KR101592898B1 - 주파수와 스펙트럼의 부호화를 이용한 공초점 현미경 장치 및 이를 이용한 영상 획득 방법 - Google Patents

주파수와 스펙트럼의 부호화를 이용한 공초점 현미경 장치 및 이를 이용한 영상 획득 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR101592898B1
KR101592898B1 KR1020140112509A KR20140112509A KR101592898B1 KR 101592898 B1 KR101592898 B1 KR 101592898B1 KR 1020140112509 A KR1020140112509 A KR 1020140112509A KR 20140112509 A KR20140112509 A KR 20140112509A KR 101592898 B1 KR101592898 B1 KR 101592898B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
light
unit
image
delete delete
frequency
Prior art date
Application number
KR1020140112509A
Other languages
English (en)
Inventor
주철민
김수철
황재현
Original Assignee
연세대학교 산학협력단
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 연세대학교 산학협력단 filed Critical 연세대학교 산학협력단
Priority to KR1020140112509A priority Critical patent/KR101592898B1/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101592898B1 publication Critical patent/KR101592898B1/ko

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B21/00—Microscopes
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B21/00—Microscopes
    • G02B21/0004—Microscopes specially adapted for specific applications
    • G02B21/002—Scanning microscopes
    • G02B21/0024—Confocal scanning microscopes (CSOMs) or confocal "macroscopes"; Accessories which are not restricted to use with CSOMs, e.g. sample holders
    • G02B21/0052—Optical details of the image generation
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B21/00—Microscopes
    • G02B21/18—Arrangements with more than one light path, e.g. for comparing two specimens
    • G02B21/20—Binocular arrangements
    • G02B21/22—Stereoscopic arrangements

Abstract

본 발명의 주파수와 스펙트럼 부호화를 이용한 공초점 현미경 장치는 다양한 파장 영역의 빛을 공급하는 광원부; 광원부에서 발생된 빛을 위치에 따라 다른 주파수로 변조된 라인빔의 형태로 변환시켜주는 조명부; 조명부를 통과한 빛을 수개의 라인빔의 형태로 시편에 조사하고, 시편에서 반사된 빛을 검출부로 보내주는 스캔부; 스캔부를 통과한 빛을 라인형태로 영상획득부로 보내주는 검출부; 검출부에 의해 결상된 빛을 전기적인 신호로 변환하여 영상 신호를 획득하는 영상획득부;를 포함한다.

