KR101727832B1 - Super-resolution imaging apparatus using a heterodyne interference - Google Patents

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KR101727832B1
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주철민
유수호
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Abstract

The present invention discloses a super-resolution imaging apparatus using a heterodyne interference. According to one embodiment of the present invention, the super-resolution imaging apparatus comprises: a light source; a light modulator generating at least two lights having different frequencies of each other using light generated from the light source; a light projector projecting at least two lights on a specimen wherein those projected lights are being only partially overlapped part on the specimen and are provided from the light modulator having different frequencies with each other; a wavefront control unit controlling a wavefront to have a maximum amount of light wherein the overlapped part of at least two lights on the specimen by the light projector; and a beat signal extraction unit extracting a beat signal generated from the overlapped part on the specimen, thus capable of providing a super-resolution imaging apparatus capable of enhancing imaging performance.

Description

헤테로다인 간섭을 이용한 초고분해능 촬영 장치{SUPER-RESOLUTION IMAGING APPARATUS USING A HETERODYNE INTERFERENCE}BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an ultra high resolution imaging apparatus using heterodyne interference,

본 발명은 헤테로다인 간섭을 이용한 초고분해능 촬영 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 광주파수 변조 장치를 통하여 변조된 레이저 등의 빛의 초점을 시료 상의 같은 영역에 일부만 겹쳐지도록 조사하고, 겹치는 부분에서 발생하는 헤테로다인 맥놀이 신호만을 추출하여 빛의 회절 한계를 뛰어넘는 분해능을 확보할 수 있고, 신호 수집 효율을 극대화하기 위한 파면 위상 제어 장치를 이용하여 광 초점의 겹치는 부분의 광량을 극대화하여 영상의 성능을 향상시키는 초고분해능 촬영 장치에 관한 것이다.The present invention relates to an ultra-high resolution imaging apparatus using heterodyne interference, and more particularly, to an apparatus and a method for irradiating an ultra-high resolution imaging apparatus using heterodyne interferometry to irradiate a laser such as a modulated laser through an optical frequency modulation apparatus, And it can maximize the amount of light in the overlapping part of the optical focal point by using the wavefront phase control device for maximizing the signal collecting efficiency, Resolution imaging apparatus.

종래의 초고분해능 기술 중 하나인 유도방출억제(Stimulated emission depletion, STED) 현미경은 관측하려는 시료에 서로 모드가 다른 두 레이저빔을 중첩하여 조사하는 방식이다. 첫 번째 빔을 조사하면 시료에서 에너지를 흡수하여 형광이 발하는데, 중심부에 나노미터 크기로 빈 도넛 모양의 두 번째 빔을 조사하여 첫번째 빔과 중첩시키면 중심부의 공간을 제외한 다른 곳의 형광은 억제되어 중심부 공간의 형광만 관측된다. 이러한 방식으로 레이저빔을 미세하게 이동하여 시료 전반에 조사하여 나노미터 단위의 영상을 얻을 수 있고, 이렇게 만들어진 수많은 관측 영상을 하나로 합하면 최종적으로 0.2㎛보다 더 작은 해상도를 구현할 수 있다.Stimulated emission depletion (STED) microscope, which is one of the conventional super high resolution technologies, is a method in which two laser beams having different modes are superimposed on a sample to be observed. When the first beam is irradiated, the sample absorbs energy and fluorescence is emitted. When the second beam is irradiated with a hollow donut-shaped beam with a nanometer size in the center and the first beam is superimposed, the fluorescence is suppressed elsewhere except in the center space Only fluorescence in the central space is observed. In this way, the laser beam can be moved finely to irradiate the entire sample to obtain images in the nanometer scale. If a plurality of observed images are combined into one, the final resolution can be reduced to less than 0.2 μm.

종래의 초점 변조 현미경 기술은 조사되는 빛을 두 부분으로 나누어 평행하게 진행하도록 하여 시료의 두 초점이 겹쳐지도록 함으로써 발생하는 맥놀이 신호를 감지하는데, 이는 공초점 현미경과 유사하게 초점 위치에서의 빛만을 분리 가능하게 하지만, 초고분해능의 실현은 불가능하며, 조사되는 광선의 크기가 제한되어 이미징 렌즈의 성능을 온전히 활용할 수 없는 문제점이 있었다.Conventional focus modulation microscopy technology detects beating signals generated by overlapping two focuses of a sample by dividing the irradiated light into two parts and proceeding in parallel. This is because it separates only the light at the focus position However, it is impossible to realize an ultra-high resolution, and the size of the irradiated light is limited, so that the performance of the imaging lens can not be fully utilized.

본 발명은 파면 제어를 통하여 조사되는 빛의 두 초점의 겹치는 부분의 헤테로다인 맥놀이 신호만을 취득하여 회절 한계를 넘는 초고분해능을 실현 가능한 초고분해능 촬영 장치를 제공하고자 한다.An object of the present invention is to provide an ultra-high resolution imaging apparatus capable of acquiring only a heterodyne beat signal of an overlapping portion of two focal points of light to be irradiated through wavefront control and realizing ultra-high resolution exceeding the diffraction limit.

본 발명은 헤테로다인 맥놀이 신호의 수집 효율을 극대화하기 위하여 파면 위상 제어를 이용해 광 초점의 겹치는 부분의 광량을 극대화하여 영상 성능을 향상시킬 수 있는 초고분해능 촬영 장치를 제공하고자 한다.An object of the present invention is to provide an ultrahigh resolution imaging apparatus capable of maximizing the amount of light at the overlapping portions of optical foci using the wavefront phase control to maximize the collection efficiency of the heterodyne beat signal, thereby improving image performance.

본 발명의 일 실시예에 의한 초고분해능 촬영 장치는, 광원; 상기 광원에서 배출되는 빛을 이용하여 서로 다른 주파수를 갖는 적어도 둘 이상의 빛을 만드는 광 변조부; 상기 광 변조부에서 제공된 서로 다른 주파수를 갖는 적어도 둘 이상의 빛을 시료 상에 일부만 겹치도록 시료에 빛을 조사하는 광 조사부; 상기 광 조사부에 의하여 적어도 둘 이상의 빛이 시료 상에서 겹쳐지는 부분의 광량이 최대화되도록 파면을 제어하는 파면 제어부; 및 시료 상에 겹쳐지는 부분에서 발생하는 맥놀이 신호를 추출하는 맥놀이 신호 추출부;를 포함할 수 있다. An ultra-high resolution imaging apparatus according to an embodiment of the present invention includes a light source; An optical modulator for generating at least two lights having different frequencies using light emitted from the light source; A light irradiating unit for irradiating the sample with light so that at least two lights having different frequencies provided by the light modulating unit are partially overlapped on the sample; A wavefront controller for controlling the wavefront to maximize the amount of light at a portion where at least two lights overlap on the sample by the light irradiator; And a beat signal extracting unit for extracting a beat signal generated at a portion overlapping the sample.

또한, 상기 광원에서 배출되는 빛은 레이저인 것을 특징으로 할 수 있다.The light emitted from the light source may be a laser.

또한, 상기 광원에서 배출되는 빛은 제1 빔 스플리터에 의하여 적어도 둘 이상의 빛으로 나누어지고, 상기 광 변조부는 상기 제1 빔 스플리터에서 나누어진 다수의 빛 가운데 적어도 하나 이상의 주파수를 변조하는 음향 광학 변조기(Acousto-optic modulator) 를 구비할 수 있다.The light emitted from the light source is divided into at least two lights by a first beam splitter, and the optical modulator includes an acousto-optic modulator for modulating at least one frequency among a plurality of lights divided by the first beam splitter And an acousto-optic modulator.

또한, 상기 광원에서 배출되는 빛은 제1 빔 스플리터에 의하여 적어도 둘 이상의 빛으로 나누어지고, 상기 다수의 빛 가운데 적어도 하나 이상의 빛의 밝기 또는 위상 변조를 하는 전자 광학 변조기(Electro-optic modulator)를 구비할 수 있다. Also, the light emitted from the light source may be divided into at least two lights by a first beam splitter, and an electro-optic modulator may be provided to perform brightness or phase modulation of at least one of the plurality of lights. can do.

또한, 상기 파면 제어부는 상기 광 조사부를 통과하기 전의 다수의 빛 가운데 적어도 하나의 파면을 제어하고, 상기 광 조사부에 의하여 시료에 초점이 맺힐 때 초점 중심에서의 광량을 최소화되도록 하고, 초점 가장자리 가운데 초점이 겹치는 부분의 밝기가 최대가 되도록 할 수 있다.The wavefront control unit controls at least one wavefront of the plurality of lights before passing through the light irradiation unit, minimizes the amount of light at the focus center when the sample is focused by the light irradiation unit, The brightness of the overlapping portion can be maximized.

또한, 상기 파면 제어부는, 시료에서 서로 겹쳐지는 빛의 초점의 형상을 타원형이 되고, 시료에서 서로 겹쳐지는 빛의 초점 중심이 서로 겹쳐지는 영역과 반대방향으로 치우치도록 빛의 파면을 성형할 수 있다.Further, the wavefront control unit can form the wavefront of the light so that the shape of the focal point of the light overlapping each other in the sample becomes elliptical, and the focus centers of the lights overlapping each other in the sample are deviated in the opposite direction to the overlapping area have.

또한, 상기 파면 제어부는, 상기 파면 제어부의 투과율 또는 반사율을 변경하는 방식으로 상기 파면 제어부에 유입된 빛의 초점의 형태를 제어할 수 있다.The wavefront control unit may control the shape of the focus of the light incident on the wavefront control unit by changing the transmittance or reflectance of the wavefront control unit.

또한, 상기 파면 제어부에서 성형되는 빛의 초점 형태는 상기 파면 제어부에 유입되는 빛의 파면과, 상기 파면 제어부의 위치별 투과율 또는 반사율의 함수의 곱의 푸리에 변환에 의해 결정될 수 있다.The focal point shape of the light formed by the wavefront control unit may be determined by Fourier transform of a product of a wavefront of light entering the wavefront control unit and a function of transmittance or reflectance at each position of the wavefront control unit.

또한, 상기 파면 제어부는 적어도 엘씨디(LCD) 기반의 공간광변조기(SLM), 디지털 마이크로미러(Digital micromirror device) 기반의 공간광변조기(SLM), 가변형 거울(Deformable mirror) 가운데 어느 하나를 구비할 수 있다.The wavefront control unit may include at least one of an SLM based on an LCD, a SLM based on a digital micromirror device, and a deformable mirror. have.

