KR102652472B1 - Apparatus for detecting sample characteristic using a chaotic sensor - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일 실시예는 시료를 수용하는 시료 배치부, 시료를 향하여 파동을 조사하는 파동원, 상기 조사된 파동이 상기 시료에 의해 다중 산란(multiple scattering)되어 발생된 레이저 스펙클을 검출하되, 상기 시료에 의해 상기 다중 산란된 파동이 이동하는 경로 상의 일 영역에서 상기 레이저 스펙클을 사전에 설정된 시점마다 검출하는 검출부 및 상기 검출된 레이저 스펙클의 시간 상관관계(temporal correlation)을 획득하고, 상기 획득된 시간 상관관계를 기초하여, 상기 시료의 특성을 실시간(real-time)으로 탐지하는 제어부;를 포함하는 시료 특성 탐지 장치를 제공한다.One embodiment of the present invention includes a sample placement unit that accommodates a sample, a wave source that irradiates waves toward the sample, and a laser speckle generated by multiple scattering of the irradiated wave by the sample, A detection unit that detects the laser speckle at a preset time point in an area on the path along which the multiple scattering wave moves by the sample and obtains a temporal correlation of the detected laser speckle, A control unit detects the characteristics of the sample in real-time based on the obtained time correlation.

Description

혼돈파 센서를 이용한 시료 특성 탐지 장치{Apparatus for detecting sample characteristic using a chaotic sensor}Apparatus for detecting sample characteristic using a chaotic sensor}

본 발명의 실시예들은 혼돈파 센서를 이용한 시료 특성 탐지 장치에 관한 것이다.Embodiments of the present invention relate to a sample characteristic detection device using a chaotic wave sensor.

인간은 다양한 생물들과 같은 공간에서 생활하고 있다. 눈에 보이는 생물부터 눈에 보이지 않는 생물들까지 인간의 주변에서 함께 생활하면서, 인간에게 직간접적으로 영향을 주고 있다. 그 중 인간의 건강에 영향을 주는 미생물 또는 작은 생물들은 눈에는 잘 보이지 않지만 인간의 주변에 존재하여 다양한 질병들을 유발하고 있다.Humans live in the same space as various living things. From visible to invisible creatures, they live together around humans and affect them directly or indirectly. Among them, microorganisms or small organisms that affect human health are invisible to the eye, but they exist around humans and cause various diseases.

눈에 보이지 않는 미생물을 측정하기 위해서, 종래에는 미생물 배양법, 질량분석법(mass spectrometry), 핵자기공명(unclear magnetic resonance) 기법 등을 이용하였다. 미생물 배양법, 질량분석법, 핵자기공명 기법의 경우, 특정 종류의 세균을 정밀하게 측정할 수 있으나, 세균을 배양시키는 준비 시간이 오래 걸리고, 고비용의 정밀하고 복잡한 장비를 필요로 한다.To measure invisible microorganisms, conventional methods such as microbial culture, mass spectrometry, and unclear magnetic resonance were used. In the case of microbial culture, mass spectrometry, and nuclear magnetic resonance techniques, specific types of bacteria can be measured precisely, but it takes a long time to prepare for cultivating the bacteria and requires high-cost, precise, and complex equipment.

이외에, 광학적 기법을 이용하여 미생물을 측정하는 기법이 있다. 예를 들어, 광학적 기법으로 라만 분광법(Raman spectrometry), 및 다중분광영상(Multispectral imaging)이 이용되나, 복잡한 광학계가 필요하여, 복잡한 광학계를 다룰 수 있는 전문적인 지식과 연구실 수준의 설비를 요구하며, 오랜 측정 시간이 필요하므로, 일반적인 대중이 사용하는데 문제점이 있다.In addition, there is a technique for measuring microorganisms using optical techniques. For example, Raman spectrometry and multispectral imaging are used as optical techniques, but they require a complex optical system, requiring professional knowledge and laboratory-level equipment to handle the complex optical system. Because it requires a long measurement time, there are problems with its use by the general public.

상기한 문제 및/또는 한계를 해결하기 위하여, 혼돈파 센서를 이용한 시료 특성 탐지 장치를 제공하는 데에 목적이 있다.In order to solve the above problems and/or limitations, the purpose is to provide a sample characteristic detection device using a chaotic wave sensor.

본 발명의 일 실시예는 시료를 수용하는 시료 배치부, 시료를 향하여 파동을 조사하는 파동원, 상기 조사된 파동이 상기 시료에 의해 다중 산란(multiple scattering)되어 발생된 레이저 스펙클을 검출하되, 상기 시료에 의해 상기 다중 산란된 파동이 이동하는 경로 상의 일 영역에서 상기 레이저 스펙클을 사전에 설정된 시점마다 검출하는 검출부 및 상기 검출된 레이저 스펙클의 시간 상관관계(temporal correlation)을 획득하고, 상기 획득된 시간 상관관계를 기초하여, 상기 시료의 특성을 실시간(real-time)으로 탐지하는 제어부;를 포함하는 시료 특성 탐지 장치를 제공한다.One embodiment of the present invention includes a sample placement unit that accommodates a sample, a wave source that irradiates waves toward the sample, and a laser speckle generated by multiple scattering of the irradiated wave by the sample, A detection unit that detects the laser speckle at a preset time point in an area on the path along which the multiple scattering wave moves by the sample and obtains a temporal correlation of the detected laser speckle, A control unit detects the characteristics of the sample in real-time based on the obtained time correlation.

전술한 것 외의 다른 측면, 특징, 이점이 이하의 도면, 특허청구범위 및 발명의 상세한 설명으로부터 명확해질 것이다.Other aspects, features and advantages in addition to those described above will become apparent from the following drawings, claims and detailed description of the invention.

본 발명의 실시예들에 따른 시료 특성 탐지 장치는 파동경로변경부를 이용하여 복수의 시료배치부에 수용된 복수의 시료들의 미생물 존재 여부 또는 미생물의 농도를 빠르게 탐지할 수 있다.The sample characteristic detection device according to embodiments of the present invention can quickly detect the presence or concentration of microorganisms in a plurality of samples accommodated in a plurality of sample arrangement units using a wave path changer.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 혼돈파 센서의 원리를 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 시료 특성 탐지 장치를 개략적으로 도시한 개념도다.
도 3은 도 2의 시료채취수단의 다른 실시형태를 도시한 개념도이다.
도 4는 도 2의 시료채취수단을 이용한 시료 특성 탐지 장치를 개략적으로 도시한 개념도이다.
도 5는 도 2의 검출부에서의 레이저 스펙클의 검출 방법을 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 제어부에서 레이저 스펙클의 시간 상관 관계를 분석하는 방법을 설명하기 위해 제공되는 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 시료 특성 탐지 장치를 통해 시간에 따라 측정된 레이저 스펙클의 빛 세기의 표준편차 분포를 도시한 도면이다.
도 8a 및 도 8b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 시료 특성 탐지 장치(100-4)를 개략적으로 도시한 개념도이다.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 시료 특성 탐지 장치을 개략적으로 도시한 개념도이다.
도 10은 도 9의 Ⅰ-Ⅰ선을 따라 절취한 단면도이다.
도 11 및 도 12는 본 발명의 다른 실시예예 따른 시료 특성 탐지 장치의 다른 실시형태들을 개략적으로 도시한 도면이다.1 is a diagram for explaining the principle of a chaotic wave sensor according to an embodiment of the present invention.
Figure 2 is a conceptual diagram schematically showing a sample characteristic detection device according to an embodiment of the present invention.
Figure 3 is a conceptual diagram showing another embodiment of the sample collection means of Figure 2.
FIG. 4 is a conceptual diagram schematically showing a sample characteristic detection device using the sample collection means of FIG. 2.
FIG. 5 is a diagram illustrating a method of detecting laser speckle in the detection unit of FIG. 2.
FIG. 6 is a diagram provided to explain a method of analyzing the temporal correlation of laser speckles in a control unit according to an embodiment of the present invention.
Figure 7 is a diagram showing the standard deviation distribution of the light intensity of the laser speckle measured over time through a sample characteristic detection device according to an embodiment of the present invention.
FIGS. 8A and 8B are conceptual diagrams schematically showing a sample characteristic detection device 100-4 according to another embodiment of the present invention.
Figure 9 is a conceptual diagram schematically showing a sample characteristic detection device according to another embodiment of the present invention.
FIG. 10 is a cross-sectional view taken along line I-I of FIG. 9.
11 and 12 are diagrams schematically showing other embodiments of a sample characteristic detection device according to another embodiment of the present invention.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 이하의 실시예들을 상세히 설명하기로 하며, 도면을 참조하여 설명할 때 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.Hereinafter, the following embodiments will be described in detail with reference to the accompanying drawings. When describing with reference to the drawings, identical or corresponding components will be assigned the same reference numerals and duplicate descriptions thereof will be omitted.

본 실시예들은 다양한 변환을 가할 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 본 실시예들의 효과 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 내용들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 실시예들은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 다양한 형태로 구현될 수 있다. Since various transformations can be made to these embodiments, specific embodiments will be illustrated in the drawings and described in detail in the detailed description. The effects and features of the present embodiments and methods for achieving them will become clear by referring to the detailed description below along with the drawings. However, the present embodiments are not limited to the embodiments disclosed below and may be implemented in various forms.

이하의 실시예에서 제1, 제2 등의 용어는 한정적인 의미가 아니라 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하는 목적으로 사용되었다. In the following embodiments, terms such as first and second are used not in a limiting sense but for the purpose of distinguishing one component from another component.

이하의 실시예에서 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.In the following examples, singular expressions include plural expressions, unless the context clearly dictates otherwise.

이하의 실시예에서 포함하다 또는 가지다 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 또는 구성요소가 존재함을 의미하는 것이고, 하나 이상의 다른 특징들 또는 구성요소가 부가될 가능성을 미리 배제하는 것은 아니다. In the following embodiments, terms such as include or have mean the presence of features or components described in the specification, and do not exclude in advance the possibility of adding one or more other features or components.

이하의 실시예에서 유닛, 영역, 구성 요소 등의 부분이 다른 부분 위에 또는 상에 있다고 할 때, 다른 부분의 바로 위에 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 유닛, 영역, 구성 요소 등이 개재되어 있는 경우도 포함한다. In the following embodiments, when a part of a unit, area, component, etc. is said to be on or on another part, it is not only the case where it is directly on top of the other part, but also when other units, areas, components, etc. are interposed between them. Also includes cases.

이하의 실시예에서 연결하다 또는 결합하다 등의 용어는 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 반드시 두 부재의 직접적 및/또는 고정적 연결 또는 결합을 의미하는 것은 아니며, 두 부재 사이에 다른 부재가 개재된 것을 배제하는 것이 아니다.In the following embodiments, terms such as connect or combine do not necessarily mean a direct and/or fixed connection or combination of two members, unless the context clearly indicates otherwise, and do not mean that another member is interposed between the two members. It's not exclusion.

명세서상에 기재된 특징, 또는 구성요소가 존재함을 의미하는 것이고, 하나 이상의 다른 특징들 또는 구성요소가 부가될 가능성을 미리 배제하는 것은 아니다.This means that the features or components described in the specification exist, and does not preclude the possibility of adding one or more other features or components.

도면에서는 설명의 편의를 위하여 구성 요소들이 그 크기가 과장 또는 축소될 수 있다. 예컨대, 도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 이하의 실시예는 반드시 도시된 바에 한정되지 않는다.In the drawings, the sizes of components may be exaggerated or reduced for convenience of explanation. For example, the size and thickness of each component shown in the drawings are arbitrarily shown for convenience of explanation, so the following embodiments are not necessarily limited to what is shown.

이하에서는 먼저, 도 1을 참조하여, 본 발명의 혼돈파 센서의 원리에 대하여 설명한다.Below, first, the principle of the chaotic wave sensor of the present invention will be described with reference to FIG. 1.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 혼돈파 센서의 원리를 설명하기 위한 도면이다.1 is a diagram for explaining the principle of a chaotic wave sensor according to an embodiment of the present invention.

