KR20240041450A - optical diffraction tomographic apparatus based on multiple objective lens - Google Patents

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Abstract

본 발명은 광 회절 단층촬영장치를 개시한다. 그의 장치는 레이저 광을 생성하는 광원과, 상기 레이저 광을 시료에 조사하는 조향 광학계와, 상기 레이저 광을 이용하여 상기 시료의 2차원 이미지를 획득하는 이미징 광학계와, 상기 2차원 이미지로부터 3차원 단층 영상을 획득하는 단층 영상 처리부를 포함한다.The present invention discloses an optical diffraction tomography apparatus. His device includes a light source that generates laser light, a steering optical system that irradiates the laser light to the sample, an imaging optical system that acquires a two-dimensional image of the sample using the laser light, and a three-dimensional tomogram from the two-dimensional image. It includes a tomography image processing unit that acquires an image.

Description

다중 배율 렌즈 기반 광 회절 단층촬영장치{optical diffraction tomographic apparatus based on multiple objective lens}Optical diffraction tomographic apparatus based on multiple objective lens}

본 발명은 광 회절 단층촬영장치에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 MEMS 미러기반 스캔빔을 이용하고, 회전식 다중 배율 대물렌즈 들을 사용하여 다양한 배율에 대한 3차원 단층영상을 획득할 수 있는 광 회절 단층촬영장치에 대한 것이다.The present invention relates to an optical diffraction tomography device, and more specifically, to an optical diffraction tomography device that uses a MEMS mirror-based scan beam and rotates multi-magnification objective lenses to obtain three-dimensional tomography images at various magnifications. It's about the device.

광 회절 단층촬영기술(optical diffraction tomography)은 광학적으로 투명한 시료의 위상 정보를 정량적으로 측정할 수 있는 정량 위상 영상화 기법으로서, 이론적인 측정 원리는 1960년대 후반에 제안되고, 70년대 이후 실험적으로 검증되었으나, 의생물학 분야의 본격적인 응용연구는 2000년대 이후 광범위하게 이루어져 왔다. 엑스레이 단층촬영을 레이저로 구현한 것으로, 다양한 입사각의 레이저를 시편으로 조사하여 회절한 광을 홀로그래픽 방식으로 측정하고, 측정한 2D 홀로그램으로부터 3차원 굴절률 정보를 복원하게 된다. 다양한 각도로 빛을 입사시켜 측정한 광학장에 대한 2차원 푸리에 스펙트럼을 3차원 공간에 사영하고 역 푸리에 변환하여 시편의 3차원 굴절률 분포도를 구하는 방식이다. 이러한 기술은 전처리 없이 빠르게 3차원 굴절률 분포를 측정할 수 있기 때문에 생체 시료의 생화학적, 구조적 변화를 측정하는 생리병리학적 연구나 병리진단에 활용가능하다. 하지만, 현재 상용화 되고 있는 광 회절 단층촬영장치는 고분해능 병리생리학 시료를 촬영하고 분석하도록 특화되어 있어 활용 범위에 한계를 갖는다.Optical diffraction tomography is a quantitative phase imaging technique that can quantitatively measure phase information of optically transparent samples. The theoretical measurement principle was proposed in the late 1960s and has been experimentally verified since the 1970s. , full-scale applied research in the field of biomedical science has been conducted extensively since the 2000s. X-ray tomography is implemented with a laser. Lasers at various angles of incidence are irradiated onto a specimen, the diffracted light is measured in a holographic manner, and 3D refractive index information is restored from the measured 2D hologram. This is a method that projects the two-dimensional Fourier spectrum of the optical field measured by incident light at various angles into three-dimensional space and performs the inverse Fourier transform to obtain the three-dimensional refractive index distribution of the specimen. Because this technology can quickly measure three-dimensional refractive index distribution without preprocessing, it can be used for physiopathological research or pathological diagnosis to measure biochemical and structural changes in biological samples. However, currently commercialized optical diffraction tomography devices are specialized for imaging and analyzing high-resolution pathophysiology samples, so their range of use is limited.

따라서, 고분해능 병리 시료뿐만 아니라 소재 물성 파악과 같은 다양한 분야에 활용하기 위해서는 측정 환경에 맞게 영상 해상도를 변화시켜 촬영할 수 있는 장치 개발이 필요하다 하겠다.Therefore, in order to use it in various fields such as identifying material properties as well as high-resolution pathology samples, it is necessary to develop a device that can change the image resolution to suit the measurement environment.

