KR101826226B1 - 자동 보정 집광렌즈를 이용한 자동으로 초점을 조절하는 방법 및 장치 - Google Patents

자동 보정 집광렌즈를 이용한 자동으로 초점을 조절하는 방법 및 장치 Download PDF

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자동 보정 집광렌즈를 이용한 자동으로 초점을 조절하는 방법 및 장치가 제시된다. 자동 보정 집광렌즈를 이용한 자동으로 초점을 조절하는 방법은 광원에서 조사된 빛을 집광렌즈(Condenser lens)와 대물렌즈로 통과시켜 카메라를 통해 영상을 획득하는 단계; 획득된 영상을 분석하여 상기 집광렌즈의 높이에 따라 빛이 조사되는 영역의 위치의 변화량을 분석하는 단계; 및 분석 결과에 따라 상기 집광렌즈를 Z축 방향으로 이동시켜 상기 집광렌즈와 상기 대물렌즈 사이의 거리를 조절하여 자동으로 초점을 맞추는 단계를 포함할 수 있다.

Description

자동 보정 집광렌즈를 이용한 자동으로 초점을 조절하는 방법 및 장치{Method and Apparatus for Controlling Focus Automatically Using Automated Condenser Lens Calibration}
아래의 실시예들은 자동 보정 집광렌즈를 이용한 자동으로 초점을 조절하는 방법 및 장치에 관한 것이다. 더욱 상세하게는, 두 개의 렌즈의 상대적인 거리를 측정하여 오토 포커싱을 하는 자동 보정 집광렌즈를 이용한 자동으로 초점을 조절하는 방법 및 장치에 관한 것이다.
측정 대상물(피사체)의 이미지를 획득하는 광학 시스템(현미경)에서 선명한 이미지를 획득하기 위해서는 측정 대상물이 대물렌즈의 정해진 초점 거리에 위치해야 한다. 렌즈의 초점 거리는 단 하나의 위치 값이 아닌, 초점이 맞은 것으로 인식되는 범위를 가지고 있고 이를 피사계 심도(Depth of Field)라 한다.
자동 초점(Auto Focus)은 피사체에 초점을 자동으로 맞추는 것으로 피사체가 렌즈의 초점 거리에서 피사계 심도 범위 내에 위치하도록 하는 것을 말한다.
한국공개특허 10-2009-0061138호는 이러한 자동 초점 조절 장치 및 그 방법에 관한 것으로, 광학 장치에 부착되거나 그 자체로서 단독으로 사용되어 초점을 자동으로 조절할 수 있는 장치에 관한 기술을 기재하고 있다.
실시예들은 자동 보정 집광렌즈를 이용한 자동으로 초점을 조절하는 방법 및 장치에 관하여 기술하며, 보다 구체적으로 집광렌즈(Condenser lens)의 높이에 따라 빛이 조사되는 영역의 위치의 변화량을 분석하여 자동으로 최적의 집광렌즈의 위치를 찾을 수 있는 기술을 제공한다.
실시예들은 다수의 2D 이미지를 획득하고 분석을 통해 3D 흡수도를 획득함으로써, 3차원 영상을 복원할 수 있는 자동 보정 집광렌즈를 이용한 자동으로 초점을 조절하는 방법 및 장치를 제공하는데 있다.
실시예들은 디지털 마이크로미러 소자(Digital Micromirror Device, DMD) 필터의 패턴을 변경하여 굴절률을 조절함으로써 샘플의 내부를 정확하게 확인할 수 있으며, 실시간으로 촬영을 하여 3D 영상을 획득할 수 있는 자동 보정 집광렌즈를 이용한 자동으로 초점을 조절하는 방법 및 장치를 제공하는데 있다.
일 실시예에 따른 자동 보정 집광렌즈를 이용한 자동으로 초점을 조절하는 방법은 광원에서 조사된 빛을 집광렌즈(Condenser lens)와 대물렌즈로 통과시켜 카메라를 통해 영상을 획득하는 단계; 획득된 영상을 분석하여 상기 집광렌즈의 높이에 따라 빛이 조사되는 영역의 위치의 변화량을 분석하는 단계; 및 분석 결과에 따라 상기 집광렌즈를 Z축 방향으로 이동시켜 상기 집광렌즈와 상기 대물렌즈 사이의 거리를 조절하여 자동으로 초점을 맞추는 단계를 포함한다.
