KR101742389B1 - 현미경 장치 - Google Patents

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KR101742389B1 KR1020150151955A KR20150151955A KR101742389B1 KR 101742389 B1 KR101742389 B1 KR 101742389B1 KR 1020150151955 A KR1020150151955 A KR 1020150151955A KR 20150151955 A KR20150151955 A KR 20150151955A KR 101742389 B1 KR101742389 B1 KR 101742389B1
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Abstract

일 실시예에 따른 현미경 장치는, 시편의 영상을 획득하기 위한 빛을 방출하는 가시 레이저 광원, 상기 시편을 고정하기 위한 빛을 방출하는 적외선 레이저 광원, 상기 가시 레이저 광원에서 방출된 빛과 상기 적외선 레이저 광원에서 방출되어 빛을 시편에 집광시키는 대물렌즈, 상기 대물렌즈와 결합하여 상기 대물렌즈를 이동시키는 엑추에이터, 상기 가시 레이저 광원에서 방출되고 상기 시편에서 반사된 빛을 검출하는 광 검출기 및 상기 광 검출기에서 검출된 빛의 신호를 통하여 상기 시편의 영상을 복원할 수 있는 제어부를 포함할 수 있다. 상기 제어부는 상기 시편의 영상을 획득함에 있어서 상기 엑추에이터에 의한 상기 대물렌즈의 이동을 보상하기 위해 상기 적외선 레이저 광원에서 방출된 빛의 초점을 변조시킬 수 있다.

Description

현미경 장치{MICORSCOPY DEVICE}
아래의 실시예들은 현미경 장치에 관한 것이다.
광학집게는 생물, 물리학 연구에 많이 사용되는 도구로서 시료에 손상을 주지 않기 위해 집광된 근적외선 레이저를 사용하여 현미경으로 볼 수 있는 1~10um 크기의 물체를 고정하거나 물체 주변에 힘을 가함으로써 물체의 움직임을 기록하고 물체가 고정되었을 때 주변의 물리 혹은 화학적 상황을 기록하기 위해 주로 현미경과 결합하여 사용되는 장치이다.
공초점 현미경은 일반 광시야 현미경과 달리 디텍터 앞쪽에 핀홀을 두고 시료의 한 점에서 출발한 빛만이 통과하여 명암비와 분해능을 높인 현미경으로 점 스캔 방식이기 때문에 3차원 측정 시 분해능을 높은 현미경으로 생물, 물리, 재료과학 분야에서 광범위하게 사용되는 현미경이다.
생물학 분야의 연구에서 사용되는 광학집게를 공초점 현미경과 결합한 시스템은, 대물렌즈를 공유하는 광학집게와 공초점 현미경을 통해 시편의 3차원 측정이 필요할 경우 시편을 고정시킨 채로 3차원 측정이 가능하다.
한국 특허 2013-0026702호에는 공초점 형광 현미경에 관하여 개시되어 있다.
일 실시예에 따른 목적은 시편의 영상을 획득함에 있어서 대물렌즈의 이동에 따른 광학집게의 초점 이동을 보상하기 위한 보상 장치를 제공하기 위한 것이다.
또한, 일 실시예에 따른 목적은 광학집게가 고정하고 있는 시편을 완전히 고정한 상태에서 상기 시편을 중심으로 삼차원 이미지를 획득하기 위한 현미경 장치를 제공하는 것이다.
그에 따라, 시편의 삼차원 이미지 측정을 위해 대물렌즈를 움직이면서 초점 평면을 스캔하여 이차원 영상을 중첩하는 경우, 현미경 장치의 전자 초점 변조 렌즈와 대물렌즈의 움직임 조정을 연동시킴으로써, 광학집게의 초점이 움직임에 따라 시편도 함께 움직이게 되는 것을 방지하는 것을 목표로 한다.
