KR20170057672A

KR20170057672A - 라만 신호 측정 방법, 장치 및 라만 신호 측정 장치를 포함하는 생체 정보 분석 장치

Info

Publication number: KR20170057672A
Application number: KR1020150161054A
Authority: KR
Inventors: 조성호; 가젠드라 싱; 이준영
Original assignee: 삼성전자주식회사; 메사추세츠 인스티튜트 오브 테크놀로지
Priority date: 2015-11-17
Filing date: 2015-11-17
Publication date: 2017-05-25
Also published as: KR102444284B1; US10874301B2; EP3171162A1; US20170135582A1; EP3171162B1

Abstract

라만 신호 측정 장치 및 방법에 따르면, 피검체에 여기광(exciting light)을 조사할 때, 라만 산란광이 발생하는 타임 스케일(time scale)과 형광이 발생하는 타임 스케일이 다름을 이용하여, 피검체로부터 여기광에 의한 형광이 발생하기 전에, 피검체로부터 산란된 광을 검출한다. 이에 따라 형광 배경 신호가 최소화된 라만 신호를 획득할 수 있다.

Description

라만 신호 측정 방법, 장치 및 라만 신호 측정 장치를 포함하는 생체 정보 분석 장치{Raman signal measuring method and apparatus, and biometric information analyzing apparatus including the Raman signal measuring apparatus}

본 개시는 라만 신호 측정 방법, 장치 및 라만 신호 측정 장치를 포함하는 생체 정보 분석 장치에 대한 것이다.

라만 분광법(Raman Spectroscopy)은 피검체에 조사된 여기광(excitation light)에 의해 피검체 내에서 일어나는 비탄성 산란(inelastic scattering)을 측정하여 다양한 물질에 대한 성분 분석을 할 수 있다.

광이 측정될 샘플에 입사되면, 입사광과 상이한 파장의 비탄성적으로 산란된 광이 검출되어 측정된다. 입사광과 산란광 사이의 파장 시프트는 라만 시프트(Raman shift)라고 하며, 이러한 시프트는 분자의 진동 또는 회전 에너지 상태를 나타낸다. 라만 산란광의 강도는 대상 분자의 농도에 직접적으로 대응하는 것으로 알려져 있어 라만 분광법을 이용한 분자 분석은 매우 유용하게 사용된다.

라만 분광법과 관련된 난점은 라만 산란광 고유의 매우 낮은 신호 강도이며, 이를 보완하기 위해 신호를 증폭하기 위한 광학계 구성이 제안되고 있다.

라만 측정법과 관련된 다른 난점은 샘플 물질이 입사광을 산란할 뿐만 아니라 흡수할 수 있고, 따라서 상당한 강도의 형광이 발생한다는 점이다. 이는 배경 형광(background fluorescence)이라고 하며, 배경 형광으로부터 라만 신호를 분리하기 위해 필터 등의 사용이 수반된다. 그러나, 필터 등의 사용은 상대적으로 작은 라만 신호 크기를 왜곡할 수 있고, 라만 신호의 정확도에 영향을 줄 수 있다.

배경 형광 신호의 영향이 적은 라만 신호 측정 방법, 장치 및 라만 신호 측정 장치를 포함하는 생체 정보 분석 장치를 제공한다.

일 유형에 따르면, 광원이 피검체에 여기광(exciting light)을 조사하는 단계; 피검체로부터 상기 여기광에 의한 형광이 발생하기 전에, 피검체로부터 산란된 광을 광검출기를 포함하는 검출 광학계가 검출하는 단계;를 포함하는, 라만 신호 측정 방법이 제공된다.

상기 라만 신호 측정 방법은 상기 조명 광학계에 대해 제1 타이밍 신호를 전송하는 단계; 상기 검출 광학계에 대해 제2 타이밍 신호를 전송하는 단계;를 더 포함하며, 상기 제1 및 제2 타이밍 신호가 전송되는 시간차는 피검체에서 상기 여기광에 의한 형광이 발생하는 시간보다 짧을 수 있다.

상기 제1 타이밍 신호에 따라, 상기 광원이 피검체에 광을 조사하는 단계가 시작되고, 상기 제2 타이밍 신호에 따라, 상기 광검출기가 피검체로부터 산란된 광을 검출하는 단계가 종료될 수 있다.

상기 제2 타이밍 신호에 따라, 피검체로부터의 산란광이 상기 조명 광학계에 입사하지 않도록 차단될 수 있다.

상기 광을 조사하는 단계는 펄스 형태의 광을 사용할 수 있다.

상기 펄스 형태의 광의 펄스 폭은, 피검체에서 상기 여기광에 의한 형광이 발생하는 시간 보다 짧을 수 있다.

상기 광검출기의 광검출 반응 시간은, 상기 여기광에 의한 형광이 발생하는 시간보다 짧을 수 있다.

또한, 일 유형에 따르면, 피검체에 여기광을 조사하는 광원을 포함하는 조명 광학계; 피검체로부터 산란되는 광을 파장별로 검출하는 것으로, 분광 요소와 광검출기를 포함하는 검출 광학계; 상기 조명 광학계와 상기 분광 검출 광학계의 구동 타이밍을 제어하는 타이밍 제어부;를 포함하는 라만 신호 측정 장치가 제공된다.

상기 타이밍 제어부는 상기 광원에서 조사된 여기광에 의한 형광이 피검체에서 발생하기 전에 상기 검출 광학계에서의 광 검출이 종료되게 하는 타이밍 신호를 전송할 수 있다.

상기 타이밍 제어부는 상기 광원에서의 광이 피검체에 입사하게 하는 제1 타이밍 신호를 상기 조명 광학계에 전송하고, 피검체로부터 산란된 광이 상기 검출 광학계에서 검출되는 것이 종료되게 하는 제2 타이밍 신호를 상기 검출 광학계에 전송할 수 있다. 하는, 라만 신호 측정 장치.

상기 조명 광학계는 펄스 형태의 광을 피검체에 조사할 수 있다.

상기 조명 광학계는 연속 레이저와 초퍼(chopper)를 포함할 수 있다.

상기 조명 광학계는 펄스 레이저를 포함할 수 있다.

상기 펄스 형태의 광의 펄스 폭은 상기 제1 타이밍 신호와 제2 타이밍 신호의 시간차보다 작을 수 있다.

상기 광검출기의 광검출 반응 시간은 상기 제1 타이밍 신호와 제2 타이밍 신호의 시간차보다 작을 수 있다.

상기 제1 타이밍 신호에 따라, 상기 조명 광학계에서의 광 조사가 시작될 수 있다.

상기 조명 광학계는 상기 광원에서의 광이 피검체로 입사되는 것을 개폐하는 제1셔터를 더 포함하며, 상기 제1 타이밍 신호에 따라, 상기 제1셔터가 오픈될 수 있다.

상기 검출 광학계는 피검체로부터 산란된 광이 상기 광검출기로 입사되는 것을 개폐하는 제2셔터를 더 포함하며, 상기 제2 타이밍 신호에 따라, 상기 제2셔터가 닫힐 수 있다.

상기 분광 요소는 피검체로부터의 산란광을 파장별로 분기하는 빔 스플리팅 소자를 포함할 수 있다.

상기 빔 스플리팅 소자는 프리즘을 포함할 수 있다.

상기 빔 스플리팅 소자는 그레이팅 소자를 포함할 수 있다.

상기 분광 요소는 광이 입사되는 위치에 따라 투과 파장 대역이 달라지는 선형 가변 필터를 포함할 수 있다.