상기 광원에서 조사된 빛을 집광렌즈(Condenser lens)와 대물렌즈로 통과시켜 카메라를 통해 영상을 획득하는 단계는, 상기 집광렌즈에 빛을 돌아가면서 조사하여 영상을 획득하는 단계; 및 최적 포커스(best focus)에서의 상기 집광렌즈의 높이 이전 위치부터 이후 위치까지 반복하여 수행하여 복수의 영상들을 획득하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 획득된 영상을 분석하여 상기 집광렌즈의 높이에 따라 빛이 조사되는 영역의 위치의 변화량을 분석하는 단계는, 획득한 상기 복수의 영상들에서 빛이 조사되는 조사 영역의 중심 위치를 찾는 단계; 및 상기 집광렌즈의 Z축 높이에 따른 조사 영역의 중심 분포를 확인하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 획득한 상기 복수의 영상들에서 빛이 조사되는 조사 영역의 중심 위치를 찾는 단계는, 획득한 상기 복수의 영상들에서 각 화소의 중간값(median)을 이용하여 배경 이미지를 추출하는 단계; 각 영상 별로 상기 배경 이미지와의 차영상(difference image)을 구하는 단계; 상기 차영상을 이진화한 후 형태학적 연산자(Morphological operator) 중 클로즈(close)를 수행하여 작은 블랍(blob)들을 그룹화하는 단계; 및 가장 큰 블랍(blob) 영역의 무게 중심을 구하여 조사 영역의 중심을 찾는 단계를 포함할 수 있다.
상기 최적 포커스를 결정하는 방법은, 상기 집광렌즈의 동일한 Z축 높이에서 획득한 상기 복수의 영상들의 조사 영역의 중앙 위치를 산술 평균으로 산출하는 단계; 산출된 상기 중앙 위치로부터 각 영상의 조사 영역의 중심 위치들까지의 거리의 평균을 산출하는 단계; 산출된 상기 평균의 값이 최소가 되는 위치를 상기 최적 포커스(best focus) 위치로 설정하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 집광렌즈에 빛을 돌아가면서 조사하여 영상을 획득하는 단계는, 디지털 마이크로미러 소자(Digital Micromirror Device, DMD) 필터를 통해 회절 각도를 조절하며 디지털 마이크로미러 소자(DMD) 필터의 패턴을 변경하여 상기 집광렌즈의 특정 위치에 빛을 조사할 수 있다.
다른 실시예에 따른 자동 보정 집광렌즈를 이용한 자동으로 초점을 조절하는 장치는 광원에서 조사된 빛을 집광렌즈(Condenser lens)와 대물렌즈로 통과시켜 카메라를 통해 영상을 획득하는 영상 획득부; 획득된 영상을 분석하여 상기 집광렌즈의 높이에 따라 빛이 조사되는 영역의 위치의 변화량을 분석하는 조사 영역 분석부; 및 분석 결과에 따라 상기 집광렌즈를 Z축 방향으로 이동시켜 상기 집광렌즈와 상기 대물렌즈 사이의 거리를 조절하여 자동으로 초점을 맞추는 거리 조절부를 포함한다.
상기 영상 획득부는, 디지털 마이크로미러 소자(Digital Micromirror Device, DMD) 필터를 통해 회절 각도를 조절하며 디지털 마이크로미러 소자(DMD) 필터의 패턴을 변경하여 상기 집광렌즈의 특정 위치에 빛을 조사하고, 최적 포커스(best focus)에서의 상기 집광렌즈의 높이 이전 위치부터 이후 위치까지 반복하여 수행하여 복수의 영상들을 획득할 수 있다.
상기 조사 영역 분석부는 획득한 상기 복수의 영상들에서 빛이 조사되는 조사 영역의 중심 위치를 찾고, 상기 집광렌즈의 Z축 높이에 따른 조사 영역의 중심 분포를 확인할 수 있다.
상기 최적 포커스는, 상기 집광렌즈의 동일한 Z축 높이에서 획득한 상기 복수의 영상들의 조사 영역의 중앙 위치를 산술 평균으로 산출하고, 산출된 상기 중앙 위치로부터 각 영상의 조사 영역의 중심 위치들까지의 거리의 평균을 산출하며, 산출된 상기 평균의 값이 최소가 되는 위치를 상기 최적 포커스(best focus) 위치로 설정할 수 있다.
실시예들에 따르면 집광렌즈(Condenser lens)의 높이에 따라 빛이 조사되는 영역의 위치의 변화량을 분석하여 자동으로 최적의 집광렌즈의 위치를 찾을 수 있는 자동 보정 집광렌즈를 이용한 자동으로 초점을 조절하는 방법 및 장치를 제공할 수 있다.
실시예들에 따르면 다수의 2D 이미지를 획득하고 분석을 통해 3D 흡수도를 획득함으로써, 3차원 영상을 복원할 수 있는 자동 보정 집광렌즈를 이용한 자동으로 초점을 조절하는 방법 및 장치를 제공할 수 있다.
실시예들에 따르면 디지털 마이크로미러 소자(Digital Micromirror Device, DMD) 필터의 패턴을 변경하여 굴절률을 조절함으로써 샘플의 내부를 정확하게 확인할 수 있으며, 실시간으로 촬영을 하여 3D 영상을 획득할 수 있는 자동 보정 집광렌즈를 이용한 자동으로 초점을 조절하는 방법 및 장치를 제공할 수 있다.
