KR101135368B1

KR101135368B1 - 높이 측정이 가능한 입체 현미경

Info

Publication number: KR101135368B1
Application number: KR1020100036855A
Authority: KR
Inventors: 최재광; 하회진
Original assignee: 주식회사 레드로버
Priority date: 2010-04-21
Filing date: 2010-04-21
Publication date: 2012-04-16
Also published as: KR20110117411A

Abstract

본 발명은 피검체의 높이 측정이 가능한 입체 현미경에 관한 것이다.
본 발명에 의한 높이 측정이 가능한 입체 현미경은 피검체의 반사광을 결상하기 위한 것으로 동일한 초점을 갖도록 서로 이격된 제 1 및 제 2 대물렌즈, 피검체와 초점의 이격거리를 조절하기 위해서 제 1 및 제 2 대물렌즈의 수직이동을 조절하는 Z축 엔코더, 제 1 및 제 2 대물렌즈에서 결상된 영상을 각각 검출하여 영상 신호를 획득하는 제 1 및 제 2 이미지 센서, 이미지 센서들로부터 영상 신호들을 입력받아 좌안 및 우안 영상데이터로 변환하는 신호 처리부, 신호처리부로부터 영상 데이터들을 전송받아서 입체 영상을 표현하며 피검체의 높이를 표시하는 디스플레이부, 및 초점의 이격거리를 산출하여 피검체의 특정 부분에서의 높이를 산출하는 높이 산출부를 구비한다.

Description

높이 측정이 가능한 입체 현미경{Stereoscopic Microscope for Measuring of Height}

본 발명은 입체 현미경에 관한 것으로, 특히 피검체의 높이를 비롯하여 피검체의 특정 부분에서의 수직 간격을 측정할 수 있는 입체 현미경에 관한 것이다.

현미경이란 인간의 눈으로 관찰하기 어려운 작은 물체나 미생물 등의 피검체를 확대하여 관찰할 수 있는 장치이다. 현미경의 종류 중 대표적인 것이 대물렌즈를 이용하여 피검체에서 반사되는 광을 결상하여 확대하는 광학 현미경이 있다. 광학 현미경은 단순한 구조로 손쉽게 피검체를 관찰할 수 있는 측정 장비이지만, 피검체에 대한 2차원 평면적인 모습만을 관찰할 수 있는 한계가 있다. 이러한 단점을 개선하고 피검체를 좀 더 사실적으로 관찰하기 위해서 입체 현미경이 대두되었다. 입체 현미경은 피검체를 입체형상으로 표시하기 때문에 동시에 여러 명이 피검체에 대한 사실적인 영상 관찰을 할 수 있는 장점이 있다.

하지만 입체 현미경을 통한 피검체의 관찰은 단순한 피검체의 형상만이 표시되기 때문에 피검체의 사이즈 등 부가적인 정보가 관찰자들에게 쉽게 전달되지 않는다. 입체 현미경의 기본 목적이 피검체를 확대하는 것, 즉 육안으로 확인하기 힘들거나 불가능한 것을 확인하는 것에 기반하기 때문에 입체 현미경을 통한 피검체의 관찰에서 피검체의 크기를 가늠할 방법이 없고, 이를 보완할 수 있는 장치의 개발이 요구된다.

본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점 및 기술 개발의 필요성을 해결하기 위해 안출된 것으로, 피검체의 높이를 측정할 수 있는 입체 현미경을 제공하는 데에 그 목적이 있다.

상기의 목적을 달성하기 위해서 본 발명에 의한 높이 측정이 가능한 입체 현미경은 피검체의 반사광을 결상하기 위한 것으로, 동일한 초점을 갖도록 서로 이격된 제 1 및 제 2 대물렌즈; 피검체와 초점의 이격거리를 조절하기 위해서 제 1 및 제 2 대물렌즈의 수직이동을 조절하는 Z축 엔코더; 제 1 및 제 2 대물렌즈에서 결상된 영상을 각각 검출하여 영상 신호를 획득하는 제 1 및 제 2 이미지 센서; 이미지 센서들로부터 영상 신호들을 입력받아 좌안 및 우안 영상데이터로 변환하는 신호 처리부; 신호처리부로부터 영상 데이터들을 전송받아서 입체 영상을 표현하며 피검체의 높이를 표시하는 디스플레이부; 및 초점의 이격거리를 산출하여 피검체의 특정 부분에서의 높이를 산출하는 높이 산출부;를 구비한다.

