KR100980306B1 - 하이컨텐트 스크리닝을 위한 공초점 형광 현미경 - Google Patents

Abstract

본 발명은 하이컨텐트 스크리닝을 위한 공초점 형광 현미경에 관한 것으로, 파장이 각각 다른 광을 제공하는 광원부, 상기 광원부에서 방출되는 서로 다른 파장을 갖는 광의 색수차를 보정하여 콜리메이팅하는 콜리메이터, 상기 광원부로부터 제공받은 광을 대상물에 조사하고, 이를 통해 대상물에서 방출되는 형광신호를 획득하는 현미경부, 상기 현미경부에서 반사되는 대상물의 형광신호를 분광시키는 AOTF, 상기 광원부에서 상기 현미경부로 광을 제공할 때 AOTF를 통과한 광을 집광시켜주는 포커서, 상기 현미경부를 통해 대상물에 조사된 후 방출된 광을 이용하여 포커싱하는 포커싱부 및 상기 현미경부에서 검출된 대상물의 형광신호를 검출하는 적어도 하나 이상의 검출부를 포함하여 구성되며, 상기 광원부와 콜리메이터, AOTF, 포커스, 현미경부는 광섬유로 연결되는 것을 특징으로 한다.

공초점 현미경, 하이컨텐트 스크리닝, HCS, 광원부, 검출부

Description

하이컨텐트 스크리닝을 위한 공초점 형광 현미경{CONFOCAL FLUORESCENCE MICROSCOPE FOR HIGH CONTENT SCREENING}

본 발명은 하이컨텐트 스크리닝을 위한 공초점 형광 현미경에 관한 것으로, 좀 더 상세하게는 현미경부와 검출부를 분할 구성하여 외부 환경에 따른 측정 정밀성 저하를 보완한 하이컨텐트 스크리닝을 위한 공초점 형광 현미경에 관한 것이다.

공초점 형광 현미경은 초점 평면 이외의 지점에서 나오는 백그라운드 정보를 제거 또는 줄일 수 있는 공간 필터를 사용하기 때문에, 일반적인 광학 현미경보다 뛰어난 성능을 가지고 있다. 그러므로 공초점 형광 현미경은 생명-의학 분야에서 널리 사용되고 있다. 신약 개발의 새로운 개념으로 하이컨텐트 스크리닝(High Content Screening, HCS)이라는 기술이 소개되었다. 하이컨텐트 스크리닝 기술은 살아있는 세포들의 시간적 또는 공간적인 활동을 알아내기 위해 고안된 플랫폼(platform)이다. 세포들의 시간적 또는 공간적인 활동을 알아내기 위해서는 고속 고분해능 광학현미경이 반드시 필요하다.

공초점 형광 현미경은 실시간 고분해능 형광 형상을 얻을 수 있을 뿐만 아니라, 이차원 평면의 절편 영상들을 모아서 하나의 3차원 복원 영상을 획득할 수 있는 기능을 가지고 있다.

살아있는 세포들의 시간적인 활동을 알아내기 위해서는 실시간 형광 영상을 획득해야하고, 이를 위해서는 공초점 형광 현미경에 초고속 스캐너가 필요하다. 그리고 하이컨텐트 스크리닝 장비에서 컨텐트의 스크리닝 시간을 단축시키기 위해, 대부분의 구동과정이 자동으로 이루어지고 있다. 다양한 자동화 과정 중에서 가장 기본적인 자동화 과정이 오토포커싱(autofocusing) 과정이다.

완전히 통합되고 자동화된 하이컨텐트 스크리닝 플랫폼에는 웰 플레이트(well plate) 이송 기구, 정밀 구동 핸들러(handler), 정밀 구동 스테이지 등의 다양한 종류의 구동부가 포함된다. 이런 다양한 구동부들에 의해 외란이나 진동이 발생할 가능성이 크다.

결국 이러한 외부환경에 따른 진동이나 외란에 강건한 시스템이 필요하다. 추가적으로, 살아있는 세포에서 공간적인 활동 정보를 얻기 위해서는 공초점 형광 현미경에 적용 가능한 다양한 파장의 레이저 광원도 필요하다.