상기 분광 요소는 복수의 다이크로익 필터를 포함할 수 있다.

상기 복수의 다이크로익 필터는 제1 파장대역의 광을 투과시키고 나머지는 반사시키는 제1 다이크로익 필터; 상기 제1 다이크로익 필터에서 반사된 광이 향하는 광경로에 배치되어, 제2 파장대역의 광을 투과시키고 나머지는 반사시키는 제2 다이크로익 필터;를 포함할 수 있다.

상기 복수의 다이크로익 필터와 상기 광검출기 사이에는 투과 파장 대역이 다른 복수의 대역 투과 필터가 더 배치될 수 있다.

상기 분광 요소는 투과 파장 대역이 다른 복수의 대역 통과 필터를 포함할 수 있다.

또한, 일 유형에 따르면, 피검체에 여기광을 조사하는 광원을 포함하는 조명 광학계; 피검체로부터 산란되는 광을 검출하는 광검출기를 포함하는 검출 광학계; 상기 조명 광학계와 상기 검출 광학계의 구동 타이밍을 제어하는 타이밍 제어부; 및 상기 검출 광학계에서의 출력 신호를 이용하여 피검체의 물성을 분석하는 신호처리부;를 포함한다.

상술한 라만 신호 측정 방법 및 장치에 따르면, 피검체에서 발생하는 다량의 배경 형광(background fluorescence) 신호가 최소화된 라만 신호를 획득할 수 있다. 따라서, 배경 형광 신호에 실린 라만 피크를 분리 검출하기 위한 별도의 광학 부재나 연산 처리가 필요하지 않으므로, 측정의 정확도, 재현성이 높아질 수 있다.

상술한 생체 정보 분석 장치는 라만 분석법을 사용하는 비침습 측정 장치로서, 오차가 적은 라만 신호를 획득하고 이로부터 생체 정보를 분석하므로, 분석, 진단의 정확성이 높다.

도 1은 실시예에 따른 라만 신호 측정 방법을 개략적으로 설명하는 흐름도이다.
도 2는 여기광에 의해 피검체로부터 방출되는 광의 스펙트럼을 예시적으로 보인다.
도 3은 일반적인 라만 스펙트럼에 형광이 포함되는 원리를 설명하기 위한, 자블론스키 다이어그램(Jablonski Diagram)이다.
도 4는 실시예에 따른 라만 신호 측정 장치를 개략적으로 설명하는 개념도이다.
도 5는 다른 실시예에 따른 라만 신호 측정 방법을 보이는 흐름도이다.
도 6은 다른 실시예에 따른 라만 신호 측정 장치의 개략적인 구성을 보인다.
도 7은 다른 실시예에 따른 라만 신호 측정 장치의 개략적인 구성을 보인다.
도 8은 다른 실시예에 따른 라만 신호 측정 장치의 개략적인 구성을 보인다.
도 9는 다른 실시예에 따른 라만 신호 측정 장치의 개략적인 구성을 보인다.
도 10은 다른 실시예에 따른 라만 신호 측정 장치의 개략적인 구성을 보인다.
도 12는 실시예에 따른 생체 정보 분석 장치의 개략적인 구성을 보이는 블록도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이하의 도면들에서 동일한 참조부호는 동일한 구성요소를 지칭하며, 도면상에서 각 구성요소의 크기는 설명의 명료성과 편의상 과장되어 있을 수 있다. 한편, 이하에 설명되는 실시예는 단지 예시적인 것에 불과하며, 이러한 실시예들로부터 다양한 변형이 가능하다.

이하에서, "상부" 나 "상"이라고 기재된 것은 접촉하여 바로 위에 있는 것뿐만 아니라 비접촉으로 위에 있는 것도 포함할 수 있다.

제 1, 제 2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 구성요소들은 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.

단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

또한, 명세서에 기재된 “...부”, “모듈” 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어 또는 소프트웨어로 구현되거나 하드웨어와 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.

도 1은 실시예에 따른 라만 신호 측정 방법을 보이는 흐름도이다.

라만 신호를 얻기 위해, 분석 대상인 피검체에 여기광이 조사된다(S11).

라만 신호는 피검체에 입사된 광이 피검체에 포함된 분자들에 의해 비탄성 산란되며 파장 편이된 광 신호이다. 더 긴 파장으로 편이된 광은 스톡스 라만 편이 신호(Stokes-shifted Raman signal)라고 불리며, 더 짧은 파장으로 편이된 광은 반스톡스 라만 편이 신호(anti-Stokes Raman signal)라고 불린다. 파장 편이된 정도는 분자 고유의 정보를 포함한다. 따라서, 라만 신호로부터 피검체(OBJ)에 포함된 분자 정보를 분석할 수 있다.

한편, 여기광에 의해 피검체로부터 방출되는 광은 이러한 라만 신호 외에도 다양한 종류의 광을 포함한다. 예를 들어, 피검체 내의 분자들이 여기광을 흡수하여 들뜬 상태로 에너지 상태가 전이된 후, 바닥 상태로 돌아오면서 에너지 차이만큼 광을 방출한다. 이 때, 들뜬 상태와 바닥 상태 사이의 에너지 상태를 거치며 광이 방출될 수 있고, 바닥 상태로 돌아오는 에너지 상태 경로에 따라 다양한 파장의 광이 방출되게 된다. 이와 같이 방출되는 광은 입사광의 파장보다 긴 파장을 가지며, 라만 신호의 파장 대역과 상당부분 겹치면서도 신호 레벨 자체도 높아, 피검체로부터 방출된 광 중 라만 신호를 분리하는 것이 어렵다.

실시예에 따른 라만 신호 측정 방법은 정확도가 높은 라만 신호를 획득하기 위해, 피검체로부터의 산란광을 피검체로부터의 형광이 발생하기 전에 검출한다. 즉, 형광이 발생하는 데 걸리는 시간을 t_FL 이라고 할 때, Δt(<t_FL) 발생 이전에 검출한다(S12).

도 2는 여기광에 의해 피검체로부터 방출되는 광의 스펙트럼을 예시적으로 보인다.

그래프에서 가로축은 방출광의 파장의 역수, 즉, 파수(wave number)를 나타내며, 세로축은 방출광의 세기이다. 그래프의 개수는 아래에서부터 시간이 경과하며 반복 측정된 회수를 나타낸다.

그래프를 참조하면, 특정 파장 편이 위치에서 나타난 라만 피크(Raman Peak)가 라만 신호에 해당하며, 나머지는 배경 형광(background fluorescence)이다. 그래프에 나타난 것처럼, 배경 형광의 신호 레벨이 상당히 높기 때문에 이로부터 라만 피크가 잘 도출되지 않으며, 라만 신호를 분리하기 위한 추가적인 광학 요소의 사용이 요구된다.

실시예에 따른 라만 신호 측정 방법은 이러한 배경 형광의 영향이 적은 라만 신호를 직접적으로 획득하기 위해, 여기광 조사에 의해 라만 신호 외에, 형광이 발생하는 원리와 타임 스케일을 분석하고 있다.

도 3은 일반적인 라만 스펙트럼에 형광이 포함되는 원리를 설명하기 위한, 자블론스키 다이어그램(Jablonski Diagram)이다.

자블론스키 다이어그램(Jablonski Diagram)은 광흡수에 의해 들뜬 상태로 전이한 전자의 수명(life history)을 에너지 도표로 나타낸 것이다.

