KR101603726B1 - 멀티모달 현미경 - Google Patents

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Abstract

멀티모달 현미경이 개시된다. 멀티모달 현미경은 일반 광학 현미경(wide-field), 공초점 현미경(confocal microscope), 이광자 현미경(TPM, Two Photons Microscope), 형광수명시간 이미징 현미경(FLIM, Fluorescence Lifetime Imaging Microscope), 스펙트럴 이미징(Spectral Imaging) 분광 현미경의 각각의 광학계를 배치하여 하나로 통합한 멀티모달 현미경을 포함하며, 멀티모달 현미경의 모달리티를 변경하여 스위칭 필터 방식으로 선택된 광학계의 광경로에 따라 빔 스플리터가 선택되어 하나의 시편을 여러 모달리티의 영상을 획득하여 종합적인 시편 분석을 하게 되었다.

Description

멀티모달 현미경{Multi-modal microscope}
본 발명은 멀티모달 현미경에 관한 것으로, 특히 일반 광학 현미경(wide-field), SHG(Second Harmonic Generation Microscope) 현미경, 공초점 현미경(confocal microscope), 이광자 현미경(TPM, Two Photons Microscope), 형광수명시간 이미징 현미경(FLIM, Fluorescence Lifetime Imaging Microscope), 스펙트럴 이미징(Spectral Imaging) 분광 현미경의 각각의 광학계의 최적 배치에 따라 하나로 통합한 멀티모달 현미경을 제작하여 스위칭 필터 방식을 사용하여 현미경의 모달리티를 변경하여 선택된 빔 스플리터의 광경로에 따라 하나의 시료를 정밀하게 분석하는, 멀티모달 현미경에 관한 것이다.
현미경은 제1 세대 광학 현미경(optical microscope), 제2 세대 전자 현미경(electron microscope), 제3 세대 원자 현미경(scanning probe micoscope)으로 분류되고, 의학, 분자 생물학, 신약 개발, 재료공학 분야에 폭넓게 활용된다.
예를 들면, 광학 현미경(wide-field)은 태양광 또는 할로겐 램프를 광원으로 사용하며 광학렌즈의 계통에 따라 조리개(aperature)로 배율을 조절하여 최대 1500 배율로 분석하도록 집광 렌즈(x15), 대물 렌즈(objective lens)(x20/40/100), 투시 렌즈(projector lens)를 통해 시료를 관찰하며, 핀홀(pinhole)을 구비하지 않는 현미경이다.
전자 현미경은 광학 현미경의 광선 대신에 전자 빔(electron beam)을, 광학 렌즈 대신에 전자 렌즈를 사용하며, 집광 렌즈(condenser lens), 대물 렌즈(object lens), 투시 렌즈(projector lens)를 통해 시편의 형광면 위에 맺어진 물체를 확대하여 관찰하며, 목적에 따라 주사 전자현미경, 투과 전자현미경, 반사 전자 현미경으로 구분된다. 전자 현미경은 광학 현미경의 분해능이 빛의 파장(wavelength)에 의하여 제한되며 전자 빔의 파장은 0.05Å 정도로 짧아 광학 현미경으로 분석할 수 없었던 바이러스, 미생물까지 선명하게 관찰할 수 있다. 최근 전자 현미경은 수백만 배까지 상을 확대하여 결정 내의 원자 배열(1~2Å간격)까지 관찰할 수 있으므로 의학, 생물학, 공학의 넓은 분야에 사용되고 있다.
태양광 또는 할로겐 램프를 광원으로 사용하는 일반 광학 현미경(wide-field)과는 달리, 공초점 현미경(confocal microscope)은 레이저를 광원으로 사용하며, 초점 영상 검출 능력을 향상시키기 위해 대물렌즈 뒤편에 핀홀(pinhole)을 구비하여 명암비와 분해능을 높인 현미경이며, 광원에서 나온 빔을 대물렌즈를 통해 대물렌즈 하단의 시료 표면에 조사하고, 시료 표면에서 반사되는 빔의 일부만을 20㎛ 크기의 핀홀을 통하여 초점 평면 안(in-focus)의 신호만을 수신받아 광검출기로 검출된다.
공초점 현미경은 광원과 시편상의 초점과, 광검출기(photo-detector) 앞의 핀홀(pinhole) 이라는 공간 필터가 서로 공액관계를 이루고 있기 때문에 일반 광학현미경에 비해 장점을 갖고 있다. 초점 평면 밖(out-of-focus)의 신호를 원천적으로 차단하고 초점 평면(in-focus)의 신호만 받아들임으로써 고분해능의 선명한 영상을 얻을 수 있으며, 비침습 및 2차원 절편 영상을 획득할 수 있다.
공초점 레이저 주사 현미경(confocal laser scanning microscope)은 레이저를 광원으로 사용하여 광 경로상에 대물렌즈(objective lens) 뒤편에 구비된 바늘 구멍 형상의 핀홀(pinhole)을 통해 대물렌즈의 초점(focus)의 빛만을 시료에 조사하여 대물 렌즈에 입사하는 빔의 방향에 의해 공간적으로 스캔되게 되며, 단일 파장의 강한 빛을 이용하여 형광을 발생(excitation)시키고, 광검출기(photo-detector)로 검출하여 광 증폭관(PMT, Photo-Multiplier Tube)을 통해 특정 파장의 형광형상을 획득하여 시료의 미세구조를 관찰한다.
이광자 현미경(two-photon microscopy, TPM)은 일광자 현미경(one-photon microscopy, OPM)이 여기(excitation)를 위해 높은 에너지를 갖는 하나의 광자(photon)를 사용하는 반면에, TPM은 여기 상태 형광 물질을 얻기 위해 더 낮은 에너지를 갖는 2개의 광자(two photons, 근적외선 광자)를 사용한다. TPM은 OPM에 비해서 국부적 여기(localized excitation), 증가된 투과 깊이(>500㎛), 낮은 세포 자가형광 및 자체흡수(selfabsorption)를 보일 뿐만 아니라, 감소된 광손상 및 광탈색(photobleaching)과 같은 장점이 있다.
형광 수명시간 이미징 현미경(FLIM, Fluorescence Lifetime Imaging Microscope)은 시료가 되는 물질에 빛을 쏘여 거기서 나오는 형광 빛을 통해 형광 수명시간, 에너지 전이 효율 등의 물리적 정보를 검출하여 이를 모아서 영상화 하는 분석 장비다.
보통 형광체들은 빛을 받았을 때 여기 상태로 올라간 전자들이 바닥상태로 돌아오는 동안 여러 에너지 변환 경로를 거친다. 이 때 변환되는 에너지 경로나 양의 차이로 인해 방출되는 형광의 세기는 시간과 위치, 그리고 주변 환경에 따라 늘었다 줄었다 하게 된다.