다양한 파장의 레이저를 사용한다는 것은 공초점 현미경에서 색수차가 발생한다는 것을 의미한다. 공초점 현미경의 더 좋은 성능을 얻기 위해서는 여러 가지 수차를 보정해야한다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명은 외부 환경에 영향을 받지 않고 좀 더 정확한 측정을 달성하고자 하는데 그 목적이 있다.

또한, 측정 대상물의 좀 더 정확한 정보를 획득하기 위해 다양한 파장의 광을 사용하되, 이에 따라 발생되는 여러 문제점이 보완된 공초점 형광 현미경을 제공하고자 하는데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 파장이 각각 다른 광을 제공하는 광원부, 상기 광원부에서 방출되는 서로 다른 파장을 갖는 광의 색수차를 보정하여 콜리메이팅하는 콜리메이터, 상기 광원부로부터 제공받은 광을 대상물에 조사하고, 이를 통해 대상물에서 방출되는 형광신호를 획득하는 현미경부, 상기 현미경부에서 반사되는 대상물의 형광신호를 분광시키는 AOTF, 상기 광원부에서 상기 현미경부로 광을 제공할 때 AOTF를 통과한 광을 집광시켜주는 포커서, 상기 현미경부를 통해 대상물에 조사된 후 방출된 광을 이용하여 포커싱하는 포커싱부 및 상기 현미경부에서 검출된 대상물의 형광신호를 검출하는 적어도 하나 이상의 검출부를 포함하여 구성되며, 상기 광원부와 콜리메이터, AOTF, 포커스, 현미경부는 광섬유로 연결되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 광원부는, 각각 488㎚, 543㎚, 633㎚의 파장을 갖는 세 개의 광 원으로 구성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 광원부는, 파장이 각각 다른 광을 하나의 광섬유로 합쳐주기 위한 알지비 결합기(RGB combiner)를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 광섬유는, 싱글 모드 광섬유와 멀티 모드 광섬유가 사용되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 콜리메이터는, 색수차를 보정하는 대물렌즈, 상기 대물렌즈를 통과하는 광을 편광시키는 와이어 그리스 편광판, 상기 대물렌즈와 상기 광섬유를 거리를 일정하게 유지시켜주면서 고정시키는 지그 및 상기 광섬유를 상기 지그에 고정시키기 위한 플랜지 벌크헤드를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 콜리메이터는, 상기 광원부에서 제공되는 광을 상기 AOTF로 제공하기 위해 콜리메이팅 하기 위한 제 1콜리메이터와, 상기 AOTF를 통과한 광을 상기 현미경부로 제공하기 위해 콜리메이팅하는 제 2콜리메이터로 구성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 포커스는, 상기 AOTF를 통해 제공되는 광을 집광시켜주는 대물렌즈, 상기 대물렌즈와 상기 광섬유의 거리를 일정하게 유지하면서 고정시키는 지그 및 상기 광섬유를 상기 지그에 고정시키기 위한 플랜지 벌크헤드를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 현미경부는, 상기 콜리메이터로부터 평행 광을 제공받는 갈바노 거울과 공진 거울로 구성되는 거울 스캐너, 상기 거울 스캐너로부터 광을 제공받아 광의 평행도를 유지시키는 것으로, 스캔 렌즈와 튜브 렌즈로 구성되는 릴레이 광학 계, 상기 릴레이 광학계를 통과한 광을 대상물에 조사하고, 이동하면서 대상물의 초점을 감지하는 대물렌즈 및 상기 대물렌즈를 이동시키는 구동엑츄에이터를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 검출부는, 상기 현미경부에서 제공되는 광의 파장 중 488nm의 빛은 반사시키고 나머지는 통과시키는 에지필터, 555nm 파장 이하의 광을 반사시키고 556nm 파장 이상의 광은 통과시키는 제 1이색거울, 655nm 파장 이하의 광은 반사되고, 656nm 파장 이하의 광은 통과시키는 제 2이색거울, 상기 제 1이색거울을 통해 반사되는 555nm 파장 이하의 광을 검출하는 제 1검출부, 제 1이색거울을 통과하고 상기 제 2이색거울을 통해 반사되는 556nm 내지 655nm 파장의 광을 검출하는 제 2검출부, 656nm 파장 이상의 광을 검출하는 제 3검출부 및 상기 제 1, 2, 3검출부에 각각 구비되어 형광 신호를 선택적으로 필터링하는 필터 휠;을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 포커싱부는, 상기 AOTF를 통해 들어오는 광을 1차적으로 반사시키는 제 1거울, 상기 제 1거울을 통해 반사되는 광 중 488nm 파장의 광만 반사시키는 에지필터, 상기 에지필터를 통해 반사되는 광을 상기 제 1거울이 반사시키고 이를 반사시키는 제 2거울 및 상기 제 2거울을 통해 반사되는 광을 검출하는 광 검출기를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

