상기 내용물에 포함된 미생물의 농도를 측정하는 단계;를 포함하는 포장용기내 내용물의 미생물 존재 검출방법을 제공한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 포장용기내 내용물의 미생물 존재 검출방법에서 상기 미생물의 농도를 측정하는 단계는, 상기 기준 시간마다 측정된 간섭광 스페클의 패턴(pattern)의 변화를 분석하여 상기 미생물의 농도를 측정하는 것일 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 포장용기내 내용물의 미생물 존재 검출방법에서 상기 미생물의 농도를 측정하는 단계는, 상기 간섭광 스페클(coherent light speckle) 의 빛의 세기(intensity)의 표준편차에 기초하여 상기 포장용기내 내용물에 포함된 세균의 분포도를 측정하는 것일 수 있으며, 상기 포장용기내 내용물에 존재하는 미생물의 움직임에 따라 변화하는 보강간섭과 상쇄 간섭에 기초하여 빛의 세기(intensity)의 표준편차를 계산하는 것일 수 있다.

본 발명의 미생물의 존재 검출용 포장용기는 포장용기의 일측에 혼돈파 센서의 광이 투과될 수 있는 하나이상의 창이 구비되어 혼돈파 센서를 이용함으로써 비전문가에 의해서도 용이하게 조작이 가능하며, 간단한 공정으로 포장을 뜯지 않고도 빠르고 정밀하게 포장용기내 내용물의 미생물 존재 검출이 가능하다.

본 발명의 미생물 존재 검출용 시스템은 본 발명의 포장용기를 포함하여 간단하고 용이하게 미생물 존재 여부를 판별할 수 있어 일반 가정 및 공장에서 다양한 분야의 포장된 제품에 용이하게 사용할 수 있다.

본 발명의 포장용기내 내용물의 미생물 존재 검출방법은 다양한 내용물이 포장된 포장용기 내의 다양한 내용물 내에 미생물의 존재여부 및 농도를 혼돈파 센서를 이용하여 간단하고 효율적으로 검출할 수 있는 방법이다.

도 1은 종래 기술의 배양접시 내의 미생물 유무를 탐지하는 배양 후 유관 관찰 방법을 설명하기 위해 제공되는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른, 혼돈파 센서의 원리를 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른, 기본 구성인 혼돈파 검출 장치의 내부 구성을 도시한 블록도이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 있어서, 혼돈파 검출 장치를 이용하여 피검사대상에 존재하는 미생물을 탐지하는 방법을 도시한 흐름도이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 있어서, 광학계가 반사형으로 구성되는 경우를 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 있어서, 광학계가 투과형으로 구성되는 경우를 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 있어서, 광학계가 패키징 형태로 구성되는 경우를 도시한 도면이다.
도 8은 본 발명의 일실시예에 있어서, 간섭광 스페클의 시간 상관 관계를 분석하여 세균 및 미생물 농도를 측정하는 방법을 설명하기 위해 제공되는 도면이다.
도 9는 본 발명의 일실시예에 있어서, 시간에 따라 측정된 간섭광 스페클의 빛 세기의 표준편차 분포를 도시한 도면이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 있어서, 광파면제어부 및 단일 채널 광 감지 및 발생부를 포함하는 미생물 존재 검출용 시스템을 도시한 도면이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 혼돈파 센서 및 포장용기를 이용하여 포장용기 내 식품 등을 가공 공장에서 도소매점 또는 가정으로 운송하는 과정에 미생물(박테리아)를 검출하는 방법을 나타내는 도면이다.
도 12는 본 발명의 실시예에 따른 포장용기를 나타낸 예시이다.

이하, 본 발명에 따른 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

본 발명의 실시예들은, 혼돈파 센서를 이용하여 미생물의 존재 검출이 가능한 미생물의 존재 검출용 포장용기를 제공하는 것으로, 본 발명의 미생물의 존재 검출용 포장용기는 포장용기의 일측에 혼돈파 센서의 간섭광이 투과될 수 있는 하나 이상의 창이 구비된다.

본 발명의 일 실시예에 따른 포장용기는 필수적으로 혼돈파 센서를 이용하여 미생물의 존재를 검출하는 것으로, 구체적으로 혼돈파 센서를 통하여 간섭광 스페클의 시간 상관관계(temporal correlation)에 기초하여 포장용기 내의 다양한 내용물에 존재하는 세균 및 미생물의 농도와 활동성을 측정하여 미생물의 존재 유무 및 미생물의 농도를 측정할 수 있다.

특히, 본 발명의 일실시예들은, 간섭광을 조사하는 광원과 포장용기내의 내용물에 존재하는 미생물을 측정하는 센서(예컨대, 1차원 광센서를 구비한 카메라, 2차원 이미지 센서를 구비한 카메라 등)만을 간단하게 광학계로 구성하는 혼돈파 센서를 미생물의 존재 검출에 사용함으로써 빠르고 정밀하게 세균 및 미생물의 농도를 측정할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 포장용기는 포장가능한 대상물이면 모두 가능하며, 일례로, 식품포장용기, 일상용품을 포함하는 생활용품 포장용기 등을 들 수 있으며, 바람직하게는 식품포장용기일 수 있다.

본 발명의 식품포장용기는 식용할 수 있는 모든 식품들을 의미하며, 건조되거나, 반조리된 것이거나, 냉동된 것 등을 모두 포함한다.

본 발명의 미생물 존재 검출용 포장용기는 포장용기를 개봉하지 않고, 혼돈파 센서를 이용하여 용이하고 정밀하게 미생물의 존재여부 및 농도를 측정할 수 있다.

바람직하게 본 발명의 일 실시예에 따른 간섭광은 바람직하게 레이저일 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 포장용기는 포장용기의 일측에 구비된 창과 대향되는 타측에 하나이상의 창이 더 구비될 수 있다.

본 발명의 포장용기의 창은 혼돈파 센서의 간섭광이 투과될 수 있는 물질로 제조된 것이면 모두 가능하며, 내용물의 확인이 용이하고 미적인 측면에서 투명하거나 반투명하게 제조될 수 있다.

