(57)【要約】  試料に向けて波動を照射する波動源、照射された波動が、試料によって多重散乱されて発生したレーザスペックルを検出するが、レーザスペックルを、事前に設定された時点ごとに検出する検出部、及び検出されたレーザスペックルの経時的変化である時間相関関係を獲得し、獲得された時間相関関係に基づいて、試料の特性をリアルタイムで探知する制御部を含み、該検出部は、試料と検出部との間、または検出部内部の一領域において、レーザスペックルを検出する試料特性探知装置を提供する。
2018536856.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料に向けて波動を照射する波動源と、
前記照射された波動が、前記試料によって多重散乱されて発生したレーザスペックルを検出するが、前記レーザスペックルを、事前に設定された時点ごとに検出する検出部と、
前記検出されたレーザスペックルの経時的変化である時間相関関係を獲得し、前記獲得された時間相関関係に基づいて、前記試料の特性をリアルタイムで探知する制御部と、を含み、
前記検出部は、前記試料と前記検出部との間、または前記検出部内部の一領域において、前記レーザスペックルを検出する試料特性探知装置。
【請求項２】
前記制御部は、前記試料内部で動きがある細菌や微生物またはウイルスから生成されるスペックルの変化により、前記細菌や微生物またはウイルスの存在いかん、またはその濃度をリアルタイムで推定することを特徴とする請求項１に記載の試料特性探知装置。
【請求項３】
前記検出部は、前記試料の表面から一定距離離隔された前記第１領域において、前記レーザスペックルを検出することを特徴とする請求項１に記載の試料特性探知装置。
【請求項４】
前記第１領域は、前記試料の表面から第１距離離隔された第１地点を含む第１面と、前記試料の表面から前記第１距離より遠い第２距離離隔された第２地点を含む第２面との間に配置されることを特徴とする請求項３に記載の試料特性探知装置。
【請求項５】
前記時間相関関係は、第１時点で検出された前記レーザスペックルの第１映像情報と、前記第１時点と異なる第２時点で検出された前記レーザスペックルの第２映像情報との差を含むことを特徴とする請求項１に記載の試料特性探知装置。
【請求項６】
前記第１映像情報及び前記第２映像情報は、前記レーザスペックルのパターン情報、及び前記波動の強度情報のうち少なくともいずれか一つを含むことを特徴とする請求項５に記載の試料特性探知装置。
【請求項７】
前記試料を収容する試料配置部をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の試料特性探知装置。
【請求項８】
前記試料配置部内の前記試料に、所定抗生物質を投与する抗生物質適用部をさらに含み、
前記制御部は、前記レーザスペックルの時間相関関係に基づいて、前記試料に前記抗生物質が投与される前またはその後の前記試料内の微生物の存在いかん、または微生物の濃度を推定し、前記推定された微生物存在いかん、または前記微生物の濃度変化により、前記抗生物質の適合性をリアルタイムで判断することを特徴とする請求項７に記載の試料特性探知装置。
【請求項９】
前記試料が外部環境に露出されないように、少なくとも前記試料配置部をカバーするカバー部材と、
前記試料の一定培養環境を維持するように環境条件を調節する培養環境調節部と、をさらに含むことを特徴とする請求項７に記載の試料特性探知装置。
【請求項１０】
前記検出部を２以上含む場合、前記複数の検出部から検出された複数の前記レーザスペックルを利用し、三次元スペックルイメージを生成する三次元イメージ生成部をさらに含み、
前記制御部は、前記三次元スペックルイメージを利用し、前記試料の特性を探知することを特徴とする請求項１に記載の試料特性探知装置。
【請求項１１】
前記試料から多重散乱されて出射される前記波動の少なくとも一部を、前記試料に反射させ、前記試料での多重散乱回数を増幅させる多重散乱増幅部をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の試料特性探知装置。
【請求項１２】
前記多重散乱増幅部は、
前記試料の中心を通る延長線上に配置され、前記試料から多重散乱されて出射される前記波動の少なくとも一部を、前記試料に反射させる第１多重散乱増幅部と、
前記試料を基準に、前記第１多重散乱増幅部と対向するように配置され、前記試料から多重散乱されて出射される前記波動の少なくとも一部を、前記試料に反射させる第２多重散乱増幅部と、を含むことを特徴とする請求項１１に記載の試料特性探知装置。
【請求項１３】
試料を収容する試料配置部と、
前記試料配置部と隣接するように配置され、基準試料を収容する基準試料配置部と、
前記試料配置部内の前記試料、及び前記基準試料配置部内の前記基準試料に向けて波動を照射する波動源と、
前記照射された波動が、前記試料及び前記基準試料それぞれによって多重散乱されて発生した第１レーザスペックル及び基準レーザスペックルを検出するが、事前に設定された同一時点ごとに検出する検出部と、
前記検出された第１レーザスペックルを利用し、前記検出された第１レーザスペックルの経時的変化である時間相関関係を獲得し、前記獲得された時間相関関係に基づいて、前記試料の特性をリアルタイムで探知し、
前記検出部は、前記試料と前記検出部との間、または前記検出部内部の一領域において、前記レーザスペックルを検出する試料特性探知装置。
【請求項１４】
前記制御部は、前記試料内部で動きがある細菌や微生物またはウイルスから生成されるスペックルの変化により、前記細菌や微生物またはウイルスの存在いかん、またはその濃度をリアルタイムで推定することを特徴とする請求項１３に記載の試料特性探知装置。
【請求項１５】
前記試料配置部内の前記試料に、所定抗生物質を投与する抗生物質適用部をさらに含み、
前記制御部は、前記レーザスペックルの時間相関関係に基づいて、前記試料に前記抗生物質が投与される前またはその後の前記試料内の微生物の存在いかん、または微生物の濃度を推定し、前記推定された微生物存在いかん、または前記微生物の濃度変化により、前記抗生物質の適合性をリアルタイムで判断することを特徴とする請求項１３に記載の試料特性探知装置。
【請求項１６】
前記時間相関関係は、第１時点で検出された前記第１レーザスペックルの第１映像情報と、前記第１時点と異なる第２時点で検出された前記第１レーザスペックルの第２映像情報との差を含むことを特徴とする請求項１３に記載の試料特性探知装置。
【請求項１７】
前記第１映像情報及び前記第２映像情報は、レーザスペックルのパターン情報、及び波動の強度情報のうち少なくともいずれか一つを含むことを特徴とする請求項１６に記載の試料特性探知装置。
【請求項１８】
前記制御部は、前記検出された基準レーザスペックルを利用し、前記検出された基準レーザスペックルの基準情報を獲得し、前記基準情報を利用し、前記第１レーザスペックルの時間相関関係に係わるノイズを除去することを特徴とする請求項１７に記載の試料特性探知装置。
【請求項１９】
前記波動源から入射された波動を分割させ、複数の波動経路に提供する多重ビームリフレクタと、
前記多重ビームリフレクタから提供される前記波動経路上に配置され、前記試料及び前記基準試料で反射されて出射される前記波動の経路を変更し、前記検出部に提供するビームスプリッタと、をさらに含むことを特徴とする請求項１３に記載の試料特性探知装置。
【請求項２０】
試料に向けて波動を照射する波動源と、
前記照射された波動が、前記試料によって多重散乱されて発生したレーザスペックルを検出するが、前記レーザスペックルが拡散する経路上の一領域において、前記レーザスペックルを、事前に設定された時点ごとに検出する検出部と、
前記検出されたレーザスペックルの時間相関関係を獲得し、前記獲得された時間相関関係に基づいて、前記試料の特性をリアルタイムで探知する制御部と、を含む試料特性探知装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、混沌波センサを利用した試料特性探知装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
人間は、多様な生物と同じ空間で生活している。可視生物から不可視生物に至るまで、人間の周辺で共に生活しながら、人間に直接間接に影響を与えている。そのうち、人間の健康に影響を与える微生物または小生物は、肉眼には映らないが、人間の周辺に存在し、多様な疾病を誘発している。
【０００３】
不可視微生物を測定するために、従来には、微生物培養法、質量分析法（mass spectrometry）、核磁気共鳴（unclear magnetic resonance）技法などを利用した。微生物培養法、質量分析法、核磁気共鳴技法の場合、特定種類の細菌を精密に測定することができるが、細菌を培養させる準備時間が長くかかり、高コストの精密で複雑な装備を必要とする。
【０００４】
それら以外に、光学的技法を利用して微生物を測定する技法がある。例えば、光学的技法として、ラマン分光法（Raman spectrometry）、及び多重分光映像（multispectral imaging）が利用されるが、複雑な光学系が必要であり、複雑な光学系を扱うことができる専門的な知識、及び研究室レベルの設備を要求し、長年の測定時間が必要であるので、一般的大衆の使用に問題点がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
前述の問題及び／または限界を解決するために、混沌波センサを利用した試料特性探知装置を提供するところに目的がある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一実施形態は、試料に向けて波動を照射する波動源、前記照射された波動が、前記試料によって多重散乱（multiple scattering）されて発生したレーザスペックル（laser speckle）を検出するが、前記レーザスペックルを、事前に設定された時点ごとに検出する検出部、及び前記検出されたレーザスペックルの経時的変化である時間相関関係（temporal correlation）を獲得し、前記獲得された時間相関関係に基づいて、前記試料の特性をリアルタイム（real-time）で探知する制御部を含み、前記検出部は、前記試料と前記検出部との間、または前記検出部内部の一領域において、前記レーザスペックルを検出する試料特性探知装置を提供する。
【０００７】
本発明の一実施形態において、前記制御部は、前記試料内部で動きがある細菌や微生物またはウイルスから生成されるスペックルの変化により、前記細菌や微生物またはウイルスの存在いかん、またはその濃度をリアルタイムで推定することができる。
【０００８】
本発明の一実施形態において、前記検出部は、前記試料の表面から一定距離離隔された前記第１領域において、前記レーザスペックルを検出することができる。
【０００９】
本発明の一実施形態において、前記第１領域は、前記試料の表面から第１距離離隔された第１地点を含む第１面と、前記試料の表面から前記第１距離より遠い第２距離離隔された第２地点を含む第２面との間に配置されてもよい。
【００１０】
本発明の一実施形態において、前記時間相関関係は、第１時点で検出された前記レーザスペックルの第１映像情報と、前記第１時点と異なる第２時点で検出された前記レーザスペックルの第２映像情報との差を含んでもよい。
【００１１】
本発明の一実施形態において、前記第１映像情報及び前記第２映像情報は、前記レーザスペックルのパターン情報及び前記波動の強度情報のうち少なくともいずれか一つを含んでもよい。
【００１２】
本発明の一実施形態において、前記試料を収容する試料配置部をさらに含んでもよい。
【００１３】
本発明の一実施形態において、前記試料配置部内の前記試料に、所定抗生物質を投与する抗生物質適用部をさらに含み、前記制御部は、前記レーザスペックルの時間相関関係に基づいて、前記試料に前記抗生物質が投与される前またはその後の前記試料内の微生物の存在いかん、または微生物の濃度を推定し、前記推定された微生物存在いかん、または前記微生物の濃度変化により、前記抗生物質の適合性をリアルタイムで判断することができる。
【００１４】
本発明の一実施形態において、前記試料が外部環境に露出されないように、少なくとも前記試料配置部をカバーするカバー部材と、前記試料の一定培養環境を維持するように環境条件を調節する培養環境調節部と、をさらに含んでもよい。
【００１５】
本発明の一実施形態において、前記検出部を２以上含む場合、前記複数の検出部から検出された複数の前記レーザスペックルを利用し、三次元スペックルイメージを生成する三次元イメージ生成部をさらに含み、前記制御部は、前記三次元スペックルイメージを利用して前記試料の特性を探知することができる。
【００１６】
本発明の一実施形態において、前記試料から多重散乱されて出射される前記波動の少なくとも一部を前記試料に反射させ、前記試料での多重散乱回数を増幅させる多重散乱増幅部をさらに含んでもよい。
【００１７】
本発明の一実施形態において、前記多重散乱増幅部は、前記試料の中心を通る延長線上に配置され、前記試料から多重散乱されて出射される前記波動の少なくとも一部を、前記試料に反射させる第１多重散乱増幅部と、前記試料を基準に、前記第１多重散乱増幅部と対向するように配置され、前記試料から多重散乱されて出射される前記波動の少なくとも一部を、前記試料に反射させる第２多重散乱増幅部と、を含んでもよい。
本発明の他の実施形態は、試料を収容する試料配置部、前記試料配置部と隣接するように配置され、基準試料を収容する基準試料配置部、前記試料配置部内の前記試料、及び前記基準試料配置部内の前記基準試料に向けて波動を照射する波動源、前記照射された波動が、前記試料及び前記基準試料それぞれによって多重散乱（multiple scattering）されて発生した第１レーザスペックル（laser speckle）及び基準レーザスペックルを検出するが、事前に設定された同一時点ごとに検出する検出部、並びに前記検出された第１レーザスペックルを利用し、前記検出された第１レーザスペックルの経時的変化である時間相関関係（temporal correlation）を獲得し、前記獲得された時間相関関係に基づいて、前記試料の特性をリアルタイム（real−time）で探知し、前記検出部は、前記試料と前記検出部との間、または前記検出部内部の一領域において、前記レーザスペックルを検出する試料特性探知装置を提供する。
【００１８】
本発明の一実施形態において、前記制御部は、前記試料内部で動きがある細菌や微生物またはウイルスから生成されるスペックルの変化により、前記細菌や微生物またはウイルスの存在いかん、またはその濃度をリアルタイムで推定することができる。
本発明の一実施形態において、前記試料配置部内の前記試料に、所定抗生物質を投与する抗生物質適用部をさらに含み、前記制御部は、前記レーザスペックルの時間相関関係に基づいて、前記試料に前記抗生物質が投与される前またはその後の前記試料内の微生物の存在いかん、または微生物の濃度を推定し、前記推定された微生物存在いかん、または前記微生物の濃度変化により、前記抗生物質の適合性をリアルタイムで判断することができる。
【００１９】
本発明の一実施形態において、前記時間相関関係は、第１時点で検出された前記第１レーザスペックルの第１映像情報と、前記第１時点と異なる第２時点で検出された前記第１レーザスペックルの第２映像情報との差を含んでもよい。
本発明の一実施形態において、前記第１映像情報及び前記第２映像情報は、レーザスペックルのパターン情報、及び波動の強度情報のうち少なくともいずれか一つを含んでもよい。
【００２０】
本発明の一実施形態において、前記制御部は、前記検出された基準レーザスペックルを利用し、前記検出された基準レーザスペックルの基準情報を獲得し、前記基準情報を利用し、前記第１レーザスペックルの時間相関関係に係わるノイズを除去することができる。
【００２１】
本発明の一実施形態において、前記波動源から入射された波動を分割させて複数の波動経路に提供する多重ビームリフレクタと、前記多重ビームリフレクタから提供される前記波動経路上に配置され、前記試料及び前記基準試料で反射されて出射される前記波動の経路を変更し、前記検出部に提供するビームスプリッタと、をさらに含んでもよい。
【００２２】
本発明の他の実施形態は、試料に向けて波動を照射する波動源と、前記照射された波動が、前記試料によって多重散乱（multiple scattering）されて発生したレーザスペックル（laser speckle）を検出するが、前記レーザスペックルが拡散する経路上の一領域において、前記レーザスペックルを、事前に設定された時点ごとに検出する検出部と、前記検出されたレーザスペックルの時間相関関係（temporal correlation）を獲得し、前記獲得された時間相関関係に基づいて、前記試料の特性をリアルタイム（real−time）で探知する制御部と、を含む試料特性探知装置を提供する。
【００２３】
前述のところ以外の他の側面、特徴、利点は、以下の図面、特許請求の範囲、及び発明の詳細な説明から明確になるであろう。
【発明の効果】
【００２４】
本発明の実施形態による試料特性探知装置は、レーザ光源及びイメージセンサだけで光学系具現が可能であるので、低廉価格で光学系を提供するだけではなく、小型製作が可能であるので、多様な環境で幅広く適用される。そして、微生物探知のために、光学的な測定のみを利用するので、抗原・抗体など標的物質の使用が必要なく、遺伝子増幅技術などのように試片を採取する必要もないので、微生物測定過程で発生するコストを節減させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の一実施形態による混沌波センサの原理について説明するための図面である。
【００２６】
【図２】本発明の第１実施形態による試料特性探知装置を概略的に図示した概念図である。
【００２７】
【図３】図１の検出部でのレーザスペックルの検出方法を図示した図面である。
【００２８】
【図４Ａ】図１の試料特性探知装置の実施形態を概略的に図示した概念図である。
【図４Ｂ】図１の試料特性探知装置の実施形態を概略的に図示した概念図である。
【図４Ｃ】図１の試料特性探知装置の実施形態を概略的に図示した概念図である。
【００２９】
【図５】本発明の一実施形態による試料特性探知装置を利用した微生物探知方法を順次に図示したフローチャートである。
【００３０】
【図６】本発明の一実施形態による制御部において、レーザスペックルの時間相関関係を分析する方法について説明するために提供される図面である。
【００３１】
【図７】本発明の一実施形態による試料特性探知装置を介して、経時的に測定されたレーザスペックルの光強度の標準偏差分布を図示した図面である。
【００３２】
【図８Ａ】本発明の他の実施形態による試料特性探知装置を概略的に図示した概念図である。
【００３３】
【図８Ｂ】本発明の他の実施形態による試料特性探知装置を概略的に図示した概念図である。
【００３４】
【図９】本発明の第２実施形態による試料特性探知装置を概略的に図示した概念図である。
【００３５】
【図１０】本発明の第２実施形態による試料特性探知装置の一実施形態を概略的に図示した斜視図である。
【００３６】
【図１１】図１０の試料特性探知装置のブロック図である。
【００３７】
【図１２】本発明の第２実施形態による試料特性探知装置の他の実施形態を概略的に図示した図面である。
【００３８】
【図１３】本発明の第２実施形態による試料特性探知装置のさらに他の実施形態を概略的に図示した図面である。
【００３９】
【図１４】図９の試料特性探知装置を利用して獲得した抗生物質投与前後の時間相関関係変化を概略的に図示したグラフである。
【００４０】
【図１５】本発明の一実施形態による携帯用生物感知システムを概略的に図示した概念図である。
【００４１】
【図１６】図１５の携帯用生物感知システムの実施形態を概略的に図示した例示図である。
【００４２】
【図１７Ａ】本発明の他の実施形態による生物感知システムを概略的に図示した概念図である。
【図１７Ｂ】本発明の他の実施形態による生物感知システムを概略的に図示した概念図である。
【００４３】
【図１８Ａ】図１７の生物感知装置のボディ部のさまざまな実施形態を概略的に図示した例示図である。
【００４４】
【図１８Ｂ】図１７の生物感知装置のボディ部のさまざまな実施形態を概略的に図示した例示図である。
【図１８Ｃ】図１７の生物感知装置のボディ部のさまざまな実施形態を概略的に図示した例示図である。
【図１８Ｄ】図１７の生物感知装置のボディ部のさまざまな実施形態を概略的に図示した例示図である。
【００４５】
【図１９Ａ】本発明のさらに他の実施形態による生物感知装置を概略的に図示した概念図である。
【図１９Ｂ】本発明のさらに他の実施形態による生物感知装置を概略的に図示した概念図である。
【００４６】
【図２０】図１９の生物感知装置を具備した生物感知システムの実施形態を概略的に図示した概念図である。
【００４７】
【図２１Ａ】本発明のさらに他の実施形態による生物感知システムを概略的に図示した概念図である。
【図２１Ｂ】図２１Ａの光学部を概略的に図示したブロック図である。
【図２１Ｃ】本発明のさらに他の実施形態による生物感知システムを概略的に図示した概念図である。
【００４８】
【図２２】本発明の一実施形態による個体識別装置を概略的に図示した概念図である。
【００４９】
【図２３】図２２の制御部及びデータ保存部の関係を概略的に図示したブロック図である。
【００５０】
【図２４】本発明の他の実施形態による個体識別装置を概略的に図示した図面である。
【００５１】
【図２５Ａ】本発明のさらに他の実施形態による個体識別装置を概略的に図示した概念図である。
【００５２】
【図２５Ｂ】本発明のさらに他の実施形態による個体識別装置を概略的に図示した概念図である。
【００５３】
【図２６】本発明の一実施形態による個体識別装置を利用した個体識別方法を順に図示したフローチャートである。
【００５４】
【図２７】本発明の一実施形態によるウイルス検出装置を概略的に図示した概念図である。
【００５５】
【図２８】図２７のウイルス検出装置を概略的に図示したブロック図である。
【００５６】
【図２９Ａ】図２７のウイルスマーカー適用部において、ウイルスマーカーが適用される過程について説明するために概略的に図示した図面である。
【図２９Ｂ】図２７のウイルスマーカー適用部において、ウイルスマーカーが適用される過程について説明するために概略的に図示した図面である。
【００５７】
【図３０】本発明の一実施形態によるウイルス検出方法を順次に図示したフローチャートである。
【００５８】
【図３１】試料内のウイルス種類による時間相関関係係数を図示したグラフである。
【００５９】
【図３２】本発明の実施形態による試料特性探知装置が冷蔵庫に設置される場合を図示した例示図である。
【００６０】
【図３３】図３２の試料特性探知装置が冷蔵庫の天井部に設けられた形態を概略的に図示した例示図である。
【００６１】
【図３４】図３２の試料特性探知装置を介して撮影された映像の例示である。
【００６２】
【図３５】本発明の実施形態による試料特性探知装置が洗濯機のふたや、洗濯物投入口の外周部に設けられた状態を図示した例示図である。
【００６３】
【図３６】本発明の実施形態による試料特性探知装置が歯ブラシ殺菌器のふたまたは壁面に設けられた状態を図示した例示図である。
【００６４】
【図３７】本発明の実施形態による試料特性探知装置で測定された微生物の存在いかん、その濃度及び微生物種類を活用するためのネットワークに係わる図面である。
【００６５】
【図３８】本発明の一実施形態において、歯周及び歯牙を含む口腔と係わって測定されたレーザスペックルの形態を図示した図面である。
【００６６】
【図３９】本発明の一実施形態において、手の爪、及び足指の爪と係わって測定されたレーザスペックルの形態を図示した図面である。
【００６７】
【図４０】本発明の一実施形態において、特定身体部位の中またはその表面に微生物が存在するか否かということを測定する方法について説明するために提供されるフローチャートである。
【００６８】