Description

주파수와 스펙트럼의 부호화를 이용한 공초점 현미경 장치 및 이를 이용한 영상 획득 방법{Combined spatially chirped modulation and spectral encoding for confocal reflectance microscopy}
본 발명은 주파수와 스펙트럼의 부호화를 이용한 공초점 현미경 장치 및 이를 이용한 영상 획득 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 기존의 공초점 현미경 장치의 구성 외에 주파수 변조기 및 회절 격자를 더 포함하여, 영상화 대상의 2차원을 이루는 두 축의 위치정보를 각각 주파수와 파장에 부호화하여, 스캔 없이 고해상도의 시편의 2차원 이미지를 얻으며, 시편을 깊이 방향으로 스캔하여 3차원 영상을 얻을 수 있도록 하는 공초점 현미경 장치 및 이를 이용한 영상 획득 방법에 관한 것이다.
공초점 현미경(confocal microscope)은 시료에 일정 파장의 빛을 조사하여 시료로부터 반사되는 빛을 핀홀 및 슬릿과 같은 공초점 개구(confocal aperture)에 통과시켜 대물렌즈의 초점에서 발산된 빛만을 광전검출기(photo-detector, PD)로 검출하는 장치이다.
공초점 현미경에서 대물렌즈의 초점평면(focal plane) 밖에 있는 부분에서 반사된 빛은 핀홀을 통과하지 못하여 광전검출기에서 검출되지 않기 때문에 공초점 현미경은 광축방향으로 높은 분해능을 가질 뿐만 아니라, 광축에 수직한 방향으로도 기존의 광학 현미경에 비하여 높은 분해능을 갖는다. 또한 시편 상의 원하는 평면을 관찰하는 것과 시편의 입체적인 3차원 영상(image)을 얻는 것도 가능하다.
이와 같은 공초점 현미경을 이용하여 2차원 평면 영상을 얻기 위하여 종래에는 텔레비전 주사선 방식의 점 스캐닝(point scanning) 방식으로 측정영역의 각 지점에 대하여 빛을 주사하였다. 이를 위한 구조는 일본 특개평 06-018786호에 개시된 바와 같이 2개의 광편향부재를 사용하여 직교하는 2개의 축방향으로 빛을 각각 편향시켜 주사하는 방식을 사용하였다. 그리고 상기 2개의 광편향부재로 2개의 갈바노미터(Galvano Meter)를 사용하거나 갈바노미터와 음향광학굴절기를 함께 사용하였는데, 갈바노미터만을 사용하는 경우는 기계적인 속도의 한계로 인하여 하나의 2차원 영상을 얻는데 긴 시간이 걸리는 문제가 있었으며, 음향광학굴절기를 함께 사용하는 경우 빛의 주사속도는 빨라지나 광전검출기에서 검출되는 신호를 컴퓨터를 이용하여 직렬 신호 처리(serial signal processing)하는 데 따른 많은 계산부하가 걸리게 되어 2차원 영상을 얻는데 역시 긴 시간이 걸리는 문제가 있어 대상물에 대한 영상을 실시간으로 얻을 수 없었다.
본 발명의 주파수와 스펙트럼의 부호화를 이용한 공초점 현미경 장치는 2차원 이미지를 점 스캐닝 방식 대신 주파수 및 스펙트럼을 부호화함으로써, 고가의 스캐닝 장비가 불필요하고, 스캐닝 장비의 진동으로부터 발생하는 영상의 아티팩트(artifact)를 예방하고자 한다.
주파수와 스펙트럼의 부호화 방식을 통해, 광전검출기에서 검출되는 신호를 이용하여 2차원 영상을 얻는 영상화 속도를 증가시켜, 대상물에 대하여 실시간으로 영상을 얻을 수 있을 뿐만 아니라 깊이 방향 스캔을 통해 3차원 영상을 얻는 것이 가능하도록 하게 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 주파수와 스펙트럼 부호화를 이용한 공초점 현미경 장치는 다양한 파장 영역의 빛을 공급하는 광원부; 광원부에서 발생된 빛을 라인빔의 형태로 변환하여 주파수 변조기를 통해 라인빔의 위치에 따라 다른 주파수로 변조시켜주는 조명부; 조명부를 통과한 라인빔을 회절시켜 수개의 라인빔의 형태로 시편에 조사하고, 시편에서 반사된 빛을 검출부로 보내주는 스캔부; 스캔부를 통과한 빛을 라인형태로 영상획득부로 보내주는 검출부; 검출부에 의해 결상된 빛을 전기적인 신호로 변환하여 영상 신호를 획득하는 영상획득부;를 포함한다.
상기 광원부는 파장 훑음 레이저를 사용하여, 1250 내지 1360nm의 파장의 빔을 방출시키거나, 슈퍼 컨티늄 레이저를 사용하여, 400 내지 2200nm의 파장의 빔을 방출시키는 것을 특징으로 한다.
상기 조명부는 광원에서 발생된 빛을 전달하는 제 1 광섬유; 광섬유에서 전달되는 빛을 평행광으로 변환시키는 제 1 시준렌즈; 제 1 시준렌즈를 통과한 빛을 라인 형태로 집광하는 원통형 렌즈; 원통형 렌즈로부터 집광된 라인 형태의 빛을 위치에 따라 다른 주파수를 갖도록 변조하는 주파수 변조기; 변조된 라인빔을 각각의 파장으로 분산시켜주는 회절격자; 주파수 변조됨과 동시에 각각의 파장으로 분산된 빔을 스캔부로 입사시키는 제 2 시준렌즈;를 포함한다.