상기와 같이 구성되고 작용되는 본 발명은 현미경부와 검출부를 분할 구성하 고 이를 광섬유로 연결함에 따라 현미경부를 통한 측정물 측정 시 측정력 저하를 일으키는 외부환경조건이나 각종 구동부들로부터 발생되는 진동에 대응하여 보다 정확한 측정을 달성할 수 있는 이점이 있다.

또한, 독립된 구조를 통해 현미경 시스템의 부피를 감소시킬 수 있는 이점이 있다.

또한, AOTF를 이용하여 오토포커싱 신호와 형광 신호와 동시에 획득한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 하이컨텐트 스크리닝을 위한 공초점 형광 현미경에 대한 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따라 하이컨텐트 스크리닝을 위한 공초점 형광 현미경의 전체 개략도, 도 2a는 본 발명의 일 실시예에 따른 광원부의 개략도, 도 2b는 본 발명의 일 실시예에 따른 광원부에 구비되는 알지비 결합기(RGB combiner)의 개략도, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 콜리메이터를 나타낸 개략도, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 포커서를 나타낸 개략도, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 현미경부의 개략도, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 포커싱부의 동작 과정을 나타낸 개략도, 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따라 대상물에서 방출되는 형광 신호가 AOTF를 통과하여 검출부로 들어가는 과정을 나타낸 개략도, 도 8은 본 발명에 따른 검출부에 구비된 필터 휠의 사시도이다.

본 발명에 따른 하이컨텐트 스크리닝을 위한 공초점 형광 현미경은, 파장이 각각 다른 광을 제공하는 광원부(10)와, 상기 광원부와 싱글 모드 광섬유로 연결되고 광을 콜리메이팅(collimating)시키는 콜리메이터(1)와, 상기 광원부로부터 제공받은 광을 대상물에 조사하고 이를 통해 대상물에서 방출되는 형광신호를 획득하는 현미경부(21)와, 상기 현미경부에서 반사되는 대상물의 형광 신호를 분광시키는 AOTF(acousto-optic tunable filter ; 11)와, 상기 현미경부에서 다시 되돌아오는 광을 이용하여 포커싱하는 포커싱부(19)와, 상기 현미경부에서 검출된 대상물의 형광신호를 검출하는 검출부(27)를 포함하여 구성되며, 상기 광원부(10)와 콜리메이터(1), 현미경부(21)는 싱글 모드 광섬유와 멀티 모드 광섬유를 통해 연결되는 것을 특징으로 한다. 따라서 본 발명은 광원부(10)와 현미경부(21) 및 검출부(27)를 모두 기계적으로 분리를 시킨 구조를 가지는 것을 주요 기술적 요지라 할 수 있다.

도 2a를 살펴보면, 광원부(10)는 세 개의 다른 파장의 광을 공급하는 광원(12, 13, 14)을 구비하는 것으로, 각각의 광원은 싱글 모드 광섬유(16)를 통과한 후 알지비 결합기(RGB combiner ; 15)를 통과하면서 세 광원이 하나로 합쳐져서 출력된다. 상기 광원(12, 13, 14)을 본 발명에서 각각 488 nm(12), 543 nm(13), 633 nm(14)의 파장을 갖는 광원을 사용한다.