본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 광 회절 단층 촬영장치에 있어서, 기존 공간광변조기를 이용한 입사빔 조향 광학계를 MEMS 미러를 이용한 레이저 입사빔 조향광학계로 대체하고, 회전식 다중 배율 대물렌즈 들을 사용하여 다양한 배율에 대한 3차원 단층영상을 획득할 수 있도록 일체화된 다중 배율 렌즈 기반 광 회절 단층 촬영 기술을 제공하기 위한 것이다.The technical problem to be solved by the present invention is to replace the incident beam steering optical system using an existing spatial light modulator with a laser incident beam steering optical system using a MEMS mirror in an optical diffraction tomographic imaging device, and to use a variety of rotating multi-magnification objective lenses. The purpose is to provide an integrated multi-magnification lens-based optical diffraction tomography technology to obtain 3D tomographic images for various magnifications.

본 발명은 광 회절 단층촬영장치를 개시한다. 그의 장치는 레이저 광을 생성하는 광원; 상기 레이저 광을 시료에 조사하는 조향 광학계; 상기 레이저 광을 이용하여 상기 시료의 2차원 이미지를 획득하는 이미징 광학계; 및 상기 2차원 이미지로부터 3차원 단층 영상을 획득하는 단층 영상 처리부를 포함한다. 여기서, 상기 조향 광학계는 상기 레이저 광을 상기 시료에 제공하는 집속 렌즈; 및 상기 집속 렌즈와 상기 광원 사이에 제공되는 MEMS 미러를 포함할 수 있다. The present invention discloses an optical diffraction tomography apparatus. His device includes a light source that produces laser light; a steering optical system that irradiates the laser light to the sample; an imaging optical system that acquires a two-dimensional image of the sample using the laser light; and a tomography image processing unit that acquires a 3D tomography image from the 2D image. Here, the steering optical system includes a focusing lens that provides the laser light to the sample; And it may include a MEMS mirror provided between the focusing lens and the light source.

일 예에 따르면, 상기 조향 광학계는 상기 집속 렌즈와 상기 MEMS 미러 사이에 제공되는 제 1 튜브 렌즈를 더 포함할 수 있다. According to one example, the steering optical system may further include a first tube lens provided between the focusing lens and the MEMS mirror.

일 예에 따르면, 상기 집속 렌즈와 상기 튜브 렌즈 사이의 제 1 미러를 더 포함할 수 있다. According to one example, it may further include a first mirror between the focusing lens and the tube lens.

일 예에 따르면, 상기 이미징 광학계는 상기 조향 광학계의 상기 집속 렌즈에 대향하는 복수개의 대물 렌즈들; 및 상기 복수개의 대물 렌즈들 상의 카메라를 포함할 수 있다. According to one example, the imaging optical system includes a plurality of objective lenses opposing the focusing lens of the steering optical system; and a camera on the plurality of objective lenses.

일 예에 따르면, 상기 이미징 광학계는 상기 복수개의 대물 렌즈들과 상기 카메라 사이의 제 2 튜브 렌즈를 더 포함할 수 있다. According to one example, the imaging optical system may further include a second tube lens between the plurality of objective lenses and the camera.

일 예에 따르면, 상기 광원과 상기 조향 광학계 사이에 제공되는 광 전달 모듈을 더 포함할 수 있다. According to one example, it may further include a light transmission module provided between the light source and the steering optical system.

일 예에 따르면, 상기 광 전달 모듈은: 상기 제 2 튜브 렌즈와 상기 광원 사이 및 상기 MEMS 미러와 상기 광원 사이에 제공되는 광섬유들; 및 상기 광섬유들을 상기 광원에 연결시키는 광 커플러를 포함할 수 있다. According to one example, the light transmission module includes: optical fibers provided between the second tube lens and the light source and between the MEMS mirror and the light source; and an optical coupler connecting the optical fibers to the light source.

일 예에 따르면, 상기 광 전달 모듈은 상기 광섬유들 중의 하나와 상기 제 2 튜브 렌즈 사이 및 상기 광섬유들 중의 나머지 하나와 상기 MEMS 미러 사이에 제공되는 단자들을 더 포함할 수 있다. According to one example, the light transmission module may further include terminals provided between one of the optical fibers and the second tube lens and between the other one of the optical fibers and the MEMS mirror.