또한, 상기 파면 제어부에서 성형된 적어도 둘 이상의 빛이 합쳐지는 광 간섭부; 및 상기 광 간섭부에서 합쳐진 빛의 일부에서 발생하는 맥놀이 신호가 기준신호로서 유입되는 신호잠금 증폭부;를 더 포함하고, 상기 신호추출부에서 추출된 맥놀이 신호 가운데 기준신호와 같은 주파수를 갖는 성분만을 추출하여 영상을 취득할 수 있다.An optical interference unit in which at least two lights formed by the wavefront control unit are combined; And a signal lock amplifier unit into which a beat signal generated in a part of light combined by the optical interference unit is input as a reference signal, It is possible to extract and acquire an image.

본 발명의 다른 실시예에 의한 초고분해능 촬영 장치는, 광원; 상기 광원에서 배출되는 빛을 다수의 빛으로 나누는 빔 스플리터; 상기 빔 스플리터에서 배출되는 다수의 빛이 서로 다른 주파수를 갖도록 다수의 빛 가운데 적어도 하나 이상의 빛을 편이시키는 광 변조부; 상기 광 변조부에서 편이된 서로 다른 주파수를 갖는 다수의 빛 가운데 적어도 하나 이상의 빛의 파면을 성형하는 파면 제어부; 상기 광 변조부 또는 상기 파면 제어부에서 배출되는 다수의 빛이 합쳐지는 광 간섭부; 상기 광 간섭부에서 합쳐진 빛의 일부에서 발생하는 맥놀이 신호가 기준신호로서 유입되는 신호잠금 증폭기; 상기 광 간섭부에서 합쳐진 빛의 다른 일부가 전달되고, 이를 시료에 조사하는 광 조사부; 및 시료에서 발생되는 신호를 측정하는 시료 신호측정부;를 포함하고, 상기 시료 신호측정부에서 측정된 측정신호는 상기 신호잠금 증폭기에 전달되고, 상기 신호잠금 증폭기는 측정신호에서 기준신호와 같은 주파수를 갖는 성분만을 추출하여 영상을 취득할 수 있다.An ultra high resolution photographing apparatus according to another embodiment of the present invention includes: a light source; A beam splitter for dividing the light emitted from the light source into a plurality of lights; An optical modulator for shifting at least one light among the plurality of lights such that a plurality of lights emitted from the beam splitter have different frequencies; A wavefront control unit for shaping a wavefront of at least one light among a plurality of lights having different frequencies shifted in the light modulation unit; An optical interferometer in which a plurality of lights emitted from the optical modulator or the wavefront controller are combined; A signal lock amplifier in which a beat signal generated in a part of light combined in the optical interference unit flows as a reference signal; A light irradiating part for transmitting another part of the combined light in the optical interference part and irradiating the same to the sample; And a sample signal measuring unit for measuring a signal generated in the sample, wherein the measurement signal measured by the sample signal measuring unit is transmitted to the signal lock amplifier, and the signal lock amplifier amplifies the measurement signal, It is possible to extract an image having only the component having the image.

또한, 상기 파면 제어부는, 상기 광 간섭부에서 합쳐지는 서로 다른 주파수를 갖는 다수의 빛 가운데 적어도 하나 이상의 파면을 성형하고, 성형된 다수의 빛이 상기 광 간섭부에서 합쳐질 때, 각각의 빛의 초점 중심부에서의 밝기를 최소화하고, 각각의 빛의 초점의 가장자리 가운데 겹치는 부위의 밝기를 최대화할 수 있다.The wavefront control unit forms at least one wavefront among a plurality of lights having different frequencies combined at the optical interferometer, and when a plurality of shaped lights are combined at the optical interference unit, It is possible to minimize the brightness at the center portion and maximize the brightness of the overlapping portion among the edges of the focus of each light.

또한, 상기 파면 제어부에서 성형되는 빛의 초점의 형태는 성형 전 빛의 파면과, 상기 파면 제어부의 위치별 투과율 또는 반사율 간의 곱의 푸리에 변환에 의해 결정되고, 상기 파면 제어부의 위치별 투과율 또는 반사율을 변경하여 상기 파면 제어부에서 성형되는 빛의 초점의 형태를 제어할 수 있다. The shape of the focus of light to be shaped by the wavefront control unit is determined by Fourier transform of the product of the wavefront of the pre-molding light and the transmittance or reflectance of the wavefront control unit, and the transmittance or reflectance To control the shape of the focus of the light to be formed in the wavefront controller.

또한, 상기 파면 제어부에서 성형되는 서로 다른 주파수를 갖는 다수의 빛은 원형 형상으로 상기 광 간섭부에서 합쳐진 상태에서, 상기 파면 제어부의 위치 별 투과율 또는 반사율을 변경하여 납작한 타원형 형상으로 변화시켜서 각각의 빛의 초점의 가장자리의 겹치는 부위의 밝기를 최대화할 수 있다.In addition, in a state where a plurality of lights having different frequencies formed in the wavefront control unit are circularly combined at the optical interference unit, the transmissivity or reflectance of each wavefront control unit is changed to a flat elliptical shape, It is possible to maximize the brightness of the overlapping portion of the edge of the focus of the lens.

또한, 상기 파면 제어부는 유입되는 빛의 파면을 파면 성형 수단에 투과하거나, 반사하여 파면을 성형할 수 있다. Further, the wavefront control unit may transmit the wavefront of the incoming light to the wavefront forming unit, or may reflect the wavefront to form the wavefront.

또한, 상기 파면 제어부는 적어도 엘씨디(LCD) 기반의 공간광변조기(SLM), 디지털 마이크로미러(Digital micromirror device) 기반의 공간광변조기(SLM), 가변형 거울(Deformable mirror) 가운데 어느 하나로 구비될 수 있다.The wavefront control unit may include at least one of a spatial light modulator (SLM) based on an LCD, a spatial light modulator (SLM) based on a digital micromirror device, and a deformable mirror .

또한, 상기 광 간섭부에서는 상기 파면 제어부에서 성형된 서로 다른 주파수를 갖는 빛이 합쳐지며, 합쳐진 빛 가운데 일부는 광 디텍터로 유입되어 헤테로다인 맥놀이 신호가 측정되고, 상기 헤테로다인 맥놀이 신호는 상기 신호잠금 증폭기의 기준신호로 이용되고, 상기 광 간섭부에서 합쳐진 빛 가운데 다른 일부는 광 전달부를 지나 상기 광 조사부에서 스캔 및 확대되어 대물렌즈에 의해 시료 상에 초점으로 조사되고, 상기 서로 다른 주파수를 갖는 빛의 초점이 일부만 상기 시료 상에서 겹쳐질 수 있다.In addition, in the optical interferometer, lights having different frequencies formed by the wavefront controller are combined, and a part of the combined light enters a photodetector to measure a heterodyne beat signal, and the heterodyne beat signal is input to the signal lock And the other part of the combined light in the optical interference part passes through the light transmitting part and is scanned and magnified in the light irradiating part and is focused on the sample by the objective lens, Only a part of the focus of the sample can be superimposed on the sample.

또한, 상기 시료 상에서 겹쳐지는 부분에서만 상기 헤테로다인 맥놀이 신호에 해당하는 광신호의 변동이 발생되며, 상기 시료 신호측정부에서 상기 광신호의 변동을 수집하고, 상기 신호잠금 증폭기를 이용해 상기 광신호의 변동 가운데 상기 기준신호와 같은 주파수를 가지는 성분만을 추출하여 영상을 취득할 수 있다. Also, the optical signal corresponding to the heterodyne beat signal is generated only at the overlapping portion on the sample, the sample signal measuring unit collects the fluctuation of the optical signal, and the signal lock amplifier amplifies the optical signal It is possible to extract only components having the same frequency as the reference signal to acquire an image.

또한, 상기 시료 신호측정부에서 수집한 광신호의 변동 가운데 상기 기준신호와 같은 주파수를 가지는 성분만을 추출하는 신호처리부를 더 포함할 수 있다.The apparatus may further include a signal processor for extracting only a component having the same frequency as the reference signal among the variations of the optical signal collected by the sample signal measuring unit.

또한, 상기 광 조사부는 광선을 시료 상에서 수평방향 움직하면서 스캔하고, 시료는 정밀 스테이지를 이용하여 수직 방향으로 이동하여 3차원 영상화를 수행할 수 있다.Also, the light irradiating unit scans the light beam moving in the horizontal direction on the sample, and the sample moves in the vertical direction using the precision stage to perform the three-dimensional imaging.

본 발명의 다른 실시예에 의한 초고분해능 촬영 장치는, 광원; 상기 광원에서 배출되는 빛을 다수의 빛으로 나누는 빔 스플리터; 상기 빔 스플리터에서 배출되는 다수의 빛 가운데 제1 주파수를 갖는 빛을 편이시키는 제1 광 변조부; 상기 빔 스플리터에서 배출되는 다수의 빛 가운데 제2 주파수를 갖는 빛을 편이시키는 제2 광 변조부; 상기 제1 광 변조부에서 편이된 상기 제1 주파수를 갖는 빛의 파면을 성형하는 제1 파면 제어부; 상기 제2 광 변조부에서 편이된 상기 제2 주파수를 갖는 빛의 파면을 성형하는 제2 파면 제어부; 상기 제1 광 변조부 및 상기 제2 광 변조부 또는 상기 제1 파면 제어부 및 상기 제2 파면 제어부에서 배출되는 빛이 합쳐지는 광 간섭부; 상기 광 간섭부에서 합쳐진 빛의 일부에서 발생하는 맥놀이 신호가 기준신호로서 유입되는 신호잠금 증폭기; 상기 광 간섭부에서 합쳐진 빛의 다른 일부가 전달되고, 이를 시료에 조사하는 광 조사부; 및 시료에서 발생되는 신호를 측정하는 시료 신호측정부;를 포함하고, 상기 시료 신호측정부에서 측정된 측정신호는 상기 신호잠금 증폭기에 전달되고, 상기 신호잠금 증폭기는 측정신호에서 기준신호와 같은 주파수를 갖는 성분만을 추출하여 영상을 취득하며, 상기 제1 파면 제어부는, 상기 광 간섭부에서 합쳐지는 제1 주파수를 갖는 빛의 파면을 성형하고, 상기 제2 파면 제어부는, 상기 광 간섭부에서 합쳐지는 제2 주파수를 갖는 빛의 파면을 성형하며, 상기 성형된 빛이 상기 광 간섭부에서 합쳐질 때, 상기 제1 주파수를 갖는 빛 및 상기 제2 주파수를 갖는 빛의 초점 중심부에서의 밝기를 최소화하고, 상기 제1 주파수를 갖는 빛 및 상기 제2 주파수를 갖는 빛의 초점의 가장자리 가운데 겹치는 부위의 밝기를 최대화할 수 있다.An ultra high resolution photographing apparatus according to another embodiment of the present invention includes: a light source; A beam splitter for dividing the light emitted from the light source into a plurality of lights; A first optical modulator for shifting light having a first frequency among a plurality of lights emitted from the beam splitter; A second optical modulator for shifting light having a second frequency among a plurality of lights emitted from the beam splitter; A first wavefront controller for shaping a wavefront of light having the first frequency shifted in the first optical modulator; A second wavefront controller for shaping a wavefront of light having the second frequency shifted in the second optical modulator; An optical interference unit in which light emitted from the first optical modulation unit and the second optical modulation unit or from the first wavefront control unit and the second wavefront control unit are combined; A signal lock amplifier in which a beat signal generated in a part of light combined in the optical interference unit flows as a reference signal; A light irradiating part for transmitting another part of the combined light in the optical interference part and irradiating the same to the sample; And a sample signal measuring unit for measuring a signal generated in the sample, wherein the measurement signal measured by the sample signal measuring unit is transmitted to the signal lock amplifier, and the signal lock amplifier amplifies the measurement signal, And the first wavefront control unit forms a wavefront of light having a first frequency which is combined in the optical interference unit, and the second wavefront control unit combines Wherein the first and second frequencies have a first frequency and a second frequency, wherein the first and second frequencies have a first frequency and a second frequency, , The brightness of the overlapping portion of the edge of the focus of the light having the first frequency and the light having the second frequency can be maximized.

