KR101050694B1 - 생체세포의 상대위상 측정방법 및 생체세포의 상대위상 측정장치 - Google Patents

생체세포의 상대위상 측정방법 및 생체세포의 상대위상 측정장치 Download PDF

Info

Publication number
KR101050694B1
KR101050694B1 KR1020090095848A KR20090095848A KR101050694B1 KR 101050694 B1 KR101050694 B1 KR 101050694B1 KR 1020090095848 A KR1020090095848 A KR 1020090095848A KR 20090095848 A KR20090095848 A KR 20090095848A KR 101050694 B1 KR101050694 B1 KR 101050694B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
light
polarizer
wave plate
living cell
relative phase
Prior art date
Application number
KR1020090095848A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20110038529A (ko
Inventor
신인희
신상모
Original Assignee
광주과학기술원
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 광주과학기술원 filed Critical 광주과학기술원
Priority to KR1020090095848A priority Critical patent/KR101050694B1/ko
Priority to US12/900,420 priority patent/US8525992B2/en
Publication of KR20110038529A publication Critical patent/KR20110038529A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101050694B1 publication Critical patent/KR101050694B1/ko

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
    • G01N21/21—Polarisation-affecting properties
    • 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
    • G01N33/00—Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
    • G01N33/48—Biological material, e.g. blood, urine; Haemocytometers
    • G01N33/483—Physical analysis of biological material

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Biophysics (AREA)
  • Hematology (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Urology & Nephrology (AREA)
  • Food Science & Technology (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)

Abstract

생체세포의 상대위상 측정방법은 광원으로부터 발생된 빛을 차례로 배치된 제1 편광자 및 제1 파장판을 이용하여 1차 필터링하는 단계, 1차 필터링된 빛에 생체세포를 노출시키는 단계, 생체세포를 통과한 빛을 차례로 배치된 제2 파장판 및 제2 편광자를 이용하여 2차 필터링하는 단계, 및 2차 필터링된 빛의 강도를 화소별로 감지하는 단계를 포함하며, 2차 필터링 조건을 변경하고, 변경된 조건에 따른 빛의 강도를 이용하여 생체세포에 의한 광학적 특성을 화소별로 산출할 수 있다.
제1 파장판, 제1 편광자, 선형 편광자, 액정 위상 지연기