알지비 결합기(15)는 도 2b에 도시된 바와 같이 빨강, 초록 그리고 파랑색의 빛이 각각 input으로 들어가면 output을 통해 하나의 빛으로 합쳐져 나오도록 하는 역할을 하는 것으로, 하나로 합쳐진 빛은 싱글 모드 광섬유(3)를 통하여 전달이 되고, 그 후 콜리메이터(1)를 통과하면서 콜리메이팅된 평행 광(4)으로 만들어진다. 상기 RGB combiner(15)를 이용하여 세 개의 다른 파장 (488 nm, 543 nm, 633 nm)의 광을 하나의 광섬유로 합침으로써 광원부의 부피를 줄일 수 있다.

그리고 평행 광(4)은 AOTF(acousto-optic tunable filter ; 11)를 통과한다. AOTF(11)를 형광 분광 필터로 사용하기 위해서는 AOTF(11)에 입사되는 평행 광이 AOTF(11)에 대하여 1차 회절 각도로 입사되어야 한다. AOTF(11)를 통과한 평행 광(18)은 포커서(9)에 의해 멀티 모드 광섬유(17)로 집광된다.

콜리메이터(1)는 상기 세 개의 서로 다른 광원의 파장에 의한 색수차를 보정하여 평행 광을 만들기 위한 것이다. 상기 콜리메이터(1)는 싱글 모드 광섬유(3)를 통해 전달된 발산하는 광(2)을 평행한 광(4)으로 만들어주는 역할을 한다.

상용의 빔 콜리메이터(collimator)는 광섬유로부터 전달된 빛을 평행하게 만들어주기 위해 싱글렛(singlet, single lens) 또는 더블렛(doublet, double lens)을 사용한다. 이러한 렌즈들은 세 개의 다른 파장을 사용함으로써 발생하는 색수차를 완전히 보정할 수 없다.

따라서 본 발명에서는 색수차를 보정하기 위해 앞서 언급한 상용의 더블렛을 사용하지 않고 대물렌즈(5)(Plan SemiApochromat, Olympus 회사)를 색수차 보정 렌즈로 사용한다.

여기서 대물렌즈(5)의 유효 개구수(numerical aperture)를 싱글 모드 광섬유(3)와 일치시켜야 하므로, 개구수가 0.1인 싱글 모드 광섬유(3)와 개구수 일치시키기 위해 대물렌즈(5)의 초점 거리가 18mm인 10배 대물렌즈(5)를 사용하며, 이 때 평행 광(4)의 직경은 3mm이다.

발산하는 빛(2)을 평행 광(4)으로 만들기 위해서는 대물렌즈(5)와 싱글 모드 광섬유(3) 사이의 거리가 일정하면서 정확해야 하므로, 상기 대물렌즈(5)와 싱글 모드 광섬유(3)의 사이의 거리는 가공된 콜리메이터 지그(6)에 의해 고정되게 된다. 또한, 싱글 모드 광섬유(3)는 플랜지 벌크 헤드(flanged bulkhead ; 7)와 연결되어 고정되며, 상기 플랜지 벌크헤드(7)는 콜리메이터 지그(6)에 고정된다.

색수차 보정하기 위해 상기 대물렌즈(5)를 사용하기 때문에 평행 광(4)은 색수차가 거의 없다. 싱글 모드 광섬유(3)에 의해 전달된 발산하는 광(2)은 콜리메이터(1)를 통과한 후 와이어 그리드 편광판(wire grid polarizer ; 8)을 통과한다. 이는 AOTF(11)에 평행 광(4)을 조명해줄 때에는 반드시 편광 광을 만들어 주어야 하기 때문이다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 포커스를 나타낸 개략도이다. 상기 AOTF(11)를 통과한 평행 광을 다시 집광시켜주기 위한 것으로, 상기 포커서(9)는 상기 콜리메이터(1)와 동일하게 대물렌즈, 콜리메이터 지그, 플랜지 벌크헤드를 구비하고 있으나, 와이어 그리드 편광판(8)은 사용되지 않으며, 광의 진행 방향이 상기 콜리메이터(1)는 반대 방향으로 진행된다.