상기 조명부는 광원에서 발생한 빛이 광섬유로 통과하기 전에 빛을 집광시키는 집광렌즈;를 더 포함하는 것이 바람직하다.
상기 주파수 변조기는 DMD(Digital Mirror Device), AOD(Acoustic Optical Deflector), LC-SLM(Liquid Crystal Spatial Light Modulator), 회전하는 패턴 디스크 중 하나인 것을 특징으로 한다.
상기 스캔부는 시편으로부터 돌아오는 빛을 검출부로 보내기 위한 빛의 방향을 전환시키는 광분할기; 광분할기를 통과한 빛이 파장에 따라 다른 각도로 진행하도록 하는 회절격자; 및 회절격자를 통과한 빛을 시편 상에 조명하는 대물 렌즈;를 포함한다.
핀홀, 슬릿, 광섬유는 3차원 영상 획득 및 분해능을 높이기 위해 영상획득부 전에 위치 한다. 3차원 영상을 얻을 시에는, 시편이 이송장치와 결합 되어 있어, z방향으로 이동하여 획득한다.
상기 검출부는 스캔부를 통과한 빛을 받아들이는 수광렌즈; 수광렌즈를 통과한 빛을 평행광으로 변환시키는 제 3 시준렌즈;및 결상렌즈를 이용하여 하나의 점으로 집광된 빛을 통과시키는 슬릿;을 포함한다.
상기 슬릿은 핀홀 또는 광섬유로 대체될 수 있다.
상기 영상획득부는 2차원 평면영상을 획득하는 2차원 영상획득장치인 것을 특징으로 한다. 상기 2차원 영상획득장치에는 전하결합소자가 구비되는 것이 바람직하다.
본 발명의 일 실시예에 따른 주파수와 스펙트럼 부호화를 이용한 공초점 현미경 장치는 상기 기재한 본 발명의 공초점 현미경 장치에서, 영상획득부에서 획득한 영상을 이미지 프로세싱하는 영상처리부;및 상기 영상처리부에서 가공된 영상을 디스플레이하는 표시부;를 더 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 주파수와 스펙트럼 부호화를 이용한 영상 획득 방법은 광원에서 다양한 파장 영역의 레이저를 발생시키는 레이저 방출 단계; 상기 광원에서 발생된 빛을 위치에 따라 다른 주파수로 변조된 라인빔의 형태로 변환시켜주는 조명 단계; 상기 조명된 빛을 복수 개의 라인빔의 형태로 시편에 조사하는 조사 단계; 및 상기 시편에서 반사된 빛을 라인 형태로 집광하여 검출하는 검출 단계;를 포함한다.
바람직하게는, 본 발명의 일 실시예에 따른 주파수와 스펙트럼 부호화를 이용한 영상 획득 방법은 검출된 빛을 여러번 집광하여 2차원 영상을 획득하는 영상 획득 단계; 획득된 영상을 이미지 프로세싱하는 영상 처리 단계; 영상 처리되어 가공된 영상을 디스플레이하는 영상 표시 단계;를 더 포함한다.
본 발명의 주파수와 스펙트럼의 부호화를 이용한 공초점 현미경 장치는 2차원 이미지를 점 스캐닝 방식 대신 주파수 및 스펙트럼을 부호화하여 얻을 수 있기 때문에 고가의 스캐닝 장비가 불필요하며, 스캐닝 장비의 진동으로부터 발생하는 영상의 아티팩트(artifact)를 예방할 수 있다.
주파수와 스펙트럼의 부호화 방식을 통해, 광전검출기에서 검출되는 신호를 이용하여 2차원 영상을 얻는 영상화 속도를 증가시켜, 대상물에 대한 영상을 실시간으로 얻는 것이 가능하며, 깊이 방향 스캔을 이용하여 3차원 영상 획득에도 가능하다.
도 1은 본 발명의 주파수와 스펙트럼의 부호화를 이용한 공초점 현미경 장치의 구성도이다.
도 2는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 주파수와 스펙트럼의 부호화를 이용한 공초점 현미경 장치 내부의 광 이동경로를 보여주는 개념도이다.
도 3는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 주파수와 스펙트럼의 부호화를 이용한 공초점 현미경 장치 내부의 광 이동경로를 보여주는 개념도이다.
도 4는 본 발명의 주파수와 스펙트럼의 부호화를 이용한 공초점 현미경 장치의 구성 중 패턴 디스크를 도시한 것이다.
도 5는 본 발명의 제 3 실시예에 따른 주파수와 스펙트럼의 부호화를 이용한 공초점 현미경 장치 내부의 광 이동경로를 보여주는 개념도이다.
도 6은 본 발명의 제 4 실시예에 따른 주파수와 스펙트럼의 부호화를 이용한 공초점 현미경 장치 내부의 광 이동경로를 보여주는 개념도이다.
도 7은 본 발명의 주파수와 스펙트럼의 부호화를 이용한 3차원 영상 장치의 구성도이다.
도 8는 본 발명의 주파수와 스펙트럼의 부호화를 이용한 공초점 현미경 장치에서 획득한 영상을 영상처리부에서 이미지 프로세싱하는 과정의 일부를 도시한 것이다.
도 9는 본 발명의 주파수와 스펙트럼의 부호화를 이용한 공초점 현미경 장치의 시편으로 조사되는 라인빔의 개념도이다.