유리와 같이 내부 굴절율이 균질한 물질의 경우에는 광을 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. In the case of materials with a homogeneous internal refractive index, such as glass, refraction occurs in a certain direction when light is irradiated. However, when coherent light such as a laser is irradiated to an object with a non-homogeneous internal refractive index, very complex multiple scattering occurs inside the material.

도 1을 참고하면, 파동원에서 조사한 빛 또는 파동(이하, 간략화를 위하여 파동이라 함) 중, 다중 산란을 통해 복잡한 경로로 산란된 파동의 일부는 검사 대상면을 통과하게 된다. 검사 대상면의 여러 지점을 통과하는 파동들이 서로 보강 간섭(constructive interference) 또는 상쇄 간섭(destructive interference)를 일으키게 되고, 이러한 파동들의 보강/상쇄 간섭은 낱알 모양의 무늬(스페클; speckle)를 발생시키게 된다.Referring to FIG. 1, among light or waves (hereinafter referred to as waves for simplicity) emitted from a wave source, some of the waves scattered in a complex path through multiple scattering pass through the inspection target surface. Waves passing through various points on the surface to be inspected cause constructive interference or destructive interference with each other, and the constructive/destructive interference of these waves generates grain-shaped patterns (speckle). do.

본 명세서에서는 이러한 복잡한 경로로 산란되는 파동들을 "혼돈파(Chaotic wave)"라고 명명하였으며, 혼돈파는 레이저 스페클을 통해 검출할 수 있다.In this specification, waves scattered through such complex paths are called “chaotic waves,” and chaotic waves can be detected through laser speckle.

다시, 도 1의 좌측 도면은 안정한 매질을 레이저로 조사하였을 때를 나타낸 도면이다. 내부 구성 물질의 움직임이 없는 안정한 매질을 간섭광(예를 들면 레이저)로 조사하였을 때에는 변화가 없는 안정한 스페클 무늬를 관측할 수 있다.Again, the left drawing of Figure 1 is a drawing showing when a stable medium is irradiated with a laser. When a stable medium in which there is no movement of internal components is irradiated with interference light (for example, a laser), a stable speckle pattern without change can be observed.

그러나, 도 1의 우측 도면과 같이, 내부에 박테리아 등, 내부 구성 물질 중 움직임이 있는 불안정한 매질을 포함하고 있는 경우에는 스페클 무늬가 변화하게 된다. However, as shown in the right drawing of FIG. 1, if it contains an unstable medium that moves among the internal components, such as bacteria, the speckle pattern changes.

즉, 생물의 미세한 생명활동(예컨대, 세포 내 움직임, 미생물의 이동, 진드기의 움직임 등)으로 인해 광경로가 시간에 따라 미세하게 변화할 수 있다. 스페클 패턴은 파동의 간섭으로 인해 발생하는 현상이기 때문에, 미세한 광경로의 변화는 스페클 패턴에 변화를 발생시킬 수 있다. 이에 따라, 스페클 패턴의 시간적인 변화를 측정함으로써, 생물의 움직임을 신속하게 측정할 수 있다. 이처럼, 스페클 패턴의 시간에 따른 변화를 측정하는 경우, 생물의 존재여부 및 농도를 알 수 있으며, 더 나아가서는 생물의 종류 또한 알 수 있다.In other words, the light path may change slightly over time due to the microscopic life activities of living things (e.g., movement within cells, movement of microorganisms, movement of mites, etc.). Since the speckle pattern is a phenomenon caused by wave interference, a slight change in the optical path can cause a change in the speckle pattern. Accordingly, by measuring temporal changes in the speckle pattern, the movement of the organism can be quickly measured. In this way, when measuring changes in the speckle pattern over time, the presence and concentration of organisms can be known, and furthermore, the type of organism can also be known.

본 명세서는 이러한 스페클 패턴의 변화를 측정하는 구성을 혼돈파 센서(Chaotic Wave Sensor)라 정의한다.This specification defines a configuration that measures changes in the speckle pattern as a chaotic wave sensor.

이하에서는, 상술한 혼돈파 센서의 원리를 바탕으로 본 발명의 일 실시예인 시료 특성 탐지 장치(300)에 대하여 설명한다.Below, the sample characteristic detection device 300, which is an embodiment of the present invention, will be described based on the principle of the chaotic wave sensor described above.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 시료 특성 탐지 장치(300)를 개략적으로 도시한 개념도고, 도 3은 도 2의 시료채취수단(311)의 다른 실시형태를 도시한 개념도이다. 또한, 도 4는 도 2의 시료채취수단(311)을 이용한 시료 특성 탐지 장치(300)를 개략적으로 도시한 개념도이다. FIG. 2 is a conceptual diagram schematically showing a sample characteristic detection device 300 according to an embodiment of the present invention, and FIG. 3 is a conceptual diagram showing another embodiment of the sample collection means 311 of FIG. 2. In addition, FIG. 4 is a conceptual diagram schematically showing a sample characteristic detection device 300 using the sample collection means 311 of FIG. 2.

도 2를 참조하면, 일 실시예에 따른 시료 특성 탐지 장치(300)는 파동원(320), 검출부(330), 제어부(340), 시료 배치부(310) 및 시료채취수단(311)을 포함할 수 있다.Referring to FIG. 2, the sample characteristic detection device 300 according to an embodiment includes a wave source 320, a detection unit 330, a control unit 340, a sample placement unit 310, and a sample collection means 311. can do.

본 발명의 일 실시예에 따른 미생물 탐지 장치시료 특성 탐지 장치(300)를 통해 측정할 수 있는 시료(S)는 측정하고자 하는 개체로부터 채취된 타액, 혈액, 조직과 같은 시료일 수도 있고, 개체의 외부로 배출된 대변, 소변, 각질과 같은 시료일 수도 있다. 또는 음식물과 같은 개체로부터 채취된 유기 시료 등을 포함할 수 있다. 한편, 시료(S)는 측정하고자 하는 개체 그 자체를 의미할 수도 있다. 다시 말해, 음식물이 개체이고, 음식물을 훼손(damage)하지 않으면서 미생물의 존재 여부를 측정하고자 하는 경우에는 음식물 그 자체가 시료(S)가 될 수 있다. 예를 들면, 판매를 위해 포장된 고기(meat)와 같은 개체가 시료(S)가 될 수 있다. 시료(S)는 시료 전체가 샘플로 이용될 수도 있고, 테이프, 생체막(membrane) 등과 같이 미생물이 옮겨갈 수 있는 수단을 이용하여 준비될 수도 있다. 한편, 시료(S)는 개체가 입으로 부는 것에 의해 채취 또는 피부로부터 채취되거나, 대변 등을 필터에 걸러 채취될 수도 있다. 일 실시예로서, 채취된 시료(S)는 시료 배치부(110)에 수용될 수 있다. 시료배치부(110)는 시료(S)를 수용할 수 있는 용기 형태로 이루어질 수 있다. 시료배치부(110)는 시료 자체의 움직임을 제한하면서 시료(S)를 지지할 수 있다. 다시 말해, 시료(S) 자체는 움직임이 제한된 상태에서 검출을 진행하게 된다. The sample (S) that can be measured through the microorganism detection device sample characteristic detection device 300 according to an embodiment of the present invention may be a sample such as saliva, blood, or tissue collected from the individual to be measured. It may be a sample such as feces, urine, or dead skin cells discharged to the outside. Alternatively, it may include organic samples collected from objects such as food. Meanwhile, the sample (S) may mean the object itself to be measured. In other words, food is an entity, and when it is desired to measure the presence of microorganisms without damaging the food, the food itself can be the sample (S). For example, an object such as meat packaged for sale may be the sample S. The sample (S) may be used as a sample as a whole, or may be prepared using a means through which microorganisms can move, such as a tape or a biological membrane. Meanwhile, the sample S may be collected by an individual blowing it into the mouth or from the skin, or by filtering feces, etc. through a filter. As an example, the collected sample S may be accommodated in the sample placement unit 110. The sample placement unit 110 may be formed in the form of a container capable of accommodating the sample (S). The sample placement unit 110 may support the sample (S) while limiting the movement of the sample itself. In other words, the sample S itself is detected while its movement is restricted.

파동원(320)은 시료 배치부(310) 내의 시료(S)를 향하여 파동을 조사할 수 있다. 파동원(320)은 파동(wave)을 생성할 수 있는 모든 종류의 소스 장치를 적용할 수 있으며, 예를 들면, 특정 파장 대역의 광을 조사할 수 있는 레이저(laser)일 수 있다. 본 발명은 파동원 종류에 제한이 없으나, 다만, 이하에서는 설명의 편의를 위하여 레이저인 경우를 중심으로 설명하기로 한다. The wave source 320 may irradiate waves toward the sample S within the sample placement unit 310. The wave source 320 can be any type of source device that can generate waves, for example, a laser that can irradiate light in a specific wavelength band. The present invention is not limited to the type of wave source, but for convenience of explanation, the description below will focus on the case of a laser.

예를 들어, 시료 배치부(310) 에 스펙클을 형성하기 위해서 간섭성(coherence)이 좋은 레이저를 파동원(320)으로 이용할 수 있다. 이때, 레이저 파동원의 간섭성을 결정하는 파동원의 스펙트럴 대역폭(spectral bandwidth)이 짧을수록 측정 정확도가 증가할 수 있다. 즉, 간섭길이(coherence length)가 길수록 측정 정확도가 증가할 수 있다. 이에 따라, 파동원의 스펙트럴 대역폭이 기정의된 기준 대역폭 미만인 레이저광이 파동원(320)으로 이용될 수 있으며, 기준 대역폭보다 짧을수록 측정 정확도는 증가할 수 있다. 예컨대, 아래의 수학식 1의 조건이 유지되도록 파동원의 스펙트럴 대역폭이 설정될 수 있다.For example, in order to form speckles in the sample placement unit 310, a laser with good coherence can be used as the wave source 320. At this time, the shorter the spectral bandwidth of the wave source, which determines the coherence of the laser wave source, the shorter the measurement accuracy can be. In other words, the longer the coherence length, the greater the measurement accuracy. Accordingly, laser light whose spectral bandwidth of the wave source is less than a predefined reference bandwidth can be used as the wave source 320, and as it is shorter than the reference bandwidth, measurement accuracy can increase. For example, the spectral bandwidth of the wave source can be set so that the condition of Equation 1 below is maintained.

Figure 112016112041831-pat00001
Figure 112016112041831-pat00001

수학식 1에 따르면, 레이저 스펙클의 패턴 변화를 측정하기 위해, 기준 시간마다 배양접시 내에 광을 조사 시에, 파동원(320)의 스펙트럴 대역폭은 1nm 미만을 유지될 수 있다.According to Equation 1, when light is radiated into the culture dish at regular intervals to measure the change in the pattern of the laser speckle, the spectral bandwidth of the wave source 320 can be maintained below 1 nm.

다시 도 2를 참조하면, 검출부(330)는 조사된 파동이 시료(S)에 의해 다중 산란(multiple scattering)되어 발생된 레이저 스펙클(laser speckle)을 사전에 설정된 시점(time)마다 검출할 수 있다. 여기서, 시점(time)이란, 연속적인 시간의 흐름 가운데 어느 한 순간을 의미하며, 시점(time)들은 동일한 시간 간격으로 사전에 설정될 수 있으나 반드시 이에 제한되지 않으며, 임의의 시간 간격으로 사전에 설정될 수도 있다. 검출부(330)는 파동원(320) 종류에 대응한 감지수단을 포함할 수 있으며, 예를 들면, 가시광선 파장 대역의 광원을 이용하는 경우에는 영상을 촬영하는 촬영장치인 CCD 카메라(camera)가 이용될 수 있다. 다른 실시예로서, 검출부(330)는 렌즈를 포함하지 않는 이미지 센서가 이용될 수도 있다. 검출부(330)는 적어도 제1 시점에서의 레이저 스펙클을 검출하고, 제2 시점에서의 레이저 스펙클을 검출하여 제어부(340)로 제공할 수 있다. 한편, 제1 시점 및 제2 시점은 설명의 편의를 위하여 선택된 하나의 예시일 뿐이며, 검출부(330)는 제1 시점 및 제2 시점보다 많은 복수의 시점에서 레이저 스펙클을 검출할 수 있다. Referring again to FIG. 2, the detection unit 330 can detect laser speckle generated by multiple scattering of the irradiated wave by the sample S at each preset time. there is. Here, time refers to a moment in the continuous flow of time, and times may be set in advance at the same time interval, but are not necessarily limited to this, and are set in advance at arbitrary time intervals. It could be. The detection unit 330 may include a detection means corresponding to the type of the wave source 320. For example, when using a light source in the visible light wavelength band, a CCD camera, a photographing device that captures images, is used. It can be. As another example, the detector 330 may use an image sensor that does not include a lens. The detection unit 330 may detect laser speckle at least from a first viewpoint and detect a laser speckle from a second viewpoint and provide the detected laser speckle to the control unit 340. Meanwhile, the first and second viewpoints are only examples selected for convenience of explanation, and the detector 330 may detect laser speckles from a plurality of viewpoints greater than the first and second viewpoints.