일 예에 따르면, 상기 단자들 중 하나에 인접하여 배치되고, 상기 카메라와 상기 제 2 튜브 렌즈 사이에 제공되는 빔 스플리터를 더 포함할 수 있다. According to one example, it may further include a beam splitter disposed adjacent to one of the terminals and provided between the camera and the second tube lens.

일 예에 따르면, 상기 조향 광학계 및 이미징 광학계를 유기적으로 제어하여 시료의 3차원 단층 영상을 획득하는 시스템 제어부를 더 포함할 수 있다.According to one example, the system control unit may further include a system control unit that organically controls the steering optical system and the imaging optical system to obtain a 3D tomographic image of the sample.

상술한 바와 같이, 본 발명의 실시 예에 따란 광 회절 단층촬영 장치는 레이저 광을 360°로 제공하는 조향 광학계와, 복수개의 대물 렌즈를 포함한 이미징 광학계를 이용하여 3차원 단층 영상을 획득할 수 있다. As described above, the optical diffraction tomography apparatus according to an embodiment of the present invention can acquire a three-dimensional tomographic image using a steering optical system that provides 360° laser light and an imaging optical system including a plurality of objective lenses. .

도 1은 본 발명의 개념에 따른 광 회절 단층촬영장치의 일 예를 보여주는 블록 다이아그램이다.
도 2는 도 1의 조향 광학계의 일 예를 보여주는 도면이다.
도 3은 도 1의 단층 영상 처리부의 단층촬영 원리를 보여주는 도면이다.
도 4는 도 1의 단층 영상 처리부에 의해 획득되는 3차원 단층 영상의 일 예를 보여주는 이미지이다.
1 is a block diagram showing an example of an optical diffraction tomography apparatus according to the concept of the present invention.
FIG. 2 is a diagram showing an example of the steering optical system of FIG. 1.
FIG. 3 is a diagram showing the tomography principle of the tomography image processing unit of FIG. 1.
FIG. 4 is an image showing an example of a 3D tomography image acquired by the tomography image processing unit of FIG. 1.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세히 설명하기로 한다. 본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면들과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시 예를 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 여기서 설명되는 실시 예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시 예는 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당 업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전문에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the attached drawings. The advantages and features of the present invention and methods for achieving them will become clear by referring to the embodiments described in detail below along with the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments described herein and may be embodied in different forms. Rather, the embodiments introduced herein are provided to ensure that the disclosed content is thorough and complete and to sufficiently convey the spirit of the present invention to those skilled in the art, and the present invention is defined only by the scope of the claims. The same reference numerals refer to the same elements throughout the specification.

본 명세서에서 사용된 용어는 실시 예들을 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. 또한, 명세서에서 레이저, 코드, 및 이광자는 광학, 바이오, 및 의학 용어들로 이해될 수 있을 것이다. 바람직한 실시 예에 따른 것이기 때문에, 설명의 순서에 따라 제시되는 참조 부호는 그 순서에 반드시 한정되지는 않는다. The terms used in this specification are for describing embodiments and are not intended to limit the invention. As used herein, singular forms also include plural forms, unless specifically stated otherwise in the context. As used in the specification, "comprises" and "comprising" means that a referenced component, step, operation and/or element excludes the presence or addition of one or more other components, steps, operations and/or elements. I never do that. Additionally, in the specification laser, code, and two-photon may be understood as optical, bio, and medical terms. Since it is according to a preferred embodiment, reference signs presented according to the order of description are not necessarily limited to that order.

도 1은 본 발명의 개념에 따른 광 회절 단층촬영장치(100)의 일 예를 보여준다. Figure 1 shows an example of an optical diffraction tomography apparatus 100 according to the concept of the present invention.

도 1을 참조하면, 본 발명의 광 회절 단층촬영장치(100)는 광원(10), 광 전달 모듈(20), 조향 광학계(30), 이미징 광학계(40), 단층 영상 처리부(60), 및 시스템 제어부(70)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 1, the optical diffraction tomography apparatus 100 of the present invention includes a light source 10, a light transmission module 20, a steering optical system 30, an imaging optical system 40, a tomographic image processing unit 60, and It may include a system control unit 70.