도 10은 본 발명의 주파수와 스펙트럼의 부호화를 이용한 영상 획득 방법을 이용하여 얻은 이미지를 도시한 것이다.
도 11는 본 발명의 주파수와 스펙트럼의 부호화를 이용한 영상 획득 방법의 순서도이다.
이하 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정하여 해석되어서는 아니 되며, 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 한다.
본 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
각 단계들에 있어 식별부호는 설명의 편의를 위하여 사용되는 것으로 식별부호는 각 단계들의 순서를 설명하는 것이 아니며, 각 단계들은 문맥상 명백하게 특정 순서를 기재하지 않는 이상 명기된 순서와 다르게 실시될 수 있다. 즉, 각 단계들은 명기된 순서와 동일하게 실시될 수도 있고 실질적으로 동시하게 실시될 수도 있으며 반대의 순서대로 실시될 수도 있다.
도 1은 본 발명의 주파수와 스펙트럼의 부호화를 이용한 공초점 현미경 장치(1)의 구성도이다.
본 발명의 주파수와 스펙트럼의 부호화를 이용한 공초점 현미경 장치(1)는 다양한 파장 영역의 빛을 공급하는 광원부(100), 광원부(100)에서 발생된 빛을 위치에 따라 다른 주파수로 변조된 라인빔의 형태로 변환시켜주기 위한 조명부(200), 조명부(200)를 통과한 빛을 시편에 조사하고, 시편에서 반사된 빛을 검출부(400)로 보내주는 스캔부(300), 스캔부(300)를 통과한 빛을 라인형태로 집광하여 영상획득부(500)로 보내주는 검출부(400), 검출부(400)에 의해 결상된 빛을 전기적인 신호로 변환하여 영상 신호를 획득하는 영상획득부(500)를 포함한다.
도 2는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 주파수와 스펙트럼의 부호화를 이용한 공초점 현미경 장치(1) 내부의 광 이동경로를 보여주는 개념도이다.
광원부(100)에서는 다양한 파장 영역대의 빛을 발생시키며, 레이저와 같은 광원이 사용된다. 상기 광원부(100)는 파장 훑음 레이저를 사용하여, 시간에 따라 50kHz를 주기로 1250 내지 1360nm의 파장의 빔을 방출시키거나, 슈퍼 컨티늄 레이저를 사용하여, 400 내지 2200nm의 파장의 빔을 방출시킨다. 광원부(100)에서 다양한 파장 영역대의 빛을 방출시킴으로써, 빛이 후에 회절격자(302)를 통과하면서, 파장에 따라 빛의 회절 현상에 의해, 시편상에 다른 위치에 초점이 맺히게 된다.
조명부(200)는 광원부(100)에서 발생된 빛을 전달하는 제 1 광섬유(202), 제 1 광섬유(202)에서 전달되는 빛을 평행광으로 변환시키는 제 1 시준렌즈(203), 제 1 시준렌즈(203)를 통과한 빛을 라인 형태로 집광하는 원통형 렌즈(204), 원통형 렌즈(204)로부터 집광된 라인 형태의 빛을 위치에 따라 다른 주파수를 갖도록 변조하는 주파수 변조기(205), 주파수 변조된 빔을 스캔부(300)로 입사시키는 제 2 시준렌즈(206)를 포함한다.
또한, 도 3에서 도시한 바와 같이, 조명부(200)는 광원에서 발생한 빛이 광섬유로 통과하기 전에 빛을 집광시키기 위하여 집광렌즈(201)를 더 포함할 수 있다.
주파수 변조기(205)는 DMD(Digital Mirror Device), AOD(Acoustic Optical Deflector), LC-SLM(Liquid Crystal Spatial Light Modulator), 회전하는 패턴 디스크(2051) 중 하나가 사용된다.
도 4는 본 발명의 주파수와 스펙트럼의 부호화를 이용한 공초점 현미경 장치(1)의 구성 중 패턴 디스크(2051)를 도시한 것이다.
패턴 디스크(2051)는 빛이 잘 투과되는 광학 유리로 제작되며, 라인빔이 패턴 디스크(2051)를 통과한 후에, 위치에 따라 다른 주파수를 갖도록 패턴 디스크(2051)의 중심에서 가장자리까지 패턴이 형성된다. 즉, 디스크가 회전하게 되면, 하나의 라인빔 상에서 위치에 따라 다양한 주파수를 갖도록 변조된다. 이 때 주파수 정보는, 패턴 디스크의 회전속도(rpm)와 디스크 패턴(개수/사이클)의 곱으로 결정된다.
스캔부(300)는 조명부(200)로부터 입사된 빛의 방향을 전환시키는 광분할기(301), 광분할기(301)를 통과한 빛이 파장에 따라 다른 각도로 진행하도록 하는 회절격자(302), 회절격자(302)를 통과한 빛을 시편 상에 조명하는 대물 렌즈를 포함한다.