또한 본 발명은 본 발명의 포장용기를 이용하여 포장용기내 내용물의 미생물 존재 검출방법을 제공하는 것으로, 본 발명의 포장용기내의 내용물의 미생물 존재 검출방법은,

미생물을 탐지하기 위해 포장용기의 일측에 하나이상의 창이 구비된 포장용기의 창을 통해 포장용기내의 내용물에 간섭광을 조사하는 단계;

상기 내용물에 입사된 간섭광이 다중산란(multiple scattering)됨에 따라 형성된 간섭광 스페클을 기정의된 기준 시간마다 측정하는 단계; 및

측정된 간섭광 스페클의 시간 상관관계(temporal correlation)에 기초하여 상기 내용물에 포함된 미생물의 농도를 측정하는 단계;를 포함한다.

본 발명의 포장용기의 내용물의 미생물 존재 검출방법은 포장용기내의 내용물의 부패여부 및 부패정도를 측정하기위해 포장용기의 개봉없이 포장용기의 창에 간섭광을 조사하여 입사된 간섭광의 다중산란으로 형성된 간섭광 스페클을 측정하여 간섭광 스페클의 시간 상관관계를 기초하여 미생물의 농도를 측정하는 혼돈파 센서를 이용함으로써 간단하고 정밀하게 미생물의 존재를 검출할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 미생물의 농도를 측정하는 단계는 상기 기준 시간마다 측정된 간섭광 스페클의 패턴의 변화를 분석하여 상기 미생물의 농도를 측정하는 것일 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 미생물의 농도를 측정하는 단계는 상기 간섭광 스페클의 빛의 세기(intensity)의 표준편차에 기초하여 상기 포장용기내 내용물에 포함된 세균의 분포도를 측정할 수 있으며,

또한 본 발명의 일 실시예에 따른 상기 미생물의 농도를 측정하는 단계는 상기 포장용기내 내용물에 존재하는 미생물의 움직임에 따라 변화하는 보강간섭과 상쇄 간섭에 기초하여 빛의 세기(intensity)의 표준편차를 계산하여 측정할 수 있다.

본 발명의 포장용기 내의 내용물의 미생물 존재 검출방법은 식품제조업체에서 포장된 식품의 유통 단계에 따라 포장을 개봉하지 않고도 미생물의 부패여부 및 부패 정도를 빠르고 정밀하게 검출할 수 있으며, 가정에서도 본 발명의 포장용기에 포장된 식품의 부패여부 및 부패정도를 빠르고 정밀하게 검출할 수 있는 매우 효율적인 방법이다.

물론 본 발명의 포장용기는 식품뿐만 아니라 다양한 제품의 포장에 사용되어 포장된 내용물의 미생물의 존재를 용이하고 정확하게 검출할 수 있다.

또한 본 발명은 본 발명의 포장용기를 포함하는 미생물의 존재 검출용 시스템을 제공하는 것으로, 본 발명의 미생물 존재 검출용 시스템은,

포장용기의 일측에 혼돈파 센서의 간섭광이 투과될 수 있는 하나 이상의 창이 구비된 포장용기;

상기 포장용기의 하나 이상의 창에 간섭광을 조사하는 광원; 및

상기 포장용기의 창을 통해 입사된 광이 포장용기 내의 내용물에 의해 다중산란(multiple scattering)됨에 따라 형성된 간섭광 스페클을 기준 시간마다 측정하고, 측정된 간섭광 스페클의 시간 상관관계(temporal correlation)에 기초하여 상기 포장용기 내에 내용물에 포함된 미생물의 농도를 측정하는 측정부;를 포함한다.

본 발명의 미생물 존재 검출용 시스템은 간단하고 효율적이면서 정밀하게 미생물의 존재 유무 및 농도를 확인할 수 있는 매우 효율적인 장치이다.

본 발명의 미생물 존재 검출용 시스템은 본 발명의 포장용기와 광원 및 측정부를 포함하는 혼돈파 센서를 포함한다.

더불어,　본 발명에 기재된 시스템은 필요한 기능을 수행하기 위하여 조직화되고 규칙적으로 상호 작용하는 장치,　기구 및 수단 등을 포함하는 구성 요소들의 집합을 의미한다.

먼저 이하에서는 도 2를 참고로 하여 혼돈파 센서의 원리에 대하여 설명한다.

유리와 같이 내부 굴절율이 균질한 물질의 경우에는 간섭광을 조사했을 때에 일정한 방향으로 굴절이 일어난다. 하지만, 내부 굴절률이 불균질한 물체에 레이저와 같은 간섭광(Coherent Light)을 조사하면, 물질 내부에서 매우 복잡한 다중 산란(multiple scattering)이 발생하게 된다.

도 2를 참고하면, 다중 산란을 통해 복잡한 경로로 산란된 빛의 일부는 본 발명의 포장용기내에 존재하는 내용물, 즉 검사 대상면을 통과하게 된다. 검사 대상면의 여러 지점을 통과하는 빛들이 서로 보강 간섭(constructive interference) 또는 상쇄 간섭(destructive interference)를 일으키게 되고, 이러한 빛들의 보강/상쇄 간섭은 낱알 모양의 무늬(스페클)를 발생시키게 된다.

본 명세서에서는 이러한 복잡한 경로로 산란되는 빛들을 "혼돈파(Chaotic wave)"라고 명명하였으며, 혼돈파는 간섭광 스페클을 통해 검출할 수 있으며, 간섭광 스페클은 간섭광이 레이저인 경우 레이저 스페클로 이를 통해 검출할 수 있다.

다시, 도 9의 좌측 도면은 안정한 매질을 간섭광으로 조사하였을 때를 나타낸 도면으로, 내부 구성 물질의 움직임이 없는 안정한 매질을 간섭광(예를 들면 레이저)로 조사하였을 때에는 변화가 없는 안정한 스페클 무늬를 관측할 수 있다.

그러나, 도 9의 우측 도면과 같이, 내부에 박테리아 등, 내부 구성 물질 중 움직임이 있는 불안정한 매질을 포함하고 있는 경우에는 스페클 무늬가 변화하게 된다.

