KR101774653B1 - 공초점 현미경 시스템 - Google Patents

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KR101774653B1
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한국과학기술원
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Abstract

일 실시예에 따른 공초점 현미경 시스템은, 빛을 방출하는 영상 획득용 레이저 발생기, 상기 영상 획득용 레이저 발생기에서 방출된 빛을 대상에 주사하는 대물 렌즈, 상기 영상 획득용 레이저 발생기와 상기 대물 렌즈 사이에 위치하여 상기 대상의 이동에 따른 오차를 보상하기 위하여 상기 영상 획득용 레이저 발생기에서 방출한 빛의 경로를 변조시키는 대상 추적기, 상기 대상에서 반사된 빛을 검출하는 광 검출 광학계 및 상기 광 검출 광학계에서 검출된 빛의 신호를 통하여 영상을 복원할 수 있는 제어부를 포함한다.

Description

공초점 현미경 시스템{CONFOCAL MICORSCOPY SYSTEM}
아래의 실시예들은 공초점 현미경 시스템에 관한 것이다.
공초점 현미경은 광 검출기 앞에 핀홀을 위치시켜 대물렌즈의 초점 평면에서 방출된 빛은 핀홀을 통과하고 초점에서 벗어난 평면에서 방출된 빛은 핀홀에 차단되어 초점 영역의 신호만을 받아들일 수 있다. 따라서, 시편의 손상 없이 광학적 절편 영상을 획득할 수 있고 대물렌즈를 광축 방향으로 이송시키거나 시편을 광축 방향으로 이송시키면서 광학적 절편 영상을 연속적으로 획득하면 시편의 3차원 영상을 획득할 수 있다.
이와 같은 공초점 레이저 주사 현미경은 의료-생명 분야 연구와 산업용 검수 장비로 이용되며, 레이저 광원과 시편 상의 초점 및 핀홀을 공초점 관계를 갖도록 배치한 후, 핀홀을 이용하여 초점 내의 신호만 선택적으로 획득함으로써 광학적 분해능이 일반 현미경에 비해 높고 3차원 영상 획득이 가능한 현미경이다.
삼차원 스캐너는 기존 공초점 레이저 주사 현미경에 사용되는 2차원 스캐너에 축 방향 스캐닝이 가능한 1축 스캐너를 현미경 대물렌즈의 후면과 공액을 이루는 지점에 추가한 것으로서, 대물렌즈를 직접적으로 움직이지 않고도 시편 공간 내에서 초점을 3차원으로 스캐닝 할 수 있는 장치이다.
대상 추적기는 1축, 2축, 3축 압전 구동기(Piezoelectric actuator) 또는 전자 초점 변조렌즈(Electrical tunable focus lens) 등의 광 경로 변조 장치에 해당하며, 대물렌즈의 초점 거리, 위치를 실시간으로 변화시키며 움직이는 대상을 추적하는 것이 가능한 장치이다.
피크 검출(Peak detection) 기술은 전기적 신호가 가장 큰 값을 가질 때를 판별하여 해당 지점의 공간상의 위치를 결정하는 기술로서, 레이저 주사 현미경에 적용되어 대물렌즈의 초점이 측정하고자 하는 대상의 위치와 일치했을 때 광 신호가 가장 강하게 디텍터에 도달하고, 이에 따라 전기적 신호도 가장 강해진다는 점을 이용하여 대상의 위치를 식별하는 것이다.
한국 특허 2013-0026702호에는 공초점 형광 현미경에 관하여 개시되어 있다.
일 실시예에 따른 목적은 측정 대상의 움직임에 따른 성능 저하를 보상하기 위해 상대 좌표계의 원리를 이용하여 움직이는 대상을 능동적으로 추적할 수 있는 대상 추적 장치를 제공하기 위한 것이다.
또한, 일 실시예에 따른 목적은 공초점 현미경 시스템을 이용하여 의료-생명 분야 연구를 위해 살아있는 대상을 측정할 경우, 대상의 호흡, 맥박 등에 의해 발생하는 움직임에 따른 광학적 분해능의 저하와 상대 운동을 제거하고, 정지 대상을 관찰할 때와 동일한 3차원 영상을 획득하는 것을 목표로 한다.