조명부(200)의 원통형 렌즈(204)와 스캔부(300)의 회절격자(302)의 기능을 중심으로 설명하면, 원통형 렌즈(204)에 의하여 형성된 라인 형태의 빔(라인 빔)은 주파수 변조기(205)에 의해 위치에 따라 다른 주파수를 갖도록 변조되고, 상기 주파수 변조된 라인 빔이 회절 격자를 지남에 따라 도 9(a)에서 도시한 바와 같이 다수의 라인 빔으로 시편에 분산된다. 따라서, 도 9(b)에 도시한 바와 같이, 시편상에서 각각의 포인트에서는 이에 대응되는 광원부(100)의 파장 및 변조된 주파수가 존재한다.
도 5는 본 발명의 제 3 실시예에 따른 주파수와 스펙트럼의 부호화를 이용한 공초점 현미경 장치(1) 내부의 광 이동경로를 보여주는 개념도이다.
도 5에서 도시한 바와 같이, 시편은 3차원 스캐닝을 위한 이송장치와 결합 되어 있어, z 방향으로 이동이 가능하다. 이송장치는 PZT 소자(304)가 사용될 수 있다. 시편이 z 방향으로 이동함에 따라 시편의 두께 방향으로 초점평면(focal plane)을 이동시킬 수 있고, 다수의 초점평면(focal plane)의 2차원 영상을 획득함에 따라, 후에 영상처리부(600)에서 상기 다수의 2차원 영상을 렌더링하여 3차원 영상으로 복원하는 것이 가능하다.
검출부(400)는 스캔부(300)를 통과한 빛을 받아들이는 수광렌즈(401), 수광렌즈(401)를 통과한 빛을 평행광으로 변환시키는 제 3 시준렌즈(402) 및 결상렌즈(403)를 이용하여 라인형태로 집광된 빛을 통과시키는 슬릿(404)을 포함한다.
도 6은 본 발명의 제 4 실시예에 따른 주파수와 스펙트럼의 부호화를 이용한 공초점 현미경 장치(1) 내부의 광 이동경로를 보여주는 개념도이다.
도 6에서 도시한 제 4 실시예는 본 발명의 나머지 실시예와 다르게, 원통형 렌즈(307) 및 주파수 변조기(308)가 조명부(200)가 아닌 스캔부(300)에 위치한다. 따라서, 광원(100)으로부터 발생된 빛은 조명부(200)를 통과하여 스캔부(300)의 원통형 렌즈(307)에 의해 라인빔으로 집광되며, 집광된 라인빔은 주파수 변조기(308)에 의해 위치에 따라 다양한 주파수로 변조된다. 주파수 변조된 라인빔은 회절격자(302)를 통과하며, 파장에 따라 시편에 복수 개의 라인빔으로 조사된다. 시편에서 반사된 라인빔은 회절격자(302)를 통과하며 다시 하나의 라인빔으로 겹쳐지고, 원통형 렌즈(307)를 통과하며 하나의 점으로 집광된다. 이때, 검출부(400)에서 집광된 빛에 핀홀을 두거나, 광섬유(405)를 통해 검출기(500)로 검출함으로써 높은 분해능 영상 뿐 아니라 3차원 영상이 가능하다.
도 7은 본 발명의 주파수와 스펙트럼의 부호화를 이용한 3차원 영상 장치(2)의 구성도이다.
상기 영상획득부(500)는 2차원 평면영상을 획득하는 2차원 영상획득장치이며, 전하결합소자(Charge Coupled Device, CCD) 또는 상보형금속산화반도체(complementary metal-oxide semiconductor, CMOS) 와 같은 촬상소자가 구비될 수 있다. 전하결합소자를 이용한 2차원 영상획득장치는 최근 디지털카메라등에 널리 사용되는 부품으로서 입수가 용이한 장점을 갖는다. 또는, 영상획득부(500)는 포토다이오드(photodiode)와 같은 단일광자검출기(single detector)를 이용할 수 있다. 광원부(100)에 파장 훑음 레이저를 사용하는 경우, 시간에 따라 파장을 훑기 때문에, 시간에 따른 모든 파장의 측정이 가능하다. 이는 2차원 영상획득 장치인 CCD나 CMOS에 비해 측정 속도가 매우 빠르며, 비용면에서 경제적인 이점이 있다.
영상처리부(600)에서는 영상획득부(500)에서 획득한 영상을 이미지 프로세싱하며, 표시부(700)에서는 모니터 등을 이용하여 영상처리부(600)에서 가공된 영상을 디스플레이한다.
도 8은 영상획득부(500)에서 획득한 영상을 영상처리부(600)에서 이미지 프로세싱하는 과정의 일부를 도시한 것이다. 도 9에서 도시한 바와 같이, 주파수 변조기(205)를 통과하여 위치에 따라 다른 주파수 정보를 갖는 라인 빔은 회절 격자(302)에 의해 시편으로 수개의 라인빔으로 조사된다. 이 때 조사된 각각의 라인빔은 다른 파장의 정보를 갖고 있다. 시편으로부터 복수 개의 라인빔이 다시 반사되어 회절 격자(302)를 통과하게 되면 수개의 라인빔이 하나로 겹쳐 마치 다시 한 개의 라인빔을 이루게 되고, 이 라인빔이 최종적으로 슬릿(404)을 통과함에 따라 검출기에 검출된다. 여기서, 슬릿(404)은 핀홀 또는 광섬유로 대체 가능하다. 즉, 검출기에서는 2차원 이미지를 점 스캐닝 방식을 이용하지 않고도, 2차원 시편 상에서 반사된 모든 빛의 정보를 받아들일 수 있다.