도면을 참조하면, 들뜬 전자 상태로 전이된 분자는 internal conversion을 통해 일부 에너지를 방출하며, 또한, 주위 분자들과의 충돌에 의한 radiationless decay를 통해 일부 에너지를 방출한다. 주위 분자들과의 충돌에 의해 분자의 에너지 상태가 바닥 상태로까지 내려가지는 않으며, 일정 들뜬 상태에 머물다가 자발적 방출로 광을 방출하며, 이것이 형광(Fluorescence)이다. 즉, 피검체 내에 여기광이 조사된 후, internal conversion, radiationless decay 및 자발적 방출에 소요되는 시간 만큼이 경과한 다음, 형광(Fluorescence)이 발생한다.

들뜬 전자 상태로 전이된 분자 중의 일부는 internal conversion, radiationless decay를 거친 후, siglet-triplet 전이(inter-system crossing)를 거쳐 바닥 상태로 떨어지기 때문에, 보다 천천히 광을 방출한다. 이것이 인광(Phosphorescence)이다.

형광이 발생하기까지는 대략 수 나노초(nano second)가 걸리며 인광은 마이크로초(micro second) 단위의 시간이 걸린다.

라만광의 발생에는 대략 수 펨토초(femto second)의 시간이 걸리는 것으로 알려져 있다. 따라서, 피검체에 여기광을 조사하고, 피검체로부터 형광이 발생하기 이전에, 예를 들어, 대략 1~2 나노초가 경과하기 전에 피검체로부터의 광신호 검출이 완료되면, 이렇게 검출된 광은 형광의 영향이 거의 없는 라만 신호로 볼 수 있다.

도 4는 실시예에 따른 라만 신호 측정 장치(1000)를 개략적으로 설명하는 개념도이다.

라만 신호 측정 장치(1000)는 피검체(OBJ)에 여기광을 조사하는 광원을 포함하는 조명 광학계(100), 피검체(OBJ)로부터 산란되는 광을 파장별로 검출하는 것으로, 분광 요소와 광검출기를 포함하는 검출 광학계(200), 조명 광학계(100)와 검출 광학계(200)의 구동 타이밍을 제어하는 타이밍 제어부(300)를 포함한다.

피검체(OBJ)는 라만 분광법에 의해 성분 분석을 하고자 하는 피검체로서, 인체와 같은 생체나 식품 등을 포함할 수 있다. 예를 들어, 피검체(OBJ)는 글루코오즈(Glucose), 케라틴(Keratine), 스쿠알렌(Squalene), 세라미드(Ceramid), 콜라겐(Collagen) 등의 측정을 위한 인체일 수 있다. 이 외에도, 신선도 측정을 위한 식품일 수 있고, 기타, 대기 오염이나 수질 오염 등을 분석하기 위한 샘플일 수 있다.

조명 광학계(100)는 여기광(LE)을 조사하는 광원을 포함한다. 광원은 피검체(OBJ)로부터 분석하고자 하는 성질에 따라, 이에 적합한 파장 대역의 빛을 조사하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 광원은 약 800nm 내지 약 2500nm 파장 대역의 근적외선 광을 조사할 수 있다. 이러한 광원은, 예를 들어 발광 다이오드(LED), 레이저 다이오드(LD) 등을 포함할 수 있다. 또한, 광원에서의 광을 피검체로 향하게 하는 광학 요소, 예를 들어, 광원으로부터의 빛이 피검체(OBJ)의 필요한 위치를 향하도록 안내하는 적어도 하나의 광학요소가 조명 광학계(100)에 더 구비될 수 있다.

조명 광학계(100)에 의해 피검체(OBJ)에 조사된 여기광(LE)은 피검체(OBJ)내에 포함된 다양한 분자들에 의해 산란되고, 산란된 광의 일부는 라만 편이(Raman Shift)된다. 라만 편이된 광은 분자 고유의 진동 스펙트럼 정보(vibrational spectroscopic information)를 포함하게 된다.

검출 광학계(200)는 여기광(LE)에 의해 피검체(OBJ)로부터 산란 방출되는 산란광(LS)을 검출한다. 산란광(LS)은 입사된 여기광의 파장으로부터 파장 편이 정도가 다른 광들을 포함한다. 따라서, 검출 광학계(200)는 산란광(LS)을 파장별로 검출하기 위한 분광 요소와 광검출기를 구비한다.

피검체로부터 방출되는 광은 라만 산란광(LS) 외에, 상당한 양의 형광을 포함하고 있으며, 실시예의 라만 신호 측정 장치(1000)는 검출 광학계(200)에서 이러한 형광을 배제한 광신호를 획득할 수 있도록, 타이밍 제어부(300)를 구비하고 있다.

타이밍 제어부(300)는 피검체(OBJ)로부터의 방출되는 광을 형광 발생 이전에 검출하기 위해, 조명 광학계(100)과 검출 광학계(200)가 락인(lock-in) 되도록 제어한다.

타이밍 제어부(300)는 적절한 타이밍 신호를 생성할 수 있도록 기가 헤르쯔(GHZ) 대역 또는 그 이상의 주파수를 생성하는 국부 발진기(local oscillator)를 구비할 수 있다.

타이밍 제어부(300)는 조명 광학계(100)에서 조사된 여기광(LE)에 의한 형광이 피검체(OBJ)에서 발생하기 전에 검출 광학계(200)에서의 광 검출이 종료되게 하는 타이밍 신호를 생성할 수 있다. 타이밍 제어부(300)는 조명 광학계(100)에 제1 타이밍 신호(TS1)를 전송할 수 있고, 조명 광학계(100)는 타이밍 제어부(300)로부터 수신한 신호에 따라 피검체(OBJ)에 여기광(LE)을 조사할 수 있다. 타이밍 제어부(300)는 이와 동시에 검출 광학계(200)에 제1 타이밍 신호(TS1)를 전송할 수 있다. 타이밍 제어부(300)로부터의 제1 타이밍 신호(TS1)에 따라 검출 광학계(200)는 피검체(OBJ)로부터의 산란광(LS)을 검출한다. 다만, 이는 예시적인 것이며, 타이밍 제어부(300)가 검출 광학계(200)에 제1 타이밍 신호(TS1)를 전송하는 것은 선택적이다. 조명 광학계(100)에서 피검체(OBJ)에 여기광(LE)을 조사하지 않으면, 피검체(OBJ)로부터 산란광이 발생하지 않으므로, 검출 광학계(200)가 검출 모드로 대기하는 상태에서, 제1 타이밍 신호(TS1)에 따라 피검체(OBJ)에 여기광(LE)이 조사되면, 검출 광학계(200)가 산란광(LS)를 검출할 수 있다.

타이밍 제어부(300)는 검출 광학계(200)에 제2 타이밍 신호(TS2)를 전송할 수 있다. 제2 타이밍 신호(TS2)는 제1 타이밍 신호(TS1) 전송 후 피검체(OBJ)로부터의 여기광(LE)에 의한 형광이 발생하는 시간(t_FL)이 경과하기 전에, 검출 광학계(200)에 전송된다. 즉, 제2 타이밍 신호(TS2)와 제1 타이밍 신호(TS1)의 시간차(Δt)는 피검체(OBJ)에서 형광이 발생하는 데 걸리는 시간(t_FL)보다 작게 한다. 제2 타이밍 신호(TS2)에 따라, 검출 광학계(200)에서의 광검출이 종료될 수 있다.