구체적으로, 시료(S)에 파동이 조사되면, 입사된 파동은 다중 산란에 의해 레이저 스펙클을 형성할 수 있다. 레이저 스펙클은 빛의 간섭 현상에 의해 발생하므로, 샘플 내에 움직임이 없으면 시간에 따라 항상 일정한 간섭 무늬를 나타낼 수 있다. 이와 비교하여, 시료(S) 내에 박테리아와 같은 미생물이 존재하는 경우, 레이저 스펙클은 미생물의 움직임에 의해 시간에 따라 변화할 수 있다. 검출부(330)는 이러한 시간에 따라 변화하는 레이저 스펙클을 사전에 설정된 시점마다 검출하여 제어부(340)로 제공할 수 있다. 검출부(330)는 미생물의 움직임을 감지할 수 있을 정도의 속도로 레이저 스펙클을 검출할 수 있으며, 예를 들면, 초당 25 프레임 내지 30 프레임의 속도로 검출할 수 있다.Specifically, when a wave is irradiated to the sample S, the incident wave may form a laser speckle through multiple scattering. Since laser speckles are caused by the interference phenomenon of light, if there is no movement within the sample, a constant interference pattern can always appear over time. In comparison, when microorganisms such as bacteria exist in the sample S, the laser speckle may change over time due to the movement of the microorganisms. The detection unit 330 can detect the laser speckle that changes with time at preset time points and provide the laser speckle to the control unit 340. The detection unit 330 can detect laser speckles at a speed sufficient to detect the movement of microorganisms, for example, at a speed of 25 to 30 frames per second.

도 5는 도 2의 검출부(330)에서의 레이저 스펙클의 검출 방법을 도시한 도면이다.FIG. 5 is a diagram illustrating a method of detecting laser speckle in the detection unit 330 of FIG. 2.

도 5를 참조하면, 검출부(330)는 시료(S)로 조사된 파동이 시료(S)에 의해 다중 산란(multiple scattering)되어 발생된 레이저 스펙클을 검출할 수 있다. 다시 말해, 검출부(130)는 시료(S)로부터 유발된(caused) 레이저 스펙클을 검출할 수 있다. 구체적으로, 검출부(330)는 시료(S)의 표면(F)에서 레이저 스펙클을 검출할 수도 있지만, 시료(S)에 의해 다중산란된 파동이 이동하는 경로 상의 일 영역(A1)에서 레이저 스펙클을 사전에 설정된 시점마다 검출할 수 있다. 이때, 제1 영역(A1)은 시료(S)의 표면(F)으로부터 일정 거리 이격된 영역일 수 있다. 일 실시예로서, 제1 영역(A1)은 시료(S)의 표면(F)으로부터 제1 거리(d1) 이격된 제1 지점(x1)을 포함하는 제1 면(B1)과 시료(S)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. 다른 실시예로서, 검출부(330)는 이미지 센서를 이용하여 레이저 스펙클을 검출할 수도 있다. 이미지 센서를 이용하여 레이저 스펙클을 검출하는 경우, 시료(S)의 표면에서 레이저 스펙클을 관찰하는 경우보다 초점 거리를 줄여 레이저 스펙클을 검출할 수 있다. Referring to FIG. 5 , the detector 330 may detect laser speckles generated by multiple scattering of a wave irradiated to the sample S by the sample S. In other words, the detection unit 130 can detect laser speckle caused by the sample S. Specifically, the detection unit 330 may detect laser speckles on the surface (F) of the sample (S), but the laser speckles may be detected in an area (A1) on the path along which waves multi-scattered by the sample (S) move. Clues can be detected at preset time points. At this time, the first area A1 may be an area spaced a certain distance away from the surface F of the sample S. As an example, the first area (A1) includes a first surface (B 1 ) including a first point (x1) spaced a first distance (d1) from the surface (F) of the sample ( S ) and the sample (S). ) may be an area disposed between the second surface (B 2 ) including a second point (x2) spaced apart from the surface (F) at a second distance (d2) greater than the first distance (d1). As another example, the detector 330 may detect laser speckle using an image sensor. When detecting a laser speckle using an image sensor, the laser speckle can be detected by reducing the focal distance compared to observing the laser speckle on the surface of the sample (S).

한편, 검출부(330)로 이미지 센서가 이용되는 경우, 이미지 센서 한 픽셀(pixel)의 크기 d가 스펙클 패턴의 입자 크기(grain size)보다 작거나 같아지도록 이미지 센서가 배치될 수 있다. 예컨대, 아래의 수학식 2의 조건을 만족하도록, 도 4a 내지 도 4c의 광학계에서 이미지 센서가 배치될 수 있다.Meanwhile, when an image sensor is used as the detection unit 330, the image sensor may be arranged so that the size d of one pixel of the image sensor is smaller than or equal to the grain size of the speckle pattern. For example, the image sensor may be arranged in the optical system of FIGS. 4A to 4C to satisfy the condition of Equation 2 below.

Figure 112016112041831-pat00002
Figure 112016112041831-pat00002

수학식 2와 같이, 이미지 센서의 한 픽셀(pixel)의 크기 d가 스펙클 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 스펙클 입자 크기(speckle grain size)에 최대 5개 이하의 픽셀이 위치하도록 이미지 센서가 배치될 수 있다.As shown in Equation 2, the size d of one pixel of the image sensor must be less than the grain size of the speckle pattern, but if the pixel size becomes too small, undersampling occurs and the pixel resolution decreases. There may be difficulties in using . Accordingly, in order to achieve an effective Signal to Noise Ratio (SNR), the image sensor may be arranged so that up to 5 pixels or less are located in the speckle grain size.

스펙클 신호의 동적 변화를 비교하기 위해서는 서로 다른 시간에 측정된 최소 둘 이상의 영상이 필요할 수 있다. 예를 들어, 일정한 간격으로 기준 시간마다 둘 이상의 레이저 스펙클 영상이 생성될 수 있다. 예컨대, 현재 시간에 레이저 광을 조사하여 피검사대상을 촬영함으로써 생성된 레이저 스펙클 영상 1, 10초 후에 광을 조사하여 배양접시를 촬영함으로써 생성된 레이저 스펙클 영상 2가 존재할 수 있다. 이외에, 다시 10초 후에 레이저 스펙클 영상 3, 다시 10초 후에 레이저 스펙클 영상 4 등과 같이, 처음 광을 조사한 이후 일정 간격마다 광을 조사하여, 결국 n-1초 후에 n개의 레이저 스펙클 영상이 생성될 수 있다. 그러면, 생성된 레이저 스펙클 영상 간의 차이를 분석하여 배양접시 내의 미생물 존재유무가 탐지될 수 있다.In order to compare dynamic changes in speckle signals, at least two images measured at different times may be required. For example, two or more laser speckle images may be generated at regular intervals and per reference time. For example, there may be laser speckle image 1 created by irradiating laser light at the current time and photographing the object to be inspected, and laser speckle image 2 created by photographing the petri dish by irradiating light 10 seconds later. In addition, light is irradiated at regular intervals after the initial irradiation, such as laser speckle image 3 after 10 seconds, laser speckle image 4 after 10 seconds again, and eventually n laser speckle images are created after n-1 seconds. can be created. Then, the presence or absence of microorganisms in the petri dish can be detected by analyzing the differences between the generated laser speckle images.

이때, 두 개의 스펙클 영상을 이용하여 미생물의 존재유무를 탐지하는지 또는 셋 이상의 스펙클 영상을 이용하여 미생물의 존재유무를 탐지하는지에 따라 미생물 탐지 방법이 달라질 수 있다.At this time, the method of detecting microorganisms may vary depending on whether the presence or absence of microorganisms is detected using two speckle images or three or more speckle images.

일례로, 일정 시간 간격으로 광을 조사함에 따라 각각의 시간에서 생성된 두 개의 스펙클 영상을 이용하는 경우, 피검사대상 내에 미생물이 존재하지 않으면 0초에 측정한 스펙클 영상과 10초에 측정한 스펙클 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, 배양접시 내에 미생물이 존재하는 경우(예컨대, B. cereus, E. coli 등), 0초에 생성된 스펙클 영상과 10초에 생성된 스펙클 영상 간에 차이가 기정의된 제2 기준값 이상일 수 있다. 즉, 0초와 10초 사이에 측정한 스펙클 신호의 차이가 제2 기준값 이상으로, 신호에 큰 변화가 존재하면, 피검사대상 내에 박테리아 등의 미생물이 존재함을 탐지할 수 있다.For example, when using two speckle images generated at each time by irradiating light at regular time intervals, if no microorganisms are present in the subject to be inspected, the speckle image measured at 0 seconds and the speckle image measured at 10 seconds are used. The difference between speckle images may be very small, below a predefined first reference value. Occasionally, there may be a small signal difference, but this can be interpreted as the effect of any noise present during the experiment, such as moisture evaporation or vibration. At this time, if microorganisms exist in the petri dish (e.g., B. cereus, E. coli, etc.), the difference between the speckle image generated at 0 seconds and the speckle image generated at 10 seconds is greater than or equal to a predefined second reference value. You can. That is, if the difference in the speckle signal measured between 0 seconds and 10 seconds is greater than the second reference value and there is a large change in the signal, the presence of microorganisms such as bacteria in the test object can be detected.

제어부(340)는 검출된 상기 레이저 스펙클을 이용하여 시간 상관관계(temporal correlation)를 획득하고, 획득된 시간 상관관계에 기초하여 시료(S)에 포함된 미생물의 존재 여부 또는 미생물의 농도를 실시간(real-time)으로 추정할 수 있다. 본 명세서에서 실시간(real-time)이란 1시간 내에 미생물의 존재 여부 또는 미생물의 농도 변화를 추정하여 항생제의 적합성을 판단하는 것을 의미하며, 바람직하게는 5분내에 미생물의 존재 여부 또는 미생물의 농도 변화를 추정할 수 있다. 더욱 바람직하게는 20초 내에 미생물의 존재 여부 또는 미생물의 농도 변화를 추정할 수 있다. 이처럼, 제어부(340)는 두 스펙클 영상 간의 차이(예컨대, 픽셀값 차이 등)가 제1 기준값 이하인지 여부, 그리고, 제2 기준값 이상인지 여부를 체크하여, 배양접시 내에 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 스펙클 영상을 이용하는 경우, 제어부(340)는 셋 이상의 스펙클 영상에서 시간 상관 분석(time correlation analysis)을 수행하여 배양접시 내에 미생물이 존재하는지 여부를 탐지할 수 있다. 즉, 검출부(330)는 일정 시간 간격으로 서로 다른 시점에 피검사대상으로 광을 조사하고, 다중산란(multiple scattering)시켜서 형성된 레이저 스펙클(laser speckle) 간의 시간 상관관계(temporal correlation)에 기초하여 배양접시 내에 미생물이 존재하는지 여부를 탐지할 수 있다. 예를 들어 각 시간 t에 대해 측정한 스펙클 영상을 평준화한 데이터를 라고 하면, 제어부(340)는 특정 지연 시간

Figure 112016112041831-pat00004
에 대해, 각 지점에서 시간 상관 계수를 위의 연산할 수 있다. 제어부(340)에서 미생물의 존재 여부 또는 미생물의 농도 변화를 추정하는 방법에 관하여는 후술하기로 한다.The control unit 340 acquires a temporal correlation using the detected laser speckle, and determines the presence or concentration of microorganisms contained in the sample S in real time based on the obtained temporal correlation. It can be estimated in (real-time). In this specification, real-time means determining the suitability of antibiotics by estimating the presence or absence of microorganisms or change in concentration of microorganisms within 1 hour, preferably within 5 minutes. can be estimated. More preferably, the presence or absence of microorganisms or change in concentration of microorganisms can be estimated within 20 seconds. In this way, the control unit 340 checks whether the difference (e.g., pixel value difference, etc.) between the two speckle images is less than or equal to the first reference value and whether it is more than the second reference value to determine whether microorganisms exist in the petri dish. It can be detected. At this time, the first reference value and the second reference value may be defined as the same value or may be defined as different values. As another example, when using three or more speckle images measured at regular time intervals, the control unit 340 detects whether microorganisms exist in the petri dish by performing time correlation analysis on the three or more speckle images. can do. That is, the detection unit 330 irradiates light to the object to be inspected at different times at regular time intervals, and based on the temporal correlation between laser speckles formed by multiple scattering, It can detect whether microorganisms exist in a petri dish. For example, the data obtained by normalizing the speckle image measured at each time t is If so, the control unit 340 sets a specific delay time
Figure 112016112041831-pat00004
For , the time correlation coefficient at each point can be calculated as above. A method for estimating the presence of microorganisms or a change in concentration of microorganisms in the control unit 340 will be described later.