즉, 미생물의 미세한 생명활동(예컨대, 세포 내 움직임, 미생물의 이동 등)으로 인해 광경로가 시간에 따라 미세하게 변화할 수 있다. 스페클 패턴은 빛의 간섭으로 인해 발생하는 현상이기 때문에, 미세한 광경로의 변화는 스페클 패턴에 변화를 발생시킬 수 있다. 이에 따라, 스페클 패턴의 시간적인 변화를 측정함으로써, 미생물의 생명활동을 신속하게 측정할 수 있다. 이처럼, 스페클 패턴의 시간에 따른 변화를 측정하는 경우, 미생물의 존재여부 및 농도를 알 수 있으며, 더 나아가서는 미생물의 종류 또한 알 수 있다.

본 명세서는 기재된 피검사대상은 포장용기 내의 내용물이며 이러한 피검사대상의 스페클 패턴의 변화를 측정하는 구성을 혼돈파 센서(Chaotic wave sensor)라 정의한다.

본 발명의 실시예들에서, 광원과 측정부(센서)로 구성되는 혼돈파 센서는 반사형, 투과형과 같이 다양한 형태로 구성 가능하며, 광학계는 패키징 형태로 구성될 수도 있다.

도 3은 본 발명의 일실시예에 따른, 혼돈파 센서의 내부 구성을 도시한 블록도이고, 도 4는 본 발명의 일실시예에 따른, 간섭광 스페클을 이용하여 포장용기 내의 내용물에 존재하는 미생물을 탐지하는 방법을 도시한 흐름도이다.

이하에서는 도 3 및 도 4를 참조하여 포장용기내의 내용물에 존재하는 세균 또는 미생물의 존재 유무를 간섭광 스페클에 기초하여 탐지하는 혼돈파 센서 동작에 대해 설명하기로 한다.

도 3에서, 혼돈파 센서(200)는 광원(210) 및 측정부(220)를 포함할 수 있다. 그리고, 도 4의 각 단계들(301 내지 303 단계)은 도 3의 혼돈파 센서(200)의 각 구성 요소(예컨대, 광원 및 측정부)에 의해 수행될 수 있다.

바람직하게는 광원(210)은 간섭성(coherence)이 좋은 레이저 광원일 수 있다. 하지만, 레이저 광원 이외에도, 일반 조명에 특정 대역의 파장 또는 특정 파장만을 통과시키는 필터를 포함시켜, 간섭성을 향상시킨 광원을 사용할 수도 있다. 또는 가시광선 대역을 벗어난 영역의 파장(예컨대, 적외선, 자외선 등)을 활용하여 측정할 수도 있다.

301 단계에서, 광원(210)은 미생물을 탐지하기 위해 포장용기의 창을 통해 포장용기내의 내용물(샘플, 201)에 간섭광 또는 간섭파를 조사할 수 있다.

예를 들어, 피검사대상에 스페클을 형성하기 위해서 간섭성(coherence)이 좋은 레이저를 광원(210)으로 이용할 수 있다. 이때, 레이저 광원의 간섭성을 결정하는 광원의 스펙트럴 대역폭(spectral bandwidth)이 짧을수록 측정 정확도가 증가할 수 있다. 즉, 간섭길이(coherence length)가 길수록 측정 정확도가 증가할 수 있다. 이에 따라, 광원의 스펙트럴 대역폭이 기정의된 기준 대역폭 미만인 레이저 광원이 광원(210)으로 이용될 수 있으며, 기준 대역폭보다 짧을수록 측정 정확도는 증가할 수 있다. 예컨대, 아래의 수학식 3의 조건이 유지되도록 광원의 스펙트럴 대역폭이 설정될 수 있다.

[수학식 3]

수학식 3에 따르면, 레이저 스페클의 패턴 변화를 측정하기 위해, 기준 시간마다 배양접시 내에 광을 조사 시에, 광원(210)의 스펙트럴 대역폭은 1nm 미만을 유지될 수 있다.

피검사대상(201)은 세균 또는 미생물이 존재할 수 있는 포장용기 내의 내용물로서, 예컨대, 냉동식품, 건조식품, 반조리식품 등이 될 수 있다.

302 단계에서, 측정부(220)는 포장용기내의 창을 통해 포장용기내의 내용물(201)에 조사된 광이 다중산란(multiple scattering)을 통해 형성한 간섭광 스페클(coherent light speckle)을 미리 결정한 기준 시간마다 측정할 수 있다.

303 단계에서, 측정부(220)는 상기 측정된 간섭광 스페클의 시간 상관관계(temporal correlation)에 기초하여 상기 포장용기 내의 내용물에 포함된 세균 및 미생물의 존재 여부 및 농도를 측정할 수 있다.

예를 들어, 측정부(220)로는 영상을 촬영하는 촬영 장치인 카메라(camera)를 이용할 수 있다. 피검사대상(201)에 간섭광 광이 조사되면, 다중산란에 의해 간섭광 스페클이 형성될 수 있다. 피검사대상 내에 세균, 미생물 등이 존재하는 경우, 시간에 따라 변화하는 간섭광 스페클의 패턴에 기초하여 피검사대상 내에 세균 및 미생물의 존재 여부 및 농도를 신속하게 결정할 수 있다.

예컨대, 일정 간격으로 기준 시간마다 피검사대상에 간섭광이 조사됨에 따라, 피검사대상 내에 간섭광 스페클이 형성될 수 있으며, 카메라 등을 이용하여 다중 산란이 발생하는 피검사대상이 촬영됨에 따라, 간섭광 스페클이 형성된 간섭광 스페클 영상이 생성될 수 있다. 이때, 생성된 복수의 영상들의 스페클 패턴을 측정하기 위해 2차원 이미지 센서 또는 1차원 광센서를 포함하는 카메라가 측정부(220)로 이용될 수 있다. 예컨대, CCD 등의 촬상소자를 탑재한 카메라가 측정부(220)로 이용될 수 있다.

