KR20180040364A

KR20180040364A - 생물 감지 장치 및 이를 구비한 생물 감지 시스템

Info

Publication number: KR20180040364A
Application number: KR1020160132149A
Authority: KR
Inventors: 김영덕
Original assignee: 주식회사 더웨이브톡
Priority date: 2016-10-12
Filing date: 2016-10-12
Publication date: 2018-04-20

Abstract

본 발명의 일 실시예는 광원부 및 카메라부를 포함하는 전자 장치에 탈부착이 가능한 생물 감지 장치에 있어서, 상기 전자 장치에 탈부착이 가능한 바디부 및 상기 광원부에 대응되는 위치의 상기 바디부에 배치되며 상기 광원부에서 조사되는 광을 일정 파장 대역의 제1 파동으로 변환시켜 외부의 측정 대상을 향하여 조사하는 변환부 를 포함하는 생물 감지 장치를 제공한다.

Description

생물 감지 장치 및 이를 구비한 생물 감지 시스템{Organism detector and organism detector system comprising the same}

본 발명의 실시예들은 생물 감지 장치 및 이를 구비한 휴대용 생물 감지 시스템에 대한 것이다.

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.

예를 들면, 진드기는 침구나 소파, 카펫 등에 서식하여 사람의 피부세포나 곰팡이 같은 유기물을 먹고 사는데, 농축한 항원을 사람에게 노출시켜 피부염, 천식과 같은 알레르기성 질환을 유발시킨다. 사람들은 진드기와 같은 작은 생물들로 인한 위험성을 알고는 있으나, 크기가 작아 눈에 잘 띄지 않기 때문에 실제 존재 여부를 확인하기가 어렵고, 이로 인하여 위험성을 간과하는 경우가 많다.

상기한 문제 및/또는 한계를 해결하기 위하여, 레이저 스펙클의 시간 상관관계를 이용한 생물 감지 장치 및 이를 구비한 휴대용 생물 감지 시스템을 제공하는 데에 목적이 있다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 바디부는 상기 전자 장치의 카메라부를 노출시키는 개구를 포함하며, 상기 변환부는 밴드패스필터(Band Pass Filter)일 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 조사된 제1 파동이 상기 측정 대상에 의해 다중 산란(multiple scattering)되어 발생된 제1 레이저 스펙클(laser speckle)을, 사전에 설정된 시점마다 검출하는 검출부;를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 측정 대상을 향하여 제2 파동을 조사하는 파동원부; 및 상기 조사된 제1 파동이 상기 측정 대상에 의해 다중 산란(multiple scattering)되어 발생된 제1 레이저 스펙클(laser speckle)과, 상기 조사된 제2 파동이 상기 측정 대상에 의해 다중 산란(multiple scattering)되어 발생된 제2 레이저 스펙클(laser speckle)을, 사전에 설정된 시점마다 검출하되, 상기 제1 레이저 스펙클 및 상기 제2 레이저 스펙클 중 적어도 하나를 선택하여 검출이 가능한 검출부;를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 측정 대상에서 산란된 제1 광신호를 파동원부에 대하여 위상 공액 파면을 갖는 제2 광신호로 변조하는 광학부;를 더 포함하고, 상기 광학부는, 상기 측정 대상에서 산란된 상기 제1 광신호가 입사되는 공간 광 변조부; 및 상기 공간 광 변조부로부터 집약되어 출사된 상기 제1 광신호의 위상 제어 파면을 감지하고, 상기 위상 제어 파면에 기초하여 상기 출사된 제1 광신호의 방향을 역방향으로 변경함에 따라 위상 공액 파면을 갖는 제2 광신호를 출력하여 상기 검출부로 제공하는 공액광 발생부;를 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 검출된 제1 레이저 스펙클 또는 상기 검출된 제2 레이저 스펙클을 이용하여 상기 제1 레이저 스펙클 또는 상기 제2 레이저 스펙클의 시간 상관관계(temporal correlation)를 획득하고, 상기 획득된 시간 상관관계에 기초하여 상기 측정 대상 내의 생물 존재여부 또는 상기 생물의 농도를 실시간(real-time)으로 추정하는 제어부;를 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 바디부는 상기 전자 장치의 적어도 일부 영역에 장착 가능한 케이스(case) 형태로 형성될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 바디부는 상기 전자 장치의 일측으로 장착 가능한 집게 형태로 형성될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 측정 대상과 상기 생물 감지 장치 사이의 거리를 측정하는 거리 센서(distance sensor);를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 변환부로부터 상기 측정 대상을 향하여 사전에 설정된 길이만큼 돌출되도록 상기 바디부로부터 연장되는 지지부;를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예는 광원부 및 카메라부를 포함하는 전자 장치, 상기 전자 장치에 탈부착이 가능한 바디부와, 상기 광원부에 대응되는 위치의 상기 바디부에 배치되며 상기 광원부에서 조사되는 광을 일정 파장 대역의 제1 파동으로 변환시켜 측정 대상을 향하여 조사하는 변환부를 구비하는 생물 감지 장치, 상기 조사된 제1 파동이 상기 측정 대상에 의해 다중 산란(multiple scattering)되어 발생된 제1 레이저 스펙클(laser speckle)을, 사전에 설정된 시점마다 검출하는 검출부 및 상기 검출된 제1 레이저 스펙클을 이용하여 상기 검출된 제1 레이저 스펙클의 시간 상관관계(temporal correlation)를 획득하고, 상기 획득된 시간 상관관계에 기초하여 상기 측정 대상 내의 생물 존재여부 또는 상기 생물의 농도를 실시간(real-time)으로 추정하는 제어부;를 포함하는, 생물 감지 시스템을 제공한다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 생물 감지 장치의 상기 바디부는 상기 전자 장치의 카메라부를 노출시키는 개구를 포함하며, 상기 검출부는 상기 카메라부를 통해 촬상 정보를 전달받고, 상기 촬상 정보를 이용하여 상기 제1 레이저 스펙클을 검출할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 생물 감지 장치는 상기 측정 대상을 향하여 제2 파동을 조사하는 파동원부를 더 포함하고, 상기 검출부는 상기 조사된 제2 파동이 상기 측정 대상에 의해 다중 산란(multiple scattering)되어 발생된 제2 레이저 스펙클(laser speckle)을, 사전에 설정된 시점마다 검출하되, 상기 제1 레이저 스펙클 및 상기 제2 레이저 스펙클 중 적어도 하나를 선택하여 검출이 가능하며, 상기 제어부는 상기 제1 레이저 스펙클 또는 상기 제2 레이저 스펙클을 이용하여 상기 측정 대상 내의 생물 존재여부 또는 상기 미생물의 농도를 실시간(real-time)으로 추정할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 생물 감지 장치는 상기 측정 대상과 상기 생물 감지 장치의 거리를 측정하는 거리 센서(distance sensor);를 더 포함하고, 상기 제어부는 상기 거리 센서로부터 측정된 상기 거리가 사전에 설정된 범위 내에 포함되는지 여부를 판단하고, 상기 거리가 사전에 설정된 범위 내에 포함되는 경우 제1 신호를 생성할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 검출부는 상기 제어부로부터 상기 제1 신호가 수신되면 동작할 수 있다.