Description

생체세포의 상대위상 측정방법 및 생체세포의 상대위상 측정장치{METHOD AND APPARATUS FOR MEASURING RELATIVE PHASE OF BIO-CELLS}
본 발명은 생체세포의 상대위상 측정방법 및 생체세포의 상대위상 측정장치에 관한 것으로서, 보다 자세하게는, 세포의 특정 방향성과 그에 따른 상대위상을 측정하여 세포를 이미지화하기 위한 생체세포의 상대위상 측정 방법 및 장치에 관한 것이다.
최근 생체세포의 운동성, 약물 반응, 분화 특성 등을 위하여 생체세포에 대한 실시간 관찰이 중요하게 여겨짐에 따라, 세포조직을 채취하고 염색과 같은 비가역적인(irreversible) 생화학적 방법으로 진단을 수행하는 방법을 대신하여, 염색 및 고정 등의 전처리 과정을 거치지 않고 생체세포의 실시간 관찰이 가능한 방법에 대한 연구가 활발히 이루어지고 있다. 즉, 시료로 채취한 세포 조직을 파괴하지 않고 관찰할 수 있으며 수 차례의 재 진단을 수행할 수 있는 세포의 측정 기술이 주목을 받고 있다.
시료로 채취한 세포 조직을 파괴하지 않고 관찰할 수 있는 방법으로, 광학 현미경을 이용하여 생체세포와 같은 생물학적 표본을 관찰할 수 있다. 그러나, 생 체세포는 가시광선 영역에 대하여 투명하여 주변부를 제외하면 어떠한 빛의 흡수도 일어나지 않는 생체세포의 특성상 관찰이 제대로 이루어지지 않는 한계가 있다.
따라서, 생체세포를 가시화하여 관찰하기 위한 위상차 현미경(Phase-contrast microscope)과 간섭 현미경(DIC microscope)들이 개발되고 있다.
먼저, 위상차 현미경은 일반적인 광학 현미경과 달리 굴절률의 차이를 이용하여 생물학적 표본을 관찰하는 것이 가능하도록 고안된 현미경으로서 회절된 광선과 회절되지 않은 광선 간에 간섭현상을 일으켜 발생 되는 위상 차를 명암의 차이로 표현하는 방식으로 생물학적 표본을 관찰한다.
한편, 간섭 현미경은 빛이 물체를 통과할 때 물체가 빛의 통과 속도를 지연시키는 특징을 이용하여, 표본을 투과한 물체광과 광원으로부터 분리시킨 간섭광을 겹치게 하는 방식으로 광파장에 대한 간섭 현상을 이용하므로 생물학적 표본을 관찰하는 것이 가능한 현미경이다.
상술한 위상차 현미경과 간섭 현미경은 종래의 광학 현미경에서 관찰할 수 없었던 생체세포와 같은 생물학적 표본을 굴절률의 차이에 의해 변화된 위상 정보를 빛의 강도 분포로 변환하여 관찰하는 것이 가능하지만, 정성적인 위상 정보를 제공하는 단계에 머무르기 때문에, 생물학적 표본에 대한 정확한 분석을 하는데 있어서 한계가 있다는 문제점이 있다. 따라서 생물학적 표본에 대한 정량적인 위상 정보를 제공할 수 있는 장치들이 개발되었다.
이를 위하여 생물학적 표본에 대한 정량적인 위상정보를 이미지화 할 수 있는 방법이 연구되었다. 먼저, OCT(Optical Coherent Tomography)를 통하여 생체세 포의 위상, 위상 분산, 및 복굴절(birefringence)을 측정하여 생체세포에 대한 정량적인 위상정보를 추출하여 생체세포의 내부를 이미지화하는 장치가 개발되었으나, 이러한 장치는 단일 지점 위상 측정 방식으로 측정 속도에 한계가 있으며 완성된 이미지를 구현하기 위해서는 고속의 스캔 장치가 요구되며, 실시간으로 세포를 관찰하는데 어려움이 있으며, 기계적인 잡음이 발생한다는 문제점이 있다.
본 발명은 염색 및 고정 등의 전처리 과정을 거치지 않고 생체세포의 실시간 관찰이 가능한 생체세포의 상대위상 측정 방법 및 장치를 제공한다.
본 발명은 복수 층으로 구성된 생체 세포를 실시간으로 확인할 수 있는 생체세포의 상대위상 측정 방법 및 장치를 제공한다.