그에 따라, 공초점 현미경 시스템을 생체 내 영상화에 적용하고, 암 진단 등에 사용되는 조직검사법의 대체 기술로서 본 기술의 활용하여 환자로부터 직접 조직을 채취하지 않고도 체내에서 조직검사를 진행하는 것을 목표로 한다.
일 실시예에 따른 대상 추적 장치는, 영상을 획득함에 있어서 측정 대상의 이동에 따른 오차를 보상하기 위한 능동 대상 추적 장치로서, 빛을 방출하는 추적용 레이저 발생기, 상기 추적용 레이저 발생기에서 방출한 빛을 대상에 집광시키는 대물 렌즈 및 상기 대상에서 반사된 빛의 세기를 검출하는 광 다이오드를 포함한다.
상기 광 다이오드에서 측정된 빛의 세기를 바탕으로 상기 대상의 이동에 의한 오차의 보상 정도를 측정할 수 있다.
또한, 대상 추적 장치는 상기 추적용 레이저 발생기와 상기 대물 렌즈 사이에 위치되어 상기 대상의 이동에 의한 오차를 보상하는 대상 추적기 및 상기 광 다이오드로부터 측정된 빛의 세기를 기초로 상기 대상에서 반사된 빛의 세기가 강해지는 방향으로 추적 신호를 생성하여 상기 대상 추적기를 제어할 수 있는 제어부를 더 포함할 수 있다.
상기 대상 추적기 및 상기 제어부는, 상기 대상에서 반사되는 빛의 세기가 강해지도록 상기 추적 신호를 따라 상기 대상에서 반사되는 빛의 초점 위치가 상기 대상에 기설정된 기준점에 일치되도록 보상할 수 있다.
또한, 상기 대상 추적기 및 상기 제어부는, 상기 대상의 이동에 따라 상기 대상에서 반사되는 빛의 초점 위치를 상기 대상에 기설정된 기준점에 일치시킴으로, 지속적인 좌표 변환을 통해 생성된 새로운 좌표의 기준점이 상기 대상에 기설정된 기준점과 일치되도록 할 수 있다.
또한, 대상 추적 장치는 상기 추적용 레이저 발생기와 상기 대상 추적기 사이에 위치되어 상기 추적용 레이저 발생기에서 발산되는 빛을 투과시키는 편광 분리기를 더 포함하고, 상기 편광 분리기는 상기 대상에서 반사되어 돌아오는 빛을 상기 광 다이오드로 향하도록 편향시킬 수 있다.
일 실시예에 따른 공초점 현미경 시스템은, 빛을 방출하는 영상 획득용 레이저 발생기, 상기 영상 획득용 레이저 발생기에서 방출된 빛을 대상에 주사하는 대물 렌즈, 상기 영상 획득용 레이저 발생기와 상기 대물 렌즈 사이에 위치하여 상기 대상의 이동에 따른 오차를 보상하기 위하여 상기 영상 획득용 레이저 발생기에서 방출한 빛의 경로를 변조시키는 대상 추적기, 상기 대상에서 반사된 빛을 검출하는 광 검출 광학계 및 상기 광 검출 광학계에서 검출된 빛의 신호를 통하여 영상을 복원할 수 있는 제어부를 포함한다.
상기 공초점 현미경 시스템은, 빛을 방출하는 추적용 레이저 발생기 및 상기 추적용 레이저 발생기에서 방출되어 상기 대상에서 반사된 빛의 세기를 검출하는 광 다이오드를 더 포함할 수 있다.
상기 대물 렌즈는 상기 추적용 레이저 발생기에서 방출한 빛을 대상에 집광시킬 수 있고, 상기 제어부는 상기 광 다이오드로부터 측정된 빛의 세기를 기초로 상기 추적용 레이저 발생기에서 방출되어 상기 대상에서 반사된 빛의 세기가 강해지는 방향으로 추적 신호를 생성하여 상기 대상 추적기를 제어할 수 있다.
상기 대상 추적기는 상기 추적 신호를 따라 상기 추적용 레이저 발생기에서 방출되어 상기 대상에서 반사되는 빛의 초점 위치가 상기 대상에 기설정된 기준점에 일치되도록 보상하여, 상기 대상에서 반사되는 빛의 세기가 강해지도록 할 수 있다.