전술한 것 외의 다른 측면, 특징, 이점이 이하의 도면, 특허청구범위 및 발명의 상세한 설명으로부터 명확해질 것이다.

본 발명의 실시예들에 따른 생물 감지 장치 및 이를 구비한 생물 감지 시스템은 측정 대상 내의 생물에 의한 레이저 스펙클의 시간 상관 관계의 변화를 이용함으로써, 저렴한 비용으로 신속하게 생물 존재 여부 또는 생물의 농도를 추정하여 사용자에게 제공할 수 있다. 이를 통해 사용자는 눈에 잘 보이지 않는 주변 환경의 오염 상태를 직접적으로 확인할 수 있다. 또한, 생물 감지 시스템은 휴대성을 갖는 전자 장치에 탈부착이 가능한 형태의 생물 감지 장치를 통해 측정 대상의 위치에 제한없이 어디서든 측정이 가능하여 사용자에게 편리성을 제공할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 휴대용 생물 감지 시스템을 개략적으로 도시한 개념도이다.
도 2는 도 1의 휴대용 생물 감지 시스템의 실시 형태를 개략적으로 도시한 예시도이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 생물 감지 시스템을 개략적으로 도시한 개념도이다.
도 4a 내지 도 4d는 도 3의 생물 감지 장치의 바디부의 여러 실시형태를 개략적으로 도시한 예시도이다.
도 5a 및 도 5b는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 생물 감지 장치를 개략적으로 도시한 개념도이다.
도 6은 도 5의 생물 감지 장치를 구비한 생물 감지 시스템의 실시형태를 개략적으로 도시한 개념도이다.
도 7a, 도 7c는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 생물 감지 시스템을 개략적으로 도시한 개념도이다.
도 7b는 도 7a의 광학부를 개략적으로 도시한 블록도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 제어부에서 레이저 스펙클의 시간 상관 관계를 분석하는 방법을 설명하기 위해 제공되는 도면이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 생물 감지 시스템을 통해 시간에 따라 측정된 레이저 스펙클의 빛 세기의 표준편차 분포를 도시한 도면이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 혼돈파 센서의 원리를 설명하기 위한 도면이다.

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.

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.

이하의 실시예에서 제1, 제2 등의 용어는 한정적인 의미가 아니라 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하는 목적으로 사용되었다.

이하의 실시예에서 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.

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.

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.

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.

명세서상에 기재된 특징, 또는 구성요소가 존재함을 의미하는 것이고, 하나 이상의 다른 특징들 또는 구성요소가 부가될 가능성을 미리 배제하는 것은 아니다.

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.

이하에서는 먼저, 도 10을 참조하여, 본 발명의 혼돈파 센서의 원리에 대하여 설명한다.

도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 혼돈파 센서의 원리를 설명하기 위한 도면이다.

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.

도 10을 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.

본 명세서에서는 이러한 복잡한 경로로 산란되는 파동들을 "혼돈파(Chaotic wave)"라고 명명하였으며, 혼돈파는 레이저 스페클을 통해 검출할 수 있다.

다시, 도 10의 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.

그러나, 도 10의 우측 도면과 같이, 내부에 박테리아 등, 내부 구성 물질 중 움직임이 있는 불안정한 매질을 포함하고 있는 경우에는 스페클 무늬가 변화하게 된다.

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.

본 명세서는 이러한 스페클 패턴의 변화를 측정하는 구성을 혼돈파 센서(Chaotic Wave Sensor)라 정의한다.

이하에서는, 상술한 혼돈파 센서의 원리를 바탕으로 본 발명의 일 실시예인 도 1에 대하여 설명한다. 도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 휴대용 생물 감지 시스템(1)을 개략적으로 도시한 개념도이고, 도 2는 도 1의 휴대용 생물 감지 시스템(1)의 실시 형태를 개략적으로 도시한 예시도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 생물 감지 시스템(1)은 전자 장치(10), 생물 감지 장치(20), 검출부(30) 및 제어부(40)를 포함할 수 있다.

전자 장치(10)는 일면에 배치되는 광원부(110) 및 카메라부(120)를 포함하는전자 장치로서, 이동이 가능한 휴대용 장치일 수 있다. 전자 장치(10)는 디스플레이부(미도시)를 포함할 수 있으며, 상기한 일면은 디스플레이부(미도시)가 배치되는 면과 대향되는 면일 수 있으며(도 1 참조), 다른 실시예로서, 디스플레이부(미도시)가 배치되는 면과 동일할 수 있다. 또 다른 실시예로서, 전자 장치(10)는 광원부(110) 및/또는 카메라부(120)를 둘 이상 포함하여, 디스플레이부(미도시)가 배치되는 면과 대향되는 면 모두에 배치될 수도 있다. 전자 장치(10)는 이동이 용이한 다양한 종류의 휴대용 장치일 수 있으며, 예를 들면, 휴대폰, 태블릿(tablet), 노트북, 그래핑 계산기(graphing calculator), 휴대용 게임기, 디지털 카메라, 디지털 캠코더, 포터블 미디어 플레이어 등일 수 있다.