이 때, 측정부(220)는 피검사대상(201)의 표면에서 레이저 스펙클을 검출할 수도 있지만, 바람직하게는 시료(샘플)에 의해 다중산란된 파동이 이동하는 경로 상의 일 영역(A1)에서 레이저 스펙클을 사전에 설정된 시점마다 검출할 수 있다. 이때, 제1 영역(A1)은 피검사대상(201)의 표면(F)으로부터 일정 거리 이격된 영역일 수 있다. 일 실시예로서, 제1 영역(A1)은 피검사대상(201)의 표면(F)으로부터 제1 거리(d1) 이격된 제1 지점(x1)을 포함하는 제1 면(B1)과 피검사대상(201)의 표면(F)으로부터 제1 거리(d1)보다 먼 제2 거리(d2) 이격된 제2 지점(x2)을 포함하는 제2 면(B2) 사이에 배치된 영역일 수 있다. 상술한 측정을 위하여 예컨대, 측정부(220)가 카메라이고 렌즈가 있는 경우에는 피검사대상(201)의 표면(F)을 보는 경우보다 초점 거리를 줄이도록 제어하여 관찰할 수 있다. 더욱 바람직하게는 측정부(220)는 렌즈 없이 CCD(Charge-Coupled Device) 등의 촬상소자를 탑재한 카메라를 포함할 수 있다.

이때, 측정부(220)로 이미지 센서가 이용되는 경우, 이미지 센서 한 픽셀(pixel)의 크기 d가 스페클 패턴의 입자 크기(grain size)보다 작거나 같아지도록 이미지 센서가 배치될 수 있다. 예컨대, 아래의 수학식 4의 조건을 만족하도록, 도 5 내지 도 7의 광학계에서 이미지 센서가 배치될 수 있다.

[수학식 4]

수학식 4와 같이, 이미지 센서의 한 픽셀(pixel)의 크기 d가 스페클 패턴의 입자 크기(grain size) 이하이어야 하나, 픽셀의 크기가 너무 작아지게 되면 언더샘플링(undersampling)이 발생해서 픽셀 해상도를 활용하는데 어려움이 존재할 수 있다. 이에 따라, 효과적인 SNR(Signal to Noise Ratio)를 달성하기 위해 스페클 입자 크기(speckle grain size)에 최대 5개 이하의 픽셀이 위치하도록 이미지 센서가 배치될 수 있다.

스페클 신호의 동적 변화를 비교하기 위해서는 서로 다른 시간에 측정된 최소 둘 이상의 영상이 필요할 수 있다. 예를 들어, 302 단계에서, 일정한 간격으로 기준 시간마다 둘 이상의 간섭광 스페클 영상이 생성될 수 있다. 예컨대, 현재 시간에 레이저 광을 조사하여 피검사대상을 촬영함으로써 생성된 레이저 스페클 영상 1, 10초 후에 광을 조사하여 배양접시를 촬영함으로써 생성된 레이저 스페클 영상 2가 존재할 수 있다. 이외에, 다시 10초 후에 레이저 스페클 영상 3, 다시 10초 후에 레이저 스페클 영상 4 등과 같이, 처음 광을 조사한 이후 일정 간격마다 광을 조사하여, 결국 n-1초 후에 n개의 레이저 스페클 영상이 생성될 수 있다. 그러면, 생성된 레이저 스페클 영상 간의 차이를 분석하여 포장용기내 내용물의 미생물 존재유무가 탐지될 수 있다.

이때, 두 개의 스페클 영상을 이용하여 미생물의 존재유무를 탐지하는지 또는 셋 이상의 스페클 영상을 이용하여 미생물의 존재유무를 탐지하는지에 따라 미생물 탐지 방법이 달라질 수 있다.

일례로, 일정 시간 간격으로 광을 조사함에 따라 각각의 시간에서 생성된 두 개의 스페클 영상을 이용하는 경우, 피검사대상 내에 미생물이 존재하지 않으면 0초에 측정한 스페클 영상과 10초에 측정한 스페클 영상 간의 차이가 기정의된 제1 기준값 이하로 매우 미미할 수 있다. 간혹 작은 신호 차이가 존재할 수 있으나, 이는 수분 증발, 진동 등과 같이 실험 시에 존재하는 모든 잡음(noise)의 영향으로 해석될 수 있다. 이때, 포장용기내의 내용물 내에 미생물이 존재하는 경우(예컨대, B. cereus, E. coli 등), 0초에 생성된 스페클 영상과 10초에 생성된 스페클 영상 간에 차이가 기정의된 제2 기준값 이상일 수 있다. 즉, 0초와 10초 사이에 측정한 스페클 신호의 차이가 제2 기준값 이상으로, 신호에 큰 변화가 존재하면, 피검사대상 내에 박테리아 등의 미생물이 존재함을 탐지할 수 있다.

이처럼, 측정부(220)는 두 스페클 영상 간의 차이(예컨대, 픽셀값 차이 등)가 제1 기준값 이하인지 여부, 그리고, 제2 기준값 이상인지 여부를 체크하여, 포장용기내의 내용물내에 미생물이 존재하는지 여부를 탐지할 수 있다. 이때, 제1 기준값과 제2 기준값을 동일한 값으로 정의될 수도 있고, 서로 다른 값으로 정의될 수도 있다.

다른 예로, 일정 시간 간격으로 측정된 셋 이상의 스페클 영상을 이용하는 경우, 측정부(220)는 셋 이상의 스페클 영상에서 시간 상관 분석(time correlation analysis)을 수행하여 포장용기내 내용물내에 미생물이 존재하는지 여부를 탐지할 수 있다.

즉, 측정부(220)는 일정 시간 간격으로 서로 다른 시점에 피검사대상으로 광을 조사하고, 다중산란(multiple scattering)시켜서 형성된 간섭광 스페클 간의 시간 상관관계(temporal correlation)에 기초하여 포장용기내의 내용물내에 미생물이 존재하는지 여부를 탐지할 수 있다. 예를 들어 각 시간 t에 대해 측정한 스페클 영상을 평준화한 데이터를

라고 하면, 측정부(220)는 특정 지연 시간 τ에 대해, 각 지점에서 시간 상관 계수를 위의 연산할 수 있다. 시간 상관 계수의 연산에 대해서는 상세히 후술하기로 한다.