일 실시예에 따른 보상 장치는 영상을 획득함에 있어서 대물렌즈의 이동에 따른 광학집게의 초점 이동을 보상하기 위한 것으로, 시편을 고정하기 위한 빛을 방출하는 레이저 광원, 상기 레이저 광원에서 방출된 빛을 통과시키는 전자 초점 변조 렌즈, 상기 전자 초점 변조 렌즈를 통과한 빛을 시편에 집광시키는 대물렌즈, 상기 대물렌즈와 결합하여 상기 대물렌즈를 이동시키는 엑추에이터 및 상기 엑추에이터 및 상기 전자 초점 변조 렌즈와 연동되어 상기 엑추에이터의 움직임에 따라 상기 전자 초점 변조 렌즈를 제어하는 제어부를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 전자 초점 변조 렌즈는 상기 엑추에이터에 의한 상기 대물렌즈의 이동을 보상할 수 있다.
또한, 상기 전자 초점 변조 렌즈는 상기 대물렌즈의 움직임에 의하여 상기 레이저 광원에서 방출된 빛의 초점이 변하는 경우, 시편을 고정하기 위한 빛의 초점이 상기 시편을 처음 고정했던 위치에서 유지될 수 있도록 시편을 고정하기 위한 빛의 초점을 변조시켜 상기 시편이 동일한 위치에 고정되도록 할 수 있다.
보상 장치는, 상기 레이저 광원과 상기 전자 초점 변조 렌즈 사이에 위치되어, 상기 레이저 광원에서 방출된 빛의 크기를 확대시키는 빔 확대기 또는 상기 대물렌즈와 상기 전자 초점 변조 렌즈 사이에 위치하여 상기 전자 초점 변조 렌즈를 통과한 빛이 상기 대물렌즈를 향하도록 반사시키는 반사미러를 더 포함할 수 있다.
또한, 보상 장치는 상기 전자 초점 변조 렌즈와 상기 반사미러 사이에 위치하여, 상기 전자 초점 변조 렌즈를 통과한 빛의 방향을 상기 반사미러를 향하는 방향으로 조정하는 조정미러 또는 상기 전자 초점 변조 렌즈와 상기 반사미러 사이에 위치하여 상기 전자 초점 변조 렌즈를 통과한 빛을 상기 반사미러로 통과시키는 중계광학계를 더 포함할 수 있다.
상기 레이저 광원은 1000nm 이상의 파장을 지닌 빛을 방출하고, 상기 레이저 광원에서 방출된 빛은 원뿔형상의 빛을 형성하여 상기 시편을 고정시킬 수 있다.
일 실시예에 따른 현미경 장치는, 시편의 영상을 획득하기 위한 빛을 방출하는 가시 레이저 광원, 상기 시편을 고정하기 위한 빛을 방출하는 적외선 레이저 광원, 상기 가시 레이저 광원에서 방출된 빛과 상기 적외선 레이저 광원에서 방출되어 빛을 시편에 집광시키는 대물렌즈, 상기 대물렌즈와 결합하여 상기 대물렌즈를 이동시키는 엑추에이터, 상기 가시 레이저 광원에서 방출되고 상기 시편에서 반사된 빛을 검출하는 광 검출기 및 상기 광 검출기에서 검출된 빛의 신호를 통하여 상기 시편의 영상을 복원할 수 있는 제어부를 포함할 수 있다.
상기 제어부는 상기 시편의 영상을 획득함에 있어서 상기 엑추에이터에 의한 상기 대물렌즈의 이동을 보상하기 위해 상기 적외선 레이저 광원에서 방출된 빛의 초점을 변조시킬 수 있다.
현미경 장치는, 상기 적외선 레이저 광원과 상기 대물렌즈 사이에 위치하여 상기 적외선 레이저 광원에서 방출된 빛을 통과시키고, 상기 제어부의 제어에 의해 시편을 고정하기 위한 빛의 초점을 변조시킬 수 있는 전자 초점 변조 렌즈를 더 포함할 수 있다.
상기 전자 초점 변조 렌즈는, 상기 대물렌즈의 움직임에 의하여 상기 적외선 레이저 광원에서 방출된 빛의 초점이 변하는 경우, 시편을 고정하기 위한 빛의 초점이 상기 시편을 처음 고정했던 위치에서 유지될 수 있도록 시편을 고정하기 위한 빛의 초점을 변조시켜 상기 시편이 동일한 위치에 고정되도록 할 수 있다.