상술한 본 발명의 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 예시적인 일 실시예에 따르면, 디지털 이미지 센서를 이용한 생체세포의 상대위상 측정방법은, 광원으로부터 발생된 빛을 차례로 배치된 제1 편광자 및 제1 파장판을 이용하여 1차 필터링하는 단계, 1차 필터링된 빛에 생체세포를 노출시키는 단계, 생체세포를 통과한 빛을 차례로 배치된 제2 파장판 및 제2 편광자를 이용하여 2차 필터링하는 단계, 및 2차 필터링된 빛의 강도를 화소별로 감지하는 단계를 포함하며, 2차 필터링 조건을 변경하고, 변경된 조건에 따른 빛의 강도를 이용하여 생체세포에 의한 광학적 특성을 화소별로 산출할 수 있다.
여기서, 생체세포에 의한 광학적 특성은 생체세포에 의해서 지연된 빛의 위상지연 값을 지칭할 수 있으며, 이는 1차 및 2차 필터링 과정을 거친 빛의 강도를 CCD카메라(charge-coupled device camera)와 같은 광검출기를 이용하여 화소별로 측정하되, 2차 필터링 시에 그 필터링 조건을 변경하고, 변경된 필터링 조건에 대응하는 빛의 강도를 각각 측정하여, 빛의 강도 값들로부터 광학적 특성 값 즉, 위 상지연 값을 계산할 수 있다.
이때, 2차 필터링 시에 변경된 조건에 따라 서로 다른 값을 가지는 빛의 강도는 광검출기에서 전기 신호로 변환되어, 별도의 중앙처리장치에 전달되고, 중앙처리장치에서는 빛의 강도 값들을 이용하여 빛의 위상지연 값을 계산하고, 이를 이용하여 다시 디스플레이 장치를 통해서 이미지화될 수 있다.
한편, 제1 파장판 및 제2 파장판을 사분의 일 파장판(quarter-wave length plate)를 사용하고, 제1 파장판 및 제2 파장판을 제1 편광자에 의해서 형성된 편광축(polarization axis)을 기준으로 각각 45도 및 135도 회전시켜 놓으면, 화소별로 산출된 광학적 특성 즉, 제2 편광자를 통과한 빛의 광 강도 값은 아래와 같은 존스 매트릭스(Jones matrix)로 표현될 수 있다.
Figure 112009061799993-pat00001
이때, Ex 및 Ey는 x축 및 y 축 방향의 빛을 각각 나타내며, β는 제2 편광자의 회전 각도, δ는 생체세포의 위상지연, E0 는 입사광의 진폭, ω는 입사광의 각진동수이다.
나아가, 제2 편광자를 π/4 간격으로 4차례 회전시켜, 차례로 β에 대입하여 획득한 4가지 광 강도 표현을 사용하여,
Figure 112009061799993-pat00002
식을 유도할 수 있으며, 이를 이용하여 생체세포의 위상지연(δ) 값을 계산할 수 있다.
즉, 제2 편광자의 회전으로, 각기 4가지의 광 강도 값으로부터 생체세포에 의한 빛의 위상지연 값을 계산할 수 있기 때문에, 별도의 전처리 과정을 거치지 않고 생체세포의 이미징이 가능하며, 종래의 OCT(Optical Coherent Tomography)를 통하여 특정한 방향(주축 방향)에 대한 생체세포의 위상, 위상 분산, 및 복굴절(birefringence)을 측정하여 생체세포에 대한 정량적인 위상정보를 추출하여 생체세포의 내부를 이미지화하는 장치와 비교할 때, 생체세포를 이미지화하는 속도가 훨씬 뛰어나, 실시간 관찰이 가능하다.
본 발명의 예시적인 다른 실시예에 따르면, 생체세포의 상대위상 측정장치는, 빛을 발생하는 광원을 포함하는 광원부, 광원으로부터 출사된 빛을 특정한 방향의 편광상태의 빛만을 통과시키는 제1 편광자(polarizer), 제1 편광자를 통과한 빛의 편광방향을 바꾸어주는 제1 파장판(wave plate), 제1 파장판을 통과한 빛의 이동 경로 상에 세포를 배치하기 위한 측정플레이트, 측정플레이트를 통과한 빛의 편광방향을 바꾸어주는 제2 파장판, 제2 파장판을 통과한 빛을 특정한 방향의 편광상태의 빛만을 통과시키며, 상기 편광상태의 변경이 가능한 제2 편광자, 및 제2 편광자를 통과한 빛의 광 강도 값을 측정하는 광검출기를 포함하는 위상 이미지 발생부를 포함할 수 있다.