한편, 다시 도 2를 참조하면, 시료채취수단(311)은 대상체로부터 미생물을 포함하는 시료(S)를 채취할 수 있다. 일 실시예로서, 도 2의 시료채취수단(311)은 평면 형태의 접착부재를 포함할 수 있다. 도 2의 시료채취수단(311)은 상기한 접착부재를 이용하여 사람의 피부에 접착시켰다 떼어낸 후 시료 배치부(310)에 수용될 수 있다. 사람의 피부에는 수많은 미생물이 존재하며, 모낭충과 같은 기생충도 존재할 수 있다. 눈에 잘 보이지 않는 미생물 또는 모낭충과 같은 기생충을 상기 시료채취수단(311)을 이용하여 채취한 후, 이를 시료 특성 탐지 장치(300)를 이용하여 분석함으로써, 대상체인 사람의 피부에 존재하는 미생물 또는 기생충의 존재 여부를 확인할 수 있다. 다른 실시예로서, 시료채취수단(311)은 사람의 활동이 많은 물건에 접착한 후 떼어내어 상기 물건에 존재하는 미생물의 존재를 확인할 수 있다. 예를 들면, 카페트와 같은 대상체는 부피가 클 뿐만 아니라 카페트 섬유의 움직임으로 인하여 직접 시료로 사용하기에는 적합하지 않을 수 있다. 이런 대상체에 상기 시료채취수단(311)을 이용하여 접착시켰다 떼어낸 후 시료 특성 탐지 장치(300)를 이용하여 분석함으로써, 대상체에 존재하는 미생물의 존재를 확인할 수 있다. Meanwhile, referring again to FIG. 2, the sample collection means 311 can collect a sample S containing microorganisms from an object. As an example, the sample collection means 311 of FIG. 2 may include an adhesive member in a planar shape. The sample collection means 311 of FIG. 2 can be accommodated in the sample placement unit 310 after being attached to the human skin using the above-mentioned adhesive member and then removed. Numerous microorganisms exist on human skin, and parasites such as Demodex may also be present. Microorganisms that are not easily visible to the eye or parasites such as Demodex are collected using the sample collection means (311) and then analyzed using the sample characteristic detection device (300) to detect microorganisms or parasites present on the skin of the subject. The presence of parasites can be checked. In another embodiment, the sample collection means 311 can be attached to an object with a lot of human activity and then removed to confirm the presence of microorganisms present in the object. For example, an object such as a carpet may not be suitable for direct use as a sample due to the large volume and movement of the carpet fibers. The presence of microorganisms present in the object can be confirmed by attaching and removing it to such an object using the sample collection means 311 and then analyzing it using the sample characteristic detection device 300.

도 3 및 도 4를 참조하면, 다른 실시예로서, 시료채취수단(311)은 액체인 시료를 채취할 수 있다. 이때, 시료(S)는 소변, 혈액과 같은 유동성을 갖는 액체일 수 있다. 또는, 시료(S)는 대변과 같은 비유동성을 갖는 시료를 물과 같은 용매와 혼합한 시료일 수도 있다. 여기서, 혼합용매는 시료(S) 내의 미생물의 생장에 영향을 주지 않는 용매일 수 있다. 이러한, 유동성을 갖는 시료(S)는 시료채취수단(311)에 의해 채취된 후 필터(313)에 의해 걸러질 수 있다. 유동성을 갖는 시료(S)로 직접 미생물을 탐지하는 경우, 유동적인 움직임과 미생물의 움직임을 구분하기 어렵기 때문에 미생물을 정확히 탐지할 수 없다. 따라서, 일 실시예에 따른 시료 특성 탐지 장치(300)는 박테리아와 같은 미생물은 걸러지고 나머지 액체(315)는 빠져나갈 수 있는 필터(313), 예를 들면, 다공성 필터를 이용함으로써, 시료(S)로부터 시료(S)에 포함된 미생물을 걸러낼 수 있다. Referring to FIGS. 3 and 4 , in another embodiment, the sample collection means 311 may collect a liquid sample. At this time, the sample S may be a liquid with fluidity such as urine or blood. Alternatively, the sample S may be a sample obtained by mixing an illiquid sample such as feces with a solvent such as water. Here, the mixed solvent may be a solvent that does not affect the growth of microorganisms in the sample (S). The sample S having fluidity may be collected by the sample collection means 311 and then filtered by the filter 313. When detecting microorganisms directly with a fluid sample (S), microorganisms cannot be accurately detected because it is difficult to distinguish between fluid movement and movement of microorganisms. Therefore, the sample characteristic detection device 300 according to one embodiment uses a filter 313, for example, a porous filter, which allows microorganisms such as bacteria to be filtered out and the remaining liquid 315 to escape, thereby using the sample (S ), the microorganisms contained in the sample (S) can be filtered out.

시료(S)가 소변인 경우 소변에 미생물이 존재한다면 필터(313)에 미생물이 걸러지고, 대부분의 물(315)은 필터(313)를 통과할 수 있다. 또는, 시료(S)가 혈액인 경우 적혈구, 백혈구 또는 박테리아와 같은 크기를 갖는 미생물이 필터(313)에 걸러지고, 혈장(315)은 필터(313)를 통과할 수 있다. 이와 같이, 미생물이 걸러진 필터(313)에 파동을 조사하고, 미생물에 의해 유발된 레이저 스펙클을 검출함으로써, 시료(S) 내의 미생물의 존재여부 또는 농도를 확인할 수 있다.When the sample S is urine, if microorganisms are present in the urine, the microorganisms are filtered by the filter 313, and most of the water 315 can pass through the filter 313. Alternatively, when the sample S is blood, microorganisms having the same size as red blood cells, white blood cells, or bacteria may be filtered through the filter 313, and plasma 315 may pass through the filter 313. In this way, the presence or concentration of microorganisms in the sample S can be confirmed by irradiating waves to the filter 313 through which microorganisms are filtered and detecting laser speckles caused by microorganisms.

이하, 도 6을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 제어부(340)의 제어 방법을 설명하기로 한다. Hereinafter, a control method of the control unit 340 according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 6.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 제어부(340)에서 레이저 스펙클의 시간 상관 관계를 분석하는 방법을 설명하기 위해 제공되는 도면이다. FIG. 6 is a diagram provided to explain a method of analyzing the temporal correlation of laser speckles in the control unit 340 according to an embodiment of the present invention.

도 6을 참조하면, 일 실시예로서, 제어부(340)는 제1 시점에서 검출된 레이저 스펙클의 제1 영상정보와, 제1 시점과 다른 제2 시점에서 검출된 레이저 스펙클의 제2 영상정보 차이를 이용하여 미생물 존재 여부 또는 미생물의 농도를 추정할 수 있다. 여기서, 제1 영상정보 및 제2 영상정보는 레이저 스펙클의 패턴 정보 및 파동의 세기 정보 중 적어도 어느 하나 일 수 있다. 한편, 본 발명의 일 실시예는 제1 시점에서의 제1 영상정보와 제2 시점에서의 제2 영상정보의 차이만을 이용하는 것이 아니며, 이를 확장하여 복수의 시점에서 검출된 복수의 레이저 스펙클의 영상정보를 이용할 수 있다. 제어부(340)는 사전에 설정된 복수의 시점마다 생성된 레이저 스펙클의 영상정보를 이용하여 영상들 간의 시간 상관 계수를 계산할 수 있으며, 시간 상관 관계 계수에 기초하여 시료(S) 내에 미생물의 존재여부 또는 미생물의 농도를 추정할 수 있다. Referring to FIG. 6, in one embodiment, the control unit 340 provides first image information of the laser speckle detected at a first viewpoint and a second image of the laser speckle detected at a second viewpoint different from the first viewpoint. The information gap can be used to estimate the presence or concentration of microorganisms. Here, the first image information and the second image information may be at least one of laser speckle pattern information and wave intensity information. Meanwhile, an embodiment of the present invention does not only use the difference between the first image information at the first viewpoint and the second image information at the second viewpoint, but extends this to include a plurality of laser speckles detected at a plurality of viewpoints. Video information is available. The control unit 340 can calculate the time correlation coefficient between images using the image information of the laser speckle generated at a plurality of preset time points, and determines the presence or absence of microorganisms in the sample (S) based on the time correlation coefficient. Alternatively, the concentration of microorganisms can be estimated.

검출된 레이저 스펙클 영상의 시간 상관 관계는 아래의 수학식 3을 이용하여 계산될 수 있다.The temporal correlation of the detected laser speckle image can be calculated using Equation 3 below.

Figure 112016112041831-pat00005
Figure 112016112041831-pat00005

수학식 3에서 은 시간 상관 관계 계수, 은 표준화된 빛 세기, (x,y)는 카메라의 픽셀 좌표, t는 측정된 시간, T는 총 측정 시간, 는 타임래그(time lag)를 나타낸다. In equation 3: is the temporal correlation coefficient, is the normalized light intensity, (x,y) are the pixel coordinates of the camera, t is the measured time, T is the total measurement time, represents time lag.

수학식 3에 따라 시간 상관 관계 계수가 계산될 수 있으며, 일 실시예로서, 시간 상관 관계 계수가 사전에 설정된 기준값 이하로 떨어지는 분석을 통해 미생물의 존재여부 또는 미생물의 농도를 추정할 수 있다. 구체적으로, 시간 상관 관계 계수가 사전에 설정된 오차 범위를 넘어 기준값 이하로 떨어지는 것으로 미생물이 존재한다고 추정할 수 있다. 또한, 미생물의 농도가 증가할수록 시간 상관 관계 계수가 기준값 이하로 떨어지는 시간이 짧아지므로, 이를 이용하여 시간 상관 관계 계수를 나타내는 그래프의 기울기 값을 통해 미생물의 농도를 추정할 수 있다. 기준값은 미생물의 종류에 따라 달라질 수 있다. 도 6의 그래프에 있어서, 실선(S1)은 미생물이 존재하지 않는 시료의 시간 상관 계수를 나타내며, 점선(S2)은 미생물이 존재하는 경우의 시료의 시간 상관 계수를 나타낸다. 미생물의 농도가 달라지면, 점선(S2)의 기울기 값도 달라질 수 있다.The time correlation coefficient can be calculated according to Equation 3, and as an example, the presence or absence of microorganisms or the concentration of microorganisms can be estimated through analysis of whether the time correlation coefficient falls below a preset standard value. Specifically, the presence of microorganisms can be estimated when the temporal correlation coefficient exceeds a preset error range and falls below the reference value. In addition, as the concentration of microorganisms increases, the time for the time correlation coefficient to fall below the reference value becomes shorter, so the concentration of microorganisms can be estimated through the slope value of the graph representing the time correlation coefficient. The reference value may vary depending on the type of microorganism. In the graph of FIG. 6, the solid line (S1) represents the time correlation coefficient of a sample in which microorganisms are not present, and the dotted line (S2) represents the time correlation coefficient of a sample in which microorganisms are present. If the concentration of microorganisms changes, the slope value of the dotted line (S2) may also change.