또한, 현미경 장치는, 상기 가시 레이저 광원과 상기 대물렌즈 사이에 위치하여 상기 가시 레이저 광원에서 방출된 빛을 가로 또는 세로 방향으로 스캔하는 스캐닝부, 상기 적외선 레이저 광원과 상기 전자 초점 변조 렌즈 사이에 위치되어 상기 적외선 레이저 광원에서 방출된 빛의 크기를 확대시키는 빔 확대기, 상기 대물렌즈와 상기 전자 초점 변조 렌즈 사이에 위치하여 상기 전자 초점 변조 렌즈를 통과한 빛이 상기 대물렌즈를 향하도록 반사시키는 반사미러, 상기 전자 초점 변조 렌즈와 상기 반사미러 사이에 위치하여 상기 전자 초점 변조 렌즈를 통과한 빛의 방향을 상기 반사미러를 향하는 방향으로 조정하는 조정미러 및 상기 조정미러와 상기 반사미러 사이에 위치하여 상기 조정미러를 통과한 빛을 상기 반사미러로 통과시키는 제1 중계광학계를 더 포함할 수 있다.
여기서, 상기 스캐닝부는 상기 가시 레이저 광원에서 방출되어 상기 시편에서 반사된 빛을 상기 광 검출기를 향하도록 반사시킬 수 있다.
상기 현미경 장치는, 상기 반사미러와 상기 대물렌즈 사이에 위치하여 상기 가시 레이저 광원에서 방출되어 상기 스캐닝부를 통과한 빛을 상기 대물렌즈를 향하도록 반사시키고 상기 적외선 레이저 광원에서 방출되어 상기 반사미러에서 반사된 빛을 상기 대물렌즈를 향하도록 통과시키는, 짧은파장 반사미러를 더 포함할 수 있다.
상기 짧은파장 반사미러는 상기 가시 레이저 광원에서 방출되어 상기 시편에서 반사되는 빛을 상기 광 검출기를 향하도록 반사시킬 수 있다.
또한, 현미경 장치는, 상기 스캐닝부와 상기 짧은파장 반사미러 사이에 위치하여 상기 가시 레이저 광원에서 방출되어 상기 스캐닝부를 통과한 빛을 상기 짧은파장 반사미러로 통과시키는 제2 중계광학계를 더 포함할 수 있다.
상기 제2 중계광학계는 상기 시편에서 반사되어 상기 짧은파장 반사미러에서 반사되는 빛을 상기 스캐닝부로 통과시킬 수 있다.
현미경 장치는, 상기 광 검출기와 상기 스캐닝부 사이에 위치하여 상기 가시 레이저 광원에서 방출된 빛을 상기 스캐닝부를 향하도록 통과시키고, 상기 시편에서 반사된 후 상기 스캐닝부에서 반사된 빛을 상기 광 검출기를 향하도록 통과시키는 이색성 빛 분산기를 더 포함할 수 있다.
일 실시예에 따른 보상 장치는 시편의 영상을 획득함에 있어서 대물렌즈의 이동에 따른 광학집게의 초점 이동을 보상할 수 있다.
또한, 일 실시예에 따른 현미경 장치는 광학집게가 고정하고 있는 시편을 완전히 고정한 상태에서 상기 시편을 중심으로 삼차원 이미지를 획득할 수 있다.
그에 따라, 시편의 삼차원 이미지 측정을 위해 대물렌즈를 움직이면서 초점 평면을 스캔하여 이차원 영상을 중첩하는 경우, 현미경 장치의 전자 초점 변조 렌즈와 대물렌즈의 움직임 조정을 연동시킴으로써, 광학집게의 초점이 움직임에 따라 시편도 함께 움직이게 되는 것을 방지할 수 있다.
도1은 전자 초점 변조 렌즈를 이용한 현미경 장치를 나타낸다.
도2는 현미경의 대물렌즈의 축방향 이동에 따른 초점 평면의 이동을 나타낸다.
도3은 적외선 레이저 광원에서 방출된 빛의 초점에서 광학적 힘에 의하여 시편을 고정한 상태를 나타낸다.
이하, 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 이하의 설명은 실시예들의 여러 태양(aspects) 중 하나이며, 하기의 기술(description)은 실시예에 대한 상세한 기술(detailed description)의 일부를 이룬다.