검출 광학계(200)에 구비되는 광검출기의 광검출 반응 시간은 상기 시간차(Δt)보다 짧아야 한다. 다시 말하면, 광검출기의 광검출 반응 시간은 피검체(OBJ)에서 형광이 발생하는 데 걸리는 시간(t_FL)보다 짧아야 한다. 광검출 반응 시간이 이보다 길면, 형광이 발생하기 전에 라만 신호를 검출하는 것이 가능하지 않으므로, 고속 센싱이 가능한 소재의 광검출기로서, 예를 들어, 광검출 반응 시간이 수 나노초 이내인, 광검출기가 사용되어야 한다.

도 5는 다른 실시예에 따른 라만 신호 측정 방법을 보이는 흐름도이다.

먼저, 제1 타이밍 신호를 조명 광학계에 전송한다(S21).

조명 광학계는 제1 타이밍 신호에 따라 피검체에 여기광을 조사한다(S22), 검출광학계는 피검체로부터 산란광을 검출한다(S23).

다음, 제2 타이밍 신호가 검출광학계에 전송된다(S24). 제2 타이밍 신호와 제1 타이밍 신호의 시간차(Δt)는 피검체에서 형광이 발생하는 데 걸리는 시간(t_FL)보다 작게 한다.

제2 타이밍 신호에 따라, 피검체로부터의 산란광 검출이 종료된다(S25).

도 6은 다른 실시예에 따른 라만 신호 측정 장치(1200)의 개략적인 구성을 보인다.

라만 신호 측정 장치(1200)는 조명 광학계(110), 검출 광학계(210), 타이밍 제어부(300)를 포함한다.

조명 광학계(110)는 펄스 형태의 광을 제공할 수 있다. 이를 위하여, 조명 광학계(210)는 연속 레이저(continuous wave laser)(112)와 제1셔터(114)를 포함할 수 있다. 제1셔터(114)는 연속 레이저(112)로부터의 광이 피검체(OBJ)에 입사하지 않도록 차단하다가, 타이밍 제어부(300)로부터 제1 타이밍 신호(TS1)가 전송되면, 셔터 오픈 되며, 연속 레이저(112)로부터의 광이 피검체(OBJ)에 입사되도록 할 수 있다. 제1셔터(114)는 연속 레이저(112)로부터의 광이 펄스 형태로 피검체(OBJ)에 입사하게 하는 초퍼(chopper)일 수도 있다. 제1셔터(114)는 예를 들어, 일정 시간 동안 광을 투과시키는 모드에 있다가 다시 광을 차단하는 모드로 전환되도록 제어될 수 있고, 이러한 광 투과/차단의 모드 전환은 기계적 또는 전자적으로 수행될 수 있다. 제1셔터(114)는 연속 레이저(112)로부터의 광이 피검체(OBJ)에 입사하지 않도록 차단하는 모드에 있다가, 타이밍 제어부(300)로부터 제1 타이밍 신호(TS1)가 전송되면, 소정 시간 동안 연속 레이저(112)로부터의 광이 피검체(OBJ)에 입사하도록 투과 모드로 제어될 수 있다. 상기 소정 시간에 의해 펄스 폭(PW)이 정의된다. 펄스 폭(PW)은 여기광(LE)에 의해 피검체(OBJ)로부터 형광이 발생하는데 걸리는 시간(t_FL)보다 짧을 수 있으며, 수 나노초(nanosecond) 이하, 예를 들어, 대략 1~2 나노초 일 수 있다.

검출 광학계(210)는 제2셔터(214), 분광 요소(212) 및 광검출기(216)를 포함할 수 있다.

타이밍 제어부(300)로부터 제1 타이밍 신호(TS1)가 검출 광학계(210)에 전송되면, 제1 타이밍 신호(TS1)에 따라, 제2셔터(214)가 오픈되고, 피검체(OBJ)로부터 방출되는 산란광(LS)을 광검출기가 검출할 수 있다. 다만, 이는 선택적인 것이다. 피검체(OBJ)에 여기광(LE)이 입사하지 않으면, 피검체(OBJ)로부터 산란광은 방출되지 않으므로, 검출 광학계(210)는 측정 모드에 대기하고, 예를 들어, 제2셔터(214)가 오픈된 상태로 있다가 제1 타이밍 신호(TS1)에 따라 조명 광학계(110)로부터 피검체(OBJ)이 여기광(LE)이 조사되면, 피검체(OBJ)로부터의 산란광(LS)을 검출할 수 있다.

타이밍 제어부(300)에 의해 검출 광학계(210)에 제2 타이밍 신호(TS2)가 전송된다. 제2 타이밍 신호(TS2)와 제1 타이밍 신호(TS1)의 시간차(Δt)는 여기광(LE)에 의해 피검체(OBJ)에서 형광이 발생하는 시간(t_FL)보다 작다. 제2 타이밍 신호(TS2)에 따라 제2셔터(214)가 닫히며 피검체(OBJ)로부터의 광이 광검출기(216)에 입사되지 않는다. 즉, 제2 타이밍 신호(TS2)에 따라 검출 광학계(210)에서의 광 검출이 종료된다. 제2셔터(214)의 위치는 분광요소(212)와 피검체(OBJ) 사이에 도시되었으나, 이는 예시적인 것이다. 제2셔터(214)는 분광 요소(212)와 광검출기(216) 사이의 위치로 변경될 수도 있다.

광검출기(216)의 광검출 반응 시간은 전술한 바와 같이, 상기 시간차(Δt)보다 작아야 한다. 광검출 반응 시간이 이보다 크면, 형광이 발생하기 전에 라만 신호를 검출하는 것이 가능하지 않으므로, 고속 센싱이 가능한, 대략 수 나노초 이내의 광검출 반응 시간을 가지는 광검출기가 사용되어야 한다.

도 7은 다른 실시예에 따른 라만 신호 측정 장치(1200)의 개략적인 구성을 보인다.

라만 신호 측정 장치(1200)는 조명 광학계(120), 검출 광학계(220), 타이밍 제어부(300)를 포함한다.

본 실시예의 라만 신호 측정 장치(1200)는 조명 광학계(120)의 광원으로 펄스 레이저(122)를 사용한다. 펄스 레이저(122)는 모드 락킹(mode-locking) 펄스 레이저 일 수 있다. 모드 락킹(mode-locking) 펄스 레이저는 다중 모드 레이저에서 각 모드 사이의 위상을 일치시켜 발진, 출력하므로, 초단파, 고출력의 펄스를 형성하기에 적합하다. 펄스 레이저(122)의 펄스 폭(PW)은 여기광(LE)에 의해 피검체(OBJ)에서 형광이 발생하는 시간보다 작을 수 있다. 또는, 제1 타이밍 신호(TS1)와 제2 타이밍 신호(TS2)의 시간차보다 작을 수 있다.

검출 광학계(220)는 제2셔터(224), 분광 요소(222), 광검출기(226)를 포함하며, 광검출기(226)의 광검출 반응 시간은 여기광(LE)에 의해 피검체(OBJ)에서 형광이 발생하는 시간보다 작을 수 있다. 또는, 제1 타이밍 신호(TS1)와 제2 타이밍 신호(TS2)의 시간차보다 작을 수 있다. 또는, 펄스 레이저(122)에서 조사되는 광의 펄스 폭(PW)보다 작을 수 있다.

도 8은 다른 실시예에 따른 라만 신호 측정 장치(1300)의 개략적인 구성을 보인다.

라만 신호 측정 장치(1300)는 조명 광학계(130), 검출 광학계(230), 타이밍 제어부(300)를 포함한다.