이하에서는 도 7을 참조하여 제어부(340)에서, 레이저 스펙클을 이용하여 시료의 미생물의 농도를 판단하는 방법에 대하여 구체적으로 설명한다.Hereinafter, with reference to FIG. 7, a method of determining the concentration of microorganisms in a sample by the control unit 340 using laser speckle will be described in detail.

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 시료 특성 탐지 장치를 통해 시간에 따라 측정된 레이저 스펙클의 빛 세기의 표준편차 분포를 도시한 도면이다.Figure 7 is a diagram showing the standard deviation distribution of the light intensity of the laser speckle measured over time through a sample characteristic detection device according to an embodiment of the present invention.

도 7을 참고하면, 제어부(340)는 기준 시간마다 측정된 레이저 스펙클 영상을 대상으로, 레이저 스펙클의 빛 세기(intensity)의 표준편차를 계산할 수 있다. Referring to FIG. 7, the control unit 340 may calculate the standard deviation of the light intensity of the laser speckle for the laser speckle image measured at each reference time.

시료 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, 제어부(340)은, 빛 세기의 변화 정도를 나타내는 표준 편차를 구하여 시료에서 세균 및 미생물이 있는 곳을 측정할 수 있으며, 세균 및 미생물의 분포도를 측정할 수 있다.As bacteria and microorganisms present in a sample continuously move, constructive interference and destructive interference may change in response to the movement. At this time, as constructive interference and destructive interference change, the degree of light intensity may change significantly. Then, the control unit 340 can measure the location of bacteria and microorganisms in the sample by calculating the standard deviation indicating the degree of change in light intensity, and measure the distribution of bacteria and microorganisms.

예를 들어, 제어부(340)은 미리 정해진 시간마다 측정된 레이저 스펙클 영상을 합성하고, 합성된 영상에서 레이저 스펙클의 시간에 따른 빛 세기 표준편차를 계산할 수 있다. 레이저 스펙클의 시간에 따른 빛 세기 표준편차는 아래의 수학식 4에 기초하여 계산될 수 있다.For example, the control unit 340 may synthesize laser speckle images measured at predetermined times and calculate the standard deviation of the light intensity of the laser speckle over time from the synthesized image. The standard deviation of the light intensity over time of the laser speckle can be calculated based on Equation 4 below.

Figure 112016112041831-pat00009
Figure 112016112041831-pat00009

수학식 4에서, S: 표준편차, (x,y): 카메라 픽셀 좌표, T: 총 측정 시간, t: 측정 시간, It: t 시간에 측정된 빛 세기, : 시간에 따른 평균 빛 세기를 나타낼 수 있다.In Equation 4, S: standard deviation, (x,y): camera pixel coordinates, T: total measurement time, t: measurement time, It: light intensity measured at time t, : Can indicate average light intensity over time.

세균 및 미생물의 움직임에 따라 보강 및 상쇄 간섭 패턴이 달라지게 되고, 수학식 4에 기초하여 계산된 표준편차 값이 커지게 되기 때문에 이에 기초하여 세균 및 미생물의 농도가 측정될 수 있다.The constructive and destructive interference patterns change depending on the movement of bacteria and microorganisms, and the standard deviation value calculated based on Equation 4 increases, so the concentration of bacteria and microorganisms can be measured based on this.

그리고, 제어부(340)는 레이저 스펙클의 빛 세기의 표준편차 값의 크기와 세균 및 미생물 농도와 선형적인 관계에 기초하여 시료에 포함된 세균 및 미생물의 분포도, 즉, 농도를 측정할 수 있다. In addition, the control unit 340 may measure the distribution, that is, the concentration, of bacteria and microorganisms included in the sample based on a linear relationship between the size of the standard deviation value of the light intensity of the laser speckle and the concentration of bacteria and microorganisms.

도 8a 및 도 8b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 시료 특성 탐지 장치(100-4)를 개략적으로 도시한 개념도이다. 도 8a 및 도 8b에서는 설명의 편의를 위하여, 광학부(335)과 검출부(330)과의 관계를 중심으로 도시하였다. FIGS. 8A and 8B are conceptual diagrams schematically showing a sample characteristic detection device 100-4 according to another embodiment of the present invention. In FIGS. 8A and 8B , for convenience of explanation, the relationship between the optical unit 335 and the detection unit 330 is shown.

도 8a 및 도 8b를 참조하면, 시료 특성 탐지 장치(100-4)는 시료에서 산란된 제1 파동 신호를 파동원(320)의 파동이 시료에 의해 산란되기 전의 제2 광신호로 복원하는 변조하는 광학부(335)를 더 포함할 수 있다. 이때, 광학부(335)는 공간 광 변조부(Spatial Light Modulator; SLM, 1351) 및 검출부(330)를 포함할 수 있다. 광학부(335)는 측정 대상으로부터 산란된 파동이 입사되면, 산란된 파동의 파면을 제어하여, 다시 산란되기 전의 파동(광)으로 복원하여 검출부(130)로 제공할 수 있다. Referring to FIGS. 8A and 8B, the sample characteristic detection device 100-4 modulates the first wave signal scattered from the sample to restore the second optical signal before the wave of the wave source 320 is scattered by the sample. It may further include an optical unit 335. At this time, the optical unit 335 may include a spatial light modulator (SLM) 1351 and a detection unit 330. When a wave scattered from a measurement object is incident, the optical unit 335 can control the wavefront of the scattered wave, restore the wave (light) before scattering, and provide it to the detection unit 130.

공간 광 변조부(1351)는 시료에서 산란된 파동(광)이 입사될 수 있다. 공간 광 변조부(1351)는 시료에서 산란된 파동의 파면을 제어하여 렌즈(1352)에 제공할 수 있다. 렌즈(1352)는 제어된 광을 집약하여 다시 검출부(330)로 제공할 수 있다. 검출부(330)는 렌즈에서 집약된 파동을 감지하여 산란되기 최초 파동원에서 출력된 파동으로 복원하여 출력할 수 있다. The spatial light modulator 1351 may receive waves (light) scattered from the sample. The spatial light modulator 1351 can control the wavefront of the wave scattered from the sample and provide the wavefront to the lens 1352. The lens 1352 can concentrate the controlled light and provide it back to the detection unit 330. The detection unit 330 can detect the waves concentrated in the lens, restore them to the waves output from the first wave source before scattering, and output them.

여기서, 광학부(335)는 안정적인 매질, 즉, 측정 대상 내에 생물의 움직임이 없는 경우, 시료로부터 산란된 제1 광신호를 산란되기 이전의 광으로 복원할 수 있다. 그러나, 측정 대상 내에 바이러스가 존재하는 경우, 검출용 복합체의 움직임으로 인하여 제1 광신호가 달라지므로 위상 제어 파면을 감지할 수 없게 되고, 이로 인하여 위상 공액 파면을 갖는 제2 광신호로 변조할 수 없다. 전술한 광학부(335)를 포함하는 미생물 탐지 장치(100-4)는 이러한 제2 광신호의 차이를 이용하여 좀 더 미세하게 미생물의 존재 여부 또는 미생물의 농도를 추정할 수 있다.Here, the optical unit 335 can restore the first light signal scattered from the sample to the light before scattering in a stable medium, that is, when there is no movement of organisms in the measurement object. However, when a virus is present in the measurement target, the first optical signal changes due to the movement of the detection complex, making it impossible to detect the phase control wavefront, and thus cannot be modulated into a second optical signal with a phase conjugate wavefront. . The microorganism detection device 100-4 including the optical unit 335 described above can use the difference between the second optical signals to more precisely estimate the presence or concentration of microorganisms.

도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 시료 특성 탐지 장치(400)을 개략적으로 도시한 개념도이고, 도 10은 도 9의 Ⅰ-Ⅰ선을 따라 절취한 단면도이다. Figure 9 is a conceptual diagram schematically showing a sample characteristic detection device 400 according to another embodiment of the present invention, and Figure 10 is a cross-sectional view taken along line I-I of Figure 9.

도 9를 참조하면, 다른 실시예에 따른 시료 특성 탐지 장치(400)는 파동원(420), 파동경로변경부(421), 검출부(430), 제어부(440), 시료 배치부(410), 시료어레이부(410A) 및 다중산란증폭부(450)를 포함할 수 있다. 본 발명의 다른 실시예는 파동원(420), 검출부(430) 및 제어부(440)의 구성 및 이를 이용하여 미생물을 탐지하는 방법이 일 실시예와 동일하므로, 중복되는 설명은 생략하기로 한다.Referring to FIG. 9, the sample characteristic detection device 400 according to another embodiment includes a wave source 420, a wave path change unit 421, a detection unit 430, a control unit 440, a sample placement unit 410, It may include a sample array unit 410A and a multiple scattering amplifier unit 450. In another embodiment of the present invention, the configuration of the wave source 420, the detection unit 430, and the control unit 440 and the method of detecting microorganisms using the same are the same as the one embodiment, so overlapping descriptions will be omitted.

다른 실시예에 따른 시료 특성 탐지 장치(400)는 복수의 시료배치부(410)들을 포함할 수 있다. 복수의 시료배치부(410)는 서로 소정의 이격 거리를 갖고 배열될 수 있으며, 도면에 도시된 바와 같이 하나의 시료어레이부(410A)에 복수의 시료배치부(410)가 형성될 수도 있다. 이하에서는, 설명의 편의를 위하여 하나의 시료어레이부(410A)에 복수의 시료배치부(410)가 배치되는 경우를 중심으로 설명하기로 한다. The sample characteristic detection device 400 according to another embodiment may include a plurality of sample placement units 410. The plurality of sample arrangement units 410 may be arranged at a predetermined distance from each other, and as shown in the drawing, a plurality of sample arrangement units 410 may be formed in one sample array unit 410A. Hereinafter, for convenience of explanation, the description will focus on the case where a plurality of sample arrangement units 410 are arranged in one sample array unit 410A.

복수의 시료배치부(410) 각각에는 복수의 시료들이 수용될 수 있다. 복수의 시료들은 동일한 시료일 수도 있으나, 서로 다른 시료일 수도 있다. 예를 들면, 제1 시료배치부(410-1)에는 제1 시료(S-1)가 수용될 수 있고, 제2 시료배치부(410-2)에는 제2 시료(S-2)가 수용될 수 있다. 제1 시료(S-1)과 제2 시료(S-2)는 서로 다른 대상체로부터 채취된 시료일 수도 있고, 같은 대상체의 다른 영역에서 채취된 시료일 수도 있다. A plurality of samples can be accommodated in each of the plurality of sample placement units 410. The plurality of samples may be the same sample or may be different samples. For example, the first sample (S-1) may be accommodated in the first sample arrangement (410-1), and the second sample (S-2) may be accommodated in the second sample arrangement (410-2). It can be. The first sample (S-1) and the second sample (S-2) may be samples collected from different subjects or may be samples collected from different areas of the same subject.

파동원(420)은 시료 배치부(410) 내의 시료(S)를 향하여 파동을 조사할 수 있다. 파동원(320)은 파동(wave)을 생성할 수 있는 모든 종류의 소스 장치를 적용할 수 있으며, 예를 들면, 특정 파장 대역의 광을 조사할 수 있는 레이저(laser)일 수 있다. 파동원(420)을 이용하여 복수의 시료들에 파동을 조사하기 위해서, 다른 실시예에 따른 시료 특성 탐지 장치(400)는 파동경로변경부(421)를 포함할 수 있다. 다시 말해, 파동원(420)으로부터 직접 시료(S)에 파동이 조사되는 것이 아니라, 파동경로변경부(421)를 이용하여 시료(S)에 파동이 조사될 수 있다.The wave source 420 may irradiate waves toward the sample S within the sample placement unit 410. The wave source 320 can be any type of source device that can generate waves, for example, it can be a laser that can irradiate light in a specific wavelength band. In order to irradiate waves to a plurality of samples using the wave source 420, the sample characteristic detection device 400 according to another embodiment may include a wave path change unit 421. In other words, the wave may not be irradiated to the sample S directly from the wave source 420, but the wave may be irradiated to the sample S using the wave path change unit 421.