【図４１】２つのスペックル映像を利用し、特定身体部位に微生物が存在するか否かということを測定する方法について説明するために提供される図面である。
【００６９】
【図４２】３以上のスペックル映像を利用し、特定身体部位に微生物が存在するか否かということを測定する方法について説明するために提供される図面である。
【００７０】
【図４３】本発明の一実施形態において、時間逆転鏡を利用して光学系が構成される場合を図示した図面である。
【００７１】
【図４４】本発明の第３実施形態による試料特性探知装置を概略的に図示した概念図である。
【００７２】
【図４５】図４４の試料採取手段の他の実施形態を図示した概念図である。
【００７３】
【図４６】図４５の試料採取手段を利用した試料特性探知装置を概略的に図示した概念図である。
【００７４】
【図４７】本発明の第４実施形態による試料特性探知装置を概略的に図示した概念図である。
【００７５】
【図４８】図４７のＩ−Ｉ線に沿って切り取った断面図である。
【００７６】
【図４９】本発明の第４実施形態による試料特性探知装置の他の実施形態を概略的に図示した図面である。
【００７７】
【図５０】本発明の第４実施形態による試料特性探知装置の他の実施形態を概略的に図示した図面である。
【００７８】
【図５１】本発明の第５実施形態による試料特性探知装置を図示した図面である。
【００７９】
【図５２】本発明の一実施形態による検査方法を図示した図面である。
【００８０】
【図５３】サンプルの例として、半導体素子の多層金属配線構造物を図示した図面である。
【００８１】
【図５４】他の例として、金属配線の線幅変化をレーザスペックル分析で確認する例である。
【００８２】
【図５５】シリコンウェーハ上に複数個のパターン領域が形成されている場合を図示した例示図である。
【００８３】
【図５６】図５１の試料特性探知装置を利用し、検査領域によって、パターンを検査する例示図である。
【発明を実施するための形態】
【００８４】
以下、添付された図面を参照し、以下の実施形態について詳細に説明するが、図面を参照して説明するとき、同一であるか、あるいは対応する構成要素は、同一図面符号を付し、それに係わる重複説明は省略する。
【００８５】
本実施形態は、多様な変換を加えることができるが、特定実施形態を図面に例示し、詳細な説明によって詳細に説明する。本実施形態の効果、特徴、及びそれらを達成する方法は、図面と共に詳細に説明する内容を参照すれば、明確になるであろう。しかし、本実施形態は、以下で開示される実施形態に限定されるものではなく、多様な形態にも具現される。
【００８６】
以下の実施形態において、第１、第２のような用語は、限定的な意味ではなく、１つの構成要素を他の構成要素と区別する目的に使用されている。
【００８７】
以下の実施形態において、単数の表現は、文脈上明白に異なって意味しない限り、複数の表現を含む。
【００８８】
以下の実施形態において、「含む」または「有する」というような用語は、明細書上に記載された特徴、または構成要素が存在するということを意味するものであり、１以上の他の特徴または構成要素が付加される可能性をあらかじめ排除するものではない。
【００８９】
以下の実施形態において、ユニット、領域、構成要素のような部分が、他部分の上にまたは上部にあるというとき、他部分の真上ににある場合だけではなく、その中間に、他のユニット、領域、構成要素などが介在されている場合も含む。
【００９０】
以下の実施形態において、「連結する」または「結合する」というような用語は、文脈上明白に異なって意味しない限り、必ずしも２つの部材の直接的及び／または固定的な連結または結合を意味するものではなく、２つの部材間に他の部材が介在されたものを排除するものではない。
【００９１】
明細書上に記載された特徴または構成要素が存在することを意味するところは、１以上の他の特徴または構成要素が付加される可能性をあらかじめ排除するものではない。
【００９２】
図面においては、説明の便宜のために、構成要素がその大きさが誇張されていたり縮小されていたりする。例えば、図面に示された各構成の大きさ及び厚みは、説明の便宜のために任意に示されており、以下の実施形態は、必ずしも図示されたところに限定されるものではない。
【００９３】
以下では、まず、図１を参照し、本発明の混沌波センサの原理について説明する。
図１は、本発明の一実施形態による混沌波センサの原理について説明するための図面である。
【００９４】
ガラスのように、内部屈折率が均質した物質の場合には、光を照射したとき、一定方向に屈折が起こる。しかし、内部屈折率が不均質である物体に、レーザのような干渉光（coherent light）を照射すれば、物質内部で、非常に複雑な多重散乱（multiple scattering）が発生してしまう。
【００９５】
図１を参照すれば、波動源１２０から照射した光または波動（以下、簡略化のために波動とする）のうち、多重散乱を介して複雑な経路に散乱された波動の一部は、検査対象面を通過することになる。検査対象面のさまざまな地点を通過する波動が、互いに補強干渉（constructive interference）または相殺干渉（destructive interference）を起こし、かような波動の補強／相殺干渉は、粒状のパターン（スペックル）を発生させる。
【００９６】
本明細書においては、かような複雑な経路に散乱される波動を「混沌波（chaotic wave）」と命名し、該混沌波は、レーザスペックルを介して検出される。
【００９７】
図１に戻り、左側図面は、安定した媒質をレーザで照射したときを示した図面である。内部構成物質の動きがない安定した媒質を干渉光（例えば、レーザ）で照射したときには、変化がない安定したスペックルパターンを観測することができる。
【００９８】
しかし、図１の右側図面のように、内部にバクテリアなど、内部構成物質において、動きがある不安定な媒質を含んでいる場合には、スペックルパターンが変化することになる。
【００９９】
すなわち、微生物の移動のような微生物の微細な生命活動により、光路が経時的に微細に変化してしまう。該スペックルパターンは、波動の干渉によって発生する現象であるために、微細な光路の変化は、スペックルパターンに変化を発生させる。それにより、スペックルパターンの経時的な変化を測定することにより、微生物の生命活動を迅速に測定することができる。かように、スペックルパターンの経時的変化を測定する場合、微生物の存在いかん及びその濃度を知ることができ、さらには、微生物の種類も知ることができる。
【０１００】
本明細書は、かようなスペックルパターンの変化を測定する構成を、混沌波センサ（chaotic wave sensor）と定義する。
【０１０１】
以下では、前述の混沌波センサの原理を基に、本発明の一実施形態について説明する。図２は、本発明の第１実施形態による試料特性探知装置１００を概略的に図示した概念図であり、図３は、図１の検出部１３０でのレーザスペックルの検出方法を図示した図面である。また、図４Ａないし図４Ｃは、図１の試料特性探知装置１００の実施形態を概略的に図示した概念図である。
【０１０２】
図２を参照すれば、本発明の第１実施形態による試料特性探知装置１００は、波動源１２０、検出部１３０及び制御部１４０を含んでもよい。また、試料特性探知装置１００は、試料配置部１１０、多重散乱増幅部１５０及びディスプレイ部１９０をさらに含んでもよい。
【０１０３】
本発明の第１実施形態による試料特性探知装置１００を介して測定することができる試料Ｓは、測定しようとする個体から採取された唾液、血液、組織のような試料でもあり、個体の外部に排出された大便、尿、角質のような試料でもある。または、飲食物のような個体から採取された有機試料などを含んでもよい。一方、試料Ｓは、測定しようとする個体そのものを意味することもできる。言い換えれば、飲食物が個体であり、飲食物を毀損（damage）せず、微生物の存在いかんを測定しようとする場合には、飲食物それ自体が試料Ｓにもなる。例えば、販売のために包装された肉（meat）のような個体が、試料Ｓにもなる。試料Ｓは、試料全体がサンプルにも利用され、テープ、生体膜（membrane）のように、微生物が移される手段を利用して準備される。一方、試料Ｓは、個体が口で吹き付けることによって採取されたり皮膚から採取されたりするか、あるいは大便などをフィルタに濾して採取されもする。一実施形態として、採取された試料Ｓは、試料配置部１１０に収容されてもよい。試料配置部１１０は、試料Ｓを収容することができる容器形態によってなる。試料配置部１１０は、試料自体の動きを制限しながら、試料Ｓを支持することができる。言い換えれば、試料Ｓ自体は、動きが制限された状態で検出を進めることになる。本発明としては、試料Ｓが必ずしも試料配置部１１０に収容される必要はない。ただし、以下では、説明の便宜のために、試料Ｓが試料配置部１１０に配置された場合を中心に説明する。一方、試料配置部１１０は、寒天平板倍地（agar plate）のような培養皿（petri dish）でもある。
【０１０４】
ここで、微生物は、ブドウ状球菌属（Staphylococcus）、凝固酵素陰性ブドウ状球菌属（staph Coagulase negative）、スタフィロコッカス（Ｓｔａｐｈ．aureus）、連鎖球菌種（Streptococcus ｓｐｐ．）、ストレプトコッカスビリダンス群（Streptococcus viridans group）、腸球菌種（Enterococcus ｓｐｐ．）、コリネバクテリウム菌種（Corynebacterium ｓｐｐ．）、アエロコッカス菌種（Aerococcus ｓｐｐ．）、マイクロコッカス菌種（Micrococcus ｓｐｐ．）、ペプトストレプトコッカス菌種（Peptostreptococcus ｓｐｐ．）、乳酸球菌種（Lactococcus ｓｐｐ．）、リュコノストック菌種（Leuconostoc ｓｐｐ．）、Tothia ｓｐｐ．、双子菌種（Gemella ｓｐｐ．）、アルカリゲネス菌種（Alcaligenes ｓｐｐ．）、アルテルナリア菌種（Alternaria ｓｐｐ．）、フラボバクテリウム菌種（Flavobacterium ｓｐｐ．）、バチルス菌種（Bacillus ｓｐｐ．）、アクロモバクター菌種（Achromobacter ｓｐｐ．）、アシネトバクター菌種（Acinetobacter ｓｐｐ．）、アクチノバチルス菌種（Actinobacillus ｓｐｐ．）、アルカリゲネス菌種（Alcaligenes ｓｐｐ．）、カンピロバクター菌種（Campylobacter ｓｐｐ．）、エドワードシエラ菌種（Edwardsiella ｓｐｐ．）、エーリキア菌種（Ehrlichia ｓｐｐ．）、エンテロバクター菌種（Enterobacter ｓｐｐ．）、エウィンゲラ菌種（Ewingella ｓｐｐ．）、フラボバクテリア属（Flavobacteria）、ハフニア菌種（Hafnia ｓｐｐ．）、クレブシエラ菌種（Klebsiella ｓｐｐ．）、クルイベラ菌種（Kluyvera ｓｐｐ．）、レジオネラ菌種（Legionella ｓｐｐ．）、モラクセラ菌種（Morxella ｓｐｐ．）、モーガネラ菌種（Morganella ｓｐｐ．）、ネイセリア菌種（Neisseria ｓｐｐ．）、パスツレラ菌種（Pasteurella ｓｐｐ．）、プレボテラ菌種（Prevotella ｓｐｐ．）、プロテウス菌種（Proteus ｓｐｐ．）、プロビデンシア菌種（Providencia ｓｐｐ．）、シュードモナス菌種（Pseudomonas ｓｐｐ．）、ラネラ菌種（Rahnella ｓｐｐ．）、サルモネラ菌種（Salmonella ｓｐｐ．）、セラチア菌種（Serratia ｓｐｐ．）、赤痢菌種（Shigella ｓｐｐ．）、スフィンゴバクテリウム菌種（Sphingobacterium ｓｐｐ．）、ビブリオ菌種（Vibrio ｓｐｐ．）、エルシニア菌種（Yersinia ｓｐｐ．）、ネイセリア菌種（Neisseria ｓｐｐ．）、キンゲラ菌種（Kingella ｓｐｐ．）、カルディオバクテリウム属（Cardiobacterium）、非結核性抗酸菌（ＮＴＢ：non−Tuberculosis mycobacteria）、結核菌（Mycobacterium tuberculosis）及び鳥型結核菌（Mycobacterium avium）によって構成される群のうち選択される細菌を含んでもよい。
【０１０５】
波動源１２０は、試料配置部１１０内の試料Ｓに向けて波動を照射することができる。波動源１２０は、波動（wave）を生成することができる全種のソース装置を適用することができ、例えば、特定波長帯域の光を照射することができるレーザでもある。本発明は、波動源種類に制限がないが、ただし、以下では、説明の便宜のためにレーザの場合を中心に説明する。
【０１０６】
例えば、試料配置部１１０にスペックルを形成するために、干渉性（coherence）が良好なレーザを、波動源１２０として利用することができる。このとき、レーザ波動源の干渉性を決定する波動源のスペクトラル帯域幅が短いほど、測定正確度が上昇する。すなわち、干渉長（coherence length）が長いほど、測定正確度が上昇する。それにより、波動源のスペクトラル帯域幅が既定義の基準帯域幅未満のレーザ光が波動源１２０として利用され、基準帯域幅より短いほど、測定正確度は、上昇する。例えば、下記数式１の条件が維持されるように、波動源のスペクトラル帯域幅が設定されてもよい。
【０１０７】
【数１】
2018536856.tif 000003
【０１０８】
数式１によれば、レーザスペックルのパターン変化を測定するために、基準時間ごとに培養皿内に光を照射するとき、波動源１２０のスペクトラル帯域幅は、１ｎｍ未満を維持する。
【０１０９】
また、図２を参照すれば、検出部１３０は、照射された波動が、試料Ｓによって多重散乱されて発生したレーザスペックル（laser speckle）を、事前に設定された時点（time）ごとに検出することができる。ここで、時点とは、連続的な時間の流れのうちいずれか一瞬間を意味し、該時点は、同一時間間隔に事前に設定されるが、必ずしもそれに制限されるものではなく、任意の時間間隔に事前に設定されもする。検出部１３０は、波動源１２０種類に対応した感知手段を含み、例えば、可視光線波長帯域の光源を利用する場合には、映像を撮影する撮影装置であるイメージセンサが利用されてもよい。一実施形態として、検出部１３０は、イメージセンサ及び所定焦点距離を有する１以上のレンズを含み、レーザスペックルを検出することができる。このとき、焦点距離は試料Ｓと検出部１３０との距離より短いてもよいが、それに制限されるものではない。他の実施形態として、検出部１３０は、レンズを含まないイメージセンサが利用されてもよい。検出部１３０は、少なくとも第１時点でのレーザスペックルを検出し、第２時点でのレーザスペックルを検出し、制御部１４０に提供することができる。一方、第１時点及び第２時点は、説明の便宜のために選択された１つの例示であるのみ、検出部１３０は、第１時点及び第２時点より多くの複数時点でレーザスペックルを検出することができる。
【０１１０】
具体的には、試料Ｓに波動が照射されれば、入射された波動は、多重散乱によってレーザスペックルを形成することができる。該レーザスペックルは、光の干渉現象によって発生するので、サンプル内に動きがなければ、経時的に常時一定干渉パターンを示すことができる。それと比較し、試料Ｓ内に、バクテリアのような微生物が存在する場合、レーザスペックルは、微生物の動きによって経時的に変化する。検出部１３０は、かような経時的に変化するレーザスペックルを、事前に設定された時点ごとに検出し、制御部１４０に提供することができる。検出部１３０は、微生物の動きを感知することができるほどの速度で、レーザスペックルを検出することができ、例えば、秒当たり２５フレームないし３０フレームの速度で検出することができる。
【０１１１】
図３を参照すれば、検出部１３０は、試料Ｓに照射された波動が、試料Ｓによって多重散乱されて発生したレーザスペックルを検出することができる。言い換えれば、検出部１３０は、試料Ｓから誘発された（caused）レーザスペックルを検出することができる。具体的には、検出部１３０は、試料Ｓの表面Ｆからレーザスペックルを検出することもできるが、試料Ｓによって多重散乱された波動が移動する経路上の一領域Ａ１において、レーザスペックルを、事前に設定された時点ごとに検出することができる。このとき、第１領域Ａ１は、試料Ｓの表面Ｆから一定距離離隔された領域でもある。一実施形態として、第１領域Ａ１は、試料Ｓの表面Ｆから第１距離ｄ１離隔された第１地点ｘ１を含む第１面Ｂ１と、試料Ｓの表面Ｆから第１距離ｄ１より遠い第２距離ｄ２離隔された第２地点ｘ２を含む第２面Ｂ２との間に配置された領域でもある。すなわち、検出部１３０と試料との間の第１領域Ａ１において、レーザスペックルを検出することができる。または、レーザスペックルは、検出部１３０内部、例えば、検出部１３０がＣＣＤセンサである場合、ＣＣＤセンサの表面でも検出される。他の実施形態として、検出部１３０は、イメージセンサを利用し、レーザスペックルを検出することもできる。該イメージセンサを利用し、レーザスペックルを検出する場合、試料Ｓの表面でレーザスペックルを観察する場合より、焦点距離を短縮させ、レーザスペックルを検出することができる。
【０１１２】
一方、検出部１３０としてイメージセンサが利用される場合、該イメージセンサ１ピクセル（pixel）の大きさｄが、スペックルパターンの粒子サイズ（grain size）より小さいか、あるいはそれと同じになるように、イメージセンサが配置されてもよい。例えば、下記数式２の条件を満足するように、図４Ａないし図４Ｃの光学系において、イメージセンサが配置されてもよい。
【０１１３】
【数２】
2018536856.tif 000004
【０１１４】
数式２のように、イメージセンサの１ピクセルサイズｄが、スペックルパターンの粒子サイズ以下でなければならないが、該ピクセルサイズが過度に小さくなるようになればアンダーサンプリング（undersampling）が発生し、ピクセル解像度活用に困難さが存在する。それにより、効果的なＳＮＲ（signal to noise ratio）を達成するために、スペックル粒子サイズ（speckle grain size）に最大５個以下のピクセルが位置するようにイメージセンサが配置されてもよい。
【０１１５】
スペックル信号の動的変化を比較するためには、互いに異なる時間に測定された最小２以上の映像が必要である。例えば、一定間隔で、基準時間ごとに、２以上のレーザスペックル映像が生成されてもよい。例えば、現在時間でレーザ光を照射し、血液検査対象を撮影するによって生成されたレーザスペックル映像１、１０秒後に光を照射し、培養皿を撮影することによって生成されたレーザスペックル映像２が存在することができる。それ以外に、さらに１０秒後のレーザスペックル映像３、さらに１０秒後のレーザスペックル映像４などのように、初めに光を照射した後、一定間隔ごとに光を照射し、結局、１０（ｎ−１）秒後に、ｎ個のレーザスペックル映像が生成される。それにより、生成されたレーザスペックル映像間の差を分析し、培養皿内の微生物存在有無が探知される。
【０１１６】
このとき、２つのスペックル映像を利用し、微生物の存在有無を探知するか、あるいは３以上のスペックル映像を利用し、微生物の存在有無を探知するかということにより、微生物探知方法が異なる。
【０１１７】
一例として、一定時間間隔で光を照射することにより、それぞれの時間で生成された２つのスペックル映像を利用する場合、血液検査対象内に微生物が存在しなければ、０秒に測定したスペックル映像と、１０秒に測定したスペックル映像との差が、既定義の第１基準値以下と非常に微々たるものである。時折小さい信号差が存在することができるが、それは、水分蒸発、振動のように、実験時に存在する全てのノイズ（noise）の影響と解釈される。このとき、培養皿内に微生物が存在する場合（例えば、Ｂ．cereus、Ｅ．ｃｏｌｉなど）、０秒で生成されたスペックル映像と、１０秒で生成されたスペックル映像との間で、差が既定義の第２基準値以上でもある。すなわち、０秒と１０秒との間で測定したスペックル信号の差が、第２基準値以上に、信号に大きい変化が存在すれば、血液検査対象内に、バクテリアなどの微生物が存在することを探知することができる。
【０１１８】
制御部１４０は、検出された前記レーザスペックルを利用し、時間相関関係（temporal correlation）を獲得し、獲得された時間相関関係に基づいて、試料Ｓに含まれた微生物の存在いかん、または微生物の濃度をリアルタイムで推定することができる。本明細書において、リアルタイムとは、１時間内に、微生物の存在いかん、または微生物の濃度変化を推定し、抗生物質の適合性を判断することを意味し、望ましくは、５分内に、微生物の存在いかん、または微生物の濃度変化を推定することができる。さらに望ましくは、２０秒内に、微生物の存在いかん、または微生物の濃度変化を推定することができる。かように、制御部１４０は、２つのスペックル映像間の差（例えば、ピクセル値差など）が第１基準値以下であるか否かということ、そして、第２基準値以上であるか否かということをチェックし、培養皿内に、微生物が存在するか否かということを探知することができる。このとき、第１基準値及び第２基準値を同一値に定義することもでき、互いに異なる値に定義することもできる。他の例として、一定時間間隔で測定された３以上のスペックル映像を利用する場合、制御部１４０は、３以上のスペックル映像において、時間相関分析（time correlation analysis）を行い、培養皿内に、微生物が存在するか否かということを探知することができる。すなわち、検出部１３０は、一定時間間隔で、互いに異なる時点で、血液検査対象に光を照射し、多重散乱させて形成されたレーザスペックル間の時間相関関係に基づいて、培養皿内に、微生物が存在するか否かということを探知することができる。例えば各時間ｔに対して測定したスペックル映像を平準化したデータを
2018536856.tif 000005
とすれば、制御部１４０は、特定遅延時間を
2018536856.tif 000006
について、各地点で時間相関係数を前述のように演算することができる。制御部１４０において、微生物の存在いかん、または微生物の濃度変化を推定する方法については、後述する。
【０１１９】
一方、図４Ａないし図４Ｃを参照すれば、本発明の一実施形態による試料特性探知装置１００は、多重散乱増幅部１５０をさらに含んでもよい。
【０１２０】
多重散乱増幅部１５０は、試料Ｓから多重散乱されて出射される波動の少なくとも一部を、試料Ｓに反射させ、試料Ｓでの多重散乱回数を増幅させることができる。多重散乱増幅部１５０は、多重散乱物質（multiple scattering material）を含んでもよい。例えば、該多重散乱物質は、屈折率が大きいμｍサイズ以下の直径を有する粒子、例えば、酸化チタン（ＴｉＯ２）ナノ粒子を含み、多重散乱増幅部１５０は、前記多重散乱増幅部１５０に入射される波動の少なくとも一部を反射させることができる。多重散乱増幅部１５０は、試料Ｓと隣接するように配置され、試料Ｓから多重散乱されて出射される波動を、試料Ｓと前記多重散乱増幅部１５０と間の空間を、少なくとも１回以上往復させる。試料Ｓには、微生物が存在することができるが、その微生物の数は、微々たるものでもある。従来には、試料Ｓ内の微生物を検出するために、長時間、例えば、何日間か微生物を増殖させた後でこそ、それを検出することができ、該微生物検出のために長時間が必要であった。それと異なり、本発明の一実施形態による試料特性探知装置１００は、多重散乱増幅部１５０を介して、試料Ｓ内において、波動多重散乱回数を増幅させることにより、迅速であった精密に微生物を検出することができる。
【０１２１】
多重散乱増幅部１５０は、入射される波動の一部を反射させ、残り波動は、透過させることができる。または、多重散乱増幅部１５０は、入射される波動の一部を透過させ、残り波動は、反射させることができる。または、多重散乱増幅部１５０は、入射される波動の全部を反射させることもできる。多重散乱増幅部１５０は、波動源１２０と検出部１３０との光学系構造に対応するように、前述の構成のうち少なくとも１以上選択されてもよい。