조명 광학계(1300)는 광원(132)과 제1셔터(134)를 포함한다. 타이밍 제어부(300)에서의 제1 타이밍 신호(TS1)에 따라 제1셔터(134)가 구동되어 소정 펄스 폭의 펄스 광을 피검체(OBJ)에 조사할 수 있다. 광원(132)이 펄스 레이저인 경우, 제1셔터(134)는 생략될 수 있고, 제1 타이밍 신호(TS1)에 따라 광원(132)의 구동이 제어될 수 있다.

검출 광학계(230)는 피검체(OBJ)로부터의 산란광(LS)을 파장별로 분기하는 빔 스플리팅 소자(232)와 광검출기(236)를 포함한다. 빔 스플리팅 소자(232)는 프리즘일 수 있다. 빔 스플리팅 소자(232)은 입사광을 파장에 따라 다른 각도로 굴절시킨다. 예를 들어, 장파장일수록 굴절각이 크고 단파장일수록 굴절각이 작다. 따라서, 다양한 파장의 광을 포함하는 산란광(LS)이 빔 스플리팅 소자(232)에 입사하면 파장에 따라 다른 방향으로 빔 스플리팅 소자(232)를 출사한다. 빔 스플리팅 소자(232)로부터 분기된 광이 입사하는 위치에 복수의 화소를 가지는 광검출기(236)를 배치하여, 파장 별 광 세기가 검출되고 라만 스펙트럼이 획득될 수 있다.

빔 스플리팅 소자(232)와 광검출기(236) 사이에는 제2셔터(234)가 더 배치될 수 있다. 타이밍 제어부(300)에서의 제2 타이밍 신호(TS2)에 따라 제2셔터(234)가 닫히며, 피검체(OBJ)로부터의 산란광(LS) 검출이 종료된다.

제2셔터(234)의 위치는 도시된 위치에 제한되지 않는다. 예를 들어, 빔 스플리팅 소자(232)와 피검체(OBJ) 사이에 배치될 수도 있다.

빔 스플리팅 소자(232)로 프리즘이 도시되었으나, 이에 제한되지 않는다. 예를 들어, 파장에 따라 슬릿에 의한 빛의 회절각도가 다름을 이용하여 다양한 파장의 광이 혼합된 광을 분기하는 그레이팅 소자가 사용될 수도 있다.

도 9는 다른 실시예에 따른 라만 신호 측정 장치(1400)의 개략적인 구성을 보인다.

라만 신호 측정 장치(1400)는 조명 광학계(130), 검출 광학계(240), 타이밍 제어부(300)를 포함한다.

조명 광학계(130)는 광원(132)과 제1셔터(134)를 포함한다. 타이밍 제어부(300)에서의 제1 타이밍 신호(TS1)에 따라 제1셔터(134)가 구동되어 소정 펄스 폭의 펄스 광을 피검체(OBJ)에 조사할 수 있다. 광원(132)이 펄스 레이저인 경우, 제1셔터(134)는 생략될 수 있고, 제1 타이밍 신호(TS1)에 따라 광원(130)의 구동이 제어될 수 있다.

검출 광학계(240)는 광이 입사되는 위치에 따라 투과 파장 대역이 달라지는 선형 가변 필터(linear variable filter)(242)를 분광요소로 채용할 수 있다.

선형 가변 필터(242)는 마주하는 두 반사부(M1)(M2) 사이에 두께가 점진적으로 변하는 스페이서(SP)가 배치된 구조를 갖는다. 스페이서(SP)의 두께에 따라 투과 파장이 달라지는 원리에 따라, 선형 가변 필터(242)에 인접 배치된 광검출기(246)의 각 화소에서 상이한 파장 대역의 광 세기가 검출되고, 라만 스펙트럼이 획득될 수 있다.

선형 가변 필터(242)와 광검출기(246) 사이에는 제2셔터(244)가 더 배치될 수 있다. 타이밍 제어부(300)에서의 제2 타이밍 신호(TS2)에 따라 제2셔터(244)가 닫히며, 피검체(OBJ)로부터의 산란광(LS) 검출이 종료된다.

제2셔터(244)의 위치는 도시된 위치에 제한되지 않는다. 예를 들어, 선형 가변 필터(242)와 피검체(OBJ) 사이에 배치될 수도 있다.

도 10은 다른 실시예에 따른 라만 신호 측정 장치(1500)의 개략적인 구성을 보인다.

본 실시예에 따른 라만 신호 측정 장치(1500)는 도 8 및 도 9의 실시예들이 연속적인 형태의 라만 스펙트럼을 얻을 수 있는 검출광학계(230)(240) 구성을 채용하고 있는 것과 달리, 필터 어레이(filter array) 방식을 채용하여, 필요한 라만 피크(Raman peak)를 선별하여 검출할 수 있는 검출 광학계(250) 구성을 채용하고 있다.

라만 신호 측정 장치(1500)는 조명 광학계(130), 검출 광학계(250), 타이밍 제어부(300)를 포함한다.

조명 광학계(130)는 광원(132)과 제1셔터(134)를 포함한다. 타이밍 제어부(300)에서의 제1 타이밍 신호(TS1)에 따라 제1셔터(134)가 구동되어 소정 펄스 폭의 펄스 광을 피검체(OBJ)에 조사할 수 있다. 광원(132)이 펄스 레이저인 경우, 제1셔터(134)는 생략될 수 있고, 제1 타이밍 신호(TS1)에 따라 광원(132)의 구동이 제어될 수 있다.

검출 광학계(250)는 투과 파장 대역이 상이한 대역 통과 필터들이 어레이된 필터 어레이(252)와 광검출기(256)를 포함한다.

필터 어레이(252)에 포함되는 대역 통과 필터들의 투과 파장 대역은 관심있는 라만 피크(Raman Peak)를 고려하여 정할 수 있다. 필터 어레이(252)에 인접 배치된 광검출기(256)의 각 화소에서 상이한 파장 대역의 광 세기가 검출되고, 라만 스펙트럼이 획득될 수 있다.

필터 어레이(252)와 광검출기(256) 사이에는 제2셔터(254)가 더 배치될 수 있다. 타이밍 제어부(300)에서의 제2 타이밍 신호(TS2)에 따라 제2셔터(254)가 닫히며, 피검체(OBJ)로부터의 산란광(LS) 검출이 종료된다.

제2셔터(254)의 위치는 도시된 위치에 제한되지 않는다. 예를 들어, 필터 어레이(252)와 피검체(OBJ) 사이에 배치될 수도 있다.

도 11은 다른 실시예에 따른 라만 신호 측정 장치(1500)의 개략적인 구성을 보인다.

본 실시예에 따른 라만 신호 측정 장치(1600)도 도 10의 라만 신호 측정 장치(1500)와 유사하게, 전체 라만 스펙트럼이 아닌, 관심있는 라만 피크(Raman peak)를 선별하여 검출하도록 검출 광학계(260)가 구성되고 있다.

라만 신호 측정 장치(1600)는 조명 광학계(130), 검출 광학계(260), 타이밍 제어부(300)를 포함한다.

검출 광학계(260)는 복수의 다이크로익 필터(262-1)(262-2)와 광검출기(266-1)(266-2)를 포함한다.

다이크로익 필터는 특정한 파장의 광을 통과시키고 나머지는 반사시키는 특성을 가진다. 상기 복수의 다이크로익 필터는 예를 들어, 제1 파장대역의 광을 투과시키고 나머지는 반사시키는 제1 다이크로익 필터(262-1), 제1 다이크로익 필터(262-1)에서 반사된 광이 향하는 광경로에 배치되어, 제2 파장대역의 광을 투과시키고 나머지는 반사시키는 제2 다이크로익 필터(262-2)를 포함한다.