다만, 일 실시예를 설명함에 있어서, 공지된 기능 혹은 구성에 관한 구체적인 설명은 본 발명의 요지를 명료하게 하기 위하여 생략하기로 한다.
또한, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여, 일 실시예에 따른 현미경 장치의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 일 실시예에 따른 현미경 장치의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고, 일 실시예에 따른 현미경 장치의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
도1은 전자 초점 변조 렌즈(500)를 이용한 현미경 장치를 나타내고, 도2는 현미경 장치의 대물렌즈(210)의 축방향 이동에 따른 초점 평면의 이동을 나타낸다. 도3은 적외선 레이저 광원(120)에서 방출된 빛의 초점에서 광학적 힘에 의하여 시편(W)을 고정한 상태를 나타낸다.
도1을 참조하면, 일 실시예에 따른 현미경 장치는 시편(W)의 영상을 획득함에 있어서 대물렌즈(210)의 이동에 따른 광학집게의 초점 이동을 보상할 수 있다. 이와 같이, 현미경 장치는 시편(W)의 영상을 획득하기 위한 빛을 방출하는 가시 레이저 광원(110), 시편(W)을 고정하기 위한 빛을 방출하는 적외선 레이저 광원(120), 가시 레이저 광원(110)에서 방출된 빛과 적외선 레이저 광원(120)에서 방출되어 빛을 시편(W)에 집광시키는 대물렌즈(210), 대물렌즈(210)와 결합하여 대물렌즈(210)를 이동시키는 엑추에이터(220), 가시 레이저 광원(110)에서 방출되고 시편(W)에서 반사된 빛을 검출하는 광 검출기(300) 및 광 검출기(300)에서 검출된 빛의 신호를 통하여 상기 시편(W)의 영상을 복원할 수 있는 제어부(400)를 포함할 수 있다.
여기서 적외선 레이저 광원(120)은 1000nm 이상의 파장을 지닌 빛을 방출하고, 적외선 레이저 광원(120)에서 방출된 빛은 원뿔형상의 빛을 형성하여 시편(W)을 고정시킬 수 있다.
제어부(400)는 시편(W)의 영상을 획득함에 있어서 엑추에이터(220)에 의한 대물렌즈(210)의 이동을 보상하기 위해 적외선 레이저 광원(120)에서 방출된 빛의 초점을 변조시킬 수 있다.
이와 같은 현미경 장치는, 적외선 레이저 광원(120)과 대물렌즈(210) 사이에 위치하여 적외선 레이저 광원(120)에서 방출된 빛을 통과시키고 제어부(400)의 제어에 의해 시편(W)을 고정하기 위한 빛의 초점을 변조시킬 수 있는 전자 초점 변조 렌즈(500)를 더 포함할 수 있다.
전자 초점 변조 렌즈(500)는 엑추에이터(220)에 의한 대물렌즈(210)의 이동을 보상할 수 있다. 즉, 전자 초점 변조 렌즈(500)는 대물렌즈(210)의 움직임에 의하여 적외선 레이저 광원(120)에서 방출된 빛의 초점이 변하는 경우, 시편(W)을 고정하기 위한 빛의 초점이 시편(W)을 처음 고정했던 위치에서 유지될 수 있도록 시편(W)을 고정하기 위한 빛의 초점을 변조시켜 시편(W)이 동일한 위치에 고정되도록 할 수 있다.
또한, 현미경 장치는, 가시 레이저 광원(110)과 대물렌즈(210) 사이에 위치하여 가시 레이저 광원(110)에서 방출된 빛을 가로 또는 세로 방향으로 스캔하는 스캐닝부(600)를 포함할 수 있다.
여기서, 스캐닝부(600)는 상기 가시 레이저 광원(110)에서 방출되어 시편(W)에서 반사된 빛을 광 검출기(300)를 향하도록 반사시킬 수 있다.
현미경 장치는, 적외선 레이저 광원(120)과 전자 초점 변조 렌즈(500) 사이에 위치되어, 적외선 레이저 광원(120)에서 방출된 빛의 크기를 확대시키는 빔 확대기(700) 및 대물렌즈(210)와 전자 초점 변조 렌즈(500) 사이에 위치하여 전자 초점 변조 렌즈(500)를 통과한 빛이 대물렌즈(210)를 향하도록 반사시키는 반사미러(810)를 포함할 수 있다.