영상획득부(500)에서, 단일광자검출기를 사용하는 경우 시간에 따라 각각의파장 정보를 갖는 라인빔을 모두 측정할 수 있으며, CMOS 또는 CCD와 같은 2차원 영상획득장치를 사용하는 경우 한 번의 영상획득만으로 모든 파장의 라인빔의 측정이 가능하다. 영상처리부(600)에서는 상기 영상획득부(500)에서 측정된 모든 파장의 정보를 파장에 따라 각각의 라인빔으로 분리한 후, 각각의 라인빔을 퓨리에 변환을 통해 주파수에 따라 검출된 정보를 정렬하면, 시편의 2차원 이미지를 형성할 수 있다. 형성된 2차원 이미지는 표시부(700)에 의해 디스플레이된다.
도 10은 본 발명의 주파수와 스펙트럼의 부호화를 이용한 영상 획득 방법을 이용하여 얻은 이미지를 도시한 것이다. 도 10(a)는 수퍼컨티늄레이저를 광원으로서 이용하고, USAF(United States Air Force) 분해능 타깃(resolution target) 및 마이크로 채널(Micro channel) 시편을 조사하여 얻은 2차원 영상을 복원한 것이다. 도 10(b)는 파장훑음레이저를 광원으로서 이용하고, USAF 분해능 타깃(resolution target) 및 스킨 핀 팬텀(skin fin phantom) 시편을 조사하여 얻은 2차원 영상을 복원한 것이다.
주파수와 스펙트럼의 부호화 방식을 통해, 광전검출기에서 검출되는 신호를 이용하여 2차원 영상을 얻는 영상화 속도가 기존 약 1fps(frames per second)를 20fps로 증가되어, 대상물에 대한 실시간으로 영상을 얻는 것이 가능함을 확인하였다.
도 11은 본 발명의 주파수와 스펙트럼의 부호화를 이용한 영상 획득 방법의 순서도이다.
본 발명의 주파수와 스펙트럼의 부호화를 이용한 영상 획득 방법은 광원에서 다양한 파장 영역의 레이저를 발생시키는 레이저 방출 단계(S10); 발생된 빛을 위치에 따라 다른 주파수로 변조된 라인빔의 형태로 변환시켜주는 조명 단계(S20); 조명된 빛을 수개의 라인빔의 형태로 시편에 조사하는 조사 단계(S30); 시편에서 반사된 빛을 라인형태로 검출하는 검출 단계(S40); 검출된 빛을 이용하여 2차원 영상을 획득하는 영상 획득 단계(S50); 획득된 영상을 이미지 프로세싱하는 영상 처리단계(S60); 영상 처리되어 가공된 영상을 표시하는 영상 표시 단계(S70);를 포함한다.
조명 단계(S20)에서, 광원에서 방출된 빛이 제 1 광섬유(202)를 통과하여 제 1 시준렌즈(203)에서 평행광으로 변환되고, 원통형 렌즈(204)를 통과하며 빛이 라인 형태로 집광되고, 주파수 변조기(205)에 의해 위치에 따라 다른 주파수로 변조된 후, 제 2 시준렌즈(206)를 통하여 스캔부(300)로 입사된다.
또는, 조명 단계(S20)에서 광원에서 발생한 빛이 광섬유로 통과하기 전에 빛을 집광시키는 집광렌즈(201)에 의하여 빛이 집광 되는 것도 가능하다.
조사 단계(S30)에서, 스캔부(300)로 입사된 빛은 광분할기(301)를 거쳐 방향이 전환되며, 회절격자(302)를 통과하며 상기 광분할기(301)를 통과한 빛이 파장에 따라 다른 각도로 진행되어, 대물렌즈(303)에 의해 시편 상에 조명된다. 또한, 대물렌즈(303)는 3차원 스캐닝을 위한 이송장치와 결합 되어 있어, z 방향으로 이동가능할 수 있다.
검출 단계(S40)에서, 스캔부(300)를 통과한 빛이 수광렌즈(401)를 통과하여, 제 3 시준렌즈(402)에 의해 평행광으로 변환되며, 결상렌즈(403)를 이용하여 라인형태로 집광된 빛이 슬릿(404)을 통과한다. 또는, 스캔부(300)를 통과한 빛이 수광렌즈(401)를 통과하여, 제 2 광섬유(405)에 의해 라인형태로 빛이 집광되어 통과된다.
영상 획득 단계(S50)에서, 2차원 영상획득장치에 의해 2차원 평면 영상을 획득하며, 2차원 영상획득장치에는 전하결합소자가 구비된다.
발명은 상술한 특정의 실시예 및 설명에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능하며, 그와 같은 변형은 본 발명의 보호 범위 내에 있게 된다.
1 : 주파수와 스펙트럼 부호화를 이용한 공초점 현미경 장치
2 : 3차원 영상 장치 100 : 광원부
200 : 조명부 201 : 집광렌즈
202 : 제 1 광섬유 203 : 제 1 시준렌즈
204 : 원통형 렌즈 205 : 주파수 변조기
2051 : 패턴 디스크 206 : 제 2 시준렌즈
300 : 스캔부 301 : 광분할기
302 : 회절격자 303 : 대물렌즈
304 : PZT 소자 305 : 제 1 스캔렌즈
306 : 제 2 스캔렌즈 307 : 원통형 렌즈
308 : 주파수 변조기 309 : 제 3 스캔렌즈
400 : 검출부 401 : 수광렌즈
402 : 제 3 시준렌즈 403 : 결상렌wm
404 : 슬릿 405 : 제 2 광섬유
406 : 제 1 검출렌즈 500 : 영상획득부
600 : 영상처리부 700 : 표시부