도 5 내지 도 7은 광학계의 구성을 예시한 도면이다.

도 5는 본 발명의 일실시예에 있어서, 광학계가 반사형으로 구성되는 경우를 도시한 도면이다.

도 5에서, 피검사대상에 입사된 간섭광은 피검사대상의 광학적 불균일한 특징 때문에 다중산란 현상이 발생하여 일부 빛이 반사되어 나올 수 있다. 그러면, 센서(예컨대, 이미지 센서 또는 광센서를 구비한 카메라)는 피검사대상의 광학적 불균일 특성으로 인해 피검사대상에 빛이 반사되어 출사됨에 따라 발생하는 간섭광 스페클 신호를 촬영하여, 피검사대상에 의해 유발된 간섭광 스페클을 측정할 수 있다.

도 6은 본 발명의 일실시예에 있어서, 광학계가 투과형으로 구성되는 경우를 도시한 도면이다.

도 6에서, 피검사대상에 입사된 간섭광은 피검사대상의 광학적 불균일한 특징 때문에 다중산란 현상이 발생하여 일부 빛이 피검사대상을 투과하여 출사될 수 있다. 그러면, 센서는 간섭광이 피검사대상을 투과하여 출사됨에 따라 발생하는 간섭광 스페클 신호를 촬영함으로써, 피검사대상을 투과함에 따라 유발된 간섭광 스페클을 측정할 수 있다.

도 7은 본 발명의 일실시예에 있어서, 광학계가 패키징 형태로 구성되는 경우를 도시한 도면이다.

도 7에서, 피검사대상에 입사된 간섭광은 피검사대상의 광학적 불균일한 특징 때문에 다중산란 현상이 발생하여 일부 빛이 반사되어 나오게 되고, 이를 빔 스플리터(Beam splitter)를 이용하여 일부 빛의 경로를 틀어(변경하여) 센서로 피검사대상에 의해 유발된 간섭광 스페클을 측정할 수 있다. 예컨대, 빔 스플리터는 광원과 피검사대상 사이에 위치하며, 피검사대상에 의해 반사되어 출사되는 광의 경로를 변경시킬 수 있다. 그리고, 센서는 피검사대상에 의해 반사 및 경로가 변경됨에 따라 발생하는 간섭광 스페클을 측정할 수 있다.

도 7에서, 광원, 빔 스플리터(BS), 및 센서는 패키징 형태로 고정되어 하나의 모듈로써 작동하며, 센서에 측정된 하나의 스페클 크기가 센서의 픽셀들 중 2 내지 3 픽셀 이상 되도록 피검사대상을 위치할 수 있다.

도 7에서, 패키징 형태, 즉, 휴대형으로 광학계가 구성되는 경우, 피검사대상에 의해 형성된 간섭광 스페클이 측정되는 동안 광학계에 움직임이 최소화 되는 것이 바람직하다. 하지만, 광학계 전체가 움직이는 경우, 예컨대, 광원과 센서가 동일한 크기로 동시에 움직이는 경우에는 그 움직임을 보정하는 이미지 프로세싱에 의하여 간섭광 스페클을 안정적으로 관측할 수 있다.

도 5 내지 도 7에서는 여러가지 형태의 광학계 구성을 예시하였다. 단, 이러한 광학계는 바람직하게는 촬영된 여러 개의 스페클 중 하나의 스페클 크기가 센서의 픽셀 기준으로 2 내지 3 픽셀 이상 되도록 구성할 수 있다.

도 8은 본 발명의 일실시예에 있어서, 간섭광 스페클의 시간 상관 관계를 분석하여 세균 및 미생물 농도를 측정하는 방법을 설명하기 위해 제공되는 도면이다.

도 8에서, 간섭광 스페클의 시간에 따른 상관 관계를 분석하여 세균 및 미생물 농도를 측정하는 동작은 도 3의 측정부(220)에 의해 수행될 수 있다.

도 8을 참고하면, 광원(210)은 기준 시간마다 간섭광을 피검사대상(201)에 조사할 수 있으며, 측정부(220)는 다중산란에 의해 형성된 간섭광 스페클을 기준 시간마다 측정할 수 있다. 이때, 측정부(220)는 기준 시간마다 생성된 간섭광 스페클 영상들을 분석하여, 시간에 따른 상관 관계 계수의 변화를 통해 피검사대상(201) 내에 세균 및 미생물 농도를 측정할 수 있다.

이때에 레이저 스페클의 시간에 따른 상관 관계는 첫번째 시점에서 촬영된 영상과 이후에 계속 촬영되는 영상들 사이에 연산될 수도 있고, 또는 이웃하는 두 시점에서 촬영된 영상에 대한 상관 관계를 연산할 수도 있다.

또는, 단순하게는 레이저 스페클의 시간에 따른 변화를 두 영상들의 각 픽셀의 이미지 값의 차를 구하는 방식으로 볼 수도 있다. 예컨대, 첫번째 시점에서 촬영된 영상과 이후에 계속 촬영되는 영상들 사이의 차를 연산할 수도 있고, 또는 이웃하는 두 시점에서 촬영된 영상의 차를 연산할 수도 있다.

측정된 레이저 스페클 영상의 시간 상관 관계는 아래의 수학식 1을 이용하여 계산될 수 있다.

[수학식 1]

수학식 1에서,

:시간 상관 관계 계수,

: 표준화된 빛 세기, (x, y): 카메라의 픽셀 좌표, t: 측정된 시간, T: 총 측정 시간, t: 타임레그(time lag)를 나타낼 수 있다.

수학식 1에 따라 시간 상관 관계 계수가 계산될 수 있으며, 시간 상관 관계 계수가 기정의된 특정 값 이하로 떨어지는 시간 분석을 통해 세균 및 미생물 농도가 측정될 수 있다. 세균 및 미생물의 농도가 증가할수록 시간 상관 관계 계수가 특정 값 이하로 떨어지는 시간이 짧아진다. 특정 값을 정하는 기준은 피검사대상(201)의 종류 또는 피검사대상(201)에 존재하는 미생물의 종류에 따라 다양하게 적용될 수 있다.