또한, 상기 광 간섭부에서 합쳐진 빛의 일부는 광 전달부를 지나 상기 광 조사부에서 스캔 및 확대되어 대물렌즈에 의해 시료 상에 초점으로 조사되며, 초점 면에서의 파면 형태는 2차원 푸리에 변환에 의해 결정되고, 상기 파면 제어부에서 성형되기 전의 빛의 파면 정보를 이용하고, 상기 파면 제어부의 위치 별 투과율 또는 반사율을 변경하면 상기 초점의 형태를 제어할 수 있다. In addition, a part of the light combined in the optical interferometer passes through the light transmitting portion, is scanned and magnified in the light irradiating portion, and is focused on the sample by the objective lens, and the wavefront form on the focal plane is determined by two- And the shape of the focus can be controlled by using the wavefront information of the light before being formed in the wavefront controller and changing the transmittance or reflectance of the wavefront controller.

본 발명에 의하면, 광 주파수 변조 장치를 통해 변조된 레이저 초점을 시료 상의 같은 영역에 일부만 겹쳐지도록 조사함으로써 발생하는 헤테로다인 맥놀이 신호만을 추출하여 빛의 회절 한계를 크게 뛰어넘은 분해능을 확보할 수 있다.According to the present invention, only the heterodyne beat signal generated by irradiating the laser focus modulated by the optical frequency modulator so as to be partially overlapped with the same area on the sample can be extracted, and resolution superior to the diffraction limit of the light can be secured.

또한, 파면 위상 제어를 이용하여 광 초점의 겹치는 부분의 광량을 극대화하여 영상의 성능을 향상시킬 수 있다.In addition, by using the wavefront phase control, the light amount of the overlapping part of the optical focal point can be maximized, and the performance of the image can be improved.

또한, 종래의 초고분해능 현미경에 비해 정밀한 제어 기술이나 고성능의 광원 또는 광센서를 요구하지 않으므로 초고분해능 광학 영상 기술을 용이하게 보급시킬 수 있다.In addition, since it does not require a precise control technique or a high-performance light source or optical sensor as compared with a conventional ultra-high resolution microscope, ultra high resolution optical imaging technology can be easily spread.

또한, 형광 시료가 아니더라도 관측이 가능하므로, 초정밀 회로 검사 및 나노 구조물의 품질 검사가 비파괴적으로 가능하다.In addition, since observation can be performed even if the sample is not a fluorescent sample, the inspection of the ultra-precision circuit and the inspection of the quality of the nano structure can be performed non-destructively.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 헤테로다인 간섭을 이용한 초고분해능 촬영 장치의 원리를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 헤테로다인 간섭을 이용한 초고분해능 촬영 장치에 최적화된 광초점을 이용한 영상 취득 과정을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 헤테로다인 간섭을 이용한 초고분해능 촬영 장치의 파면 제어부를 통하여 성형된 두 빛이 합쳐지는 형상을 도시하는 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 의한 헤테로다인 간섭을 이용한 초고분해능 촬영 장치의 파면 제어부를 통해 성형된 두 빛의 파면의 겹치는 부분에 빛이 최대한 집중되는 형태를 도시하는 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 의한 헤테로다인 간섭을 이용한 초고분해능 촬영 장치의 파면 제어부가 투과형 파면 제어 장치로 구비될 때의 파면 성형 원리를 개략적으로 도시하는 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 의한 헤테로다인 간섭을 이용한 초고분해능 촬영 장치의 파면 제어부가 반사형 파면 제어 장치로 구비될 때의 파면 성형 원리를 개략적으로 도시하는 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 의한 헤테로다인 간섭을 이용한 초고분해능 촬영 장치의 파면 제어부가 공간광변조기(SLM)인 예를 도시하는 도면이다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 의한 헤테로다인 간섭을 이용한 초고분해능 촬영 장치의 원리를 개략적으로 나타내는 도면이다.1 is a view schematically showing the principle of an ultra high resolution photographing apparatus using heterodyne interference according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a diagram schematically illustrating an image acquisition process using an optical focus optimized for an ultra-high resolution imaging apparatus using heterodyne interference according to an embodiment of the present invention.
3 is a view illustrating a shape in which two light beams are combined through a wavefront control unit of an ultra high resolution photographing apparatus using heterodyne interference according to an embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a diagram illustrating a mode in which light is concentrated as much as possible on an overlapping portion of wavefronts of two lights formed through a wavefront controller of an ultra-high resolution imaging apparatus using heterodyne interference according to an embodiment of the present invention.
5 is a view schematically showing the wavefront forming principle when the wavefront controller of the ultra-high resolution imaging apparatus using heterodyne interference according to an embodiment of the present invention is provided with a transmission wavefront controller.
6 is a view schematically showing a wavefront forming principle when a wavefront controller of an ultra high resolution imaging apparatus using heterodyne interference according to an embodiment of the present invention is provided with a reflection wavefront controller.
FIG. 7 is a diagram illustrating an example in which a wavefront control unit of an ultra-high resolution imaging apparatus using heterodyne interference according to an embodiment of the present invention is a spatial light modulator (SLM).
8 is a diagram schematically showing the principle of an ultra high resolution photographing apparatus using heterodyne interference according to another embodiment of the present invention.

이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 구체적인 실시예를 상세하게 설명한다. 다만, 본 발명의 사상이 그와 같은 실시예에 제한되지 않고, 본 발명의 사상은 실시예를 이루는 구성요소의 부가, 변경 및 삭제 등에 의해서 다르게 제안될 수 있을 것이나, 이 또한 발명의 사상에 포함되는 것이다.Hereinafter, specific embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. However, the spirit of the present invention is not limited to such embodiments, and the spirit of the present invention may be proposed differently by adding, modifying and deleting constituent elements constituting the embodiment, .

도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 헤테로다인 간섭을 이용한 초고분해능 촬영 장치의 원리를 개략적으로 나타내는 도면이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 헤테로다인 간섭을 이용한 초고분해능 촬영 장치에 최적화된 광초점을 이용한 영상 취득 과정을 개략적으로 나타내는 도면이며, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 헤테로다인 간섭을 이용한 초고분해능 촬영 장치의 파면 제어부를 통하여 성형된 두 빛이 합쳐지는 형상을 도시하는 도면이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 의한 헤테로다인 간섭을 이용한 초고분해능 촬영 장치의 파면 제어부를 통해 성형된 두 빛의 파면의 겹치는 부분에 빛이 최대한 집중되는 형태를 도시하는 도면이다.FIG. 1 is a diagram schematically illustrating the principle of an ultra high resolution photographing apparatus using heterodyne interference according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a block diagram of a super high resolution photographing apparatus using heterodyne interference according to an embodiment of the present invention. FIG. 3 is a view schematically showing an image acquisition process using an optimized optical focus. FIG. 3 is a diagram illustrating a shape in which two light beams formed through a wavefront controller of an ultra high resolution photographing apparatus using heterodyne interference according to an embodiment of the present invention are combined 4 is a view showing a mode in which light is maximally concentrated on a portion where wavefronts of two lights formed through a wavefront control unit of an ultra high resolution photographing apparatus using heterodyne interference according to an embodiment of the present invention are overlapped. to be.

도 1 내지 도 4를 참조하면 본 발명의 일 실시예에 의한 헤테로다인 간섭을 이용한 초고분해능 촬영 장치(1)는 광원(10)과, 빔 스플리터(20)와, 광 변조부(30)와, 파면 제어부(40)와, 광 간섭부(50)와, 신호잠금 증폭기(60)와, 광 조사부(70)와, 시료 신호측정부(80) 및 신호처리부(90)를 포함할 수 있다.1 to 4, an ultrahigh resolution imaging apparatus 1 using heterodyne interference according to an embodiment of the present invention includes a light source 10, a beam splitter 20, an optical modulator 30, A signal interlocking unit 50, a signal lock amplifier 60, a light irradiating unit 70, a sample signal measuring unit 80, and a signal processing unit 90. [

광원(10)은 레이저 광원(laser light source)이 이용될 수 있으며, 이러한 레이저 광원은 아주 작은 광점으로 모으기가 쉽고, 광 에너지의 이점을 이용하여 조사용 광원 또는 기록 광원으로 이용될 수 있다.The light source 10 can be a laser light source, and the laser light source is easy to collect at a very small light spot and can be used as a source of illumination or a recording light source by taking advantage of light energy.

빔 스플리터(20)는 광원(10)에서 배출되는 빛을 다수의 빛으로 나눌 수 있다. 보다 상세하게는, 빔 스플리터(20)는 입사하는 광원(10)을 둘로 나누는 광학 소자이며, 일반적으로 반투명 거울을 지칭할 수 있다. 또한, 광원(10)의 일부를 반사하며, 광원(10)의 다른 일부를 투과하는 반사경 또는 기타의 광학 장치로서의 역할을 할 수 있다.The beam splitter 20 divides the light emitted from the light source 10 into a plurality of lights. More specifically, the beam splitter 20 is an optical element that divides the incident light source 10 into two, and can generally refer to a translucent mirror. It can also serve as a reflecting mirror or other optical device that reflects a part of the light source 10 and transmits another part of the light source 10.

광원(10)은 빔 스플리터(20)에서 나누어져 광 변조부(30)를 통해 각각 임의의 주파수만큼 편이될 수 있다. 일례로, 광원(10)은 빔 스플리터(20)에서 둘로 나뉘어 광 변조부(30)를 통해 임의의 주파수 ω1, ω2만큼 편이될 수 있다.The light source 10 may be divided by the beam splitter 20 and shifted by an arbitrary frequency through the light modulating unit 30, respectively. In one example, the light source 10 may be shifted at any frequency ω 1 , ω 2 through the light modulator 30 in two parts in the beam splitter 20.

