KR102134343B1 - Bio material detecting system and detecting method - Google Patents
Bio material detecting system and detecting method Download PDFInfo
- Publication number
- KR102134343B1 KR102134343B1 KR1020180130237A KR20180130237A KR102134343B1 KR 102134343 B1 KR102134343 B1 KR 102134343B1 KR 1020180130237 A KR1020180130237 A KR 1020180130237A KR 20180130237 A KR20180130237 A KR 20180130237A KR 102134343 B1 KR102134343 B1 KR 102134343B1
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- light
- color
- optical
- plate
- observation plate
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
- G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
- G01N21/25—Colour; Spectral properties, i.e. comparison of effect of material on the light at two or more different wavelengths or wavelength bands
- G01N21/31—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
- G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
- G01N21/25—Colour; Spectral properties, i.e. comparison of effect of material on the light at two or more different wavelengths or wavelength bands
- G01N21/31—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry
- G01N21/314—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry with comparison of measurements at specific and non-specific wavelengths
- G01N2021/317—Special constructive features
- G01N2021/3174—Filter wheel
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Immunology (AREA)
- Pathology (AREA)
- Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
Abstract
바이오 물질의 검출 시스템은 광원과, 광원에서 발생한 광의 일부 색상의 광을 투과시키거나 반사시키는 미세 패턴을 포함하며 표면에 관측 대상물이 배치되는 관측판과, 관측판을 투과하거나 관측판에서 반사한 광을 영상신호로 변환하는 영상장치와, 광원에서 발생하는 광의 색상이나 관측판을 투과하거나 관측판에서 반사한 광의 색상을 변경하는 광색상 변경부와, 광색상 변경부에 의해 광의 색상이 변경될 때마다 영상장치에서 변환된 영상신호를 획득하는 영상처리부를 포함한다.The biomaterial detection system includes a light source, a fine pattern that transmits or reflects light of some color of light generated from the light source, an observation plate on which an object to be observed is disposed, and light transmitted through or reflected from the observation plate. When converting the color of light by an image device that converts to an image signal, an optical color changing unit for changing the color of light emitted from a light source or the color of light transmitted through or reflected from the observation panel, and the optical color changing unit It includes an image processing unit for acquiring the converted image signal in each imaging device.
Description
실시예들은 바이오 물질의 검출 시스템 및 검출 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 바이오 물질과 관련된 분광 스펙트럼 및 색상 정보(색상의 세기 및 종류)를 획득함으로써 바이오 물질의 특성을 정밀하게 검출할 수 있는 바이오 물질의 검출 시스템 및 검출 방법에 관한 것이다.Embodiments relate to a detection system and a detection method of a biomaterial, and more specifically, a biomaterial capable of accurately detecting characteristics of a biomaterial by obtaining spectral spectrum and color information (color intensity and type) related to the biomaterial. It relates to a material detection system and a detection method.
현미경과 같은 광학장비를 이용하여 세포와 같은 바이오 물질을 관찰할 때에 세포를 이루는 다양한 단백질 등의 요소들은 투명한 광학적 성질을 갖거나 무채색을 띄기 때문에 바이오 물질의 구성을 정확하게 식별하기가 매우 어렵다. When observing biomaterials such as cells using optical equipment such as a microscope, it is very difficult to accurately identify the composition of biomaterials because elements such as various proteins constituting cells have transparent optical properties or have achromatic color.
세포와 같은 바이오 물질을 더 정확하게 식별하기 위한 목적으로 형광성 물질을 마커(marker; 식별자)로 이용하는 방법이 사용되기도 한다. 형광성 물질을 마커로 이용하기 위해 단백질이나 세포 구조물에 형광성 물질을 부착하면 형광성 물질로부터 발현되는 형광에 의해 세포의 구조를 간접적으로나마 관찰할 수 있다. 그러나 형광성 물질을 마커로 이용하는 분석 방법은 매우 복잡하며, 때로는 의도하지 않은 결과가 발생하기도 한다. 또한 모든 단백질에 적합한 마커는 존재하지 않으므로, 바이오 물질의 구조를 정확하게 관찰하기 어려운 상황이 발생하기도 한다.For the purpose of more accurately identifying biomaterials such as cells, a method using a fluorescent material as a marker (identifier) is also used. When a fluorescent substance is attached to a protein or cell structure in order to use the fluorescent substance as a marker, the structure of the cell can be observed indirectly by fluorescence expressed from the fluorescent substance. However, the analytical method using a fluorescent material as a marker is very complex, and sometimes unintended results may occur. In addition, since there are no suitable markers for all proteins, there are situations in which it is difficult to accurately observe the structure of biomaterials.
분광 스펙트럼 관측장비를 이용하여 바이오 물질의 광학적 특성을 관측하기도 하는데, 분광 스펙트럼 관측장비는 스펙트럼 전체 영역이 집합되어 있는 상태의 광을 수광하여 이로부터 분광 스펙트럼을 측정한다. 그러나 종래의 분광 스펙트럼 관측장비는 미세한 크기의 복수 개의 화소별로 분광 스펙트럼을 확보할 수 없으므로 미세한 크기의 시편을 분석하기에 적합하지 않다.The optical properties of biomaterials are also observed using a spectral spectrum observation device. The spectral spectrum observation device receives light in a state where the entire spectrum is aggregated and measures the spectral spectrum therefrom. However, the conventional spectral spectrum observation equipment is not suitable for analyzing a specimen of a fine size because the spectral spectrum of a plurality of pixels of a fine size cannot be obtained.
한국 등록특허 제10-1706180호에 개시된 장비의 경우 CCD 카메라를 이용하여 획득한 컬러 이미지로부터 사람의 시각과 유사한 수준에 근접하도록 색상 신호 처리된 데이터를 획득할 수 있다. 그러나 CCD 카메라 등으로부터 획득한 영상신호는 바이오 물질로부터 입사되는 광에 실제로 포함된 스펙트럼 정보 중의 일부인 특정 영역의 스펙트럼에 대한 값만을 포함하므로 바이오 물질의 구성에 따른 미세한 색상 변화와 관련된 정보를 획득하기가 어렵다.In the case of the equipment disclosed in Korean Patent Registration No. 10-1706180, color signal-processed data can be obtained to approximate a human visual level from a color image acquired using a CCD camera. However, since the image signal obtained from a CCD camera or the like contains only the value for the spectrum of a specific region that is part of the spectral information actually included in the light incident from the biomaterial, it is difficult to obtain information related to minute color changes according to the composition of the biomaterial. It is difficult.
세포 내부에 포함된 다양한 단백질은 전기 광학적 특성의 차이가 크지 않은 경우가 다수 존재하므로, 단순하게 관찰하는 방식을 이용하는 경우 색상의 차이에 대한 콘트라스트가 크지 않아 정밀한 관측이 어려울 수 있다. Since there are many cases in which the difference in the electro-optical properties of the various proteins contained in the cell is not large, when using a simple observation method, the contrast for the color difference is not large, and thus, accurate observation may be difficult.
단순하게 관찰하는 방식의 단점을 극복하기 위하여 컬러 사진으로부터 획득할 수 있는 RGB 색좌표 등을 기반으로 신호 처리를 실시하여 영상의 컬러 콘트라스트를 향상시키는 방법이 이용되기도 하지만, 매우 미세한 변화가 존재할 때에는 이러한 신호처리 방법으로도 변화를 정밀하게 식별하기 어렵다.In order to overcome the shortcomings of the simple observation method, a method of improving color contrast of an image by performing signal processing based on RGB color coordinates, etc., which can be obtained from a color photograph is sometimes used. It is difficult to accurately identify changes even with a treatment method.
실시예들은 바이오 물질과 관련된 분광 스펙트럼 및 색상 정보(색상의 세기 및 종류)를 획득함으로써 바이오 물질의 특성을 정밀하게 검출할 수 있는 바이오 물질의 검출 시스템 및 검출 방법을 제공한다.The embodiments provide a biomaterial detection system and a detection method capable of accurately detecting characteristics of a biomaterial by obtaining spectral spectrum and color information (color intensity and type) related to the biomaterial.