일례로, 측정부(220)는 간섭광 스페클 영상들에서, 시간이 변화됨에 따라 간섭광 스페클의 패턴이 변화하였는지 여부를 확인함으로써, 피검사대상(201) 내에 세균 및 미생물이 존재하는지 여부를 결정할 수 있다. 예컨대, 피검사대상(201) 내에 움직임이 없으면, 간섭광 스페클은 시간에 따른 간섭무늬의 변화가 없다. 즉, 상기 움직임이 없으면 기준 시간마다 측정된 간섭광 스페클 영상들에서, 간섭광 스페클의 패턴이 일정한 간섭무늬를 가질 수 있다. 이처럼, 간섭광 스페클 영상들이 시간에 따른 간섭무늬의 변화가 없거나 매우 작은 경우, 측정부(220)는 피검사대상(201)에 세균 및 미생물이 존재하지 않는 것으로 결정할 수 있다.

그리고, 상기 간섭광 스페클의 패턴이 변화하는 경우, 측정부(220)는 피검사대상(201)에 세균 및 미생물이 존재하는 것으로 결정할 수 있다. 즉, 피검사대상(201)인 식품 내에 세균이나 미생물이 존재하는 경우 시간이 지남에 따라, 세균 및 미생물은 증식하며 세균과 미생물은 지속적으로 움직임일 수 있다. 이러한 세균과 미생물의 움직임으로 인해 레이저 스페클의 패턴이 시간에 따라 지속적으로 변화될 수 있다. 이에 따라, 기준시간마다 측정된 간섭광 스페클 영상에서, 간섭광 스페클의 패턴이 이리 결정된 오차범위 이상으로 변한 경우, 측정부(220)는 피검사대상(201)에 세균 및 미생물이 존재하는 것으로 결정할 수 있다.

이때, 간섭광 스페클의 패턴의 변화 정도는 세균 및 미생물의 농도에 따라 결정될 수 있다. 이에 따라, 시간 상관 관계 분석을 통해 세균 및 미생물의 농도가 측정될 수 있다. 예를 들어, 간섭광 스페클의 패턴의 변화 정도를 측정하기 위해 간섭광 스페클의 빛 세기의 표준 편차가 이용될 수 있다.

도 9는 본 발명의 일실시예에 있어서, 시간에 따라 측정된 레이저 스페클의 빌 세기의 표준편차 분포를 도시한 도면이다.

도 9를 참고하면, 측정부(220)는 기준 시간마다 측정된 레이저 스페클 영상을 대상으로, 레이저 스페클의 빛 세기(intensity)의 표준편차를 계산할 수 있다.

피검사대상(201) 내에 존재하는 세균 및 미생물이 지속적으로 움직임에 따라 보강 간섭과 상쇄 간섭이 상기 움직임에 대응하여 변화할 수 있다. 이때, 보강 간섭과 상쇄 간섭이 변화함에 따라, 빛 세기의 정도가 크게 변화할 수 있다. 그러면, 측정부(220)는, 빛 세기의 변화 정도를 나타내는 표준 편차를 구하여 피검사대상(201)에서 세균 및 미생물이 있는 곳을 측정할 수 있으며, 세균 및 미생물의 분포도를 측정할 수 있다.

예를 들어, 측정부(220)는 기정의된 시간마다 측정된 레이저 스페클 영상을 합성하고, 합성된 영상에서 레이저 스페클의 시간에 따른 빛 세기 표준편차를 계산할 수 있다. 레이저 스페클의 시간에 따른 빛 세기 표준편차는 아래의 수학식 2에 기초하여 계산될 수 있다.

[수학식 2]

수학식 2에서, S: 표준편차, ( x,y ): 카메라 픽셀 좌표, T: 총 측정 시간, t: 측정 시간, I _t : t 시간에 측정된 빛 세기,

: 시간에 따른 평균 빛 세기를 나타낼 수 있다.

세균 및 미생물의 움직임에 따라 보강 및 상쇄 간섭 패턴이 달라지게 되고, 수학식 2에 기초하여 계산된 표준편차 값이 커지게 되기 때문에 이에 기초하여 세균 및 미생물의 농도가 측정될 수 있다.

그리고, 측정부(220)는 레이저 스페클의 빛 세기의 표준편차 값의 크기와 세균 및 미생물 농도와 선형적인 관계에 기초하여 피검사대상(201)에 포함된 세균 및 미생물의 분포도, 즉, 농도를 측정할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 미생물의 존재 검출용 시스템은 포장용기를 이송하는 이송부가 더 포함될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 이송부는 이를 제어할 수 있는 제어부가 더 포함될 수 있으며, 제어부의 제어에 따라 미생물의 존재 검출용 시스템에 내용물을 포함하는 포장용기가 자동으로 투입되고 혼돈파 센서에 의해 미생물의 존재가 검출된 후 자동으로 퇴출될 수 있다.

본 발명의 혼돈파 센서는 포장용기 내에 다중산란된 광이 입사되는 광파면제어부(Spatial Light Modulator: SLM); 및

상기 광 파면 제어부에서 집약되어 출사된 광의 위상 제어 파면을 감지하고, 상기 위상 제어 파면에 기초하여 상기 출사된 광의 방향을 역방향으로 변경함에 따라 위상 공액 파면을 갖는 광을 출력하는 단일 채널 광 감지 및 발생부;를 더 포함할 수 있다.

도 10을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 광파면 제어부(310)는 포장용기 내에 내용물에 의해 다중산란된 파면을 갖는 광을 입사받아, 광의 위상을 제어할 수 있다.

광 파면 제어부는 산란된 광을 단일 채널 광 감지 및 발생부(320)로 모아서 집약시킬 수 있다.