광 변조부(30)는 빔 스플리터(20)에서 배출되는 다수의 빛이 서로 다른 주파수를 갖도록 다수의 빛 가운데 적어도 하나 이상의 빛을 편이시킬 수 있다. 일례로, 광 변조부(30)는 음향 광학 변조기(Acousto-optic modulator, AOM) 로 구비될 수 있다. 일례로, 상기 음향 광학 변조기는 음향 광학 효과에 의한 광 변조기로서, 초음파 파워를 변조하여 광 변조를 할 수 있다. 따라서, 변조 대역 폭은 수백 MHz에 그치지만, 광파의 강도 변조에 있어서 출력광 강도가 취할 수 있는 비율이 작고, 온도 변화에 대한 안정성이 높은 장점이 있다.The light modulator 30 can shift at least one of the plurality of lights so that a plurality of lights emitted from the beam splitter 20 have different frequencies. For example, the optical modulator 30 may be an acousto-optic modulator (AOM). For example, the acousto-optic modulator is an optical modulator based on an acousto-optic effect, and can perform optical modulation by modulating ultrasonic power. Therefore, although the modulation bandwidth is only several hundreds of megahertz, there is an advantage that the ratio of the output light intensity in modulating the intensity of the light wave is small and the stability against temperature change is high.

또한, 광 변조부(30)는 상술한 AOM과 같은 광주파수 변조 기기 뿐만 아니라, 빛의 밝기 또는 위상 변조를 하는 전자 광학 변조기(Electro-optic modulator)가 사용될 수 있다.The optical modulator 30 may be an optical-frequency modulator such as the AOM described above, or an electro-optic modulator that performs the brightness or phase modulation of light.

상기 전자 광학 변조기는 전자 광학 효과에 의한 매질의 굴절률 변화를 이용한 광 변조기로서, 빛의 전반 방향과 전계 방향이 직교하는 가로형과, 평행인 세로형으로 분류될 수 있다. 이러한 전자 광학 변조기는 고속성이 우수하여 변조 주파수를 수십 GHz로 설정할 수 있다.The electro-optic modulator is an optical modulator using a change in the refractive index of a medium due to an electro-optical effect, and can be classified into a horizontal type in which the propagation direction of the light and an electric field direction are orthogonal to each other and a vertical type in parallel. Such an electro-optic modulator is excellent in high-speed characteristics and can set the modulation frequency to several tens of GHz.

파면 제어부(40)는 광 변조부(30)에서 편이된 서로 다른 주파수를 갖는 다수의 빛 가운데 적어도 하나 이상의 빛의 파면을 성형할 수 있다. 일례로, 파면 제어부(40)는 엘씨디(LCD) 기반의 공간광변조기(Spatial light modulator, SLM), 디지털 마이크로미러(Digital micromirror) 기반의 공간광변조기(SLM), 가변형 거울(Deformable mirror) 가운데 어느 하나로 구비될 수 있다.The wavefront control unit 40 can form a wavefront of at least one light among a plurality of lights having different frequencies shifted in the light modulation unit 30. [ For example, the wavefront controller 40 may be any one of an LCD-based spatial light modulator (SLM), a digital micromirror-based spatial light modulator (SLM), and a deformable mirror It can be provided as one.

파면 제어부(40)는 광 변조부(30)에서 편이된 서로 다른 주파수를 갖는 빛의 초점 형태를 제어하기 위한 수단으로서의 역할을 할 수 있다. 보다 상세히, 파면 제어부(40)는 적응 광학(Adaptive Optics) 기술을 기초로 한 헤테로다인(heterodyne) 간섭 현상을 이용한 초점 파면 제어 수단이며, 광 간섭부(50)에서 합쳐지는 서로 다른 주파수를 갖는 빛의 파면을 성형할 수 있다. 이 때, 상기 헤테로다인 간섭 현상은 광 변조부(30)에서 편이된 임의의 주파수 ω1, ω2를 혼합하여 양 주파수의 합 및 차에 해당하는 주파수를 만들어낼 수 있고, 특히 두 주파수의 차(ω1-ω2)를 맥놀이 주파수(beat frequency)라 할 수 있다.The wavefront control unit 40 may serve as means for controlling the focus form of light having different frequencies shifted in the light modulation unit 30. [ More specifically, the wavefront control unit 40 is a focus wavefront control unit that uses a heterodyne interference phenomenon based on Adaptive Optics technology. The wavefront control unit 40 includes a light interferometer 50, Can be formed. At this time, the heterodyne interference phenomenon can be produced by mixing arbitrary frequencies? 1 and? 2 shifted in the light modulating section 30 to produce a frequency corresponding to the sum and difference of both frequencies, (? 1 -? 2 ) can be referred to as a beat frequency.

파면 제어부(40)에서 성형된 빛이 광 간섭부(50)에서 합쳐질 때, 각각의 빛의 초점 중심부에서의 밝기를 최소화할 수 있고, 각각의 빛의 초점의 가장자리 가운데 겹치는 부위의 밝기를 최대화할 수 있다(도 2 내지 도 4 참조).When the light formed by the wavefront controller 40 is combined at the optical interferometer 50, the brightness at the center of the focus of each light can be minimized, and the brightness of the overlapping area among the edges of the focus of each light can be maximized (See Figs. 2 to 4).

보다 상세히, 파면 제어부(40)에서 성형된 서로 다른 주파수를 갖는 빛은 원형 형상으로 광 간섭부(50)에서 합쳐진 상태에서, 파면 제어부(40)의 위치 별 투과율 또는 반사율을 변경하여 일 측면이 납작한 타원형 형상으로 변화시켜서 각각의 빛의 초점의 가장자리의 겹치는 부위의 밝기를 최대화할 수 있다(도 3 참조).More specifically, the light having different frequencies formed in the wave-front control unit 40 is combined with the light interfer- ence unit 50 in a circular shape to change the transmittance or reflectance at each position of the wave-front control unit 40, It is possible to maximize the brightness of the overlapping portions of the edges of the focal points of the respective lights by changing the shape to an elliptical shape (see Fig. 3).

파면 제어부(40)에서 성형된 서로 다른 주파수를 갖는 빛이 원형 형상으로 광 간섭부(50)에서 합쳐진 상태에서는 겹쳐진 부분으로부터 상기 맥놀이 주파수를 검출할 수 있다(식 (1) 및 식 (2) 참조).The beating frequency can be detected from the overlapped portion in a state in which light having different frequencies formed in the wave-front control unit 40 is combined in the light interferometer 50 in a circular shape (see Equations (1) and ).

Figure 112015109258128-pat00001
(1)
Figure 112015109258128-pat00001
(One)

Figure 112015109258128-pat00002
(2)
Figure 112015109258128-pat00002
(2)

서로 다른 주파수 ω1, ω2를 갖는 빛은 중첩된 영역에서 시간에 대한 진폭 변화는 두 빔의 합으로 나타낼 수 있다. 이 때, 상기 맥놀이 주파수를 검출하는 것은 중첩된 영역에서의 서로 다른 주파수의 차로부터 계산될 수 있고, 중첩된 영역을 제외한 모든 신호를 제외시킬 수 있음을 의미한다.Light with different frequencies ω 1 and ω 2 can be represented by the sum of the two beams with respect to amplitude over time in the overlapping region. At this time, the detection of the beat frequency can be calculated from the difference of different frequencies in the overlapped region, and it means that all the signals excluding the overlapped region can be excluded.

파면 제어부(40)에서 성형된 서로 다른 주파수를 갖는 빛이 원형 형상으로 합쳐진 상태에서는 헤테로다인 간섭에 의한 각 빛의 폭과 높이가 다르기 때문에 사이드로브(sidelobe) 즉, 원형 형상의 파면 일 측면에 강도를 집중시켜서 균일한 X-Y 해상도를 얻기 위하여 타원형 형상으로 변화시킬 수 있다.In the state where the lights having different frequencies formed by the wavefront controller 40 are combined into a circular shape, the width and the height of each light due to the heterodyne interference are different, so that the sidelobe, that is, And can be changed into an elliptical shape in order to obtain a uniform XY resolution.

따라서, 광 변조부(30)에서 서로 다른 주파수로 편이된 광원(10)은 각각 파면 제어부(40)를 통해 파면이 성형되어 겹치는 부분에 빛이 최대한 집중되도록 할 수 있다.Therefore, the light sources 10 shifted to different frequencies in the light modulating unit 30 can be configured such that the wave front is formed through the wavefront control unit 40, and the light is concentrated at the overlapping part.

광 간섭부(50)에서는 파면 제어부(40)에서 성형된 서로 다른 주파수를 갖는 빛이 합쳐지며, 합쳐진 빛 가운데 일부는 광 디텍터(51)로 유입되어 헤테로다인 맥놀이 신호(신호 주파수: ω1-ω2)가 발생될 수 있고, 상기 헤테로다인 맥놀이 신호는 신호잠금 증폭기(60)의 기준신호로 이용될 수 있다.In the optical interferometer 50, lights having different frequencies formed by the wavefront controller 40 are combined, and a part of the combined lights are introduced into the photodetector 51 to generate a heterodyne beat signal (signal frequency: ω 1 -ω 2 ) may be generated, and the heterodyne beat signal may be used as a reference signal of the signal lock amplifier 60.

또한, 광 간섭부(50)에서 합쳐진 빛 가운데 다른 일부는 상기 광 전달부를 지나 광 조사부(70)에서 스캔 및 확대되어 대물렌즈(71)에 의해 시료 상에 초점으로 조사될 수 있고, 서로 다른 주파수를 갖는 빛의 초점이 일부만 시료 상에서 겹쳐지도록 조정될 수 있다. 일례로, 광 조사부(70)는 빔 스캐너(ex. 갈바노 미러, Resonant scanner)로 구비될 수 있고, 상기 빔 스캐너는 광선을 시료 상에서 2차원, 즉 수평방향으로 이동하면서 스캔하며, 시료는 압전 소자 스테이지를 비롯한 정밀 스테이지를 이용하여 광축 방향, 즉 수직 방향에서 동작 가능하게 함으로써 3차원 영상화를 수행할 수 있다.Further, another part of the light combined in the optical interferometer 50 may be scanned and enlarged in the light irradiating unit 70 through the light transmitting unit, focused on the sample by the objective lens 71, Can be adjusted so that only a part of the focal point of the light having the wavelength of the light is superimposed on the sample. For example, the light irradiating unit 70 may be provided with a beam scanner (e.g., a galvanometer mirror), which scans the light beam while moving in a two-dimensional (or horizontal) direction on the sample, Dimensional imaging by making it possible to operate in the optical axis direction, i.e., the vertical direction, by using a precision stage including a device stage.