【０１２２】
図４Ａを参照すれば、試料特性探知装置１００−１は、波動源１２０及び検出部１３０を含む光学系が反射型で構成されてもよい。試料Ｓに入射された波動Ｌ１は、試料Ｓの光学的に不均一な特徴のために、多重散乱現象が発生し、一部波動が反射して出るくる。このとき、検出部１３０は、試料Ｓの光学的不均一特性により、試料Ｓに波動が反射して出射されることによって発生するレーザスペックル信号を撮影し、試料Ｓによって誘発されたレーザスペックルを測定することができる。
【０１２３】
試料特性探知装置１００−１は、第１多重散乱増幅部１５１及び第２多重散乱増幅部１５３を含んでもよい。第１多重散乱増幅部１５１は、試料Ｓの中心を通る延長線Ｃ上に配置され、試料Ｓから多重散乱されて出射される波動の少なくとも一部を、試料Ｓに反射させることができる。第２多重散乱増幅部１５３は、試料Ｓを基準に、第１多重散乱増幅部１５１と対向するように配置され、試料Ｓから多重散乱されて出射される波動の少なくとも一部を、試料Ｓに反射させることができる。反射型光学系の場合、第１多重散乱増幅部１５１は、波動の一部を透過させ、一部を反射させる半透過型によってもなる。また、第２多重散乱増幅部１５３は、入射される波動の全部を反射させる反射型によってもなる。それを介して、試料Ｓ内で波動が多重散乱される回数を顕著に増幅させることができる。
【０１２４】
図４Ａにおいて、波動源１２０の波長、波動の強度など制限を受けずに使用され、検出部１３０の種類は、ニ次元情報を測定することができるカメラが好まれるが、一次元情報を測定するカメラも使用される。
【０１２５】
図４Ａにおいて、波動源１２０、試料Ｓの位置は、制限されるものではなく、反射したレーザスペックル信号を測定する検出部１３０は、測定された１つのスペックルサイズが、検出部１３０のピクセルにおいて、２または３ピクセル以上に該当するように位置することができる。例えば、検出部１３０は、試料Ｓによる波動の反射によるレーザスペックル信号を測定するために、試料Ｓに光が入射する面に、一定角度傾いて位置することができる。
【０１２６】
図４Ｂを参照すれば、試料特性探知装置１００−２は、波動源１２０及び検出部１３０を含む光学系が透過型に構成されてもよい。試料Ｓに入射された波動は、試料Ｓの光学的に不均一な特徴のために、多重散乱現象が発生し、一部波動が試料Ｓを透過して出射される。それにより、検出部９１３０は、波動が試料Ｓを透過して出射されることによって発生するレーザスペックル信号を撮影することにより、試料Ｓを透過することによって誘発されたレーザスペックルを測定することができる。試料特性探知装置１００−２の光学系が透過型に構成される場合、第１多重散乱増幅部１５１及び第２多重散乱増幅部１５３は、波動の一部を透過させ、一部を反射させる半透過型からもまる。
【０１２７】
図４Ｃを参照すれば、試料特性探知装置１００−３は、波動源１２０及び検出部１３０を含む光学系が分光型に構成されてもよい。試料Ｓに入射された波動Ｌ１は、試料Ｓの光学的に不均一な特徴のために、多重散乱現象が発生し、一部波動が反射して出てきて、それに対して、ビームスプリッタ（beam splitter）１８１を利用し、一部波動の経路を検出部１３０に変更することができる。分光型によってなるなる場合、波動の偏光状態を利用するために、位相遅延板または偏光板のような光学部をさらに含んでもよい。このとき、検出部１３０は、波動源１２０と試料Ｓとの間に位置し、試料Ｓによって反射して出射される波動の経路を変更させることができる。また、検出部１３０は、試料Ｓによって反射され、経路が変更されることによって発生するレーザスペックルを測定することができる。
【０１２８】
一方、試料特性探知装置１００−３の光学系が分光型に構成される場合、第１多重散乱増幅部１５１は、波動の一部を透過させ、一部を反射させる半透過型によってもなる。また、第２多重散乱増幅部１５３は、入射する波動の全部を反射させる反射型によってもなる。
【０１２９】
図５は、本発明の一実施形態による試料特性探知装置１００を利用した微生物探知方法を順次に図示したフローチャートである。
【０１３０】
図５を参照すれば、波動源１２０により、試料Ｓに波動を照射することができる（Ｓ１０）。次に、検出部１３０により、試料Ｓに入射された波動が多重散乱されることによって発生したレーザスペックルを、事前に設定された時点ごとに検出することができる。次に、制御部１４０は、事前に設定された時点ごとに生成されたレーザスペックル映像を利用し、映像間の時間相関関係係数を計算することができ、時間相関関係係数に基づいて、試料Ｓ内に、微生物が存在するか否かということを推定することができる（Ｓ３０）。また、制御部１４０は、時間相関関係係数の変化度に基づいて、微生物の濃度を測定することができる。
【０１３１】
このとき、試料Ｓによって形成されたレーザスペックルを測定する間、波動源１２０及び検出部１３０で構成された光学系の動きが制限される。例えば、波動源１２０から試料Ｓに波動を照射し、微生物の濃度を測定するまで、波動源１２０及び検出部１３０に動きがなければ、微生物の濃度が正確に測定される。該光学系は、前述のように、反射型、透過型または分光型の形態でも構成される。
【０１３２】
一方、試料特性探知装置１００は、ディスプレイ部１９０をさらに含んでもよい。ディスプレイ部１９０は、制御部１４０から推定された微生物存在いかん、または微生物の濃度結果を外部に表示することができる。
【０１３３】
以下、図６を参照し、本発明の一実施形態による制御部１４０の制御方法について説明する。
【０１３４】
図６は、本発明の一実施形態による制御部１４０において、レーザスペックルの時間相関関係を分析する方法について説明するために提供される図面である。
【０１３５】
図６を参照すれば、一実施形態として、制御部１４０は、第１時点で検出されたレーザスペックルの第１映像情報と、第１時点と異なる第２時点で検出されたレーザスペックルの第２映像情報との差を利用し、微生物存在いかん、または微生物の濃度を推定することができる。ここで、該第１映像情報及び該第２映像情報は、レーザスペックルのパターン情報、及び波動の強度情報のうち少なくともいずれか一つでもある。一方、本発明の一実施形態は、第１時点での第１映像情報と、第２時点での第２映像情報との差のみを利用するものではなく、それを拡張し、複数の時点で検出された複数のレーザスペックルの映像情報を利用することができる。制御部１４０は、事前に設定された複数の時点ごとに生成されたレーザスペックルの映像情報を利用し、映像間の時間相関係数を計算することができ、時間相関関係係数に基づいて、試料Ｓ内での、微生物の存在いかん、または微生物の濃度を推定することができる。
【０１３６】
検出されたレーザスペックル映像の時間相関関係は、下記数式３を利用して計算される。
【０１３７】
【数３】
2018536856.tif 000007
【０１３８】
数式３で
2018536856.tif 000008
は、時間相関関係係数、
2018536856.tif 000009
は、標準化された光強度、（ｘ，ｙ）は、カメラのピクセル座標、ｔは、測定された時間、Ｔは、総測定時間、
2018536856.tif 000010
は、タイムラグ（time lag）を示す。
【０１３９】
数式３により、時間相関関係係数が計算され、一実施形態として、該時間相関関係係数が事前に設定された基準値以下に小さくなる分析を介して、微生物の存在いかん、または微生物の濃度を推定することができる。具体的には、該時間相関関係係数が、事前に設定された誤差範囲を超え、基準値以下に小さくなることにより、微生物が存在すると推定することができる。また、微生物の濃度が上昇するほど、該時間相関関係係数が基準値以下に小さくなる時間が短くなるので、それを利用し、該時間相関関係係数を示すグラフの勾配値を介して、微生物の濃度を推定することができる。該基準値は、微生物の種類及び温度のような環境要因によっても異なる。図６のグラフにおいて、実線Ｓ１は、微生物が存在しない試料の時間相関係数を示し、点線Ｓ２は、微生物が存在する場合の試料の時間相関係数を示す。微生物の濃度が異なれば、点線Ｓ２の勾配値も、異なる。
【０１４０】
以下では、図７を参照し、制御部１４０において、レーザスペックルを利用し、試料の微生物の濃度を判断する方法について具体的に説明する。
【０１４１】
図７は、本発明の一実施形態による試料特性探知装置を介して、経時的に測定されたレーザスペックルの光強度の標準偏差分布を図示した図面である。
【０１４２】
図７を参照すれば、制御部１４０は、基準時間ごとに測定されたレーザスペックル映像を対象に、レーザスペックルの光強度（intensity）の標準偏差を計算することができる。
【０１４３】
試料内に存在する細菌及び微生物が持続的に動くことにより、補強干渉と相殺干渉とが前記動きに対応して変化する。このとき、該補強干渉と該相殺干渉とが変化することにより、光強度の程度が大きく変化する。それにより、制御部１４０は、光強度の変化程度を示す標準偏差を求め、試料において、細菌及び微生物の存在いかんを確認することができる。
【０１４４】
例えば、制御部１４０は、既定の時間ごとに測定されたレーザスペックル映像を検出し、検出された映像において、レーザスペックルの経時的光強度標準偏差を計算することができる。該レーザスペックルの経時的光強度標準偏差は、下記数式４に基づいて計算される。
【０１４５】
【数４】
2018536856.tif 000011
【０１４６】
数式４で、Ｓ：標準偏差、（ｘ，ｙ）：カメラピクセル座標、Ｔ：総測定時間、ｔ：測定時間、Ｉｔ：ｔ時間で測定された光強度、 ：経時的平均光強度を示すことができる。
【０１４７】
細菌及び微生物の動きにより、補強干渉パターン及び相殺干渉パターンが異なることになり、数式４に基づいて計算された標準偏差値が大きくなるために、それに基づいて、細菌及び微生物の濃度が測定される。
【０１４８】
そして、制御部１４０は、レーザスペックルの光強度の標準偏差値の大きさと、細菌及び微生物の濃度との線形的な関係に基づいて、試料に含まれた細菌及び微生物の分布図、すなわち、濃度を測定することができる。
【０１４９】
図８Ａ及び図８Ｂは、本発明の他の実施形態による試料特性探知装置１００−４を概略的に図示した概念図である。図８Ａ及び図８Ｂにおいては、説明の便宜のために、光学部１３５と検出部１３０との関係を中心に図示した。
【０１５０】
図８Ａ及び図８Ｂを参照すれば、試料特性探知装置１００−４は、試料で散乱された第１波動信号を、波動源１２０の波動が試料によって散乱される前の第２光信号に復元する変調する光学部１３５をさらに含んでもよい。このとき、光学部１３５は、空間光変調部（ＳＬＭ：spatial light modulator）１３５１及び検出部１３０を含んでもよい。光学部１３５は、測定対象から散乱された波動が入射されれば、散乱された波動の波面を制御し、さらに散乱される前の波動（光）に復元し、検出部１３０に提供することができる。
【０１５１】
空間光変調部１３５１は、試料で散乱された波動（光）が入射される。空間光変調部１３５１は、試料で散乱された波動の波面を制御し、レンズ１３５２に提供することができる。レンズ１３５２は、制御された光を集約し、さらに検出部１３０に提供することができる。検出部１３０は、レンズで集約された波動を感知し、散乱されるその最も最初の波動源から出力された波動に復元して出力することができる。
【０１５２】
ここで、光学部１３５は、安定的な媒質、すなわち、測定対象内に生物の動きがない場合、試料から散乱された第１光信号を、散乱される以前の光に復元することができる。しかし、測定対象内にウイルスが存在する場合、検出用複合体の動きによって第１光信号が異なるので、位相制御波面を感知することができず、それにより、位相共役波面を有する第２光信号に変調することができない。前述の光学部１３５を含む微生物探知装置１００−４は、かような第２光信号の差を利用し、さらに微細に微生物の存在いかん、または微生物の濃度を推定することができる。
【０１５３】
以下では、本発明の第２実施形態による試料特性探知装置２００について説明する。
【０１５４】
図９は、本発明の第２実施形態による試料特性探知装置２００を概略的に図示した概念図である。
【０１５５】
図９を参照すれば、本発明の第２実施形態による試料特性探知装置２００は、試料配置部２１０、抗生物質適用部２６０、波動源２２０、検出部２３０及び制御部２４０を含んでもよい。本発明の第２実施形態は、波動源２２０、検出部２３０及び制御部２４０の構成、及びそれを利用して微生物を探知する方法が第１実施形態と同一であるので、重複説明は省略する。
【０１５６】
試料配置部２１０は、試料Ｓを収容することができる。このとき、試料Ｓは、唾液、血液、組織のような試料、または飲食物のような有機試料などを含んでもよい。試料配置部２１０は、試料Ｓを収容することができる容器形態からもなる。試料Ｓは、試料全体がサンプルに利用され、テープ、生体膜のように微生物が移ることができる手段を利用して準備される。
【０１５７】
抗生物質適用部２６０は、試料配置部２１０内の試料に、所定抗生物質Ａを投与することができる。抗生物質適用部２６０は、試料配置部２１０に隣接するように配置され、例えば、図示されているように、試料配置部２１０に対向する位置に配置され、試料Ｓに抗生物質を供給することができる。抗生物質適用部２６０は、１種類の抗生物質を投与することができ、投与された抗生物質の適合性が合わない場合、他種の抗生物質で交換して投与することができる。他の実施形態として、複数の抗生物質に対応する複数の抗生物質適用部２６０を含み、必要によっては、抗生物質適用部２６０を交換して使用することもできる。
【０１５８】
波動源２２０は、試料配置部２１０内の試料Ｓに向けて波動を照射することができる。波動源２２０は、波動を生成することができる全種のソース装置を適用することができ、例えば、特定波長帯域の光を照射することができるレーザでもある。
【０１５９】
検出部２３０は、照射された波動が試料Ｓによって多重散乱されて発生したレーザスペックルを、事前に設定された時点ごとに検出することができる。ここで、該時点とは、連続的な時間の流れのうちいずれか一瞬間を意味し、該時点は、同一時間間隔に事前に設定されるが、必ずしもそれに制限されるものではなく、任意の時間間隔に事前に設定されもする。検出部２３０は、波動源２２０の種類に対応した感知手段を含み、例えば、可視光線波長帯域の光源を利用する場合には、映像を撮影する撮影装置であるＣＣＤカメラが利用される。検出部２３０は、少なくとも第１時点でのレーザスペックルを検出し、第２時点でのレーザスペックルを検出し、制御部２４０に提供することができる。ここで、第１時点は、試料Ｓに抗生物質を投与する前の時点であり、第２時点は、試料Ｓに抗生物質を投与した後の時点でもある。一方、第１時点及び第２時点は、説明の便宜のために選択された１つの例示であるのみ、検出部２３０は、第１時点及び第２時点より多くの複数時点において、レーザスペックルを検出することができる。
【０１６０】
制御部２４０は、検出された前記レーザスペックルを利用し、時間相関関係を獲得し、獲得された時間相関関係に基づいて、試料Ｓに抗生物質が投与される前またはその後の微生物存在いかん、または微生物の濃度を推定することができる。制御部２４０は、推定された微生物存在いかん、または微生物の濃度変化により、適用した抗生物質の適合性をリアルタイムで判断することができる。本明細書においてリアルタイムとは、１時間内に、微生物の存在いかん、または微生物の濃度変化を推定し、抗生物質の適合性を判断することを意味し、望ましくは、５分内に、微生物の存在いかん、または微生物の濃度変化を推定し、抗生物質の適合性を判断することができる。さらに望ましくは、２０秒内に抗生物質の濃度変化を推定し、抗生物質の適合性を判断することができる。
【０１６１】
一方、第２実施形態による試料特性探知装置２００は、試料配置部２１０と連結され、試料配置部２１０に事前に設定された温度の熱を供給する温度調節部２８４をさらに含んでもよい。温度調節部２８４は、制御部２４０によって制御され、試料Ｓ内の微生物の繁殖を促進するように、適正温度を維持させることができる熱を提供することができる。例えば、制御部２４０は、試料Ｓが約３０℃ないし４０℃の温度を維持するように、温度調節部２８４を制御することができる。しかし、それに制限されるものではなく、制御部２４０は、推定しようとする微生物の種類により、他の設定温度でもって温度調節部２８４を制御することができる。
【０１６２】
図１０は、本発明の第２実施形態による試料特性探知装置１００の一実施形態を概略的に図示した斜視図であり、図１１は、図１０の試料特性探知装置２００のブロック図である。
【０１６３】
図１０及び図１１を参照すれば、試料特性探知装置２００は、カバー部材２００Ａ及び試料伝達部２００Ｂをさらに含んでもよい。
【０１６４】
カバー部材２００Ａは、試料Ｓが外部環境に露出されないように、少なくとも試料配置部２１０をカバーすることができる。一実施形態として、カバー部材２００Ａは、前述の構成要素である試料配置部２１０、抗生物質適用部２６０、波動源２２０、検出部２３０及び制御部２４０を内部に配置させることができる。試料Ｓは、抗生物質適合性検査が進められる間、外部環境に露出されてノイズが発生することにより、正確な検査が進められないこともある。従って、カバー部材２００Ａは、試料Ｓを、外部環境、特に、外部空気から分離させて汚染を最小化させ、正確性を高めることができる。
【０１６５】
試料伝達部２００Ｂは、一端が、試料配置部２１０と連結され、他端が、カバー部材２００Ａの外部に突出し、一端と他端との間で、長手方向に延長された連通孔が形成され、他端を介して試料Ｓを、試料配置部２１０に伝達することができる。試料Ｓは、注射器などに採取された後、外部の空気に露出されずに、試料伝達部２００Ｂを介して、すぐに試料配置部２１０に伝達される。他の実施形態として、被検者は、試料伝達部２００Ｂの他端に口に吹き入れ、試料Ｓを試料配置部２１０に伝達することができる。
【０１６６】
このとき、抗生物質適用部２６０は、カバー部材２００Ｂの外部と連通された抗生物質投入口２１１を含み、外部から抗生物質適用部２６０に抗生物質を供給することができる。
【０１６７】
一方、試料特性探知装置２００は、ディスプレイ部２９０をさらに含んでもよい。ディスプレイ部２９０は、制御部２４０から推定された微生物存在いかん、または微生物の濃度結果を外部に表示することができ、図示されているように、カバー部材２００Ｂの外側に配置されてもよい。
【０１６８】
一方、図１２は、本発明の第２実施形態による試料特性探知装置２００−１の他の実施形態を概略的に図示した図面である。
【０１６９】
他の実施形態において、試料特性探知装置２００−１は、２以上の検出部２３０Ａ，２３０Ｂ，２３０Ｃ，２３０Ｄを含んでもよい。このとき、試料特性探知装置２００−１は、複数の検出部２３０Ａ，２３０Ｂ，２３０Ｃ，２３０Ｄから検出された複数のレーザスペックルを利用し、三次元スペックルイメージを生成する三次元イメージ生成部２４５をさらに含んでもよい。三次元イメージを生成するために、理論的に必要な検出部２３０の台数は２台であるが、２台である場合には、相対的なイメージを把握するものであるので、絶対的な三次元イメージを生成するために、少なくとも３台の検出部２３０を含む。図面においては、正確度向上のために、４個の検出部２３０Ａ，２３０Ｂ，２３０Ｃ，２３０Ｄを図示した。
【０１７０】
図１３は、本発明の第２実施形態による試料特性探知装置２００−２のさらに他の実施形態を概略的に図示した図面である。
【０１７１】
図１３を参照すれば、さらに他の実施形態による試料特性探知装置２００−２は、試料配置部２１０、基準試料配置部２１５、抗生物質適用部（図示せず）、波動源２２０、検出部２３０、制御部２４０、ビームスプリッタ２８１及び多重ビームリフレクタ２８３を含んでもよい。他の実施形態は、基準試料配置部２１５をさらに含み、それによる波動経路を異にするという点を除き、前述の第２実施形態の構成要素と同一であるので、重複説明は省略する。
【０１７２】
試料配置部２１０は、試料を収容することができる。
【０１７３】
基準試料配置部２１５は、試料配置部２１０と隣接するように配置され、基準試料を収容することができる。このとき、該基準試料は、試料が露出される外部環境条件を含む試料でもあり、例えば、該基準試料は、試料が置かれる空気でもある。言い換えれば、該基準試料は、外部環境要因によって発生しうるノイズを最小化させるための試料の対照群にもなる。
【０１７４】
抗生物質適用部（図示せず）は、図示されていないが、試料配置部２１０内の試料に、事前に知っている抗生物質を投与することができる。
【０１７５】
波動源２２０は、試料配置部２１０内の試料、及び基準試料配置部２１５内の基準試料に向けて波動を照射することができる。ここで、波動源２２０と、試料配置部２１０及び基準試料配置部２１５との間には、多重ビームリフレクタ２８３及びビームスプリッタ２８１が位置することができる。また、波動源２２０から提供された波動経路を変更するためのミラー２８５をさらに含んでもよい。
【０１７６】
多重ビームリフレクタ２８３は、波動源２２０から入射された波動を分割させ、複数の波動経路に提供することができる。多重ビームリフレクタ２８３は、前面及び背面でそれぞれ波動を反射させ、平行であって分割された第１波動Ｌ２及び第２波動Ｌ３を提供することができる。
【０１７７】
ビームスプリッタ２８１は、多重ビームリフレクタ２８３から提供される複数の波動経路上に配置され、前記第１波動Ｌ２及び第２波動Ｌ３を、それぞれ試料及び基準試料に提供することができる。その後、該試料及び該基準試料で反射されて出射される波動の経路を変更し、検出部２３０に提供することができる。
【０１７８】
検出部２３０は、試料及び基準試料それぞれから、照射された波動の多重散乱によって発生した第１レーザスペックル及び基準レーザスペックルを、事前に設定された同一時点ごとに検出することができる。検出部２３０は、試料から反射された第１波動の経路に対応して配置された第１検出部２３１、及び基準試料から反射された第２波動の経路に対応して配置された第２検出部２３３を含んでもよい。
【０１７９】
制御部２４０は、検出された第１レーザスペックルを利用して検出された第１レーザスペックルの時間相関関係を獲得し、獲得された時間相関関係に基づいて、試料に抗生物質が投与される前またはその後の試料内の微生物存在いかん、または微生物の濃度を推定することができる。制御部２４０は、推定された微生物存在いかん、または微生物の濃度変化により、抗生物質の適合性を判断することができる。このとき、制御部１４０は、検出された基準レーザスペックルを利用して検出された基準レーザスペックルの基準情報を共に獲得することができる。制御部２４０は、獲得された基準情報を利用し、第１レーザスペックルの時間相関関係に係わるノイズを除去することができる。
【０１８０】
言い換えれば、前述の試料特性探知装置２００−２は、基準試料配置部２１５を追加することにより、外部環境による時間相関関係係数に係わる変化を同時に検出することができる。それを介して、実際試料の時間相関関係係数からノイズを排除させることができ、確な検査を可能にする。
【０１８１】
図１４は、図９の試料特性探知装置２００を利用して獲得した抗生物質投与前後の時間相関関係変化を概略的に図示したグラフである。
【０１８２】
制御部２４０は、試料の時間相関関係係数が抗生物質の投与前後で異なるならば、投与された抗生物質に適合性があると判断することができる。図１４のグラフにおいて、実線Ｓ１は、微生物が存在しない試料の時間相関係数を示し、点線Ｓ２は、微生物が存在する場合の試料の時間相関係数を示し、一点鎖線Ｓ３は、抗生物質を投与した場合の時間相関係数を示す。図１４でのように、一点鎖線Ｓ３は、抗生物質投与時点ｔ１を基準に、抗生物質投与前には、点線Ｓ２の勾配と同一であり、抗生物質投与後には、実線Ｓ１の勾配と同一であるということが分かる。図１４は、抗生物質投与前後の一例を示したものであり、実際には、それと異なり、抗生物質投与後、実線Ｓ１と点線Ｓ２との間の勾配値を示すこともある。ただし、かような変化を介して、試料に抗生物質が適するか否かということを判断することができる。