광원부(120)는 일반적인 휴대폰과 같은 전자 장치에 사용되는 광원으로서, 넓은 파장 대역을 갖는 광원일 수 있으며, 예를 들면, 가시광선 전 파장 대역의 광을 조사하는 광원일 수 있다. 그러나, 이에 제한되지 않으며, 적외선 파장 대역의 광을 조사하는 광원일 수도 있으며, 이와 다른 파장 대역을 갖는 광원일 수도 있다.

카메라부(110)는 도시하지 않았지만, 적어도 하나의 렌즈를 포함하는 렌즈 모듈과 상기한 렌즈 모듈로 제공되는 광 이미지를 감지하는 이미지 센서를 포함하여, 측정 대상의 광 이미지를 촬영하고, 촬상 정보를 생성할 수 있다.

한편, 생물 감지 장치(20)는 상기한 전자 장치(10)에 부착된 상태에서 생물의 존재여부 또는 농도를 감지하거나, 전자 장치(10)와 분리되어 탈착된 상태에서 생물의 존재여부 또는 농도를 감지할 수 있다. 생물 감지 장치(20)는 바디부(200), 변환부(220)를 포함할 수 있다.

생물 감지 장치(20)의 바디부(200)는 전자 장치(10)에 탈부착이 가능하도록 형성될 수 있다. 바디부(200)에는 변환부(220)가 배치될 수 있으며, 변환부(220)를 전자 장치(10)의 광원부(110)에 대응되는 위치에 고정하기 위한 다양한 형태로 형성될 수 있다. 바디부(200)의 다양한 실시형태에 대해서는 후술하기로 한다. 한편, 바디부(200)는 전자 장치(10)의 카메라부(110)를 노출시키는 개구(210)를 포함할 수 있다. 카메라부(110)에 대응되는 위치에 바디부(200)를 관통하는 개구(210)가 형성됨으로써, 카메라부(110)를 노출시킬 수 있다.

생물 감지 장치(20)의 변환부(220)는 광원부(120)에 대응되는 위치의 바디부(200)에 배치되며, 광원부(120)에서 조사되는 광을 일정 파장 대역의 제1 파동으로 변환시켜 외부의 측정 대상을 향하여 조사할 수 있다. 변환부(220)는 광원부(120)로부터 광이 조사되는 위치에 배치되어, 제공되는 광을 일정 파장 대역의 제1 파동(wave)으로 변환시켜 외부의 측정 대상을 향하여 조사하게 된다. 예를 들면, 변환부(220)는 밴드 패스 필터(Band Pass Filter)일 수 있다. 즉, 생물 감지 시스템(1)은 변환부(220)를 통해 레이저 스펙클(laser specle) 검출에 용이한 특정 파장 대역의 제1 파동을 조사함으로써, 측정 대상 내의 생물의 존재 여부 또는 농도를 감지할 수 있다.

예를 들어, 변환부(220)는 측정 대상에 스펙클을 형성하기 위해서 간섭성(coherence)이 좋은 스펙트럴 대역폭(spectral bandwidth)으로 변환할 수 있는데, 이때, 조사되는 광의 스펙트럴 대역폭이 짧을수록 측정 정확도가 증가할 수 있다. 즉, 간섭 길이(coherence length)가 길수록 측정 정확도가 증가할 수 있다.

한편, 검출부(30)는 상기 변환부(220)에 의해 조사된 제1 파동이 측정 대상에 의해 다중 산란(multiple scattering)되어 발생된 제1 레이저 스펙클을 사전에 설정된 시점마다 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(30)는 조사되는 제1 파동에 대응한 감지수단을 포함할 수 있으나, 따로 감지수단을 포함하지 않고, 전자 장치(10)의 카메라부(110)를 감지수단으로 이용할 수도 있다. 다시 말해, 검출부(30)는 카메라부(110)를 통해 생성된 촬상 정보를 전달받고, 상기한 촬상 정보를 이용하여 제1 레이저 스펙클을 검출할 수 있다. 검출부(30)는 적어도 제1 시점에서의 제1 레이저 스펙클을 검출하고, 제1 시점과 다른 제2 시점에서의 제1 레이저 스펙클을 검출하여 제어부(40)로 제공할 수 있다. 한편, 제1 시점 및 제2 시점은 설명의 편의를 위하여 선택된 하나의 예시일 뿐이며, 검출부(30)는 제1 시점 및 제2 시점보다 많은 복수의 시점에서 레이저 스펙클을 검출할 수 있다.

구체적으로, 도 2를 참조하여 검출부(30)에서의 제1 레이저 스펙클 검출 방법을 설명한다.

도 2를 참조하면, 측정 대상(M)에 제1 파동이 조사되면, 입사된 제1 파동은 다중 산란에 의해 제1 레이저 스펙클을 형성할 수 있다. 여기서, 측정 대상(M)은 전술한 혼돈파(chaotic wave) 형성이 가능한 매질을 포함하는 어떠한 종류든 가능하다. 예를 들면, 도 2에 도시한 바와 같이 침대 매트리스나, 소파, 도마, 책상, 화장실 손잡이, 키보드 등과 같이 사람이 접촉할 수 있는 물체 중 금속(metal)과 같이 규칙적인 반사성을 갖는 매질만 아니면 어떠한 종류든 측정 대상이 될 수 있다. 또한, 치아 또는 손톱과 같이 사람의 신체도 측정 대상이 될 수 있다. 레이저 스펙클은 빛의 간섭 현상에 의해 발생하므로, 측정 대상 내에 움직임이 없으면 시간에 따라 항상 일정한 간섭 무늬를 나타낼 수 있다. 이와 비교하여, 측정 대상(M) 내에 박테리아, 세균, 진드기와 같은 생물이 존재하는 경우, 레이저 스펙클은 생물의 움직임에 의해 시간에 따라 변화할 수 있다. 검출부(30)는 이러한 시간에 따라 변화하는 레이저 스펙클을 사전에 설정된 시점마다 검출하여 제어부(40)로 제공할 수 있다. 검출부(30)는 생물의 움직임을 감지할 수 있을 정도의 속도로 레이저 스펙클을 검출할 수 있으며, 예를 들면, 초당 25 프레임 내지 30 프레임의 속도로 검출할 수 있다.