또한, 상기 공초점 현미경 시스템은, 상기 추적용 레이저 발생기와 상기 대상 추적기 사이에 위치되어 상기 추적용 레이저 발생기에서 발산되는 빛을 투과시키는 편광 분리기를 더 포함할 수 있다.
상기 편광 분리기는 상기 추적용 레이저 발생기에서 방출되어 상기 대상에서 반사되어 돌아오는 빛을 상기 광 다이오드로 향하도록 편향시킬 수 있다.
뿐만 아니라, 상기 공초점 현미경 시스템은, 상기 영상 획득용 레이저 발생기와 상기 대상 추적기 사이에 위치하여 상기 영상 획득용 레이저 발생기에서 발산되는 빛을 세 개의 축 방향으로 주사하는 삼차원 스캐너를 더 포함할 수 있다.
상기 삼차원 스캐너는, 갈바노 주사 거울 및 공진형 주사 거울을 포함하여 상기 영상 획득용 레이저 발생기에서 발산되는 빛의 횡 방향 주사를 구현하고, 전자식 또는 기계식 초점 변조 렌즈를 포함하여 상기 영상 획득용 레이저 발생기에서 발산되는 빛의 축 방향 주사를 구현할 수 있다.
상기 공초점 현미경 시스템은, 상기 삼차원 스캐너와 상기 대상 추적기 사이에 위치하여 상기 삼차원 스캐너로부터 세 개의 축 방향으로 주사된 빛을 이중 텔레센트릭 구조로 형성시키는 중계 광학계를 더 포함할 수 있다. 상기 중계 광학계를 통과하는 빛은 상기 대상 추적기로 향할 수 있다.
또한, 상기 공초점 현미경 시스템은, 상기 영상 획득용 레이저 발생기와 상기 삼차원 스캐너 사이에 위치하여 상기 영상 획득용 레이저 발생기에서 발산되는 빛을 분리하여 상기 삼차원 스캐너로 전달하는 광 분리기를 더 포함할 수 있다.
상기 광 분리기는, 편광 분리기 또는 이색성광 분리기로 형성될 수 있으며 상기 대상에서 반사된 빛을 상기 광 검출 광학계로 향하도록 반사시킬 수 있다.
상기 공초점 현미경 시스템은, 상기 중계 광학계와 상기 대상 추적기 사이에 위치하여 상기 중계 광학계를 통과하는 빛을 상기 대상 추적기로 향하도록 반사시키는 이색성광 분리기를 더 포함할 수 있다.
일 실시예에 따른 대상 추적 장치는 측정 대상의 움직임에 따른 성능 저하를 보상하기 위해 상대 좌표계의 원리를 이용하여 움직이는 대상을 능동적으로 추적할 수 있다.
또한, 일 실시예에 따른 공초점 현미경 시스템은 의료-생명 분야 연구를 위해 살아있는 대상을 측정할 경우, 대상의 호흡, 맥박 등에 의해 발생하는 움직임에 따른 광학적 분해능의 저하와 상대 운동을 제거하고, 정지 대상을 관찰할 때와 동일한 3차원 영상을 획득할 수 있다.
그에 따라, 공초점 현미경 시스템을 생체 내 영상화에 적용하고, 암 진단 등에 사용되는 조직검사법의 대체 기술로서 본 기술의 활용하여 환자로부터 직접 조직을 채취하지 않고도 체내에서 조직검사를 진행할 수 있다.
도1은 대상 추적 장치를 포함한 공초점 현미경 시스템을 나타낸다.
도2 및 도3은 대상 추적 장치의 동작 원리를 나타낸다.
도4 및 도5는 공초점 현미경 시스템의 3차원 영상 획득 원리를 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 공초점 현미경의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 일 실시예에 따른 공초점 현미경의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고, 일 실시예에 따른 공초점 현미경의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
도1은 대상 추적 장치를 포함한 공초점 현미경 시스템을 나타내고, 도2 및 도3은 대상 추적 장치의 동작 원리를 나타낸다. 도4 및 도5는 공초점 현미경 시스템의 3차원 영상 획득 원리를 나타낸다.
도1을 참조하면, 일 실시예에 따른 공초점 현미경 시스템(10)은, 영상을 획득함에 있어서 측정 대상의 이동에 따른 오차를 보상하기 위한 능동 대상 추적 장치(100)을 포함할 수 있다.