【０１８３】
前述のように、本発明の第２実施形態による試料特性探知装置２００は、微生物によるレーザスペックルの時間相関関係の変化を利用することにより、低廉コストで迅速に微生物存在いかん、または微生物の濃度を推定することができ、それにより、試料に対する抗生物質適合性を迅速であって正確に検査することができる。
【０１８４】
以下では、本発明の実施形態による微生物探知方法を利用した携帯用生物感知システム１について説明する。
【０１８５】
図１５は、本発明の一実施形態による携帯用生物感知システム１を概略的に図示した概念図であり、図１６は、図１５の携帯用生物感知システム１の実施形態を概略的に図示した例示図である。
【０１８６】
図１５を参照すれば、本発明の一実施形態による生物感知システム１は、電子装置１０、生物感知装置２０、検出部３０及び制御部４０を含んでもよい。このとき、制御部４０のレーザスペックルを利用した微生物探知方法は、前述のところと同一であるので、重複説明は省略する。
【０１８７】
電子装置１０は、一面に配置される光源部１１及びカメラ部１２を含む電子装置であり、移動が可能な携帯用装置でもある。電子装置１０は、ディスプレイ部（図示せず）を含み、前述の一面は、ディスプレイ部（図示せず）が配置される面と対向する面でもあり（図１５参照）、他の実施形態として、ディスプレイ部（図示せず）が配置される面と同一でもある。さらに他の実施形態として、電子装置１０は、光源部１１及び／またはカメラ部１２を２以上含み、ディスプレイ部（図示せず）が配置される面と対向する面のいずれにも配置される。電子装置１０は、移動が容易な多種携帯用装置でもあり、例えば、携帯電話、タブレット（tablet）、ノート型パソコン、グラフ計算機（graphing calculator）、携帯用ゲーム機、デジタルカメラ、デジタルカムコーダ、携帯用メディアプレイヤなどでもある。
【０１８８】
光源部１２は、一般的な携帯電話のような電子装置に使用される光源であり、広い波長帯域を有する光源でもあり、例えば、可視光線の全波長帯域の光を照射する光源でもある。しかし、それに制限されるものではなく、赤外線波長帯域の光を照射する光源でもあり、それと異なる波長帯域を有する光源でもある。
【０１８９】
カメラ部１１は、図示されていないが、少なくとも１つのレンズを含むレンズモジュールと、前述のレンズモジュールに提供される光イメージを感知するイメージセンサと、を含み、測定対象の光イメージを撮影し、撮像情報を生成することができる。
【０１９０】
一方、生物感知装置２０は、前述の電子装置１０に付着された状態で、生物の存在いかん、またはその濃度を感知するか、あるいは電子装置１０と分離されて脱着された状態で、生物の存在いかん、またはその濃度を感知することができる。生物感知装置２０は、ボディ部２０Ａ、変換部２２を含んでもよい。
【０１９１】
生物感知装置２０のボディ部２０Ａは、電子装置１０に付着・脱着が可能になるように形成されてもよい。ボディ部２０Ａには、変換部２２が配置され、変換部２２を、電子装置１０の光源部１２に対応する位置に固定するための多様な形態にも形成される。ボディ部２０Ａの多様な実施形態については、後述する。一方、ボディ部２０Ａは、電子装置１０のカメラ部１１を露出させる開口２１を含んでもよい。カメラ部１１に対応する位置に、ボディ部２０Ａを貫通する開口２１が形成されることにより、カメラ部１１を露出させることができる。
【０１９２】
生物感知装置２０の変換部２２は、波動源１２０に対応する位置のボディ部２０Ａに配置され、光源部１２から照射される光を、一定波長帯域の第１波動に変換させ、外部の測定対象に向けて照射することができる。変換部２２は、光源部１２から光が照射される位置に配置され、提供される光を、一定波長帯域の第１波動に変換させ、外部の測定対象に向けて照射する。例えば、変換部２２は、バンド通過フィルタ（band pass filter）でもある。すなわち、生物感知システム１は、変換部２２を介して、レーザスペックル（laser specle）検出に容易な特定波長帯域の第１波動を照射することにより、測定対象内の生物の存在いかん、またはその濃度を感知することができる。
【０１９３】
例えば、変換部２２は、測定対象にスペックルを形成するために、干渉性が良好なスペクトラル帯域幅に変換することができるのに、このとき、照射される光のスペクトラル帯域幅が短いほど、測定正確度が上昇する。すなわち、干渉長が長いほど測定正確度が上昇する。
【０１９４】
一方、検出部３０は、前記変換部２２によって照射された第１波動が、測定対象によって多重散乱されて発生した第１レーザスペックルを、事前に設定された時点ごとに検出することができる。ここで、該時点とは、連続的な時間の流れのうちいずれか一瞬間を意味し、該時点は、同一時間間隔に事前に設定されるが、必ずしもそれに制限されるものではなく、任意の時間間隔に事前に設定されもする。検出部３０は、照射される第１波動に対応した感知手段を含んでもよいが、別途に感知手段を含まず、電子装置１０のカメラ部１１を感知手段として利用することもできる。言い換えれば、検出部３０は、カメラ部１１を介して生成された撮像情報を伝達され、前述の撮像情報を利用し、第１レーザスペックルを検出することができる。検出部３０は、少なくとも、第１時点での第１レーザスペックルを検出し、第１時点と異なる第２時点での第１レーザスペックルを検出し、制御部４０に提供することができる。一方、第１時点及び第２時点は、説明の便宜のために選択された１つの例示であるのみ、検出部３０は、第１時点及び第２時点より多くの複数時点において、レーザスペックルを検出することができる。
【０１９５】
具体的には、図１６を参照し、検出部３０での第１レーザスペックル検出方法について説明する。
【０１９６】
図１６を参照すれば、測定対象Ｍに第１波動が照射されれば、入射された第１波動は、多重散乱によって第１レーザスペックルを形成することができる。ここで、測定対象Ｍは、前述の混沌波（chaotic wave）形成が可能な媒質を含むいかなる種類でも可能である。例えば、図２に図示されているように、ベッドマットレスや、ソファー、まな板、机、トイレ取っ手、キーボードのように、人が接触することができる物体のうち、金属（metal）のように、規則的な反射性を有する媒質でなけさえすれば、いかなる種類でも測定対象もなる。また、歯牙または爪のように、人の身体も測定対象になる。レーザスペックルは、光の干渉現象によって発生するので、測定対象内に動きがなければ、経時的に常時一定干渉パターンを示すことができる。それと比較し、測定対象Ｍ内に、バクテリア、細菌、だにのような生物が存在する場合、レーザスペックルは、生物の動きによって経時的に変化する。検出部３０は、かような経時的に変化するレーザスペックルを、事前に設定された時点ごとに検出し、制御部４０に提供することができる。検出部３０は、生物の動きを感知することができるほどの速度で、レーザスペックルを検出することができ、例えば、秒当たり２５フレームないし３０フレームの速度で検出することができる。
【０１９７】
一方、媒質が牛乳または浄水器水のように液体である場合、媒質の流動性により、レーザスペックルが検出されないこともある。このとき、本発明の一実施形態による生物感知システムは、液体である媒質を濾過させる媒質フィルタ部（図示せず）をさらに含み、媒質が濾過されて残った残余物が含まれた媒質フィルタ部（図示せず）を測定対象にし、レーザスペックルを検出することができる。それを介して、レーザスペックル検出が困難な液体のような測定対象Ｍ内の生物の存在いかんを感知したり、生物の濃度を推定したりすることができる。
【０１９８】
一方、制御部４０は、検出された前記第１レーザスペックルを利用して時間相関関係を獲得して、獲得された時間相関関係に基づいて、測定対象Ｍの生物存在いかん、または生物の濃度をリアルタイムで推定することができる。本明細書においてリアルタイムとは、１時間内に生物の存在いかん、または生物の濃度変化を推定することを意味し、望ましくは、５分内に生物の存在いかん、または生物の濃度変化を推定することができるということである。さらに望ましくは、２０秒内に生物の存在いかん、または生物の濃度変化を推定することができるということである。制御部４０は、生物の存在いかんに係わる結果、及び生物の濃度変化推定に係わる結果を、電子装置１０のディスプレイ部（図示せず）を介してユーザに提供するように動作することができる。制御部４０において、生物の存在いかん、または生物の濃度変化を推定する方法については、後述する。
【０１９９】
ここで、制御部は、プロセッサ（processor）のように、データを処理することができる全種の装置を含んでもよい。ここで、「プロセッサ」は、例えば、プログラム内に含まれたコードまたは命令によって表現された機能を遂行するために、物理的に構造化された回路を有する、ハードウェアに内蔵されたデータ処理装置を意味することができる。このように、ハードウェアに内蔵されしたデータ処理装置の一例として、マイクロプロセッサ（microprocessor）、中央処理装置（ＣＰＵ：central processing unit）、プロセッサコア（processor core）、マルチプロセッサ（multiprocessor）、ＡＳＩＣ（application-specific integrated circuit）、ＦＰＧＡ（field programmable gate array）などの処理装置を網羅することができるが、本発明の範囲は、それらに限定されるのではない。
【０２００】
図１５及び図１６においては、制御部４０が電子装置１０内に配置されるように図示されているが、本発明は、それに限定されるものではない。制御部４０は、生物感知装置２０に配置されもし、電子装置１０及び生物感知装置２０と通信が可能な外部サーバ（図示せず）に配置されてもよい。ただし、説明の便宜のために、制御部４０が、電子装置１０内に配置されるところを中心に説明する。このとき、制御部４０は、電子装置１０のメモリ部（図示せず）に保存された応用プログラム（application program）またはアプリケーション（application）を駆動することにより、前述の動作を具現することができる。
【０２０１】
一方、一実施形態による生物感知システム１は、第１レーザスペックルの時間相関関係を利用し、生物の存在いかん、または生物の濃度変化を推定するが、時間相関関係によるレーザスペックルの変化を除いた他の要因による変化は、ノイズとして作用する。かようなノイズを除去するために、生物感知システム１は、検出部３０が配置される装置、すなわち、一実施形態における電子装置１０に、手震え補正機能を追加し、ユーザの手震えによるノイズを最小化させることができる。
【０２０２】
また、生物感知システム１は、正確な第１レーザスペックルを検出するために、測定対象Ｍと生物感知装置２０との基準焦点距離を、ユーザに提供することができる。他の実施形態として、生物感知システム１は、測定対象Ｍと生物感知装置２０との距離を測定する距離センサ２５をさらに含み、前述の距離センサ２５は、生物感知装置２０のボディ部２０Ａに配置されてもよい。距離センサ２５は、生物感知装置２０と測定対象Ｍとの距離を測定し、距離に係わる情報を制御部４０に伝達することができる。制御部４０は、距離センサ２５から測定された距離が、事前に設定された範囲内に含まれるか否かということを判断し、該距離が事前に設定された範囲内に含まれる場合、第１信号を生成することができる。このとき、検出部３０は、制御部４０から、前述の第１信号が受信されれば、動作するようにすることにより、焦点が合った場合、自動的に第１レーザスペックルを検出する。
【０２０３】
図１７Ａ及び図１７Ｂは、本発明の他の実施形態による生物感知システム１−１を概略的に図示した概念図であり、図１８Ａないし図１８Ｄは、図１７の生物感知装置２０のボディ部２０Ａのさまざまな実施形態を概略的に図示した例示図である。
【０２０４】
図１７Ａを参照すれば、本発明の他の実施形態による生物感知システム１−１は、電子装置１０、生物感知装置２０、検出部３０及び制御部４０を含んでもよい。図１７を参照して説明するとき、図１及び図２の生物感知システム１と同一であるか、あるいは対応する構成要素は、同一図面符号を付し、それについての重複説明は省略する。
【０２０５】
電子装置１０は、一面に配置される光源部１２及びカメラ部１１を含み、移動が可能な携帯用装置でもある。
【０２０６】
他の実施形態による生物感知装置２０は、ボディ部２０Ａ及び変換部２２を含み、電子装置１０に付着された状態だけではなく、分離された状態でも生物を感知するように、独立した波動源部２３をさらに含んでもよい。
【０２０７】
ボディ部２０Ａは、電子装置１０に付着・脱着が可能になるように形成されてもよい。図１８Ａを参照すれば、ボディ部２０Ａは、電子装置１０の一側に装着が可能なクリップ状に形成されてもよい。ボディ部２０Ａは、開口部２１・変換部２２及び波動源部２３が配置される本体２０１、本体２０１と連結される取っ手部２０２、及び本体２０１と取っ手部２０２とが、弾性力を有するヒンジに結合され、取っ手部２０２に加えられる圧力を介して、電子装置１０に脱着が可能である。一方、図１７Ｂを参照すれば、ボディ部２０Ａは、電子装置１０のカメラ部１１が対応する位置である開口２１と重畳されるように、メクロレンズ（macro lens）２９をさらに含んでもよい。ボディ部２０Ａは、メクロレンズ２９をさらに含み、焦点距離を短くすることにより、電子装置１０のカメラ部１１が、試料Ｓの表面から離隔された一領域Ａ１（図３）において、レーザスペックルを検出する。また、ボディ部２０Ａは、メクロレンズ２９の焦点距離に対応する位置に、試料Ｓから多重散乱されて進行する波動が結像されるスクリーン部（図示せず）をさらに含んでもよい。このとき、スクリーン部（図示せず）は、試料Ｓから多重散乱された波動が透過される半透過性材質からもなる。
【０２０８】
他の実施形態として、ボディ部２０Ａは、電子装置１０の少なくとも一部に装着可能なケース（case）状にも形成される。具体的には、ボディ部２０Ａは、光源部１２及びカメラ部１１が配置される電子装置１０の一面の少なくとも一部領域に装着されるケース形態でもある。図１８Ｂに図示されているように、ボディ部２０Ａは、電子装置１０の一面全体に装着されるケース形態にも形成され、図１８Ｃのように、光源部１２及びカメラ部１１が位置する一面の一部領域にのみ覆われる形態でもある。また、図１８Ｄのように、ボディ部２０Ａは、開口部２１及び変換部２２が配置された面に平行になるように、ボディ部２０Ａの中心を貫通する挿入口２０４が形成され、ボディ部２０Ａは、挿入口２０４に電子装置１０を挿入することにより、付着・脱着が可能である。本発明のボディ部２０Ａは、前述の実施形態に限定されるものではなく、電子装置１０に付着・脱着される多様な実施形態が可能である。他の実施形態として、ボディ部２０Ａは、電子装置１０に接触する接触面に接着剤を付与し、電子装置１０に付着・脱着されもする。
【０２０９】
再び図１７を参照すれば、波動源部２３は、測定対象Ｍに向け、第２波動を照射することができる。波動源部２３は、波動を生成することができる全種のソース装置を適用することができ、例えば、特定波長帯域の光を照射することができるレーザでもある。本発明は、波動源種類に制限がないが、ただし、以下では、説明の便宜のために、レーザである場合を中心に説明する。
【０２１０】
例えば、測定対象Ｍにスペックルを形成するために、干渉性が良好なレーザを波動源で利用することができる。このとき、レーザ波動源の干渉性を決定する波動源のスペクトラル帯域幅が短いほど、測定正確度が上昇する。すなわち、干渉長が長いほど、測定正確度が上昇する。それにより、波動源部２３のスペクトラル帯域幅が、既定義の基準帯域幅未満であるレーザ光が波動源部２３に利用され、基準帯域幅より短いほど、測定正確度が上昇する。例えば、前記数式１の条件が維持されるように、波動源部２３のスペクトラル帯域幅が設定されてもよい。
【０２１１】
数式１によれば、レーザスペックルのパターン変化を測定するための基準時間ごとに、測定対象内に光を照射するとき、波動源部２３のスペクトラル帯域幅は、１ｎｍ未満を維持することができる。
【０２１２】
他の実施形態による生物感知装置２０が電子装置１０から分離されて動作するために、検出部３０は、少なくとも生物感知装置２０に配置されてもよい。
【０２１３】
検出部３０は、波動源部２３の種類に対応した感知手段を含み、例えば、可視光線波長帯域の光源を利用する場合には、映像を撮影する撮影装置であるＣＣＤカメラが利用される。検出部３０は、少なくとも、第１時点でのレーザスペックルを検出し、第２時点でのレーザスペックルを検出し、制御部４０に提供することができる。このとき、制御部４０は、生物感知装置２０に配置され、前述の動作を遂行することができる。他の実施形態として、制御部４０は、一実施形態のように、電子装置１０に配置されてもよい。本発明は、制御部４０の位置に限定されるものではなく、ただし、以下では、説明の便宜のために、制御部４０が電子装置１０に配置される場合を中心に説明する。制御部４０が電子装置１０に配置される場合、生物感知装置２０は、電子装置１０と有無線で通信可能な通信部２４をさらに含み、前記検出されたレーザスペックルを制御部４０に伝送することができる。通信部２４は、電子装置と有無線連結を介して、信号またはデータ信号のような信号を送受信するために必要なハードウェア及びソフトウェアを含んでもよい。
【０２１４】
一方、検出部３０としてイメージセンサが利用される場合、イメージセンサの１ピクセルサイズｄが、スペックルパターンの粒子サイズより小さいか、あるいはそれと同じになるように、イメージセンサが配置されてもよい。例えば、検出部３０は、前記数式２の条件を満足するイメージセンサを含んでもよい。
【０２１５】
数式２のように、イメージセンサの１ピクセルサイズｄがスペックルパターンの粒子サイズ以下でなければならないが、ピクセルサイズが過度に小さくなれば、アンダーサンプリング（undersampling）が発生し、ピクセル解像度活用に困難さが存在してしまう。それにより、効果的なＳＮＲ（signal to noise ratio）を達成するために、スペックル粒子サイズ（speckle grain size）に、最大５個以下のピクセルが位置するように、イメージセンサが配置されてもよい。
【０２１６】
検出部３０は、生物感知装置２０が、電子装置１０から分離された状態で、波動源部２３から照射された第２波動が、測定対象によって多重散乱されて発生した第２レーザスペックルを検出することができる。また、検出部３０は、生物感知装置２０が、電子装置１０に付着された状態で、電子装置１０の光源部１２から照射されて変換された第１波動が、測定対象によって多重散乱されて発生した第１レーザスペックルを検出することができるが、このとき、第２波動による第２レーザスペックルも、検出することができるということは言うまでもない。言い換えれば、検出部３０は、第１レーザスペックル及び第２レーザスペックルのうち少なくとも一つを選択し、検出することができる。
【０２１７】
一方、制御部４０は、検出された第１レーザスペックルまたは第２レーザスペックルを利用し、第１レーザスペックルまたは第２レーザスペックルの時間相関関係を獲得し、獲得された時間相関関係に基づいて、測定対象内の生物存在いかん、または生物の濃度をリアルタイムで推定することができる。
【０２１８】
図１９Ａ及び図１９Ｂは、本発明のさらに他の実施形態による生物感知装置２０を概略的に図示した概念図であり、図２０は、図１９の生物感知装置２０を具備した生物感知システム１−２の実施形態を概略的に図示した概念図である。図１９及び図２０を参照して説明するとき、図１５及び図１６の生物感知システム１と同一であるか、あるいは対応する構成要素は、同一図面符号を付し、それについての重複説明は省略する。
【０２１９】
図１９Ａ及び図２０を参照すれば、生物感知装置２０は、変換部２２から測定対象Ｍに向けて、事前に設定された長さＬほど突出するように、ボディ部２０Ａから延長される支持部２０５をさらに含んでもよい。前述のように、生物感知システム１−２は、第１レーザスペックルの時間相関関係を利用し、生物の存在いかん、または生物の濃度変化を推定するが、時間相関関係によるレーザスペックルの変化を除いた他の要因による変化は、ノイズとしても作用する。支持部２０５は、生物感知装置２０を、測定対象に安定して位置させるように支持するだけではなく、検出部３０の焦点距離であるＬほど維持させることにより、レーザスペックルを正確に検出することができる。また、図２０においては、生物感知装置２０を電子装置１０から分離された状態に図示したが、生物感知装置２０が、電子装置１０に付着された状態でも測定可能であるということは、言うまでもない。
【０２２０】
図１９Ｂを参照すれば、生物感知装置２０は、測定対象Ｍから多重散乱された第１レーザスペックルまたは第２レーザスペックルの基準値を提供するための基準測定部２０９をさらに含んでもよい。基準測定部２０９は、開口部２１及び変換部２２に対応する位置に配置され、測定対象Ｍと、生物感知装置２０の検出部３０とが離隔された長さＬほど開口部２１及び変換部２２から離隔される。基準測定部２０９は、図示されているように、前述の支持部２０５から延長されて形成されるが、それに制限されるのではない。また、基準測定部２０９は、開口部２１及び変換部２２に対応して配置されもし、波動源部２３及び検出部３０に対応して配置されてもよい。すなわち、基準測定部２０９は、測定されるレーザスペックルの基準値を提供するために、安定した媒質を測定するものであり、生物感知装置２０を、波動を照射して検出する２つの単位ユニットに区分したとき、１つの単位ユニットは、測定対象のレーザスペックルを測定し、残り１つの単位ユニットは、基準測定部２０９の基準レーザスペックルを測定するようにする。それを介して、生物感知装置２０は、動きや、外部環境によるノイズを排除させることができ、正確な測定を可能にする。
【０２２１】
図２１Ａ、図２１Ｃは、本発明のさらに他の実施形態による生物感知システム１−３を概略的に図示した概念図であり、図２１Ｂは、図２１Ａの光学部３５を概略的に図示したブロック図である。
【０２２２】
図２１Ａないし図２１Ｃを参照すれば、さらに他の実施形態として、生物感知システム１−３は、測定対象Ｍで散乱された第１光信号を、散乱される前の第２光信号に復元して感知する光学部１３５をさらに含んでもよい。このとき、光学部１３５は、空間光変調部（ＳＬＭ：spatial light modulator）１３５１、レンズ１３５２を含んでもよい。光学部１３５は、測定対象から散乱された光が入射されれば、散乱された光を、散乱される前の光に復元し、検出部３０に提供することができる。
【０２２３】
空間光変調部１３５１は、測定対象で散乱された第１光信号が入射されてもよい。空間光変調部１３５１は、散乱された波動を制御し、レンズ１３５２に提供することができる。レンズ１３５２は、空間光変調部１３５１から提供された第１光信号を集約し、散乱される前の原信号である第２光信号に復元して出力することができる。
【０２２４】
ここで、光学部１３５は、安定した媒質、すなわち、測定対象内に生物の動きがない場合、測定対象Ｍから散乱された第１光信号を、散乱される以前の光に復元することができる。しかし、測定対象内に生物が存在する場合、生物の動きによって第１光信号が異なるので、位相制御波面を感知することができなくなり、それによって、位相共役波面を有する第２光信号に復元することができない。前述の光学部１３５を含む生物感知システム１は、かような第２光信号の差を利用し、さらに正確に生物の存在いかん、または生物の濃度を推定することができる。
【０２２５】
一方、他の実施形態として、光学部１３５は、第１光信号及び第２光信号の経路を変更することができるミラー（mirror）、ビームスプリッタ（beam splitter）のような光学手段をさらに含んでもよいということは、言うまでもない。
【０２２６】