구체적인 일례로, 광 파면 제어부(310)가 감지하고자 하는 산란된 광을 변조 시, 광 파면 제어부(310)와 산란된 광의 위상 패턴이 1:1로 매칭되는 순간에 산란된 광은 평면파로 바뀔 수 있다. 이처럼, 평면파의 경우, 광의 세기가 크기 때문에, 광 파면 제어부는 평면파를 모아서 단일 채널 광 감지 및 발생부(320)로 출사시킬 수 있다.

이에 따라, 단일 채널 광 감지 및 발생부(320)는 광 파면 제어부(310)를 통해 모아진 광의 위상 제어 파면을 감지할 수 있다.

일례로, 단일 채널 광 감지 및 발생부는 기정의된 반복 알고리즘을 이용하여 광 파면 제어부에서 출사된 광이 단일 채널 광 감지 및 발생부에 최대한 집약되는 위상 제어 파면을 감지할 수 있다. 예를 들어, 단일 채널 광 감지 및 발생부는 광 파면 제어부에서 출사된 광의 세기가 단일 채널 광 감지 및 발생부 내의 기설정된 초점 지점에 모아짐에 따라, 모아진 광에 대한 위상 제어 파면을 감지할 수 있다.

여기서, 반복 알고리즘은, 여러 번의 측정을 통해 빛의 세기를 한 곳으로 모아 최적 위상 제어 파면을 찾는 알고리즘들을 모두 통칭할 수 있다. 예를 들어, 반복 알고리즘으로는, 픽셀 한 개씩 최적 위상 값을 찾는 알고리즘, 유전적 알고리즘에 기반한 취적 위상 패턴 찾기 알고리즘, 각각의 픽셀에 측정 주파수를 배딩하고 측정 결과를 퓨리에 변환함으로써 최적 위상 패턴을 찾는 알고리즘 등이 이용될 수 있다.

이때, 감지하고자 하는 산란된 파면을 갖는 광의 파장은 위상 공액 시 사용되는 광원의 파장과 동일하거나, 또는 유사할 수 있다. 다시 말해, 광 파면 제어부를 통해 단일 채널 광 감지 및 발생부에 모아진 광의 파장은 위상 공액 시 사용되는 광원의 파장과 동일하거나, 또는 유사할 수 있다.

따라서 본 발명의 포장용기 내의 내용물에 포장용기의 창을 통해 간섭광을 조사하면 포장용기 내의 내용물에 의해 다중산란된 파면을 갖는 광을 광 파면 제어부에서 입사받아 광을 감지하고 모아서 단일 채널 광 감지 및 발생부로 모아서 집약시켜 포장용기 내의 내용물에 의해 다중산란된 파장과 동일하거나 유사한 파장을 발생시킨다.

도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 혼돈파 센서 및 포장용기를 이용하여 포장용기 내 식품 등을 가공 공장에서 도소매점 또는 가정으로 운송하는 과정에 박테리아를 검출하는 방법을 나타내는 도면이다.

최초, 가공 공장(1110)에서는 포장용기에 담겨있는 식품들이 운반용 차량(1120)에 탑재된다. 운반용 차량(1120)은 본 발명의 실시예에 따른 혼돈파 센서를 포함하며, 식품 탑재 시 운반용 차량(1120)에 포함된 혼돈파 센서에 의하여 최초 미생물의 농도가 측정되고, 네트워크(1140)를 통하여 서버(1150)에 탑재시의 미생물 농도가 저장된다.

운반용 차량(1120)에서 운송되는 과정 중에도 일정 시간 마다 미생물의 농도가 측정되고, 동일 서버(1150)에 저장될 수 있다.

마지막으로 운반된 식품들을 도소매점(1130)에 반입할 때에 미생물의 농도를 측정할 수도 있다. 이 경우, 도소매점(1130)은 다시 네트워크(1140)를 통하여 탑재시의 미생물 농도를 알 수 있으며, 도소매점(1130)은 식품 운송과정에서의 미생물 번식 상황에 대하여 잘 알 수 있게 된다. 또한, 이러한 미생물 농도 네트워크 서버(1140)를 운용하는 경우에는, 미생물 번식으로 인한 소비자의 피해가 발생하면 책임 소재를 명확하게 판단할 수 있게 된다.

도 12는 본 발명의 실시예에 따른 포장용기를 나타낸 예시이다.

도 12에 따르면, 본 발명의 실시예에 따른 포장용기(1210)는 창(1220)을 포함할 수 있다. 이 경우, 스패클 패턴의 변화를 측정하는 것이므로, 간섭광을 투과할 수 있는 소재를 사용하는 것이 바람직하다. 따라서, 스페클 패턴(1230)이 관찰될 수 있다.

이상에서 설명한 바와 같이, 스페클 패턴의 시간적인 변화를 측정하여 미생물의 존재유무를 탐지함으로써, 미생물을 며칠에 걸쳐 배양하지 않고도 수초 안에 신속하게 탐지할 수 있을 뿐만 아니라, 포장을 뜯지 않고도 피검사대상인 포장용기내의 내용물에 간섭광을 조사하여 간섭광 스페클을 측정하는 것만으로 즉각적으로 미생물의 존재여부를 탐지할 수 있다. 이에 따라, 미생물이 존재하는 것으로 탐지되면, 탐지된 미생물에 대한 반응성을 바로 그 자리에서 측정할 수 있어, 이로인한 피해를 사전에 예방할 수 있다.

그리고, 도 4 내지 도 7과 같이, 산란파 광원과 이미지 센서만으로 광학계의 구현이 가능하므로, 저렴한 가격으로 광학계를 제공할 수 있을 뿐만 아니라, 소형 제작이 가능하므로 다양한 환경에서 폭넓게 적용될 수 있다.

더불어 본 발명의 포장용기 및 혼돈파 센서를 이용한 미생물 존재 검출시스템은 상업적으로 다양한 분야의 포장상물의 생산과 유통과장에 용이하게 적용이 가능하다.

즉, 포장된 내용물 내의 미생물 존재여부 및 농도를 포장을 개봉하지 않고도 빠르고 정밀하게 측정이 가능하여 측정시간, 측정단계 등이 획기적으로 줄여 매우 경제적이다.

이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.　 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.