상기 대상 추적 장치(100)는 빛을 방출하는 추적용 레이저 발생기(Tracking laser; 110), 추적용 레이저 발생기(110)에서 방출한 빛을 대상(120)에 집광시키는 대물 렌즈(130) 및 대상(120)에서 반사된 빛의 세기를 검출하는 광 다이오드(Photo-diode; 140)를 포함한다.
대상 추적 장치(100)는 상기 광 다이오드(140)에서 측정된 빛의 세기를 바탕으로 대상(120)의 이동에 의한 오차의 보상 정도를 측정할 수 있다. 즉, 대상 추적 장치(100)는 추적용 레이저 발생기(110)와 대물 렌즈(130) 사이에 위치되어 대상(120)의 이동에 의한 오차를 보상하는 대상 추적기(150) 및 광 다이오드(140)로부터 측정된 빛의 세기를 기초로 상기 대상에서 반사된 빛의 세기가 강해지는 방향으로 추적 신호를 생성하여 대상 추적기(150)를 제어할 수 있는 제어부(160)를 더 포함할 수 있다.
또한, 대상 추적 장치(100)는 추적용 레이저 발생기(110)와 대상 추적기(150) 사이에 위치되어 추적용 레이저 발생기(110)에서 발산되는 빛을 투과시키는 편광 분리기(Polarization beamsplitter; 170)를 더 포함하고, 상기 편광 분리기(170)는 대상(120)에서 반사되어 돌아오는 빛을 광 다이오드(140)로 향하도록 편향시킬 수 있다.
또한, 일 실시예에 따른 공초점 현미경 시스템(10) 빛을 방출하는 영상 획득용 레이저 발생기(Imaging laser; 200), 영상 획득용 레이저 발생기(200)에서 방출된 빛은 대물 렌즈(130)에 의하여 대상(120)에 주사될 수 있다.
상기 대상 추적기(150)는 영상 획득용 레이저 발생기(200)와 대물 렌즈(130) 사이에 위치하여 대상(120)의 이동에 따른 오차를 보상하기 위하여 영상 획득용 레이저 발생기(200)에서 발산된 빛의 경로를 변조시킬 수 있다.
또한, 상기 제어부(160)는 영상 획득용 레이저 발생기(200)에서 방출되어 대상(120)에서 반사된 빛을 검출하는 광 검출 광학계(300) 및 광 검출 광학계(300)에서 검출된 빛의 신호를 통하여 영상을 복원할 수 있다.
뿐만 아니라, 공초점 현미경 시스템(10)은 영상 획득용 레이저 발생기(200)와 대상 추적기(150) 사이에 위치하여 영상 획득용 레이저 발생기(200)에서 발산되는 빛을 세 개의 축 방향으로 주사하는 삼차원 스캐너(3D scanner; 400)를 더 포함할 수 있다.
공초점 현미경 시스템은, 상기 삼차원 스캐너(400)와 대상 추적기(150) 사이에 위치하여 삼차원 스캐너(400)로부터 세 개의 축 방향으로 주사된 빛을 이중 텔레센트릭 구조(Double telecentric system)로 형성시키는 중계 광학계(Relay optics; 500)를 더 포함할 수 있다. 상기 중계 광학계(500)를 통과하는 빛은 대상 추적기(150)로 향할 수 있다.
또한, 공초점 현미경 시스템(10)은, 중계 광학계(500)와 대상 추적기(150) 사이에 위치하여 중계 광학계(500)를 통과하는 빛을 대상 추적기(150)로 향하도록 반사시키는 이색성광 분리기(600)를 더 포함할 수 있다.
공초점 현미경 시스템(10)은, 영상 획득용 레이저 발생기(200)와 삼차원 스캐너(400) 사이에 위치하여 영상 획득용 레이저 발생기(200)에서 발산되는 빛을 분리하여 삼차원 스캐너(400)로 전달하는 광 분리기(700)를 더 포함할 수 있다.
이하에서는 도2 및 도3을 참조하여 대상 추적 장치(100)의 동작 원리를 설명한다.
도2를 참조하면, 수평 또는 수직 방향의 선형 편광을 갖는 추적용 레이저 발생기(110)에서 발산된 빛은 상기 빛의 편광을 투과시키는 편광 분리기(170)를 통과하여 대상 추적기(150)에 도달한다.