한편, 매질이 우유 또는 정수기 물과 같이 액체인 경우, 매질의 유동성으로 인하여 레이저 스펙클이 검출되지 않을 수 있다. 이때, 본 발명의 일 실시예에 따른 생물 감지 시스템은 액체인 매질을 여과시키는 매질필터부(미도시)를 더 포함하고, 매질이 여과되고 남은 잔여물이 포함된 매질필터부(미도시)를 측정 대상으로 하여 레이저 스펙클을 검출할 수 있다. 이를 통해, 레이저 스펙클 검출이 어려운 액체와 같은 측정 대상(M) 내의 생물의 존재 여부를 감지하거나 생물의 농도를 추정할 수 있다.

한편, 제어부(40)는 검출된 상기 제1 레이저 스펙클을 이용하여 시간 상관관계(temporal correlation)를 회득하고, 획득된 시간 상관관계에 기초하여 측정 대상(M)의 생물 존재 여부 또는 생물의 농도를 실시간(real-time)으로 추정할 수 있다. 본 명세서에서 실시간(real-time)이란 1시간 내에 생물의 존재 여부 또는 생물의 농도 변화를 추정하는 것을 의미하며, 바람직하게는 5분 내에 생물의 존재 여부 또는 생물의 농도 변화를 추정할 수 있다. 더욱 바람직하게는 20초 내에 생물의 존재 여부 또는 생물의 농도 변화를 추정할 수 있다. 제어부(40)는 생물의 존재 여부에 관한 겨로가 및 생물의 농도 변화 추정에 관한 결과를 전자 장치(10)의 디스플레이부(미도시)를 통해 사용자에게 제공하도록 동작할 수 있다. 제어부(40)에서 생물의 존재 여부 또는 생물의 농도 변화를 추정하는 방법에 관하여는 후술하기로 한다.

여기서, 제어부는 프로세서(processor)와 같이 데이터를 처리할 수 있는 모든 종류의 장치를 포함할 수 있다. 여기서, '프로세서(processor)'는, 예를 들어 프로그램 내에 포함된 코드 또는 명령으로 표현된 기능을 수행하기 위해 물리적으로 구조화된 회로를 갖는, 하드웨어에 내장된 데이터 처리 장치를 의미할 수 있다. 이와 같이 하드웨어에 내장된 데이터 처리 장치의 일 예로써, 마이크로프로세서(microprocessor), 중앙처리장치(central processing unit: CPU), 프로세서 코어(processor core), 멀티프로세서(multiprocessor), ASIC(application-specific integrated circuit), FPGA(field programmable gate array) 등의 처리 장치를 망라할 수 있으나, 본 발명의 범위가 이에 한정되는 것은 아니다.

도 1 및 도 2에서는 제어부(40)가 전자 장치(10) 내에 배치되는 것으로 도시하였으나, 본 발명은 이에 한정되지 않는다. 제어부(40)는 생물 감지 장치(20)에 배치될 수도 있고, 전자 장치(10) 및 생물 감지 장치(20)와 통신이 가능한 외부 서버(미도시)에 배치될 수도 있다. 다만, 설명의 편의를 위하여, 제어부(40)가 전자 장치(10) 내에 배치되는 것을 중심으로 설명하기로 한다. 이때, 제어부(40)는 전자 장치(10)의 메모리부(미도시)에 저장된 응용 프로그램(application program) 또는 애플리케이션(application)을 구동함으로써 전술한 동작을 구현할 수 있다.

한편, 일 실시예에 따른 생물 감지 시스템(1)은 제1 레이저 스펙클의 시간 상관관계를 이용하여 생물의 존재 여부 또는 생물의 농도 변화를 추정하는데, 시간 상관관계에 따른 레이저 스펙클의 변화를 제외한 다른 요인에 의한 변화는 노이즈(noise)로 작용할 수 있다. 이러한 노이즈를 제거하기 위하여, 생물 감지 시스템(1)은 검출부(30)가 배치되는 장치, 즉 일 실시예에 있어서의 전자 장치(10)에 손떨림 보정 기능을 추가하여 사용자의 손떨림에 의한 노이즈를 최소화할 수 있다.

또한, 생물 감지 시스템(1)은 정확한 제1 레이저 스펙클을 검출하기 위하여 측정 대상(M)과 생물 감지 장치(20) 사이의 기준 초점거리를 사용자에게 제공할 수 있다. 다른 실시예로서, 생물 감지 시스템(1)은 측정 대상(M)과 생물 감지 장치(20) 사이의 거리를 측정하는 거리 센서(250)를 더 포함할 수 있으며, 상기한 거리 센서(250)는 생물 감지 장치(20)의 바디부(200)에 배치될 수 있다. 거리 센서(250)는 생물 감지 장치(20)와 측정 대상(M) 사이의 거리를 측정하고, 거리에 관한 정보를 제어부(40)로 전달할 수 있다. 제어부(40)는 거리 센서(250)로부터 측정된 거리가 사전에 설정된 범위 내에 포함되는지 여부를 판단하고, 거리가 사전에 설정된 범위 내에 포함되는 경우 제1 신호를 생성할 수 있다. 이때, 검출부(30)는 제어부(40)로부터 상기한 제1 신호가 수신되면 동작하도록 함으로써, 초점이 맞춰진 경우 자동적으로 제1 레이저 스펙클을 검출할 수 있도록 할 수 있다.