광원(10)은 레이저 광(12)을 생성할 수 있다. 광원(10)은 레이저 광(12)을 광 전달 모듈(20)에 제공할 수 있다. 레이저 광(12)은 약 400nm 내지 약 700nm 파장의 가시 광을 포함할 수 있다. 대안으로, 레이저 광(12)은 약 700nm 내지 약 3000nm 파장의 적외선 광을 포함할 수 있으며, 본 발명은 이에 한정되지 않는다. The light source 10 may generate laser light 12. The light source 10 may provide laser light 12 to the light transmission module 20. Laser light 12 may include visible light with a wavelength of about 400 nm to about 700 nm. Alternatively, laser light 12 may include infrared light with a wavelength of about 700 nm to about 3000 nm, although the invention is not limited thereto.

광 전달 모듈(20)은 광원(10)과 조향 광학계(30) 사이에 제공될 수 있다. 또한, 광 전달 모듈(20)는 광원(10)과 이미징 광학계(40) 사이에 제공될 수 있다. 광 전달 모듈(20)은 레이저 광(12)을 조향 광학계(30) 및 이미징 광학계(40)에 제공할 수 있다. 예를 들어, 광 전달 모듈(20)은 광섬유 모듈을 포함할 수 있다. 일 예에 따르면, 광 전달 모듈(20)은 광섬유들(22), 광 커플러(24) 및 단자들(terminals, 26)을 포함할 수 있다. The light transmission module 20 may be provided between the light source 10 and the steering optical system 30. Additionally, the light transmission module 20 may be provided between the light source 10 and the imaging optical system 40. The light transmission module 20 may provide laser light 12 to the steering optical system 30 and the imaging optical system 40. For example, light transmission module 20 may include an optical fiber module. According to one example, the light transmission module 20 may include optical fibers 22, an optical coupler 24, and terminals 26.

광섬유들(22)은 광 커플러(24) 및 단자들(26) 사이에 제공될 수 있다. 광섬유들(22)은 레이저 광(12)의 진행 경로를 용이하게 변경시킬 수 있다. 광섬유들(22)은 단일모드 광섬유를 포함할 수 있다. 이와 달리, 광섬유들(22)은 다중모드 광섬유를 포함할 수 있으며, 본 발명은 이에 한정되지 않는다.Optical fibers 22 may be provided between the optical coupler 24 and the terminals 26. The optical fibers 22 can easily change the path of the laser light 12. Optical fibers 22 may include single-mode optical fiber. Alternatively, the optical fibers 22 may include multimode optical fibers, and the present invention is not limited thereto.

광 커플러(24)는 광원(10)에 인접하여 제공될 수 있다. 광섬유들(22)은 광 커플러(24)에서 분기되어 단자들(26)에 연결될 수 있다. An optical coupler 24 may be provided adjacent to the light source 10. Optical fibers 22 may branch from the optical coupler 24 and connect to terminals 26.

단자들(26)은 조향 광학계(30) 및 이미징 광학계(40)에 인접하여 제공될 수 있다. 단자들(26)은 레이저 광(12)을 조향 광학계(30) 및 이미징 광학계(40)에 제공할 수 있다. Terminals 26 may be provided adjacent to the steering optics 30 and imaging optics 40 . Terminals 26 may provide laser light 12 to steering optics 30 and imaging optics 40 .

조향 광학계(30)는 광 전달 모듈(20)과 이미징 광학계(40) 사이에 제공될 수 있다. 조향 광학계(30)는 시료(14)에 레이저 광(12)을 제공할 수 있다. 조향 광학계(30)는 레이저 광(12)을 시료(14)에 약 360°의 전방위로 조사할 수 있다. 조향 광학계(30)는 4f 광학계를 포함할 수 있다.The steering optical system 30 may be provided between the light transmission module 20 and the imaging optical system 40. The steering optical system 30 may provide laser light 12 to the sample 14. The steering optical system 30 can irradiate the laser light 12 to the sample 14 in an omnidirectional direction of about 360°. The steering optical system 30 may include a 4f optical system.

도 2는 도 1의 조향 광학계(30)의 일 예를 보여준다.Figure 2 shows an example of the steering optical system 30 of Figure 1.

도 1 및 도 2를 참조하면, 조향 광학계(30)는 MEMS 미러(32), 제 1 튜브 렌즈(34), 및 집속 렌즈(condense lens, 36)를 포함할 수 있다. Referring to FIGS. 1 and 2 , the steering optical system 30 may include a MEMS mirror 32, a first tube lens 34, and a condensing lens (condense lens) 36.

