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公開番号2023129747
公報種別公開特許公報(A)
公開日2023-09-15
出願番号2023090108,2022029963
出願日2023-05-31,2019-05-17
発明の名称光学検出システム
出願人ザウェーブトーク, インコーポレイテッド,THE WAVE TALK, INC.
代理人個人,個人,個人,個人,個人
主分類G01N 21/49 20060101AFI20230908BHJP(測定;試験)
要約【課題】カオス波センサーを利用し、リアルタイムで微生物または不純物を感知する光学検出システムを提供すること
【解決手段】本発明の一実施例において、波源から試料に向かって照射される波が前記試料によって多重散乱(multiple scattering)されて発生するレーザースペックル(laser speckle)を検出し、前記レーザースペックルの時間による変化に基づいて、試料内の微生物の存在をリアルタイム(real-time)で検出する光学検出システムが提供される。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
第１断面と、前記第１断面に対向する第２断面と、前記第１断面および前記第２断面を貫通して内部空間を形成する内面を含むボディ部とを備え、
前記ボディ部の前記内面は、前記内部空間に位置する流体内で前記第１断面と前記第２断面との間に入射する第１波の多重散乱（ｍｕｌｔｉｐｌｅｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ）の回数を増幅させるためのパターンが形成される多重散乱増幅領域を備え、
前記パターンは、前記内面から予め設定した深さｄを有する複数の溝が予め設定した間隔Λに配列されて形成される、パイプユニット。
続きを表示（約 1,500 文字）【請求項２】
前記パターンの前記深さｄおよび前記間隔Λは、前記第１波の波長λに基づいて決定される、請求項１に記載のパイプユニット。
【請求項３】
前記パターンの前記深さｄは、次の数式を満足するように決定される、請求項２に記載のパイプユニット。
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2023129747000020.jpg
34
56
ここにおいて、ｎは、流体の屈折率である。
【請求項４】
前記パターンの前記間隔Λは、次の数式を満足するように決定される、請求項２に記載のパイプユニット。
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23
44
ここにおいて、θは、前記パターンによって散乱される前記第１波の散乱角である。
【請求項５】
前記ボディ部には、前記流体内で多重散乱され、出射される第２波を検出する検出部に案内する１つ以上の出射ホールが形成される、請求項１に記載のパイプユニット。
【請求項６】
前記出射ホールが２つ以上存在する場合、前記出射ホールは、前記ボディ部の互いに異なる位置に配置される、請求項５に記載のパイプユニット。
【請求項７】
第１断面を通して流入される流体が第２断面を通して排出されるように、前記第１断面と前記第２断面とを貫通する内部空間が形成されるボディ部を備え、前記内部空間に位置する流体内で前記第１断面と前記第２断面との間に入射する第１波の多重散乱（ｍｕｌｔｉｐｌｅｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ）の回数を増幅させるための多重散乱増幅領域を含むパイプユニットと、
前記パイプユニットの前記流体に向かって前記第１波を照射する波源と、
前記パイプユニットの外部に配置され、前記の照射された第１波が前記流体内で多重散乱されて発生するレーザースペックル（ｌａｓｅｒｓｐｅｃｋｌｅ）を予め設定した第１時点ごとに検出する検出部と、
前記検出されたレーザースペックルを利用して前記検出されたレーザースペックルの時間的相関関係（ｔｅｍｐｏｒａｌｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ）を取得し、前記取得した時間的相関関係に基づいて前記流体内の不純物の存在をリアルタイム（ｒｅａｌ－ｔｉｍｅ）で推定する制御部と、を含み、
前記パイプユニットの前記ボディ部には、前記流体内で多重散乱され、出射される第２波を前記検出部に案内する１つ以上の出射ホールが形成される、不純物検出システム。
【請求項８】
前記ボディ部は、前記内部空間を囲む内面を備え、
前記ボディ部の前記内面に前記多重散乱増幅領域が備えられ、前記第１波の多重散乱（ｍｕｌｔｉｐｌｅｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ）の回数を増幅させるためのパターンが形成され、