前述のように、本発明の実施形態による生物感知装置、及びそれを具備した生物感知システムは、測定対象内の生物によるレーザスペックルの時間相関関係の変化を利用することにより、低廉コストで迅速に、生物存在いかん、または生物の濃度を推定し、ユーザに提供することができる。それを介してユーザは、不可視周辺環境の汚染状態を直接に確認することができる。また、該生物感知システムは、携帯性を有する電子装置に付着・脱着が可能な形態の生物感知装置を介して、測定対象の位置に制限なしに、どこでも測定が可能であり、ユーザに便利性を提供することができる。
【０２２７】
以下では、前述の本発明の実施形態による微生物探知方法を利用した客体識別装置２について説明する。
【０２２８】
図２２は、本発明の一実施形態による個体識別装置２を概略的に図示した概念図であり、図２３は、図２２の制御部１４０及びデータ保存部１４５の関係を概略的に図示したブロック図である。
【０２２９】
図２２を参照すれば、本発明の一実施形態による個体識別装置２は、試料配置部１１０、環境チャンバ１８０、波動源１２０、１以上の検出部１３０、及び制御部１４０を含んでもよい。また、個体識別装置２は、データ保存部１４５及びディスプレイ部１９０をさらに含んでもよい。
【０２３０】
試料配置部１１０は、標的個体から採取された試料Ｓを収容することができる。このとき、試料Ｓは、標的個体の唾液、血液、組織のような試料でもあり、標的個体から身体外部に排出された大便、尿、角質のような試料でもある。試料Ｓは、標的個体が口から吹き出すことによって採取されたり、皮膚から採取されたりするか、あるいは大便などをフィルタに濾して採取される。体内に存在する微生物は、かような試料にも存在することになる。それは、人がいびきをかいたり、げっぷをしたり、おならをしたりするとき、体内にいる微生物に外部で排出されるので、標的個体を識別するための試料Ｓは、多様な方法でも採取される。試料Ｓを採取する他の実施形態として、標的個体を、一定時間クリーンルームで活動させた後、クリーンルームに配置されたエアフィルタから、活動する間の微生物を含む試料Ｓを採取することもできる。試料Ｓは、試料全体がサンプルに利用されもし、テープ、生体膜のように、微生物が移ることができる手段を利用しても準備される。
【０２３１】
環境チャンバ１８０は、前述の試料配置部１１０を内部に収容し、試料Ｓの環境条件を変化させることができる。環境チャンバ１８０は、温度、湿度、圧力、磁場、抗生物質投与いかん、抗生物質種類のうち少なくともいずれか１つの環境条件を変化させることができる。具体的には、環境チャンバ１８０は、温度調節装置、湿度調節装置、圧力調節装置、磁場調節装置などを具備し、前述の環境条件を変化させることができる。しかし、前述の環境条件は、１つの例示であるのみ、本発明は、それらに制限されるものではない。他の実施形態として、環境チャンバ１８０は、一種類以上の抗生物質を投与することができる抗生物質投与装置をさらに含んでもよい。また、前述の環境条件だけではなく、試料Ｓ内の微生物に影響を与えることができる多様な環境条件が適用されるということは、言うまでもない。環境チャンバ１８０は、制御部１４０によっても制御される。
【０２３２】
環境チャンバ１８０は、形態に制限がないが、環境チャンバ１８０の外部環境に影響を受けない材質または構造によってもなる。例えば、環境チャンバ１８０内部に、一定温度を維持するために、環境チャンバ１８０は、断熱材質からもなる。また、環境チャンバ１８０は、一定圧力をにえることができる耐圧構造によってもなる。
【０２３３】
一方、環境チャンバ１８０は、波動源１２０から波動が照射される経路に配置される一面１８１が透明な材質からもなる。環境チャンバ１８０は、波動源１２０が環境チャンバ１８０の外部に配置される場合、波動源１２０から照射された波動を試料Ｓに伝達するために、少なくとも一面１８１が透明な材質からもなる。他の実施形態として、環境チャンバ１８０は、波動源１２０から波動が照射される経路に配置される他面１８３が波動を拡散させる拡散材質からもなる。前述の混沌波センサは、試料Ｓ内の微生物の動きによって多重散乱されて発生したレーザスペックルを検出することができる。このとき、環境チャンバ１８０の他面１８３を拡散材質から形成し、微生物の動きによる多重散乱効果をさらに極大化させることができる。他の実施形態として、環境チャンバ１８０の他面１８３は、多重散乱物質を含み、試料Ｓ内において、波動の多重散乱回数を増幅させることもできる。
【０２３４】
波動源１２０は、試料配置部１１０内の試料Ｓに向けて波動を照射することができる。波動源１２０は、波動を生成することができる全種のソース装置を適用することができ、例えば、特定波長帯域の光を照射することができるレーザでもある。本発明は、波動源種類に制限がないが、ただし、以下では、説明の便宜のために、レーザである場合を中心に説明する。例えば、試料配置部１１０にスペックルを形成させるために、干渉性が良好なレーザを波動源１２０として利用することができる。
【０２３５】
再び図２２を参照すれば、検出部１３０は、照射された波動が、試料Ｓによって多重散乱されて発生したレーザスペックルを、事前に設定された時点ごとに検出することができる。
【０２３６】
制御部１４０は、検出されたレーザスペックルを利用し、環境条件が変化する前後の試料内の微生物の濃度を推定することができる。制御部１４０は、環境条件が変化する前後について推定された微生物の濃度差を利用し、複数の個体から標的個体を識別することができる。該微生物は、個体の内部及び外部のどこにも存在することができ、各個体ごとに有している微生物の種類は、異なる。言い換えれば、個体と共存している微生物の種類は、個体の遺伝子または指紋のように、個体を識別することができる１つの識別情報にもなる。しかし、バクテリアのような微生物は、不可視であるために、個体から採取された試料に、いかなる種類の微生物が含まれているかということを分析し難い。個体から採取された試料に含まれた微生物の遺伝子を分析することもできるが、個体の遺伝子を分析する場合のように、複雑な分析過程を経なければならないという問題点がある。
【０２３７】
本発明の一実施形態は、試料Ｓ内の微生物から多重散乱されて発生したレーザスペックルを利用し、簡単でありながらも、迅速な分析が可能である。個体から採取された試料Ｓには、一種類以上の微生物が存在することができる。微生物は、種類によって、環境条件によって、異なる濃度変化を示すことができる。本発明においては、微生物種類による濃度を区分せず、一種類以上の微生物が、環境条件が変化することによって異なる平均的な濃度を利用することにより、複数の個体から標的個体を識別することができる。
【０２３８】
図２３を参照すれば、制御部１４０は、平均濃度推定部１４１、識別部１４３及びデータ補正部１４７を含んでもよい。
【０２３９】
平均濃度推定部１４１は、検出部１３０から検出されたレーザスペックルを提供され、検出されたレーザスペックルの時間相関関係を獲得し、獲得された時間相関関係に基づいて、試料Ｓに含まれた一種類以上の微生物の平均濃度を推定することができる。平均濃度推定部１４１は、試料Ｓにおける環境条件が変化する前、言い換えれば、第１環境条件を適用した場合の微生物の第１平均濃度を推定することができる。また、平均濃度推定部１４１は、試料Ｓにおける環境条件が変化した後、言い換えれば、第１環境条件と異なる第２環境条件を適用した場合の微生物の第２平均濃度を推定することができる。ここで、第１環境条件及び第２環境条件は、前述のように、温度、圧力、磁場、湿度のうち少なくとも１つの条件を含んでもよい。このとき、環境条件のうち一種類のみを変化させる場合、他の環境条件は、定数で固定させてころ、第１環境条件及び第２環境条件の差による平均濃度変化を正確に確認することができる。他の実施形態として、二種類以上の環境条件を変化させる場合には、１つの採取された試料Ｓに、各種類の環境条件を順次に変化させるか、あるいは２以上の試料Ｓを利用し、各種類の環境条件ごとに個別的に変化させて濃度を推定することができる。
【０２４０】
識別部１４３は、環境条件の変化による微生物の平均濃度の変化率を演算し、標的個体の識別データを生成し、識別データを利用し、複数の個体から標的個体を識別することができる。識別部１４３は、第１環境条件による第１平均濃度と、第２環境条件による第２平均濃度との差を演算し、識別データを生成することができる。例えば、第１環境条件である温図３０℃である場合、試料Ｓ内の微生物の第１平均濃度が４０％に推定されたが、第２環境条件である温図６０℃に変化した場合、試料Ｓ内の微生物の第２平均濃度が２０％に変化することができる。このとき、標的個体は、温度変化により、平均して２０％が死滅する特性を有する微生物の種類を有しているのである。かような特性は、標的個体だけが有することができる識別情報にもなる。
【０２４１】
一実施形態による個体識別装置２は、複数の個体それぞれに対応し、環境条件の変化による微生物の平均濃度変化率に係わる基準データが事前に保存されたデータ保存部１４５をさらに含んでもよい。識別部１４３は、前記識別データと基準データとを比較し、複数の個体から標的個体を識別することができる。
【０２４２】
他の実施形態として、識別部１４３は、互いに異なる２つの試料から、それぞれ識別データを生成し、識別データ同士比較し、２つの試料が同一個体から、採取または排出されたものであるかということを判別することもできる。
【０２４３】
さらに他の実施形態として、識別部１４３は、標的個体を事前に知っている場合、標的個体の識別データと、データ保存部１４５に保存された基準データとを比較し、標的個体の健康状態を判断することができる。具体的には、データ保存部１４５には、各個体に係わる基準データが保存されるが、基準データには、環境条件の変化による微生物の平均濃度変化率だけではなく、一定環境条件での微生物の平均濃度値も含んでもよい。標的個体を事前に知っている場合、試料Ｓから採取された識別データが、一定環境条件での平均濃度値に対して事前に設定された誤差範囲に含まれる場合、標的個体が健康な状態であると判断することができる。反対に、試料Ｓから採取された識別データが、平均濃度値の事前に設定された誤差範囲を外れる場合、標的個体は、健康ではない状態であると判断することができる。本発明の一実施形態による個体識別装置２は、標的個体から周期的に採取された試料Ｓの識別データを利用し、標的個体の健康をモニタリング（monitoring）することができる。
【０２４４】
一方、データ補正部１４７は、データ保存部１４５に、比較することができる基準データが存在しない場合、識別部１４３から生成された標的個体Ｓの識別データを基準データに変換し、データ保存部１４５に保存させることができる。個体識別装置２は、データ補正部１４７を介して、複数の個体に係わる基準データのデータベースを構築することができる。また、データ補正部１４７は、データ保存部１４５に保存された基準データにエラーがある場合、識別データを利用し、基準データを補正することもできる。
【０２４５】
再び図２２を参照すれば、制御部１４０は、推定された微生物の平均濃度の変化率を利用し、複数の個体から、標的個体をリアルタイムで判断することができる。本明細書においてリアルタイムとは、１時間内に、微生物の平均濃度変化率を利用して標的個体を識別することを意味し、望ましくは、５分内に、微生物の平均濃度変化率を利用して標的個体を識別することができるのである。さらに望ましくは、２０秒内に標的個体を識別することができるのである。
【０２４６】
一方、個体識別装置２は、ディスプレイ部１９０をさらに含んでもよい。ディスプレイ部１９０は、制御部１４０から推定された微生物の平均濃度変化率、及び標的個体の識別結果を外部に表示することができる。
【０２４７】
図２４は、本発明の他の実施形態による個体識別装置２−２を概略的に図示した図面である。
【０２４８】
図２４を参照すれば、他の実施形態による個体識別装置２−２は、試料配置部２１０、基準試料配置部２１５、環境チャンバ２８０Ａ、基準チャンバ２８０Ｂ、波動源２２０、検出部２３０、制御部２４０を含んでもよい。また、個体識別装置２−２は、ビームスプリッタ２８１及び多重ビームリフレクタ２８３のような光学手段をさらに含んでもよい。他の実施形態は、基準試料配置部２１５及び基準チャンバ２８０Ｂをさらに含むという点を除いては、一実施形態の構成要素と同一であるので、重複説明は省略する。
【０２４９】
試料配置部２１０は、標的個体から採取された試料を収容することができる。
【０２５０】
基準試料配置部２１５は、基準試料を収容することができる。試料配置部２１０は、環境条件が変化する環境チャンバ２８０Ａの内部に収容され、基準試料配置部２１５は、環境条件を変化させない基準チャンバ２８０Ｂの内部に収容されてもよい。このとき、基準試料は、前記標的個体から採取された試料と同一試料であり、微生物の平均濃度推定に発生しうるノイズを最小化させるための試料の対照群にもなる。
【０２５１】
環境チャンバ２８０Ａは、試料の環境条件を変化させることができ、第１環境条件から、第１環境条件と異なる条件を有する第２環境条件に変化させることができる。例えば、第１環境条件は、試料の温度が３０℃であり、第２環境条件は、試料の温度が６０℃である場合でもある。
【０２５２】
基準チャンバ２８０Ｂは、基準試料配置部２１５を内部に配置させ、環境チャンバ２８０Ａにおいて、環境条件が変化する前の条件で、基準試料の環境条件を一定に維持させることができる。例えば、前記第１環境条件である３０℃に、基準試料の環境条件を維持させることができる。
【０２５３】
波動源２２０は、試料配置部２１０内の試料、及び基準試料配置部２１５内の基準試料に向けて波動を照射することができる。ここで、波動源２２０と、試料配置部２１０及び基準試料配置部２１５との間には、多重ビームリフレクタ２８３及びビームスプリッタ２８１が位置することができる。また、波動源２２０から提供された波動経路を変更するためのミラー２８５をさらに含んでもよい。
【０２５４】
多重ビームリフレクタ２８３は、波動源２２０から入射された波動を分割させ、複数の波動経路に提供することができる。多重ビームリフレクタ２８３は、前面及び背面でそれぞれ波動を反射させ、平行であって分割された第１波動Ｌ４及び第２波動Ｌ５を提供することができる。
【０２５５】
ビームスプリッタ２８１は、多重ビームリフレクタ２８３から提供される複数の波動経路上に配置され、前記第１波動Ｌ４及び第２波動Ｌ５を、それぞれ試料及び基準試料に提供することができる。その後、試料及び基準試料で反射されて出射される波動の経路を変更し、検出部２３０に提供することができる。
【０２５６】
検出部２３０は、試料及び基準試料それぞれから、照射された波動の多重散乱によって発生したレーザスペックル及び基準レーザスペックルを、事前に設定された同一時点ごとに検出することができる。検出部２３０は、試料から反射された第１波動の経路に対応して配置された第１検出部２３１、及び基準試料から反射された第２波動の経路に対応して配置された第２検出部２３３を含んでもよい。
【０２５７】
制御部２４０は、検出されたレーザスペックルを利用して検出されたレーザスペックルの時間相関関係を獲得し、獲得された時間相関関係に基づいて、試料に含まれた一種類以上の微生物の平均濃度を推定することができる。このとき、制御部２４０は、検出された基準レーザスペックルを利用して検出された基準レーザスペックルの基準情報を共に獲得することができる。制御部２４０は、環境条件の変化による微生物の平均濃度差を利用するが、このとき、基準レーザスペックルの基準情報を利用し、微生物の平均濃度差から時間要素を排除させることができる。
【０２５８】
言い換えれば、他の実施形態による個体識別装置２００は、基準チャンバ２８０Ｂを追加することにより、環境条件の変化に係わる微生物の平均濃度差を獲得することができる。それを介して、経時的ノイズを除去することができ、測定時間を限定する必要がなく、個体識別分析がさらに簡便にもなる。
【０２５９】
図２５Ａ及び図２５Ｂは、本発明のさらに他の実施形態による個体識別装置２−３を概略的に図示した概念図である。
【０２６０】
図２５Ａ及び図２５Ｂを参照すれば、個体識別装置２−３は、試料で散乱された第１波動信号を、波動源２２０の波動が、試料によって散乱される前の第２光信号に復元する変調する光学部２３５をさらに含んでもよい。このとき、光学部２３５は、空間光変調部（ＳＬＭ：spatial light modulator）２３５１及び検出部２３０を含んでもよい。光学部２３５は、測定対象から散乱された波動が入射されれば、散乱された波動の波面を制御し、また散乱される前の波動（光）に復元し、検出部２３０に提供することができる。
【０２６１】
空間光変調部２３５１は、試料で散乱された波動（光）が入射される。空間光変調部２３５１は、試料で散乱された波動の波面を制御し、レンズ２３５２に提供することができる。レンズ２３５２は、制御された光を集約し、さらに検出部２４０に提供することができる。検出部２４０は、レンズで集約された波動を感知し、散乱される前に始めに波動源から出力された波動に復元して出力することができる。
【０２６２】
ここで、光学部２３５は、安定した媒質、すなわち、測定対象内に生物の動きがない場合、試料から散乱された第１光信号を、散乱される以前の光に復元することができる。しかし、測定対象内に生物が存在する場合、生物の動きによって第１光信号が異なるので、位相制御波面を感知することができなくなり、それにより、位相共役波面を有する第２光信号に変調することができない。前述の光学部２３５を含む個体識別装置２００は、かような第２光信号の差を利用し、さらに微細に生物の存在いかん、または生物の濃度を推定することができる。
【０２６３】
図２６は、本発明の一実施形態による個体識別装置２を利用した個体識別方法を順に図示したフローチャートである。
【０２６４】
図２６を参照すれば、複数の個体それぞれに対応する基準データを事前に保存し、データベースを構築する（Ｓ１００）。該基準データは、複数の個体それぞれに対応し、環境条件の変化による微生物の平均濃度変化率を含んでもよい。微生物の平均濃度変化率は、環境条件の種類によって、個別的に保存されてもよい。例えば、Ａという個体における基準データは、温度が３０℃から６０℃に変化する場合、微生物が平均３０％減る第１基準データ、Ｂ種類の抗生物質投与により、微生物が平均４５％減る第２基準データのように、複数の環境条件に対応した複数のデータが含まれる。
【０２６５】
次に、検出部１３０により、第１環境条件において、標的個体から採取された試料に向けて波動を照射し、多重散乱されて発生した第１レーザスペックルを、事前に設定された時点ごとに検出することができる（Ｓ２００）。その後、制御部１４０は、検出された第１レーザスペックルを利用し、第１環境条件での試料内の微生物の第１濃度を推定することができる（Ｓ３００）。制御部１４０において、第１濃度を推定する段階は、検出された第１レーザスペックルを利用し、第１レーザスペックルの時間相関関係を獲得し、獲得された時間相関関係に基づいて、試料に含まれた一種類以上の微生物の第１平均濃度を推定することができる。
【０２６６】
次に、環境チャンバ１８０は、第１環境条件から第２環境条件に、試料の環境条件を変化させることができる。第２環境条件に環境条件が変化した後、検出部１３０により、第２環境条件において、試料に向けて波動を照射し、多重散乱されて発生した第２レーザスペックルを、事前に設定された時点ごとに検出することができる（Ｓ４００）。その後、制御部１４０は、検出された第２レーザスペックルを利用し、第２環境条件での試料内の微生物の第２濃度を推定することができる（Ｓ５００）。制御部１４０において、第２濃度を推定する段階は、検出された第２レーザスペックルを利用し、第２レーザスペックルの時間相関関係を獲得し、獲得された時間相関関係に基づいて、試料に含まれた一種類以上の微生物の第２濃度を推定することができる。
【０２６７】
次に、制御部１４０は、第１濃度と第２濃度との差を利用し、複数の個体から標的個体を識別（discrimination）することができる（Ｓ６００）。具体的には、第１環境条件での微生物の第１平均濃度と、第２環境条件での微生物の第２平均濃度との変化率を演算し、識別データを生成することができる（Ｓ６１０）。識別データは、標的個体の固有識別情報でもある。制御部１４０は、識別データと、事前に保存された基準データとを比較し、複数の個体から標的個体を識別することができる。
【０２６８】
もし識別データとマッチングされる基準データが存在する場合（Ａ１）、制御部１４０は、マッチングされる基準データに対応する個体が、標的個体と同一個体であると判断し、標的個体を識別することになる（Ｓ６２０）。しかし、データ保存部１４５に、マッチングされる基準データが存在しない場合（Ａ２）、データ補正部１５７は、標的個体の識別データを１つの基準データに変換し、データ保存部１４５で保存することにより、データベースを構築することができる。
【０２６９】
前述のように、本発明の実施形態による個体識別装置は、微生物によるレーザスペックルの時間相関関係の変化を利用することにより、低廉コストで迅速に個体ごとに有している固有の微生物情報を分析することができ、それにより、複数の個体から標的個体を、迅速であって正確に識別することができる。
【０２７０】
以下では、前述の本発明の実施形態による微生物探知方法を利用したウイルス検出装置３について説明する。
【０２７１】
図２７は、本発明の一実施形態によるウイルス検出装置３を概略的に図示した概念図であり、図２８は、図２７のウイルス検出装置３を概略的に図示したブロック図である。図２９Ａ及び図２９Ｂは、図２７のウイルスマーカー適用部１６５において、ウイルスマーカーが適用される過程について説明するために概略的に図示した図面である。
【０２７２】
図２７及び図２８を参照すれば、本発明の一実施形態によるウイルス検出装置３は、試料配置部１１０、ウイルスマーカー適用部１６５、磁界形成部１７０、波動源１２０、検出部１３０及び制御部１４０を含んでもよい。
【０２７３】
試料配置部１１０は、試料Ｓを収容することができる。このとき、試料Ｓは、個体の唾液、血液、組織のような試料でもあり、個体から身体外部で排出された大便、尿、角質のような試料でもある。また、該試料は、飲食物のような有機試料でもあり、物体の表面から、綿棒またはテープなどを利用して採取した試料でもある。試料Ｓは、試料全体がサンプルとしても利用され、テープ、生体膜のように、ウイルスが移る手段を利用しても準備される。試料配置部１１０は、試料Ｓを収容することができる容器形態によってもなる。試料配置部１１０は、試料自体の動きを制限しながら、試料Ｓを支持することができる。言い換えれば、試料Ｓ自体は、動きが制限された状態で検出を進めることになる。
【０２７４】
ウイルスマーカー適用部１６５は、試料Ｓに、磁性粒子（magnetic particle）を含むウイルスマーカー（virus marker）を適用し、ウイルスマーカーと、試料内のウイルスとが結合された検出用複合体を形成することができる。ウイルスマーカー適用部１６５は、試料配置部１１０と隣接するように配置されてもよい。他の実施形態として、ウイルス検出装置３は、試料配置部１１０をウイルスマーカー適用部１６５に移動し、ウイルスマーカーを適用する段階を遂行することができる。さらに他の実施形態として、ウイルス検出装置３は、採取された試料Ｓを、まずウイルスマーカー適用部１６５に移動してウイルスマーカーを適用した後、試料配置部１１０に配置することもできる。かように、本発明では、ウイルスマーカー適用部１６５の位置を制限するものではない。
【０２７５】
図３Ａを参照すれば、ウイルスマーカーＢ１は、特定ウイルスと遺伝子対をなす物質に、磁性粒子Ｂ１３を結合させても形成される。具体的には、ウイルスマーカーＢ１は、試料Ｓ内のウイルスＶ１とコンジュゲーション（conjugation）される抗体Ｂ１１、及び抗体Ｂ１１に結合された磁性粒子Ｂ１３を含んでもよい。ウイルスマーカーＢ１の抗体Ｂ１１は、抗原抗体反応を介して、試料Ｓ内のウイルスＶ１と結合することができ、それを介して、ウイルスＶ１は、ウイルスマーカーＢ１の磁性粒子Ｂ１３と結合した検出用複合体Ｃ１を形成することができる。
【０２７６】