MEMS 미러(32)는 단자들(26) 중의 하나와 제 1 튜브 렌즈(34) 사이에 제공될 수 있다. MEMS 미러(32)는 시료(14)를 중심에 두고, 레이저 광(12)을 약 360°의 전방위로 회전시킬 수 있다. A MEMS mirror 32 may be provided between one of the terminals 26 and the first tube lens 34. The MEMS mirror 32 can rotate the laser light 12 in an omnidirectional direction of about 360° with the sample 14 at its center.

제 1 튜브 렌즈(34)는 MEMS 미러(32)와 집속 렌즈(36) 사이에 제공될 수 있다. 제 1 튜브 렌즈(34)는 볼록 렌즈를 포함할 수 있다. The first tube lens 34 may be provided between the MEMS mirror 32 and the focusing lens 36. The first tube lens 34 may include a convex lens.

제 1 미러(38)는 제 1 튜브 렌즈(34)와 집속 렌즈(36) 사이에 제공될 수 있다. 제 1 미러(38)는 제 1 튜브 렌즈(34)와 집속 렌즈(36) 사이에 제공될 수 있다. 제 1 미러(38)는 레이저 광(12)의 경로를 변경할 수 있다.The first mirror 38 may be provided between the first tube lens 34 and the focusing lens 36. The first mirror 38 may be provided between the first tube lens 34 and the focusing lens 36. The first mirror 38 can change the path of the laser light 12.

집속 렌즈(36)는 제 1 미러(38) 및 이미징 광학계(40) 사이에 제공될 수 있다. 집속 렌즈(36)는 제 1 미러(38) 및 시료(14) 사이에 제공될 수 있다. 집속 렌즈(36)는 레이저 광(12)을 시료(14)에 집중시킬 수 있다. A focusing lens 36 may be provided between the first mirror 38 and the imaging optical system 40. A focusing lens 36 may be provided between the first mirror 38 and the sample 14. The focusing lens 36 can focus the laser light 12 on the sample 14.

제 1 튜브 렌즈(34) 및 집속 렌즈(36)는 4f 광학계로서 기능할 수 있다. 제 1 튜브 렌즈(34) 및 집속 렌즈(36)는 그들의 초점거리 비율에 따라, MEMS 미러(32)에서 입사되는 레이저 광(12)의 각도와 빔 크기를 변환시킬 수 있다. 레이저 광(12)은 시료(14)에 스캐닝될 수 있다. 레이저 광(12)의 스캐닝 면적은 약 40 μm2 내지 약 120 μm2이고, 레이저 광(12)의 입사각은 약 3° 내지 약 60°일 수 있다. The first tube lens 34 and the focusing lens 36 can function as a 4f optical system. The first tube lens 34 and the focusing lens 36 can change the angle and beam size of the laser light 12 incident from the MEMS mirror 32 according to their focal length ratio. Laser light 12 may be scanned onto the sample 14. The scanning area of the laser light 12 may be from about 40 μm 2 to about 120 μm 2 , and the angle of incidence of the laser light 12 may be from about 3° to about 60°.

시료(14)는 스테이지(50) 상에 제공될 수 있다. 스테이지(50)는 시료(14)를 회전시킬 수 있다. 시료(14)는 인체의 세포를 포함할 수 있다. 레이저 광(12)은 시료(14)의 하부에 제공되어 상기 시료(14)를 통과 및/또는 투과할 수 있다. 레이저 광(12)의 위상은 시료(14)를 통해 변화될 수 있다. Sample 14 may be provided on stage 50 . The stage 50 may rotate the sample 14. The sample 14 may include human cells. The laser light 12 may be provided to the lower part of the sample 14 and pass through and/or penetrate the sample 14. The phase of the laser light 12 may be changed through the sample 14.

이미징 광학계(40)는 집속 렌즈(36)와 단층 영상 처리부(60) 사이에 제공될 수 있다. 이미징 광학계(40)는 레이저 광(12)을 이용하여 시료(14)의 2차원 이미지를 획득할 수 있다. 일 예에 따르면, 이미징 광학계(40)는 복수개의 대물 렌즈들(42), 제 2 튜브 렌즈(44), 및 카메라(46)를 포함할 수 있다. The imaging optical system 40 may be provided between the focusing lens 36 and the tomographic image processing unit 60. The imaging optical system 40 can acquire a two-dimensional image of the sample 14 using the laser light 12. According to one example, the imaging optical system 40 may include a plurality of objective lenses 42, a second tube lens 44, and a camera 46.