대상 추적기(150)는 측정하고자 하는 대상(120)의 종류 및 사용 목적에 따라 여러 가지 형태로 구성될 수 있다. 즉, 1축, 2축, 3축 등 다양한 방향의 자유도를 가질 수 있다.
일 실시예로서 동물 실험 시 호흡기 주변의 조직을 3차원 영상화한다면, 해당 조직은 1축 방향의 주된 움직임을 갖고 횡 방향 움직임은 무시할 수 있는 수준이므로, 1축 방향의 자유도를 제공할 수 있는 선형 모터 (Linear motor) 또는 전자초점변조렌즈 (Electrical tunable focus lens) 등의 구동기가 대상 추적기로 사용될 수 있다.
횡 방향의 자유도가 필요한 경우, 압전 구동기를 이용한 1축, 2축 기울임 거울 (Tilt mirror)을 축 방향 구동기와 함께 사용하여 총 2축, 3축의 자유도를 갖는 대상 추적기(150)를 구현할 수 있다.
대상(120) 추적을 시작한 시점에서의 추적 장치는 영점 (Zero point, 0)에 위치하며, 이러한 대상 추적기(150)를 통과한 빛은 대물 렌즈(130)를 통과하여 대상(120) 상의 한 점에 초점을 맺게 된다. 해당 초점에서 반사된 빛은 대물 렌즈(130), 대상 추적기(150)를 다시 거쳐 편광 분리기(170)로 돌아가게 된다.
돌아오는 빛은 편광 분리기(170) 바로 다음에 위치한 파장판(Wave plate; 미도시)를 왕복으로 거치면서 편광 방향이 회전된 상태로 편광 분리기(170)에 반사되어 광 다이오드(140) 쪽으로 향하게 된다. 광 다이오드(140)는 반사된 빛의 세기를 검출하여 제어부(160)로 전기적 신호를 전송하며, 초점 위치와 대상(120)의 위치가 일치할수록 더 강한 빛이 반사된다.
따라서, 제어부(160)를 통해 신호 강도가 강해지는 방향으로 추적 신호를 생성하여 대상 추적기(150)를 제어하면, 초점 위치와 대상(120)의 위치를 일치시킬 수 있다.
도3을 참조하면, 움직이는 대상(120)의 경우 위치가 지속적으로 변하므로, 측정 대상(120)의 한 지점에 레이저 반사도가 높은 기준점과 기준 좌표계(A)를 생성한 후, 해당 기준점의 변화에 따라 같은 방식으로 초점 위치를 대상 위치와 일치하도록 대상 추적기(150)를 구동하며 상대 좌표계(B, C)를 재설정하면, 측정 대상(120)의 움직임을 지속적으로 따라다니며 보상하는 것이 가능하다. 이렇게 능동 대상 추적 장치를 이용하여 대상의 움직임을 보상할 수 있다.
즉, 대상(120)이 움직이면 대상 추적 장치(100)는 초점 위치를 변경하여 기준점을 따라가도록 제어하고, 지속적인 좌표 변환을 통해 새로운 좌표계(B, C)의 원점이 기준 좌표계(A)의 원점과 일치하도록 구성한다. 이러한 구성을 통해 새로 설정된 좌표계(B, C)는 측정 대상(120)에 대해 상대운동을 하지 않고, 따라서 새로 설정된 좌표계(B, C) 내에서는 측정 대상(120)이 항상 원점에 정지해있는 것처럼 보이게 된다. 따라서 대상 추적 장치(100)의 역할은 대상(120)의 기준점을 원점으로 하는 새로운 좌표계를 지속적으로 생성하는 것이다.
따라서, 대상 추적기(150) 및 제어부(160)는, 추적용 레이저 발생기(110)에서 발산되어 대상(120)에서 반사되는 빛의 세기가 강해지도록, 추적 신호를 따라 대상(120)에서 반사되는 빛의 초점 위치가 대상(120)에 기설정된 기준점에 일치되도록 보상할 수 있다.
그에 따라, 대상 추적기(150) 및 제어부(160)는, 대상(120)의 이동에 따라 대상(120)에서 반사되는 빛의 초점 위치를 대상(120)에 기설정된 기준점에 일치시킴으로, 지속적인 좌표 변환을 통해 생성된 새로운 좌표의 기준점이 대상(120)에 기설정된 기준점과 일치되도록 할 수 있다.