뿐만 아니라, 현미경 장치는 전자 초점 변조 렌즈(500)와 반사미러(810) 사이에 위치하여 전자 초점 변조 렌즈(500)를 통과한 빛의 방향을 반사미러(810)를 향하는 방향으로 조정하는 조정미러(820) 및 조정미러(820)와 반사미러(810) 사이에 위치하여 조정미러(820)를 통과한 빛을 반사미러(810)로 통과시키는 제1 중계광학계(830)를 더 포함할 수 있다.
현미경 장치는 짧은파장 반사미러(840)를 더 포함할 수 있다. 짧은파장 반사미러(840)는, 반사미러(810)와 대물렌즈(210) 사이에 위치하여 가시 레이저 광원(110)에서 방출되어 스캐닝부(600)를 통과한 빛을 대물렌즈(210)를 향하도록 반사시킬 수 있다. 그 후, 짧은파장 반사미러(840)는 가시 레이저 광원(110)에서 방출되어 시편(W)에서 반사되는 빛을 광 검출기(300)를 향하도록 반사시킬 수 있다.
또한, 짧은파장 반사미러(840)는 적외선 레이저 광원(120)에서 방출되어 반사미러(810)에서 반사된 빛을 대물렌즈(210)를 향하도록 통과시킬 수 있다.
또한, 현미경 장치는, 스캐닝부(600)와 짧은파장 반사미러(840) 사이에 위치하여 가시 레이저 광원(110)에서 방출되어 스캐닝부(600)를 통과한 빛을 짧은파장 반사미러(840)로 통과시키는 제2 중계광학계(850)를 더 포함할 수 있다. 제2 중계광학계(850)는 시편(W)에서 반사되어 짧은파장 반사미러(840)에서 반사되는 빛을 스캐닝부(600)로 통과시킬 수 있다.
현미경 장치는, 광 검출기(300)와 스캐닝부(600) 사이에 위치하여 가시 레이저 광원(110)에서 방출된 빛을 스캐닝부(600)를 향하도록 통과시키고, 시편(W)에서 반사된 후 스캐닝부(600)에서 반사된 빛을 광 검출기(300)를 향하도록 통과시키는 이색성 빛 분산기(900)를 더 포함할 수 있다.
상기 설명한 구성 중 레이저 광원, 전자 초점 변조 렌즈(500), 대물렌즈(210), 엑추에이터(220), 제어부(400)를 포함한 보상 장치를 통하여 시편(W)의 영상을 획득함에 있어서 대물렌즈(210)의 이동에 따른 광학집게의 초점 이동을 보상할 수 있는 장치를 구현할 수 있음은 자명하다.
이하에서는 전자 초점 변조 렌즈(500)를 이용한 광학집게와 연동된 삼차원 측정용 현미경 장치의 작동 원리에 대하여 설명한다.
400 nm ~ 600 nm 사이에서 고정 파장을 갖는 가시 레이저 광원(110)에서 방출되는 빛은 이색성 빛 분산기(900)를 통과하여 스캐닝부(600)에 들어간다. 스캐닝부(600)는 빛을 가로 및 세로 방향의 빔스캔을 통하여 제2 중계광학계(850)로 입사시킨다. 제2 중계광학계(850)는 빛의 수차를 최소화 하도록 설계되어있다.
제2 중계광학계(850)를 통과한 빛은 짧은파장 반사미러(840)를 통해 대물렌즈(210)로 입사된다. 상기 짧은파장 반사미러(840)는 700nm 이하 짧은파장을 반사하고 700nm 이상의 파장을 투과시킬 수 있다.
대물렌즈(210)에는 축방향으로 대물렌즈(210)의 위치 조정을 위한 엑추에이터(220)가 부착이 되어, 삼차원 측정이 가능하게 된다.
이와 동시에 1000nm 이상의 파장을 갖는 적외선 레이저 광원(120)에서 방출된 빛은 빔 확대기(700)를 통과해 빛의 크기를 키우게 된다. 적외선 레이저 광원(120)에서 방출된 빛은 빔 확대기(700)를 통과한 후 전자 초점 변조 렌즈(500)를 통과해 조정미러(820)에서 반사되어 빛의 방향이 조정된다. 전자 초점 변조 렌즈(500)는 근적외선 영역에서 상기 빛의 수차가 최소화 되도록 설계된다.