도 5는 현미경부(21)를 나타낸다. 상기 멀티 모드 광섬유(17)를 통해 전달된 RGB가 합쳐진 광은 제 2콜리메이터(47)를 통과하여 평행 광(37)이 된다. 본 발명에서 상기 광원부(10)에서 제공되는 광을 평행시키기 위한 콜리메이터(1)를 제 1콜리 메이터라고 하고, 상기 포커스(9)를 통과한 광을 다시 평행하게 만들어주기 위한 콜리메이터(47)를 제 2콜리메이터라고 한다.

상기 콜리메이터(47)를 통과한 평행 광(37)은 갈바노 거울과 공진 거울로 이루어진 두 개의 거울 스캐너(도면에는 하나의 거울만 표시됨 ; 38)에 도달한다.

상기 거울 스캐너(38)에 의해 평행 광(37)은 대상물(시편 ; 20) 위에 스캐닝을 위한 시야각(field of view)을 갖게 된다. 스캐너(38)에 반사된 평행 광(37)은 릴레이 광학계(39)로 들어간다. 릴레이 광학계(39)는 아포컬 시스템(afocal system)으로써 3배의 배율을 가지고 있다. 아포컬 시스템은 들어오는 빔의 입사각이 존재해도 빔의 평행도를 유지시키는 역할을 한다.

상기 릴레이 광학계(39)가 3배의 배율을 가지므로, 3 mm 직경의 평행 광(37)이 직경 9 mm의 평행 광(42) 되어 나온다. 여기서 상기 릴레이 광학계는 색수차, 기하수차, 상면 만곡 등의 여러 수차들이 최소가 되도록 설계되어야 한다.

상기 릴레이 광학계(39)는 스캔 렌즈(40)와 튜브 렌즈(41)로 구성되며, 상기 스캔 렌즈(40)는 두 장의 몰색화(achromat) 더블렛으로 이루어져 있고, 마찬가지로 상기 튜브 렌즈(41)도 두 장의 몰색화(achromat) 더블렛으로 이루어져 있다.

직경 9mm의 평행 광(42)은 대물렌즈(43)의 후 개구(back aperture)로 들어간다. 대물렌즈(43)는 구동액추에이터(44)와 조립되어 상기 구동액츄에이터와 연동하는 것으로, 일반적으로 PZT가 사용되는 것이 바람직하다.

상기 구동액추에이터(44)는 대물렌즈(43)를 광축 방향을 따라 상하 이동시켜준다. 상기 구동액츄에이터(44)의 구동 범위는 폐루프(closed loop) 제어에서 400um 이고, 구동 속도는 2 Hz이가 바람직하나, 이는 본 발명의 바람직한 일 실시예일 뿐 결코 여기에 한정되지는 않는다.

대상물(20) 대신에 상기 대물렌즈(43)를 구동액츄에이터를 통해 구동시키면서 초점 평면을 감지하게 되고, 이를 통해 후술한 포커싱부(19)의 포커싱 과정이 수행된다. 초점 평면이 감지되면, RGB 형광 여기광은 이 초점 평면에서 반사되고 형광 빛(광)은 대상물(20)로부터 방출된다.

도 6은 포커싱부의 작동 과정을 나타낸다. 488nm 파장의 광(12)은 오토포커싱 신호를 읽어오는데 사용된다. 대상물(20)에서 반사된 488nm 파장의 광은 원래 왔던 경로로 되돌아가게 된다. 상기 멀티 모드 광섬유(17)를 사용하기 때문에 대상물(20)에서 반사된 광은 자신의 편광 방향을 유지하지 못하고 상기 AOTF(11)로 들어오게 된다.