도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 생물 감지 시스템(1-1)을 개략적으로 도시한 개념도이고, 도 4a 내지 도 4d는 도 3의 생물 감지 장치(20)의 바디부(200)의 여러 실시형태를 개략적으로 도시한 예시도이다.

도 3을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 생물 감지 시스템(1-1)은 전자 장치(10), 생물 감지 장치(20), 검출부(30) 및 제어부(40)를 포함할 수 있다. 도 3을 참조하여 설명할 때 도 1 및 도 2의 생물 감지 시스템(1)과 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면 부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.

전자 장치(10)는 일면에 배치되는 광원부(120) 및 카메라부(110)를 포함하여 이동이 가능한 휴대용 장치일 수 있다.

다른 실시예에 따른 생물 감지 장치(20)는 바디부(200) 및 변환부(220)를 포함하며, 전자 장치(10)에 부착된 상태뿐만 아니라 분리된 상태에서도 생물을 감지할 수 있도록 독립적인 파동원부(230)를 더 포함할 수 있다.

바디부(200)는 전자 장치(10)에 탈부착이 가능하도록 형성될 수 있다. 도 4a를 참조하면, 바디부(200)는 전자 장치(10)의 일측으로 장착이 가능한 집게 형태로 형성될 수 있다. 바디부(200)는 개구부(210), 변환부(220) 및 파동원부(230)가 배치되는 본체(201), 본체(201)와 연결되는 손잡이부(202) 및 본체(201)와 손잡이부(202) 사이를 탄성력을 갖는 힌지로 결합되어 손잡이부(202)에 가해지는 압력을 통해 전자 장치(10)에 탈착이 가능할 수 있다.

다른 실시형태로서, 바디부(200)는 전자 장치(10)의 적어도 일부에 장착 가능한 케이스(case)형태로 형성될 수도 있다. 구체적으로, 바디부(200)는 광원부(120) 및 카메라부(110)가 배치되는 전자 장치(10)의 일면의 적어도 일부 영역에 장착되는 케이스 형태일 수 있다. 도 4b에 도시된 바와 같이, 바디부(200)는 전자 장치(10)의 일면 전체에 장착되는 케이스 형태로 형성될 수도 있고, 도 4c와 같이 광원부(120) 및 카메라부(110)가 위치하는 일면의 일부 영역에만 덮이는 형태일 수도 있다. 또한, 도 4d와 같이, 바디부(200)는 개구부(210) 및 변환부(220)가 배치된 면에 평행하도록 바디부(200)의 중심을 관통하는 삽입구(204)가 형성될 수 있으며, 바디부(200)는 삽입구(204)로 전자 장치(10)를 삽입하는 것에 의해 탈부착이 가능할 수 있다. 본 발명의 바디부(200)는 상기한 실시형태로 한정되지 않으며, 전자 장치(10)에 탈부착될 수 있는 다양한 실시예들이 가능할 수 있다. 다른 실시예로서, 바디부(200)는 전자 장치(10)에 접촉하는 접촉면에 접착제를 부여하여 전자 장치(10)에 탈부착될 수도 있다.

다시 도 3을 참조하면, 파동원부(230)는 측정 대상(M)을 향하여 제2 파동을 조사할 수 있다. 파동원부(230)는 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.

예를 들어, 측정 대상(M)에 스펙클을 형성하기 위해서 간섭성(coherence)이 좋은 레이저를 파동원으로 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, 파동원부(230)의 스펙트럴 대역폭이 기정의된 기준 대역폭 미만인 레이저광이 파동원부(230)으로 이용될 수 있으며, 기준 대역폭보다 짧을수록 측정 정확도는 증가할 수 있다. 예컨대, 아래의 수학식 1의 조건이 유지되도록 파동원부(230)의 스펙트럴 대역폭이 설정될 수 있다.

수학식 1에 따르면, 레이저 스펙클의 패턴 변화를 측정하기 위한 기준 시간마다 측정 대상 내에 광을 조사 시에, 파동원부(230)의 스펙트럴 대역폭은 1nm 미만을 유지할 수 있다.

다른 실시예에 따른 생물 감지 장치(20)가 전자 장치(10)로부터 분리되어 동작하기 위해서, 검출부(30)는 적어도 생물 감지 장치(20)에 배치될 수 있다.

검출부(30)는 파동원부(230) 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(30)는 적어도 제1 시점에서의 레이저 스펙클을 검출하고, 제2 시점에서의 레이저 스펙클을 검출하여 제어부(40)로 제공할 수 있다. 이때, 제어부(40)는 생물 감지 장치(20)에 배치되어, 전술한 동작을 수행할 수 있다. 다른 실시예로서, 제어부(40)는 일 실시예와 같이 전자 장치(10)에 배치될 수도 있다. 본 발명은 제어부(40)의 위치에 한정되지 않으며, 다만, 이하에서는 설명의 편의를 위하여 제어부(40)가 전자 장치(10)에 배치되는 경우를 중심으로 설명하기로 한다. 제어부(40)가 전자 장치(10)에 배치되는 경우, 생물 감지 장치(20)는 전자 장치(10)와 유무선으로 통신 가능한 통신부(240)를 더 포함하고, 상기 검출된 레이저 스펙클을 제어부(40)로 전송할 수 있다. 통신부(240)는 전자 장치와 유무선 연결을 통해 신호 또는 데이터 신호와 같은 신호를 송수신하기 위해 필요한 하드웨어 및 소프트 웨어를 포함할 수 있다.

한편, 검출부(30)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, 검출부(30)는 아래의 수학식 2의 조건을 만족하는 이미지 센서를 포함할 수 있다.

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.