복수개의 대물 렌즈들(42)은 시료(14) 상에 제공될 수 있다. 복수개의 대물 렌즈들(42)은 시료(14)를 약 20배, 약 40배, 및 약 60배의 배율로 확대할 수 있다. 약 20 배율의 대물 렌즈(42)가 시료(14) 상에 제공되면, 레이저 광(12)의 스캐닝 면적은120μm2 이상이어야 하고, 레이저 광(12)의 입사각이 60°일 경우에는 MEMS 미러(32)는 약 2.4mm2와의 반사 면적을 갖고, 레이저 광(12)은 약 3°의 입사각을 가질 수 있다. A plurality of objective lenses 42 may be provided on the sample 14. The plurality of objective lenses 42 can magnify the sample 14 at magnifications of approximately 20 times, approximately 40 times, and approximately 60 times. When an objective lens 42 with a magnification of about 20 is provided on the sample 14, the scanning area of the laser light 12 must be 120 μm 2 or more, and when the incident angle of the laser light 12 is 60°, the MEMS mirror ( 32) has a reflection area of about 2.4 mm 2 , and the laser light 12 may have an angle of incidence of about 3°.

제 2 튜브 렌즈(44)는 복수개의 대물 렌즈들(42)과 카메라(46) 사이에 제공될 수 있다. 제 2 튜브 렌즈(44)는 볼록 렌즈를 포함할 수 있다. The second tube lens 44 may be provided between the plurality of objective lenses 42 and the camera 46. The second tube lens 44 may include a convex lens.

빔 스플리터(48) 가 제 2 튜브 렌즈(44) 및 카메라(46) 사이에 제공될 수 있다. 빔 스플리터(48)는 레이저 광(12))의 간섭을 이용하여 마흐젠더 간섭계를 구현할 수 있다. 먼저, 빔 스플리터(48)는 광 전달 모듈(20)로부터 레이저 광(12)을 수신하여 카메라(46)에 제공할 수 있다. 다음, 빔 스플리터(48)는 시료(14) 및 복수개의 대물 렌즈들(42)에 의해 투영된 레이저 광(12)을 수신하여 카메라(46)에 제공할 수 있다. 레이저 광(12)은 빔 스플리터(48)에서 간섭될 수 있다. 레이저 광(12)은 상쇄 간섭 또는 보강 간섭을 가질 수 있다. A beam splitter 48 may be provided between the second tube lens 44 and the camera 46. The beam splitter 48 can implement a Mach-Zehnder interferometer using interference of the laser light 12. First, the beam splitter 48 may receive the laser light 12 from the light delivery module 20 and provide it to the camera 46. Next, the beam splitter 48 may receive the laser light 12 projected by the sample 14 and the plurality of objective lenses 42 and provide the laser light 12 to the camera 46. Laser light 12 may interfere at beam splitter 48. Laser light 12 may have destructive or constructive interference.

카메라(46)는 제 2 튜브 렌즈(44) 상에 제공될 수 있다. 카메라(46)는 레이저 광(12)을 수신하여 시료(14)의 2차원 이미지를 획득할 수 있다. 카메라(46)는 CMOS 또는 CCD의 이미지 센서를 포함할 수 있다.A camera 46 may be provided on the second tube lens 44. The camera 46 may receive the laser light 12 and obtain a two-dimensional image of the sample 14. Camera 46 may include a CMOS or CCD image sensor.

단층 영상 처리부(60)는 카메라(46)에 연결될 수 있다. 단층 영상 처리부(60)는 2차원 이미지를 이용하여 3차원 단층 영상을 획득할 수 있다. 2차원 이미지의 스펙트럼은 역 푸리에 변환에 의해 3차원 단층 영상으로 획득될 수 있다. The tomography image processing unit 60 may be connected to the camera 46. The tomography image processing unit 60 can acquire a 3D tomography image using a 2D image. The spectrum of the 2D image can be obtained as a 3D tomographic image by inverse Fourier transform.