이하에서는 도4 및 도5를 참조하여 공초점 현미경 시스템(10)의 3차원 영상 획득 원리를 설명한다.
도4를 참조하면, 영상 획득용 레이저 발생기(200)에서 발산되는 빛은 어떠한 파장과 편광을 가져도 무방하나, 추적용 레이저 발생기(110)와는 다른 파장을 갖도록 설정하여 이색성광 분리기(600)로 광 분리가 가능하도록 구성하여야 한다.
영상 획득용 레이저 발생기(200)에서 발산된 빛은 광 분리기(700)를 통과하고, 광 분리기(700)는 반사형 공초점 레이저 주사 현미경의 경우 편광 분리기, 형광형 공초점 레이저 주사 현미경의 경우 이색성 광 분리기로 구성될 수 있다.
광 분리기(700)를 통과한 빛은 삼차원 스캐너(400)에 도달하여 3축 방향으로 주사된다. 이때 횡 방향 주사는 일반적으로 사용되는 갈바노 주사 거울 (Galvanometer scanning mirror)과 공진형 주사 거울 (Resonant scanning mirror)의 조합, 또는 갈바노 주사 거울 두 개를 이용하여 구현하거나 다각형 거울 (Polygon mirror)과 갈바노 주사 거울의 조합 등으로 자유롭게 구현할 수 있다. 또한, 축 방향 주사는 전자식 또는 기계식 초점 변조 렌즈를 사용하여 구현할 수 있다.
3축 방향으로 주사된 빛은 중계 광학계(500)에 의해 2중 텔레센트릭 구조 (Double telecentric system)를 형성하며, 이색성 광 분리기(600)에 의해 반사되고 대상 추적기(150)에 의해 상기 빛의 경로가 변조된 후 대물 렌즈(130)의 후면에 주사되고, 대물 렌즈(130)를 통과한 빛은 대상(120)에서 3차원으로 주사된다. 이를 3D 래스터 주사 (Raster scan)이라고 하며, 상대 좌표계에 대한 좌표값을 갖는다.
래스터 주사된 빛은 대상(120)에서 반사된 후 다시 대물 렌즈(130), 대상 추적기(150), 이색성 광 분리기(600), 중계 광학계(5500), 삼차원 스캐너(400)를 거쳐 광 분리기(700)에 반사되어 광 검출 광학계(300)에 도달한다.
대상 추적을 위한 광 다이오드(140)와는 달리 광 검출 광학계(300)는 집광 렌즈 (Collecting lens)와 핀홀 (Pinhole) 등을 포함하여 공초점 현미경을 구현할 수 있다. 검출된 광 신호는 제어부(160)의 영상 획득 프로그램을 통해 3차원 영상으로 복원된다.
도5를 참조하면, 측정 대상(1200이 움직이더라도 도2및 도3에서 설명한 대상 추적 장치(100)가 측정 대상(120)의 한 지점을 원점으로 하는 좌표계를 새로이 설정(N)하므로, 마치 대상(120)이 원점에 정지해있는 것처럼 보면서 3차원 래스터 주사 (A, B)를 할 수 있다.
만일 대상 추적 장치(100)가 동작하지 않는 상태라면, 대상(120)이 다른 위치로 이동하더라도 3차원 스캐너(400)는 원래의 좌표계에서 주사(A)를 계속할 것이고, 획득한 3차원 영상은 원래와 다른 형태로 틀어지게 된다.
따라서 공초점 현미경 시스템(10)의 역할은 지속적으로 새로이 설정되는 좌표계에 대해 3차원 레이저 주사를 함으로써, 측정 대상의 정확한 3차원 형상을 획득하는 것이다.
이와 같은 공초점 현미경 시스템(10)은 3차원 영상 획득의 경우 기존의 공초점 현미경의 기본적인 구성을 유지하되, 대물 렌즈(130) 후면 공액 지점으로 옮겨 삼차원 스캐너(400)를 구현함으로써 대상 추적 장치(100)의 설치 공간을 마련할 수 있게 되었다.
그에 따라, 측정 대상(120)의 추적을 위한 광학계와 대상(120)의 움직임을 보상하기 위한 구동기를 설치하여 대상(120)의 움직임을 측정하고, 이를 보상하여 대상(120)의 위치와 초점 위치가 항상 일치하도록 할 수 있다.