검출부(30)는 생물 감지 장치(20)가 전자 장치(10)로부터 분리된 상태에서 파동원부(230)로부터 조사된 제2 파동이 측정 대상에 의해 다중 산란되어 발생된 제2 레이저 스펙클을 검출할 수 있다. 또한, 검출부(30)는 생물 감지 장치(20)가 전자 장치(10)에 부착된 상태에서 전자 장치(10)의 광원부(120)로부터 조사되어 변환된 제1 파동이 측정 대상에 의해 다중 산란되어 발생된 제1 레이저 스펙클을 검출할 수 있는데, 이때, 제2 파동에 의한 제2 레이저 스펙클도 검출할 수 있음은 물론이다. 다시 말해, 검출부(30)는 제1 레이저 스펙클 및 제2 레이저 스펙클 중 적어도 하나를 선택하여 검출할 수 있다.

한편, 제어부(40)는 검출된 제1 레이저 스펙클 또는 제2 레이저 스펙클을 이용하여 제1 레이저 스펙클 또는 제2 레이저 스펙클의 시간 상관관계(temporal correlation)를 획득하고, 획득된 시간 상관관계에 기초하여 측정 대상 내의 생물 존재여부 또는 생물의 농도를 실시간(real-time)으로 추정할 수 있다.

도 5a 및 도 5b는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 생물 감지 장치(20)를 개략적으로 도시한 개념도이고, 도 6은 도 5의 생물 감지 장치(20)를 구비한 생물 감지 시스템(1-2)의 실시형태를 개략적으로 도시한 개념도이다. 도 5 및 도 6을 참조하여 설명할 때 도 1 및 도 2의 생물 감지 시스템(1)과 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면 부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.

도 5a 및 도 6을 참조하면, 생물 감지 장치(20)는 변환부(220)로부터 측정 대상(M)을 향하여 사전에 설정된 길이(L)만큼 돌출되도록 바디부(200)로부터 연장되는 지지부(205)를 더 포함할 수 있다. 전술한 바와 같이, 생물 감지 시스템(1-2)은 제1 레이저 스펙클의 시간 상관관계를 이용하여 생물의 존재 여부 또는 생물의 농도 변화를 추정하는데, 시간 상관관계에 따른 레이저 스펙클의 변화를 제외한 다른 요인에 의한 변화는 노이즈(noise)로 작용할 수 있다. 지지부(205)는 생물 감지 장치(20)를 측정 대상에 안정적으로 위치할 수 있도록 지지할 뿐만 아니라 검출부(30)의 초점 거리인 L만큼 유지할 수 있도록 함으로써, 레이저 스펙클을 정확히 검출할 수 있다. 또한, 도 6에서는 생물 감지 장치(20)를 전자 장치(10)로부터 분리된 상태로 도시하였으나, 생물 감지 장치(20)가 전자 장치(10)에 부착된 상태에서도 측정가능함은 물론이다.

도 5b를 참조하면, 생물 감지 장치(20)는 측정 대상(M)으로부터 다중 산란된 제1 레이저 스펙클 또는 제2 레이저 스펙클의 기준값을 제공하기 위한 기준측정부(280)를 더 포함할 수 있다. 기준측정부(280)는 개구부(210) 및 변환부(220)에 대응되는 위치에 배치되며, 측정 대상(M)과 생물 감지 장치(20)의 검출부(30)가 이격된 길이(L)만큼 개구부(210) 및 변환부(220)로부터 이격될 수 있다. 기준측정부(280)는 도시된 바와 같이, 전술한 지지부(205)로부터 연장되어 형성될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 또한, 기준측정부(280)는 개구부(210) 및 변환부(220)에 대응되어 배치될 수도 있고, 파동원부(230) 및 검출부(30)에 대응되어 배치될 수도 있다. 즉, 기준측정부(280)는 측정되는 레이저 스펙클의 기준값을 제공하기 위해 안정적인 매질을 측정하도록 하는 것으로서, 생물 감지 장치(20)를 파동을 조사하고 검출하는 두 개의 단위 유닛으로 구분하였을 때 하나의 단위 유닛은 측정 대상의 레이저 스펙클을 측정하고, 나머지 하나의 단위 유닛은 기준측정부(280)의 기준 레이저 스펙클을 측정하도록 할 수 있다. 이를 통해, 생물 감지 장치(20)는 움직임이나 외부 환경에 의한 노이즈를 배제시킬 수 있어 정확한 측정이 가능하도록 할 수 있다.

도 7a, 도 7c는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 생물 감지 시스템(1-3)을 개략적으로 도시한 개념도이고, 도 7b는 도 7a의 광학부(35)를 개략적으로 도시한 블록도이다.

도 7a 내지 도 7c를 참조하면, 또 다른 실시예로서, 생물 감지 시스템(1-3)은 측정대상(M)에서 산란된 제1 광신호를 산란되기 전의 제2 광신호로 복원하여 감지하는 광학부(35)를 더 포함할 수 있다. 이때, 광학부(35)는 공간 광 변조부(Spatial Light Modulator; SLM, 351), 렌즈(352)를 포함할 수 있다. 광학부(35)는 측정 대상으로부터 산란된 광이 입사되면, 산란된 광을 산란되기 전의 광으로 복원하여 검출부(30)로 제공할 수 있다.

공간 광 변조부(351)는 측정 대상에서 산란된 제1 광신호가 입사될 수 있다. 공간 광 변조부(351)는 산란된 파동을 제어하여 렌즈(352)로 제공할 수 있다. 렌즈(352)는 공간 광 변조부(351)로부터 제공된 제1 광신호를 집약하여 산란되기 전 원 신호인 제2 광신호로 복원하여 출력할 수 있다.

여기서, 광학부(35)는 안정적인 매질, 즉, 측정 대상 내에 생물의 움직임이 없는 경우, 측정대상(M)으로부터 산란된 제1 광신호를 산란되기 이전의 광으로 복원할 수 있다. 그러나, 측정 대상 내에 생물이 존재하는 경우, 생물의 움직임으로 인하여 제1 광신호가 달라지므로 위상 제어 파면을 감지할 수 없게 되고, 이로 인하여 위상 공액 파면을 갖는 제2 광신호로 복원할 수 없다. 전술한 광학부(35)를 포함하는 생물 감지 시스템(1)은 이러한 제2 광신호의 차이를 이용하여 좀 더 정확히 생물의 존재 여부 또는 생물의 농도를 추정할 수 있다.