실시예들은 또한 다양한 분광 스펙트럼 영역에 대해 미세한 크기의 화소별로 영상처리를 실행함으로써 바이오 물질의 특성을 정밀하게 검출할 수 있는 바이오 물질의 검출 시스템 및 검출 방법을 제공한다.The embodiments also provide a biomaterial detection system and a detection method capable of precisely detecting characteristics of a biomaterial by performing image processing for each pixel of a fine size for various spectral spectral regions.
일 실시예에 관한 바이오 물질의 검출 시스템은 광원과, 광원에서 발생한 광의 일부 색상의 광을 투과시키거나 반사시키는 미세 패턴을 포함하며 표면에 관측 대상물이 배치되는 관측판과, 관측판을 투과하거나 관측판에서 반사한 광을 영상신호로 변환하는 영상장치와, 광원에서 발생하는 광의 색상이나 관측판을 투과하거나 관측판에서 반사한 광의 색상을 변경하는 광색상 변경부와, 광색상 변경부에 의해 광의 색상이 변경될 때마다 영상장치에서 변환된 영상신호를 획득하는 영상처리부를 포함한다.A biomaterial detection system according to an embodiment includes a light source, a micropattern that transmits or reflects light of a part of the color of light generated from the light source, and an observation plate on which an object to be observed is disposed, and transmits or observes the observation plate. An imaging device that converts the light reflected from the plate into an image signal, an optical color changing unit that transmits the color of light generated by the light source or the color of the light transmitted through the observation plate or reflected by the observation plate, and the optical color changing unit And an image processing unit that acquires the image signal converted by the image device whenever the color is changed.
바이오 물질의 검출 시스템은 서로 상이한 색상의 광을 필터링하는 복수 개의 광학필터를 더 포함할 수 있고, 광색상 변경부는 광학필터의 하나를 선택하여 관측판을 투과하거나 관측판에서 반사한 광이 영상장치로 이동하는 광경로 상에 선택한 광학필터의 하나를 위치시킬 수 있다.The biomaterial detection system may further include a plurality of optical filters that filter light of different colors, and the light color changing unit selects one of the optical filters to transmit the observation plate or the light reflected from the observation plate is an imaging device. One of the selected optical filters may be positioned on the optical path moving to.
바이오 물질의 검출 시스템은 광학필터를 지지하며 회전함으로써 광학필터의 하나를 선택하여 광경로 상에 위치시키는 회전판과, 회전판을 회전시키는 구동부를 더 포함할 수 있다.The biomaterial detection system may further include a rotating plate for selecting one of the optical filters and rotating the rotating plate by supporting and rotating the optical filter, and a rotating portion for rotating the rotating plate.
바이오 물질의 검출 시스템은 광학필터를 지지하며 직선적으로 이동함으로써 광학필터의 하나를 선택하여 광경로 상에 위치시키는 직선이동판과, 직선이동판을 이동시키는 구동부를 더 포함할 수 있다.The biomaterial detection system may further include a linear moving plate for selecting one of the optical filters and linearly moving the linear moving plate by moving linearly while supporting the optical filter, and a driving unit for moving the linear moving plate.
바이오 물질의 검출 시스템은 영상장치로 유입되는 광이 진행하는 광경로 상에 배치되어 광을 투과시키며, 광색상 변경부로부터 전기신호가 인가되면 투과시키는 광의 색상을 변경하는 전기식 광학필터를 더 포함할 수 있다.The biomaterial detection system may further include an electric optical filter that is disposed on an optical path through which light entering the imaging device passes, and transmits light, and changes the color of transmitted light when an electrical signal is applied from the light color changing unit. Can.
광원은 서로 상이한 색상의 광을 발생하는 복수 개의 하위 광원을 포함할 수 있으며, 광색상 변경부는 하위 광원의 적어도 하나를 선택적으로 작동시킴으로써 광원에서 발생하는 광의 색상을 변경할 수 있다.The light source may include a plurality of sub-light sources generating light of different colors, and the light color changing unit may change the color of light generated by the light source by selectively operating at least one of the sub-light sources.
관측판은 광을 투과시키는 투명한 소재의 투명판과, 투명판의 표면에 배치된 금속박막을 포함할 수 있고, 미세 패턴은 금속박막에 형성될 수 있다.The observation plate may include a transparent plate made of a transparent material that transmits light, and a metal thin film disposed on the surface of the transparent plate, and a fine pattern may be formed on the metal thin film.
다른 실시예에 관한 바이오 물질의 검출 방법은 광원에서 발생한 광을 미세 패턴을 포함하며 표면에 관측 대상물이 배치되는 관측판을 향하여 조사하는 단계와, 광원에서 발생하는 광의 색상이나 관측판을 투과하거나 관측판에서 반사한 광의 색상을 변경하는 단계와, 관측판을 투과하거나 관측판에서 반사한 광을 영상신호로 변환함으로써 관측 대상물을 촬영하는 단계와, 광의 색상을 변경 단계에서 광의 색상이 변경될 때마다 관측 대상물을 촬영하는 단계에서 촬영된 영상신호를 획득하는 단계와, 미리 정해진 횟수만큼 광색상 변경이 완료될 때까지 광의 색상을 변경하는 단계와 관측 대상물을 촬영하는 단계와 촬영된 영상신호를 획득하는 단계를 반복하는 단계와, 미리 정해진 횟수만큼 광색상 변경이 완료된 후에 복수 개의 광의 색상에 대응하는 복수 개의 영상들을 나타내는 영상신호로부터 스펙트럼 데이터를 생성하는 데이터 생성단계를 포함한다.The method for detecting biomaterial according to another embodiment includes irradiating light emitted from a light source toward an observation plate on which a surface to be observed is disposed, and transmitting or observing the color of the light generated from the light source or the observation plate. The step of changing the color of light reflected from the plate, the step of taking an observation object by transmitting the observation plate or converting the light reflected from the observation plate into an image signal, and whenever the color of the light is changed in the step of changing the color of light Acquiring a video signal photographed in a step of photographing an object to be observed, changing a color of light until a photo color change is completed a predetermined number of times, photographing an object to be observed, and acquiring a photographed video signal And repeating the step and a data generation step of generating spectral data from image signals representing a plurality of images corresponding to the colors of the plurality of lights after the light color change is completed a predetermined number of times.
상술한 실시예들에 관한 바이오 물질의 검출 시스템 및 방법에 의하면 관측 대상물에 포함된 물질들이 투명하더라도 유채색의 투과 또는 반사된 광에 의한 영상 및 데이터를 확보할 수 있으므로 마커를 사용하지 않고도 세포의 구조와 이종 구성물질을 정밀하게 식별하여 관측할 수 있다.According to the system and method for detecting biomaterials according to the above-described embodiments, even if the materials included in the object to be observed are transparent, it is possible to secure images and data by chromatic transmission or reflected light. And heterogeneous substances can be accurately identified and observed.
또한 컬러 필터들이나 컬러 광원을 이용하여 일부 색상의 광을 선택함으로써 특정한 파장의 강도(intensity)를 확보한 후 상이한 색상의 광에 해당하는 복수의 영상들을 나타내는 영상신호를 합쳐 분광 스펙트럼 및 색상 정보(색상의 세기 및 종류)을 얻을 수 있으며, 분광 스펙트럼을 나타내는 이미지를 신호 처리하면 화소별 스펙트럼을 얻을 수 있다. 이로 인해 바이오 물질이 갖는 다양한 컬러를 매우 미세한 화소 단위로 분석할 수 있고, 컬러 콘트라스트를 정교하게 확대할 수 있어서 유사한 물질들의 사이의 선택성 및 크기에 따르는 공간 분해능을 향상할 수 있다.In addition, by selecting light of some color by using color filters or a color light source, after securing an intensity of a specific wavelength, the image signals representing a plurality of images corresponding to light of different colors are combined to obtain spectral spectrum and color information (color Intensity and type), and signal-processing an image representing the spectral spectrum to obtain a spectrum for each pixel. Due to this, various colors of the biomaterial can be analyzed in a very fine pixel unit, and color contrast can be precisely enlarged, thereby improving spatial resolution according to selectivity and size between similar materials.
도 1은 일 실시예에 관한 바이오 물질의 검출 시스템을 개략적으로 도시한 개념도이다.
도 2는 도 1에 나타난 실시예에 관한 바이오 물질의 검출 시스템의 사시도이이다.
도 3은 다른 실시예에 관한 바이오 물질의 검출 시스템을 개략적으로 도시한 개념도이다.