시료 상에서 겹쳐지는 부분에서만 헤테로다인 맥놀이 신호에 해당하는 광신호의 변동이 발생될 수 있으며, 시료 신호측정부(80)에서 상기 광신호의 변동을 수집하고, 신호잠금 증폭기(60)를 이용하여 상기 광신호의 변동 가운데 기준신호와 같은 주파수를 갖는 성분만을 추출하여 영상을 취득할 수 있다. 이 때, 시료 신호측정부(80)에서 수집한 상기 광신호의 변동 가운데 기준신호와 같은 주파수를 가지는 성분만을 추출하는 신호처리부(90)를 더 포함할 수 있다.A variation of the optical signal corresponding to the heterodyne beat signal may occur only at the overlapping portion on the sample, and the variation of the optical signal may be collected by the sample signal measuring unit 80, The image can be obtained by extracting only the component having the same frequency as the reference signal among the variations of the optical signal. The signal processing unit 90 may extract a component having the same frequency as the reference signal among the variations of the optical signal collected by the sample signal measuring unit 80.

따라서, 취득된 영상은 서로 다른 주파수를 갖는 빛의 광선이 겹쳐지는 부분에 해당하는 분해능을 가지게 되므로, 회절 한계를 뛰어넘는 나노 영상 취득을 실현할 수 있는 효과가 있다.Therefore, the obtained image has a resolution corresponding to a portion where light rays of different frequencies are overlapped with each other, so that it is possible to realize a nano image acquisition that exceeds the diffraction limit.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 의한 헤테로다인 간섭을 이용한 초고분해능 촬영 장치의 파면 제어부가 투과형 파면 제어 장치로 구비될 때의 파면 성형 원리를 개략적으로 도시하는 도면이고, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 의한 헤테로다인 간섭을 이용한 초고분해능 촬영 장치의 파면 제어부가 반사형 파면 제어 장치로 구비될 때의 파면 성형 원리를 개략적으로 도시하는 도면이다.5 is a view schematically showing a wavefront forming principle when a wavefront controller of an ultra high resolution photographing apparatus using heterodyne interference according to an embodiment of the present invention is provided with a transmission wavefront controller, 1 is a diagram schematically showing a wavefront forming principle when a wavefront controller of an ultra high resolution imaging apparatus using heterodyne interference according to an embodiment is provided with a reflection wavefront controller.

도 5 및 도 6을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 의한 헤테로다인 간섭을 이용한 초고분해능 촬영 장치의 파면 제어부(40)는 투과형 파면 제어 장치 또는 반사형 파면 제어 장치로 구비될 수 있다.Referring to FIGS. 5 and 6, the wavefront controller 40 of the ultra-high resolution imaging apparatus using heterodyne interference according to an embodiment of the present invention may be provided with a transmission wavefront controller or a reflection wavefront controller.

파면 제어부(40)는 광 변조부(30)에서 임의의 주파수로 편이되어 배출되는 광원(10)의 파면을 성형하는 파면 성형 수단(43, 43')을 포함할 수 있다.The wavefront control unit 40 may include wavefront shaping means 43 and 43 'for shaping the wavefront of the light source 10 that is shifted to an arbitrary frequency and emitted from the light modulation unit 30. [

일례로, 파면 제어부(40)가 투과형 파면 제어 장치로 구비되는 경우에는, 파면 성형 수단(43)에서 성형되는 빛의 파면은 투과형 파면으로 성형될 수 있다. 이 때, 파면 성형 수단(43)을 통과하기 전의 광선 파면과, 파면 성형 수단(43)을 통과하여 성형된 광선 파면은 일 직선상에 배치될 수 있다(도 5 참조). 성형된 광선 파면을 갖는 빛은 광 간섭부(50)에서 합쳐진 후 일부가 광 전달부(미도시)를 거쳐 광 조사부(70)에서 스캔 및 확대되어 대물렌즈(71)에 의해 시료 상에 초점으로 조사될 수 있다.For example, when the wavefront control section 40 is provided as a transmission type wavefront control device, the wavefront of the light to be formed by the wavefront forming means 43 can be formed into a transmission wavefront. At this time, the light wavefront before passing through the wavefront forming means 43 and the light wavefront formed through the wavefront forming means 43 can be arranged on a straight line (see FIG. 5). The light having the shaped light wavefront is collected at the light interfering portion 50 and then partly scanned and enlarged in the light irradiating portion 70 through the light transmitting portion and focused on the sample by the objective lens 71 Can be investigated.

또 다른 예로, 파면 제어부(40)가 반사형 파면 제어 장치로 구비되는 경우에는, 파면 성형 수단(43')에서 성형되는 빛의 파면은 반사형 파면으로 성형될 수 있다. 이 때, 파면 성형 수단(43')을 통과하기 전의 광선 파면과, 파면 성형 수단(43)을 통과하여 성형된 광선 파면은 기 설정된 각도로 배치될 수 있다(도 6 참조). 성형된 광선 파면을 갖는 빛은 광 간섭부(50)에서 합쳐진 후 일부가 상기 광 전달부를 거쳐 광 조사부(70)에서 스캔 및 확대되어 대물렌즈(71)에 의해 시료 상에 초점으로 조사될 수 있다.As another example, when the wavefront controller 40 is provided with a reflection type wavefront controller, the wavefront of the light formed by the wavefront forming unit 43 'can be shaped into a reflection wavefront. At this time, the light wavefront before passing through the wavefront forming means 43 'and the light wavefront formed through the wavefront forming means 43 can be arranged at a predetermined angle (see FIG. 6). The light having the shaped light wavefront can be combined in the optical interferometer 50 and then partly scanned and enlarged in the light irradiating part 70 through the light transmitting part and focused on the sample by the objective lens 71 .

보다 상세히, 파면 제어부(40)를 통해 성형되기 전의 파면을 A(x, y)라 하고, 파면 제어부(40)의 위치 별 투과율 또는 반사율 함수를 t(x, y)라 하면, 파면 제어부(40)를 통과한 후의 파면의 형태 G(x, y)는 다음과 같이 표현될 수 있다.More specifically, when the wave front before forming through the wavefront control unit 40 is A (x, y) and the transmittance or reflectance function of each wavefront control unit 40 is t (x, y), the wavefront control unit 40 (X, y) can be expressed as follows.

G(x, y) = A(x, y) * t(x, y) (3)G (x, y) = A (x, y) * t (x, y)

파면 제어부(40)를 통과하여 성형된 파면은 상기 광 전달부를 거쳐 광 조사부(70)에서 스캔 및 확대되어 대물렌즈(71)에 의해 시료 상에 초점이 맺힐 수 있고, 이 때 초점면에서의 파면 형태 H(x', y')는 다음과 같이 표현될 수 있다.The wave front formed by passing through the wavefront control unit 40 is scanned and enlarged by the light irradiation unit 70 through the light transmission unit and focused on the sample by the objective lens 71. At this time, The form H (x ', y') can be expressed as:

H(x', y') = F.T.[G(x, y)] = F.T.[A(x, y) * t(x, y)] (4)(X, y) = F (x, y) = FT [G (x, y)] =

(F.T.[ ]는 푸리에 변환임)(F.T. [] is a Fourier transform)

식 (3) 및 식 (4)에 의하면, 파면 제어부(40)에서 성형되는 빛의 초점의 형태는 서로 다른 주파수를 갖는 빛의 파면과, 파면 제어부(40)의 투과율 또는 반사율 간의 곱의 푸리에 변환에 의해 결정될 수 있다.According to the formulas (3) and (4), the shape of the focus of the light formed by the wavefront controller 40 is a Fourier transform of the product of the wavefront of light having different frequencies and the transmittance or reflectance of the wavefront controller 40 Lt; / RTI >

따라서, 파면 제어부(40)를 통과하기 전 파면의 정보를 알고, 파면 제어부(40)의 위치 별 투과율 또는 반사율을 자유롭게 변경할 수 있다면 초점의 형태를 자유롭게 제어할 수 있다. 이 때, 최적화된 파면의 형태의 예시는 도 4에 도시된 바와 같다.Therefore, if the information of the wave front before passing through the wavefront control unit 40 is known and the transmittance or reflectance of the wavefront control unit 40 can be changed freely, the shape of the focus can be freely controlled. Here, an example of the shape of the optimized wavefront is as shown in Fig.

도 7은 본 발명의 일 실시예에 의한 헤테로다인 간섭을 이용한 초고분해능 촬영 장치의 파면 제어부가 공간광변조기(SLM)인 예를 도시하는 도면이다.FIG. 7 is a diagram illustrating an example in which a wavefront control unit of an ultra-high resolution imaging apparatus using heterodyne interference according to an embodiment of the present invention is a spatial light modulator (SLM).

도 7을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 의한 헤테로다인 간섭을 이용한 초고분해능 촬영 장치(1)의 파면 제어부(40)는 공간광변조기(SLM)로 구비될 수 있다.Referring to FIG. 7, the wavefront controller 40 of the ultra-high resolution imaging apparatus 1 using heterodyne interference according to an embodiment of the present invention may be provided with a spatial light modulator (SLM).

상기 공간광변조기는 광 변조부(30)에서 편이된 서로 다른 주파수를 갖는 빛이 유입될 수 있고, 이러한 빛의 파면을 성형하는 역할을 할 수 있다.The spatial light modulator is capable of introducing light having different frequencies shifted in the light modulator 30 and forming a wavefront of the light.

일례로, 상기 공간광변조기는 엘씨디(LCD) 기반의 공간광변조기, 마이크로미러(micromirror) 기반의 공간광변조기 등 다양한 종류의 공간광변조기로 구비될 수 있다. 상기 공간광변조기는 투과형 파면 제어 장치 또는 반사형 파면 제어 장치로 선택적으로 사용할 수 있으며, 이에 한정되지 않고 광 변조부(30)에서 유입되는 빛의 파면과, 투과율 또는 반사율 등의 입력 값에 따라서 파면의 세기와 위상을 변조 가능한 광학 기기는 모두 사용될 수 있다.For example, the spatial light modulator may be implemented as a variety of spatial light modulators such as an LCD-based spatial light modulator and a micromirror-based spatial light modulator. The spatial light modulator can be selectively used as a transmission type wavefront control device or a reflection type wavefront control device. However, the spatial light modulator is not limited to the wavefront control device or the reflection type wavefront control device, An optical device capable of modulating the intensity and phase of the light can be used.

이외에도, 파면 성형 값을 계산하여 식각된 위상판(Phase plate) 또는 거울(Phase mirror)도 이용될 수 있다.In addition, an etched phase plate or a mirror may be used to calculate the wavefront shaping value.