該磁性粒子は、粒子径がｎｍ範囲である粒子でもある。該磁性粒子は、波動源から照射される波動の散乱が強いので、レーザスペックルの検出が容易である。一方、該磁性粒子は、具体的には、超常磁性ナノ粒子でもある。ここで、該超常磁性ナノ粒子は、外部から磁場を加える場合、強い磁性を帯びる物質を意味する。例えば、鉄（Ｆｅ（ＩＩＩ））、マンガン（Ｍｇ）、マグネシウム（Ｍｇ）、ニッケル（Ｎｉ）、亜鉛（Ｚｎ）及びコバルト（Ｃｏ）からなる群から１種以上を含むものでもある。一実施形態による超常磁性ナノ粒子は、平均粒径が３ないし１００ｎｍでもあり、４ないし３０ｎｍを有する粒子でもある。また、該超常磁性ナノ粒子は、平均磁化力が６０ｅｍｕ／ｇないし１５０ｅｍｕ／ｇでもあり、８０ｅｍｕ／ｇないし１３０ｅｍｕ／ｇでもある。
【０２７７】
図２９Ｂを参照すれば、採取された試料Ｓは、複数種類のウイルスを含んでもよい。かような複数種類のウイルスを検出するために、ウイルスマーカー適用部１６５は、複数種類のウイルスのうちいずれか一つとコンジュゲーションされる抗体、及び該抗体に結合された磁性粒子を含む複数種類のウイルスマーカーを、試料Ｓに適用することができる。図面では、説明の便宜のために、試料Ｓに２種類のウイルスが含まれた場合を例として挙げて図示した。実際に採取された試料Ｓには、いかなるウイルスが含まれているのか不可視であるために、ウイルス検出のために、複数種類のウイルスマーカーを試料Ｓに適用することができる。
【０２７８】
このとき、ウイルスマーカーの種類数は、試料Ｓ内のウイルス種類数と同一である必要はない。例えば、図２９Ｂのように、ウイルスマーカー適用部１６５は、３種類のウイルスマーカーである第１ウイルスマーカーＢ１、第２ウイルスマーカーＢ２、第３ウイルスマーカーＢ３を試料Ｓに適用することができる。試料Ｓが第１ウイルスマーカーＢ１と対をなす第１ウイルスＶ１と、第２ウイルスマーカーＢ２と対をなす第２ウイルスＶ２と、を含む場合、第１ウイルスＶ１と第１ウイルスマーカーＢ１とが結合した第１検出用複合体Ｃ１と、第２ウイルスＶ２と第２ウイルスマーカーＢ２とが結合した第２検出用複合体Ｃ２と、が形成されてもよい。ウイルス検出装置３は、第１検出用複合体Ｃ１と、第２検出用複合体Ｃ２とを介して、試料Ｓ内ウイルスの存在だけではなく、種類まで検出することができる。
【０２７９】
一方、ウイルスマーカー適用部１６５は、ウイルスと結合することができなかったウイルスマーカーを、前記試料Ｓから除去することができる。例えば、ウイルスマーカー適用部１６５は、多孔性フィルタ（porous filter）を利用して、ウイルスと結合することができなかった磁性粒子を、試料Ｓから除去することができる。ここで、該多孔性フィルタとは、ウイルスマーカーは通過させるが、ウイルスとウイルスマーカーとが結合した検出用複合体は、フィルタリング（filtering）する物体でもある。具体的には、一実施形態として、ウイルスマーカー適用部１６５は、多孔性フィルタ（図示せず）を利用し、対をなすことができなかった第３ウイルスマーカーＢ３を、試料Ｓから除去することができる。それを介して、試料Ｓには、磁性粒子を含むウイルスマーカーと結合された第１検出用複合体Ｃ１及び第２検出用複合体Ｃ２だけ残り、正確なウイルス検出が可能にもなる。
【０２８０】
再び図２７及び図２８を参照すれば、磁界形成部１７０は、試料配置部１１０に隣接するように配置され、試料配置部１１０周囲に磁界（magnetic field）を形成し、検出用複合体に動きを付与することができる。磁界形成部１７０は、検出用複合体に含まれた磁性粒子を、磁気力を利用して移動させることができる。このとき、該磁性粒子と結合されたウイルスも共に移動する。ウイルスは、細菌のような微生物と異なり、動きがないために、ウイルスマーカーを適用しない試料Ｓに波動を照射しても、レーザスペックルが発生せず、ウイルスを検出することができない。従って、試料Ｓ内にウイルスが存在する場合、ウイルスマーカー適用部１６５を介して、磁性粒子がウイルスと結合された検出用複合体を形成することができ、該検出用複合体に、磁気力を利用してウイルスに動きを付与することができる。このとき、磁界形成部１７０は、図面に図示されているように、試料配置部１１０を取り囲むＲＦコイル１７５を利用して磁界を形成することができる。しかし、１つの実施形態であるのみ、本発明は、それに制限されるものではない。単に、永久磁石を利用し、試料配置部１１０の試料Ｓに磁界を形成することもできる。磁界形成部１７０は、マイクロ核磁気功名装置（micro−ＮＭＲ：micro nuclear magnetic resonance）を利用することもできる。
【０２８１】
磁界形成部１７０は、一定第１時間ごとに、磁界の方向または強度を変更し、検出用複合体に動きを付与することができる。磁界形成部１７０が、試料Ｓに一定方向と強度とを有する磁界を付与する場合、検出用複合体Ｃ１は、一方向に動き、さらに動きを止めることができ、正確なウイルス検出が困難になる。従って、磁界形成部１７０は、一定第１時間ごとに、磁界の方向または強度を変更し、ウイルス検出装置３がウイルスを検出する間、持続的に動きを付与することができる。
【０２８２】
波動源１２０は、試料配置部１１０内の試料Ｓに向けて波動を照射することができる。波動源１２０は、波動を生成することができる全種のソース装置を適用することができ、例えば、特定波長帯域の光を照射することができるレーザでもある。本発明は、波動源種類に制限がないが、ただし、以下では、説明の便宜のために、レーザである場合を中心に説明する。
【０２８３】
例えば、試料配置部１１０にスペックルを形成するために、干渉性が良好なレーザを波動源１２０として利用することができる。このとき、レーザ波動源の干渉性を決定する波動源のスペクトラル帯域幅が短いほど、測定正確度が上昇する。すなわち、干渉長が長いほど、測定正確度が上昇する。それにより、波動源のスペクトラル帯域幅が、既定義の基準帯域幅未満のレーザ光が波動源１２０として利用され、基準帯域幅より短いほど、測定正確度が上昇する。
【０２８４】
検出部１３０は、照射された波動が、試料Ｓ内の検出用複合体Ｃ１の動きによって多重散乱されて発生したレーザスペックルを、事前に設定された時点ごとに検出することができる。検出部１３０は、波動源１２０種類に対応した感知手段を含み、例えば、可視光線波長帯域の光源を利用する場合には、映像を撮影する撮影装置であるＣＣＤカメラが利用される。検出部１３０は、レーザスペックルが発生する試料の表面を測定することができるが、試料の表面と検出部１３０との一領域において、レーザスペックルを検出することができる。また、検出部１３０は、一定焦点距離を有するレンズ部なしに、レーザスペックルを検出することができる。検出部１３０は、少なくとも、第１時点でのレーザスペックルを検出し、第２時点でのレーザスペックルを検出し、制御部１４０に提供することができる。一方、第１時点及び第２時点は、説明の便宜のために選択された１つの例示であるのみ、検出部１３０は、第１時点及び第２時点より多くの複数時点において、レーザスペックルを検出することができる。
【０２８５】
一方、検出部１３０が検出する事前に設定された時点の時間間隔は、磁界形成部１７０において、検出用複合体に動きを付与する第１時間より短いことがある。言い換えれば、検出用複合体の動きが測定する時点の間隔より短い場合、検出用複合体の迅速な動きは、ノイズとしても作用する。従って、検出部１３０は、正確な検出のために、磁界形成部１７０において、磁界の方向または強度を変更する第１時間より短い間隔で、レーザスペックルを検出することができる。
【０２８６】
一方、検出部１３０としてイメージセンサが利用される場合、イメージセンサ１のピクセルサイズｄがスペックルパターンの粒子サイズより小さいか、あるいはそれと同じになるように、イメージセンサが配置されてもよい。
【０２８７】
制御部１４０は、検出されたレーザスペックルを利用して検出されたレーザスペックルの時間相関関係を獲得することができる。制御部１４０は、獲得された時間相関関係に基づいて、試料Ｓ内のウイルスの存在いかん、またはウイルスの濃度をリアルタイムで推定することができる。このとき、制御部１４０は、磁界形成部１７０の変更される磁界の方向または強度に係わる磁界情報を提供され、磁界情報を利用して検出されたレーザスペックルの時間相関関係を獲得することができる。本明細書においてリアルタイムとは、１時間内にウイルスの存在いかん、またはウイルスの濃度変化を推定することを意味し、望ましくは、５分内にウイルスの存在いかん、またはウイルスの濃度変化を推定することができるということである。さらに望ましくは、２０秒内にウイルスを検出することができるということである。制御部１４０において、レーザスペックルの時間相関関係を獲得する方法は、後述する。
【０２８８】
一方、ウイルス検出装置３は、ディスプレイ部１９０をさらに含んでもよい。ディスプレイ部１９０は、制御部１４０から推定されたウイルスの存在いかん、濃度及び種類に係わる結果を外部に表示することができる。
【０２８９】
図３０は、本発明の一実施形態によるウイルス検出方法を順次に図示したフローチャートである。
【０２９０】
図３０を参照すれば、まず、試料に、磁性粒子（magnetic particle）を含むウイルスマーカー（virus marker）を適用し、ウイルスマーカーと、試料Ｓ内のウイルスとが結合された検出用複合体を形成する（Ａ１０）。試料Ｓ内のウイルス種類が複数個でもあるので、ウイルスマーカーの種類も、複数個でもあるが、ウイルス種類の個数と、ウイルスマーカー種類の個数とが同一である必要はない。このとき、該ウイルスマーカーは、ウイルスに対応する抗体の種類を異なるようにし、抗体に結合された磁性粒子は、同一磁性粒子を利用することができる。それを介して、試料Ｓに磁界を形成させ、検出用複合体に動きを付与する場合、ウイルス種類によってだけでも、動きの差が発生し、ウイルスを種類によって区分することができる。
【０２９１】
その後、試料Ｓ周囲に磁界を形成させ、検出用複合体に動きを付与する（Ａ２０）。前述の磁界形成部１７０は、磁界の方向または強度を、一定第１時間ごとに変更することができ、それを介して、検出用複合体の持続的な動きを誘導することができる。
【０２９２】
その後、試料Ｓに向けて波動を照射し、照射された波動が、検出用複合体の動きによって多重散乱されて発生したレーザスペックルを、事前に設定された時点ごとに検出する（Ａ３０）。このとき、事前に設定された時点の間隔は、磁界形成部１７０において、磁界の方向または強度を変更する第１時間より短いことがある。
【０２９３】
その後、制御部１４０により、検出されたレーザスペックルを利用して検出されたレーザスペックルの時間相関関係を獲得し、獲得された時間相関関係に基づいて、試料Ｓ内のウイルスの存在いかん、またはその濃度をリアルタイムで推定することができる（Ａ４０）。
【０２９４】
図３１は、試料内のウイルス種類による時間相関関係係数を図示したグラフである。図３１のグラフにおいて、実線Ｓ１は、ウイルスが存在しない試料の時間相関係数を示し、第１点線Ｃ１は、第１ウイルスＶ１だけ存在する試料の時間相関係数を示す。第３点線Ｃ２は、第２ウイルスＶ２だけ存在する試料の時間相関係数を示し、第２点線（Ｃ１＋Ｃ２）は、第１ウイルスＶ１と第２ウイルスＶ２とがいずれも存在する試料の時間相関係数を示す。このとき、第１ウイルスＶ１と第２ウイルスＶ２とが共存する場合、その濃度は、第１ウイルスだけ存在するか、あるいは第２ウイルスだけ存在する場合と同一であると仮定することができる。図３Ｂにおいては、、第１ウイルスＶ１と第２ウイルスＶ２とを同一円状に図示したが、実際に、第１ウイルスＶ１と第２ウイルスＶ２は、異なる形態及び異なる重さを有することができる。従って、第１ウイルスＶ１を含む第１検出用複合体Ｃ１と、第２ウイルスＶ２を含む第２検出用複合体Ｃ２は、同一磁界に置かれても、異なる動きを示すことができる。かような異なる動きから、レーザスペックルの時間相関関係も異なる。かような差異を利用し、試料Ｓ内のウイルスの種類を区分することができる。
【０２９５】
前述のように、本発明の実施形態によるウイルス検出装置は、ウイルスと磁性粒子とを含む検出用複合体によるレーザスペックルの時間相関関係の変化を利用することにより、低廉コストで迅速にウイルスの存在いかん、濃度及びウイルスの種類を推定することができる。
【０２９６】
以下では、図３２ないし図３７を参照し、本発明の実施形態による試料特性探知装置１００の多様な形態の設置位置及び動作について説明する。
【０２９７】
図３２は、本発明の実施形態による試料特性探知装置１００が冷蔵庫Ｐ１に設けられる場合を図示した例示図であり、図３３は、図３２の試料特性探知装置１００が、冷蔵庫Ｐ１の天井部１０５０に設けられた形態を概略的に図示した例示図である。
【０２９８】
図３２及び図３３を参照すれば、冷蔵庫Ｐ１は、本体１０１０及びドア１０２０を含み、冷蔵庫Ｐ１の側面１０５３、棚１０５１、天井１０５０など、多様な位置に試料特性探知装置１００が設けられてもよい。本実施形態において、冷蔵庫Ｐ１は、１以上の陥没部１０４０をさらに含み、試料特性探知装置１００は、陥没部１０４０に位置することができる。試料特性探知装置１００は、冷蔵庫Ｐ１に食品が満たされる場合、混沌波測定のための適切な距離を確保するために、陥没部１０４０に位置することができる。
【０２９９】
波動源１２０は、望ましくは、レーザ光源である。波動源１２０は、レーザの方向を転換するように、駆動部１２５を具備することができる。駆動部１２５は、冷蔵庫Ｐ１の多様な部分の細菌を測定するように、波動源１２０の照射方向を変更することができる。
【０３００】
検出部１３０は、望ましくは、イメージセンサを含むカメラであり、やはり別途の駆動部を含んでもよい。また、レーザスペックル一つが２ピクセル以上に対応するように、焦点を調整することができる。他の実施形態として、検出部１３０は、イメージセンサでもある。
【０３０１】
図３４は、図３２の試料特性探知装置１００を介して撮影された映像の例示である。
【０３０２】
図３４を参照すれば、検出部１３０は、冷蔵庫内部を撮影することができる。その場合、冷蔵庫撮影映像には、食品Ｓが保存された領域Ｉと、食品のない領域とがありうるが、検出部１３０は、食品が保存された領域を検出し、その部分に波動源１２０が光を照射するように、駆動部１２５を制御することができる。また、波動源１２０が照射された部分のスペックルを正確に撮影するために、検出部１３０は、撮影位置を、駆動部を介して変更することができ、焦点を調整することができる。
【０３０３】
また、適切な制御のために、検出部１３０は、波動源１２０を撮影し、測定前、距離を測定することができる。例えば、波動源１２０は、変調されたレーザ光、例えば、レーザ光の振幅や周波数を変調した信号を含め、変調された光を、検出部１３０、または別途の受光部（図示せず）を介して受信した後、距離を測定することができる。
【０３０４】
検出部１３０は、測定された距離により、焦点を調整することができる。
【０３０５】
図３５及び図３６は、本発明の実施形態による試料特性探知装置が、洗濯機のふたや、洗濯物投入口の外周部に設けられるか、あるいは歯ブラシ殺菌器のふたまたは壁面に設けられた状態を図示した例示図である。洗濯機Ｐ２のふたや、洗濯物投入口の外周部に設けられる試料特性探知装置１００は、図３２及び図３３を介して説明したような構造を有して動作する。
【０３０６】
図３７は、本発明の実施形態による試料特性探知装置１００で測定された微生物の存在いかん、その濃度及び微生物種類を活用するためのネットワークに係わる図面である。
【０３０７】
図３７を参照すれば、試料特性探知装置１００を含む装置１５１０，１０２０から、ホームサーバ１５３０が、濃度、微生物存在いかん及び微生物種類に係わるデータを収集する。
【０３０８】
試料特性探知装置１００を含む装置１５１０，１５２０が直接インターネットが可能な場合には、外部サーバ１５６０から、ホームサーバ１５３０が行う機能を遂行することができる。
【０３０９】
ホームサーバ１５３０または外部サーバ１５６０は、収集した濃度、微生物存在いかん及び微生物種類に基づいて危険度を測定し、危険度が一定レベル以上であると判断すれば、ユーザ端末１５７０または１５８０にお知らせ（notification）を送る。
【０３１０】
ユーザは、お知らせを受けた後、お知らせに含まれたリンクを押し、外部業社１５５０に、当該装置１５１０の掃除または防疫を要請することができる。
【０３１１】
または、新種の微生物が発見された場合、外部業社１５５０に分析を依頼することができ、分析結果に基づいて、ホームサーバ１５３０または外部サーバ１５６０は、新種の微生物種類をアップデートすることができる。
【０３１２】
ユーザ端末１５７０または１５８０は、コンピュータ、携帯電話、タブレットコンピュータなど多様な形態の端末機を含む。ユーザ端末１５７０または１５８０は、試料特性探知装置１００を含む装置に要請し、現在微生物の濃度を見ることができる。また、ユーザ端末１５７０または１５８０は、試料特性探知装置１００の波動源１２０及び検出部１３０を、適切な位置を測定するように制御することもできる。特に、ユーザ端末１５７０または１５８０は、検出部１３０で撮影された映像を、ネットワークを介して受信することができ、受信された映像に基づいて、波動源１２０及び検出部１３０を制御することができる。
【０３１３】
以上で説明したように、スペックルパターンの経時的な変化を測定し、微生物の存在有無を探知することにより、微生物を何日にもかけて培養せずとも、数秒内に迅速に探知することができるだけではなく、抗生物質に対する反応性を、非接触で精密に測定することができる。例えば、既存の１日から４日までかかる培養過程を省略し（すなわち、培養過程なし）、培養皿などの血液検査対象にレーザ光を照射し、レーザスペックルを測定することだけで、即座に微生物の存在いかんを探知することができる。それにより、微生物が存在すると探知されれば、探知された微生物に対する反応性をすぐにその場で測定することができ、微生物を扱う生命科学と医学との分野においては、相当な時間を短縮させることができる。
【０３１４】
そして、前述のように、レーザ光源及びイメージセンサだけで光学系具現が可能であるので、低廉価格で光学系を提供することではなく、小型製作が可能であるので、多様な環境で幅広く適用される。そして、微生物探知のために、光学的な測定のみを利用するので、抗原・抗体など標的物質の使用が必要なく、遺伝子増幅技術のように、試片を採取する必要もないので、微生物測定過程で発生するコストを節減させることができる。
【０３１５】
以下では、図３８ないし図４３を参照し、本発明の実施形態による試料特性探知装置１００の他の実施形態について説明する。
【０３１６】
図３８は、本発明の一実施形態において、歯周及び歯牙を含む口腔と係わって測定されたレーザスペックルの形態を図示した図面であり、図３９は、本発明の一実施形態において、手の爪、及び足指の爪と係わって測定されたレーザスペックルの形態を図示した図面である。
【０３１７】
図３８及び図３９を参照すれば、測定対象になる歯牙や歯周などを含む口腔８１０、または手の爪９０１／足指の爪９０２の中または表面に、干渉性（coherency）が良好な光源（例えば、レーザ光など）を利用して光が照射される。このとき、光源１２０から放射された光は、歯牙８０１、歯周８０２、爪９０１、足指の爪９０２などを構成している物質によって、何回が散乱される。すなわち、多重散乱が発生しうる。かように、光が多重散乱を経ながら、光は、非常に長い光路を形成することができ、光路を形成する過程において、歯牙８０１及び歯周８０２などを含む口腔８１０、爪９０１、または足指の爪９０２の中または表面に、細菌、微生物が存在する場合、光は、微生物を数えきれないほど多く通過する。
【０３１８】
以上で説明したように、多重散乱された光の空間的な強度分布は、非常に複雑な形態を有するが、それをレーザスペックルパターン（pattern）という。すなわち、図３８及び図３９を参照すれば、複雑な多重散乱により、測定面の各地点において、光が補強干渉（constructive interference）または相殺干渉（destructive interference）を起こす程度が互いに異なり、レーザスペックルが発生しうる。このとき、散乱を起こす物質である歯牙８０１、歯周８０２、爪９０１、足指の爪９０２などが動かなければ、スペックルの形態が変わらない。言い換えれば、該散乱現象は、波動方程式で決定される現象であるために、歯牙、歯周、爪、足指の爪などの表面が動かなかなければ、レーザスペックルの形態は、変わらない。
【０３１９】
このとき、特定身体部位（歯牙、歯周、爪、足指の爪など）の表面に微生物が存在する場合、微生物の微細な生命活動（例えば、細胞内動き、微生物の移動など）により、光路が経時的に微細に変更される。レーザスペックルパターンは、光の干渉によって発生する現象であるために、微細な光路の変化は、レーザスペックルパターンに変化を発生させる。それにより、レーザスペックルパターンの経時的な変化を測定することにより、微生物の生命活動、すなわち、特定身体部位の中またはその表面に、微生物の存在有無が迅速に測定される。すなわち、前述のように、多重散乱を介して、基準時間ごとに測定された複数のレーザスペックルパターンの時間変化を測定すれば、微生物の存在有無が即座に測定される。
【０３２０】
図４０は、本発明の一実施形態において、特定身体部位の中またはその表面に、微生物が存在するか否かということを測定する方法について説明するために提供されるフローチャートである。
【０３２１】
図４０の各段階（１００１ないし１００３段階）は、一実施形態による試料特性探知装置１００の各構成要素（例えば、光源及び測定部）によっても遂行される。そして、特定身体部位が、爪、及び足指の爪である場合、波動源１２０及び検出部１３０、並びにサンプルである爪または足指の爪は、図４Ａないし図４Ｃの構造に配置され、特定身体部位が口腔である場合、波動源１２０及び検出部１３０、並びにサンプルである口腔は、図４Ａ及び図４Ｃの構造に配置される。
【０３２２】
１００１段階において、波動源１２０は、口腔、爪、足指の爪などの特定身体部位の中またはその表面に光を照射することができる。波動源１２０であるレーザが、サンプルである特定身体部位（爪、足指の爪、口腔など）に反射する形態、または波動源１２０であるレーザがサンプルである特定身体部位（爪、足指の爪）を透過する形態に光が照射される。
【０３２３】
１００２段階において、検出部１３０は、一定間隔で基準時間ごとに、特定身体部位から誘発されたレーザスペックルを測定することができる。例えば、一定間隔で基準時間ごとに、特定身体部位に光が照射されるにより、特定身体部位の中またはその表面に、レーザスペックルが形成され、カメラなどを利用し、多重散乱が発生する特定身体部位の中またはその表面が撮影されることにより、レーザスペックルが形成されたレーザスペックル映像が生成される。このとき、生成された複数の映像のスペックルパターンを測定するために、ニ次元イメージセンサまたは一次元光センサを含むカメラが、検出部１３０に利用されてもよい。例えば、ＣＣＤなどの撮像素子を搭載したカメラが、検出部１３０に利用されてもよい。
【０３２４】
このとき、図４Ａないし図４Ｃのように、特定身体部位に入射する光や、カメラなどのセンサの位置は、自由に構成されてもよい。例えば、カメラピクセルサイズとスペックル粒子サイズ（speckle grain size）との間に、既定義の条件が合えば、前記入射する光や、カメラなどのセンサの位置は、いかなる位置にも配置可能になるように具現される。このとき、レーザ光源からカメラまでの距離は、レーザ光源の干渉長によっても制限される。例えば、該干渉長は、光が干渉を起こす距離を示すものであり、干渉長が長い光源を利用するほど、レーザ及びカメラ位置（すなわち、レーザ光源とカメラとの距離）を遠く置いて光学系が構成される。
【０３２５】
１００３段階において、検出部１３０は、測定された複数のレーザスペックルの経時的変化程度を示すレーザスペックルのパターン変化に基づいて、特定身体部位の中またはその表面に、微生物が存在するか否かということを測定することができる。すなわち、複数のレーザスペックルパターン間の動的変化に基づいて、特定身体部位の中またはその表面に、微生物が存在するか否かということが測定される。