시스템 제어부(70)는 조향 광학계(30)의 MEMS 미러(32)에 연결될 수 있다. 도시되지는 않았지만, 시스템 제어부(70)는 이미징 광학계(40)의 복수개의 대물 렌즈들(42) 및 카메라(46)에 연결될 수 있다. 시스템 제어부(70)는 조향 광학계(30) 및 이미징 광학계(40)를 유기적으로 제어하여 시료(14)의 3차원 단층 영상(도 4의 64)을 획득시킬 수 있다.The system control unit 70 may be connected to the MEMS mirror 32 of the steering optical system 30. Although not shown, the system control unit 70 may be connected to the plurality of objective lenses 42 and the camera 46 of the imaging optical system 40. The system control unit 70 can organically control the steering optical system 30 and the imaging optical system 40 to obtain a three-dimensional tomographic image (64 in FIG. 4) of the sample 14.

도 3은 도 1의 단층 영상 처리부(60)의 단층촬영 원리를 보여주는 도면이다. 여기서, x축 및 y축은 시료(14)가 위치하는 단층 평면이며, k x축 및 k y 축은 2차원 퓨리에 공간 좌표이다.FIG. 3 is a diagram showing the tomography principle of the tomography image processing unit 60 of FIG. 1. Here, the x and y axes are the fault plane where the sample 14 is located, and the k x and k y axes are two-dimensional Fourier space coordinates.

도 1 및 도 3을 참조하면, 시료(14)의 단층 영상은 퓨리에 회절 원리에 따라 3차원 영상으로 변환될 수 있다. 조향 광학계(30)는 실 공간에서 특정 각도 '

Figure pat00001
'로 가간섭성 평면파(16)를 갖는 레이저 광(12)를 조사하고, 이미징 광학계(40)는 회절파(18)를 획득하고, 단층 영상 처리부(60)는 퓨리에 공간 내의 반원 곡선(도 4의 62)을 획득하고, 상기 반원 곡선(62)을 이용하여 3차원 영상 자료를 획득할 수 있다. 회절파(18)는 시료(14)의 360° 전방위로 측정될 수 있다. 회절파(18)의 퓨리에 스펙트럼은 퓨리에 공간 내에 채워질 수 있다. 단층 영상 처리부(60)는 2차원 퓨리에 스펙트럼을 역 퓨리에 스펙트럼으로 변환하여 시료(14)의 3차원 단층 영상(도 4의 64)을 획득할 수 있다. Referring to FIGS. 1 and 3 , the tomographic image of the sample 14 may be converted into a three-dimensional image according to the Fourier diffraction principle. The steering optical system 30 operates at a specific angle in real space.
Figure pat00001
' laser light 12 having a coherent plane wave 16 is irradiated, the imaging optical system 40 acquires the diffraction wave 18, and the tomography image processing unit 60 obtains a semicircular curve in the Fourier space (FIG. 4 62) of can be obtained, and three-dimensional image data can be obtained using the semicircular curve 62. Diffracted waves 18 can be measured in 360° omnidirectionality of the sample 14. The Fourier spectrum of the diffracted wave 18 can be filled into Fourier space. The tomography image processing unit 60 may obtain a 3D tomography image (64 in FIG. 4) of the sample 14 by converting the 2D Fourier spectrum into an inverse Fourier spectrum.

도 4는 도 1의 단층 영상 처리부(60)에 의해 획득되는 3차원 단층 영상(64)의 일 예를 보여준다.FIG. 4 shows an example of a 3D tomography image 64 acquired by the tomography image processor 60 of FIG. 1 .

도 1 및 도 4를 참조하면, 단층 영상 처리부(60)는 회절파(18)를 퓨리에 공간 내에 반원 곡선들(62)으로 채우고, 상기 반원 곡선들(62)을 역 퓨리에 스펙트럼으로 변환하여 시료(14)의 3차원 단층 영상(64)을 획득할 수 있다. Referring to Figures 1 and 4, the tomographic image processor 60 fills the diffracted wave 18 with semicircular curves 62 in Fourier space, converts the semicircular curves 62 into an inverse Fourier spectrum, and produces a sample ( 14), a 3D tomographic image 64 can be obtained.

이상, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시 예들을 예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시 예들 및 응용 예에는 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. Above, examples of embodiments of the present invention have been described with reference to the attached drawings, but those skilled in the art will understand that the present invention can be implemented in other specific forms without changing its technical idea or essential features. You will understand that it can be done. Therefore, the embodiments and application examples described above should be understood as illustrative in all respects and not restrictive.