이러한 방식을 통해 측정 대상(120)의 위치가 실시간으로 변화하여도 폐루프 제어(Closed-loop control)를 통해 초점 위치와 대상(120)의 위치가 일치한 채로 유지될 수 있다.
따라서, 대상 추적 장치(100)는 측정 대상의 움직임에 따른 성능 저하를 보상하기 위해 상대 좌표계의 원리를 이용하여 움직이는 대상을 능동적으로 추적할 수 있다.
또한, 공초점 현미경 시스템(10)은 의료-생명 분야 연구를 위해 살아있는 대상을 측정할 경우, 대상의 호흡, 맥박 등에 의해 발생하는 움직임에 따른 광학적 분해능의 저하와 상대 운동을 제거하고, 정지 대상을 관찰할 때와 동일한 3차원 영상을 획득할 수 있다.
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 : 공초점 현미경 시스템
100 : 대상 추적 장치
110 : 추적용 레이저 발생기
120 : 대상
130 : 대물 렌즈
140 : 광 다이오드
150 : 대상 추적기
160 : 제어부
170 : 편광 분리기
200 : 영상 획득용 레이저 발생기
300 : 광 검출 광학계
400 : 삼차원 스캐너
500 : 중계 광학계
600 : 이색성광 분리기
700 : 광 분리기

Claims (13)

  1. 영상을 획득함에 있어서 측정 대상의 이동에 따른 오차를 보상하기 위한 능동 대상 추적 장치에 있어서,
    빛을 방출하는 추적용 레이저 발생기;
    상기 추적용 레이저 발생기에서 방출한 빛을 대상에 집광시키는 대물 렌즈;
    상기 대상에서 반사된 빛의 세기를 검출하는 광 다이오드;
    상기 추적용 레이저 발생기와 상기 대물 렌즈 사이에 위치되어, 상기 대상의 이동에 의한 오차를 보상하는 대상 추적기; 및
    상기 광 다이오드로부터 측정된 빛의 세기를 기초로 상기 대상에서 반사된 빛의 세기가 강해지는 방향으로 추적 신호를 생성하여 상기 대상 추적기를 제어할 수 있는 제어부;
    를 포함하고,
    상기 대상 추적기 및 상기 제어부는, 상기 대상에서 반사되는 빛의 세기가 강해지도록 상기 추적 신호를 따라 상기 대상에서 반사되는 빛의 초점 위치가 상기 대상에 기설정된 기준점에 일치되도록 보상하고,
    상기 대상 추적기 및 상기 제어부는, 상기 대상의 이동에 따라 상기 대상에서 반사되는 빛의 초점 위치를 상기 대상에 기설정된 기준점에 일치시킴으로써 지속적인 좌표 변환을 통해 생성된 새로운 좌표의 기준점이 상기 대상에 기설정된 기준점과 일치하도록 하여,
    상기 광 다이오드에서 측정된 빛의 세기를 바탕으로 상기 대상의 이동에 의한 오차의 보상 정도를 측정하는, 대상 추적 장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 추적용 레이저 발생기와 상기 대상 추적기 사이에 위치되어 상기 추적용 레이저 발생기에서 발산되는 빛을 투과시키는 편광 분리기를 더 포함하고,
    상기 편광 분리기는 상기 대상에서 반사되어 돌아오는 빛을 상기 광 다이오드로 향하도록 편향시킬 수 있는, 대상 추적 장치.