일반적으로 물질에서 발현되는 형광 현상은 pico 초 단위에서 수백 nano 초 사이에서 순간적으로 발생했다 소멸되는 특성을 가지고 있어 보통의 형광 현미경에서는 극초단 현상은 관찰할 수가 없다. 그래서 일반 사진과 같은 연속적 영상으로 표현되거나 연구용으로 사용되는 그래프나 스펙트럼의 형태로 나타나게 된다.
이런 형광 시그널을 시간대별로 얻기 위해 순간적으로 빛을 비춰주고 빠르게 뚜껑을 닫아준 후 암전 상태에서 단일 광자를 극초단 시간대에서 검출한다.
FLIM은 이를 위해 현미경 자체에 주사기능을 포함시켜 해당 동작을 한 픽셀 당 수백분의 1초의 측정시간 동안 약 10만 번 가량 반복하도록 설정해 놓았다. 이를 통해 각 픽셀 별로 자세한 물리적 신호를 뽑아내게 되고, 이렇게 수집된 물성신호를 각각의 픽셀에 맞게 구성해 나노 구조의 물성의 영상을 얻는 것이다. 특히 한 픽셀에 머물 때마다 1조분의 4초의 시분해능으로 고속의 형광 빛을 쪼개 읽을 수 있어 기존에 비해 직관적인 영상화가 가능하다.
분광학은 시편(specimen)의 화학적 조성 및 변화를 관찰하는 방법으로 널리 사용되고 있으며, 분광 정보를 얻기 위해 하이퍼스펙트럴 현미경(Hyper-spectral imaging microscope, 분광 현미경)이 개발되어 사용되고 있다.
기존 하이퍼스펙트럴 현미경은 시스템이 복잡하여 기존 현미경과의 호환이 힘들고 분해능의 광학적 성능이 저하되는 단점이 있다.
그러나, 기존의 현미경 시스템에서는, 일반 광학 현미경(wide-field), 공초점 현미경(confocal microscopy), 이광자 현미경(TPM, Two Photons Microscope), 형광수명시간 이미징 현미경(FLIM, Fluorescence Lifetime Imaging Microscope), 스펙트럴 이미징(Spectral Imaging) 분광 현미경의 각각의 광학계의 배치에 따라 하나로 통합한 멀티모달 현미경을 제공하지 않았다.
특허공개번호 10-2010-0033047 특허등록번호 10-1089292
상기한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 일반 광학 현미경(wide-field), 공초점 현미경(confocal microscope), 이광자 현미경(TPM, Two Photons Microscope), 형광수명시간 이미징 현미경(FLIM, Fluorescence Lifetime Imaging Microscope), 스펙트럴 이미징(Spectral Imaging) 분광 현미경의 각각의 광학계의 최적 배치에 따라 하나로 통합한 멀티모달 현미경을 제작하여 스위칭 필터 방식을 사용하여 현미경의 모달리티를 변경하여 선택된 빔 스플리터의 광경로에 따라 하나의 시료를 정밀하게 분석하는, 멀티모달 현미경을 제공한다.
본 발명의 목적을 달성하기 위해, 멀티모달 현미경은 광학 현미경(wide-field)과 공초점 현미경(confocal microscope)과 이광자 현미경(TPM, Two Photons Microscope)을 배치함에 있어서, 상기 각각의 현미경을 구성하는 광학부품 중에서 하나의 광학부품을 상기 현미경들이 서로 공유하여 사용하는 광학부품으로 배치하되 상기 서로 공유하는 하나의 광학부품은 시료를 관찰하는 대물렌즈로 선정함에 따라, 상기 광학 현미경(wide-field)과, 공초점 현미경(confocal microscope)과 상기 이광자 현미경(TPM, Two Photons Microscope)에서 측정된 각 현미경의 측정결과는 시료를 움직이지 않은 상태에서 동일한 대물렌즈에서 관찰되는 측정결과인 것을 특징으로 한다.
상기 멀티모달 현미경에는 형광수명시간 이미징 현미경(FLIM, Fluorescence Lifetime Imaging Microscope)과 스펙트럴 이미징(Spectral Imaging) 분광 현미경이 더 포함되되, 상기 광학 현미경(wide-field)과 상기 공초점 현미경(confocal microscope)과 상기 이광자 현미경(TPM, Two Photons Microscope)과 상기 형광수명시간 이미징 현미경(FLIM, Fluorescence Lifetime Imaging Microscope)과 상기 스펙트럴 이미징(Spectral Imaging) 분광 현미경의 배치는
상기 각각의 현미경을 구성하는 광학부품 중에서 하나의 광학부품을 상기 현미경들이 서로 공유하여 사용하는 광학부품으로 배치하되 상기 서로 공유하는 하나의 광학부품은 시료를 관찰하는 대물렌즈로 선정함에 따라,
상기 광학 현미경(wide-field)과, 공초점 현미경(confocal microscope)과 상기 이광자 현미경(TPM, Two Photons Microscope)과, 형광수명시간 이미징 현미경(FLIM, Fluorescence Lifetime Imaging Microscope)과 스펙트럴 이미징(Spectral Imaging) 분광 현미경에서 측정된 각 현미경의 측정결과는 시료를 움직이지 않은 상태에서 동일한 대물렌즈에서 관찰되는 측정결과인 것을 특징으로 한다.
상기 멀티모달 현미경은 3개의 광원을 갖되 하나의 광원은 이광자 현미경(TPM)과 형광수명시간 이미징 현미경(FLIM)의 광원인 펨토초 레이저(10)와, 일반 광학 현미경(wide-field) 또는 공초점 현미경(confocal microscope)의 광원인 레이저 블록(11)과, 스펙트럴 이미징(Spectral Imaging) 분광 현미경의 광원인 SC 레이저(12)이며, 상기 각각의 레이저들에서 발사되는 빔의 방향은 동일위치에 배치된 빔스플리터로 향할 수 있도록 배치되고 상기 빔스플리터에 의해 광경로가 결정되도록 하여 시료를 측정하되, 각 현미경의 측정결과는 시료를 움직이지 않은 상태에서 동일한 대물렌즈에서 관찰되는 측정결과인 것을 특징으로 한다.
상기 멀티모달 현미경은 상기 3개의 광원에서 발사되는 빔은 대물렌즈를 거쳐 시료로 입사되고, 상기 시료에서 반사된 빔은 다시 대물렌즈로 입사된 후 빔스플리터를 거쳐 검출기로 입사되되,
상기 검출기는 제2 광증폭관(PMT, Phton Multiply Tube)(29) 현미경용 제2 광증폭관(PMT, Phton Multiply Tube)(29) 이나, 이광자 현미경(TPM) 또는 형광수명시간 이미징 현미경(FLIM)용 제1 광증폭관(PMT)(23) 이나, 일반 광학 현미경(wide-field) 현미경용 CCD 카메라 중의 하나인 것을 특징으로 한다.