본 발명은 생체세포를 통과한 빛의 강도를 측정하고, 이를 이용하여 이미지화함으로써, 염색 및 고정 등의 전처리 과정이 필요하지 않기 때문에, 실제로 살 아있는 생체 세포의 변화 및 반응을 관찰할 수 있다.
본 발명은 편광자의 편광상태 변조에 의해 4장의 이미지를 획득하여 생체세포의 상대위상을 계산하기 때문에, 복수 층으로 구성된 생체 세포를 실시간으로 확인할 수 있으며, 측정 및 이미징 시간이 빠르므로 생체세포의 실시간 이미징이 가능하다.
본 발명은 편광자의 편광상태 만을 변조함으로써 간편하게 생체세포의 이미징이 가능하기 때문에 시스템을 간단하고 저렴하게 구성할 수 있다.
이하 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명하지만, 본 발명이 실시예에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 참고로, 본 설명에서 동일한 번호는 실질적으로 동일한 요소를 지칭하며, 이러한 규칙 하에서 다른 도면에 기재된 내용을 인용하여 설명할 수 있고, 당업자에게 자명하다고 판단되거나 반복되는 내용은 생략될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 생체세포의 상대위상 측정방법은, 광원으로부터 발생된 빛을 차례로 배치된 제1 편광자 및 제1 파장판을 이용하여 1차 필터링하는 단계, 1차 필터링된 빛에 생체세포를 노출시키는 단계, 생체세포를 통과한 빛을 차례로 배치된 제2 파장판 및 제2 편광자를 이용하여 2차 필터링하는 단계, 및 2차 필터링된 빛의 강도를 화소별로 감지하는 단계를 포함하며, 2차 필터링 조건을 변경하고, 변경된 조건에 따른 빛의 강도를 이용하여 생체세포에 의한 광학적 특성을 화소별로 산출할 수 있다.
여기서, 생체세포에 의한 광학적 특성은 생체세포에 의해서 지연된 빛의 위상지연 값을 지칭할 수 있으며, 이는 1차 및 2차 필터링 과정을 거친 빛의 강도를 CCD카메라(charge-coupled device camera) 및 CMOS(상보성 금속산화막 반도체)를 이용한 CMOS 이미지 센서 등과 같은 광검출기를 이용하여 화소별로 측정하되, 2차 필터링 시에 그 필터링 조건을 변경하여, 변경된 필터링 조건에 대응하는 빛의 강도를 각각 측정하여, 빛의 강도 값들로부터 광학적 특성 값 즉, 위상지연 값을 계산할 수 있다.
이때, 2차 필터링 시에 변경된 조건에 따라 서로 다른 값을 가지는 빛의 강도는 CCD카메라에서 전기 신호로 변환되어, 별도의 중앙처리장치에 전달되고, 중앙처리장치에서는 빛의 강도 값들을 이용하여 빛의 위상지연 값을 계산할 수 있다. 물론, 이렇게 계산된 빛의 위상지연 값은 다시 디스플레이 장치를 통해서 이미지화될 수 있다.
상술한 생체세포의 상대위상 측정방법은 후술할 생체세포의 상대위상 측정장치에 의해서 구현될 수 있으며, 이하, 생체세포의 상대위상 측정장치를 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 생체세포의 상대위상 측정장치를 설명하기 위한 구성도이다.
도 1을 참조하면, 본 실시예에 따른 상대위상 측정장치(1)는 광원부(100), 제1 편광자(210), 제1 파장판(220), 측정플레이트(310), 제2 파장판(420), 제2 편광자(430), 및 위상 이미지 발생부(610)를 포함한다.
먼저, 광원부(100)는 광을 발생하는 광원(110), 광원(110)으로부터 출사된 빛 중 특정한 파장 만을 선택해 통과시키는 밴드 패스 필터(band pass filter)(120), 및 발생된 빛의 양을 조절하는 조리개(130)를 포함하며, 상술한 광원(110), 밴드 패스 필터(120), 조리개(130)들은 상부에서 하부로 순차적으로 배치되어 있다.