도 4는 또 다른 실시예에 관한 바이오 물질의 검출 시스템을 개략적으로 도시한 개념도이다.
도 5는 또 다른 실시예에 관한 바이오 물질의 검출 시스템을 개략적으로 도시한 개념도이다.
도 6은 또 다른 실시예에 관한 바이오 물질의 검출 방법의 단계들을 나타낸 순서도이다.1 is a conceptual diagram schematically showing a biomaterial detection system according to an embodiment.
2 is a perspective view of a biomaterial detection system according to the embodiment shown in FIG. 1.
3 is a conceptual diagram schematically showing a biomaterial detection system according to another embodiment.
4 is a conceptual diagram schematically showing a biomaterial detection system according to another embodiment.
5 is a conceptual diagram schematically showing a biomaterial detection system according to another embodiment.
6 is a flowchart illustrating steps of a method for detecting biomaterial according to another embodiment.
본 발명은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 한편, 본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다. 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 구성요소들은 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.The present invention will become apparent with reference to the embodiments described below in detail together with the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below, but will be implemented in various different forms, and only the present embodiments allow the disclosure of the present invention to be complete, and the general knowledge in the technical field to which the present invention pertains. It is provided to fully inform the holder of the scope of the invention, and the invention is only defined by the scope of the claims. On the other hand, the terms used in this specification are for describing the embodiments and are not intended to limit the present invention. In the present specification, the singular form also includes the plural form unless otherwise specified in the phrase. As used herein, "comprises" and/or "comprising" refers to the components, steps, operations and/or elements mentioned above, the presence of one or more other components, steps, operations and/or elements. Or do not exclude additions. Terms such as first and second may be used to describe various components, but components should not be limited by terms. The terms are only used to distinguish one component from other components.
도 1은 일 실시예에 관한 바이오 물질의 검출 시스템을 개략적으로 도시한 개념도이고, 도 2는 도 1에 나타난 실시예에 관한 바이오 물질의 검출 시스템의 사시도이다.1 is a conceptual diagram schematically showing a biomaterial detection system according to an embodiment, and FIG. 2 is a perspective view of the biomaterial detection system according to the embodiment shown in FIG. 1.
도 1 및 도 2에 나타난 실시예에 관한 바이오 물질의 검출 시스템은 광을 방출하는 광원(10)과, 광원(10)에서 발생한 광을 투과할 수 있는 미세 패턴(20a)을 포함하며 표면에 관측 대상물(7)이 배치되는 관측판(20)과, 관측판(20)을 투과한 광을 수신하여 영상신호로 변환하는 영상장치(40)와, 관측판(20)을 투과한 광의 색상을 변경하는 광색상 변경부(72)와, 광색상 변경부(72)에 의해 광의 색상이 변경될 때마다 영상장치(40)에서 변환되는 영상신호를 획득하는 영상처리부(71)를 포함한다.The biomaterial detection system according to the embodiment shown in FIGS. 1 and 2 includes a
광원(10)은 관측판(20)을 향하여 광을 방출할 수 있다. 도 1 및 도 2에 도시된 실시예에서 광원(10)이 방출하는 광은 백색광이지만 실시예는 광의 종류에 의해 제한되지 않는다. 광원(10)은 예를 들어 검출 목적에 적합하도록 미리 정해진 파장의 레이저 또는 편광된 광을 방출할 수도 있다.The
광원(10)은 광원(10)의 중심(광축의 중심)이 관측판(20)에 대략 수직한 방향이 되는 위치에 배치될 수 있으나, 실시예는 광원(10)의 위치에 의해 한정되지 않는다. 예를 들어 광원(10)의 중심(광축의 중심)이 관측판(20)의 표면에 대해 경사를 이루도록 배치될 수 있다. 광원(10)의 중심(광축의 중심)이 관측판(20)의 표면에 대해 경사를 이룰 때에는 여러 가지 각도의 범위, 예를 들어 광원(10)의 광축의 중심의 방향이 관측판(20)의 표면에 대해 이루는 각도가 30도, 45도, 60도 등의 각도의 범위가 되도록 광원(10)의 방향이 조정될 수 있다.The
관측판(20)은 광원(10)으로부터 전달된 광을 투과시키거나 반사시키는 미세 패턴(20a)을 포함하며 표면에 관측 대상물(7)이 배치될 수 있다. 도 1 및 도 2에 도시된 실시예에서 관측판(20)은 투명한 유리나 투명한 플라스틱 소재로 제작되며, 나노 미터 ~ 마이크로 미터 수준의 직경을 갖는 미세 패턴(20a)을 포함한다. 미세 패턴(20a)은 예를 들어 관측판(20)의 전체 영역에 걸쳐 관측판(20)을 관통하도록 형성된 복수 개의 미세 크기의 구멍들을 포함할 수 있다. The
미세 패턴(20a)은 광원(10)으로부터 전달된 광을 투과시킴과 아울러 미세 패턴(20a)의 크기(직경)와 미세 패턴(20a)의 사이의 이격 거리(피치 간격)와 형상 등에 의해 정해지는 광학적 필터 기능을 수행할 수 있다. 즉 미세 패턴(20a)은 광원(10)이 방출한 광에 포함된 여러 가지 영역의 스펙트럼의 일부에 해당하는 일부 색상의 광만을 선택적으로 투과시키거나 반사시키는 광학적 필터 기능을 수행할 수 있다.The
미세 패턴(20a)은 100nm 내지 1000nm의 간격(pitch)으로 배열되며 10nm 내지 800nm인 내경을 갖는 구멍들일 수 있다. 또는 미세 패턴(20a)은 200nm 내지 500nm의 간격(pitch)으로 배열되며 100nm 내지 250nm인 내경을 갖는 구멍들일 수 있다. The
미세 패턴(20a)은 원형 또는 사각형 모양의 미세 구멍들일 수 있으며, 인접하는 미세 구멍들은 규칙적인 간격으로 배열된다. 미세 패턴(20a)의 미세 구멍들의 모양은 원형 또는 사각형으로만 한정되는 것은 아니며, 직사각형 또는 타원형과 같은 여러 가지 모양으로 변형될 수 있다. 또한 미세 패턴(20a)은 간격이 불규칙적으로 배열되는 미세 구멍들을 포함할 수 있다.The
다른 예로서 관측판(20)의 미세 패턴(20a)은 100nm 내지 1000nm의 간격으로 배열되며 폭이 10nm 내지 800nm인 직선 형상의 미세 구멍들을 포함할 수 있다. 또한 미세 패턴(20a)은 200nm 내지 500nm의 간격으로 배열되며 폭이 100nm 내지 250nm인 직선 형상의 구멍들을 포함할 수 있다. As another example, the
또 다른 예로서 미세 패턴(20a)은 서로 교차하여 '+' 모양을 형성하는 직선 형상의 미세 구멍들을 포함할 수 있다. 미세 구멍들이 사각형, 직각사각형 등 비대칭 구조를 형성할 경우 필터링되는 광에 편광 특성을 더함으로써 세포 분석 시 편리할 수 있다.As another example, the
실시예는 상술한 관측판(20) 및 미세 패턴(20a)의 구성과 소재에 의해 제한되는 것은 아니며, 관측판(20)은 예를 들어 유리나 플라스틱 소재 등의 투명한 기판과, 투명한 기판 위에 금속성 박막을 증착함으로써 제작될 수 있다. The embodiment is not limited by the configuration and material of the above-described
실시예들의 미세 패턴(20a)은 관측판(20)을 관통하는 미세 구멍들만을 포함하는 구조로 제한되지 않으며, 예를 들어 미세 패턴(20a)은 소정의 깊이로 함몰되는 홈이나, 소정의 높이로 돌출되는 돌기를 포함할 수 있다. 예를 들어, 관측판(20)의 미세 패턴(20a)은 내경이 10nm 내지 800nm인 금속 소재의 돌출하는 돌기나 오목한 홈 형상의 구조체를 포함할 수 있다. 또는 미세 패턴(20a)은 내경이 100nm 내지 250nm인 금속 소재의 돌출하는 돌기나 오목한 홈 형상의 구조체를 포함할 수 있다.The
광원(10)에서 발생한 광이 관측판(20)을 투과하며 관측판(20)의 미세 패턴(20a)에 의해 특정한 색상을 갖는 광인 '필터링된 광'으로 변환된다. 필터링된 광의 파장은 관측판(20)의 표면에 배치된 관측 대상물(7)의 광학적 성질에 의해 영향을 받으며 변경된다. Light generated from the
종래의 현미경을 이용한 세포 관찰 시에는 세포에 포함된 어떤 요소는 투명하기 때문에 다른 요소와 구분이 되지 않거나, 상이한 요소들임에도 불구하고 동일한 색상을 갖는 것이라고 인식되었다. When observing cells using a conventional microscope, it was recognized that certain elements contained in the cells were transparent, and therefore were not distinguishable from other elements or had the same color despite different elements.