파동경로변경부(421)는 파동원(420)으로부터 파동이 입사될 수 있다. 파동경로변경부(421)는 마이크로 미러로 이루어질 수 있다. 파동경로변경부(421)는 반사면을 구비하여, 입사된 파동을 복수의 시료(S)들을 향해 반사시킬 수 있다. 반사면은 굴절력이 없는 플랫면으로 도시되었으나, 본 발명은 이에 제한되지 않는다. 파동경로변경부(421)는 구동제어부(미도시)에 의해 미세 구동될 수 있다. 다른 실시예로서, 파동경로변경부(421)는 제어부(440)에 의해 미세 구동되며, 이에 따라 복수의 시료(S)들 각각에 파동을 조사할 수 있다. 파동경로변경부(421)를 구성하는 마이크로 미러는 전기적 제어에 따라 반사면의 역학적 변위가 일어날 수 있는 다양한 구성이 채용될 수 있으며, 예를 들어, 일반적으로 알려진 멤스(micro electromechanical system; MEMS) 미러, 디지털 마이크로미러 디바이스(digital micromirror device, DMD) 소자 등이 채용될 수 있다. 파동경로변경부(421)는 하나의 마이크로 미러로 도시되었으나, 이는 예시적인 것이며, 복수개의 마이크로 미러가 2차원적으로 어레이된 구성일 수도 있다. The wave path change unit 421 may receive waves from the wave source 420. The wave path change unit 421 may be made of a micro mirror. The wave path change unit 421 has a reflecting surface and can reflect the incident wave toward the plurality of samples (S). Although the reflective surface is shown as a flat surface without refractive power, the present invention is not limited thereto. The wave path change unit 421 may be finely driven by a drive control unit (not shown). As another embodiment, the wave path change unit 421 is finely driven by the control unit 440, and thus can irradiate waves to each of the plurality of samples (S). The micro mirror constituting the wave path change unit 421 can be of various configurations that can cause mechanical displacement of the reflecting surface according to electrical control, for example, the commonly known MEMS (micro electromechanical system (MEMS) mirror). , digital micromirror device (DMD) elements, etc. may be employed. The wave path change unit 421 is shown as a single micro mirror, but this is just an example and may be a two-dimensional array of a plurality of micro mirrors.

한편, 파동경로변경부(421)는 파동 경로 상에 배치되는 미러(422)를 더 포함하여, 시료배치부(410)로 조사되는 파동의 각도가 일정하도록 조절할 수 있다. 다시 말해, 파동경로변경부(421)는 마이크로 미러를 이용하여 복수의 시료배치부(410)들로 파동을 조사하는 경우 시료배치부(410)의 위치에 따라 파동의 입사각도가 달라질 수 있다. 이에 따라, 시료(S) 내에서 다중산란되는 정도가 복수의 시료배치부(410)들의 위치에 따라 달라질 수 있어, 정확한 비교 평가가 어려울 수 있으므로, 미러(422)를 더 배치시켜 시료배치부(410)들로 입사되는 파동의 각도가 균일할 수 있도록 조절할 수 있다. 도면에서는 제1 시료배치부(410-1) 상에 배치된 미러(422)만 도시하였으나, 이는 설명의 편의를 위하여 개략적으로 도시한 것이며, 시료배치부(410) 각각의 상단에 미러가 배치되어 시료배치부(410)로 조사되는 파동의 각도를 조절할 수 있다. Meanwhile, the wave path changing unit 421 further includes a mirror 422 disposed on the wave path, so that the angle of the wave irradiated to the sample placement unit 410 can be adjusted to be constant. In other words, when the wave path change unit 421 irradiates waves to a plurality of sample placement units 410 using a micromirror, the incident angle of the wave may vary depending on the location of the sample placement units 410. Accordingly, the degree of multiple scattering within the sample S may vary depending on the positions of the plurality of sample placement units 410, making accurate comparative evaluation difficult. Therefore, the mirror 422 is further arranged to place the sample placement unit ( 410), the angle of the incident wave can be adjusted to be uniform. In the drawing, only the mirror 422 disposed on the first sample placement unit 410-1 is shown, but this is schematically shown for convenience of explanation, and a mirror is placed at the top of each sample placement unit 410. The angle of the wave irradiated by the sample placement unit 410 can be adjusted.

도 9 및 도 10을 참조하면, 다중산란증폭부(450)는 시료(S)로부터 다중산란되어 출사되는 파동의 적어도 일부를 시료(S)로 반사시켜 시료(S)에서의 다중산란 횟수를 증폭시킬 수 있다. 다중산란증폭부(450)는 다중산란물질(multiple scattering material)을 포함할 수 있다. 예를 들면, 다중산란물질은 산화티타늄(TiO2)를 포함하며, 다중산란증폭부(450)는 상기 다중산란증폭부(450)로 입사되는 파동의 적어도 일부를 반사시킬 수 있다. 다중산란증폭부(450)는 시료(S)와 인접하게 배치되어, 시료(S)로부터 다중산란되어 출사되는 파동이 시료(S)와 상기 다중산란증폭부(450) 사이의 공간을 적어도 1회 이상 왕복하도록 할 수 있다. Referring to FIGS. 9 and 10, the multiple scattering amplifier 450 reflects at least a portion of the wave multiplely scattered and emitted from the sample S to the sample S to amplify the number of multiple scatterings in the sample S. You can do it. The multiple scattering amplifier 450 may include multiple scattering material. For example, the multiple scattering material includes titanium oxide (TiO2), and the multiple scattering amplifier 450 can reflect at least a portion of the wave incident on the multiple scattering amplifier 450. The multiple scattering amplifier 450 is disposed adjacent to the sample (S), so that the wave multiplely scattered and emitted from the sample (S) penetrates the space between the sample (S) and the multiple scattering amplifier (450) at least once. It can be done in more than one round trip.

다중산란증폭부(450)는 제1 다중산란증폭부(451) 및 제2 다중산란증폭부(453)을 포함할 수 있다. 제1 다중산란증폭부(451)는 시료배치부(410)와 파동경로변경부(421) 사이에 배치되며, 시료배치부(410)에 중첩되도록 배치될 수 있다. 도면에 도시된 바와 같이, 복수의 시료배치부(410)를 포함하는 제4 실시예는, 각각의 시료배치부(410)에 복수의 제1 다중산란증폭부(451)가 배치될 수 있으며, 시료(S)를 시료배치부(410)로 배치시키기 위하여 탈착이 가능한 구조로 형성될 수 있다. 다른 실시예로서, 제1 다중산란증폭부(451)는 시료어레이부(410A) 전체면을 덮는 구조로 형성되어, 각각의 시료배치부(410)에 대응되는 위치에 다중산란물질이 포함되는 영역으로 구분될 수도 있다. 마찬가지로, 시료배치부(410)에 시료(S)를 투입하기 위해서 다른실시예에 따른 제1 다중산란증폭부(451)도 뚜껑과 같은 형태로 구성될 수 있다.The multiple scattering amplifier 450 may include a first multiple scattering amplifier 451 and a second multiple scattering amplifier 453. The first multiple scattering amplifier 451 is disposed between the sample arrangement unit 410 and the wave path change unit 421, and may be arranged to overlap the sample arrangement unit 410. As shown in the figure, in the fourth embodiment including a plurality of sample arrangement units 410, a plurality of first multiple scattering amplifier units 451 may be disposed in each sample arrangement unit 410, In order to place the sample (S) in the sample placement unit 410, it may be formed in a detachable structure. In another embodiment, the first multiple scattering amplifier 451 is formed in a structure that covers the entire surface of the sample array section 410A, and the area containing the multiple scattering material is located at a position corresponding to each sample arrangement section 410. It may be divided into: Likewise, in order to introduce the sample (S) into the sample placement unit 410, the first multiple scattering amplifier 451 according to another embodiment may also be configured in the same shape as a lid.

제2 다중산란증폭부(453)는 시료배치부(410)와 검출부(430) 사이에 배치될 수 있다. 제2 다중산란증폭부(453)는 복수의 시료배치부(410) 각각에 중첩되도록 배치될 수 있다. 제2 다중산란증폭부(453)는 따로 구비되어 시료배치부(410)와 검출부(430) 사이에 배치될 수 있으나, 다른 실시예로서, 시료배치부(410)에 중첩되는 영역의 시료어레이부(410A)에 다중산란물질을 포함시켜 시료어레이부(410A)와 일체로 형성될 수도 있다. 또는, 시료어레이부(410A) 전체면에 배치되는 하나의 판 형태로 형성될 수도 있다. The second multiple scattering amplifier 453 may be disposed between the sample placement unit 410 and the detection unit 430. The second multiple scattering amplifier 453 may be arranged to overlap each of the plurality of sample arrangement units 410. The second multiple scattering amplifier 453 may be provided separately and placed between the sample arrangement unit 410 and the detection unit 430. However, in another embodiment, the sample array unit in the area overlapping the sample arrangement unit 410 (410A) may be formed integrally with the sample array unit (410A) by including a multiple scattering material. Alternatively, it may be formed in the form of a single plate disposed on the entire surface of the sample array unit 410A.

검출부(430)는 조사된 파동이 시료(S)에 의해 다중 산란(multiple scattering)되어 발생된 레이저 스펙클(laser speckle)을 사전에 설정된 시점(time)마다 검출할 수 있다. 여기서, 시점(time)이란, 연속적인 시간의 흐름 가운데 어느 한 순간을 의미하며, 시점(time)들은 동일한 시간 간격으로 사전에 설정될 수 있으나 반드시 이에 제한되지 않으며, 임의의 시간 간격으로 사전에 설정될 수도 있다. 검출부(430)는 파동원(420) 종류에 대응한 감지수단을 포함할 수 있으며, 예를 들면, 가시광선 파장 대역의 광원을 이용하는 경우에는 영상을 촬영하는 촬영장치인 CCD 카메라(camera)가 이용될 수 있다. 검출부(430)는 적어도 제1 시점에서의 레이저 스펙클을 검출하고, 제2 시점에서의 레이저 스펙클을 검출하여 제어부(440)로 제공할 수 있다.The detection unit 430 may detect laser speckle generated by multiple scattering of the irradiated wave by the sample S at each preset time. Here, time refers to a moment in the continuous flow of time, and times may be set in advance at the same time interval, but are not necessarily limited to this, and are set in advance at arbitrary time intervals. It could be. The detection unit 430 may include a sensing means corresponding to the type of the wave source 420. For example, when using a light source in the visible light wavelength band, a CCD camera, a photographing device that captures images, is used. It can be. The detection unit 430 may detect laser speckle at least from a first viewpoint and detect a laser speckle from a second viewpoint and provide the detected laser speckle to the control unit 440 .

제어부(440)는 검출된 상기 레이저 스펙클을 이용하여 시간 상관관계(temporal correlation)를 획득하고, 획득된 시간 상관관계에 기초하여 시료(S) 내의 미생물 존재 여부 또는 미생물의 농도를 추정할 수 있다. 제어부(440)는 복수의 시료배치부(410)에 수용된 복수의 시료(S)들 각각의 미생물 존재 여부 또는 미생물의 농도를 추정할 수 있다. 이때, 제어부(440)는 일정 시간마다 복수의 시료배치부(410)로 파동의 경로를 변경하여 조사하도록 파동경로변경부(421)의 반사면을 전기적으로 제어할 수 있다. 제어부(440)는 파동경로변경부(421)를 제어하는 타이밍과 연동하여 검출부(430)에서 검출된 레이저 스펙클 영상을 분류하여 시간상관관계를 획득할 수 있다. 따라서, 제어부(440)는 하나의 검출부(430)를 이용하더라도 복수의 시료배치부(410) 각각에 수용된 복수의 시료(S)들의 미생물 존재여부 또는 미생물의 농도를 추정할 수 있다. The control unit 440 can obtain a temporal correlation using the detected laser speckle, and estimate the presence or concentration of microorganisms in the sample S based on the obtained temporal correlation. . The control unit 440 may estimate the presence or concentration of microorganisms in each of the plurality of samples S accommodated in the plurality of sample placement units 410. At this time, the control unit 440 can electrically control the reflecting surface of the wave path change unit 421 to change the path of the wave and irradiate it to the plurality of sample placement units 410 at regular intervals. The control unit 440 may classify the laser speckle image detected by the detection unit 430 in conjunction with the timing for controlling the wave path change unit 421 to obtain temporal correlation. Accordingly, the control unit 440 can estimate the presence or concentration of microorganisms in the plurality of samples S contained in each of the plurality of sample placement units 410 even if only one detection unit 430 is used.