110, 120: 종래의 미생물의 배양방법 111: 배양접시
112: 미생물 주입 배양접시 113: 미생물이 배양된 배양접시
121: 항생제 주입 배양접시 122: 항생제한 후 배양된 배양접시
200: 미생물 탐지 장치 201: 샘플(피검사대상)
210: 광원 220: 측정부
301: 광조사 단계 302: 레이저 스페클 측정단계
303: 미생물 농도 측정단계 310: 광파면 제어부
320: 단일채널 광 감지 및 발생부
1110: 가공 공장 1120: 운반용 차량
1130: 도서매점 1140: 네트위크
1150: 서버
1210: 포장용기 1220: 창
1230: 스페클 패턴

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5. 포장용기의 일측에 혼돈파 센서의 간섭광이 투과될 수 있는 하나 이상의 창이 구비된 포장용기;
   포장용기의 하나 이상의 창에 간섭광을 조사하는 광원; 및
   상기 포장용기의 창을 통해 입사된 광이 포장용기 내의 내용물에 의해 다중산란됨에 따라 형성된 간섭광 스페클을 기준 시간마다 측정하고, 측정된 레이저 스페클의 시간 상관관계에 기초하여 상기 포장용기 내에 내용물에 포함된 미생물의 농도를 측정하는 측정부;를 포함하고,
   상기 혼돈파 센서는 포장용기 내에서 다중산란된 광이 입사되는 광 파면제어부;
   상기 광 파면 제어부에서 집약되어 출사된 광의 위상 제어 파면을 감지하고, 상기 위상 제어 파면에 기초하여 위상 공액 파면을 갖는 광을 출력하는 단일 채널광 감지 및 발생부;를 더 포함하는 미생물의 존재 검출용 시스템.
6. 제 5항에 있어서,
   상기 측정부는 기준 시간마다 측정된 레이저 스페클의 패턴의 변화를 분석하여 상기 미생물의 존재 유무 및 농도를 측정하는 것인 미생물의 존재 검출용 시스템.
7. 제 5항에 있어서,
   상기 측정부는,
   상기 레이저 스페클의 빛의 세기의 표준편차에 기초하여 상기 포장용기내에 포함된 세균의 분포도를 측정하는 것인 미생물의 존재 검출용 시스템.
8. 제 5항에 있어서,
   상기 측정부는,
   상기 포장용기 내에 존재하는 세균 또는 미생물의 움직임에 따라 변화하는 보강
   간섭과 상쇄 간섭에 기초하여 빛의 세기의 표준편차를 계산하는 것인 미생물의 존재 검출용 시스템.
9. 제 5항에 있어서,
   상기 포장용기 내에 간섭광이 조사되어 상기 미생물의 농도가 측정될 때까지 상기 광원 및 측정부의 움직임은 제한되는 것인 미생물의 존재 검출용 시스템.
10. 제 5항에 있어서,
    상기 광원 및 측정부는 반사형 광학계로 구성되는 미생물의 존재 검출용 시스템.
11. 제 5항에 있어서,
    상기 광원 및 측정부는 투과형 광학계로 구성되는 것인 미생물의 존재 검출용 시스템.
12. 제 5항에 있어서,
    상기 광원 및 측정부는 패키징 형태로 구성되는 것인 미생물의 존재 검출용 시스템.
13. 제 5항에 있어서,
    상기 포장용기 내에 입사된 광이 다중산란되어 상기 포장용기내의 내용물에 의해 반사되어 출사되며, 출사되는 광의 경로를 변경하는 빔 스플리터를 더 포함하는 미생물의 존재 검출용 시스템.
14. 제 5항에 있어서,
    상기 시스템은 포장용기를 이송하는 이송부가 더 포함되는 미생물의 존재 검출용 시스템.
15. 삭제
16. 제 5항에 있어서,
    상기 단일 채널 광 감지 및 발생부는, 기정의된 반복 알고리즘을 이용하여 상기 위상 제어 파면을 감지하는 것인 미생물의 존재 검출용 시스템.
17. 미생물을 탐지하기 위해 포장용기의 일측에 하나이상의 창이 구비된 포장용기의 창을 통해 포장용기내의 내용물에 광을 조사하는 단계;
    상기 내용물에 입사된 광이 다중산란됨에 따라 형성된 레이저 스페클(laser speckle)을 기정의된 기준 시간마다 측정하는 단계; 및
    측정된 레이저 스페클의 시간 상관관계에 기초하여 상기 내용물에 포함된 미생물의 농도를 측정하는 단계;를 포함하고,
    상기 레이저 스페클을 기정의된 기준 시간마다 측정하는 단계는,
    광 파면제어부를 이용하여 상기 포장용기 내에서 다중산란되어 입사되는 광을 집약시켜 출사하는 단계; 및
    단일 채널광 감지 및 발생부를 이용하여 상기 출사된 광의 위상 제어 파면을 감지하고, 상기 위상 제어 파면에 기초하여 위상 공액 파면을 갖는 광을 출력하는 단계;를 구비하는 포장용기내 내용물의 미생물 존재 검출방법.
18. 제 17항에 있어서,
    상기 미생물의 농도를 측정하는 단계는, 상기 기준 시간마다 측정된 레이저 스페클의 패턴의 변화를 분석하여 상기 미생물의 농도를 측정하는 것인 포장용기내 내용물의 미생물 존재를 검출하는 방법.
19. 제 17항에 있어서,
    상기 미생물의 농도를 측정하는 단계는, 상기 레이저 스페클의 빛의 세기의 표준편차에 기초하여 상기 포장용기내 내용물에 포함된 세균의 분포도를 측정하는 것인 포장용기내 내용물의 미생물 존재를 검출하는 방법.
20. 제 17항에 있어서,
    상기 미생물의 농도를 측정하는 단계는 상기 포장용기내 내용물에 존재하는 미생물의 움직임에 따라 변화하는 보강간섭과 상쇄 간섭에 기초하여 빛의 세기의 표준편차를 계산하는 것인 포장용기내 내용물의 미생물 존재를 검출하는 방법.

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