상술한 실시예에 관한 바이오 물질의 검출 시스템에서는 관측판(20)의 미세 패턴(20a)의 광 필터링 특성으로 인하여 관측 대상물(7)에 포함된 투명한 요소들이 색상을 띄게 되며, 서로 상이한 광학적 성질을 갖는 요소들이 상이한 색상을 띄게 되므로 세포와 같은 바이오 물질의 관측 성능이 향상된다.In the biomaterial detection system according to the above-described embodiment, due to the light filtering characteristics of the
영상장치(40)는 필터링된 광이 관측판(20)의 표면에 배치된 관측 대상물(7)을 투과한 광을 수광하여 영상신호로 변환하는 기능을 수행한다. 관측판(20)의 미세 패턴(20a)의 광 필터링 특성에 의해 관측판(20)을 통과하는 광은 특정 색상을 갖는 필터링된 광으로 변경되므로, 필터링된 광이 관측 대상물(7)을 투과한 후 영상장치(40)로 결상되어 생성되는 관측 대상물(7)의 상(이미지; image)은 특정 색상을 갖는 상이 된다. The
관측판(20)과 관측 대상물(7)을 투과한 광은 관측판(20)과 영상장치(40)의 사이에 배치된 광학장치(30)를 통과하여 확대된 후 영상장치(40)에 결상된다. 광학장치(30)는 렌즈(31)를 포함할 수 있으며, 예를 들어 현미경과 같은 확대 기능을 갖는 장치로 구현될 수 있다.The light transmitted through the
영상장치(40)는 예를 들어 CCD 카메라, CMOS 카메라, 컬러센서, 및 라인센서 카메라 등의 적어도 하나를 포함할 수 있다. 영상장치(40)는 광학장치(30)를 통과하여 확대된 상을 수신함으로써 상을 영상신호로 변환하는 기능을 수행한다. 영상신호는 전기적인 신호의 형태이거나, 컴퓨터의 데이터 라인을 통해 전달될 수 있는 데이터나, 저장장치에 저장될 수 있는 이미지 파일의 형태일 수 있다.The
광색상 변경부(72)는 관측판(20)에서 투과한 광의 색상을 변경하는 기능을 수행한다. The light
영상장치(40)와 관측판(20)의 사이에는 서로 상이한 색상의 광을 필터링할 수 있는 복수 개의 광학필터(83a, 83b)와, 복수 개의 광학필터(83a, 83b)를 이동시키는 필터 구동 장치(80)가 배치된다. 광색상 변경부(72)는 필터 구동 장치(80)를 제어함으로써 복수 개의 광학필터(83a, 83b)의 하나를 선택하여 관측판(20)을 투과한 광이 영상장치(40)로 이동하는 광경로 상에 선택한 광학필터의 하나를 위치시킨다. Between the
도 1 및 도 2에 도시된 실시예에서 복수 개의 광학필터(83a, 83b)는 회전하도록 배치된 회전판(82)에 의해 지지된다. 회전판(82)은 관측판(20)을 투과한 광이 진행하는 광경로를 가로지르는 방향으로 회전하도록 배치되며, 복수 개의 광학필터(83a, 83b)는 회전판(82)의 회전 중심을 따라 원주 방향으로 서로 이격되는 위치에 배치된다. 회전판(82)은 구동부(81)에 의해 구동됨으로써 회전 운동을 할 수 있다. 광색상 변경부(72)는 구동부(81)에 제어신호를 인가함으로써 회전판(82)을 회전시켜 복수 개의 광학필터(83a, 83b)의 어느 하나를 광경로 상에 위치시킬 수 있다.1 and 2, the plurality of
영상장치(40)가 관측판(20)으로부터 전달된 광을 영상신호로 변환하는 촬영동작과 연동하여 광색상 변경부(72)가 복수 개의 광학필터(83a, 83b) 중 하나를 선택하여 선택한 광학필터를 광경로 상에 위치시켜 광의 색상을 변경하는 동작을 실행할 수 있다. The optical
광색상 변경부(72)에 의해 관측판(20)으로부터 영상장치(40)로 전달되는 광의 색상이 변경될 때마다 영상장치(40)가 촬영동작을 실행하여, 변경된 광의 색상에 대응하는 복수 개의 영상신호를 생성한다. Whenever the color of the light transmitted from the
광색상 변경부(72)에 의해 영상장치(40)로 전달되는 광의 색상이 변경될 때마다 영상장치(40)는 복수 개의 광학필터(83a, 83b) 중 광경로 상에 위치한 광학필터를 통과함으로써 특정 색상의 강도(intensity)가 강화된 최종 필터링된 광을 수광하여 영상신호를 생성한다.Whenever the color of light transmitted to the
영상처리부(71)는 영상장치(40)와 전기적으로 연결되며, 영상처리부(71)가 영상장치(40)에 촬영동작을 지시하는 제어신호를 인가한다. 또한 영상처리부(71)는 영상장치(40)가 생성한 영상신호를 획득하여 분광 스펙트럼 데이터 및 색상 정보(색상의 세기 및 종류)를 생성할 수 있다. The
더 구체적으로, 영상처리부(71)는 광색상 변경부(72)에 의해 영상장치(40)로 전달되는 광의 색상이 변경될 때마다 영상장치(40)가 생성한 영상신호를 획득하는 기능을 수행한다. 또한 광색상 변경부(72)에 의한 광의 색상의 변경 동작과 영상장치(40)의 촬영동작이 모두 종료한 경우, 영상장치(40)로부터 획득한 영상신호를 취합하여 분광 스펙트럼 데이터 및 색상 정보(색상의 세기 및 종류)를 생성한다. 광색상 변경부(72)에 의한 광의 색상의 변경 동작과 영상장치(40)의 촬영동작은 미리 정해진 횟수만큼 반복하여 실행될 수 있으며, 예를 들어 필터의 개수에 대응하는 횟수만큼 반복하여 실행될 수 있다. More specifically, the
영상처리부(71)는 스펙트럼의 세기 및 파형 등의 지표를 기준으로 신호 처리를 실시함으로써 높은 컬러 대비(contrast)를 갖는 영상(image)을 생성할 수 있다.The
광색상 변경부(72)에 의해 영상장치(40)로 전달되는 광의 색상이 변경될 때마다 영상장치(40)가 영상신호를 생성하므로, 광색상 변경부(72)에 의한 광의 색상의 변경 동작과 영상장치(40)의 촬영동작이 모두 종료하였을 때 영상처리부(71)는 복수 개의 광학필터(83a, 83b)의 각각에 대응하는 복수 개의 영상을 나타내는 영상신호를 획득할 수 있다. Whenever the color of the light transmitted to the
영상처리부(71)는 복수 개의 영상으로부터 화소별 분광 스펙트럼을 재구성할 수 있다. 영상처리부(71)는 또한 화소별 분광 스펙트럼의 파형 데이터를 이용하여 컬러 신호처리를 실시함으로써 관측 대상물(7)의 물질에 특유한 컬러 콘트라스트(대비)를 확대할 수 있다.The
제어기(70)는 영상처리부(71)와 광색상 변경부(72)를 포함하며, 바이오 물질의 검출 시스템의 여러 가지 구성요소들을 제어하며 데이터를 생성하는 기능을 수행한다. 제어기(70)는 예를 들어 제어용 컴퓨터나, 컴퓨터에 장착될 수 있는 제어용 회로기판이나, 회로기판에 장착될 수 있는 제어용 회로칩이나, 컴퓨터나 회로칩에 내장될 수 있는 제어용 소프트웨어의 적어도 하나의 형태로 구현될 수 있다.The
도 3은 다른 실시예에 관한 바이오 물질의 검출 시스템을 개략적으로 도시한 개념도이다. 도 3에 나타난 실시예에 관한 바이오 물질의 검출 시스템의 구성은 도 1 및 도 2에 도시된 실시예에 관한 바이오 물질의 검출 시스템의 구성과 유사하다. 3 is a conceptual diagram schematically showing a biomaterial detection system according to another embodiment. The configuration of the biomaterial detection system according to the embodiment shown in FIG. 3 is similar to the configuration of the biomaterial detection system according to the embodiments shown in FIGS. 1 and 2.