Z축 엔코더는 조절부; 조절부의 중심에서 일 방향으로 신장된 회전축; 회전축의 끝단에서 대물렌즈를 탑재하는 하우징과 맞물려서 회전축의 회전운동을 이용하여 대물렌즈를 수직이동시키는 기어; 및 회전축의 회전량을 검출하는 회전량 검출부;를 포함할 수 있다.

또한 높이 산출부는 대물렌즈들의 수직 이동거리를 산출함으로써 피검체의 높이를 측정할 수 있다.

높이 산출부는 기어의 회전량을 바탕으로 기어의 원둘레의 회전거리를 계산하여, 대물렌즈들의 초점이 피검체 상에서 수직이동한 거리를 산출함으로써 피검체의 높이를 측정할 수 있다.

상술한 바와 같이 본 발명에 따르면, 입체 현미경을 통해 표시되는 영상에서 피검체의 높이를 산출하여 표시할 수 있다. 또한 피검체의 특정 부분에서의 수직 간격을 표시할 수 있다. 이에 따라 피검체에 대한 부가적인 정보를 제공할 수 있어서 피검체에 대해서 유용한 관찰이 가능하다.

도 1은 본 발명에 의한 입체 현미경을 나타내는 도면.
도 2 및 도 3은 Z축 엔코더를 나타내는 도면.
도 4 는 피검체의 높이를 산출하는 방법을 나타내는 도면.

본 발명에서 사용되는 용어는 가능한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어를 선택하였으나, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있는데 이 경우에는 단순한 용어의 명칭이 아닌 발명의 상세한 설명 부분에 기재되거나 사용된 의미를 고려하여 그 의미가 파악되어야 할 것이다.

이하, 본 발명에 따른 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 구체적으로 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명에 의한 높이 측정이 가능한 입체 현미경을 나타내는 도면이다.

도 1을 참조하면, 본 발명에 의한 높이 측정이 가능한 입체 현미경은 피검체(10)의 좌/우 영상을 결상하는 대물렌즈들(110a,110b)을 포함하는 렌즈계들(100a,100b)과 대물렌즈들(110a,110b)의 수직 이동을 제어하기 위한 Z축 엔코더(300)를 구비한다. 그리고 렌즈계들(100a,100b)을 경유한 영상의 영상신호를 획득하기 위해서 제 1 및 제 2 이미지 센서들(200a,200b) 및 입체 영상의 표현을 위한 입체 영상 디스플레이부(500)가 구비된다.

제 1 및 제 2 렌즈계(100a,100b)는 피검체(10)의 좌영상 및 우영상을 각각 일정한 배율로 결상하기 위한 것이다. 이를 위해서 렌즈계(100a,100b)는 피검체(10)에서 반사되는 빛을 결상하기 위한 제 1 및 제 2 대물렌즈(110a,110b)와 대물렌즈들(110a,110b)을 경유하는 광 경로를 유도하기 위한 제 1 반사미러들(120a,120b)과 제 2 반사미러들(130a,130b) 및 제 2 반사미러들(130a,130b)을 경유한 영상을 이미지 센서들(200a,200b)로 전달하는 접안렌즈(140a,140b)를 포함할 수 있다.

제 1 및 제 2 대물렌즈(110a,110b)는 서로 일정간격 이격되어 배치되고, 각각 동일한 초점을 갖도록 피검체(10)을 향하여 경사진 각도로 배치된다.

제 1 반사미러들(120a,120b)은 각각 피검체(10)를 반사하는 광이 제 1 및 제 2 대물렌즈(110a,110b)를 경유하는 광 경로 상에 배치되어 광을 반사시킴으로써 피검체(10)의 영상을 일차적으로 반전시킨다.

제 1 및 제 2 제 2 반사미러(130a,130b)는 각각 제 1 반사미러들(120a,120b)을 경유하는 광 경로 상에 배치되어 광을 반사시킴으로써 피검체(10)의 영상을 다시 반전시킨다.

이와 같은 렌즈계(100a,100b)는 두 개의 대물렌즈(110a,110b)를 이용하여 양안을 이용한 육안으로 피검체(10)를 바라보는 것과 동일하게 피검체(10)의 좌/우 영상을 결상시키는 것을 특징으로 하는 것으로, 제 1 반사미러들(120a,120b)과 제 2 반사미러들(130a,130b)의 실시예는 다르게 구현될 수 있는 것은 물론이다.

Z축 엔코더(300)는 대물렌즈들(110a,110b)의 수직 이동을 제어한다. 즉, Z축 엔코더(300)는 대물렌즈들(110a,110b)의 초점이 피검체(10)에 조준되는 높이를 제어한다.

높이 산출부(600)는 대물렌즈들(110a,110b)의 높이를 제어하기 위한 Z축 엔코더(300)의 움직임을 기반으로 피검체(10)의 높이를 측정한다.