【０３２６】
ここで、レーザスペックルパターンの動的変化を比較するためには、互いに異なる時間で測定された最小２以上の映像が必要である。例えば、１００２段階において、第１時間でレーザ光を照射し、特定身体部位を撮影することによって生成されたレーザスペックル映像１、第１時間から基準時間（１秒、１０秒など）後、すなわち、第２時間で光を照射し、特定身体部位を撮影することによって生成されたレーザスペックル映像２のように、一定間隔で基準時間ごとに、２以上のレーザスペックル映像が生成されてもよい。それ以外に、さらに１０秒後に、レーザスペックル映像３、さらに１０秒後にレーザスペックル映像４のように、始めに光を照射した後、一定間隔ごとに（例えば、１０秒ごと）光を照射し、結局、ｎ−１秒後、ｎ個のレーザスペックル映像が生成される。それにより、生成されたレーザスペックル映像間の差を分析することにより、特定身体部位の中またはその表面に、微生物の存在するか否かということが測定される。
【０３２７】
このとき、２つのスペックル映像を利用し、微生物の存在有無を測定するか、あるいは３以上のスペックル映像を利用し、微生物の存在有無を測定するかということにより、微生物測定方法が異なる。ここで、２または３以上のレーザスペックル映像を利用し、特定身体部位の中またはその表面に、微生物が存在するか否かということを測定する詳細な動作は、図４１及び図４２を参照して説明する。
【０３２８】
図４１は、２つのスペックル映像を利用し、特定身体部位に、微生物が存在するか否かということを測定する方法について説明するために提供される図面である。
【０３２９】
図４１を参照すれば、一定時間間隔で光を照射することにより、それぞれの時間で生成された２つのスペックル映像を利用する場合、特定身体部位の中またはその表面に、微生物が存在しなければ（static speckle）、０秒で測定したスペックル映像と、１０秒で測定したスペックル映像との差が、既定義の第１基準値以下と非常に微々たるものである。時折小差が存在するが、それは、水分蒸発、振動のように、実験時に存在する全てのノイズの影響とも解釈される。このとき、特定身体部位の中またはその表面に、微生物（例えば、Ｂ．Cereus bacteriaなど）が存在する場合（dynamic speckle）、０秒で生成されたスペックル映像と、１０秒で生成されたスペックル映像との差が、既定義の第２基準値以上でもある。すなわち、０秒と１０秒との間で測定したスペックルパターンの差が、第２基準値以上、レーザスペックルパターンに大きい変化が存在すれば、特定身体部位の中またはその表面に、バクテリアなどの微生物が存在すると決定される。
【０３３０】
かように、検出部１３０は、２つのスペックル映像間の差（例えば、ピクセル値差など）が、第１基準値以下であるか否かということ、及び第２基準値以上であるか否かということをチェックし、特定身体部位の中またはその表面に、微生物が存在するか否かということを決定することができる。このとき、第１基準値及び第２基準値を、同一値に前もって定義することもでき、互いに異なる値に前もって定義することもできる。
【０３３１】
図４２は、３以上のスペックル映像を利用し、特定身体部位に微生物が存在するか否かということを測定する方法について説明するために提供される図面である。
【０３３２】
図４２を参照すれば、一定時間間隔で測定された３以上のスペックル映像を利用する場合、検出部１３０は、３以上のスペックル映像において、時間相関分析（time correlation analysis）を行うことにより、特定身体部位に微生物が存在するか否かということを測定することができる。すなわち、検出部１３０は、一定時間間隔で互いに異なる時点において、特定身体部位の中または表面に光が照射され、多重散乱が発生することによって形成されたレーザスペックル間の時間相関関係に基づいて、特定身体部位に、微生物が存在するか否かということを測定することができる。例えば、各時間ｔについて測定したスペックル映像を平準化したデータを
2018536856.tif 000012
とすれば、検出部１３０は、特定遅延時間を
2018536856.tif 000013
について、各地点で時間相関関係係数を、前述の数式３に基づいて計算することができる。そして、検出部１３０は、計算された時間相関関係係数の変化度に基づいて、特定身体部位の中またはその表面に、微生物が存在するか否かということを測定することができ、測定された試験結果は、図４２のようなものがある。ここで、数式３に基づいて、時間相関関係係数を計算する構成、及び計算された時間相関関係係数に基づいて、特定身体部位に微生物が存在するか否かということを測定することは、すでに数式３で説明したので、重複説明は省略する。
【０３３３】
以上で説明したように、スペックルパターンの経時的な変化を測定し、微生物の存在有無を測定することにより、微生物を何日にもかけて培養せずとも、数秒内に迅速に測定することができる。例えば、既存の１日から４日までかかる培養過程を省略し（すなわち、培養過程なし）、サンプルにレーザ光を照射し、レーザスペックルを測定することだけで、即座に微生物の存在いかんを探知することができる。それにより、サンプル（爪、足指の爪、口腔、食品など）が準備されれば、その場で即座に微生物、細菌の存在いかんと、その活動性を測定することができるので、歯科、皮膚科、家庭、食料品店などにおいて、迅速で簡便に微生物、細菌の存在有無を測定することができる。
【０３３４】
図４３は、本発明の一実施形態において、時間逆転鏡を利用して光学系が構成される場合を図示した図面である。
【０３３５】
図４３の１３１０は、時間逆転鏡を利用し、散乱体で光の経路が逆転された場合を示し、１３２０は、散乱体内に動く物体がある場合、光路の変化によって経路逆転が発生しない場合を示すことができる。すなわち、１３１０は、時間逆転反射現象が起きた場合であり、１３２０は、時間逆転反射現象が起きていない場合を示すことができる。
【０３３６】
時間逆転鏡とは、光が鏡面に反射した後に戻るとき、鏡面まで到逹するときに移動した経路をそのまま逆に戻る現象（すなわち、時間逆転反射現象）を発生させる鏡を示す。一般的な鏡においては、時間逆転反射現象が起きないが、特殊な条件においては、前記時間逆転反射現象が発生しうる。
【０３３７】
前述の韓国登録特許第１０−１５９９１４７号においては、、時間逆転鏡を利用したデジタル光単一チャンネル位相共役装置について説明しており、時間逆転鏡を利用して光学系を構成する場合、非常に敏感に、散乱体（例えば、歯牙、歯周、爪、足指の爪、食品などのサンプル）内部で動く物体の存在いかんが測定される。複雑な散乱体内において、時間逆転反射が起きることは、非常に精巧な制御が必要な物理現象であるために、図４３の１３２０のように、散乱体内の小さい変化によって、時間逆転反射現象がなされないこともあるからである。それにより、時間逆転鏡を利用し、散乱体内で発生する時間逆転反射現象に基づいて、散乱体（すなわち、サンプル）内に、細菌、微生物などの物体が存在するか否かということが測定される。
【０３３８】
図４３の１３１０を参照すれば、散乱体の前に任意のパターンの光が入射される。すなわち、散乱体に任意パターンを有する光が入射される。ここで、前記パターンは、固定された絞り（aperture）またはマスク（mask）などを利用して生成され、それ以外に、ディスプレイ（display）パターンによっても具現される。それにより、散乱体に入射された光が、散乱体によって散乱される。それにより、波面制御器（ＳＬＭ：spatial light modulator）１３０２は、散乱体によって散乱された光１３０１を、平面波１３０３に変換させることができる。それにより、波面制御器１３０２を介して変換された平面波１３０３は、鏡１３０４面に反射され、自動的に時間逆転反射現象が起こり、始めに出発したその形態の光で出射される。
【０３３９】
このとき、図４３の１３２０のように、散乱体内部に動く物質（例えば、細菌、微生物のように探知しようとする物質）が存在する場合、光の経路が、それ以上時間逆転反射現象によらなくなる。すなわち、散乱体に始めに入射した光とは係わりのない他パターンの光が発生しうる。それにより、ユーザまたは測定部は、前記鏡１３０４で反射して戻ってきた光のパターンを観察したり測定したりし、散乱体内部の動きを測定することができる。すなわち、戻った光のパターンが、散乱体に始めに入射された光が有する任意パターンと比較し、比較結果であるパターン差に基づいて、散乱体内部に動く物質（すなわち、微生物、細菌など）が存在するか否かということが探知される。図４３の１３２０を参照すれば、戻った光のパターンが、始めに入射された光のパターンと異なっているので、散乱体内部に動く物質が存在すると探知される。
【０３４０】
そして、図４３の１３１０のように、戻った光のパターンが、散乱体に始めに入射された光が有する任意のパターンと同一であるか、あるいは既定義の基準範囲内で類似している場合、すなわち、戻った光のパターンが、時間逆転反射現象が発生した場合に該当すれば、散乱体内部に動く物質が存在しないと探知されるすなわち、散乱体内部に微生物または細菌が存在しないと探知される。
【０３４１】
図４４は、本発明の第３実施形態による試料特性探知装置３００を概略的に図示した概念図であり、図４５は、図４４の試料採取手段３１１の他の実施形態を図示した概念図である。また、図４６は、図４４の試料採取手段３１１を利用した試料特性探知装置３００を概略的に図示した概念図である。
【０３４２】
図４４を参照すれば、第３実施形態による試料特性探知装置３００は、波動源３２０、検出部３３０、制御部３４０、試料配置部３１０及び試料採取手段３１１を含んでもよい。本発明の第３実施形態は、波動源３２０、検出部３３０及び制御部３４０の構成、及びそれを利用して微生物を探知する方法が、第１実施形態と同一であるので、重複説明は省略する。
【０３４３】
波動源３２０は、試料配置部３１０内の試料Ｓに向けて波動を照射することができる。波動源３２０は、波動を生成することができる全種のソース装置を適用することができ、例えば、特定波長帯域の光を照射することができるレーザでもある。
【０３４４】
検出部３３０は、照射された波動が、試料Ｓによって多重散乱されて発生したレーザスペックルを、事前に設定された時点ごとに検出することができる。ここで、該時点とは、連続的な時間の流れのうちいずれか一瞬間を意味し、該時点は、同一時間間隔に事前に設定されるが、必ずしもそれに制限されるものではなく、任意の時間間隔に事前に設定されもする。検出部２３０は、波動源３２０種類に対応した感知手段を含み、例えば、可視光線波長帯域の光源を利用する場合には、映像を撮影する撮影装置であるＣＣＤカメラが利用される。検出部３３０は、少なくとも、第１時点でのレーザスペックルを検出し、第２時点でのレーザスペックルを検出し、制御部３４０に提供することができる。
【０３４５】
制御部３４０は、検出された前記レーザスペックルを利用して時間相関関係を獲得し、獲得された時間相関関係に基づいて、試料Ｓ内の微生物存在いかん、または微生物の濃度を推定することができる。
【０３４６】
試料採取手段３１１は、対象体から微生物を含む試料Ｓを採取することができる。一実施形態として、図４４の試料採取手段３１１は、平面状の接着部材を含んでもよい。図４４の試料採取手段３１１は、前述の接着部材を利用し、人の皮膚に接着させた引き離した後、試料配置部３１０に収容されてもよい。ヒト皮膚には、多くの微生物が存在し、毛嚢虫のような寄生虫も存在する。不可視微生物、または毛嚢虫のような寄生虫を、前記試料採取手段３１１を利用して採取した後、それを、試料特性探知装置３００を利用して分析することにより、対象体であるヒト皮膚に存在する微生物または寄生虫の存在いかんを確認することができる。他の実施形態として、試料採取手段３１１は、人間活動が多い品物に接着した後で引き離し、前記品物に存在する微生物の存在を確認することができる。例えば、カーペットのような対象体は、体積が大きいだけではなく、カーペット纎維の動きにより、直接試料として使用するには不適である。かような対象体に、前記試料採取手段３１１を利用して接着させていて引き離した後、試料特性探知装置３００を利用して分析することにより、対象体に存在する微生物の存在を確認することができる。
【０３４７】
図４５及び図４６を参照すれば、他の実施形態として、試料採取手段３１１は、液体である試料を採取することができる。このとき、試料Ｓは、尿、血液のような流動性を有する液体でもある。または、試料Ｓは、大便のような非流動性を有する試料を、水のような溶媒と混合した試料でもある。ここで、該混合溶媒は、試料Ｓ内の微生物の生長に影響を与えない溶媒でもある。かような、流動性を有する試料Ｓは、試料採取手段３１１によって採取された後、フィルタ３１３によっても濾過される。流動性を有する試料Ｓに直接微生物を探知する場合、流動的な動きと、微生物の動きとを区分し難いために、微生物を正確に探知することができない。従って、第３実施形態による試料特性探知装置３００は、バクテリアのような微生物は、濾過され、残り液体３１５は、抜け出るフィルタ３１３、例えば、多孔性フィルタを利用することにより、試料Ｓから、試料Ｓに含まれた微生物を濾し出す。
【０３４８】
試料Ｓが尿である場合、尿に微生物が存在するならば、フィルタ３１３に微生物が濾過され、ほとんどの水３１５は、フィルタ３１３を通過する。または、試料Ｓが血液である場合、赤血球、白血球またはバクテリアのような大きさを有する微生物が、フィルタ３１３に濾過され、血漿３１５は、フィルタ３１３を通過する。かように、微生物が濾過されたフィルタ３１３に波動を照射し、微生物によって誘発されたレーザスペックルを検出することにより、試料Ｓ内の微生物存在いかん、またはその濃度を確認することができる。
【０３４９】
図４７は、本発明の第４実施形態による試料特性探知装置４００を概略的に図示した概念図であり、図４８は、図４１のＩ−Ｉ線に沿って切り取った断面図である。
【０３５０】
図４７を参照すれば、第４実施形態による試料特性探知装置４００は、波動源４２０、波動経路変更部４２１、検出部４３０、制御部４４０、試料配置部４１０、試料アレイ部４１０Ａ及び多重散乱増幅部４５０を含んでもよい。本発明の第４実施形態は、波動源４２０、検出部４３０及び制御部４４０の構成、及びそれを利用して微生物を探知する方法が第１実施形態と同一であるので、重複説明は省略する。
【０３５１】
第４実施形態による試料特性探知装置４００は、複数の試料配置部４１０を含んでもよい。複数の試料配置部４１０は、互いに所定離隔距離を有して配列され、図面に図示されているように、１つの試料アレイ部４１０Ａに、複数の試料配置部４１０が形成される。以下では、説明の便宜のために、１つの試料アレイ部４１０Ａに、複数の試料配置部４１０が配置される場合を中心に説明する。
【０３５２】
複数の試料配置部４１０それぞれには、複数の試料が収容されてもよい。該複数の試料は、同一試料でもあるが、互いに異なる試料でもある。例えば、第１試料配置部４１０−１には、第１試料Ｓ−１が収容され、第２試料配置部４１０−２には、第２試料Ｓ−２が収容されてもよい。第１試料Ｓ−１と第２試料Ｓ−２は、互いに異なる対象体から採取された試料でもあり、同じ対象体の異なる領域から採取された試料でもある。
【０３５３】
波動源４２０は、試料配置部４１０内の試料Ｓに向けて波動を照射することができる。波動源３２０は、波動を生成することができる全種のソース装置を適用することができ、例えば、特定波長帯域の光を照射することができるレーザでもある。波動源４２０を利用し、複数の試料に波動を照射するために、第４実施形態による試料特性探知装置４００は、波動経路変更部４２１を含んでもよい。言い換えれば、波動源４２０から直接試料Ｓに波動が照射されるものではなく、波動経路変更部４２１を利用し、試料Ｓに波動が照射される。
【０３５４】
波動経路変更部４２１は、波動源４２０から波動が入射される。波動経路変更部４２１は、マイクロミラーによってもなる。波動経路変更部４２１は、反射面を具備し、入射された波動を複数の試料Ｓに向けて反射させることができる。該反射面は、屈折力がないフラット面に図示されているが、本発明は、それに制限されるものではない。波動経路変更部４２１は、駆動制御部（図示せず）によって微細駆動されてもよい。他の実施形態として、波動経路変更部４２１は、制御部４４０によって微細駆動され、それにより、複数の試料Ｓそれぞれに波動を照射することができる。波動経路変更部４２１を構成するマイクロミラーは、電気的制御により、反射面の力学的変位が起こる多様な構成が採用され、例えば、一般的に知られたＭＥＭＳ（micro electro mechanical system）ミラー、デジタルマイクロミラーデバイス（ＤＭＤ：digital micromirror device）素子などが採用されてもよい。波動経路変更部４２１は、１つのマイクロミラーと図示されているが、それは例示的なものであり、複数個のマイクロミラーがニ次元的にアレイされた構成でもある。
【０３５５】
一方、波動経路変更部４２１は、波動経路上に配置されるミラー４２２をさらに含み、試料配置部４１０に照射される波動の角度が一定であるように調節することができる。言い換えれば、波動経路変更部４２１は、マイクロミラーを利用し、複数の試料配置部４１０に波動を照射する場合、試料配置部４１０の位置により、波動の入射角度が異なる。それにより、試料Ｓ内で多重散乱される程度が、複数の試料配置部４１０の位置によって異なり、正確な比較評価が困難であるので、ミラー４２２をさらに配置させ、試料配置部４１０に入射する波動の角度が均一になるように調節することができる。図面においては、第１試料配置部４１０−１上に配置されたミラー４２２だけ図示されているが、それは、説明の便宜のために概略的に図示したものであり、試料配置部４１０それぞれの上端にミラーが配置され、試料配置部４１０に照射される波動の角度を調節することができる。
【０３５６】
図４７及び図４８を参照すれば、多重散乱増幅部４５０は、試料Ｓから多重散乱されて出射される波動の少なくとも一部を、試料Ｓに反射させ、試料Ｓでの多重散乱回数を増幅させることができる。多重散乱増幅部４５０は、多重散乱物質を含んでもよい。例えば、多重散乱物質は、酸化チタン（ＴｉＯ２）を含み、多重散乱増幅部４５０は、前記多重散乱増幅部４５０に入射する波動の少なくとも一部を反射させることができる。多重散乱増幅部４５０は、試料Ｓと隣接するように配置され、試料Ｓから多重散乱されて出射される波動が、試料Ｓと前記多重散乱増幅部４５０との間の空間を少なくとも１回以上往復するようにする。
【０３５７】
多重散乱増幅部４５０は、第１多重散乱増幅部４５１及び第２多重散乱増幅部４５３を含んでもよい。第１多重散乱増幅部４５１は、試料配置部４１０と波動経路変更部４２１との間に配置され、試料配置部４１０に重畳されるように配置されてもよい。図面に図示されているように、複数の試料配置部４１０を含む第４実施形態は、それぞれの試料配置部４１０に、複数の第１多重散乱増幅部４５１が配置され、試料Ｓを試料配置部４１０に配置させるために脱着が可能な構造に形成されてもよい。他の実施形態として、第１多重散乱増幅部４５１は、試料アレイ部４１０Ａ全体面を覆う構造に形成され、それぞれの試料配置部４１０に対応する位置に、多重散乱物質が含まれる領域に区分されもする。同様に、試料配置部４１０に試料Ｓを投入するために、他の実施形態による第１多重散乱増幅部４５１も、ふたのような形態に構成されてもよい。
【０３５８】
第２多重散乱増幅部４５３は、試料配置部４１０と検出部４３０との間に配置されてもよい。第２多重散乱増幅部４５３は、複数の試料配置部４１０それぞれに重畳されるように配置されてもよい。第２多重散乱増幅部４５３は、別途に具備され、試料配置部４１０と検出部４３０との間にも配置されるが、他の実施形態として、試料配置部４１０に重畳される領域の試料アレイ部４１０Ａに、多重散乱物質を含め、試料アレイ部４１０Ａと一体に形成される。または、試料アレイ部４１０Ａ全体面に配置される１つの板状にも形成される。その場合、第２多重散乱増幅部４５３は、試料配置部４１０に対応する位置にだけ多重散乱物質を含み、他の部分は、波動を透過させない材質からなり、隣接した試料配置部４１０から散乱された波動による干渉を最小化させることができる。
【０３５９】
検出部４３０は、照射された波動が、試料Ｓによって多重散乱されて発生したレーザスペックルを、事前に設定された時点ごとに検出することができる。ここで、該時点とは、連続的な時間の流れのうちいずれか一瞬間を意味し、該時点は、同一時間間隔に事前に設定されるが、必ずしもそれに制限されるものではなく、任意の時間間隔に事前に設定されもする。検出部４３０は、波動源４２０種類に対応した感知手段を含み、例えば、可視光線波長帯域の光源を利用する場合には、映像を撮影する撮影装置であるＣＣＤカメラが利用される。検出部４３０は、少なくとも、第１時点でのレーザスペックルを検出し、第２時点でのレーザスペックルを検出し、制御部４４０に提供することができる。
【０３６０】
制御部４４０は、検出された前記レーザスペックルを利用して時間相関関係を獲得し、獲得された時間相関関係に基づいて、試料Ｓ内の微生物存在いかん、または微生物の濃度を推定することができる。制御部４４０は、複数の試料配置部４１０に収容された複数の試料Ｓそれぞれの微生物存在いかん、または微生物の濃度を推定することができる。このとき、制御部４４０は、一定時間ごとに、複数の試料配置部４１０に、波動経路を変更して照射するように、波動経路変更部４２１の反射面を電気的に制御することができる。制御部４４０は、波動経路変更部４２１を制御するタイミングと連動し、検出部４３０で検出されたレーザスペックル映像を分類し、時間相関関係を獲得することができる。従って、制御部４４０は、１つの検出部４３０を利用しても、複数の試料配置部４１０それぞれに収容された複数の試料Ｓの微生物存在いかん、または微生物の濃度を推定することができる。
【０３６１】
前述のように、第４実施形態による試料特性探知装置は、波動経路変更部を利用し、複数の試料配置部に収容された複数の試料の微生物存在いかん、または微生物の濃度を迅速に探知することができる。
【０３６２】
図４９及び図５０は、本発明の第４実施形態による試料特性探知装置の他の実施形態を概略的に図示した図面である。
【０３６３】
図４９を参照すれば、試料特性探知装置４００−１は、波動源４２０、波動経路変更部４２１、検出部４３０及び制御部４４０を含んでもよい。他の実施形態の試料特性探知装置４００−１は、試料Ｓを領域別に分割し、各領域での微生物存在いかん、または微生物の濃度を推定して比較することができる。例えば、包装された牛肉のような食品は、包装された状態そのまま、細菌のような微生物の存在いかんを確認する必要がある。このとき、波動経路変更部４２１を具備した試料特性探知装置４００−１は、試料の各分割領域Ｔ１，Ｔ２，ＴＮに沿って、波動源４２０から照射される波動を順次に照射することにより、試料の各領域での微生物の存在いかん、または微生物の濃度を探知することができる。
【０３６４】
試料特性探知装置４００−１は、食品のような試料の微生物を探知するために、反射型光学系によっても具備される。このとき、波動源４２０から照射された波動を、波動経路変更部４２１に入射させるためのミラー４２３をさらに含んでもよい。図面においては、１枚のミラー４２３を図示しているが、波動経路変更のためのさらなるレンズまたはミラーをさらに具備することもできる。他の実施形態として、試料特性探知装置４００−１は、透過型光学系によっても具備される。このとき、試料Ｓは、透明な包装材に収容された食品でもある。
【０３６５】
一方、試料特性探知装置４００−１は、試料の媒質種類により、多重散乱増幅部（図示せず）をさらに具備することができる。例えば、牛肉のように、組織が緻密な媒質の試料である場合、多重散乱増幅部を具備せずとも、多重散乱が十分に起こるために、微生物を探知することが可能である。しかし、それと異なる媒質の場合には、多重散乱増幅部（図示せず）をさらに具備し、試料内の微生物存在いかんを探知することにより、さらに精密な分析が可能である。