상기 멀티 모달 현미경은 이광자 현미경(TPM) 또는 형광수명시간 이미징 현미경(FLIM)으로 동작시 쵸퍼(chopping unit)에 의해 쵸핑 된 펨토 초(FS) 레이저를 발사하는 펨토초 레이저(10); 광학 현미경(wide-field) 또는 공초점 현미경(confocal microscope)으로 동작시 레이저를 발사하는 레이저 블록(11); 스펙트럴 이미징(Spectral Imaging) 현미경으로 동작시 SC 레이저를 발사하는 SC 레이저(12); 상기 펨토초 레이저(10), 상기 레이저 블록(11), 상기 SC 레이저(12)와 각각 다른 방향에서 동일 선 상에 위치하고, 선택된 현미경의 종류에 따라 좌우 방향으로 각도가 다른 빔 분할기(beam splitter)를 선택하여 광원 또는 레이저의 입사 경로를 결정하는 제1 빔 스필리터 세트(13a, 13b, 13c); 렌즈의 입사 각도를 조절하는 듀얼 갈바노 미러(Dual Galvano mirror)(14); 레이저 광원을 집속하는 제1 렌즈(image focusing lens)(15); 광 초점에 따라 광원을 수집하는 제2 렌즈(collecting lens)(16); 선택된 현미경의 종류에 따라 상하 방향으로 각도가 다른 빔 분할기(beam splitter)를 선택하여 광원 또는 레이저의 입사 경로를 결정하는 제2 빔 스플리터 세트(17a, 17b); 광원 또는 레이저를 반사시키는 반사경(18); 시료에 확대상을 만드는 대물 렌즈(objective lens)(19); 광학(wide-field) 현미경 기능으로 제2 빔 스플리터 세트(17a, 17b)의 광경로에 따라 제3 렌즈(20)를 통해 시료 이미지를 관찰하는 CCD 카메라(21); 컴퓨터의 모니터와 연결되고, 제2 빔 스플리터 세트(17a, 17b)의 광경로에 따라 제4 렌즈(22)를 통해 나노 구조의 시료 이미지를 분석하기 위해 수집된 영상을 검출하는 제1 광증폭관(PMT, Phton Multiply Tube)(23); 상기 제1 빔 스플리터 세트 하부에 구비하며, 필터의 색깔에 따라 필터링하는 색 필터(27); 핀홀 구멍이 형성되고, 초점 경로 상에 검출 영역 밖에서 들어오는 빛을 차단하고 초점 평면 밖(out-focus)의 신호를 제외하고 초점 평면 안(in-focus)의 신호만을 수신받는 핀홀(pinhole)(28); 및 시료의 2차원 영상을 검출하는 제2 광증폭관(PMT)(29)를 포함한다.
상기 멀티모달 현미경은 파장이 488 nm 인 Ar-ion 레이저와, 파장이 543nm 또는 632.8 nm 인 He-Ne 레이저를 사용하는 것을 특징으로 한다.
상기 멀티 모달 현미경은 일반 광학 현미경(wide-field)으로 동작시, 레이저 블럭(11)으로부터 레이저를 제공하여 제1 빔 스플리터(13a), 듀얼 갈바노 미러(14), 제1 렌즈(15), 제2 렌즈(16), 제2 빔 스플리터(17a), 반사경(18), 대물렌즈(19)를 포함하는 관련 광학계(relay optics)를 통해 대물렌즈 하단의 시료에 조사된 후, 시료에서 반사되는 신호를 선택된 광 경로에 따라 제2 빔 스플리터(17a)를 통해 CCD 카메라(23)로 시료 이미지를 출력하는 것을 특징으로 한다.
상기 멀티 모달 현미경은 공초점 현미경(confocal microscope) 동작시, 레이저 블럭(11)으로부터 레이저를 발사하여 제1 빔 스플리터(13a), 듀얼 갈바노 미러(14), 제1 렌즈(15), 제2 렌즈(16), 제2 빔 스플리터(17a), 반사경(18), 대물렌즈(19)를 포함하는 관련 광학계(relay optics)를 통해 대물렌즈 하단의 시료에 조사된 후, 시료에서 반사되는 공초점 신호를 역방향의 광경로를 따라 반사경(18), 제2 빔 스플리터(17a), 제2 렌즈(16), 제1 렌즈(15)를 통해 듀얼 갈바노 미러(14)를 통해 반사되어 제1 빔 스플리터(13a)를 통해 색 필터(27)와 핀홀(pinhole)(28)을 통해 초점 평면 밖(out-focus)의 신호를 제외하고 초점 평면 안(in-focus)의 신호만을 수신받아 제2 광증폭관(PMT, Phton Multiply Tube)(29)으로 전달하여 명암비와 분해능이 향상된 시료 이미지를 검출하여 미세구조를 분석하는 것을 특징으로 한다.
상기 멀티 모달 현미경은 이광자 현미경(TPM, Two Photons Microscope)으로 동작시, 펨토 초(FS) 레이저(10)가 쵸퍼(chopping unit)를 통해 쵸핑 된 펨토 초(fs) 레이저를 발사하여, 스위칭 방식에 따라 선택된 제1 빔 스플리터(13b), 듀얼 갈바노 미러(14), 제1 렌즈(15), 제2 렌즈(16), 제2 빔 스플리터(17b), 반사경(18), 대물렌즈(19)를 포함하는 관련 광학계(relay optics)를 통해 대물렌즈 하단의 시료에 조사된 후, 시료에서 반사되는 신호를 광학계의 광경로를 통해 반사경(18), 제2 빔 스플리터(17b), 제4 렌즈(22)를 통해 제1 광증폭관(PMT, Phton Multiply Tube)(23)으로 전달하여 시료 이미지의 미세구조를 분석하기 위해 획득된 영상을 검출하고, 대물렌즈를 통해 2개의 광자들(two photons)을 시료에 조사하여 광자가 여기 상태(excited state)에서 형광 빛을 발생하는지 확인하는 것을 특징으로 한다.