제 1 및 제 2 이미지 센서들(200a,200b)은 각각 제 1 및 제 2 렌즈계(100a,100b)에 결상된 좌영상 및 우영상을 각각 좌안 영상신호 및 우안 영상신호로 변환한다. 이러한 이미지 센서들(200a,200b)은 전하결합소자(Charge Coupled Device ; 이하 'CCD'라고 함) 시모스(Complementary Metaloxide Semi-Conductor ; 이하 'CMOS'라고 함) 소자 등 빛을 전기적 신호로 변환할 수 있는 소자를 이용하여 구현될 수 있다.

제 1 및 제 2 이미지 센서들(200a,200b)에 의해 획득된 영상신호는 각각 제 1 및 제 2 신호처리부(400a,400b)로 전송된다. 신호처리부들(400a,400b)은 이미지 센서들(200a,200b)로부터 전송된 영상신호를 영상 데이터 신호로 변환한다. 즉, 신호처리부들(400a,400b)은 제 1 및 제 2 이미지 센서들(200a,200b)로부터 전송된 좌안 영상신호 및 우안 영상신호를 각각 좌안 영상 데이터 및 우안 영상 데이터로 변환한다.

디스플레이부(500)는 신호처리부들(400a,400b)에 의해 변환된 영상 데이터들을 입력받아서 입체영상을 표현하기 위한 것이다. 이를 위해 디스플레이부(500)는 서로 수직으로 배열된 제 1 및 제 2 디스플레이 패널(511,521)과 하프미러(530) 및 영상반전회로(540)를 포함할 수 있다.

제 1 디스플레이 패널(511)은 제 1 신호처리부(400a)로부터 우안(또는 좌안)의 영상 데이터를 입력받아서 우안 영상을 표시한다. 제 2 디스플레이 패널(521)은 제 2 신호처리부(400b)로부터 좌안(또는 우안) 영상을 입력받아서 좌안 영상을 표시한다. 그리고 제 2 디스플레이 패널(521)의 일측 모서리는 제 1 디스플레이 패널(511)의 하부 모서리와 접촉하고, 각각의 디스플레이 패널들(511,521)은 수직으로 배열될 수 있다.

그리고 디스플레이 패널들(511,521)의 일면에는 편광필터(512,522)가 배치될 수 있다. 편광필터(512,522)는 하프미러(530)에 좌/우 영상들이 동시에 결상될 때 영상들의 편광각을 90°가 되도록 하기 위한 것으로, 편광각이 45°인 편광필터(512,522)를 이용할 수 있다.

제 1 및 제 2 디스플레이 패널(511,521)의 사이에는 제 1 및 제 2 디스플레이 패널들(511,521)과 45°로 동일한 각도를 유지하는 하프미러(530)가 배치될 수 있다. 하프미러(530)는 일면에서 입사되는 빛을 투과시키면서, 동시에 타면에서 입사되는 빛은 반사시킨다. 이러한 하프미러(530)는 반투명 거울이 이용될 수 있다. 즉, 본 발명의 실시예인 도면에서와 같은 하프미러(530)는 제 1 디스플레이 패널(511)을 경유하는 빛은 투과시키고, 제 2 디스플레이 패널(521)을 경유하는 빛은 반사시키도록 구성될 수 있다.

영상반전회로(540)는 디스플레이 패널들(511,521) 중 하프미러(530)의 반사면에 영상을 비춰주는 디스플레이 패널의 영상을 좌우로 반전시킨다. 예컨대 도면에서와 같은 경우 하프미러(530)는 제 2 디스플레이 패널(512)에서 출사되는 영상을 반전시킨다.

이와 같이 이미지 센서들(200a,200b)에 의해 생성된 좌안/우안 영상 신호는 디스플레이부(500)에 의해 입체 영상으로 만들어지고, 관찰자가 편광안경(20)을 착용하여 하프미러(530)에 맺힌 입체영상을 바라봄으로써 피검체(10)의 영상을 3차원 입체 영상으로 관찰할 수 있다.

특히 본 발명에 의한 입체 현미경은 Z축 엔코더(300)를 이용하여 피검체(10)의 높이를 측정할 수 있다.

Z축 엔코더(300)는 도 2 및 도 3에서와 같이 조절부(310), 조절부(310)의 중심에서 일측으로 신장된 회전축(320) 및 회전축의 끝단에 형성된 기어(330)를 포함할 수 있다.

조절부(310)는 대물렌즈(110a,110b)들의 초점을 이동시키기 위해서 관찰자가 회전을 함으로써 조작을 하는 구성이다.