도 8은 본 발명의 다른 실시예에 의한 헤테로다인 간섭을 이용한 초고분해능 촬영 장치의 원리를 개략적으로 나타내는 도면이다.8 is a diagram schematically showing the principle of an ultra high resolution photographing apparatus using heterodyne interference according to another embodiment of the present invention.

도 8을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 의한 헤테로다인 간섭을 이용한 초고분해능 촬영 장치는 광원(10)과, 빔 스플리터(20)와, 제1 광 변조부(31)와, 제2 광 변조부(32)와, 제1 파면 제어부(41)와, 제2 파면 제어부(42)와, 광 간섭부(50)와, 신호잠금 증폭기(60)와, 광 조사부(70)와, 시료 신호측정부(80) 및 신호처리부(90)를 포함할 수 있다.8, an ultrahigh-resolution imaging apparatus using heterodyne interference according to another embodiment of the present invention includes a light source 10, a beam splitter 20, a first optical modulator 31, A signal interlocking section 50, a signal lock amplifier 60, a light irradiating section 70, a sample signal processing section 60, a modulating section 32, a first wavefront control section 41, a second wavefront control section 42, A measurement unit 80 and a signal processing unit 90. [

이하에서는 본 발명의 일 실시예에 의한 헤테로다인 간섭을 이용한 초고분해능 촬영 장치(1)와의 차이점을 위주로 설명하며, 동일한 구성요소에 대한 상세한 설명은 생략하도록 한다.Hereinafter, differences from the ultra-high resolution imaging device 1 using heterodyne interference according to an embodiment of the present invention will be mainly described, and detailed description of the same components will be omitted.

빔 스플리터(20)는 입사하는 광원(10)을 서로 다른 주파수를 갖는 두 개의 광원(10)으로 나눌 수 있다.The beam splitter 20 divides an incident light source 10 into two light sources 10 having different frequencies.

광원(10)은 빔 스플리터(20)에서 둘로 나누어져 광 변조부(31, 32)를 통해 각각 임의의 주파수만큼 편이될 수 있다.The light source 10 may be divided into two by the beam splitter 20 and may be shifted by arbitrary frequency through the optical modulators 31 and 32, respectively.

제1 광 변조부(31)는 빔 스플리터(20)에서 배출되는 다수의 빛 가운데 제1 주파수(ω1)를 갖는 빛을 편이시킬 수 있고, 제2 광 변조부(32)는 빔 스플리터(20)에서 배출되는 다수의 빛 가운데 제2 주파수(ω2)를 갖는 빛을 편이시킬 수 있다. 즉, 빔 스플리터(20)에서 배출되는 빛은 임의의 주파수를 갖는 두 개의 빛으로 나뉘어 제1 광 변조부(31) 및 제2 광 변조부(32)를 통해 편이될 수 있다.The first optical modulator 31 can shift the light having the first frequency ω 1 among the plurality of lights emitted from the beam splitter 20 and the second optical modulator 32 can shift the light having the first frequency ω 1 to the beam splitter 20 The light having the second frequency ([omega] 2 ) can be shifted. That is, the light emitted from the beam splitter 20 can be divided into two lights having arbitrary frequencies and shifted through the first and second light modulators 31 and 32.

제1 파면 제어부(41)는 제1 광 변조부(31)를 통해 편이된 제1 주파수(ω1)를 갖는 빛의 파면을 성형할 수 있고, 제2 파면 제어부(42)는 제2 광 변조부(32)를 통해 편이된 제2 주파수(ω2)를 갖는 빛의 파면을 성형할 수 있다.The first wavefront control unit 41 can form the wavefront of light having the first frequency? 1 shifted through the first optical modulating unit 31 and the second wavefront control unit 42 can form the wavefront of the light having the second frequency? The wavefront of the light having the second frequency (? 2 ) shifted through the portion (32) can be formed.

보다 상세히, 제1 파면 제어부(41)는 광 간섭부(50)에서 합쳐지는 제1 주파수(ω1)를 갖는 빛의 파면을 형성하며, 제2 파면 제어부(42)는 광 간섭부에서 합쳐지는 제2 주파수(ω2)를 갖는 빛의 파면을 성형하는 역할을 할 수 있다.More specifically, the first wavefront control unit 41 forms a wavefront of light having a first frequency (? 1 ) to be combined at the optical interference unit 50, and the second wavefront control unit 42 forms a wavefront And can form a wavefront of light having a second frequency ([omega] 2 ).

이 때, 성형된 제1 주파수(ω1)를 갖는 빛과 제2 주파수(ω2)를 갖는 빛이 광 간섭부(50)에서 합쳐질 때, 제1 주파수(ω1)를 갖는 빛과 제2 주파수(ω2)를 갖는 빛의 초점 중심부에서의 밝기를 최소화하고, 제1 주파수(ω1)를 갖는 빛과 제2 주파수(ω2)를 갖는 빛의 초점의 가장자리 가운데 겹치는 부위의 밝기를 최대화함으로써 중첩된 부분에서 빛이 최대한 집중될 수 있도록 최적화된 형태로 형성될 수 있다.At this time, when the light having the light and a second frequency (ω 2) having molded the first frequency (ω 1) combined in the optical interference part 50, a light and a having a first frequency (ω 1) 2 minimize the brightness at the center of focus of the light having the frequency (ω 2), and the first frequency (ω 1) maximize the light and the focus on the edge of the brightness of the overlapping portion of the light having a second frequency (ω 2) having So that it can be formed in an optimized form so that light can be concentrated in the overlapped portion as much as possible.

광 간섭부(50)에서 합쳐진 빛의 일부는 광 전달부(미도시)를 지나 광 조사부(70)에서 스캔 및 확대되어 대물렌즈(71)에 의해 시료 상에 초점으로 조사될 수 있고, 초점 면에서의 파면 형태는 2차원 푸리에 변환에 의해 결정될 수 있다.A part of the light combined in the optical interferometer 50 can be scanned and enlarged in the light irradiator 70 through the light transmitting part and irradiated with focus on the sample by the objective lens 71, Can be determined by a two-dimensional Fourier transform.

따라서, 파면 제어부(40)에서 성형되기 전의 빛의 파면 정보를 이용하고, 파면 제어부(40)의 위치 별 투과율 또는 반사율을 변경하면 초점의 형태를 제어할 수 있다.Therefore, the shape of the focus can be controlled by using the wavefront information of the light before being formed in the wavefront controller 40 and by changing the transmittance or the reflectance for each position of the wavefront controller 40.

광 간섭부(50)에서 합쳐진 빛 가운데 다른 일부는 광 디텍터(51)로 유입되어 헤테로다인 맥놀이 신호(신호 주파수: ω1-ω2)가 발생되며, 상기 헤테로다인 맥놀이 신호는 신호잠금 증폭기(60)의 기준신호로 이용될 수 있다.A heterodyne beat signal (signal frequency: omega 1 - omega 2 ) is generated by introducing another portion of the light collected at the optical interferometer 50 into the photodetector 51, and the heterodyne beat signal is input to the signal lock amplifier 60 As shown in FIG.

시료 상에서 겹쳐지는 부분에서만 상기 헤테로다인 맥놀이 신호에 해당하는 광신호의 변동이 발생되며, 시료 신호측정부(80)에서 상기 광신호의 변동을 수집하고, 신호잠금 증폭기(60)를 이용해 상기 광신호의 변동 가운데 기준신호와 같은 주파수를 갖는 성분만을 추출하여 영상을 취득할 수 있다.The fluctuation of the optical signal corresponding to the heterodyne beat signal occurs only at the overlapping portion on the sample, the fluctuation of the optical signal is collected by the sample signal measuring unit 80, It is possible to extract only the component having the same frequency as the reference signal to acquire the image.

이 때, 시료 신호측정부(80)에서 수집한 광신호의 변동 가운데 기준신호와 같은 주파수를 가지는 성분만을 추출하는 신호처리부(90)를 더 포함할 수 있다.In this case, the signal processing unit 90 may further include a signal processor 90 for extracting only a component having the same frequency as the reference signal among the variations of the optical signal collected by the sample signal measuring unit 80.

이하에서는, 본 발명의 실시예에 의한 헤테로다인 간섭을 이용한 초고분해능 촬영 장치의 작동을 설명하도록 한다.Hereinafter, the operation of an ultra high resolution imaging apparatus using heterodyne interference according to an embodiment of the present invention will be described.

우선, 광원(10)은 빔 스플리터(20)에서 나뉘어 광 변조기(30)를 통해 임의의 주파수만큼 편이될 수 있다. 편이된 두 빛은 각각 파면 제어부(40)를 이용하여 파면이 성형될 수 있고, 성형된 빛은 광 간섭부(50)에서 합쳐질 수 있다.First, the light source 10 is divided by the beam splitter 20 and can be shifted by an arbitrary frequency through the optical modulator 30. The two separated light beams can be respectively shaped into a wavefront using the wavefront control unit 40 and the formed light can be combined in the optical interference unit 50.

광 간섭부(50)에서 합쳐진 빛 가운데 일부는 광 디텍터(51)로 유입되어 헤테로다인 맥놀이 신호가 발생하며, 이러한 헤테로다인 맥놀이 신호를 신호잠금 증폭기(60)의 기준신호로 이용할 수 있다.A part of the light combined in the optical interferometer 50 is introduced into the photodetector 51 to generate a heterodyne beat signal. The heterodyne beat signal can be used as a reference signal of the signal lock amplifier 60.

또한, 광 간섭부(50)에서 합쳐진 빛 가운데 다른 일부는 광 전달부(미도시)를 지나 광 조사부(70)에서 스캔 및 확대되어 대물렌즈(71)에 의해 시료 상에 초점으로 조사될 수 있다. 이 때, 광 조사부(70)는 빔 스캐너로 구비될 수 있고, 상기 빔 스캐너는 광선을 시료 상에서 2차원 스캔하며, 시료는 정밀 스테이지를 이용해 광축 방향에서 동작 가능하게 하여 3차원 영상화를 수행할 수 있다.Further, another part of the light combined in the optical interferometer 50 may be scanned and enlarged in the light irradiating unit 70 through the light transmitting unit (not shown) and irradiated with focus on the sample by the objective lens 71 . At this time, the light irradiating unit 70 may be provided with a beam scanner, which scans the light beam two-dimensionally on the sample, and the sample can be operated in the direction of the optical axis using a precision stage to perform three- have.