한편, 다른 실시예로서, 광학부(35)는 제1 광신호 및 제2 광신호의 경로를 변경할 수 있는 미러(mirror), 빔 스플리터(beam splitter)와 같은 광학 수단을 더 포함할 수도 있음은 물론이다.

이하, 도 8을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 제어부(40)의 제어 방법을 설명하기로 한다.

도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 제어부(40)에서 레이저 스펙클의 시간 상관 관계를 분석하는 방법을 설명하기 위해 제공되는 도면이다.

도 8을 참조하면, 일 실시예로서, 제어부(40)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(40)는 사전에 설정된 복수의 시점마다 생성된 레이저 스펙클의 영상정보를 이용하여 영상들 간의 시간 상관 계수를 계산할 수 있으며, 시간 상관 관계 계수에 기초하여 측정 대상(M) 내에 생물의 존재여부 또는 생물의 농도를 추정할 수 있다. 이하에서는 생물이 미생물인 경우를 예를 들어 설명하기로 한다.

검출된 레이저 스펙클 영상의 시간 상관 관계는 아래의 수학식 3을 이용하여 계산될 수 있다.

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.

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, 매생물의 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 생물의 종류에 따라 달라질 수 있다. 도 8의 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.

이하에서는 도 9를 참조하여 제어부(40)에서, 레이저 스페클을 이용하여 시료의 미생물의 농도를 판단하는 방법에 대하여 구체적으로 설명한다.

도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 생물 감지 시스템을 통해 시간에 따라 측정된 레이저 스펙클의 빛 세기의 표준편차 분포를 도시한 도면이다.

도 9를 참고하면, 제어부(40)는 기준 시간마다 측정된 레이저 스페클 영상을 대상으로, 레이저 스페클의 빛 세기(intensity)의 표준편차를 계산할 수 있다. 측정 대상 내에 존재하는 세균 및 미생물, 진드기와 같은 소생물이 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(40)는, 빛 세기의 변화 정도를 나타내는 표준 편차를 구하여 측정 대상에서 세균 및 미생물, 진드기와 같은 소생물이 있는 곳을 측정할 수 있으며, 이들의 분포도를 측정할 수 있다.

예를 들어, 제어부(40)는 미리 정해진 시간마다 측정된 레이저 스페클 영상을 합성하고, 합성된 영상에서 레이저 스페클의 시간에 따른 빛 세기 표준편차를 계산할 수 있다. 레이저 스페클의 시간에 따른 빛 세기 표준편차는 아래의 수학식 4에 기초하여 계산될 수 있다.

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.

생물의 움직임에 따라 보강 및 상쇄 간섭 패턴이 달라지게 되고, 수학식 4에 기초하여 계산된 표준편차 값이 커지게 되기 때문에 이에 기초하여 생물의 농도가 측정될 수 있다.

그리고, 제어부(40)는 레이저 스페클의 빛 세기의 표준편차 값의 크기와 생물 농도와 선형적인 관계에 기초하여 측정 대상에 포함된 생물의 분포도, 즉, 농도를 측정할 수 있다. 제어부(40)는 이러한 결과를 전자 장치(10)의 디스플레이부(미도시)를 통해 사용자에게 제공할 수 있다.

전술한 바와 같이, 본 발명의 실시예들에 따른 생물 감지 장치 및 이를 구비한 생물 감지 시스템은 측정 대상 내의 생물에 의한 레이저 스펙클의 시간 상관 관계의 변화를 이용함으로써, 저렴한 비용으로 신속하게 생물 존재 여부 또는 생물의 농도를 추정하여 사용자에게 제공할 수 있다. 이를 통해 사용자는 눈에 잘 보이지 않는 주변 환경의 오염 상태를 직접적으로 확인할 수 있다. 또한, 생물 감지 시스템은 휴대성을 갖는 전자 장치에 탈부착이 가능한 형태의 생물 감지 장치를 통해 측정 대상의 위치에 제한없이 어디서든 측정이 가능하여 사용자에게 편리성을 제공할 수 있다.

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.

1: 생물 감지 시스템 10: 전자 장치
20: 생물 감지 장치 30: 검출부
40: 제어부 110: 카메라부
120: 광원부 200: 바디부
201: 본체 202: 손잡이부
205: 지지부 210: 개구부
220: 변환부 230: 파동원부
240: 통신부 250: 거리 센서
280: 기준측정부