도 3에 나타난 실시예에 관한 바이오 물질의 검출 시스템은 복수 개의 광학필터(183a, 183b)를 지지하는 직선이동판(182)과, 직선이동판(182)을 이동시키는 구동부(181)를 포함한다.The biomaterial detection system according to the embodiment shown in FIG. 3 includes a linear moving
영상장치(40)와 관측판(20)의 사이에는 서로 상이한 색상의 광을 필터링할 수 있는 복수 개의 광학필터(183a, 183b)와, 복수 개의 광학필터(183a, 183b)를 이동시키는 필터 구동 장치(180)가 배치된다. 광색상 변경부(72)는 필터 구동 장치(180)를 제어함으로써 복수 개의 광학필터(183a, 183b)의 하나를 선택하여 관측판(20)을 투과한 광이 영상장치(40)로 이동하는 광경로 상에 선택한 광학필터의 하나를 위치시킨다. Between the
직선이동판(182)은 관측판(20)을 투과한 광이 진행하는 광경로를 가로지르는 방향으로 직선적으로 이동하도록 배치된다.The linear moving
복수 개의 광학필터(183a, 183b)는 직선이동판(182)의 이동 방향을 따라 서로 이격되는 위치에 배치된다. 직선이동판(182)은 구동부(181)에 의해 구동됨으로써 직선 운동을 할 수 있다. 직선이동판(182)의 일면에는 직선기어(182g)가 설치되고, 구동부(181)는 직선기어(182g)와 맞물리는 구동기어(181g)를 구비한다. 광색상 변경부(72)는 구동부(181)에 제어신호를 인가함으로써 직선이동판(182)을 이동시켜 복수 개의 광학필터(183a, 183b)의 어느 하나를 광경로 상에 위치시킬 수 있다.The plurality of
영상장치(40)가 관측판(20)으로부터 전달된 광을 영상신호로 변환하는 촬영동작과 연동하여 광색상 변경부(72)가 복수 개의 광학필터(183a, 183b) 중 하나를 선택하여 선택한 광학필터를 광경로 상에 위치시키는 동작을 실행할 수 있다. 즉 광색상 변경부(72)에 의해 관측판(20)으로부터 영상장치(40)로 전달되는 광의 색상이 변경될 때마다 영상장치(40)가 촬영동작을 실행하여, 변경된 광의 색상에 대응하는 복수 개의 영상신호를 생성한다. The optical
광색상 변경부(72)에 의해 영상장치(40)로 전달되는 광의 색상이 변경될 때마다 영상장치(40)는 복수 개의 광학필터(183a, 183b) 중 광경로 상에 위치한 광학필터를 통과함으로써 특정 색상의 강도(intensity)가 강화된 최종 필터링된 광을 수광하여 영상신호를 생성한다.Whenever the color of light transmitted to the
영상처리부(71)는 영상장치(40)와 전기적으로 연결되며, 영상처리부(71)가 영상장치(40)에 촬영동작을 지시하는 제어신호를 인가한다. 또한 영상처리부(71)는 영상장치(40)가 생성한 영상신호를 획득하여 분광 스펙트럼 데이터를 생성할 수 있다. The
도 4는 또 다른 실시예에 관한 바이오 물질의 검출 시스템을 개략적으로 도시한 개념도이다.4 is a conceptual diagram schematically showing a biomaterial detection system according to another embodiment.
도 4에 나타난 실시예에 관한 바이오 물질의 검출 시스템은 광을 방출하는 광원(10)과, 광원(10)에서 발생한 광을 반사할 수 있는 미세 패턴(20a)을 포함하며 표면에 관측 대상물(7)이 배치되는 관측판(20)과, 관측판(20)을 투과한 광을 수신하여 영상신호로 변환하는 영상장치(40)와, 관측판(20)에서 반사한 광의 색상을 변경하는 광색상 변경부(72)와, 광색상 변경부(72)에 의해 광의 색상이 변경될 때마다 영상장치(40)에서 변환되는 영상신호를 획득하는 영상처리부(71)와, 영상장치(40)와 관측판(20)의 사이에서 영상장치(40)로 유입되는 광이 진행하는 광경로 상에 배치되어 광을 투과시키며 광색상 변경부(72)로부터 전기신호가 인가되면 투과시키는 광의 색상을 변경하는 전기식 광학필터 장치(280)를 포함한다. The biomaterial detection system according to the embodiment shown in FIG. 4 includes a
광원(10)은 영상장치(40) 및 전기식 광학필터 장치(280)를 향하는 관측판(20)의 상면을 향하여 광을 방출하도록 배치된다.The
관측판(20)은 광원(10)으로부터 전달된 광을 반사시키는 미세 패턴(20a)을 포함하며 표면에 관측 대상물(7)이 배치될 수 있다. 관측판(20)은 관측 대상물(7)이 배치되는 표면에 미세 패턴(20a) 포함하여 광원(10)로부터 출사된 광 중 유채색의 광을 선택적으로 반사시킬 수 있다. The
관측판(20)은 투명한 유리나 투명한 플라스틱 소재 등으로 제작된 기판(27)과, 투명한 기판(27) 위에 금속성 박막을 증착함으로써 제작될 수 있다. 금속성 박막은 Cu, Si, Au, Ag, Al, Cr, Mo, Pt, Graphene(그래핀) 등의 소재일 수 있고, 2D 물질(탄소의 2차원 물질)도 포함할 수 있다.The
관측판(20)은 나노 미터 ~ 마이크로 미터 수준의 직경을 갖는 미세 패턴(20a)을 포함한다. 미세 패턴(20a)은 예를 들어 관측판(20)의 전체 영역에 걸쳐 금속 박막을 관통하도록 형성된 복수 개의 미세 크기의 구멍들을 포함할 수 있다. The
미세 패턴(20a)은 광원(10)으로부터 전달된 광을 반사시킬 때에 미세 패턴(20a)의 크기(직경)와 미세 패턴(20a)의 사이의 이격 거리(피치 간격)와 형상 등에 의해 정해지는 광학적 필터 기능을 수행할 수 있다. 즉 미세 패턴(20a)은 광원(10)이 방출한 광에 포함된 여러 가지 영역의 스펙트럼의 일부에 해당하는 일부 색상의 광만을 선택적으로 반사시키는 광학적 필터 기능을 수행할 수 있다.The
전기식 광학필터 장치(280)는 전기신호에 의해 투과시키는 광의 색상을 변경할 수 있는 전기식 광학필터(281)와, 전기식 광학필터(281)를 구동하는 구동소자(282)를 포함한다. 전기식 광학필터(281)는 예를 들어 전기신호에 의해 투과시키는 광의 색상을 변경할 수 있는 일렉트로크로믹(electrochromic) 장치, 폴리머 분산 액정장치, 분산입자 장치의 적어도 하나에 의해 구현될 수 있다.The electric
도 4에 나타난 실시예에 관한 바이오 물질의 검출 시스템의 전기식 광학필터 장치(280)는 도 1 내지 도 3에 나타난 실시예들에 관한 필터 구동 장치의 구성과 상이하다. 전기식 광학필터 장치(280)에 포함된 전기식 광학필터(281)는 영상장치(40)와 관측판(20)의 사이의 광경로 상에 위치된 상태로 고정되며 광경로에 대해 이동하지 않는다.The electro-
광원(10)은 광원(10)의 중심(광축의 중심)이 관측판(20)의 표면에 대해 경사를 이루도록 배치된다. 그러나 실시예는 이러한 광원(10)의 배치 방향과 광원(10)의 위치에 의해 제한되지 않는다. 예를 들어 광원(10)의 중심(광축의 중심)이 관측판(20)의 표면에 대해 경사를 이루도록 배치 때에는 여러 가지 각도의 범위, 예를 들어 광원(10)의 광축의 중심의 방향이 관측판(20)의 표면에 대해 이루는 각도가 30도, 45도, 60도, 90도 등의 각도의 범위가 되도록 광원(10)의 방향이 조정될 수 있다.The
광색상 변경부(72)는 전기식 광학필터 장치(280)의 구동소자(282)에 제어신호를 인가함으로써 전기식 광학필터(281)가 투과시키는 광의 색상을 변경할 수 있다.The optical
영상장치(40)가 관측판(20)으로부터 전달된 광을 영상신호로 변환하는 촬영동작과 연동하여 광색상 변경부(72)가 전기식 광학필터(281)가 투과시키는 광의 색상을 변경함으로써 관측판(20)으로부터 영상장치(40)로 전달되는 광의 색상이 변경될 때마다 영상장치(40)가 촬영동작을 실행하여, 변경된 광의 색상에 대응하는 복수 개의 영상신호를 생성한다. In conjunction with a photographing operation in which the
광색상 변경부(72)에 의해 영상장치(40)로 전달되는 광의 색상이 변경될 때마다 영상장치(40)는 전기식 광학필터(281)를 통과함으로써 특정 색상의 강도(intensity)가 강화된 최종 필터링된 광을 수광하여 영상신호를 생성한다.Whenever the color of light transmitted to the
영상처리부(71)는 영상장치(40)와 전기적으로 연결되며, 영상처리부(71)가 영상장치(40)에 촬영동작을 지시하는 제어신호를 인가한다. 또한 영상처리부(71)는 영상장치(40)가 생성한 영상신호를 획득하여 분광 스펙트럼 데이터 및 색상 정보(색상의 세기 및 종류)를 생성할 수 있다. The
도 5는 또 다른 실시예에 관한 바이오 물질의 검출 시스템을 개략적으로 도시한 개념도이다.5 is a conceptual diagram schematically showing a biomaterial detection system according to another embodiment.