참고로, 밴드 패스 필터(120)는 후술할 제1 및 제2 필터링 시 사용되는 편광자들과 파장판이 빛의 파장에 따라 다른 편광특성을 나타내므로 편광자와 파장판의 특정 파장 특성에 맞춘 밴드 패스 필터(12)를 사용할 수 있다.
상술한 바와 같이, 광원부(100)로부터 출사된 빛은 먼저 1차 필터링되며, 1차 필터링은 빛의 경로에 제1 편광자(210) 및 제1 파장판(220)을 차례로 배치하여 실행할 수 있다.
그 후에, 1차 필터링되어 출사된 빛은 집광렌즈(230)에 의해서 수렴되어 생체세포에 조사될 수 있다. 이때, 생체세포는 제1 파장판(220)을 통과한 빛의 이동 경로 상에 배치된 측정플레이트(310) 상에 놓여진다.
참고로, 본 명세서에서 편광자는 무 편광의 전자기파(예를 들면 빛)을 원하는 단일 편광상태(선 편광상태)로 바꿔주는 광학 소자를 지칭할 수 있으며, 파장판은 이를 통과하는 빛의 편광방향을 변경시키는 광학 소자를 지칭할 수 있으며, 파장판을 통과하는 빛의 편광방향은 광축에 평행 혹은 수직한 성분의 합이 되고, 파장판의 복굴절 정도와 두께에 따라 두 성분의 벡터합이 변하게 되므로, 이를 통과한 빛의 편광방향을 변경시킬 수 있다. 즉, 파장판을 통과하는 빛의 위상 변화가 발생할 수 있다. 본 실시예에 따른 제1 및 제2 파장판은 빛의 편광방향을 90도 변화시키는 사분의 일 파장판을 사용할 수 있다.
이때, 측정플레이트(310)는 집광렌즈(230)에 의해서 수렴된 빛의 초점에 맞춰 배치할 수 있도록, 평행방향과 수직방향으로 이동 가능하게 제공될 수 있다.
측정플레이트(310)를 통과한 빛은 다시 2차 필터링되는데, 2차 필터링은 빛의 경로에 제2 파장판(420) 및 제2 편광자(430)를 차례로 배치하여 실행할 수 있다.
한편, 측정플레이트(310)를 통과한 빛은 측정플레이트(310)와 제2 파장판(420) 사이에 배치된 대물렌즈(410)에 의해서 수렴된 상태로 제2 파장판(420)으로 제공될 수 있다.
상술한 바와 같이, 광원부(100)로부터 출사된 빛이 1차 필터링 및 2차 필터링 과정을 거쳐서, 최종적으로 제2 편광자(430)를 통과한 빛은, 광 강도 값을 측정할 수 있는 CCD카메라 및 CMOS 이미지 센서 등과 같은 광검출기(510)를 통해서 그 빛의 강도가 화소별로 측정될 수 있다.
그 후에, 광검출기(510)에서 빛의 강도는 전기 신호로 변환되어, 별도의 중앙처리장치 및 디스플레이 장치 등을 포함하는 컴퓨터등과 같은 위상 이미지 발생부(610)에 전달되고, 중앙처리장치에서는 빛의 강도 값들을 이용하여 빛의 위상지연 값을 계산할 수 있다. 물론, 이렇게 계산된 빛의 위상지연 값은 다시 디스플레이 장치를 통해서 이미지화될 수 있다.
한편, 1차 및 2차 필터링 과정을 거친 빛의 강도를 광검출기(510)를 이용하 여 화소별로 측정하되, 2차 필터링 시에 그 필터링 조건을 변경하여, 변경된 필터링 조건에 대응하는 빛의 강도를 각각 측정하여, 빛의 강도 값들로부터 광학적 특성 값 즉, 위상지연 값을 계산할 수 있다.
2차 필터링 시에 필터링 조건을 변경하는 방법으로는, 제2 편광자(430)의 편광각도를 조절하여 변경할 수 있다. 이때, 제2 편광자(430)가 선형 편광자로 제공되는 경우에는 선형 편광자를 회전시켜 편광상태를 변경할 수 있으며, 제2 편광자가 액정 위상 지연기를 포함하는 편광 회전자로 제공되는 경우에는, 액정 위상 지연기의 액정의 배열 상태에 따라서 편광상태의 변경이 가능하다.
선형 편광자는 스텝핑 모터를 사용하여 선형 편광자를 회전시킬 수 있으며, 정밀성이 좋으나, 스텝핑 모터를 통해 선형 편광자를 물리적으로 회전시킴에 따라 측정시간이 다소 길어질 수 있으나, 액정 위상 지연기의 경우 수 kHz의 전기신호에 의해 액정 상태가 조절됨에 따라 측정속도가 빠르다는 장점이 있다.