회전축(320)은 조절부(310)의 중심에서 일측 방향, 즉 대물렌즈들(110a,110b)이 탑재되는 렌즈 하우징(112)의 방향으로 신장된다.

회전축(320)의 일단에 형성되는 기어(330)는 렌즈 하우징(112)에 형성되는 레일(114)과 맞물린다. 이에 따라서 조절부(310)의 회전운동에 의해 회전축(320)에 형성된 기어(330)가 회전하고, 기어(330)와 맞물리는 레일(114)이 수직으로 이동함에 따라서 하우징(112)에 탑재되는 대물렌즈들(110a,110b)이 수직으로 이동할 수 있다.

이러한 Z축 엔코더(300)는 조절부(310)에 의해 회전하는 회전축(320)의 회전량을 검출하기 위한 회전량 검출부(310)를 포함한다. 회전량을 검출하는 방법은 조절부(310)의 회전에 따라 슬릿(미도시)을 통해 광이 투과하고 차단되는 것을 이용하는 방법으로서 각각의 슬릿에 대항하는 수광소자(미도시)에서 전류로 변환되어 단형파 출력으로 출력되는 출력파형을 분석함으로써 구할 수 있다. 이러한 기술은 공지된 로터리 엔코더의 일반적인 사항이므로 자세한 설명을 생략하기로 한다.

높이 산출부(600)는 이처럼 기어(310)의 회전량을 바탕으로 피검체(10)의 높이를 측정한다. 도면에서와 같이 하우징(112)에 탑재된 대물렌즈(110a,110b)는 기어(330)의 회전량에 비례하여 수직으로 이동한다. 따라서 기어(310)의 원둘레의 회전거리를 계산함으로써 피검체(10)의 높이를 측정할 수 있다.

이러한 구성을 갖는 입체현미경을 이용하여 피검체(10)의 높이를 측정하는 방법을 살펴보면 다음과 같다.

도 4에서 보는 바와 같이, 제 1 및 제 2 대물렌즈(110a,110b)는 서로 이격되어 배치되고, 동일한 초점(f)을 갖는다. 대물렌즈들(110a,110b)은 Z축 엔코더(300)에 의해 수직으로 이동하게 되고, 이에 따라 대물렌즈들(110a,110b)의 초점(f) 역시 피검체(10)상에서 수직으로 이동한다.

피검체(10)의 높이를 측정하기 위해서는 먼저 피검체(10)의 최상단에 대물렌즈들(110a,110b)의 초점을 맞춘다. 피검체(10)의 최상단에 대물렌즈(110a,110b)의 초점을 맞추는 것은 디스플레이부(500)를 통해서 출사되는 영상의 정렬을 확인하는 방법을 이용할 수 있다. 예컨대 즉, 도 4의 h3와 같은 위치에서 초점이 형성될 경우 각각의 대물렌즈(110a,110b)를 통해 결상되는 피검체(10)의 영상은 도면에서와 같이 좌안 영상과 우안 영상이 일치하지 않고 평면상에서 어긋난다.

이와 같은 상태일 경우 조절부(310)를 이용하여 대물렌즈들(110a,110b)을 수직이동시킴으로써 초점의 높이를 변화시킬 수 있다. 즉, 초점(f)이 h2의 높이가 되도록 대물렌즈들(110a,110b)을 이동시킬 수 있다. 초점(f)이 h2의 높이가 될 경우 피검체(10)의 최상단에 대한 영상은 좌안 영상과 우안 영상이 일치하게 된다. 이러한 상태에서 높이 산출부(600)의 제어부(610)를 리셋시킴으로써 대물렌즈들(110a,110b)의 기준높이를 설정할 수 있다.

그리고 조절부(310)를 이용하여 대물렌즈들(110a,110b)을 수직이동시킴으로써 초점(f)을 피검체(10)의 하단부인 h3까지 이동시킨다. 초점(f)을 h3에 오도록 맞추는 방법은 전술한 바와 같이 피검체(10) 하단부의 좌안 영상과 우안 영상을 정렬시키는 방법을 이용할 수 있다. 이와 같이 초점(f)이 h3에 왔을 경우 높이 산출부(600)의 제어부(610)를 동작시켜서 초점(f)이 h2에서 h3까지 이동한 경로를 산출한다. 초점(f)이 이동한 경로 거리 산출은 초점(f)이 이동한 경로와 동일한 움직임을 나타내는 하우징(112)의 이동을 산출함으로써 구할 수 있다. 즉, 하우징(112)의 이동은 도 3에서 보는 것처럼 기어(330)의 이동량인 기어(330)의 각 변화량(θ)과 기어(330)의 원둘레의 곱으로 구할 수 있다.