도 5에 나타난 실시예에 관한 바이오 물질의 검출 시스템은 광을 방출하는 광원(310)과, 광원(310)에서 발생한 광을 투과할 수 있는 미세 패턴(20a)을 포함하며 표면에 관측 대상물(7)이 배치되는 관측판(20)과, 관측판(20)을 투과한 광을 수신하여 영상신호로 변환하는 영상장치(40)와, 관측판(20)을 투과한 광의 색상을 변경하는 광색상 변경부(72)와, 광색상 변경부(72)에 의해 광의 색상이 변경될 때마다 영상장치(40)에서 변환되는 영상신호를 획득하는 영상처리부(71)를 포함한다.The biomaterial detection system according to the embodiment shown in FIG. 5 includes a
광원(310)은 다양한 색상의 광을 선택적으로 방출할 수 있다. 광원(310)은 서로 상이한 색상의 광을 발생하는 복수 개의 하위 광원(310r, 310g, 310b)을 포함한다. 복수 개의 하위 광원(310r, 310g, 310b)은 각각 적색(RED), 녹색(GREEN), 청색(BLUE)의 광을 발생할 수 있다. 복수 개의 하위 광원(310r, 310g, 310b)은 광색상 변경부(72)로부터 제어신호가 인가될 때에 선택적으로 작동하며 서로 상이한 색상의 광을 발생한다. 실시예는 하위 광원의 개수와 하위 광원이 발생하는 광의 색상의 종류에 의해 한정되는 것은 아니며, 광의 색상의 종류와 하위 광원의 개수는 목적에 따라 다양하게 변경될 수 있다.The
광색상 변경부(72)는 관측판(20)으로 유입되는 광의 색상을 변경하는 기능을 수행한다. 영상장치(40)가 광원(310)을 제어함으로써 관측판(20)으로부터 전달된 광을 영상신호로 변환하는 촬영동작과 연동하여 광색상 변경부(72)가 관측판(20)으로 전달되는 광의 색상을 변경할 수 있다. 즉 광색상 변경부(72)에 의해 관측판(20)으로 전달되는 광의 색상이 변경될 때마다 영상장치(40)가 촬영동작을 실행하여, 변경된 광의 색상에 대응하는 복수 개의 영상신호를 생성한다. The light
광색상 변경부(72)에 의해 관측판(20)으로 전달되는 광의 색상이 변경될 때마다 영상장치(40)는 특정 색상의 강도(intensity)가 강화된 광을 수광하여 영상신호를 생성한다.Whenever the color of the light transmitted to the
영상처리부(71)는 영상장치(40)와 전기적으로 연결되며, 영상처리부(71)가 영상장치(40)에 촬영동작을 지시하는 제어신호를 인가한다. 또한 영상처리부(71)는 영상장치(40)가 생성한 영상신호를 획득하여 분광 스펙트럼 데이터 및 색상 정보(색상의 세기 및 종류)를 생성할 수 있다. The
광색상 변경부(72)에 의해 영상장치(40)로 전달되는 광의 색상이 변경될 때마다 영상장치(40)가 영상신호를 생성하므로, 광색상 변경부(72)에 의한 광의 색상의 변경 동작과 영상장치(40)의 촬영동작이 모두 종료하였을 때 영상처리부(71)는 복수 개의 하위 광원(310r, 310g, 310b)의 각각에 대응하는 복수 개의 영상을 나타내는 영상신호를 획득할 수 있다. 따라서 영상처리부(71)는 복수 개의 영상으로부터 화소별 분광 스펙트럼을 재구성할 수 있다. 영상처리부(71)는 또한 화소별 분광 스펙트럼의 파형 데이터를 이용하여 컬러 신호처리를 실시함으로써 관측 대상물(7)의 물질에 특유한 컬러 콘트라스트(대비)를 확대할 수 있다.Whenever the color of the light transmitted to the
도 6은 또 다른 실시예에 관한 바이오 물질의 검출 방법의 단계들을 나타낸 순서도이다.6 is a flowchart illustrating steps of a method for detecting biomaterial according to another embodiment.
도 6에 나타난 실시예에 관한 바이오 물질의 검출 방법은 광원에서 발생한 광을 미세 패턴을 포함하며 표면에 관측 대상물이 배치되는 관측판을 향하여 조사하는 광조사 단계(S100)와, 광원에서 발생하는 광의 색상이나 관측판을 투과하거나 관측판에서 반사한 광의 색상을 변경하는 광의 색상을 변경하는 광색상 변경 단계(S120)와, 관측판을 투과하거나 관측판에서 반사한 광을 영상신호로 변환함으로써 관측 대상물을 촬영하는 촬영단계(S130)와, 광색상 변경 단계(S120)에서 광의 색상이 변경될 때마다 촬영단계(S130)에서 촬영된 영상신호를 획득하는 영상신호 획득단계(S140)와, 광색상 변경이 완료되었는지를 확인하고 광색상 변경이 완료될 때까지 광색상 변경 단계(S120)와 촬영단계(S130)와 영상신호 획득단계(S140)를 반복하는 단계(S150)와, 광색상 변경이 완료되었을 때에 복수 개의 광의 색상에 대응하는 복수 개의 영상들을 나타내는 영상신호로부터 스펙트럼 데이터 및 색상 정보(색상의 세기 및 종류)를 생성하는 데이터 생성단계(S160)를 포함한다. 광색상 변경 동작을 실시하는 횟수는 미리 정해지므로 광색상 변경이 완료되었는지를 확인할 때에는 광색상 변경 동작이 미리 정해진 횟수만큼 실행되었는지를 확인한다.The method for detecting biomaterial according to the embodiment shown in FIG. 6 includes a light irradiation step (S100) of irradiating light generated from a light source toward an observation plate in which an object to be observed is disposed on a surface, and of light generated from the light source An optical color changing step (S120) of changing the color of light that transmits the color or the color of light transmitted through the observation plate or reflected by the observation plate, and the object to be observed by converting light transmitted through the observation plate or reflected by the observation plate into an image signal Step (S130) and the image signal acquisition step (S140) of acquiring the image signal photographed in the shooting step (S130) whenever the color of the light is changed in the light color changing step (S120) and the light color change Checking whether it is completed and repeating the light color change step (S120) and the shooting step (S130) and the image signal acquisition step (S140) until the light color change is completed (S150) and the light color change have been completed And a data generation step (S160) of generating spectral data and color information (color intensity and type) from image signals representing a plurality of images corresponding to the color of the plurality of lights. Since the number of times to perform the light color change operation is determined in advance, when checking whether the light color change is completed, it is checked whether the light color change operation has been executed a predetermined number of times.