이하, 광원부를 거쳐 상술한 바와 같이, 1차 및 2파 필터링을 거친 빛의 강도 값으로부터 생체세포에 의해서 지연된 상대위상을 계산하는 방법에 대하여 구체적으로 설명한다.
우선, 편광 소자인 제1 편광자(210), 제1 파장판(220), 제2 파장판(420), 제2 편광자(430)는 도 1에 도시된 바와 같이, 차례로 배열되어 있을 때, 생체세포의 상대위상을 도 1에서의 x축과 y축의 위상차이로 정의하고, 그 위상 차이를 δ로 표현하여 편광 소자 및 생체세포에 의한 편광상태를 존스 매트릭스(Jones matrix)로 표현하면 다음과 같이 나타난다.
[수식 1]
　　　　　
Figure 112009061799993-pat00003
[수식 1]에서, Ex, 및 Ey는 x축 및 y 축 방향의 전기장을 각각 나타내며, β는 제2 편광자의 회전(변조)각도, δ는 측정 대상인 생체세포의 위상지연을 나타낸다. 또한, E0 및 ω는 입사광의 진폭과 각진동수를 나타낸다.
또한, [수식 1]에서,
Figure 112009061799993-pat00004
는 광원부(100)에서 출사된 빛의 존스 매트릭스이며,
Figure 112009061799993-pat00005
는 제1 편광자(210)의 존스 매트릭스이며,
Figure 112009061799993-pat00006
은 제1 파장판(220)의 존스 매트릭스이며,
Figure 112009061799993-pat00007
은 생체세포의 존스 매트릭스이며,
Figure 112009061799993-pat00008
는 제2 파장판(420)의 존스 매트릭스이며,
Figure 112009061799993-pat00009
는 제2 편광자의 존스 매트릭스이다.
이때, 제1 파장판(220) 및 제2 파장판(420)은 사분의 일 파장판(quarter-wave length plate)를 사용한다.
[수식 1]의 Jones matrix 표현을 광 강도 식으로 표현하면 다음과 같이 나타난다.
[수식 2]
Figure 112009061799993-pat00010
[수식 2]에서,
Figure 112009061799993-pat00011
이다. 위의 광 강도 식을 제2 편광자가 선형 편광자인 경우, 선형 편광자를 π/4 간격으로 회전하여 제2 편광자의 편광상태의 변경을 구현할 수 있으며, 상술한 바와 같이, 선형 편광자를 π/4 간격으로 회전하는 경우, [수식 2]로부터 다음과 같은 4가지 표현을 획득할 수 있다.
Figure 112009061799993-pat00012
위의 4가지 광 강도 표현을 사용하여, 생체세포의 위상지연(δ) 값을 다음의 [수식 3]과 같이 계산할 수 있다.
[수식 3]
Figure 112009061799993-pat00013
이와 같이, 위상 이미지 발생부(610)에 진입된 빛은 1차 및 2차 필터링 과정을 통해서 빛의 불필요한 성분이 제거되고, 광검출기의 화소별로 빛에 대한 위상지연 값을 획득하는 것이 가능해지므로 위상지연 값을 통하여 관찰하고자 하는 표본에 대한 정량적인 위상지연 정보를 통해서 이미지화 하는 것이 가능해진다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만 해당 기술분야의 숙련된 당업자라면 하기의 청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 생체세포의 상대위상 측정장치를 설명하기 위한 구성도이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
1：상대위상 측정장치 100：광원부
120：밴드 패스 필터 210：제1 편광자
220：제1 파장판 230：집광렌즈
310：측정플레이트 410：대물렌즈
420：제2 파장판 430：제2 편광자
510：광검출기 610：이미지 발생부