그러므로 편광 방향을 유지하지 못한 488nm 파장의 레이저(12)가 AOTF(11)를 다시 통과할 때는 원래 입사되었던 1차 회절 각도와 다른 각도를 가지고 통과하게 된다. 이렇게 약간 달라진 광의 각도에 의해 오토포커싱 작동이 가능하다. 543nm와 633nm 파장의 광 또한 대상물(20)에서 반사된 후 원래 왔던 경로로 되돌아와서 상기 AOTF(11)를 통과한다.

그러나 세 파장의 광은 서로 각각에 대하여 다른 각도로 통과하므로 다시 합쳐지지는 않는다. 상기 AOTF(11)를 통과한 약간 다른 각도의 광(22)은 첫 번째 거울(23)에서 한 번 반사되어 에지필터(RazorEdge Raman Filter ; 24, Semrock Corp.)로 향한다.

상기 에지필터(24)는 488nm 파장의 광만 반사시키는 역할을 하므로 상기 에지필터(24)를 통과하지 못하고 다시 반사된다. 여기서 반사된 광은 제 1거울(23)과 제 2거울(25)에 각각 반사되어 결과적으로 488nm 파장의 광(22)이 광 검출기(26)로 들어가게 된다.

543nm 파장(14)과 633nm(15)의 광도 상기 제 1, 2거울(23, 25)에 반사되지만, 상기 AOTF(11)를 통과한 각도가 488nm 파장의 광(22)과는 다르기 때문에 상기 광 검출기(26)로 들어가지 않게 되는 것이다.

따라서 상기 현미경부의 구동엑츄에이터(44)와 연동하는 대물렌즈(43)를 통해 획득되는 반사신호를 상기 포커싱부가 검출하게 되고, 이를 통해 상기 현미경부가 검출하고자 하는 위치를 찾아낼 수 있다.

도 7은 대상물에서 반사되는 형광 신호 획득 과정을 나타낸다. 대상물(20)에서 방출되는 형광 빛(28)은 대략 500nm 내지 750nm 정도의 파장 폭을 가지고 있다.

방출된 형광 빛(28)은 상기 제 1거울(23)을 통해 반사되어 에지 필터(24)를 통과한다. 에지 필터(24)를 통과한 빛은 두 개의 이색 필터에 의해 파장 대역이 나누어진다. 제 1이색거울(29)에 의해 555nm 파장 이하의 광은 반사되고 556nm 파장 이상의 광은 통과한다.

그리고 제 2이색거울(30)에 의해 655nm 파장 이하의 광은 반사되고 656nm 파장 이상의 빛은 투과된다. 즉, 제 1검출기(31)에서는 500nm에서 555nm까지의 형광 신호를 획득하게 되고, 제 2검출기(32)에서는 555nm 내지 655nm까지의 형광 신호를 획득하며, 제 3검출기(33)에서는 656nm 이상의 형광 신호를 획득하게 된다.

또한, 상기 제 1, 2, 3 검출기 앞에는 각각 회전형 필터 휠(34, 35, 36)이 구비된다. 각각의 상기 필터 휠(34, 35, 36)은 도 8에 도시된 바와 같이 네 종류의 형광 필터로 구성되는 회전방식의 필터 휠에 의해 필터 휠 회전시키면서 원하는 파장 대역의 빛만 광 검출기로 들어올 수 있도록 선택적으로 사용할 수 있다.

따라서 본 발명은 크게 현미경부(21), 검출부(27) 그리고 광원부(10)가 싱글 모드 광섬유와 멀티 모드 광섬유로 연결된다. 상기 멀티 모드 광섬유(17)는 핀홀의 역할을 하므로 멀티 모드 광섬유(17)를 통해 공초점 효과를 얻을 수 있다.

상기 현미경부(21)가 상기 검출부(27) 및 상기 광원부(10)가 기계적으로 분리되어 있으므로, 본 발명에 따른 공초점 형광 현미경은 하이컨텐트 스크리닝 장비의 평면 스테이지 위에서 독립적으로 동작될 수 있다. 특히, 상기 검출부(27)와 광원부(10)는 평면 스테이지 구동의 영향을 받지 않으므로 외부 진동에 매우 뛰어난 대응력을 가져올 수 있다.