상기 멀티 모달 현미경은 형광수명시간 이미징 현미경(FLIM, Fluorescence Lifetime Imaging Microscope)으로 동작시, 펨토 초(FS) 레이저(10)가 쵸퍼(chopping unit)를 통해 쵸핑 된 펨토 초 레이저를 발사하여, 스위칭 방식에 따라 선택된 제1 빔 스플리터(13b), 듀얼 갈바노 미러(14), 제1 렌즈(15), 제2 렌즈(16), 제2 빔 스플리터(17b), 반사경(18), 대물렌즈(19)를 포함하는 관련 광학계(relay optics)를 통해 대물 렌즈 하단의 시료에 조사한 후, 시료에서 반사되는 신호를 광학계의 광경로를 따라 반사경(18), 제2 빔 스플리터(17b), 제4 렌즈(22)를 통해 제1 광증폭관(PMT, Phton Multiply Tube)(23)으로 전달하여 미세 구조의 시료 이미지를 획득하고, 상기 제1 광증폭관(PMT)(23)이 시료에 레이저를 쏘여 거기서 반사되는 형광 빛을 검출하여 얼마의 시간 동안 형광 빛을 발생하는지를 나타내는 형광 수명시간, 에너지 전이 효율을 검출하며, 상기 형광 수명시간 이미징 현미경(FLIM)은 시료에 레이저를 쏘여 거기서 발생하는 형광 빛을 통해 형광 수명시간, 에너지 전이 효율의 물리적 정보를 검출하여 영상화하여 분석하는 것을 특징으로 한다.
상기 멀티 모달 현미경은 스펙트럴 이미징 분광 현미경으로 동작시, SC 레이저(12)로부터 Sweeping unit를 통해 SC 레이저를 발사하여, 스위칭 방식에 따라 선택된 제1 빔 스플리터(13c), 듀얼 갈바노 미러(14), 제1 렌즈(15), 제2 렌즈(16), 제2 빔 스플리터(17a), 반사경(18), 대물렌즈(19)를 포함하는 관련 광학계(relay optics)를 통해 시료에 조사한 후, 시료에서 반사되는 신호를 역방향의 광경로를 따라 반사경(18), 제2 빔 스플리터(17a), 제2 렌즈(16), 제1 렌즈(15)를 통해 듀얼 갈바노 미러(14)에 의해 반사되어 제1 빔 스플리터(13c)를 통해 색 필터(27)와 핀홀(pinhole)(28)을 통해 제2 광증폭관(PMT)(29)으로 전달하여 시료 이미지를 검출하여 미세구조를 분석하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 가변형 멀티모달 현미경은 일반 광학 현미경(wide-field), SHG(Second Harmonic Generation Microscope) 현미경, 공초점 현미경(confocal microscope), 이광자 현미경(TPM, Two Photons Microscope), 형광수명시간 이미징 현미경(FLIM, Fluorescence Lifetime Imaging Microscope), 스펙트럴 이미징 분광 현미경의 각각의 기능을 각각의 광학계의 최적 배치에 따라 하나로 통합한 멀티모달 현미경을 제작하여 스위칭 필터 방식을 사용하여 현미경의 모달리티를 변경하여 선택된 빔 스플리터의 광경로에 따라 하나의 시편을 정밀하게 분석하는 효과가 있다.
도 1은 가변형 멀티모달 현미경의 개념도이다.
도 2는 본 발명에 따른 가변형 멀티모달 현미경의 구성도이다.
도 3은 공초점 현미경(confocal microscope), 이광자 현미경(TPM, Two Photons Microscope), 형광수명시간 이미징 현미경(FLIM, Fluorescence Lifetime Imaging Microscope), 스펙트럴 이미징 분광 현미경의 2차원 광 경로를 나타낸 도면이다.
도 4는 가변형 멀티모달 현미경의 모달리티 변경 개략도이다.
도 5는 공초점 현미경(confocal microscope), 이광자 현미경(TPM, Two Photons Microscope), 형광수명시간 이미징 현미경(FLIM), 스펙트럴 이미징 분광 현미경의 3차원 광 경로를 나타낸 도면이다.
도 6은 스펙트럴 이미징 분광 현미경의 분광 정보 획득 절차를 나타낸 도면이다.
도 7은 색이 없는 공초점 현미경 영상과 색이 있는 스펙트럴 이미징 분광 현미경의 영상 획득 실험결과를 나타낸 사진이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 발명의 구성 및 동작을 상세하게 설명한다.
기존의 멀티모달 현미경은 단순히 Relay lens 만을 공유하는 부피가 큰(Bulky) 형태이거나, 측정 원리가 비슷하여 결합이 용이한 모달리티 들만을 통합한 형태였다. 본 발명에서 제안한 스위칭 필터 방식을 사용하면 서로 측정 원리나 특성이 상이한 현미경들도 하나의 시스템으로 통합이 가능하다.
본 발명의 멀티모달 현미경은 일반 광학 현미경(wide-field), SHG(Second Harmonic Generation Microscope) 현미경, 공초점 현미경(confocal microscope), 이광자 현미경(TPM, Two Photons Microscope), 형광수명시간 이미징 현미경(FLIM, Fluorescence Lifetime Imaging Microscope), 및 스펙트럴 이미징(spectral imaging) 분광 현미경 기능을 가지는 멀티모달 현미경이며, 스위칭 필터 방식을 사용하여 모달리티를 변경하여 해당 광학계의 광경로상의 빔 스플리터를 선택하고, 다양한 모달리티를 사용하기 위해 다파장 relay lens를 설계하였고, 특성이 상이한 모달리티를 통합하기 위한 각각의 광학계 최적 배치로 구성되어 있으며, 기존의 멀티모달 현미경의 단점을 극복하고 시료를 종합적으로 분석할 수 있는 복합 광학 시스템 장비이다.
본 발명은 스위칭 필터 방식을 이용하여 쉽고 정밀하게 현미경의 모달리티를 변경하는 멀티모달 현미경을 설계하였다. 스위칭 필터 방식에서 '필터'는 빔 스플리터를 의미한다.
멀티모달 현미경에서 스위칭 필터 방식은 선택된 현미경에 따라 광학계의 선택된 광경로 상에 위치된 복수의 빔 스플리터들이 포함된 빔 스플리터 세트(filter set) 중 선택된 현미경의 빔 스플리터를 선택하는 것을 의미한다.
필터 세트(filter set)는 하나 이상의 빔 스플리터로 구성된 빔 스플리터 세트를 의미하고, 필터(filter)는 빔 스플리터(beam splitter)가 포함된다.
빔 스플리터(beam splitter, 광분할기)는 예를 들면 70%는 투과하고, 30%는 반사한다.
멀티모달 현미경의 '모달리티'는 일반 광학 현미경(wide-field), SHG(Second Harmonic Generation Microscope) 현미경, 공초점 현미경(confocal microscope), 이광자 현미경(TPM, Two Photons Microscope), 형광수명시간 이미징 현미경(FLIM, Fluorescence Lifetime Imaging Microscope), 및 스펙트럴 이미징(spectral imaging) 분광 현미경 중 어느 하나의 현미경을 선택하는 것을 의미한다.
도 1은 가변형 멀티모달 현미경의 개념도이다.