【０３６６】
制御部４４０は、波動経路変更部４２１を制御するタイミングと連動し、検出部４３０で検出されたレーザスペックル映像を分類し、時間相関関係を獲得することができる。それを介して、制御部４４０は、検出されたレーザスペックルを利用し、各領域での微生物存在いかんを探知することができる。また、制御部４４０は、波動経路変更部４２１のスキャン経路（一点鎖線）を制御することができ、それを介して、レーザスペックルの空間相関関係を獲得することができる。すなわち、他の実施形態の試料特性探知装置４００−１は、レーザスペックルの時間相関関係だけではなく、空間相関関係を獲得することにより、試料内の微生物存在いかん、またはその濃度に係わるマッピング（mapping）が可能である。
【０３６７】
図５０を参照すれば、さらに他の実施形態の試料特性探知装置４００−２は、複数の試料配置部４１０らを含む回転アレイ部４１０Ｂを具備し、波動源４２０、検出部４３０、制御部４４０及び多重散乱増幅部４５１，４５３を含んでもよい。ここで、波動源４２０、検出部４３０及び多重散乱増幅部４５１，４５３からなる光学系は、固定された状態で、回転アレイ部４１０Ｂが回転しながら、複数の試料配置部４１０に収容された複数の試料を測定することができる。
【０３６８】
回転アレイ部４１０Ｂは、事前に設定された回転速度で、回転アレイ部４１０Ｂを駆動する駆動部４１５を含んでもよい。回転アレイ部４１０Ｂには、複数の試料配置部４１０が円周方向に沿って、所定間隔で離隔されて配置される。回転アレイ部４１０Ｂに配置された複数の試料配置部４１０は、一定間隔で離隔され、一定回転速度で回転させることにより、固定された波動源４２０及び検出部４３０を利用し、試料配置部４１０内の試料の微生物存在いかん、またはその濃度を探知することができる。回転アレイ部４１０Ｂは、中心Ｏを過ぎる中心軸Ａｘｉｓ１に沿って回転することができ、回転する間、中心軸Ａｘｉｓ１を基準に、チルト（tilt）されないように精密に駆動される。回転アレイ部４１０Ｂのチルトは、レーザスペックル検出に、ノイズとして作用するからである。制御部４４０は、前述の駆動部４１５を制御し、回転アレイ部４１０Ｂを一定回転速度で回転させることができ、このとき、試料配置部４１０から検出されたレーザスペックルを、それぞれの試料に対するレーザスペックルに分類して分析することができる。
【０３６９】
一方、回転アレイ部４１０Ｂは、試料配置部４１０間に、基準試料配置部Ｒを含んでもよい。基準試料配置部Ｒは、試料配置部４１０と同一であるが、試料Ｓが収容されないこともある。基準試料配置部Ｒでの基準レーザスペックルを測定することにより、回転アレイ部４１０Ｂが回転する間に発生しうるノイズを除去し、正確なレーザスペックル検出が可能である。
【０３７０】
多重散乱増幅部は、第１多重散乱増幅部４５１と第２多重散乱増幅部４５２とを含んでもよい。第１多重散乱増幅部４５１は、波動源４２０と試料配置部４１０との間に配置されてもよい。第１多重散乱増幅部４５１は、波動源４２０が照射される試料配置部４１０上に配置され、他の試料配置部４１０に波動が照射されないようにし、ノイズを低減させることができる。また、第２多重散乱増幅部４５３は、試料配置部４１０と検出部４３０との間に配置され、同様に測定される試料配置部４１０で多重散乱される波動のみを検出するように測定される試料配置部４１０に対応する領域上に位置することができる。図面においては、第１多重散乱増幅部４５１と第２多重散乱増幅部４５３とが試料配置部４１０から離隔されて配置されているように図示されているが、それに制限されるものではない。他の実施形態として、それぞれ試料配置部４１０の上部及び下部に、第１多重散乱増幅部４５１及び第２多重散乱増幅部４５３が固定されて位置することもできる。
【０３７１】
以下では、図５１ないし図５６を参照し、第５実施形態による試料特性探知装置の実施形態について説明する。
【０３７２】
干渉性を有する光を散乱体に照射したとき、反射する情報の干渉現象によって生ずる不規則なパターンをレーザスペックルという。本発明の技術思想によれば、かようなレーザスペックルの分析を介して、基板上に形成された構造物のパターン異常いかんを確認することができる。
【０３７３】
図５１には、本発明の第５実施形態による試料特性探知装置が図示されている。それを参照すれば、試料特性探知装置５００は、レーザを照射する光源、サンプルを支持するサンプルホルダ、サンプルに入射された光が多重散乱されることによって形成されたレーザスペックル情報を収集する情報収集部、及び収集された情報を分析し、分析された結果をユーザに出力する情報分析部から構成される。ここで、該光源は、他の実施形態の波動源、情報収集部は、他の実施形態の検出部、情報分析部は、他の実施形態の制御部に対応してもよい。
【０３７４】
前記光源は、レーザを発生させ、サンプルに照射し、一つ、または互いに異なる波長を照射する２以上の複数個によっても構成される。
【０３７５】
図５２には、本発明の一実施形態による検査方法が示されている。図５２を参照すれば、サンプルホルダによって支持されるサンプルに、レーザを照射する（Ｓ０１）。次に、照射されたレーザとサンプルとの相互作用によって形成されたレーザスペックルを、情報収集部が収集する（Ｓ０２）。情報収集部で収集されたレーザスペックル情報は、情報分析部によって分析された後、分析結果をユーザに出力することになる（Ｓ０３）。
【０３７６】
前記情報収集部は、例示的にカメラでもあり、光源とカメラとで構成される光学系は、図４Ａないし図４Ｃのように、反射型、透過型のように、多様な形態で構成可能である。図５３には、サンプルの例として、半導体素子の多層金属配線構造物が図示されている。第１金属配線６１と第２金属配線６２との間には、第１絶縁層６４が形成されており、第２金属配線６２上部には、第２絶縁層６５が形成されている。
【０３７７】
絶縁層６４，６５の材料は、代表的なものとして、シリコン酸化物（ＳｉＯ２）でもあるが、それ以外にも、光が透過される透明度がある絶縁物は、いかなる材料によっても利用される。金属配線６１，６２の材料は、例示的には、アルミニウム、タングステン、銅などが利用されてもよい。
【０３７８】
従って、かようなサンプルにレーザが照射される場合、光の透過が可能な第２絶縁層を６５を透過したレーザのうち一部は、第２金属配線６２によって反射するが、一部は、第１絶縁層６４を透過し、またその一部は、ビア６３や第１金属配線６１が形成された構造物内で反射したり散乱されたりした後、さらに第１絶縁層６４及び第２絶縁層６５を透過して抜け、レーザスペックルを形成することになる。従って、サンプルが構成する構造物（金属配線、ビア、絶縁層など）の形態により、レーザスペックルのパターンが決定され、かような構造物の変化に連動し、レーザスペックルのパターンも変化することになる。以下、図５３を参照し、かようなサンプル構造物の変化を利用するスペックルパターン分析方法について説明する。
【０３７９】
図５３（ａ）は、正常に工程が進められたものであり、図５３（ｂ）は、ビア部分に空孔６１０が形成されたものであり、図５３（ｃ）は、絶縁体を貫通するコンタクトが形成されていないものである。
【０３８０】
前述のサンプルをサンプルホルダに装着した後、サンプルにレーザを照射し、サンプルから散乱されるレーザスペックル情報を収集する。収集された情報は、情報分析部によって分析される。該情報分析部は、標準サンプル、すなわち、図５３（ａ）のように進められた場合のレーザスペックル情報が保存されたＤＢと連結されている。該情報分析部は、収集されたレーザスペックル情報と、ＤＢに既保存の標準サンプルのレーザスペックル情報とを相互比較し、スペックルパターンの差値を導出する。かような差値が、既設定基準以下であるならば、分析サンプルは、標準サンプルと同一構造を有していると解釈され、従って、工程は正常に進められたと判定される。
【０３８１】
一方、図５３（ｂ）または図５３（ｃ）のように、非正常的に工程が進められ、パターン上の異常領域が存在する場合には、収集されたスペックル情報と、標準サンプルのスペックル情報との差が顕著であり、その差値は、既設定基準を超えるものであり、従って、工程が非正常に進められたということを判断することができる。
【０３８２】
図５４は、他の例として、金属配線の線幅変化を、レーザスペックル分析で確認する例である。図５４（ａ）のように、正常な線幅を有した場合には、標準サンプルとの差が既設定基準以下である。しかし、図５４（ｃ）のように、非正常的に線幅が形成された領域７１がある場合には、標準サンプルとの差が顕著になり、それにより、工程が非正常的に進められたということを判断することができる。
【０３８３】
他の例として、シリコン基板に、イオン注入によって形成された活性領域の異常いかんについても、同一方式で検査可能である。
【０３８４】
本発明の一実施形態による他の試料特性探知装置によれば、シリコンウェーハの複数に形成されたパターン領域を順次に検査し、シリコンウェーハ内に形成された複数個のパターン領域全体に対して、それぞれパターン形状の有無を判定する機能を遂行することができる。図５５には、例示的に、シリコンウェーハ上に、複数個のパターン領域が形成されている場合が図示されている。その場合、該パターン領域は、最終的に工程が完了する場合、ソーイング（sawing）によって分離され、最終的に１つの素子になるように区画された領域である。
【０３８５】
図５６は、図５１の試料特性探知装置を利用し、検査領域により、パターンを検査する例示図である。本発明の一実施形態による試料特性探知装置を利用する場合、複数のパターン領域、例えば、図５６の矢印のように、左側最上端パターン領域から出発し、順次にレーザを照射し、情報収集部は、それぞれのパターン領域から、当該レーザスペックル情報を収集し、ＤＢ上に保存する。情報分析部は、ＤＢに保存された各パターン領域のレーザスペックル情報を分析し、全体パターン領域での平均値や標準偏差のような統計的分析を行う。その場合、レーザスペックル情報が平均値から顕著に外れたパターン領域は、他のパターン領域と異なる構造を有すると解釈することができ、工程が非正常的に進められた領域と見なすことができる。従って、かようなに非正常的に進められたパターン領域に係わる情報を出力することにより、ユーザがシリコンウェーハを局所的に切断して照射せずとも、非正常的なパターン領域に係わる情報を取得することができる。
【０３８６】
レーザスペックルを利用した非浸襲血流測定、Laser Speckle Contrast Imaging、非浸襲血管検査、血流測定を利用した個人認証など、レーザスペックルを活用した多様な分野に本発明適用が可能である。また、鏡面加工検査、多層構造フィルムの剥離検査などの製造検査分野においても、本発明の活用が可能である。また、バイナリイメージング（binary imaging）を利用した移動体の位置追跡、光学エンコーダを活用したローテーションセンサなどの分野においても、本発明の活用が可能である。
【０３８７】
以上、本発明について、望ましい実施形態を中心に説明した。本発明が属する技術分野で当業者であるならば、本発明の本質的な特性から外れない範囲で変形された形態で、本発明を具現することができるということを理解するであろう。従って、前述の開示された実施形態は、限定的な観点ではなく、説明的な観点から考慮されなければならない。本発明の範囲は、前述の説明ではなく、特許請求の範囲に示されており、それと同等な範囲内にある全ての差異は、本発明に含まれたものであると解釈されなければならない。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図５】
2018536856.tif 000020
【図６】
2018536856.tif 000021
【図７】
2018536856.tif 000022
【図８Ａ】
2018536856.tif 000023
【図８Ｂ】
2018536856.tif 000024
【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
2018536856.tif 000031
【図１６】
2018536856.tif 000032
【図１７Ａ】
2018536856.tif 000033
【図１７Ｂ】
2018536856.tif 000034
【図１８Ａ】
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【図１８Ｂ】
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【図１８Ｃ】
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【図１８Ｄ】
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【図１９Ａ】
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【図１９Ｂ】
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【図２０】
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【図２１Ａ】
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【図２１Ｂ】
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【図２１Ｃ】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５Ａ】
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【図２５Ｂ】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９Ａ】
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【図２９Ｂ】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【図４０】
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【図４１】
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【図４２】
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【図４３】
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【図４４】
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【図４５】
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【図４６】
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【図４７】
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【図４８】
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【図４９】
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【図５０】
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【図５１】
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【図５２】
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【図５３】
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【図５４】
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【図５５】
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【図５６】
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【手続補正書】
【提出日】平成29年4月20日(2017.4.20)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料に向けて波動を照射する波動源と、
前記照射された波動が、前記試料によって多重散乱されて発生したレーザスペックルを検出するが、前記レーザスペックルを、事前に設定された時点ごとに検出する検出部と、
前記検出されたレーザスペックルの経時的変化である時間相関関係を獲得し、前記獲得された時間相関関係に基づいて、前記試料の特性をリアルタイムで探知する制御部と、を含み、
前記検出部は、前記試料と前記検出部との間、または前記検出部内部の一領域において、前記レーザスペックルを検出する試料特性探知装置。
【請求項２】
前記制御部は、前記試料内部で動きがある細菌や微生物またはウイルスから生成されるスペックルの変化により、前記細菌や微生物またはウイルスの存在いかん、またはその濃度をリアルタイムで推定することを特徴とする請求項１に記載の試料特性探知装置。
【請求項３】
前記検出部は、前記試料の表面から一定距離離隔された第１領域において、前記レーザスペックルを検出することを特徴とする請求項１に記載の試料特性探知装置。
【請求項４】
前記第１領域は、前記試料の表面から第１距離離隔された第１地点を含む第１面と、前記試料の表面から前記第１距離より遠い第２距離離隔された第２地点を含む第２面との間に配置されることを特徴とする請求項３に記載の試料特性探知装置。
【請求項５】
前記時間相関関係は、第１時点で検出された前記レーザスペックルの第１映像情報と、前記第１時点と異なる第２時点で検出された前記レーザスペックルの第２映像情報との差を含むことを特徴とする請求項１に記載の試料特性探知装置。
【請求項６】
前記第１映像情報及び前記第２映像情報は、前記レーザスペックルのパターン情報、及び前記波動の強度情報のうち少なくともいずれか一つを含むことを特徴とする請求項５に記載の試料特性探知装置。
【請求項７】
前記試料を収容する試料配置部をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の試料特性探知装置。
【請求項８】
前記試料配置部内の前記試料に、所定抗生物質を投与する抗生物質適用部をさらに含み、
前記制御部は、前記レーザスペックルの時間相関関係に基づいて、前記試料に前記抗生物質が投与される前またはその後の前記試料内の微生物の存在いかん、または微生物の濃度を推定し、前記推定された微生物存在いかん、または前記微生物の濃度変化により、前記抗生物質の適合性をリアルタイムで判断することを特徴とする請求項７に記載の試料特性探知装置。
【請求項９】
前記試料が外部環境に露出されないように、少なくとも前記試料配置部をカバーするカバー部材と、
前記試料の一定培養環境を維持するように環境条件を調節する培養環境調節部と、をさらに含むことを特徴とする請求項７に記載の試料特性探知装置。
【請求項１０】
前記検出部を２以上含む場合、前記複数の検出部から検出された複数の前記レーザスペックルを利用し、三次元スペックルイメージを生成する三次元イメージ生成部をさらに含み、
前記制御部は、前記三次元スペックルイメージを利用し、前記試料の特性を探知することを特徴とする請求項１に記載の試料特性探知装置。
【請求項１１】
前記試料から多重散乱されて出射される前記波動の少なくとも一部を、前記試料に反射させ、前記試料での多重散乱回数を増幅させる多重散乱増幅部をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の試料特性探知装置。
【請求項１２】
前記多重散乱増幅部は、
前記試料の中心を通る延長線上に配置され、前記試料から多重散乱されて出射される前記波動の少なくとも一部を、前記試料に反射させる第１多重散乱増幅部と、
前記試料を基準に、前記第１多重散乱増幅部と対向するように配置され、前記試料から多重散乱されて出射される前記波動の少なくとも一部を、前記試料に反射させる第２多重散乱増幅部と、を含むことを特徴とする請求項１１に記載の試料特性探知装置。
【請求項１３】
試料を収容する試料配置部と、
前記試料配置部と隣接するように配置され、基準試料を収容する基準試料配置部と、
前記試料配置部内の前記試料、及び前記基準試料配置部内の前記基準試料に向けて波動を照射する波動源と、
前記照射された波動が、前記試料及び前記基準試料それぞれによって多重散乱されて発生した第１レーザスペックル及び基準レーザスペックルを検出するが、事前に設定された同一時点ごとに検出する検出部と、
前記検出された第１レーザスペックルを利用し、前記検出された第１レーザスペックルの経時的変化である時間相関関係を獲得し、前記獲得された時間相関関係に基づいて、前記試料の特性をリアルタイムで探知する制御部と、を含み、
前記検出部は、前記試料と前記検出部との間、または前記検出部内部の一領域において、前記レーザスペックルを検出する試料特性探知装置。
【請求項１４】
前記制御部は、前記試料内部で動きがある細菌や微生物またはウイルスから生成されるスペックルの変化により、前記細菌や微生物またはウイルスの存在いかん、またはその濃度をリアルタイムで推定することを特徴とする請求項１３に記載の試料特性探知装置。
【請求項１５】
前記試料配置部内の前記試料に、所定抗生物質を投与する抗生物質適用部をさらに含み、
前記制御部は、前記レーザスペックルの時間相関関係に基づいて、前記試料に前記抗生物質が投与される前またはその後の前記試料内の微生物の存在いかん、または微生物の濃度を推定し、前記推定された微生物存在いかん、または前記微生物の濃度変化により、前記抗生物質の適合性をリアルタイムで判断することを特徴とする請求項１３に記載の試料特性探知装置。
【請求項１６】
前記時間相関関係は、第１時点で検出された前記第１レーザスペックルの第１映像情報と、前記第１時点と異なる第２時点で検出された前記第１レーザスペックルの第２映像情報との差を含むことを特徴とする請求項１３に記載の試料特性探知装置。
【請求項１７】
前記第１映像情報及び前記第２映像情報は、レーザスペックルのパターン情報、及び波動の強度情報のうち少なくともいずれか一つを含むことを特徴とする請求項１６に記載の試料特性探知装置。
【請求項１８】
前記制御部は、前記検出された基準レーザスペックルを利用し、前記検出された基準レーザスペックルの基準情報を獲得し、前記基準情報を利用し、前記第１レーザスペックルの時間相関関係に係わるノイズを除去することを特徴とする請求項１７に記載の試料特性探知装置。
【請求項１９】
前記波動源から入射された波動を分割させ、複数の波動経路に提供する多重ビームリフレクタと、
前記多重ビームリフレクタから提供される前記波動経路上に配置され、前記試料及び前記基準試料で反射されて出射される前記波動の経路を変更し、前記検出部に提供するビームスプリッタと、をさらに含むことを特徴とする請求項１３に記載の試料特性探知装置。
【請求項２０】
試料に向けて波動を照射する波動源と、
前記照射された波動が、前記試料によって多重散乱されて発生したレーザスペックルを検出するが、前記レーザスペックルが拡散する経路上の一領域において、前記レーザスペックルを、事前に設定された時点ごとに検出する検出部と、
前記検出されたレーザスペックルの時間相関関係を獲得し、前記獲得された時間相関関係に基づいて、前記試料の特性をリアルタイムで探知する制御部と、を含む試料特性探知装置。
【国際調査報告】
2018536856.tif 000082
2018536856.tif 000083
2018536856.tif 000084
2018536856.tif 000085
2018536856.tif 000086
2018536856.tif 000087