복수의 다이크로익 필터(262-1)(262-2)의 개수 및 투과 파장 대역은 관심있는 라만 피크(Raman Peak)를 고려하여 정할 수 있다.

복수의 다이크로익 필터(262-1)(262-2)와 광검출기(266-1)(266-2) 사이에는 투과 파장 대역이 다른 복수의 대역 투과 필터(263-1)(263-2)가 더 배치될 수 있다.

또한, 복수의 대역 투과 필터(264-1)(264-2)와 광검출기(266-1)(266-2) 사이에는 제2셔터(264-1)(264-2)가 더 배치될 수 있다. 타이밍 제어부(300)에서의 제2 타이밍 신호(TS2)에 따라 제2셔터(264-1)(264-2)가 닫히며, 피검체(OBJ)로부터의 산란광(LS) 검출이 종료된다.

제2셔터(264-1)(264-2)의 위치는 도시된 위치에 제한되지 않는다. 예를 들어, 복수의 다이크로익 필터(262-1)(262-2)와 다른 복수의 대역 투과 필터(263-1)(263-2) 사이에 배치될 수도 있다. 또는, 복수의 제2셔터(264-1)(264-2)가 구비되는 대신, 피검체(OBJ)와 제1 다이크로익 필터(262-1) 사이에 하나의 제2셔터가 배치될 수도 있다.

도 8 내지 도 11에서 설명한 라만 신호 측정 장치 (1300)(1400)(1500)(1600)들은 조명 광학계(130)와 검출 광학계(230)(240)(250)(260)의 기본적인 요소를 도면에 예시하였고, 조명 광학계(130)로부터의 광이 피검체(OBJ)로 향하게 하는, 및/또는, 피검체(OBJ)부터의 산란광(LS)이 검출 광학계(230)(240)(250)(260)로 향하게 하는 다양한 광학 요소들이 더 구비될 수 있다. 예를 들어, 조명 광학계(130)는 조리개, 광경로 변환기, 콜리메이팅 렌즈, 릴레이 렌즈, 대물 렌즈와 같은 구성을 더 포함할 수 있다. 또한, 검출 광학계(230)(240)(250)(260)도 조리개, 콜리메이팅 렌즈, 대물렌즈등과 같은 구성을 더 포함할 수 있다.

도 12는 실시예에 따른 생체 정보 분석 장치(2000)의 개략적인 구성을 보이는 블록도이다.

생체 정보 분석 장치(2000)는 비침습적인(non-invasive) 방법으로 생체 성분을 측정, 분석하는 장치이다.

생체 정보 분석 장치(2000)는 피검체(OBJ)에 여기광(LE) 조사하는 광원을 포함하는 조명 광학계(100), 피검체(OBJ)로부터 산란되는 광(LS)을 검출하는 광검출기를 포함하는 검출 광학계(200), 조명 광학계(100)와 검출 광학계(200)의 구동 타이밍을 제어하는 타이밍 제어부(300), 검출 광학계(200)에서의 출력 신호를 이용하여 피검체(OBJ)의 물성을 분석하는 신호처리부(500)를 포함한다.

생체 정보 분석 장치(2000)는 검출 광학계(200)에서 검출된 신호를 증폭하는 증폭부(400)를 더 구비할 수 있고, 또한, 신호처리부(500)에서 분석된 결과를 사용자에게 제공하는 사용자 인터페이스(600)를 더 구비할 수 있고, 신호처리부(500)의 처리에 필요한 프로그램, 데이터등을 저장하는 메모리(700)를 더 구비할 수 있다.

실시예에 따른 생체 정보 분석 장치(2000)는 전술한 실시예들 중 어느 하나에 따른 라만 신호 측정 장치(1100)(1200)(1300)(1400)(1500)(1600)를 활용하는 장치로서, 예시된 조명 광학계(110)(120)(130) 검출광학계(210)(220)(230)(240)(250)(260)의 구성이 채용될 수 있다.

조명 광학계(100)는 피검체(OBJ)에서의 형광 발생 시간보다 빠른 속도로 동작하는 광원을 포함할 수 있고, 펄스 형태의 광을 제공할 수 있다. 펄스 형태의 광을 제공하기 위해, 연속 레이저(continuous wave laser)와 초퍼(chopper)가 채용되거나, 또는, 모드 락킹(mode-locking) 펄스 레이저가 채용될 수 있다. 상기 펄스 형태의 광의 펄스 폭은 피검체(OBJ)에서의 형광 발생 시간보다 짧은 폭일 수 있다.

검출 광학계(200)는 분광 요소와 광검출기를 포함한다. 또한, 타이밍 제어부(300)의 제어에 따라 피검체(OBJ)로부터의 산란광(LS)이 광검출기에 입사되지 않도록 개폐되는 셔터를 포함할 수 있다. 광검출기는 고속 동작이 가능한 광검출기로서, 광검출 반응시간이 피검체(OBJ)에서의 형광 발생 시간보다 짧은, 예를 들어, 1~2 나노초 이내일 수 있다.

타이밍 제어부(300)는 피검체(OBJ)로부터의 방출되는 광을 형광 발생 이전에 검출하기 위해, 조명 광학계(100)과 검출 광학계(200)가 락인(lock-in) 되도록 제어한다. 타이밍 제어부(300)는 적절한 타이밍 신호를 생성할 수 있도록 기가 헤르쯔(GHZ) 대역 또는 그 이상의 주파수를 생성하는 국부 발진기(local oscillator)를 구비할 수 있다.

신호처리부(500)는 검출 광학계(200)에서의 출력 신호를 이용하여 피검체(OBJ)의 물성을 분석한다. 예를 들어, 피검체의 조직(tissue)이나 혈액(blood)에 포함된 물질 또는 그 성분을 분석할 수 있다. 피검체의 물성 분석을 위해서는 라만 분석법을 사용할 수 있다.

라만 분석법은 단일 파장의 광이 피검체(OBJ)를 이루는 물질의 분자 진동과 상호 작용을 통해 산란될 때, 에너지 상태가 시프트(shift) 되는 형상을 이용한다. 조명 광학계(100)로부터 조사된 여기광(LE)은 피검체(OBJ) 내의 분자 구조에 의해 산란되며 파장 변환된 산란광(LS)의 형태로 피검체(OBJ)로부터 나오게 된다. 산란광(LS), 즉 생체 광신호는 피검체(OBJ) 내의 분자 상태에 따라 파장 변환된 정도가 다른 다양한 스펙트럼을 포함하게 된다. 검출된 라만 신호는 입사광의 파장에 대해 이동한 파장 쉬프트(shift)를 포함하며, 이는 에너지 시프트(shift)로서 물질의 분자 진동(molecular vibration)과 관련된 정보, 예를 들어, 분자구조나 결합형태 등에 대한 정보를 포함할 수 있고, 작용기(functional group)에 대한 정보를 포함할 수 있다.