본 발명에 따른 가변형 멀티모달 현미경은 일반 광학 현미경(wide-field), SHG(Second Harmonic Generation Microscope), 공초점 현미경(confocal microscope), 이광자 현미경(TPM, Two Photons Microscope), 형광수명시간 이미징 현미경(FLIM, Fluorescence Lifetime Imaging Microscope), 스펙트럴 이미징 분광 현미경의 각각의 광학계의 최적 배치에 따라 하나로 통합한 멀티모달 현미경을 제작하여 스위칭 필터 방식을 사용하여 현미경의 6개의 모달리티를 변경하여 하나의 시료를 여러 모달리티의 영상을 획득하여 다양한 멀티모달을 이용한 종합적인 시료 분석이 가능하다.
도 2는 본 발명에 따른 가변형 멀티모달 현미경의 구성도이다.
가변형 멀티모달 현미경은 스위칭 필터 방식을 사용하여 제1 빔 스플리터 세트(13a,13b,13c), 듀얼 갈바노 미러(Galvano Mirror), 필터(Filter) 등을 스위칭 함으로써 다양한 모달리티로 변형이 가능하고, 컴퓨터와 DAQ 보드를 통해 연동되는 광 증폭관(PMT, Photo-Multiplier Tube)(광 검출기)의 의해 시료의 미세구조를 분석한다.
가변형 멀티모달 현미경은 이광자 현미경(TPM) 또는 형광수명시간 이미징 현미경(FLIM)으로 동작시 쵸퍼(chopping unit)에 의해 쵸핑 된 펨토 초(FS) 레이저를 발사하는 펨토 초 레이저(10); 일반 광학 현미경(wide-field) 또는 공초점 현미경(confocal microscopy)으로 동작시 레이저를 발사하는 레이저 블록(11); 스펙트럴 이미징 현미경으로 동작시 SC 레이저를 발사하는 SC 레이저(12); 상기 펨토초 레이저(10), 상기 레이저 블록(11), 상기 SC 레이저(12)와 각각 다른 방향에서 동일 선 상에 위치하고, 선택된 현미경의 종류에 따라 좌우 방향으로 각도가 다른 빔 분할기(beam splitter)를 선택하여 광원 또는 레이저의 입사 경로를 결정하는 제1 빔 스플리터 세트(beam splitter)(13a, 13b, 13c); 렌즈의 입사 각도를 조절하는 듀얼 갈바노 미러(Dual Galvano mirror)(14); 레이저 광원을 집속하는 제1 렌즈(image focusing lens)(15); 광 초점에 따라 광원을 수집하는 제2 렌즈(collecting lens)(16); 선택된 현미경의 종류에 따라 상하 방향으로 각도가 다른 빔 분할기(beam splitter)를 선택하여 광원 또는 레이저의 입사 경로를 결정하는 제2 빔 스플리터 세트(17a,17b); 광원 또는 레이저를 반사시키는 반사경(18); 시료에 확대상을 만드는 대물 렌즈(objective lens)(19); 광학(wide-field) 현미경 기능으로 제2 빔 스플리터 세트(17a,17b)의 광경로에 따라 제3 렌즈(20)를 통해 시료 이미지를 관찰하는 CCD 카메라(21); 컴퓨터의 모니터와 연결되고, 제2 빔 스플리터 세트(17)의 광경로에 따라 제4 렌즈(22)를 통해 나노 구조의 시료 이미지를 분석하기 위해 수집된 영상을 검출하는 제1 광 증폭관(PMT, Phton Multiply Tube)(23); 제1 빔 스플리터 하부에 구비하며, 파란 필터, 노란 필터, 빨강 필터 등의 필터의 색깔에 따라 필터링하는 색 필터(27); 핀홀 구멍이 형성되고, 초점 경로 상에 검출 영역 밖에서 들어오는 빛을 차단하고 초점 평면 밖(out-focus)의 신호를 제외하고 초점 평면 안(in-focus)의 신호만을 수신받는 핀홀(pinhole)(28); 및 시료의 2차원 영상을 검출하는 제2 광 증폭관(PMT)(29)를 포함하고, 제2 광증폭관(PMT)(29)을 통해 CD(compact disc)와 솔더볼 및 형광 bead의 형상에 대한 정보를 얻어 제2 광증폭관(PMT)(29)와 연결된 컴퓨터의 Labview 프로그램을 사용하여 시료의 2차원 영상을 획득한다.
제1 빔 스플리터 세트(beam splitter)(13a, 13b, 13c)는 상기 펨토초 레이저(10), 상기 레이저 블록(11), 상기 SC 레이저(12)와 각각 다른 방향에서 동일 선 상에 위치하고, 선택된 현미경의 종류에 따라 좌우 방향으로 각도가 다른 광분할기(beam splitter)를 선택하여 광원 또는 레이저의 입사 경로를 결정한다.
제2 빔 스플리터 세트(17a, 17b)는 전후좌우 방향으로 제2 렌즈(16), CCD 카메라(21), 제1 광 증폭관(PMT, Phton Multiply Tube)(23), 반사경(18)과 각각 동일 선상에 위치되며, 선택된 현미경의 종류에 따라 상하 방향으로 각도가 다른 광분할기(beam splitter)를 선택하여 광원 또는 레이저의 입사 경로를 결정한다.
도 3은 공초점 현미경(confocal microscope), 이광자 현미경(TPM, Two Photons Microscope), 형광수명시간 이미징 현미경(FLIM, Fluorescence Lifetime Imaging Microscope), 스펙트럴 이미징 분광 현미경의 2차원 광 경로를 나타낸 도면이다.
도 4는 가변형 멀티모달 현미경의 모달리티 변경 개략도이다.
도 5는 공초점 현미경(confocal microscope), 이광자 현미경(TPM, Two Photons Microscope), 형광수명시간 이미징 현미경(FLIM), 스펙트럴 이미징 분광 현미경의 3차원 광 경로를 나타낸 도면이다.
본 연구에서는 파장이 488 nm 인 Ar-ion 레이저와, 파장이 543nm 또는 632.8 nm 인 He-Ne 레이저(헬륨 네온 레이저)를 구비하는 다양한 파장의 레이저를 사용한다.
가변형 멀티모달 현미경은 이광자 현미경(TPM) 또는 형광수명시간 이미징 현미경(FLIM)으로 동작시 쵸퍼(chopping unit)에 의해 쵸핑 된 펨토 초(FS) 레이저를 발사하는 펨토 초 레이저(10)를 사용하고, 일반 광학 현미경(wide-field) 또는 공초점 현미경(confocal microscope)으로 동작시 레이저를 발사하는 레이저 블록(11)을 사용하며, 스펙트럴 이미징 분광 현미경으로 동작시 SC 레이저를 발사하는 SC 레이저(12)를 사용하며, 발사된 레이저 광원이 스위칭 필터 방식으로 빔 스플리터(beam splitter)를 선택하여 해당 광학계의 광경로에 따라 시료에 레이저 광원을 조사하여, 이를 분석한다.