Claims (12)

  1. 디지털 이미지 센서를 이용하여 생체세포의 상대위상을 측정하는 방법에 있어서,
    광원으로부터 발생된 빛을 차례로 배치된 제1 편광자 및 제1 파장판을 이용하여 1차 필터링하는 단계;
    상기 1차 필터링된 빛에 생체세포를 노출시키는 단계;
    상기 생체세포를 통과한 빛을 차례로 배치된 제2 파장판 및 제2 편광자를 이용하여 2차 필터링하는 단계; 및
    상기 2차 필터링된 빛의 강도를 화소별로 감지하는 단계;를 포함하며,
    상기 2차 필터링 조건을 변경하고, 상기 변경된 조건에 따른 상기 빛의 강도를 이용하여 상기 생체세포에 의한 광학적 특성을 화소별로 산출하며,
    상기 제1 파장판 및 상기 제2 파장판은 사분의 일 파장판(quarter-wave length plate)를 사용하며,
    상기 제1 파장판 및 상기 제2 파장판은 상기 제1 편광자에 의해서 형성된 편광축(polarization axis)을 기준으로 각각 45도 및 135도 회전되어 있으며,
    상기 화소별로 산출된 광학적 특성의 존스 매트릭스(Jones matrix)는, 　　　　　
    Figure 112011043340303-pat00014
    이며,
    Ex 및 Ey는 각각 x축 및 y 축 방향의 빛을 나타내며, β는 제2 편광자의 회전 각도, δ는 생체세포의 위상지연, E0 는 입사광의 진폭, ω는 입사광의 각진동수인 것을 특징으로 하는 생체세포의 상대위상 측정방법.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 2차 필터링하는 단계에서 제2 편광자의 편광각도를 조절하여 상기 2차 필터링 조건을 변경하는 것을 특징으로 하는 생체세포의 상대위상 측정방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 편광각도는 π/4 단위로 변경되는 것을 특징으로 하는 생체세포의 상대위상 측정방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 광원으로부터 발생된 빛 중 특정한 파장의 빛만을 투과시켜, 1차 필터링하는 것을 특징으로 하는 생체세포의 상대위상 측정방법.
  7. 빛을 발생하는 광원을 포함하는 광원부;
    상기 광원으로부터 출사된 빛을 특정한 방향의 편광상태의 빛만을 통과시키는 제1 편광자(polarizer);
    상기 제1 편광자를 통과한 빛의 편광방향을 바꾸어주는 제1 파장판(wave plate);
    상기 제1 파장판을 통과한 빛의 이동 경로 상에 세포를 배치하기 위한 측정플레이트;
    상기 측정플레이트를 통과한 빛의 편광방향을 바꾸어주는 제2 파장판;
    상기 제2 파장판을 통과한 빛을 특정한 방향의 편광상태의 빛만을 통과시키며, 상기 편광상태의 변경이 가능한 제2 편광자; 및
    상기 제2 편광자를 통과한 빛의 광 강도 값을 측정하는 광검출기를 포함하는 위상 이미지 발생부;를 포함하며,
    상기 제1 파장판 및 상기 제2 파장판은 사분의 일 파장판(quarter-wave length plate)를 사용하며,
    상기 제1 파장판 및 상기 제2 파장판은 상기 제1 편광자에 의해서 형성된 편광축(polarization axis)을 기준으로 각각 45도 및 135도 회전되어 있으며,
    상기 제2 편광자를 통과한 빛의 광 강도 값의 존스 매트릭스(Jones matrix)는, 　　　　　
    Figure 112011043340303-pat00015
    이며,
    Ex 및 Ey는 각각 x축 및 y 축 방향의 빛을 나타내며, β는 제2 편광자의 회전 각도, δ는 생체세포의 위상지연, E0 는 입사광의 진폭, ω는 입사광의 각진동수인 것을 특징으로 하는 생체세포의 상대위상 측정장치.
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 제7항에 있어서,
    상기 제2 편광자는 선형 편광자를 포함하며,
    상기 선형 편광자는 π/4 간격으로 회전하여 상기 편광상태의 변경이 가능 한 것을 특징으로 하는 생체세포의 상대위상 측정장치.
  11. 제7항에 있어서,
    상기 제2 편광자는 액정 위상 지연기를 포함하는 편광 회전자를 포함하여, 상기 액정 위상 지연기의 액정의 상태에 따라서 상기 편광상태의 변경이 가능한 것을 특징으로 하는 생체세포의 상대위상 측정장치.
  12. 제7항에 있어서,
    상기 광원부는 상기 광원으로부터 특정한 파장의 빛을 투과시키기 위한 밴드 패스 필터(band pass filter)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 생체세포의 상대위상 측정장치.
KR1020090095848A 2009-10-08 2009-10-08 생체세포의 상대위상 측정방법 및 생체세포의 상대위상 측정장치 KR101050694B1 (ko)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020090095848A KR101050694B1 (ko) 2009-10-08 2009-10-08 생체세포의 상대위상 측정방법 및 생체세포의 상대위상 측정장치
US12/900,420 US8525992B2 (en) 2009-10-08 2010-10-07 Method and apparatus of measuring relative phase of bio-cells