그리고 하이컨텐트 스크리닝 장비의 자동화에 기본이 되는 오토포커싱을 수행하기 위해서, 레이저광을 별도로 사용하지 않고 형광 여기용 광 중 488nm 파장의 광을 사용한다.

또한, 형광 신호를 분광하여 검출하기 위해 AOTF(acousto-optic tunable filter)를 사용하고, AOTF를 이용하여 오토포커싱 신호와 형광 신호와 동시에 획득한다.

따라서 본 발명은 광원부와 검출부를 대상물을 측정하는 현미경부와 광섬유 로 연결되는 독립적인 구조를 가짐으로써, 외부 진동이나 외란에 방해 받지 않고 보다 정확한 측정을 달성할 수 있는 이점이 있다.

이상, 본 발명의 원리를 예시하기 위한 바람직한 실시예와 관련하여 설명하고 도시하였지만, 본 발명은 그와 같이 도시되고 설명된 그대로의 구성 및 작용으로 한정되는 것이 아니다.

오히려, 첨부된 청구범위의 사상 및 범주를 일탈함이 없이 본 발명에 대한 다수의 변경 및 수정이 가능함을 당업자들은 잘 이해할 수 있을 것이다. 따라서 그러한 모든 적절한 변경 및 수정과 균등물들도 본 발명의 범위에 속하는 것으로 간주되어야 할 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따라 하이컨텐트 스크리닝을 위한 공초점 형광 현미경의 전체 개략도,

도 2a는 본 발명의 일 실시예에 따른 광원부의 개략도,

도 2b는 본 발명의 일 실시예에 따른 광원부에 구비되는 RGB combiner의 개략도,

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 콜리메이터를 나타낸 개략도,

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 포커서를 나타낸 개략도,

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 현미경부의 개략도,

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 포커싱부의 동작 과정을 나타낸 개략도,

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따라 대상물에서 방출되는 형광 신호가 AOTF를 통과하여 검출부로 들어가는 과정을 나타낸 개략도,

도 8은 본 발명에 따른 검출부에 구비된 필터 휠의 사시도.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

1 : 콜리메이터

9 : 포커스

10 : 광원부

11 : AOTF

19 : 포커싱부

21 : 현미경부

27 : 검출부

Claims (10)

1. 파장이 각각 다른 광을 제공하는 광원부;

   상기 광원부에서 방출되는 서로 다른 파장을 갖는 광의 색수차를 보정하여 콜리메이팅하는 콜리메이터;

   상기 광원부로부터 제공받은 광을 대상물에 조사하고, 이를 통해 대상물에서 방출되는 형광신호를 획득하는 현미경부;

   상기 현미경부에서 반사되는 대상물의 형광신호를 분광시키는 AOTF;

   상기 광원부에서 상기 현미경부로 광을 제공할 때 AOTF를 통과한 광을 집광시켜주는 포커서;

   상기 현미경부를 통해 대상물에 조사된 후 방출된 광을 이용하여 포커싱하는 포커싱부; 및

   상기 현미경부에서 검출된 대상물의 형광신호를 검출하는 적어도 하나 이상의 검출부;를 포함하여 구성되며,

   상기 광원부와 콜리메이터, AOTF, 포커서, 현미경부는 광섬유로 연결되는 것을 특징으로 하는 하이컨텐트 스크리닝을 위한 공초점 형광 현미경.
2. 제 1항에 있어서, 상기 광원부는,

   각각 488㎚, 543㎚, 633㎚의 파장을 갖는 세 개의 광원으로 구성되는 것을 특징으로 하는 하이컨텐트 스크리닝을 위한 공초점 형광 현미경.
3. 제 1항 또는 2항에 있어서, 상기 광원부는,

   파장이 각각 다른 광이 인풋(input)을 통해 각각 들어가면 아웃풋(output)을 통해 하나의 광으로 출력되도록 합쳐주기 위한 알지비 결합기(RGB combiner)를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 하이컨텐트 스크리닝을 위한 공초점 형광 현미경.
4. 제 1항에 있어서, 상기 광섬유는,