피검체(OBJ)를 이루는 분자 성분에 따라, 라만 스펙트럼 상에서 라만 피크는 다르게 나타난다. 예를 들어, 피검체(OBJ)의 세포간액 또는 혈액에는 글루코오즈(Glucose), 요소(Urea), 세라미드(keratin), 각질(keratin), 콜라겐(collagen) 등이 포함되어 있을 수 있다. 예시적으로 글루코오즈는 대략 436.4 cm^-1, 1065 cm^-1, 1126.4 cm^-1, 525.7 cm^-1 의 파수(wave number)만큼 라만 변이(Raman shift) 값을 가질 수 있다. 또한, 콜라겐은 대략 855 cm^-1, 936 cm^-1 의 라만 변이를 나타낼 수 있다. 또한, 요소는 대략 1000 cm^-1의 라만 변이를 나타낼 수 있다.

신호처리부(500)는 여기광(LE)의 파장으로부터 각 물질에 대응하는 라만 변이만큼 파장이 변이된 지점에서의 스펙트럼 피크의 강도로부터 각 물질의 분포량을 알 수 있다. 예를 들어, 입사광의 파수(wave number)로부터 436.4 cm^-1, 1065 cm^-1, 1126.4 cm^-1, 525.7 cm^-1의 파수만큼 파장이 변이된 지점에서 스펙트럼 피크의 강도가 클수록 글루코오즈의 분포량이 클 수 있다. 또한, 입사광의 파수로부터 855 cm^-1, 936 cm^-1의 파수(wave number)만큼 파장이 변이된 지점에서 스펙트럼 피크의 강도가 클수록 콜라겐의 분포량이 클 수 있다.

신호처리부(500)는 이와 같이, 라만 신호로부터 피검체(OBJ)의 피부 속에 있는 물질 분포량을 분석할 수 있고, 이로부터 피검체(OBJ)의 건강상태를 진단할 수 있다. 전술한 바와 같이, 피검체(OBJ) 내에서 형광이 발생하기 전에 라만 신호를 획득하므로, 획득된 라만 신호에는 형광 배경 신호가 거의 포함되지 않으므로, 측정, 진단이 정확성이 높아질 수 있다.

신호처리부(500)는 또한, 생체 정보 분석 장치(2000)의 전반적인 동작, 제어에 필요한 제어 신호를 생성할 수 있다. 신호처리부(500)는 분석된 결과를 사용자 인터페이스(600)의 디스플레이부에 표시하도록 영상 신호로 처리할 수 있다. 또한, 사용자 인터페이스(600)로부터의 입력에 따라 타이밍 제어부(300)에 제어 신호를 보낼 수 있다. 신호처리부(500)는 마이크로 프로세서 등으로 구현될 수 있다.

사용자 인터페이스(500)는 사용자 인터페이스(150)는 생체 정보 분석 장치(100)와 사용자 및/또는 기타 외부기기와의 인터페이스로서, 입력부와 디스플레이부를 구비할 수 있다.

메모리(700)에는 신호처리부(500)의 처리 및 제어를 위한 프로그램이 저장될 수 있고, 입/출력되는 데이터들이 저장될 수 있다. 메모리(700)에는 또한, 라만 스펙트럼 피크의 강도로부터 물질의 양을 정량적으로 결정하기 위해, 스펙트럼 피크의 값과 물질의 양 사이의 상관관계에 대한 룩업 테이블(lookup table)이 저장될 수 있다.

메모리(140)는 플래시 메모리 타입(flash memory type), 하드디스크 타입(hard disk type), 멀티미디어 카드 마이크로 타입(multimedia card micro type), 카드 타입의 메모리(예를 들어 SD 또는 XD 메모리 등), 램(RAM, Random Access Memory) SRAM(Static Random Access Memory), 롬(ROM, Read-Only Memory), EEPROM(Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory), PROM(Programmable Read-Only Memory), 자기 메모리, 자기 디스크, 광디스크 중 적어도 하나의 타입의 저장매체를 포함할 수 있다.

이외에도, 생체 정보 분석 장치(2000)는 통신부를 더 구비할 수 있다. 예를 들어, 통신부를 통해, 분석된 결과가 외부의 다른 기기로 전송될 수도 있다. 외부 기기는 분석된 생체 정보를 사용하는 의료 장비일 수 있으며, 결과물을 프린트하기 위한 프린터일 수 있고, 또는, 분석 결과를 디스플레이하는 표시 장치일 수 있다. 이외에도, 스마트폰, 휴대폰, PDA(personal digital assistant), 랩톱(laptop), PC, 및 기타 모바일 또는 비모바일 컴퓨팅 장치일 수 있으며, 이에 제한되지 않는다.

본 실시예들에 따른 장치는 프로세서, 프로그램 데이터를 저장하고 실행하는 메모리, 디스크 드라이브와 같은 영구 저장부(permanent storage), 외부 장치와 통신하는 통신 포트, 터치 패널, 키(key), 버튼 등과 같은 사용자 인터페이스 장치 등을 포함할 수 있다. 소프트웨어 모듈 또는 알고리즘으로 구현되는 방법들은 상기 프로세서상에서 실행 가능한 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드들 또는 프로그램 명령들로서 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체 상에 저장될 수 있다. 여기서 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체로 마그네틱 저장 매체(예컨대, ROM(read-only memory), RAM(random-access memory), 플로피 디스크, 하드 디스크 등) 및 광학적 판독 매체(예컨대, 시디롬(CD-ROM), 디브이디(DVD: Digital Versatile Disc)) 등이 있다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템들에 분산되어, 분산 방식으로 컴퓨터가 판독 가능한 코드가 저장되고 실행될 수 있다. 매체는 컴퓨터에 의해 판독가능하며, 메모리에 저장되고, 프로세서에서 실행될 수 있다.

본 실시예는 기능적인 블록 구성들 및 다양한 처리 단계들로 나타내어질 수 있다. 이러한 기능 블록들은 특정 기능들을 실행하는 다양한 개수의 하드웨어 또는/및 소프트웨어 구성들로 구현될 수 있다. 예를 들어, 실시예는 하나 이상의 마이크로프로세서들의 제어 또는 다른 제어 장치들에 의해서 다양한 기능들을 실행할 수 있는, 메모리, 프로세싱, 로직(logic), 룩 업 테이블(look-up table) 등과 같은 직접 회로 구성들을 채용할 수 있다. 구성 요소들이 소프트웨어 프로그래밍 또는 소프트웨어 요소들로 실행될 수 있는 것과 유사하게, 본 실시예는 데이터 구조, 프로세스들, 루틴들 또는 다른 프로그래밍 구성들의 조합으로 구현되는 다양한 알고리즘을 포함하여, C, C++, 자바(Java), 어셈블러(assembler) 등과 같은 프로그래밍 또는 스크립팅 언어로 구현될 수 있다. 기능적인 측면들은 하나 이상의 프로세서들에서 실행되는 알고리즘으로 구현될 수 있다. 또한, 본 실시예는 전자적인 환경 설정, 신호 처리, 및/또는 데이터 처리 등을 위하여 종래 기술을 채용할 수 있다. “매커니즘”, “요소”, “수단”, “구성”과 같은 용어는 넓게 사용될 수 있으며, 기계적이고 물리적인 구성들로서 한정되는 것은 아니다. 상기 용어는 프로세서 등과 연계하여 소프트웨어의 일련의 처리들(routines)의 의미를 포함할 수 있다.

본 실시예에서 설명하는 특정 실행들은 예시들로서, 어떠한 방법으로도 기술적 범위를 한정하는 것은 아니다. 명세서의 간결함을 위하여, 종래 전자적인 구성들, 제어 시스템들, 소프트웨어, 상기 시스템들의 다른 기능적인 측면들의 기재는 생략될 수 있다. 또한, 도면에 도시된 구성 요소들 간의 선들의 연결 또는 연결 부재들은 기능적인 연결 및/또는 물리적 또는 회로적 연결들을 예시적으로 나타낸 것으로서, 실제 장치에서는 대체 가능하거나 추가의 다양한 기능적인 연결, 물리적인 연결, 또는 회로 연결들로서 나타내어질 수 있다.