조정미러(820)를 통과한 빛은 제1 중계광학계(830)를 통과하여 반사미러(810)에서 반사된다. 그 후, 상기 빛은 짧은파장 반사미러(840)를 통과해 대물렌즈(210)로 입사된다.
대물렌즈(210)를 통과한 400 nm ~ 600 nm 사이의 파장을 갖는 가시 레이저 광원(110)에서 방출된 빛과 1000nm 이상의 파장 대역을 지닌 적외선 레이저 광원(120)에서 방출된 빛은 시편(W)의 같은 초점 평면에 초점을 맺게 된다.
이때 가시 레이저 광원(110)에서 방출된 빛은 스캐닝부(600)에 의해 일정한 면적을 X, Y 축 방향으로 스캔하면서 일정한 면적에 초점을 맺히게 된다. 적외선 레이저 광원(120)에서 방출된 빛은 원뿔 모양의 빛을 형성하며 1~10um 크기의 입자를 고정하게 된다.
가시 레이저 광원(110)에서 방출된 빛은 스캐닝부(600)에 의해 일정한 면적을 X, Y 방향으로 스캔하면서 일정한 면적에 초점을 맺힌 후 초점 평면에서 산란된 빛은 다시 대물렌즈(210)를 통과한다. 그 후, 짧은파장 반사미러(840)에서 반사되어 제2 중계광학계(850)를 통과한다. 상기 빛은 스캐닝부(600)에서 반사되어 이색성 빛 분산기(900)로 들어가게 된다.
시편(W)에서 반사되어 되돌아온 빛은 400 nm ~ 600 nm 사이의 파장을 갖는 가시 레이저 광원(110)에서 방출된 빛 보다 파장이 길어지기 때문에 이색성 빛 분산기(900)를 통과하여 광 검출기(300)로 들어가게 된다. 그 후, 이와 연동된 제어부(400)에서 상기 광 광출기에 입력된 빛의 정보를 기초로 시편(W)의 영상을 만들어낸다.
도2를 참조하면, 대물렌즈(210)와 결합된 엑추에이터(220)는 시편(W)의 삼차원 측정을 위해 엑추에이터(220) 첫 번째 위치(a)에서부터 두 번째 위치(b), 세 번째 위치(c), 네 번째 위치(d)로 차례로 이동하면서 측정하게 된다.
이때 초점 평면의 위치는 엑추에이터(220)의 첫 번째 위치(a)부터 네 번째 위치(d)까지 각각에 대응하여, 시편(W) 첫 번째 위치(A), 시편(W) 두 번째 위치(B), 시편(W) 세 번째 위치(C), 시편(W) 네 번째 위치(D) 각각에 해당하게 된다.
엑추에이터(220)가 차례로 움직일 때 대물렌즈(210)도 따라서 움직이게 되는데 이때 시편(W)도 초점평면과 함께 움직이게 되어 시편(W)을 고정한 채로 시편(W)을 중심으로 삼차원 측정하는 것이 곤란하다.
이를 해결하기 위해 엑추에이터(220)와 제어부(400)를 연동하고 또한 이와 동시에 제어부(400)와 전자 초점 변조 렌즈(500)를 연동시킨다. 그리하여, 대물렌즈(210)가 엑추에이터(220)의 첫 번째 위치(a)에서부터 네 번째 위치(d)로 차례로 이동하는 순간에 전자 초점 변조 렌즈(500)가 적외선 레이저 광원(120)에서 방출되어 시편(W)에 도달하는 빛의 초점을 변조시킬 수 있고, 원뿔 모양의 상기 빛의 형태 및 위치를 고정시킬 수 있다. 그리하여, 시편(W)을 동일한 위치에 고정시킬 수 있다.
시편(W)이 고정될 경우, 엑추에이터(220)의 움직임에 따라 대물렌즈(210)의 축 방향 위치가 이동하여 다른 초점 평면을 스캔하는 경우에도, 고정된 시편(W)을 중심으로 삼차원 측정이 가능하다.