전술한 바와 같이, 제4 실시예에 따른 시료 특성 탐지 장치는 파동경로변경부를 이용하여 복수의 시료배치부에 수용된 복수의 시료들의 미생물 존재 여부 또는 미생물의 농도를 빠르게 탐지할 수 있다. As described above, the sample characteristic detection device according to the fourth embodiment can quickly detect the presence or concentration of microorganisms in a plurality of samples accommodated in a plurality of sample arrangement units using a wave path change unit.

도 11 및 도 12는 본 발명의 다른 실시예예 따른 시료 특성 탐지 장치의 다른 실시형태들을 개략적으로 도시한 도면이다.11 and 12 are diagrams schematically showing other embodiments of a sample characteristic detection device according to another embodiment of the present invention.

도 11을 참조하면, 시료 특성 탐지 장치(400-1)는 파동원(420), 파동경로변경부(421), 검출부(430) 및 제어부(440)를 포함할 수 있다. 다른 실시형태의 시료 특성 탐지 장치(400-1)는 시료(S)를 영역별로 분할하여 각 영역에서의 미생물 존재 여부 또는 미생물의 농도를 추정하고 비교할 수 있다. 예컨대, 포장된 소고기와 같은 식품은 포장된 상태 그대로 세균과 같은 미생물의 존재 여부를 확인할 필요가 있다. 이때, 파동경로변경부(421)를 구비한 시료 특성 탐지 장치(400-1)는 시료의 각 분할 영역(T1, T2 .. TN)을 따라 파동원(420)으로부터 조사되는 파동을 순차적으로 조사함으로써, 시료의 각 영역에서의 미생물의 존재 여부 또는 미생물의 농도를 탐지할 수 있다. Referring to FIG. 11, the sample characteristic detection device 400-1 may include a wave source 420, a wave path change unit 421, a detection unit 430, and a control unit 440. The sample characteristic detection device 400-1 of another embodiment can divide the sample S into regions to estimate and compare the presence or concentration of microorganisms in each region. For example, packaged foods such as beef need to be checked for the presence of microorganisms such as bacteria as they are packaged. At this time, the sample characteristic detection device 400-1 equipped with the wave path change unit 421 sequentially transmits waves irradiated from the wave source 420 along each divided area (T1, T2 .. T N ) of the sample. By investigating, the presence or concentration of microorganisms in each area of the sample can be detected.

시료 특성 탐지 장치(400-1)는 식품과 같은 시료의 미생물을 탐지하기 위하여 반사형 광학계로 구비될 수 있다. 이때, 파동원(420)으로부터 조사된 파동을 파동경로변경부(421)로 입사시키기 위한 미러(423)를 더 포함할 수 있다. 도면에서는 하나의 미러(423)를 도시하였으나, 파동 경로 변경을 위한 추가적인 렌즈 또는 미러를 더 구비할 수도 있다. 다른 실시예로서, 시료 특성 탐지 장치(400-1)는 투과형 광학계로 구비될 수도 있다. 이때 시료(S)는 투명한 포장재에 수용된 식품일 수 있다. The sample characteristic detection device 400-1 may be equipped with a reflective optical system to detect microorganisms in samples such as food. At this time, a mirror 423 for making the wave irradiated from the wave source 420 incident on the wave path changing unit 421 may be further included. Although one mirror 423 is shown in the drawing, additional lenses or mirrors may be provided to change the wave path. As another example, the sample characteristic detection device 400-1 may be equipped with a transmission-type optical system. At this time, the sample (S) may be a food contained in a transparent packaging material.

한편, 시료 특성 탐지 장치(400-1)는 시료의 매질 종류에 따라 다중산란증폭부(미도시)를 더 구비할 수 있다. 예를 들면, 소고기와 같이 조직이 치밀한 매질의 시료인 경우 다중산란증폭부를 구비하지 않아도 다중 산란이 충분히 일어나기 때문에 미생물을 탐지하는 것이 가능하다. 그러나, 이와 다른 매질의 경우에는 다중산란증폭부(미도시)를 더 구비하여 시료 내의 미생물 존재 여부를 탐지함으로써, 좀 더 정밀한 분석이 가능할 수 있다. Meanwhile, the sample characteristic detection device 400-1 may further include a multiple scattering amplifier (not shown) depending on the type of sample medium. For example, in the case of a sample of a medium with dense tissue, such as beef, it is possible to detect microorganisms because multiple scattering occurs sufficiently even without a multiple scattering amplifier. However, in the case of other media, a more precise analysis may be possible by further providing a multiple scattering amplifier (not shown) to detect the presence of microorganisms in the sample.

제어부(440)는 파동경로변경부(421)를 제어하는 타이밍과 연동하여 검출부(430)에서 검출된 레이저 스펙클 영상을 분류하여 시간상관관계를 획득할 수 있다. 이를 통해, 제어부(440)는 검출된 레이저 스펙클을 이용하여 각 영역에서의 미생물 존재 여부를 탐지할 수 있다. 또한, 제어부(440)는 파동경로변경부(421)의 스캔 경로(일점쇄선)를 제어할 수 있으며, 이를 통해, 레이저 스펙클의 공간상관관계를 획득할 수 있다. 즉, 다른 실시형태의 시료 특성 탐지 장치(400-1)는 레이저 스펙클의 시간상관관계뿐만 아니라 공간상관관계를 획득함으로써, 시료 내의 미생물 존재여부 또는 농도에 관한 매핑(mapping)이 가능할 수 있다. The control unit 440 may classify the laser speckle image detected by the detection unit 430 in conjunction with the timing for controlling the wave path change unit 421 to obtain temporal correlation. Through this, the control unit 440 can detect the presence of microorganisms in each area using the detected laser speckle. Additionally, the control unit 440 can control the scan path (dash line) of the wave path change unit 421, and through this, the spatial correlation of the laser speckle can be obtained. That is, the sample characteristic detection device 400-1 of another embodiment may be capable of mapping the presence or concentration of microorganisms in a sample by acquiring not only the temporal correlation but also the spatial correlation of the laser speckle.

도 12를 참조하면, 또 다른 실시형태의 시료 특성 탐지 장치(400-2)는 복수의 시료배치부(410)들을 포함하는 회전어레이부(410B)를 구비하며, 파동원(420), 검출부(430), 제어부(440) 및 다중산란증폭부(451, 453)를 포함할 수 있다. 여기서, 파동원(420), 검출부(430) 및 다중산란증폭부(451, 453)으로 이루어진 광학계는 고정된 상태에서 회전어레이부(410B)가 회전하면서 복수의 시료배치부(410)에 수용된 복수의 시료들을 측정할 수 있다. Referring to FIG. 12, a sample characteristic detection device 400-2 of another embodiment includes a rotating array unit 410B including a plurality of sample placement units 410, a wave source 420, and a detection unit ( 430), a control unit 440, and a multiple scattering amplifier unit (451, 453). Here, the optical system consisting of the wave source 420, the detection unit 430, and the multiple scattering amplifier units 451 and 453 is fixed, and the rotating array unit 410B rotates to detect the plurality of samples accommodated in the plurality of sample placement units 410. of samples can be measured.

회전어레이부(410B)는 사전에 설정된 회전 속도로 회전어레이부(410B)를 구동하는 구동부(415)를 포함할 수 있다. 회전어레이부(410B)에는 복수의 시료배치부(410)가 원주 방향을 따라 소정의 간격으로 이격되어 배치될 수 있다. 회전어레이부(410B)에 배치된 복수의 시료배치부(410)는 일정한 간격으로 이격되며, 일정한 회전속도로 회전하도록 함으로써, 고정된 파동원(420) 및 검출부(430)를 이용하여 시료배치부(410) 내의 시료의 미생물의 존재여부 또는 농도를 탐지할 수 있다. 회전어레이부(410B)는 중심(O)을 지나는 중심축(Axis1)을 따라 회전할 수 있으며, 회전하는 동안 중심축(Axis1)을 기준으로 틸트(tilt)되지 않도록 정밀하게 구동될 수 있다. 회전어레이부(410B)의 틸트는 레이저 스펙클을 검출하는 것에 노이즈(noise)로 작용하기 때문이다. 제어부(440)는 상기한 구동부(415)를 제어하여 회전어레이부(410B)를 일정한 회전 속도로 회전시킬 수 있으며, 이때 시료배치부(410)들로부터 검출된 레이저 스펙클을 각각의 시료에 대한 레이저 스펙클로 분류하여 분석할 수 있다. The rotating array unit 410B may include a driving unit 415 that drives the rotating array unit 410B at a preset rotation speed. In the rotating array unit 410B, a plurality of sample placement units 410 may be arranged to be spaced apart at predetermined intervals along the circumferential direction. The plurality of sample placement units 410 disposed on the rotating array unit 410B are spaced apart at regular intervals and rotate at a constant rotation speed, thereby using the fixed wave source 420 and the detection unit 430. (410) The presence or concentration of microorganisms in the sample can be detected. The rotation array unit 410B can rotate along the central axis (Axis1) passing through the center (O), and can be driven precisely so as not to tilt with respect to the central axis (Axis1) while rotating. This is because the tilt of the rotating array unit 410B acts as noise in detecting the laser speckle. The control unit 440 controls the driving unit 415 to rotate the rotating array unit 410B at a constant rotation speed, and at this time, the laser speckle detected from the sample placement units 410 is applied to each sample. It can be classified and analyzed as a laser speckle.

한편, 회전어레이부(410B)는 시료배치부(410)들 사이에 기준시료배치부(R)을 포함할 수 있다. 기준시료배치부(R)는 시료배치부(410)와 동일하나 시료(S)가 수용되지 않을 수 있다. 기준시료배치부(R)에서의 기준 레이저 스펙클을 측정함으로써, 회전어레이부(410B)가 회전하는 동안 발생될 수 있는 노이즈를 제거하여 정확한 레이저 스펙클 검출이 가능할 수 있다. Meanwhile, the rotating array unit 410B may include a reference sample placement unit (R) between the sample placement units 410. The reference sample placement unit (R) is the same as the sample placement unit 410, but the sample (S) may not be accommodated. By measuring the reference laser speckle at the reference sample placement unit (R), noise that may occur while the rotating array unit (410B) is rotating can be removed, thereby enabling accurate laser speckle detection.

다중산란증폭부는 제1 다중산란증폭부(451)과 제2 다중산란증폭부(452)를 포함할 수 있다. 제1 다중산란증폭부(451)는 파동원(420)과 시료배치부(410) 사이에 배치될 수 있다. 제1 다중산란증폭부(451)는 파동원(420)이 조사되는 시료배치부(410) 상에 배치되어 다른 시료배치부(410)에 파동이 조사되지 않게 하여 노이즈를 저감시킬 수 있다. 또한, 제2 다중산란증폭부(453)는 시료배치부(410)과 검출부(430) 사이에 배치될 수 있으며, 마찬가지로 측정되는 시료배치부(410)에서 다중산란되는 파동만을 검출하도록 측정되는 시료배치부(410)에 대응되는 영역 상에 위치할 수 있다. 도면에서는 제1 다중산란증폭부(451)과 제2 다중산란증폭부(453)이 시료배치부(410)으로부터 이격되어 배치된 것처럼 도시하였으나, 이에 제한되지 않는다. 다른 실시예로서, 각각 시료배치부(410)들의 상부와 하부에 제1 다중산란증폭부(451) 및 제2 다중산란증폭부(453)가 고정되어 위치할 수도 있다.The multiple scattering amplifier unit may include a first multiple scattering amplifier unit 451 and a second multiple scattering amplifier unit 452. The first multiple scattering amplifier 451 may be disposed between the wave source 420 and the sample arrangement unit 410. The first multiple scattering amplifier 451 is disposed on the sample arrangement unit 410 where the wave source 420 is irradiated and prevents the wave from being irradiated to other sample arrangement units 410, thereby reducing noise. In addition, the second multiple scattering amplifier 453 may be disposed between the sample arrangement unit 410 and the detection unit 430, and the sample to be measured to detect only waves that are multiply scattered from the sample arrangement unit 410 to be similarly measured. It may be located in an area corresponding to the placement unit 410. In the drawing, the first multiple scattering amplifier 451 and the second multiple scattering amplifier 453 are shown as being arranged spaced apart from the sample arrangement unit 410, but the present invention is not limited thereto. As another embodiment, the first multiple scattering amplifier 451 and the second multiple scattering amplifier 453 may be fixedly positioned at the upper and lower portions of the sample placement units 410, respectively.