상술한 실시예들에 관한 바이오 물질의 검출 시스템 및 방법에 의하면 관측판의 표면에 배치된 관측 대상물에 포함된 물질들이 투명하더라도 유채색의 투과 또는 반사된 광에 의한 영상 및 데이터를 확보할 수 있다. 특히, 이종의 단백질이 포함된 세포의 경우, 세포를 구성하는 단백질은 굴절율, 유전율 등 다른 광학적 특성을 갖기 때문에 광학적 차이에서 발생된 투과광 또는 반사광을 이용하여 이종의 단백질을 구분할 수 있다. 이는, 세포를 구성하는 단백질 간의 광학적 특성 차이가 미세 패턴을 투과하거나 미세 패턴에서 반사하는 광의 파장 변화를 야기하기 때문이다. 따라서 영상장치가 관측판을 투과하거나 관측판에서 반사한 광에 의한 영상을 촬영하여 색상 정보를 분석하면 투명한 복합 물질이나 세포를 가시적으로 관찰할 수 있다. 인위적인 마커를 이용하던 종래의 검출 방식과 달리 상술한 실시예들에 관한 바이오 물질의 검출 시스템에서는 마커를 사용하지 않고도 세포의 구조와 이종 구성물질을 정밀하게 식별하여 관측할 수 있다.According to the system and method for detecting biomaterials according to the above-described embodiments, even if the materials included in the observation object disposed on the surface of the observation plate are transparent, it is possible to secure images and data by chromatic colored transmitted or reflected light. In particular, in the case of cells containing heterogeneous proteins, the proteins constituting the cells have different optical properties such as refractive index and dielectric constant, and thus, heterogeneous proteins can be distinguished using transmitted light or reflected light generated from optical differences. This is because the difference in optical properties between proteins constituting the cell causes a change in wavelength of light transmitted through or reflected from the fine pattern. Therefore, when the imaging device analyzes color information by transmitting an image through an observation plate or reflecting light from the observation plate, transparent composite materials or cells can be visually observed. Unlike the conventional detection method using an artificial marker, in the biomaterial detection system according to the above-described embodiments, the structure of cells and heterogeneous components can be accurately identified and observed without using a marker.
또한 상술한 실시예들에 관한 바이오 물질의 검출 시스템 및 방법에 의하면 컬러 필터들이나 컬러 광원을 이용하여 일부 색상의 광을 선택함으로써 특정한 파장의 강도(intensity)를 확보한 후, 상이한 색상의 광에 해당하는 복수의 영상들을 나타내는 영상신호를 합쳐 분광 스펙트럼 및 색상 정보(색상의 세기 및 종류)를 얻을 수 있으며, 분광 스펙트럼을 나타내는 이미지를 신호 처리하면 화소별 스펙트럼을 얻을 수 있다. 이와 같이 분광 스펙트럼의 상이한 영역의 영상신호를 신호 처리하면 미세 패턴의 구조에 의해 특정되는 세포와 같은 바이오 물질이 갖는 다양한 컬러를 매우 미세한 화소 단위로 분석할 수 있다. 또한 컬러 콘트라스트를 정교하게 확대할 수 있으므로, 유사한 물질들의 사이에서의 선택성 및 크기에 따르는 공간 분해능을 향상할 수 있다.In addition, according to the biomaterial detection system and method according to the above-described embodiments, after selecting certain colors of light using color filters or a color light source, the intensity of a specific wavelength is secured, and corresponding to light of different colors Spectral spectrum and color information (intensity and type of color) can be obtained by combining image signals representing a plurality of images, and signal-specific spectrum can be obtained by processing the image representing the spectral spectrum. As described above, when the image signals of different regions of the spectral spectrum are signal-processed, various colors of biomaterials such as cells specified by the structure of the fine pattern can be analyzed in very fine pixel units. In addition, since color contrast can be enlarged precisely, spatial resolution depending on the selectivity and size among similar materials can be improved.
각 화소별 스펙트럼은 색상에 관한 모든 정보를 포함하기 때문에 바이오 물질의 구성요소들의 사이의 매우 미세한 변화에 대해서도 다양한 색상 신호처리 기준 인자를 확보할 수 있으므로, 향상된 컬러 콘트라스트를 갖는 이미지를 얻을 수 있다.Since the spectrum for each pixel includes all information on color, various color signal processing reference factors can be secured even for very minute changes between components of a biomaterial, thereby obtaining an image with improved color contrast.
상술한 실시예들에 대한 구성과 효과에 대한 설명은 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 청구범위에 의해 정해져야 할 것이다.Descriptions of the configuration and effects of the above-described embodiments are merely exemplary, and those skilled in the art will understand that various modifications and equivalent other embodiments are possible therefrom. Therefore, the true technical protection scope of the invention should be defined by the appended claims.
7: 관측 대상물 80, 180: 필터 구동 장치
10, 310: 광원 83a, 83b, 183a, 183b: 광학필터
20: 관측판 81, 181: 구동부
20a: 미세 패턴 82: 회전판
27: 기판 181g: 구동기어
30: 광학장치 182g: 직선기어
31: 렌즈 182: 직선이동판
40: 영상장치 280: 전기식 광학필터 장치
70: 제어기 281: 전기식 광학필터
71: 영상처리부 282: 구동소자
72: 광색상 변경부 310r, 310g, 310b: 하위 광원7:
10, 310:
20:
20a: fine pattern 82: rotating plate
27:
30:
31: lens 182: straight moving plate
40: imaging device 280: electric optical filter device
70: controller 281: electric optical filter
71: image processing unit 282: driving element
72: light
Claims (8)
상기 광원에서 발생한 광의 일부 색상의 광을 투과시키거나 반사시키는 미세 패턴을 포함하며, 표면에 관측 대상물이 배치되는 관측판;
상기 관측판을 투과하거나 상기 관측판에서 반사한 광을 영상신호로 변환하는 영상장치;
상기 광원에서 발생하는 광의 색상이나, 상기 관측판을 투과하거나 상기 관측판에서 반사한 광의 색상을 변경하는 광색상 변경부; 및
상기 광색상 변경부에 의해 광의 색상이 변경될 때마다 상기 영상장치에서 변환된 상기 영상신호를 획득하는 영상처리부;를 포함하고,
상기 미세 패턴은 10nm 내지 800nm의 크기를 갖는 복수 개의 미세 구멍, 복수 개의 돌기, 및 복수 개의 오목한 홈 중 어느 하나를 포함하는, 바이오 물질의 검출 시스템.Light source;
An observation plate including a fine pattern that transmits or reflects light of a part of the color of light generated by the light source, and on which the object to be observed is disposed;
An imaging device that converts light transmitted through or reflected by the observation plate into an image signal;
An optical color changing unit configured to change the color of light generated by the light source or the color of light transmitted through or reflected from the observation plate; And
It includes; an image processing unit for acquiring the image signal converted by the imaging device whenever the color of the light is changed by the optical color changing unit;
The fine pattern includes any one of a plurality of fine holes having a size of 10nm to 800nm, a plurality of protrusions, and a plurality of concave grooves, the detection system of a biomaterial.
서로 상이한 색상의 광을 필터링하는 복수 개의 광학필터를 더 포함하고, 상기 광색상 변경부는 상기 광학필터의 하나를 선택하여 상기 관측판을 투과하거나 상기 관측판에서 반사한 광이 상기 영상장치로 이동하는 광경로 상에 선택한 상기 광학필터의 하나를 위치시키는, 바이오 물질의 검출 시스템.According to claim 1,
Further comprising a plurality of optical filters for filtering light of different colors, the optical color changing unit selects one of the optical filters to transmit the reflection plate or the light reflected from the observation plate moves to the imaging device A system for detecting biomaterials, placing one of the selected optical filters on an optical path.
상기 광학필터를 지지하며 회전함으로써 상기 광학필터의 하나를 선택하여 상기 광경로 상에 위치시키는 회전판과, 상기 회전판을 회전시키는 구동부를 더 포함하는, 바이오 물질의 검출 시스템.According to claim 2,
And a rotating plate for selecting one of the optical filters and rotating the optical filter on the optical path by supporting and rotating the optical filter, and a driving unit for rotating the rotating plate.