  6. 빛을 방출하는 영상 획득용 레이저 발생기;
    상기 영상 획득용 레이저 발생기에서 방출된 빛을 대상에 주사하는 대물 렌즈;
    상기 영상 획득용 레이저 발생기와 상기 대물 렌즈 사이에 위치하여, 상기 대상의 이동에 따른 오차를 보상하기 위하여 상기 영상 획득용 레이저 발생기에서 방출한 빛의 경로를 변조시키는 대상 추적기;
    상기 대상에서 반사된 빛을 검출하는 광 검출 광학계;
    상기 광 검출 광학계에서 검출된 빛의 신호를 통하여 영상을 복원할 수 있는 제어부;
    빛을 방출하는 추적용 레이저 발생기; 및
    상기 추적용 레이저 발생기에서 방출되어 상기 대상에서 반사된 빛의 세기를 검출하는 광 다이오드;
    포함하고,
    상기 대물 렌즈는, 상기 추적용 레이저 발생기에서 방출한 빛을 대상에 집광시킬 수 있고,
    상기 제어부는, 상기 광 다이오드로부터 측정된 빛의 세기를 기초로, 상기 추적용 레이저 발생기에서 방출되어 상기 대상에서 반사된 빛의 세기가 강해지는 방향으로 추적 신호를 생성하여 상기 대상 추적기를 제어하며,
    상기 대상 추적기 및 상기 제어부는, 상기 추적 신호를 따라 상기 추적용 레이저 발생기에서 방출되어 상기 대상에서 반사되는 빛의 초점 위치가 상기 대상에 기설정된 기준점에 일치되도록 보상하고,
    상기 대상 추적기 및 상기 제어부는, 상기 대상의 이동에 따라 상기 대상에서 반사되는 빛의 초점 위치를 상기 대상에 기설정된 기준점에 일치시킴으로써 지속적인 좌표 변환을 통해 생성된 새로운 좌표의 기준점이 상기 대상에 기설정된 기준점과 일치하도록 하여, 상기 대상에서 반사되는 빛의 세기가 강해지도록 하는,공초점 현미경 시스템.
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 제6항에 있어서,
    상기 추적용 레이저 발생기와 상기 대상 추적기 사이에 위치되어 상기 추적용 레이저 발생기에서 발산되는 빛을 투과시키는 편광 분리기를 더 포함하고,
    상기 편광 분리기는 상기 추적용 레이저 발생기에서 방출되어 상기 대상에서 반사되어 돌아오는 빛을 상기 광 다이오드로 향하도록 편향시킬 수 있는, 공초점 현미경 시스템.
  10. 제6항 또는 제9항에 있어서,
    상기 영상 획득용 레이저 발생기와 상기 대상 추적기 사이에 위치하여, 상기 영상 획득용 레이저 발생기에서 발산되는 빛을 세 개의 축 방향으로 주사하는 삼차원 스캐너를 더 포함하고,
    상기 삼차원 스캐너는, 갈바노 주사 거울 및 공진형 주사 거울을 포함하여 상기 영상 획득용 레이저 발생기에서 발산되는 빛의 횡 방향 주사를 구현하고,
    전자식 또는 기계식 초점 변조 렌즈를 포함하여 상기 영상 획득용 레이저 발생기에서 발산되는 빛의 축 방향 주사를 구현하는, 공초점 현미경 시스템.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 삼차원 스캐너와 상기 대상 추적기 사이에 위치하여, 상기 삼차원 스캐너로부터 세 개의 축 방향으로 주사된 빛을 이중 텔레센트릭 구조로 형성시키는 중계 광학계를 더 포함하고,
    상기 중계 광학계를 통과하는 빛은 상기 대상 추적기로 향하는, 공초점 현미경 시스템.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 영상 획득용 레이저 발생기와 상기 삼차원 스캐너 사이에 위치하여, 상기 영상 획득용 레이저 발생기에서 발산되는 빛을 분리하여 상기 삼차원 스캐너로 전달하는 광 분리기를 더 포함하고,
    상기 광 분리기는, 편광 분리기 또는 이색성광 분리기로 형성될 수 있으며, 상기 대상에서 반사된 빛을 상기 광 검출 광학계로 향하도록 반사시키는, 공초점 현미경 시스템.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 중계 광학계와 상기 대상 추적기 사이에 위치하여, 상기 중계 광학계를 통과하는 빛을 상기 대상 추적기로 향하도록 반사시키는 이색성광 분리기를 더 포함하는, 공초점 현미경 시스템.
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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006099129A (ja) 2005-11-08 2006-04-13 Hamamatsu Photonics Kk 共焦点顕微鏡
KR100964251B1 (ko) * 2008-08-08 2010-06-16 나노스코프시스템즈 (주) 빔 스캐닝 방식의 크로마틱 공초점 현미경
KR101502236B1 (ko) * 2013-10-25 2015-03-12 한양대학교 산학협력단 3 차원 다색 형광 공초점 현미경 및 이를 사용하는 시편의 깊이의 정보를 생성하는 방법

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