주파수가 서로 다른 두 광선의 초점이 일부만 시료 상에서 겹쳐지도록 조정될 수 있고, 시료에서 겹쳐지는 부분에서만 헤테로다인 맥놀이 신호에 해당하는 광신호의 변동이 발생하므로, 이러한 헤테로다인 맥놀이 신호를 시료 신호측정부(80)에서 수집하여 신호잠금 증폭기(60)를 이용해 기준신호와 같은 주파수를 가지는 성분만을 추출하고, 해당 신호를 스캔하면서 스캔 위치에 맞추어 저장함으로써 영상을 취득할 수 있다.The focus of the two light beams having different frequencies can be adjusted so that only a part of the focus is overlapped on the sample and the optical signal corresponding to the heterodyne beat signal is generated only at the overlapping portion in the sample. 80, extracts only components having the same frequency as the reference signal using the signal lock amplifier 60, and stores the extracted signal in accordance with the scan position while scanning the corresponding signal.

따라서, 취득된 영상은 두 광선이 겹쳐지는 부분에 해당하는 분해능을 가지게 되므로, 회절 한계를 뛰어넘는 나노 영상 취득이 가능한 장점이 있다.Therefore, the acquired image has a resolution corresponding to a part where two rays overlap, and thus it is possible to acquire a nano image beyond the diffraction limit.

1: 헤테로다인 간섭을 이용한 초고분해능 촬영 장치
10: 광원 20: 빔 스플리터
30: 광 변조부 31: 제1 광 변조부
32: 제2 광 변조부 40: 파면 제어부
41: 제1 파면 제어부 42: 제2 파면 제어부
43, 43': 파면 성형 수단 50: 광 간섭부
51: 광 디텍터 60: 신호잠금 증폭기
70: 광 조사부 71: 대물렌즈
80: 시료 신호측정부 90: 신호처리부1: Super high-resolution imaging device using heterodyne interference
10: Light source 20: Beam splitter
30: light modulation section 31: first light modulation section
32: second optical modulator 40: wavefront controller
41: first wavefront control unit 42: second wavefront control unit
43, 43 ': wavefront forming means 50: optical interference unit
51: photodetector 60: signal lock amplifier
70: light irradiating unit 71: objective lens
80: sample signal measuring section 90: signal processing section

Claims (22)