상기 광학필터를 지지하며 직선적으로 이동함으로써 상기 광학필터의 하나를 선택하여 상기 광경로 상에 위치시키는 직선이동판과, 상기 직선이동판을 이동시키는 구동부를 더 포함하는, 바이오 물질의 검출 시스템.According to claim 2,
And a linear moving plate for selecting one of the optical filters by linearly moving while supporting the optical filter and placing the optical filter on the optical path, and a driving unit for moving the linear moving plate.
상기 영상장치로 유입되는 광이 진행하는 광경로 상에 배치되어 광을 투과시키며, 상기 광색상 변경부로부터 전기신호가 인가되면 투과시키는 광의 색상을 변경하는 전기식 광학필터를 더 포함하는, 바이오 물질의 검출 시스템.According to claim 1,
Further comprising an electric optical filter disposed on the optical path through which the light flowing into the imaging device passes, and transmits light, and when an electrical signal is applied from the light color changing unit, an electric optical filter for changing the color of the transmitted light Detection system.
상기 광원은 서로 상이한 색상의 광을 발생하는 복수 개의 하위 광원을 포함하며, 상기 광색상 변경부는 상기 하위 광원의 적어도 하나를 선택적으로 작동시킴으로써 상기 광원에서 발생하는 광의 색상을 변경하는, 바이오 물질의 검출 시스템.According to claim 1,
The light source includes a plurality of sub-light sources generating light of different colors, and the photo-color changing unit selectively changes at least one of the sub-light sources to change the color of light generated by the light source, thereby detecting biomaterial. system.
상기 관측판은 광을 투과시키는 투명한 소재의 투명판과, 상기 투명판의 표면에 배치된 금속박막을 포함하고, 상기 미세 패턴은 상기 금속박막에 형성된, 바이오 물질의 검출 시스템.According to claim 1,
The observation plate includes a transparent plate made of a transparent material that transmits light, and a metal thin film disposed on the surface of the transparent plate, wherein the fine pattern is formed on the metal thin film, the detection system for biomaterials.
상기 광원에서 발생하는 광의 색상이나 상기 관측판을 투과하거나 상기 관측판에서 반사한 광의 색상을 변경하는 단계;
상기 관측판을 투과하거나 상기 관측판에서 반사한 광을 영상신호로 변환함으로써 관측 대상물을 촬영하는 단계;
상기 광의 색상을 변경 단계에서 광의 색상이 변경될 때마다 관측 대상물을 촬영하는 단계에서 촬영된 영상신호를 획득하는 단계;
미리 정해진 횟수만큼 광색상 변경이 완료될 때까지 상기 광의 색상을 변경하는 단계와 상기 관측 대상물을 촬영하는 단계와 상기 촬영된 영상신호를 획득하는 단계를 반복하는 단계; 및
미리 정해진 횟수만큼 광색상 변경이 완료된 후에 복수 개의 광의 색상에 대응하는 복수 개의 영상들을 나타내는 영상신호로부터 스펙트럼 데이터를 생성하는 데이터 생성단계;를 포함하고,
상기 미세 패턴은 10nm 내지 800nm의 크기를 갖는 복수 개의 미세 구멍, 복수 개의 돌기, 및 복수 개의 오목한 홈 중 어느 하나를 포함하는, 바이오 물질의 검출 방법.Irradiating light generated from the light source toward an observation plate including a fine pattern and an object to be observed on the surface;
Changing the color of light generated by the light source, the color of light transmitted through the observation plate or reflected by the observation plate;
Photographing an object to be observed by converting light transmitted through or reflected from the observation plate into an image signal;
Acquiring an image signal photographed in a step of photographing an observation object whenever the color of the light is changed in the step of changing the color of the light;
Repeating the step of changing the color of the light, photographing the object to be observed, and acquiring the photographed image signal until the photo color change is completed a predetermined number of times; And
And a data generation step of generating spectral data from image signals representing a plurality of images corresponding to the colors of the plurality of lights after the light color change is completed a predetermined number of times.
The fine pattern includes any one of a plurality of fine holes having a size of 10nm to 800nm, a plurality of protrusions, and a plurality of concave grooves, a method for detecting a biomaterial.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020180130237A KR102134343B1 (en) | 2018-10-29 | 2018-10-29 | Bio material detecting system and detecting method |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020180130237A KR102134343B1 (en) | 2018-10-29 | 2018-10-29 | Bio material detecting system and detecting method |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20200048291A KR20200048291A (en) | 2020-05-08 |
| KR102134343B1 true KR102134343B1 (en) | 2020-07-16 |
Family
ID=70676890
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020180130237A KR102134343B1 (en) | 2018-10-29 | 2018-10-29 | Bio material detecting system and detecting method |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR102134343B1 (en) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006125936A (en) * | 2004-10-27 | 2006-05-18 | Sharp Corp | Optical inspection device, optical inspection method and color filter manufacturing method |
| JP2012053070A (en) * | 2004-06-07 | 2012-03-15 | Fluidigm Corp | Optical lens system and method for microfluidic element |
| KR101706180B1 (en) | 2016-03-28 | 2017-02-16 | 재단법인대구경북과학기술원 | Device and method which able to visually observe the composite material of the transparent colorless |
| JP2017169455A (en) * | 2016-03-18 | 2017-09-28 | 公益財団法人函館地域産業振興財団 | Method of detecting signal from bacteria in food using culture combined in situ hybridization method |
-
2018
- 2018-10-29 KR KR1020180130237A patent/KR102134343B1/en active IP Right Grant
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2012053070A (en) * | 2004-06-07 | 2012-03-15 | Fluidigm Corp | Optical lens system and method for microfluidic element |
| JP2006125936A (en) * | 2004-10-27 | 2006-05-18 | Sharp Corp | Optical inspection device, optical inspection method and color filter manufacturing method |
| JP2017169455A (en) * | 2016-03-18 | 2017-09-28 | 公益財団法人函館地域産業振興財団 | Method of detecting signal from bacteria in food using culture combined in situ hybridization method |
| KR101706180B1 (en) | 2016-03-28 | 2017-02-16 | 재단법인대구경북과학기술원 | Device and method which able to visually observe the composite material of the transparent colorless |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR20200048291A (en) | 2020-05-08 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US10921234B2 (en) | Image forming cytometer | |
| JP4887464B2 (en) | Method and apparatus for determining a focal position of an imaging device configured to image a biological sample | |
| CN110319930B (en) | High throughput high spectral imaging and optical segmentation with high resolution | |
| DE102010030883B4 (en) | Apparatus for testing a plate and method therefor | |
| JP5316161B2 (en) | Observation device | |
| CN104541193A (en) | Light microscope and method of controlling the same | |
| KR20130092429A (en) | Image generation device | |
| JP5038094B2 (en) | Laser scanning microscope | |
| CN1759307A (en) | Spectroscopic analysis apparatus and method with excitation system and focus monitoring system | |
| WO2011023593A1 (en) | Method of and apparatus for imaging a cellular sample | |
| US8633432B2 (en) | Reflective focusing and transmissive projection device | |
| EP3667299B1 (en) | Multimodal imaging system | |
| WO2017191009A2 (en) | Angularly-selective illumination | |
| US20180224646A1 (en) | Microscope apparatus and image forming method | |
| KR102134343B1 (en) | Bio material detecting system and detecting method | |
| EP1517134B1 (en) | Drug screening device using a Nipkow confocal scanner | |
| WO2009037708A2 (en) | Cell carrier coding | |
| JP2019136023A (en) | Bacterium detecting device and bacterium detecting method | |
| US20230258918A1 (en) | Digital microscope with artificial intelligence based imaging | |
| US11598952B2 (en) | Optical device, phase plate, and image forming method | |
| JP2003050354A (en) | Scanning laser microscope | |
| JP2005091134A (en) | Fluorescence reading apparatus and focusing method thereof | |
| KR102613150B1 (en) | High resolution LiDAR system with LCoS panel | |
| JP2012211770A (en) | Electron beam analyzer | |
| WO2019155651A1 (en) | Bacterium detection device and bacterium detection method |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| E601 | Decision to refuse application | ||
| AMND | Amendment | ||
| X701 | Decision to grant (after re-examination) |