이제까지 본 발명에 대하여 바람직한 실시예를 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 본 발명을 구현할 수 있음을 이해할 것이다. 그러므로 상기 개시된 실시 예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 한다.So far, the present invention has been examined with a focus on preferred embodiments. A person skilled in the art to which the present invention pertains will understand that the present invention can be implemented in a modified form without departing from the essential characteristics of the present invention. Therefore, the disclosed embodiments should be considered from an illustrative rather than a limiting perspective. The scope of the present invention is indicated in the claims rather than the foregoing description, and all differences within the equivalent scope should be construed as being included in the present invention.

100: 바이러스 검출 장치 110: 시료 배치부
120: 바이러스 마커 적용부 130: 파동원
140: 검출부 150: 자계 형성부
155: RF 코일 160: 제어부
190: 디스플레이부 200: 바이러스 검출 장치
240: 검출부100: Virus detection device 110: Sample placement unit
120: Virus marker application unit 130: Wave source
140: detection unit 150: magnetic field forming unit
155: RF coil 160: control unit
190: Display unit 200: Virus detection device
240: detection unit

Claims (17)

시료를 향하여 파동을 조사하는 파동원;
상기 조사된 파동이 상기 시료에 의해 다중 산란(multiple scattering)되어 발생된 레이저 스펙클(laser speckle)을 검출하되, 상기 레이저 스펙클을 사전에 설정된 시점마다 검출하는 검출부; 및
상기 검출된 레이저 스펙클의 시간에 따른 변화인 시간 상관관계(temporal correlation)을 획득하고, 상기 획득된 시간 상관관계를 기초하여, 상기 시료의 특성을 탐지하는 제어부;를 포함하며,
상기 검출부는 상기 시료와 상기 검출부 사이 또는 상기 검출부 내부의 일 영역에서 상기 레이저 스펙클을 검출하고, 상기 시료의 표면으로부터 일정 거리 이격된 제1 영역에서 상기 레이저 스펙클을 검출하고,
상기 제1 영역은 상기 시료의 표면으로부터 제1 거리 이격된 제1 지점을 포함하는 제1 면과 상기 시료의 표면으로부터 상기 제1 거리보다 먼 제2 거리 이격된 제2 지점을 포함하는 제2 면 사이에 배치되는, 시료 특성 탐지 장치.A wave source that radiates waves toward the sample;
a detection unit that detects laser speckle generated by multiple scattering of the irradiated wave by the sample, and detects the laser speckle at preset time points; and
It includes a control unit that acquires a temporal correlation, which is a change in the detected laser speckle over time, and detects characteristics of the sample based on the obtained temporal correlation,
The detection unit detects the laser speckle in an area between the sample and the detection unit or inside the detection unit, and detects the laser speckle in a first area spaced a predetermined distance from the surface of the sample,
The first area includes a first surface including a first point spaced a first distance from the surface of the sample and a second surface including a second point spaced a second distance greater than the first distance from the surface of the sample. A sample characteristic detection device disposed between. 제1 항에 있어서,
상기 제어부는 상기 시료 내부에서 움직임이 있는 세균이나 미생물 또는 바이러스로부터 생성되는 스펙클의 변화에 따라 상기 세균이나 미생물 또는 바이러스의 존재 여부 또는 농도를 실시간으로 추정하는, 시료 특성 탐지 장치.According to claim 1,
The control unit estimates the presence or concentration of the bacteria, microorganisms, or viruses in real time based on changes in speckles generated from the bacteria, microorganisms, or viruses moving inside the sample. 제1 항에 있어서,
상기 시간 상관관계는 제1 시점에서 검출된 상기 레이저 스펙클의 제1 영상정보와, 상기 제1 시점과 다른 제2 시점에서 검출된 상기 레이저 스펙클의 제2 영상정보의 차이를 포함하는, 시료 특성 탐지 장치.According to claim 1,
The time correlation includes the difference between first image information of the laser speckle detected at a first viewpoint and second image information of the laser speckle detected at a second viewpoint different from the first viewpoint. Feature detection device. 제3 항에 있어서,
상기 제1 영상정보 및 상기 제2 영상정보는 상기 레이저 스펙클의 패턴정보 및 상기 파동의 세기 정보 중 적어도 어느 하나를 포함하는, 시료 특성 탐지 장치.According to clause 3,
The first image information and the second image information include at least one of pattern information of the laser speckle and intensity information of the wave. 삭제delete 제1 항에 있어서,
상기 시료로부터 다중산란되어 출사되는 상기 파동의 적어도 일부를 상기 시료로 반사시켜 상기 시료에서의 다중 산란 횟수를 증폭시키는 다중산란증폭부;를 더 포함하는, 시료 특성 탐지 장치.According to claim 1,
A sample characteristic detection device further comprising a multiple scattering amplifier that amplifies the number of multiple scatterings in the sample by reflecting at least a portion of the wave multi-scattered and emitted from the sample to the sample. 제6 항에 있어서,
상기 다중산란증폭부는,
상기 시료의 중심을 지나는 연장선 상에 배치되며, 상기 시료로부터 다중산란되어 출사되는 상기 파동의 적어도 일부를 상기 시료로 반사시키는 제1 다중산란증폭부; 및
상기 시료를 기준으로 상기 제1 다중산란증폭부와 대향되게 배치되며, 상기 시료로부터 다중산란되어 출사되는 상기 파동의 적어도 일부를 상기 시료로 반사시키는 제2 다중산란증폭부;를 포함하는, 시료 특성 탐지 장치.According to clause 6,
The multiple scattering amplifier unit,
a first multi-scattering amplifier disposed on an extension line passing through the center of the sample and reflecting at least a portion of the wave multi-scattered and emitted from the sample to the sample; and
Sample characteristics including; a second multiple scattering amplifier disposed opposite to the first multiple scattering amplifier with respect to the sample and reflecting at least a portion of the wave multi-scattered and emitted from the sample to the sample; Detection device. 삭제delete 삭제delete 시료를 수용하는 시료 배치부;
상기 시료 배치부와 인접하게 배치되며, 기준 시료를 수용하는 기준 시료 배치부;
상기 시료 배치부 내의 상기 시료 및 상기 기준 시료 배치부 내의 상기 기준 시료를 향하여 파동을 조사하는 파동원;
상기 조사된 파동이 상기 시료 및 상기 기준 시료 각각에 의해 다중 산란(multiple scattering)되어 발생된 제1 레이저 스펙클(laser speckle) 및 기준 레이저 스펙클을 검출하되, 사전에 설정된 동일 시점마다 검출하는 검출부; 및
상기 검출된 제1 레이저 스펙클을 이용하여 상기 검출된 제1 레이저 스펙클의 시간에 따른 변화인 시간 상관관계(temporal correlation)를 획득하고, 상기 획득된 시간 상관관계에 기초하여 상기 시료의 특성을 탐지하는 제어부;를 포함하며
상기 검출부는 상기 시료와 상기 검출부 사이 또는 상기 검출부 내부의 일 영역에서 상기 레이저 스펙클을 검출하는, 시료 특성 탐지 장치.A sample placement unit that accommodates the sample;
a reference sample placement unit disposed adjacent to the sample placement unit and accommodating a reference sample;
A wave source that irradiates waves toward the sample in the sample placement unit and the reference sample in the reference sample placement unit;
A detection unit that detects the first laser speckle and the reference laser speckle generated by multiple scattering of the irradiated wave by each of the sample and the reference sample, and detects them at the same preset time point. ; and
Using the detected first laser speckle, temporal correlation, which is a change in the detected first laser speckle over time, is obtained, and the characteristics of the sample are determined based on the obtained temporal correlation. Includes a control unit that detects
The detection unit detects the laser speckle in an area between the sample and the detection unit or inside the detection unit. 제10 항에 있어서,
상기 제어부는 상기 시료 내부에서 움직임이 있는 세균이나 미생물 또는 바이러스로부터 생성되는 스펙클의 변화에 따라 상기 세균이나 미생물 또는 바이러스의 존재 여부 또는 농도를 실시간으로 추정하는, 시료 특성 탐지 장치.According to claim 10,
The control unit estimates the presence or concentration of the bacteria, microorganisms, or viruses in real time based on changes in speckles generated from the bacteria, microorganisms, or viruses moving inside the sample. 삭제delete 제10 항에 있어서,
상기 시간 상관관계는 제1 시점에서 검출된 상기 제1 레이저 스펙클의 제1 영상정보와, 상기 제1 시점과 다른 제2 시점에서 검출된 상기 제1 레이저 스펙클의 제2 영상정보의 차이를 포함하는, 시료 특성 탐지 장치.According to claim 10,
The time correlation is the difference between the first image information of the first laser speckle detected at a first viewpoint and the second image information of the first laser speckle detected at a second viewpoint different from the first viewpoint. Including, a sample characteristic detection device. 제13 항에 있어서,
상기 제1 영상정보 및 상기 제2 영상정보는 레이저 스펙클의 패턴정보 및 파동의 세기 정보 중 적어도 어느 하나를 포함하는, 시료 특성 탐지 장치.According to claim 13,
The first image information and the second image information include at least one of laser speckle pattern information and wave intensity information. 제14항에 있어서,
상기 제어부는 상기 검출된 기준 레이저 스펙클을 이용하여 상기 검출된 기준 레이저 스펙클의 기준 정보를 획득하고, 상기 기준 정보를 이용하여 상기 제1 레이저 스펙클의 시간 상관관계에 대한 노이즈를 제거하는, 시료 특성 탐지 장치.According to clause 14,
The control unit obtains reference information of the detected reference laser speckle using the detected reference laser speckle, and removes noise about the temporal correlation of the first laser speckle using the reference information. Sample characteristic detection device. 삭제delete 시료를 향하여 파동을 조사하는 파동원;
상기 조사된 파동이 상기 시료에 의해 다중 산란(multiple scattering)되어 발생된 레이저 스펙클(laser speckle)을 검출하되, 상기 레이저 스펙클이 확산되는 경로 상의 일 영역에서 상기 레이저 스펙클을 사전에 설정된 시점마다 검출하는 검출부; 및
상기 검출된 레이저 스펙클의 시간 상관관계(temporal correlation)을 획득하고, 상기 획득된 시간 상관관계를 기초하여, 상기 시료의 특성을 실시간(real-time)으로 탐지하는 제어부;를 포함하고,
상기 검출부는 상기 시료의 표면으로부터 일정 거리 이격된 제1 영역에서 상기 레이저 스펙클을 검출하고,
상기 제1 영역은 상기 시료의 표면으로부터 제1 거리 이격된 제1 지점을 포함하는 제1 면과 상기 시료의 표면으로부터 상기 제1 거리보다 먼 제2 거리 이격된 제2 지점을 포함하는 제2 면 사이에 배치되는, 시료 특성 탐지 장치.
A wave source that radiates waves toward the sample;
Detects laser speckle generated by multiple scattering of the irradiated wave by the sample, and detects the laser speckle at a preset point in a region along the path where the laser speckle spreads. A detection unit that detects each time; and
A control unit that acquires a temporal correlation of the detected laser speckle and detects the characteristics of the sample in real-time based on the obtained temporal correlation,
The detection unit detects the laser speckle in a first area spaced a certain distance away from the surface of the sample,
The first area includes a first surface including a first point spaced a first distance from the surface of the sample and a second surface including a second point spaced a second distance greater than the first distance from the surface of the sample. A sample characteristic detection device disposed between.
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