광학 현미경(wide-field)은 레이저 블럭(11)으로부터 레이저를 제공하여 제1 빔 스플리터(13a), 듀얼 갈바노 미러(14), 제1 렌즈(15), 제2 렌즈(16), 제2 빔 스플리터(17a), 반사경(18), 대물렌즈(19)를 포함하는 관련 광학계(relay optics)를 통해 대물렌즈 하단의 시료에 조사된 후, 시료에서 반사되는 신호를 선택된 광 경로에 따라 제2 빔 스플리터(17a)를 통해 CCD 카메라로 시료 이미지를 출력한다.
공초점 현미경(confocal microscope)은 도 3의 좌측 하단 및 도 4, 5를 참조하면, 레이저 블럭(11)으로부터 레이저를 발사하여 제1 빔 스플리터(13a), 듀얼 갈바노 미러(14), 제1 렌즈(15), 제2 렌즈(16), 제2 빔 스플리터(17a), 반사경(18), 대물렌즈(19)를 포함하는 관련 광학계(relay optics)를 통해 대물렌즈 하단의 시료에 조사된 후, 시료에서 반사되는 공초점 신호를 역방향의 광경로를 따라 반사경(18), 제2 빔 스플리터(17a), 제2 렌즈(16), 제1 렌즈(15)를 통해 듀얼 갈바노 미러(14)를 통해 반사되어 제1 빔 스플리터(13a)를 통해 색 필터(27)와 핀홀(pinhole)(28)을 통해 초점 평면 밖(out-focus)의 신호를 제외한 초점 평면 안(in-focus)의 신호만을 수신받아 제2 광증폭관(PMT, Phton Multiply Tube)(29)으로 전달하여 명암비와 분해능이 향상된 시료 이미지(시료의 2차원 영상)를 검출하여 시료의 미세구조를 분석한다.
이광자 현미경(TPM)은 도 3의 좌측 상단 및 도 4, 5를 참조하면, 펨토 초(FS) 레이저(10)가 쵸퍼(chopping unit)를 통해 쵸핑 된 펨토 초(Fs) 레이저를 발사하여, 스위칭 필터 방식에 따라 선택된 제1 빔 스플리터(13b), 듀얼 갈바노 미러(14), 제1 렌즈(15), 제2 렌즈(16), 제2 빔 스플리터(17b), 반사경(18), 대물렌즈(19)를 포함하는 관련 광학계(relay optics)를 통해 대물렌즈 하단의 시료에 조사된 후, 시료에서 반사되는 신호를 광학계의 광경로를 따라 반사경(18), 제2 빔 스플리터(17b), 제4 렌즈(22)를 통해 제1 광증폭관(PMT, Phton Multiply Tube)(23)으로 전달하여 시료 이미지의 미세구조를 분석하기 위해 획득된 영상을 검출하고, 대물렌즈를 통해 2개의 광자들(two photons)을 시료에 조사된 후에, 시료에서 광자가 여기 상태(excited state)에서 형광 빛을 발생하는지 확인한다.
형광수명시간 이미징 현미경(FLIM, Fluorescence Lifetime Imaging Microscope)은 도 3의 우측 상단 및 도 4, 5를 참조하면, 펨토 초(FS) 레이저(10)가 쵸퍼(chopping unit)를 통해 쵸핑 된 펨토 초 레이저를 발사하여, 스위칭 필터 방식에 따라 선택된 제1 빔 스플리터(13b), 듀얼 갈바노 미러(14), 제1 렌즈(15), 제2 렌즈(16), 제2 빔 스플리터(17b), 반사경(18), 대물렌즈(19)를 포함하는 관련 광학계(relay optics)를 통해 대물렌즈 하단의 시료에 조사된 후, 시료에서 반사되는 신호를 광학계의 광경로를 따라 반사경(18), 제2 빔 스플리터(17b), 제4 렌즈(22)를 통해 제1 광증폭관(PMT, Phton Multiply Tube)(23)으로 전달하여 미세 구조의 시료 이미지를 획득하고, 제1 광증폭관(PMT)(23)이 시료에 레이저를 쏘여 시료에서 나오는 형광 빛을 검출하여 얼마의 시간 동안 형광 빛을 발생하는지를 나타내는 형광 수명시간, 에너지 전이 효율을 검출한다.
형광 수명시간 이미징 현미경(FLIM)은 형광 분자를 포함하는 시료(100)에 레이저를 쏘여 시료에서 발생하는 형광 빛을 통해 형광 수명시간, 에너지 전이 효율의 물리적 정보를 검출하여 영상화하여 분석한다.
스펙트럴 이미징(Spectral Imaging) 분광 현미경은 도 3의 우측 하단 및 도 4, 5를 참조하면, SC 레이저(12)로부터 스위핑 유닛(Sweeping unit)을 통해 SC 레이저를 발사하여, 스위칭 방식에 따라 선택된 제1 빔 스플리터(13c), 듀얼 갈바노 미러(14), 제1 렌즈(15), 제2 렌즈(16), 제2 빔 스플리터(17a), 반사경(18), 대물렌즈(19)를 포함하는 관련 광학계(relay optics)를 통해 대물렌즈 하단의 시료에 조사된 후, 시료에서 반사되는 신호를 역방향의 광경로를 따라 반사경(18), 제2 빔 스플리터 세트(17a), 제2 렌즈(16), 제1 렌즈(15)를 통해 듀얼 갈바노 미러(14)에 의해 반사되어 제1 빔 스플리터(13c)를 통해 색 필터(27)와 핀홀(pinhole)(28)을 통해 제2 광증폭관(PMT,Phton Multiply Tube)(29)으로 전달하여 시료 이미지를 검출하여 미세구조를 분석한다.
분광 현미경은 시료로부터 나오는 형광 신호를 분광매질을 통해 분광 시킨 후, 여러 파장 대역의 신호를 얻음으로써 각기 다른 종류의 형광 물질을 분별하며, 하나의 채널을 통해 측정될 수 있는 파장 폭이 줄어들수록 파장에 따른 불연속성이 줄어들기 때문에 전체적인 스펙트럼을 관찰이 용이하다.
본 발명의 멀티 모달 현미경은 하나의 시료에 대해 여러 가지 영상정보를 획득할 수 있는 멀티모달 현미경이다.
스위칭 필터 방식을 사용한 가변형 멀티모달 현미경은 공초점, TPM, SHG, FLIM, wide-field, Spectral imaging의 기능을 가지는 멀티모달 현미경이며, 각각의 모달리티를 구현하기 위한 광학계를 XYZ 좌표계에서 최적으로 설계하여 배치하였다.
멀티모달 현미경은 선택된 현미경에 따라 XYZ 좌표계 상에서, 스위칭 필터 방식을 사용하여 빔 스플리터 세트의 각각의 빔 스플리터(filter)를 변경시킨다.