Claims (24)

  1. 파장 훑음 레이저를 사용하여, 다양한 파장 영역의 빛을 공급하는 광원부;
    상기 광원부에서 발생된 빛을 위치에 따라 다른 주파수로 변조된 라인빔의 형태로 변환시켜주는 조명부;
    상기 조명부를 통과한 라인빔을 회절시켜 수개의 라인빔의 형태로 시편에 조사하고, 시편에서 반사된 빛을 검출부로 보내주는 스캔부;
    상기 스캔부를 통과한 빛을 라인형태로 영상획득부로 보내주는 검출부;
    상기 검출부에 의해 결상된 빛을 전기적인 신호로 변환하여 영상 신호를 획득하는 영상획득부;를 포함하되,
    상기 조명부는
    상기 광원에서 발생된 빛을 전달하는 제 1 광섬유;
    상기 광섬유에서 전달되는 빛을 평행광으로 변환시키는 제 1 시준렌즈;
    상기 제 1 시준렌즈를 통과한 빛을 라인 형태로 집광하는 원통형 렌즈;
    상기 원통형 렌즈로부터 집광된 라인 형태의 빛을 위치에 따라 다른 주파수를 갖도록 변조하는 주파수 변조기;및
    상기 주파수 변조된 빔을 스캔부로 입사시키는 제 2 시준렌즈;를 포함하고,
    상기 스캔부는
    상기 조명부로부터 입사된 빛의 방향을 전환시키는 광분할기;
    상기 광분할기를 통과한 빛이 파장에 따라 다른 각도로 진행하도록 하는 회절격자;및
    상기 회절격자를 통과한 빛을 시편 상에 조명하는 대물 렌즈;
    를 포함하는 주파수와 스펙트럼 부호화를 이용한 공초점 현미경 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 광원부는 1250 내지 1360nm의 파장의 빔을 방출시키는 것을 특징으로 하는 주파수와 스펙트럼 부호화를 이용한 공초점 현미경 장치.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 조명부는
    광원에서 발생한 빛이 광섬유로 통과하기 전에 빛을 집광시키는 집광렌즈;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 주파수와 스펙트럼 부호화를 이용한 공초점 현미경 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 주파수 변조기는 DMD(Digital Mirror Device), AOD(Acoustic Optical Deflector), LC-SLM(Liquid Crystal Spatial Light Modulator), 회전하는 패턴 디스크 중 하나인 것을 특징으로 하는 주파수와 스펙트럼 부호화를 이용한 공초점 현미경 장치.
  7. 삭제
  8. 제1항에 있어서,
    상기 시편은 3차원 스캐닝을 위한 이송장치와 결합 되어 있어, z 방향으로 이동가능한 것을 특징으로 하는 공초점 현미경 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 검출부는
    상기 스캔부를 통과한 빛을 받아들이는 수광렌즈;
    상기 수광렌즈를 통과한 빛을 평행광으로 변환시키는 제 3 시준렌즈;및
    결상렌즈를 이용하여 라인형태로 집광된 빛을 통과시키는 슬릿;을 포함하는 것을 특징으로 하는 주파수와 스펙트럼 부호화를 이용한 공초점 현미경 장치.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 영상획득부는 2차원 평면영상을 획득하는 2차원 영상획득장치인 것을 특징으로 하는 주파수와 스펙트럼 부호화를 이용한 공초점 현미경 장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 2차원 영상획득장치에는 전하결합소자가 구비된 것을 특징으로 하는 주파수와 스펙트럼 부호화를 이용한 공초점 현미경 장치.
  12. 삭제
  13. 삭제
  14. 삭제
  15. 삭제
  16. 삭제
  17. 삭제
  18. 삭제
  19. 삭제
  20. 삭제
  21. 삭제
  22. 삭제
  23. 삭제
  24. 삭제
KR1020140112509A 2014-08-27 2014-08-27 주파수와 스펙트럼의 부호화를 이용한 공초점 현미경 장치 및 이를 이용한 영상 획득 방법 KR101592898B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020140112509A KR101592898B1 (ko) 2014-08-27 2014-08-27 주파수와 스펙트럼의 부호화를 이용한 공초점 현미경 장치 및 이를 이용한 영상 획득 방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020140112509A KR101592898B1 (ko) 2014-08-27 2014-08-27 주파수와 스펙트럼의 부호화를 이용한 공초점 현미경 장치 및 이를 이용한 영상 획득 방법