상술한 라만 신호 측정 방법, 장치 및 생체 정보 분석 장치는 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 그러므로 개시된 실시예들은 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 할 것이다.

1000, 1100, 1200, 1300, 1400, 1500, 1600 - 라만 신호 측정 장치
100, 110, 120, 130 - 조명 광학계
132 - 광원
134 - 제1셔터
200, 210, 220, 230, 240, 250 - 검출 광학계
232 - 빔 스플리팅 소자
234, 244, 254, 264-1, 264-2 - 제2셔터
236, 246, 256, 266-1, 266-2 - 광검출기
242 - 선형 가변 필터
244, 264-1, 264-2 - 대역 통과 필터
252 - 필터 어레이
300 - 타이밍 제어부
2000 - 생체 정보 분석 장치

Claims

광원을 포함하는 조명 광학계가 피검체에 여기광(exciting light)을 조사하는 단계;
피검체로부터 상기 여기광에 의한 형광이 발생하기 전에, 피검체로부터 산란된 광을 광검출기를 포함하는 검출 광학계가 검출하는 단계;를 포함하는, 라만 신호 측정 방법.
제1항에 있어서,
상기 조명 광학계에 대해 제1 타이밍 신호를 전송하는 단계;
상기 검출 광학계에 대해 제2 타이밍 신호를 전송하는 단계;를 더 포함하며,
상기 제1 및 제2 타이밍 신호가 전송되는 시간차는 피검체에서 상기 여기광에 의한 형광이 발생하는 시간보다 짧은, 라만 신호 측정 방법.
제2항에 있어서,
상기 제1 타이밍 신호에 따라, 상기 광원이 피검체에 광을 조사하는 단계가 시작되고,
상기 제2 타이밍 신호에 따라, 상기 광검출기가 피검체로부터 산란된 광을 검출하는 단계가 종료되는, 라만 신호 측정 방법.
제2항에 있어서,
상기 제2 타이밍 신호에 따라, 피검체로부터의 산란광이 상기 광검출기에 입사하지 않도록 차단되는, 라만 신호 측정 방법.
제1항에 있어서,
상기 여기광을 조사하는 단계는 펄스 형태의 광을 사용하는, 라만 신호 측정 방법.
제5항에 있어서,
상기 펄스 형태의 광의 펄스 폭은,
피검체에서 상기 여기광에 의한 형광이 발생하는 시간보다 짧은, 라만 신호 측정 방법.
제5항에 있어서,
상기 광검출기의 광검출 반응 시간은, 상기 여기광에 의한 형광이 발생하는 시간보다 짧은, 라만 신호 측정 방법.
피검체에 여기광을 조사하는 광원을 포함하는 조명 광학계;
피검체로부터 산란되는 광을 파장별로 검출하는 것으로, 분광 요소와 광검출기를 포함하는 검출 광학계;
상기 조명 광학계와 상기 분광 검출 광학계의 구동 타이밍을 제어하는 타이밍 제어부;를 포함하는 라만 신호 측정 장치.
제8항에 있어서,
상기 타이밍 제어부는
상기 광원에서 조사된 여기광에 의한 형광이 피검체에서 발생하기 전에 상기 검출 광학계에서의 광 검출이 종료되게 하는 타이밍 신호를 전송하는, 라만 신호 측정 장치.
제9항에 있어서,
상기 타이밍 제어부는
상기 광원에서의 광이 피검체에 입사하게 하는 제1 타이밍 신호를 상기 조명 광학계에 전송하고,
피검체로부터 산란된 광이 상기 검출 광학계에서 검출되는 것이 종료되게 하는 제2 타이밍 신호를 상기 검출 광학계에 전송하는, 라만 신호 측정 장치.
제10항에 있어서,
상기 조명 광학계는 펄스 형태의 광을 생성하여 피검체에 조사하는, 라만 신호 측정 장치.
제11항에 있어서,
상기 조명 광학계는 연속 레이저와 초퍼를 포함하는, 라만 신호 측정 장치.
제11항에 있어서,
상기 조명 광학계는 펄스 레이저를 포함하는, 라만 신호 측정 장치.
제11항에 있어서,
상기 펄스의 폭은 상기 제1 타이밍 신호와 제2 타이밍 신호의 시간차보다 작은, 라만 신호 측정 장치.
제11항에 있어서,
상기 광검출기의 광검출 반응 시간은 상기 제1 타이밍 신호와 제2 타이밍 신호의 시간차보다 작은, 라만 신호 측정 장치.
제10항에 있어서,
상기 제1 타이밍 신호에 따라, 상기 광원에서의 광 조사가 시작되는, 라만 신호 측정 장치.
제10항에 있어서,
상기 조명 광학계는 상기 광원에서의 광이 피검체로 입사되는 것을 개폐하는 제1셔터를 더 포함하며,
상기 제1 타이밍 신호에 따라, 상기 제1셔터가 오픈되는 라만 신호 측정 장치.
제10항에 있어서,
상기 검출 광학계는
피검체로부터 산란된 광이 상기 광검출기로 입사되는 것을 개폐하는 제2셔터를 더 포함하며,
상기 제2 타이밍 신호에 따라, 상기 제2셔터가 닫히는, 라만 신호 측정 장치.
제8항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 분광 요소는
피검체로부터의 산란광을 파장별로 분기하는 빔 스플리팅 소자를 포함하는, 라만 신호 측정 장치.
제19항에 있어서,
상기 빔 스플리팅 소자는 프리즘을 포함하는, 라만 신호 측정 장치.
제19항에 있어서,
상기 빔 스플리팅 소자는 그레이팅 소자를 포함하는, 라만 신호 측정 장치.
제8항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 분광 요소는
광이 입사되는 위치에 따라 투과 파장 대역이 달라지는 선형 가변 필터를 포함하는, 라만 신호 측정 장치.
제8항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 분광 요소는
복수의 다이크로익 필터를 포함하는, 라만 신호 측정 장치.
제23항에 있어서,
상기 복수의 다이크로익 필터는
제1 파장대역의 광을 투과시키고 나머지는 반사시키는 제1 다이크로익 필터;
상기 제1 다이크로익 필터에서 반사된 광이 향하는 광경로에 배치되어, 제2 파장대역의 광을 투과시키고 나머지는 반사시키는 제2 다이크로익 필터;를 포함하는, 라만 신호 측정 장치.
제23항에 있어서,
상기 복수의 다이크로익 필터와 상기 광검출기 사이에는 투과 파장 대역이 다른 복수의 대역 투과 필터가 더 마련된, 라만 신호 측정 장치.
제8항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 분광 요소는
투과 파장 대역이 다른 복수의 대역 통과 필터를 포함하는, 라만 신호 측정 장치.
피검체에 여기광을 조사하는 광원을 포함하는 조명 광학계;
피검체로부터 산란되는 광을 검출하는 광검출기를 포함하는 검출 광학계;
상기 조명 광학계와 상기 검출 광학계의 구동 타이밍을 제어하는 타이밍 제어부;
상기 검출 광학계에서의 출력 신호를 이용하여 피검체의 물성을 분석하는 신호처리부;를 포함하는, 생체 정보 분석 장치.