도 6은 스펙트럴 이미징 분광 현미경의 분광 정보 획득 절차를 나타낸 도면이다. 도 7은 색이 없는 공초점 현미경의 영상과 색이 있는 스펙트럴 이미징 분광 현미경의 영상 획득 실험결과를 나타낸 사진이다.
하이퍼스펙트럴 현미경에서 색 필터를 사용하여 공초점 현미경 영상과 분광 정보를 동시에 획득한다. 분광 정보 획득 절차는 공초점 현미경을 기반으로 하여 단색화 장치의 파장(λ1)을 고정하고, 공초점 영상을 획득한 다음, 파장(λ2)을 변경하여 다시 공초점 영상을 획득하는 방법으로 다양한 파장의 영상을 획득한다. 획득한 공초점 영상을 각 픽셀에서 분석하여, 픽셀(pixel)에서 인센시티의 정보를 획득하고 Spectrum 정보로 환산하여 각각의 파장의 영상을 동일 spectrum grouping하여 비슷한 것끼리 하이퍼스펙트럴 영상(분광 정보 영상)을 획득한다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진자가 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 또는 변형하여 실시할 수 있다.
10: 펨토 초(FS) 레이저 11: 레이저 블록
12: SC 레이저 13a, 13b, 13c: 제1 빔 스플리터 세트
14: 듀얼 갈바노 미러(Dual Galvano mirror)
15: 제1 렌즈 16: 제2 렌즈
17a, 17b: 제2 빔스플리터 세트 18: 반사경
19: 대물 렌즈 20: 제3 렌즈
21: CCD 카메라 22: 제4 렌즈
23: 제1 광증폭관(PMT) 27: 색 필터(27)
28: 핀홀(pinhole) 29: 제2 광증폭관(PMT)

Claims (11)

  1. 광학 현미경(wide-field)과 공초점 현미경(confocal microscope)과 이광자 현미경(TPM, Two Photons Microscope)을 배치함에 있어서,
    상기 각각의 현미경을 구성하는 광학부품 중에서 하나의 광학부품을 상기 현미경들이 서로 공유하여 사용하는 광학부품으로 배치하되 상기 서로 공유하는 하나의 광학부품은 시료를 관찰하는 대물렌즈로 선정함에 따라, 상기 광학 현미경(wide-field)과, 공초점 현미경(confocal microscope)과 상기 이광자 현미경(TPM, Two Photons Microscope)에서 측정된 각 현미경의 측정결과는 시료를 움직이지 않은 상태에서 동일한 대물렌즈에서 관찰하는 측정결과이되,
    상기 멀티모달 현미경에는 형광수명시간 이미징 현미경(FLIM, Fluorescence Lifetime Imaging Microscope)과 스펙트럴 이미징(Spectral Imaging) 분광 현미경이 더 포함되며,
    상기 멀티 모달 현미경은,
    이광자 현미경(TPM) 또는 형광수명시간 이미징 현미경(FLIM)으로 동작시 쵸퍼(chopping unit)에 의해 쵸핑된 펨토초 레이저를 발사하는 펨토초 레이저(10);
    광학 현미경(wide-field) 또는 공초점 현미경(confocal microscope)으로 동작시 레이저를 발사하는 레이저 블록(11);
    스펙트럴 이미징(Spectral Imaging) 분광 현미경으로 동작시 SC 레이저를 발사하는 SC 레이저(12);
    상기 펨토초 레이저(10), 상기 레이저 블록(11), 상기 SC 레이저(12)와 각각 다른 방향에서 동일 선 상에 위치하고, 선택된 현미경의 종류에 따라 좌우 방향으로 각도가 다른 빔 분할기(beam splitter)를 선택하여 광원 또는 레이저의 입사 경로를 결정하는 제1 빔 스필리터 세트(13a, 13b, 13c);
    상기 제1 빔스필리터 세트로부터 입사되는 빔을 제1 렌즈(15)로 입사시키는 입사 각도를 조절하도록 배치된 듀얼 갈바노 미러(Dual Galvano mirror)(14);
    상기 제1 렌즈(15)로부터 입사되는 광원을 수집하도록 배치된 제2 렌즈(16);
    상기 제2렌즈(16)에서 입사되는 광원의 입사 경로를 결정하도록 배치된 제2 빔 스플리터 세트(17a, 17b);
    상기 빔 스플리터 세트로부터 입사되는 광원을 반사시키도록 배치된 반사경(18);
    상기 반사경에서 입사되는 광원으로 시료에 확대상을 만드는 대물렌즈(objective lens)(19);
    상기 대물렌즈(19)에서 반사된 빔을 제2 빔 스플리터 세트(17a, 17b)와 제3 렌즈(20)를 통해 시료 이미지를 관찰하는 CCD 카메라(21);
    상기 대물렌즈(19)로부터 반사된 빔을 제2 빔 스플리터 세트(17a, 17b)와 상기 제2렌즈(16)의 광축과 다른 광축을 갖도록 배치된 제4 렌즈(22)를 통해 입사되는 빔으로 시료의 이미지를 검출하는 제1 광증폭관(PMT, Phton Multiply Tube)(23);
    상기 제1 빔 스플리터 세트 하부에 구비하며, 필터의 색깔에 따라 필터링하는 색 필터(27);
    상기 색필터(26)의 하부에 형성되어, 초점 경로 상에 검출 영역 밖에서 들어오는 빛을 차단하고 초점 평면 밖(out-focus)의 신호를 제외하며 초점 평면 안(in-focus)의 신호만을 수신받는 핀홀(pinhole)(28);
    상기 핀홀(28)을 통과한 빔을 통해 시료의 2차원 영상을 검출하는 제2 광증폭관(PMT)(29);를 포함하는 멀티모달 현미경.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 제1항에 있어서,
    상기 멀티 모달 현미경은
    상기 광학 현미경(wide-field)으로 동작시, 레이저 블럭(11)으로부터 레이저를 제공하여 상기 제1 빔 스플리터(13a), 상기 듀얼 갈바노 미러(14), 상기 제1 렌즈(15), 상기 제2 렌즈(16), 상기 제2 빔 스플리터(17a), 상기 반사경(18), 상기 대물렌즈(19)를 포함하는 관련 광학계(relay optics)를 통해 대물렌즈 하단의 시료에 조사된 후, 시료에서 반사되는 신호를 선택된 광 경로에 따라 제2 빔 스플리터(17a)를 통해 CCD 카메라(23)로 시료 이미지를 출력하는 것을 특징으로 하는 멀티모달 현미경.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 멀티 모달 현미경은