Claims (10)

레이저 광을 생성하는 광원;
상기 레이저 광을 시료에 조사하는 조향 광학계;
상기 레이저 광을 이용하여 상기 시료의 2차원 이미지를 획득하는 이미징 광학계; 및
상기 2차원 이미지로부터 3차원 단층 영상을 획득하는 단층 영상 처리부를 포함하되,
상기 조향 광학계는:
상기 레이저 광을 상기 시료에 제공하는 집속 렌즈; 및
상기 집속 렌즈와 상기 광원 사이에 제공되는 MEMS 미러를 포함하는 광 회절 단층 촬영 장치.
A light source that generates laser light;
a steering optical system that irradiates the laser light to the sample;
an imaging optical system that acquires a two-dimensional image of the sample using the laser light; and
A tomography image processing unit that acquires a 3-dimensional tomography image from the 2-dimensional image,
The steering optics:
a focusing lens that provides the laser light to the sample; and
An optical diffraction tomography device comprising a MEMS mirror provided between the focusing lens and the light source.
제 1 항에 있어서,
상기 조향 광학계는 상기 집속 렌즈와 상기 MEMS 미러 사이에 제공되는 제 1 튜브 렌즈를 더 포함하는 광 회절 단층 촬영 장치.
According to claim 1,
The steering optical system further includes a first tube lens provided between the focusing lens and the MEMS mirror.
제 1 항에 있어서,
상기 집속 렌즈와 상기 튜브 렌즈 사이의 제 1 미러를 더 포함하는 광 회절 단층 촬영 장치.
According to claim 1,
An optical diffraction tomography apparatus further comprising a first mirror between the focusing lens and the tube lens.
제 1 항에 있어서,
상기 이미징 광학계는:
상기 조향 광학계의 상기 집속 렌즈에 대향하는 복수개의 대물 렌즈들; 및
상기 복수개의 대물 렌즈들 상의 카메라를 포함하는 광 회절 단층 촬영 장치.
According to claim 1,
The imaging optics include:
a plurality of objective lenses opposing the focusing lens of the steering optical system; and
An optical diffraction tomography apparatus comprising a camera on the plurality of objective lenses.
제 4 항에 있어서,
상기 이미징 광학계는 상기 복수개의 대물 렌즈들과 상기 카메라 사이의 제 2 튜브 렌즈를 더 포함하는 광 회절 단층 촬영 장치.
According to claim 4,
The imaging optical system further includes a second tube lens between the plurality of objective lenses and the camera.
제 5 항에 있어서,
상기 광원과 상기 조향 광학계 사이에 제공되는 광 전달 모듈을 더 포함하는 광 회절 단층 촬영 장치.
According to claim 5,
An optical diffraction tomography apparatus further comprising a light transmission module provided between the light source and the steering optical system.
제 6 항에 있어서,
상기 광 전달 모듈은:
상기 제 2 튜브 렌즈와 상기 광원 사이 및 상기 MEMS 미러와 상기 광원 사이에 제공되는 광섬유들; 및
상기 광섬유들을 상기 광원에 연결시키는 광 커플러를 포함하는 광 회절 단층 촬영 장치.
According to claim 6,
The light transmission module:
optical fibers provided between the second tube lens and the light source and between the MEMS mirror and the light source; and
An optical diffraction tomography apparatus comprising an optical coupler connecting the optical fibers to the light source.
제 7 항에 있어서,
상기 광 전달 모듈은 상기 광섬유들 중의 하나와 상기 제 2 튜브 렌즈 사이 및 상기 광섬유들 중의 나머지 하나와 상기 MEMS 미러 사이에 제공되는 단자들을 더 포함하는 광 회절 단층 촬영 장치.
According to claim 7,
The light transmission module further includes terminals provided between one of the optical fibers and the second tube lens and between the other one of the optical fibers and the MEMS mirror.
제 8 항에 있어서,
상기 단자들 중 하나에 인접하여 배치되고, 상기 카메라와 상기 제 2 튜브 렌즈 사이에 제공되는 빔 스플리터를 더 포함하는 광 회절 단층 촬영 장치.
According to claim 8,
An optical diffraction tomography apparatus disposed adjacent to one of the terminals and further comprising a beam splitter provided between the camera and the second tube lens.
제 1 항에 있어서,
상기 조향 광학계 및 이미징 광학계를 유기적으로 제어하여 시료의 3차원 단층 영상을 획득하는 시스템 제어부를 더 포함하는 광 회절 단층 촬영 장치.
According to claim 1,
An optical diffraction tomography apparatus further comprising a system control unit that organically controls the steering optical system and the imaging optical system to obtain a three-dimensional tomographic image of the sample.
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