前記パターンは、前記内面から予め設定した深さｄを有する複数の溝が予め設定した間隔Λに配列されて形成される、請求項７に記載の不純物検出システム。
【請求項９】
前記パターンの前記深さｄおよび前記間隔Λは、前記第１波の波長λに基づいて決定される、請求項８に記載の不純物検出システム。
【請求項１０】
前記パターンの前記深さｄは、次の数式を満足するように決定される、請求項９に記載の不純物検出システム。
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34
56
ここにおいて、ｎは、流体の屈折率である。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明の実施例は、微生物または不純物を検出する光学検出システムに関する。
続きを表示（約 1,500 文字）【背景技術】
【０００２】
人間は、様々な生物と同じ空間で生活している。目に見える生物から目に見えない生物まで、人間の周辺で一緒に生活しながら、人間に直接的または間接的に影響を与えている。その中で人間の健康に影響を与える微生物や小さな生物は、目にはよく見えないが、人間の周辺に存在し、様々な病気を誘発している。
【０００３】
目に見えない微生物を測定するために、従来では、微生物培養法、質量分析法（ｍａｓｓｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ）、核磁気共鳴（ｕｎｃｌｅａｒｍａｇｎｅｔｉｃｒｅｓｏｎａｎｃｅ）手法などを用いている。微生物培養法、質量分析法、核磁気共鳴手法の場合には、特定の種類の細菌を精密に測定することができるが、細菌を培養するための準備に時間がかかり、高コストで精密かつ複雑な装置を必要とする。
【０００４】
加えて、光学的手法を用いて微生物を測定する手法がある。例えば、光学的手法としてラマン分光法（Ｒａｍａｎｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ）やマルチスペクトル画像（Ｍｕｌｔｉｓｐｅｃｔｒａｌｉｍａｇｉｎｇ）が利用されるが、複雑な光学系が必要となり、複雑な光学系を扱うことができる専門的な知識および研究室レベルの設備が求められる。さらに、長い測定時間を必要とするため、一般大衆が使用することに問題がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
前述の問題および／または限界を解決するために、カオス波センサーを利用し、リアルタイムで微生物または不純物を感知する光学検出システムを提供することに目的がある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一実施例において、第１断面を通して流入される流体が第２断面を通して排出されるように、前記第１断面と前記第２断面とを貫通する内部空間が形成されるボディ部を備え、前記内部空間に位置する流体内で前記第１断面と前記第２断面との間に入射する第１波の多重散乱（ｍｕｌｔｉｐｌｅｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ）の回数を増幅させるための多重散乱増幅領域を含むパイプユニットと、前記パイプユニットの前記流体に向かって前記第１波を照射する波源と、前記パイプユニットの外部に配置され、前記の照射された第１波が前記流体内で多重散乱されて発生するレーザースペックル（ｌａｓｅｒｓｐｅｃｋｌｅ）を予め設定した第１時点ごとに検出する検出部と、前記検出されたレーザースペックルを利用して前記検出されたレーザースペックルの時間的相関関係（ｔｅｍｐｏｒａｌｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ）を取得し、前記取得した時間的相関関係に基づいて前記流体内の不純物の存在をリアルタイム（ｒｅａｌ－ｔｉｍｅ）で推定する制御部と、を含み、前記パイプユニットの前記ボディ部には、前記流体内で多重散乱され、出射される第２波を前記検出部に案内する１つ以上の出射ホールが形成される、不純物検出システムが提供される。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の実施例に係る光学検出システムは、レーザースペックルの時間的相関関係の変化を利用することで、低コストで迅速に、試料内の不純物の存在または濃度を推定することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
図１は、本発明の一実施例に係るカオス波センサーの原理を説明する図である。
【０００９】
図２は、本発明の一実施例に係る不純物検出システムを概略的に示す概念図である。
【００１０】
図３は図２のＩＩ－ＩＩ線に沿って切り取った断面図である。
（【００１１】以降は省略されています）

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