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020090095848A KR101050694B1 (ko) 2009-10-08 2009-10-08 생체세포의 상대위상 측정방법 및 생체세포의 상대위상 측정장치

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20110038529A KR20110038529A (ko) 2011-04-14
KR101050694B1 true KR101050694B1 (ko) 2011-07-20

Family

ID=43854605

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020090095848A KR101050694B1 (ko) 2009-10-08 2009-10-08 생체세포의 상대위상 측정방법 및 생체세포의 상대위상 측정장치

Country Status (2)

Country Link
US (1) US8525992B2 (ko)
KR (1) KR101050694B1 (ko)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6605379B2 (ja) * 2016-03-28 2019-11-13 オリンパス株式会社 層板骨観察用顕微鏡
CN110849818B (zh) * 2019-11-07 2023-11-10 南京理工大学 微生物非直观成像检测装置及方法
KR20220008160A (ko) * 2020-07-13 2022-01-20 삼성전자주식회사 생체 신호 감지 센서, 센서 어레이 및 센서 시스템
KR20220111480A (ko) * 2021-02-02 2022-08-09 삼성전자주식회사 생체 신호 센서, 센서 시스템 및 전자 기기

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005201749A (ja) * 2004-01-15 2005-07-28 Tokyo Denki Univ 応力測定方法とその装置

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1706725B1 (en) * 2003-12-03 2019-12-25 FPInnovations Circularly polarized light method for determining wall thickness and orientations of fibrils of cellulosic fibres
JPWO2007111159A1 (ja) * 2006-03-20 2009-08-13 国立大学法人東京農工大学 光学特性計測装置及び光学特性計測方法、並びに、光学特性計測ユニット

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005201749A (ja) * 2004-01-15 2005-07-28 Tokyo Denki Univ 応力測定方法とその装置

Also Published As

Publication number Publication date
US8525992B2 (en) 2013-09-03
KR20110038529A (ko) 2011-04-14
US20110085163A1 (en) 2011-04-14

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US20210082595A1 (en) Fourier ptychographic imaging systems, devices, and methods
Fan et al. Smart computational light microscopes (SCLMs) of smart computational imaging laboratory (SCILab)
CN109580457B (zh) 基于led阵列编码照明的三维衍射层析显微成像方法
Horstmeyer et al. Digital pathology with Fourier ptychography
JP6798625B2 (ja) 定量位相画像生成方法、定量位相画像生成装置およびプログラム
JP5918658B2 (ja) 光学装置
KR101050694B1 (ko) 생체세포의 상대위상 측정방법 및 생체세포의 상대위상 측정장치
Lu et al. Quantitative phase imaging camera with a weak diffuser
KR20150087578A (ko) 회절 위상 현미경 시스템 및 이를 이용한 측정방법
KR100924574B1 (ko) 편광 위상 현미경
Gong et al. Digital field of view correction combined dual-view transport of intensity equation method for real-time quantitative imaging
CN111505817A (zh) 基于偏振编码的相衬显微系统及其成像方法
US20230124259A1 (en) Method and system for spectral imaging of density, anisotropy, and orientation
Bai et al. Ptychographic microscopy via wavelength scanning
KR101021921B1 (ko) 생체세포의 상대위상 측정방법 및 생체세포의 상대위상 측정장치
Rosenhauer et al. The measurement of the optical transfer functions of lenses
US11226588B2 (en) Multiple offset interferometer
Zhang et al. Quantum imaging of biological organisms through spatial and polarization entanglement
JP2022000667A (ja) 光学顕微鏡観察方法及び光学顕微鏡のデータ処理システム
Dai et al. Quantitative Jones matrix imaging using vectorial Fourier ptychography
JP6623029B2 (ja) 光学的距離計測装置
Chen et al. Development and Implementation of a multi-focal plane Mueller matrix microscope
JP7090334B2 (ja) 光学的距離計測装置
Diederich et al. One-shot phase-recovery using a cellphone RGB camera on a Jamin-Lebedeff microscope
Han et al. Lensfree on-chip digital holographic microscope with auto-focusing

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
A302 Request for accelerated examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20140630

Year of fee payment: 4

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20150702

Year of fee payment: 5

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20160712

Year of fee payment: 6

LAPS Lapse due to unpaid annual fee