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR101592898B1 true KR101592898B1 (ko) 2016-02-11

Family

ID=55351809

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020140112509A KR101592898B1 (ko) 2014-08-27 2014-08-27 주파수와 스펙트럼의 부호화를 이용한 공초점 현미경 장치 및 이를 이용한 영상 획득 방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101592898B1 (ko)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102066129B1 (ko) * 2018-09-21 2020-01-14 한양대학교 산학협력단 도트 어레이를 이용하는 3차원 정보 생성 장치 및 방법

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20050050478A (ko) * 2003-11-25 2005-05-31 삼성전자주식회사 공초점 현미경
KR20060091860A (ko) * 2005-02-16 2006-08-22 한국과학기술원 분산 광학계를 이용한 실시간 공초점 현미경

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20050050478A (ko) * 2003-11-25 2005-05-31 삼성전자주식회사 공초점 현미경
KR20060091860A (ko) * 2005-02-16 2006-08-22 한국과학기술원 분산 광학계를 이용한 실시간 공초점 현미경

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102066129B1 (ko) * 2018-09-21 2020-01-14 한양대학교 산학협력단 도트 어레이를 이용하는 3차원 정보 생성 장치 및 방법

Similar Documents

Publication Publication Date Title
TWI403756B (zh) 三維同調斷層式共焦顯微成像裝置
JP2015522850A (ja) 光学顕微鏡およびその制御方法
CN108254909B (zh) 光学显微镜和用于利用光学显微镜记录图像的方法
US20130250290A1 (en) Image mapped optical coherence tomography
WO2005010799A2 (en) Optical encoding and reconstruction
JPH10206740A (ja) 共焦点装置
EP2847632B1 (en) Microscope for high spatial resolution imaging a structure of interest in a sample
KR102086992B1 (ko) 핀홀 어레이를 사용하는 물체의 공초점형 이미징
JP6000010B2 (ja) レーザー走査型顕微鏡
JP6918395B1 (ja) 撮像装置
JP4962134B2 (ja) 計測装置
KR101899711B1 (ko) 색수차 렌즈를 이용한 공초점 영상 구현 장치
US10776955B2 (en) Method for the analysis of spatial and temporal information of samples by means of optical microscopy
CN108253905B (zh) 垂直彩色共焦扫描方法和系统
KR101592898B1 (ko) 주파수와 스펙트럼의 부호화를 이용한 공초점 현미경 장치 및 이를 이용한 영상 획득 방법
KR20170004180A (ko) 백색광 간섭계를 이용한 다층 표면형상 획득 신호처리
US9903812B2 (en) Optical observation apparatus and optical observation method
US20160033330A1 (en) Spectral imaging using single-axis spectrally dispersed illumination
KR101727832B1 (ko) 헤테로다인 간섭을 이용한 초고분해능 촬영 장치
KR101832616B1 (ko) 분광 인코딩 공초점 현미경 시스템
KR101817000B1 (ko) 색수차 보상 장치 및 이를 포함한 현미경 시스템
US11473975B2 (en) Low-cost, compact chromatic confocal module
KR20120041839A (ko) 렌즈의 색수차를 이용한 3차원 영상 획득 방법 및 이를 이용한 3차원 현미경
US20210307612A1 (en) Apertureless confocal microscopy devices and methods
JP2021028644A (ja) 共焦点顕微鏡及び画像化システム

Legal Events

Date Code Title Description
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
LAPS Lapse due to unpaid annual fee