    상기 공초점 현미경(confocal microscope) 동작시, 레이저 블럭(11)으로부터 레이저를 발사하여 상기 제1 빔 스플리터(13a), 상기 듀얼 갈바노 미러(14), 상기 제1 렌즈(15), 상기 제2 렌즈(16), 상기 제2 빔 스플리터(17a), 상기 반사경(18), 상기 대물렌즈(19)를 포함하는 관련 광학계(relay optics)를 통해 대물렌즈 하단의 시료에 조사된 후, 시료에서 반사되는 공초점 신호를 역방향의 광경로를 따라 상기 반사경(18), 상기 제2 빔 스플리터(17a), 상기 제2 렌즈(16), 상기 제1 렌즈(15)를 통해 듀얼 갈바노 미러(14)를 통해 반사되어 상기 제1 빔 스플리터(13a)를 통해 색 필터(27)와 핀홀(pinhole)(28)을 통해 초점 평면 밖(out-focus)의 신호를 제외하고 초점 평면 안(in-focus)의 신호만을 수신받아 제2 광증폭관(PMT, Phton Multiply Tube)(29)으로 전달하여 명암비와 분해능이 향상된 시료 이미지를 검출하여 미세구조를 분석하는 것을 특징으로 하는 멀티모달 현미경.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 멀티 모달 현미경은
    상기 이광자 현미경(TPM, Two Photons Microscope)으로 동작시, 펨토 초(FS) 레이저(10)가 쵸퍼(chopping unit)를 통해 쵸핑 된 펨토 초(fs) 레이저를 발사하여, 스위칭 방식에 따라 선택된 상기 제1 빔 스플리터(13a), 상기 듀얼 갈바노 미러(14), 상기 제1 렌즈(15), 상기 제2 렌즈(16), 상기 제2 빔 스플리터(17a), 상기 반사경(18), 상기 대물렌즈(19)를 포함하는 관련 광학계(relay optics)를 통해 대물렌즈 하단의 시료에 조사된 후, 시료에서 반사되는 신호를 광학계의 광경로를 통해 상기 반사경(18), 상기 제2 빔 스플리터(17b), 상기 제4 렌즈(22)를 통해 제1 광증폭관(PMT, Phton Multiply Tube)(23)으로 전달하여 시료 이미지의 미세구조를 분석하기 위해 획득된 영상을 검출하고, 대물렌즈를 통해 2개의 광자들(two photons)을 시료에 조사하여 광자가 여기 상태(excited state)에서 형광 빛을 발생하는지 확인하는 것을 특징으로 하는 멀티모달 현미경.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 멀티 모달 현미경은
    상기 형광수명시간 이미징 현미경(FLIM, Fluorescence Lifetime Imaging Microscope)으로 동작시, 펨토 초(FS) 레이저(10)가 쵸퍼(chopping unit)를 통해 쵸핑 된 펨토 초 레이저를 발사하여, 스위칭 방식에 따라 선택된 상기 제1 렌즈(15), 상기 제2 렌즈(16), 상기 제2 빔 스플리터(17a), 상기 반사경(18), 상기 대물렌즈(19)를 포함하는 관련 광학계(relay optics)를 통해 대물 렌즈 하단의 시료에 조사한 후, 시료에서 반사되는 신호를 광학계의 광경로를 따라 상기 반사경(18), 상기 제2 빔 스플리터(17b), 상기 제4 렌즈(22)를 통해 제1 광증폭관(PMT, Phton Multiply Tube)(23)으로 전달하여 미세 구조의 시료 이미지를 획득하고, 상기 제1 광증폭관(PMT)(23)이 시료에 레이저를 쏘여 거기서 반사되는 형광 빛을 검출하여 얼마의 시간 동안 형광 빛을 발생하는지를 나타내는 형광 수명시간, 에너지 전이 효율을 검출하며, 상기 형광 수명시간 이미징 현미경(FLIM)은 시료에 레이저를 쏘여 거기서 발생하는 형광 빛을 통해 형광 수명시간, 에너지 전이 효율의 물리적 정보를 검출하여 영상화하여 분석하는 것을 특징으로 하는 멀티모달 현미경.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 멀티 모달 현미경은
    상기 스펙트럴 이미징 분광 현미경으로 동작시, SC 레이저(12)로부터 스위핑 유닛(Sweeping unit)을 통해 SC 레이저를 발사하여, 스위칭 방식에 따라 선택된 상기 제1 빔 스플리터(13c), 상기 듀얼 갈바노 미러(14), 상기 제1 렌즈(15), 상기 제2 렌즈(16), 상기 제2 빔 스플리터(17a), 상기 반사경(18), 상기 대물렌즈(19)를 포함하는 관련 광학계(relay optics)를 통해 시료에 조사한 후, 시료에서 반사되는 신호를 역방향의 광경로를 따라 상기 반사경(18), 상기 제2 빔 스플리터(17a), 상기 제2 렌즈(16), 상기 제1 렌즈(15)를 통해 듀얼 갈바노 미러(14)에 의해 반사되어 제1 빔 스플리터(13c)를 통해 색 필터(27)와 핀홀(pinhole)(28)을 통해 제2 광증폭관(PMT)(29)으로 전달하여 시료 이미지를 검출하여 미세구조를 분석하는 것을 특징으로 하는 멀티모달 현미경.
KR1020140075940A 2014-06-20 2014-06-20 멀티모달 현미경 KR101603726B1 (ko)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108375560A (zh) * 2017-10-25 2018-08-07 南京大学 一种激光共聚焦-双光子-上转换多模态荧光成像系统及其应用
CN110609013B (zh) * 2019-11-05 2024-03-01 吉林大学 适用于超高压微腔体系的共轴透射式瞬态吸收测量装置
CN111679422B (zh) * 2020-06-09 2023-11-03 腾讯科技（深圳）有限公司 显微镜、图像处理系统及图像处理方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010164854A (ja) * 2009-01-16 2010-07-29 Olympus Corp 顕微鏡装置
KR101356706B1 (ko) 2012-04-13 2014-02-05 (주)가하 광량 변조와 스캐닝 시스템 기반의 구조 조명 현미경
CN103676123A (zh) * 2013-12-18 2014-03-26 中国科学院苏州生物医学工程技术研究所 多模式光学高分辨显微镜

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101004800B1 (ko) 2008-09-19 2011-01-04 고려대학교 산학협력단 공초점 현미경
KR101089292B1 (ko) 2009-05-20 2011-12-02 한국과학기술원 생의학용 반사／형광 복합 ｉｎ-ｖｉｖｏ 공초점 레이저 주사 현미경
KR101478881B1 (ko) * 2012-11-28 2015-01-06 한양대학교 산학협력단 이중 검출 형광 공초점 현미경 장치 및 그 영상을 획득하는 방법

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010164854A (ja) * 2009-01-16 2010-07-29 Olympus Corp 顕微鏡装置
KR101356706B1 (ko) 2012-04-13 2014-02-05 (주)가하 광량 변조와 스캐닝 시스템 기반의 구조 조명 현미경
CN103676123A (zh) * 2013-12-18 2014-03-26 中国科学院苏州生物医学工程技术研究所 多模式光学高分辨显微镜

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