Claims

광원부 및 카메라부를 포함하는 전자 장치에 탈부착이 가능한 생물 감지 장치에 있어서,
상기 전자 장치에 탈부착이 가능한 바디부; 및
상기 광원부에 대응되는 위치의 상기 바디부에 배치되며 상기 광원부에서 조사되는 광을 일정 파장 대역의 제1 파동으로 변환시켜 외부의 측정 대상을 향하여 조사하는 변환부; 를 포함하는 생물 감지 장치.
제1 항에 있어서,
상기 바디부는 상기 전자 장치의 카메라부를 노출시키는 개구를 포함하며,
상기 변환부는 밴드패스필터(Band Pass Filter)인, 생물 감지 장치.
제1 항에 있어서,
상기 조사된 제1 파동이 상기 측정 대상에 의해 다중 산란(multiple scattering)되어 발생된 제1 레이저 스펙클(laser speckle)을, 사전에 설정된 시점마다 검출하는 검출부;를 더 포함하는, 생물 감지 장치.
제1 항에 있어서,
상기 측정 대상을 향하여 제2 파동을 조사하는 파동원부; 및
상기 조사된 제1 파동이 상기 측정 대상에 의해 다중 산란(multiple scattering)되어 발생된 제1 레이저 스펙클(laser speckle)과, 상기 조사된 제2 파동이 상기 측정 대상에 의해 다중 산란(multiple scattering)되어 발생된 제2 레이저 스펙클(laser speckle)을, 사전에 설정된 시점마다 검출하되, 상기 제1 레이저 스펙클 및 상기 제2 레이저 스펙클 중 적어도 하나를 선택하여 검출이 가능한 검출부;를 더 포함하는, 생물 감지 장치.
제4 항에 있어서,
상기 검출된 제1 레이저 스펙클 또는 상기 검출된 제2 레이저 스펙클을 이용하여 상기 제1 레이저 스펙클 또는 상기 제2 레이저 스펙클의 시간 상관관계(temporal correlation)를 획득하고, 상기 획득된 시간 상관관계에 기초하여 상기 측정 대상 내의 생물 존재여부 또는 상기 생물의 농도를 실시간(real-time)으로 추정하는 제어부;를 포함하는, 생물 감지 장치.
제3 항 및 제4 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 측정 대상에서 산란된 제1 광신호를 파동원부에 대하여 위상 공액 파면을 갖는 제2 광신호로 변조하는 광학부;를 더 포함하고,
상기 광학부는,
상기 측정 대상에서 산란된 상기 제1 광신호가 입사되는 공간 광 변조부; 및
상기 공간 광 변조부로부터 집약되어 출사된 상기 제1 광신호의 위상 제어 파면을 감지하고, 상기 위상 제어 파면에 기초하여 상기 출사된 제1 광신호의 방향을 역방향으로 변경함에 따라 위상 공액 파면을 갖는 제2 광신호를 출력하여 상기 검출부로 제공하는 공액광 발생부;를 포함하는, 생물 감지 장치.
제1 항에 있어서,
상기 바디부는 상기 전자 장치의 적어도 일부 영역에 장착 가능한 케이스(case) 형태로 형성되는, 생물 감지 장치.
제1 항에 있어서,
상기 바디부는 상기 전자 장치의 일측으로 장착 가능한 집게 형태로 형성되는, 생물 감지 장치.
제1 항에 있어서,
상기 측정 대상과 상기 생물 감지 장치 사이의 거리를 측정하는 거리 센서(distance sensor);를 더 포함하는, 생물 감지 장치.
제1 항에 있어서,
상기 변환부로부터 상기 측정 대상을 향하여 사전에 설정된 길이만큼 돌출되도록 상기 바디부로부터 연장되는 지지부;를 더 포함하는, 생물 감지 장치.
광원부 및 카메라부를 포함하는 전자 장치;
상기 전자 장치에 탈부착이 가능한 바디부와, 상기 광원부에 대응되는 위치의 상기 바디부에 배치되며 상기 광원부에서 조사되는 광을 일정 파장 대역의 제1 파동으로 변환시켜 측정 대상을 향하여 조사하는 변환부를 구비하는 생물 감지 장치;
상기 조사된 제1 파동이 상기 측정 대상에 의해 다중 산란(multiple scattering)되어 발생된 제1 레이저 스펙클(laser speckle)을, 사전에 설정된 시점마다 검출하는 검출부; 및
상기 검출된 제1 레이저 스펙클을 이용하여 상기 검출된 제1 레이저 스펙클의 시간 상관관계(temporal correlation)를 획득하고, 상기 획득된 시간 상관관계에 기초하여 상기 측정 대상 내의 생물 존재여부 또는 상기 생물의 농도를 실시간(real-time)으로 추정하는 제어부;를 포함하는, 생물 감지 시스템.
제11 항에 있어서,
상기 생물 감지 장치의 상기 바디부는 상기 전자 장치의 카메라부를 노출시키는 개구를 포함하며,
상기 검출부는 상기 카메라부를 통해 촬상 정보를 전달받고, 상기 촬상 정보를 이용하여 상기 제1 레이저 스펙클을 검출하는, 생물 감지 시스템.
제11 항에 있어서,
상기 생물 감지 장치는 상기 측정 대상을 향하여 제2 파동을 조사하는 파동원부;를 더 포함하고,
상기 검출부는 상기 조사된 제2 파동이 상기 측정 대상에 의해 다중 산란(multiple scattering)되어 발생된 제2 레이저 스펙클(laser speckle)을, 사전에 설정된 시점마다 검출하되, 상기 제1 레이저 스펙클 및 상기 제2 레이저 스펙클 중 적어도 하나를 선택하여 검출이 가능하며,
상기 제어부는 상기 제1 레이저 스펙클 또는 상기 제2 레이저 스펙클을 이용하여 상기 측정 대상 내의 생물 존재여부 또는 상기 미생물의 농도를 실시간(real-time)으로 추정하는, 생물 감지 시스템.
제11 항에 있어서,
상기 생물 감지 장치는 상기 측정 대상과 상기 생물 감지 장치의 거리를 측정하는 거리 센서(distance sensor);를 더 포함하고,
상기 제어부는 상기 거리 센서로부터 측정된 상기 거리가 사전에 설정된 범위 내에 포함되는지 여부를 판단하고, 상기 거리가 사전에 설정된 범위 내에 포함되는 경우 제1 신호를 생성하는, 생물 감지 시스템.
제14 항에 있어서,
상기 검출부는 상기 제어부로부터 상기 제1 신호가 수신되면 동작하는, 생물 감지 시스템.
제11 항에 있어서,
상기 측정 대상에서 산란된 제1 광신호를 파동원부에 대하여 위상 공액 파면을 갖는 제2 광신호로 변조하는 광학부;를 더 포함하고,
상기 광학부는,
상기 측정 대상에서 산란된 상기 제1 광신호가 입사되는 공간 광 변조부; 및
상기 공간 광 변조부로부터 집약되어 출사된 상기 제1 광신호의 위상 제어 파면을 감지하고, 상기 위상 제어 파면에 기초하여 상기 출사된 제1 광신호의 방향을 역방향으로 변경함에 따라 위상 공액 파면을 갖는 제2 광신호를 출력하여 상기 검출부로 제공하는 공액광 발생부;를 포함하는, 생물 감지 시스템.