광원;
상기 광원에서 배출되는 빛을 다수의 빛으로 나누는 빔 스플리터;
상기 빔 스플리터에서 배출되는 다수의 빛을 이용하여 서로 다른 주파수를 갖는 적어도 둘 이상의 빛을 편이시키는 광 변조부;
상기 광 변조부에서 제공된 서로 다른 주파수를 갖는 적어도 둘 이상의 빛을 시료 상에 일부만 겹치도록 시료에 빛을 조사하는 광 조사부;
상기 광 조사부에 의하여 적어도 둘 이상의 빛이 시료 상에서 겹쳐지는 부분의 광량이 최대화되도록 파면을 제어하는 파면 제어부; 및
시료 상에 겹쳐지는 부분에서 발생하는 맥놀이 신호를 추출하는 맥놀이 신호 추출부;
를 포함하는 초고분해능 촬영장치.Light source;
A beam splitter for dividing the light emitted from the light source into a plurality of lights;
An optical modulator for shifting at least two lights having different frequencies using a plurality of lights emitted from the beam splitter;
A light irradiating unit for irradiating the sample with light so that at least two lights having different frequencies provided by the light modulating unit are partially overlapped on the sample;
A wavefront controller for controlling the wavefront to maximize the amount of light at a portion where at least two lights overlap on the sample by the light irradiator; And
A beat signal extracting unit for extracting a beat signal generated at a portion overlapping the sample;
And an image pickup device. 제1항에 있어서,
상기 광원에서 배출되는 빛은 레이저인 것을 특징으로 하는 초고분해능 촬영장치.The method according to claim 1,
Wherein the light emitted from the light source is a laser. 제1항에 있어서,
상기 광원에서 배출되는 빛은 상기 빔 스플리터에 의하여 적어도 둘 이상의 빛으로 나누어지고,
상기 광 변조부는 상기 빔 스플리터에서 나누어진 다수의 빛 가운데 적어도 하나 이상의 주파수를 변조하는 음향 광학 변조기(Acousto-optic modulator) 를 구비하는 초고분해능 촬영 장치.The method according to claim 1,
Wherein light emitted from the light source is divided into at least two lights by the beam splitter,
Wherein the optical modulator comprises an acousto-optic modulator for modulating at least one frequency among a plurality of lights divided by the beam splitter. 제1항에 있어서,
상기 광원에서 배출되는 빛은 상기 빔 스플리터에 의하여 적어도 둘 이상의 빛으로 나누어지고,
상기 다수의 빛 가운데 적어도 하나 이상의 빛의 밝기 또는 위상 변조를 하는 전자 광학 변조기(Electro-optic modulator)를 구비하는 초고분해능 촬영 장치.The method according to claim 1,
Wherein light emitted from the light source is divided into at least two lights by the beam splitter,
And an electro-optic modulator for modulating brightness or phase of at least one of the plurality of lights. 제1항에 있어서,
상기 파면 제어부는 상기 광 조사부를 통과하기 전의 다수의 빛 가운데 적어도 하나의 파면을 제어하고,
상기 광 조사부에 의하여 시료에 초점이 맺힐 때 초점 중심에서의 광량을 최소화되도록 하고, 초점 가장자리 가운데 초점이 겹치는 부분의 밝기가 최대가 되도록 하는 초고분해능 촬영 장치.The method according to claim 1,
Wherein the wavefront control unit controls at least one wavefront of a plurality of lights before passing through the light irradiation unit,
Wherein when the sample is focused by the light irradiation unit, the amount of light at the focus center is minimized, and the brightness of a portion where the focus overlaps the center of the focus edge is maximized. 제5항에 있어서,
상기 파면 제어부는, 시료에서 서로 겹쳐지는 빛의 초점의 형상을 타원형이 되고, 시료에서 서로 겹쳐지는 빛의 초점 중심이 서로 겹쳐지는 영역과 반대방향으로 치우치도록 빛의 파면을 성형하는 초고분해능 촬영 장치. 6. The method of claim 5,
The wavefront control unit is configured to form a wavefront of the light so that the shape of the focus of the light overlapping each other in the sample is elliptical and the wavefront of the light is deflected in a direction opposite to the area where the focus centers of the lights overlap each other in the sample, Device. 제1항에 있어서,
상기 파면 제어부는, 상기 파면 제어부의 투과율 또는 반사율을 변경하는 방식으로 상기 파면 제어부에 유입된 빛의 초점의 형태를 제어하는 초고분해능 촬영장치.The method according to claim 1,
Wherein the wavefront control unit controls the shape of the focus of light introduced into the wavefront control unit by changing the transmittance or reflectance of the wavefront control unit. 제6항에 있어서,
상기 파면 제어부에서 성형되는 빛의 초점 형태는 상기 파면 제어부에 유입되는 빛의 파면과, 상기 파면 제어부의 위치별 투과율 또는 반사율의 함수의 곱의 푸리에 변환에 의해 결정되는 초고분해능 촬영장치.The method according to claim 6,
Wherein the focus shape of the light formed by the wavefront control unit is determined by a Fourier transform of a product of a wavefront of light introduced into the wavefront control unit and a function of transmittance or reflectance at each position of the wavefront control unit. 제1항에 있어서,
상기 파면 제어부는 적어도 엘씨디(LCD) 기반의 공간광변조기(SLM), 디지털 마이크로미러(Digital micromirror device) 기반의 공간광변조기(SLM), 가변형 거울(Deformable mirror) 가운데 어느 하나를 구비하는 초고분해능 촬영 장치.The method according to claim 1,
The wavefront control unit may include at least one of an SLM based on an LCD, a SLM based on a digital micromirror device, and a deformable mirror, Device. 제1항에 있어서,
상기 파면 제어부에서 성형된 적어도 둘 이상의 빛이 합쳐지는 광 간섭부; 및
상기 광 간섭부에서 합쳐진 빛의 일부에서 발생하는 맥놀이 신호가 기준신호로서 유입되는 신호잠금 증폭부;
를 더 포함하고,
상기 맥놀이 신호 추출부에서 추출된 맥놀이 신호 가운데 기준신호와 같은 주파수를 갖는 성분만을 추출하여 영상을 취득하는 초고분해능 촬영 장치.The method according to claim 1,
An optical interference unit in which at least two lights formed by the wavefront control unit are combined; And
A signal lock amplifying unit into which a beat signal generated in a part of light combined in the optical interference unit flows as a reference signal;
Further comprising:
And extracts only the components having the same frequency as the reference signal among the beat signals extracted by the beat signal extracting unit to acquire an image. 광원;
상기 광원에서 배출되는 빛을 다수의 빛으로 나누는 빔 스플리터;
상기 빔 스플리터에서 배출되는 다수의 빛이 서로 다른 주파수를 갖도록 다수의 빛 가운데 적어도 하나 이상의 빛을 편이시키는 광 변조부;
상기 광 변조부에서 편이된 서로 다른 주파수를 갖는 다수의 빛 가운데 적어도 하나 이상의 빛의 파면을 성형하는 파면 제어부;
상기 광 변조부 또는 상기 파면 제어부에서 배출되는 다수의 빛이 합쳐지는 광 간섭부;
상기 광 간섭부에서 합쳐진 빛의 일부에서 발생하는 맥놀이 신호가 기준신호로서 유입되는 신호잠금 증폭기;
상기 광 간섭부에서 합쳐진 빛의 다른 일부가 전달되고, 이를 시료에 조사하는 광 조사부; 및
시료에서 발생되는 신호를 측정하는 시료 신호측정부;
를 포함하고,
상기 시료 신호측정부에서 측정된 측정신호는 상기 신호잠금 증폭기에 전달되고, 상기 신호잠금 증폭기는 측정신호에서 기준신호와 같은 주파수를 갖는 성분만을 추출하여 영상을 취득하는 초고분해능 촬영 장치.Light source;
A beam splitter for dividing the light emitted from the light source into a plurality of lights;
An optical modulator for shifting at least one light among the plurality of lights such that a plurality of lights emitted from the beam splitter have different frequencies;
A wavefront control unit for shaping a wavefront of at least one light among a plurality of lights having different frequencies shifted in the light modulation unit;
An optical interferometer in which a plurality of lights emitted from the optical modulator or the wavefront controller are combined;
A signal lock amplifier in which a beat signal generated in a part of light combined in the optical interference unit flows as a reference signal;
A light irradiating part for transmitting another part of the combined light in the optical interference part and irradiating the same to the sample; And
A sample signal measuring unit for measuring a signal generated from the sample;
Lt; / RTI >
Wherein the measurement signal measured by the sample signal measuring unit is transmitted to the signal lock amplifier, and the signal lock amplifier extracts only a component having the same frequency as the reference signal from the measurement signal to acquire an image. 제11항에 있어서,
상기 파면 제어부는, 상기 광 간섭부에서 합쳐지는 서로 다른 주파수를 갖는 다수의 빛 가운데 적어도 하나 이상의 파면을 성형하고,
성형된 다수의 빛이 상기 광 간섭부에서 합쳐질 때, 각각의 빛의 초점 중심부에서의 밝기를 최소화하고, 각각의 빛의 초점의 가장자리 가운데 겹치는 부위의 밝기를 최대화하는 초고분해능 촬영 장치.12. The method of claim 11,
Wherein the wavefront control unit forms at least one wavefront among a plurality of lights having different frequencies combined in the optical interference unit,
Wherein when the plurality of shaped lights are combined at the light interfering portion, the brightness at the focus center of each light is minimized and the brightness of the overlapping portion among the edges of the focus of each light is maximized. 제12항에 있어서,
상기 파면 제어부에서 성형되는 빛의 초점의 형태는 성형 전 빛의 파면과, 상기 파면 제어부의 위치별 투과율 또는 반사율 간의 곱의 푸리에 변환에 의해 결정되고,
상기 파면 제어부의 위치별 투과율 또는 반사율을 변경하여 상기 파면 제어부에서 성형되는 빛의 초점의 형태를 제어하는 초고분해능 촬영 장치.13. The method of claim 12,
The shape of the focus of the light formed by the wavefront controller is determined by Fourier transform of the product of the wavefront of the light before shaping and the transmittance or reflectance of the wavefront controller,
And controls the shape of the focus of light to be formed by the wavefront controller by changing the transmittance or the reflectance of the wavefront controller. 제13항에 있어서,
상기 파면 제어부에서 성형되는 서로 다른 주파수를 갖는 다수의 빛은 원형 형상으로 상기 광 간섭부에서 합쳐진 상태에서,
상기 파면 제어부의 위치 별 투과율 또는 반사율을 변경하여 납작한 타원형 형상으로 변화시켜서 각각의 빛의 초점의 가장자리의 겹치는 부위의 밝기를 최대화하는 초고분해능 촬영 장치.14. The method of claim 13,
A plurality of lights having different frequencies formed in the wavefront control unit are combined in a circular shape in the optical interference unit,
And changing the transmittance or reflectance of each of the wavefront control units to a flat elliptic shape to maximize the brightness of overlapping portions of edges of respective light focuses. 제14항에 있어서,
상기 파면 제어부는 유입되는 빛의 파면을 파면 성형 수단에 투과하거나, 반사하여 파면을 성형하는 초고분해능 촬영 장치.15. The method of claim 14,
The wavefront control unit transmits the wavefront of the incoming light to the wavefront forming unit or reflects the wavefront to form the wavefront. 제11항에 있어서,
상기 파면 제어부는 적어도 엘씨디(LCD) 기반의 공간광변조기(SLM), 디지털 마이크로미러(Digital micromirror device) 기반의 공간광변조기(SLM), 가변형 거울(Deformable mirror) 가운데 어느 하나로 구비되는 초고분해능 촬영 장치.12. The method of claim 11,
The wavefront control unit may include at least one of an SLM based on an LCD, a spatial light modulator based on a digital micromirror device (SLM), and a deformable mirror, . 제11항에 있어서,
상기 광 간섭부에서는 상기 파면 제어부에서 성형된 서로 다른 주파수를 갖는 빛이 합쳐지며,
합쳐진 빛 가운데 일부는 광 디텍터로 유입되어 헤테로다인 맥놀이 신호가 측정되고, 상기 헤테로다인 맥놀이 신호는 상기 신호잠금 증폭기의 기준신호로 이용되고,
상기 광 간섭부에서 합쳐진 빛 가운데 다른 일부는 광 전달부를 지나 상기 광 조사부에서 스캔 및 확대되어 대물렌즈에 의해 시료 상에 초점으로 조사되고,
상기 서로 다른 주파수를 갖는 빛의 초점이 일부만 상기 시료 상에서 겹쳐지는 초고분해능 촬영 장치.12. The method of claim 11,
In the optical interferometer, lights having different frequencies formed by the wavefront controller are combined,
A part of the combined light is input to the photodetector so that a heterodyne beat signal is measured and the heterodyne beat signal is used as a reference signal of the signal lock amplifier,
The other part of the light combined in the optical interferometer passes through the light transmitting part, is scanned and magnified by the light irradiating part, is focused on the sample by the objective lens,
Wherein the focus of the light having the different frequencies is superimposed on the sample only. 제17항에 있어서,
상기 시료 상에서 겹쳐지는 부분에서만 상기 헤테로다인 맥놀이 신호에 해당하는 광신호의 변동이 발생되며,
상기 시료 신호측정부에서 상기 광신호의 변동을 수집하고, 상기 신호잠금 증폭기를 이용해 상기 광신호의 변동 가운데 상기 기준신호와 같은 주파수를 가지는 성분만을 추출하여 영상을 취득하는 초고분해능 촬영 장치.18. The method of claim 17,
A fluctuation of the optical signal corresponding to the heterodyne beat signal occurs only at the overlapping portion on the sample,
Wherein the sample signal measuring unit collects the variation of the optical signal and extracts only components having the same frequency as the reference signal among variations of the optical signal using the signal lock amplifier to acquire an image. 제18항에 있어서,
상기 시료 신호측정부에서 수집한 광신호의 변동 가운데 상기 기준신호와 같은 주파수를 가지는 성분만을 추출하는 신호처리부를 더 포함하는 초고분해능 촬영 장치.19. The method of claim 18,
Further comprising a signal processing unit for extracting only components having the same frequency as the reference signal among the variations of the optical signal collected by the sample signal measuring unit. 제11항에 있어서,
상기 광 조사부는 광선을 시료 상에서 수평방향 움직하면서 스캔하고, 시료는 정밀 스테이지를 이용하여 수직 방향으로 이동하여 3차원 영상화를 수행하는 초고분해능 촬영 장치.12. The method of claim 11,
Wherein the light irradiating unit scans while moving a light beam horizontally on a sample and moves the sample in a vertical direction using a precision stage to perform three-dimensional imaging. 광원;
상기 광원에서 배출되는 빛을 다수의 빛으로 나누는 빔 스플리터;
상기 빔 스플리터에서 배출되는 다수의 빛 가운데 제1 주파수를 갖는 빛을 편이시키는 제1 광 변조부;
상기 빔 스플리터에서 배출되는 다수의 빛 가운데 제2 주파수를 갖는 빛을 편이시키는 제2 광 변조부;
상기 제1 광 변조부에서 편이된 상기 제1 주파수를 갖는 빛의 파면을 성형하는 제1 파면 제어부;
상기 제2 광 변조부에서 편이된 상기 제2 주파수를 갖는 빛의 파면을 성형하는 제2 파면 제어부;
상기 제1 광 변조부 및 상기 제2 광 변조부 또는 상기 제1 파면 제어부 및 상기 제2 파면 제어부에서 배출되는 빛이 합쳐지는 광 간섭부;
상기 광 간섭부에서 합쳐진 빛의 일부에서 발생하는 맥놀이 신호가 기준신호로서 유입되는 신호잠금 증폭기;
상기 광 간섭부에서 합쳐진 빛의 다른 일부가 전달되고, 이를 시료에 조사하는 광 조사부; 및
시료에서 발생되는 신호를 측정하는 시료 신호측정부;
를 포함하고,
상기 시료 신호측정부에서 측정된 측정신호는 상기 신호잠금 증폭기에 전달되고, 상기 신호잠금 증폭기는 측정신호에서 기준신호와 같은 주파수를 갖는 성분만을 추출하여 영상을 취득하며,
상기 제1 파면 제어부는, 상기 광 간섭부에서 합쳐지는 제1 주파수를 갖는 빛의 파면을 성형하고, 상기 제2 파면 제어부는, 상기 광 간섭부에서 합쳐지는 제2 주파수를 갖는 빛의 파면을 성형하며,
상기 성형된 빛이 상기 광 간섭부에서 합쳐질 때, 상기 제1 주파수를 갖는 빛 및 상기 제2 주파수를 갖는 빛의 초점 중심부에서의 밝기를 최소화하고, 상기 제1 주파수를 갖는 빛 및 상기 제2 주파수를 갖는 빛의 초점의 가장자리 가운데 겹치는 부위의 밝기를 최대화하는 것을 특징으로 하는 초고분해능 촬영 장치.Light source;
A beam splitter for dividing the light emitted from the light source into a plurality of lights;
A first optical modulator for shifting light having a first frequency among a plurality of lights emitted from the beam splitter;
A second optical modulator for shifting light having a second frequency among a plurality of lights emitted from the beam splitter;
A first wavefront controller for shaping a wavefront of light having the first frequency shifted in the first optical modulator;
A second wavefront controller for shaping a wavefront of light having the second frequency shifted in the second optical modulator;
An optical interference unit in which light emitted from the first optical modulation unit and the second optical modulation unit or from the first wavefront control unit and the second wavefront control unit are combined;
A signal lock amplifier in which a beat signal generated in a part of light combined in the optical interference unit flows as a reference signal;
A light irradiating part for transmitting another part of the combined light in the optical interference part and irradiating the same to the sample; And
A sample signal measuring unit for measuring a signal generated from the sample;
Lt; / RTI >
The measurement signal measured by the sample signal measurement unit is transmitted to the signal lock amplifier. The signal lock amplifier extracts only a component having the same frequency as the reference signal from the measurement signal,
Wherein the first wavefront control unit forms a wavefront of light having a first frequency that is combined at the optical interference unit and the second wavefront control unit forms a wavefront of light having a second frequency, In addition,
Wherein when the shaped light is combined in the optical interference portion, brightness at the focus center portion of the light having the first frequency and light having the second frequency is minimized, and the light having the first frequency and the light having the second frequency Wherein the brightness of the overlapping portion of the edge of the focus of the light having the maximum brightness is maximized. 제21항에 있어서,
상기 광 간섭부에서 합쳐진 빛의 일부는 광 전달부를 지나 상기 광 조사부에서 스캔 및 확대되어 대물렌즈에 의해 시료 상에 초점으로 조사되며, 초점 면에서의 파면 형태는 2차원 푸리에 변환에 의해 결정되고,
상기 제1 파면 제어부 및 상기 제2 파면 제어부에서 성형되기 전의 빛의 파면 정보를 이용하고, 상기 파면 제어부의 위치 별 투과율 또는 반사율을 변경하면 상기 초점의 형태를 제어할 수 있는 초고분해능 촬영 장치.22. The method of claim 21,
A part of the light combined in the optical interferometer is scanned and enlarged in the light irradiating part through the light transmitting part and focused on the sample by the objective lens. The wavefront shape on the focal plane is determined by two-dimensional Fourier transform,
Wherein the shape of the focus can be controlled by using the wavefront information of the light before being formed in the first wavefront control unit and the second wavefront control unit and changing the transmittance or the reflectance according to the position of the wavefront control unit.
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