도3을 참조하여, 적외선 레이저 광원(120)에서 방출된 빛(F)의 초점에서 광학적 힘에 의하여 시편(W)을 고정한 상태를 설명한다. 1000nm 이상에서 파장의 빛을 방출하는 적외선 레이저 광원(120)에서 방출된 빛(F)은 원뿔 모양의 빛을 형성하며 1~10um 크기의 시편(W)을 고정시킬 수 있다.
이와 같이, 일 실시예에 따른 현미경 장치는 광학집게에 사용되는 적외선 레이저 광원(120)과 대물렌즈(210)의 광경로 사이에 전자 초점 변조 렌즈(500)를 삽입시킨다. 그리하여, 현미경 장치의 삼차원 측정 시 대물렌즈(210)가 움직임에 따라 적외선 레이저 광원(120)에서 방출된 빛의 초점이 변할 경우 전자 초점 변조 렌즈(500)가 자동으로 상기 빛의 초점을 보정하여 시편(W)을 처음 고정했던 자리에 그대로 고정시킬 수 있다.
즉, 시편(W)의 삼차원 영상을 측정하기 위해서는 대물렌즈(210)를 움직이면서 초점 평면을 스캔하여 이차원 영상을 중첩하게 되는데, 대물렌즈(210)를 움직이면 광학집게의 초점도 함께 움직이게 된다. 그리하여, 이차원 영상을 중첩할 경우 시편(W)도 따라서 움직이게 된다.
이 때, 전자 초점 변조 렌즈(500)와 대물렌즈(210)의 움직임 조정을 연동시킴으로써 적외선 레이저 광원(120)에서 방출된 빛의 초점을 보정하여 시편(W)을 처음 고정했던 자리에 그대로 고정시키고, 상기 고정된 시편(W)의 주변 영상을 측정할 수 있다. 따라서, 시편(W) 주변의 고분해능 3차원 영상을 얻을 수 있게 된다.
상기 설명된 보상 장치 또는 현미경 장치는 하나의 대물렌즈(210)를 현미경과 광학집게가 공유한 상태에서 시편(W)을 고정한 채로 시편(W)의 주변부에 대한 삼차원 측정이 가능하다.
이는, 많은 세포 생물학 및 화학 분야의 연구에 있어서 측정자가 시편(W)의 손상을 줄이면서 마이크로 혹은 나노단위로 광학집게를 삼차원적으로 조정하며 시편(W) 주변부의 영상을 획득할 수 있도록 할 것이다. 뿐만 아니라, 세포 내 입자의 주변부의 물리 혹은 화학적 변화를 효과적으로 분석이 가능하다.
이상과 같이 실시예에서는 구체적인 구성 요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 실시예가 설명되었으나 이는 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것이다. 또한, 본 발명이 상술한 실시예들에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 그러므로, 본 발명의 사상은 상술한 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.
10 : 현미경 장치
110 : 가시 레이저 광원
120 : 적외선 레이저 광원
210 : 대물렌즈
220 : 엑추에이터
300 : 광 검출기
400 : 제어부
500 : 전자 초점 변조 렌즈
600 : 스캐닝부
700 : 빔 확대기
810 : 반사미러
820 : 조정미러
830 : 제1 중계광학계
840 : 짧은파장 반사미러
850 : 제2 중계광학계
900 : 이색성 빛 분산기
W : 시편
F : 적외선 레이저 광원에서 방출된 빛

Claims (12)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 시편의 영상을 획득하기 위한 빛을 방출하는 가시 레이저 광원;
    상기 시편을 고정하기 위한 빛을 방출하는 적외선 레이저 광원;
    상기 가시 레이저 광원에서 방출된 빛과 상기 적외선 레이저 광원에서 방출되어 빛을 시편에 집광시키는 대물렌즈;
    상기 대물렌즈와 결합하여 상기 대물렌즈를 이동시키는 엑추에이터;
    상기 가시 레이저 광원에서 방출되고 상기 시편에서 반사된 빛을 검출하는 광 검출기;