한편 본 발명에 의한 Z축 엔코더는 하나의 기어를 이용한 것을 도시하였다. 이는 본 발명의 기술적 사상을 명시하기 위한 하나의 실시예에 불과한 것으로, 실제적으로 좀 더 정밀한 측정을 위해서 Z축 엔코더는 지름이 큰 회전축을 포함하는 두 개 이상의 기어의 조합으로 구성할 수도 있다. 또는 Z축 엔코더는 대물렌즈 또는 대물렌즈를 탑재하고 있는 하우징의 움직임을 검출할 수 있는 구성으로서 다른 기술이 이용될 수 있음은 자명할 것이다. 예컨대 엔코더의 회전이동을 바탕으로 한 것이 아니라 수직이동을 검출할 수 있는 다른 구성이거나, 위치 센서 등을 이용한 방법이 사용될 수도 있다.

이와 같은 본 발명에 의한 입체 현미경에 의하면, 다수의 관찰자를 대상으로 입체 영상을 표시하면서 피검체의 크기 정보를 제공하여 효율적인 피검체의 관찰을 할 수 있다. 또한, 본 발명의 실시예는 입체 현미경을 통한 영상을 다수가 볼 수 있도록 디스플레이부에 표시하는 현미경 시스템을 바탕으로 설명하였다. 하지만 본 발명의 기술적 사상은 디스플레이부를 통해 다수의 관찰자가 관찰할 수 있는 현미경 시스템은 물론이고, 1인의 관찰자를 대상으로 하는 접안렌즈를 통해서 입체 영상을 확인하는 현미경 시스템에도 이용될 수 있다.

Claims

피검체의 반사광을 결상하기 위한 것으로, 동일한 초점을 갖도록 서로 이격된 제 1 및 제 2 대물렌즈;
상기 피검체와 상기 초점의 이격거리를 조절하기 위해서 상기 제 1 및 제 2 대물렌즈의 수직이동을 조절하는 Z축 엔코더;
상기 제 1 및 제 2 대물렌즈에서 결상된 영상을 각각 검출하여 영상 신호를 획득하는 제 1 및 제 2 이미지 센서;
상기 이미지 센서들로부터 상기 영상 신호들을 입력받아 좌안 및 우안 영상데이터로 변환하는 신호 처리부;
상기 신호처리부로부터 영상 데이터들을 전송받아서 입체 영상을 표현하며, 상기 피검체의 높이를 표시하는 디스플레이부; 및
상기 초점의 이격거리를 산출하여 상기 피검체의 특정 부분에서의 수직 간격 및 높이를 산출하는 높이 산출부;를 구비하며,
상기 높이 산출부는 상기 초점이 피검체의 최상단에 위치하여 상기 좌안 영상 데이터 및 상기 우안 영상 데이터에서 상기 피검체의 최상단 영상이 어긋나지않고 서로 일치할 경우 상기 Z축 엔코더의 값을 기준 높이를 설정하고, 상기 초점이 상기 피검체의 하단부로 이동하여 상기 좌안 영상 데이터 및 상기 우안 영상 데이터에서 상기 피검체의 하단부 영상이 어긋나지 않고 서로 일치할 경우, 상기 Z축 엔코더의 현재 값과 상기 기준 높이에서 상기 Z축 엔코더의 값의 차이 값을 상기 높이로 산출하는 높이 측정이 가능한 입체 현미경.
제 1 항에 있어서,
상기 Z축 엔코더는
조절부;
상기 조절부의 중심에서 일 방향으로 신장된 회전축;
상기 회전축의 끝단에서 상기 대물렌즈를 탑재하는 하우징과 맞물려서 상기 회전축의 회전운동을 이용하여 상기 대물렌즈를 상/하 이동시키는 기어; 및
상기 회전축의 회전량을 검출하는 회전량 검출부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 높이 측정이 가능한 입체 현미경.
제 1 항에 있어서,
상기 높이 산출부는
상기 대물렌즈들의 상/하 이동거리를 산출함으로써 상기 피검체의 높이를 측정하는 것을 특징으로 하는 높이 측정이 가능한 입체 현미경.
제 2 항에 있어서,
상기 높이 산출부는
상기 기어의 회전량을 바탕으로 상기 기어의 원둘레의 회전거리를 계산하여, 상기 대물렌즈들의 초점이 상기 피검체 상에서 상/하 이동한 거리를 산출함으로써 상기 피검체의 높이를 측정하는 것을 특징으로 하는 높이 측정이 가능한 입체 현미경.