   싱글 모드 광섬유와 멀티 모드 광섬유가 사용되는 것을 특징으로 하는 하이컨텐트 스크리닝을 위한 공초점 형광 현미경.
5. 제 1항에 있어서, 상기 콜리메이터는,

   색수차를 보정하는 대물렌즈;

   상기 대물렌즈를 통과하는 광을 편광시키는 와이어 그리드 편광판;

   상기 대물렌즈와 상기 광섬유를 거리를 일정하게 유지시켜주면서 고정시키는 지그; 및

   상기 광섬유를 상기 지그에 고정시키기 위한 플랜지 벌크헤드;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 하이컨텐트 스크리닝을 위한 공초점 형광 현미경.
6. 제 1항 또는 제 5항에 있어서, 상기 콜리메이터는,

   상기 광원부에서 제공되는 광을 상기 AOTF로 제공하기 위해 콜리메이팅 하기 위한 제 1콜리메이터와, 상기 AOTF를 통과한 광을 상기 현미경부로 제공하기 위해 콜리메이팅하는 제 2콜리메이터로 구성되는 것을 특징으로 하는 하이컨텐트 스크리닝을 위한 공초점 형광 현미경.
7. 제 1항에 있어서, 상기 포커서는,

   상기 AOTF를 통해 제공되는 광을 집광시켜주는 대물렌즈;

   상기 대물렌즈와 상기 광섬유의 거리를 일정하게 유지하면서 고정시키는 지그; 및

   상기 광섬유를 상기 지그에 고정시키기 위한 플랜지 벌크헤드;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 하이컨텐트 스크리닝을 위한 공초점 형광 현미경.
8. 제 1항에 있어서, 상기 현미경부는,

   상기 콜리메이터로부터 평행 광을 제공받는 갈바노 거울과 공진 거울로 구성되는 거울 스캐너;

   상기 거울 스캐너로부터 광을 제공받아 광의 평행도를 유지시키는 것으로, 스캔 렌즈와 튜브 렌즈로 구성되는 릴레이 광학계;

   상기 릴레이 광학계를 통과한 광을 대상물에 조사하고, 이동하면서 대상물의 초점을 감지하는 대물렌즈; 및

   상기 대물렌즈를 이동시키는 구동엑츄에이터;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 하이컨텐트 스크리닝을 위한 공초점 형광 현미경.
9. 제 1항에 있어서, 상기 검출부는,

   상기 현미경부에서 제공되는 광의 파장 중 488nm의 빛은 반사시키고 나머지는 통과시키는 에지필터;

   555nm 파장 이하의 광을 반사시키고 556nm 파장 이상의 광은 통과시키는 제 1이색거울;

   655nm 파장 이하의 광은 반사되고, 656nm 파장 이하의 광은 통과시키는 제 2이색거울;

   상기 제 1이색거울을 통해 반사되는 555nm 파장 이하의 광을 검출하는 제 1검출부;

   제 1이색거울을 통과하고 상기 제 2이색거울을 통해 반사되는 556nm 내지 655nm 파장의 광을 검출하는 제 2검출부;

   656nm 파장 이상의 광을 검출하는 제 3검출부; 및

   상기 제 1, 2, 3검출부에 각각 구비되어 형광 신호를 선택적으로 필터링하는 필터 휠;을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 하이컨텐트 스크리닝을 위한 공초점 형광 현미경.
10. 제 1항에 있어서, 상기 포커싱부는,

    상기 AOTF를 통해 들어오는 광을 1차적으로 반사시키는 제 1거울;

    상기 제 1거울을 통해 반사되는 광 중 488nm 파장의 광만 반사시키는 에지 필터;

    상기 에지필터를 통해 반사되는 광을 상기 제 1거울이 반사시키고 이를 반사시키는 제 2거울; 및

    상기 제 2거울을 통해 반사되는 광을 검출하는 광 검출기:를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 하이컨텐트 스크리닝을 위한 공초점 형광 현미경.

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