    상기 광 검출기에서 검출된 빛의 신호를 통하여 상기 시편의 영상을 복원할 수 있는 제어부;
    상기 적외선 레이저 광원과 상기 대물렌즈 사이에 위치하여, 상기 적외선 레이저 광원에서 방출된 빛을 통과시키고, 상기 제어부의 제어에 의해 시편을 고정하기 위한 빛의 초점을 변조시킬 수 있는 전자 초점 변조 렌즈;
    상기 가시 레이저 광원과 상기 대물렌즈 사이에 위치하여, 상기 가시 레이저 광원에서 방출된 빛을 가로 또는 세로 방향으로 스캔하는 스캐닝부;
    상기 적외선 레이저 광원과 상기 전자 초점 변조 렌즈 사이에 위치되어, 상기 적외선 레이저 광원에서 방출된 빛의 크기를 확대시키는 빔 확대기;
    상기 대물렌즈와 상기 전자 초점 변조 렌즈 사이에 위치하여, 상기 전자 초점 변조 렌즈를 통과한 빛이 상기 대물렌즈를 향하도록 반사시키는 반사미러;
    상기 전자 초점 변조 렌즈와 상기 반사미러 사이에 위치하여, 상기 전자 초점 변조 렌즈를 통과한 빛의 방향을 상기 반사미러를 향하는 방향으로 조정하는 조정미러; 및
    상기 조정미러와 상기 반사미러 사이에 위치하여, 상기 조정미러를 통과한 빛을 상기 반사미러로 통과시키는 제1 중계광학계;
    를 포함하고,
    상기 제어부는 상기 시편의 영상을 획득함에 있어서 상기 엑추에이터에 의한 상기 대물렌즈의 이동을 보상하기 위해 상기 적외선 레이저 광원에서 방출된 빛의 초점을 변조시킬 수 있으며,
    상기 스캐닝부는 상기 가시 레이저 광원에서 방출되어 상기 시편에서 반사된 빛을 상기 광 검출기를 향하도록 반사시키는, 현미경 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 적외선 레이저 광원은 1000nm 이상의 파장을 지닌 빛을 방출하고,
    상기 적외선 레이저 광원에서 방출된 빛은 원뿔형상의 빛을 형성하여 상기 시편을 고정시킬 수 있는, 현미경 장치.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 전자 초점 변조 렌즈는, 상기 대물렌즈의 움직임에 의하여 상기 적외선 레이저 광원에서 방출된 빛의 초점이 변하는 경우, 시편을 고정하기 위한 빛의 초점이 상기 시편을 처음 고정했던 위치에서 유지될 수 있도록 시편을 고정하기 위한 빛의 초점을 변조시켜, 상기 시편이 동일한 위치에 고정되도록 하는 현미경 장치.
  9. 삭제
  10. 제6항에 있어서,
    상기 반사미러와 상기 대물렌즈 사이에 위치하여, 상기 가시 레이저 광원에서 방출되어 상기 스캐닝부를 통과한 빛을 상기 대물렌즈를 향하도록 반사시키고, 상기 적외선 레이저 광원에서 방출되어 상기 반사미러에서 반사된 빛을 상기 대물렌즈를 향하도록 통과시키는, 짧은파장 반사미러를 더 포함하고,
    상기 짧은파장 반사미러는 상기 가시 레이저 광원에서 방출되어 상기 시편에서 반사되는 빛을 상기 광 검출기를 향하도록 반사시키는, 현미경 장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 스캐닝부와 상기 짧은파장 반사미러 사이에 위치하여, 상기 가시 레이저 광원에서 방출되어 상기 스캐닝부를 통과한 빛을 상기 짧은파장 반사미러로 통과시키는 제2 중계광학계를 더 포함하고,
    상기 제2 중계광학계는 상기 시편에서 반사되어 상기 짧은파장 반사미러에서 반사되는 빛을 상기 스캐닝부로 통과시키는, 현미경 장치.
  12. 제6항에 있어서,
    상기 광 검출기와 상기 스캐닝부 사이에 위치하여, 상기 가시 레이저 광원에서 방출된 빛을 상기 스캐닝부를 향하도록 통과시키고, 상기 시편에서 반사된 후 상기 스캐닝부에서 반사된 빛을 상기 광 검출기를 향하도록 통과시키는 이색성 빛 분산기를 더 포함하는, 현미경 장치.
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