도 1은 일 실시예에 따른 자동 보정 집광렌즈를 이용한 자동으로 초점을 조절하는 장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 일 실시예에 따른 자동 보정 집광렌즈를 이용한 자동으로 초점을 조절하는 장치의 초점 맞추기를 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 일 실시예에 따른 자동 보정 집광렌즈를 이용한 자동으로 초점을 조절하는 장치를 나타내는 블록도이다.
도 4는 일 실시예에 따른 자동 보정 집광렌즈를 이용한 자동으로 초점을 조절하는 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 5 및 도 6은 일 실시예에 따른 Z축 위치에 따른 영상 내 조사 영역의 위치를 나타내는 그래프이다.
도 7은 일 실시예에 따른 Z축 높이에 따른 조사 영역 분포를 나타내는 그래프이다.
도 8 및 도 9는 일 실시예에 따른 Z축 위치에 따른 영상 내 조사 영역의 위치를 설명하기 위한 도면이다.
도 10 내지 도 13은 일 실시예에 따른 집광렌즈의 동일한 Z축 높이에서의 조사 영역을 설명하기 위한 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 실시예들을 설명한다. 그러나, 기술되는 실시예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명되는 실시예들에 의하여 한정되는 것은 아니다. 또한, 여러 실시예들은 당해 기술분야에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 도면에서 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있다.
아래의 실시예들은 광원에서 샘플로 레이저가 조사될 때 레이저 빔이 돌아가면서 다수의 2D 이미지를 획득할 수 있으며, 분석을 통해 토모그램을 하여 3D 흡수도를 획득함으로써 3차원 영상을 복원할 수 있다. 이에 따라 세포를 염색하지 않고도 3차원 영상을 획득할 수 있다. 기존 마이크로스코프(microscope)를 이용하여 세포의 3차원 영상을 확인하는 경우 세포를 염색해야 하나, 세포의 염색 후에는 체내로 주입하기 어려워 다양한 분야에 적용이 어렵다는 문제점이 있다.
더욱이, 실시예들은 샘플을 직접 회전하는 대신 디지털 마이크로미러 소자(DIGITAL MICROMIRROR DEVICE, DMD) 필터의 패턴만 변경하여 사용함으로써 굴절률만으로도 샘플의 내부를 정확하게 확인할 수 있다. 또한, 실시간으로 촬영을 하여 3D 영상을 획득할 수 있다. 예컨대 병원에서 암 세포 등의 3차원 영상을 획득할 수 있으며 산부인과에서 정자의 3차원 영상을 확인하는 것도 가능하다.
아래의 실시예들은 두 개의 렌즈의 상대적인 거리를 측정하여 오토 포커싱을 하는 것으로, 집광렌즈(Condenser lens)의 높이에 따라 빛이 조사되는 영역의 위치의 변화량을 분석하여 자동으로 최적의 집광렌즈의 위치를 찾을 수 있는 기술을 제공한다. 즉, 사용자가 조절하지 않아도 집광렌즈의 높이가 조절되어 자동으로 초점을 맞출 수 있다.
도 1은 일 실시예에 따른 자동 보정 집광렌즈를 이용한 자동으로 초점을 조절하는 장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 1을 참조하면, 일 실시예에 따른 자동 보정 집광렌즈를 이용한 자동으로 초점을 조절하는 장치의 구성은 광원(110), 집광렌즈(130), 초점면(140), 대물렌즈(150), 및 카메라(170)를 포함하여 이루어질 수 있다. 그리고 실시예에 따라 적어도 하나 이상의 거울(mirror)을 더 포함하여 이루어질 수 있다. 예를 들어 광원(110)에서 조사되는 빛을 조절하는 제1 미러(120)가 이용될 수 있으며, 대물렌즈(150)를 통과하여 카메라(170)로 전달되는 빛을 조절하는 제2 미러(160)가 사용될 수 있다. 여기에서 제1 미러(120)는 디지털 마이크로미러 소자(Digital Micromirror Device, DMD)일 수 있다.
광원(Light source)(110)은 샘플(sample)에 광을 조사할 수 있다.
예를 들어, 레이저(laser)가 광원으로 이용될 수 있으며, 광원(Light source)(110)은 측정하고자 하는 세포 등의 샘플에 레이저 빔을 조사할 수 있다. 샘플(sample)은 측정하고자 하는 대상으로, 예컨대 세포, 세균 또는 미생물 등이 될 수 있으며 세포 등을 포함하고 있는 대상물이 될 수도 있다.
집광렌즈(Condenser lens)(130)는 광원(110)으로부터 조사된 빛을 통과시키며, Z축 방향으로 높이 조절이 가능하다. 이에, 집광렌즈(130)의 높이에 따라 빛이 조사되는 영역의 위치의 변화량을 검토하여 자동으로 최적의 집광렌즈(130)의 위치를 찾을 수 있다.
여기서 집광렌즈(Condenser lens)(130)는 빛을 한 곳으로 모으기 위한 렌즈로, 빛을 원하는 방향 및 장소로 집중시키는데 사용되며 목적과 용도에 따라 단순히 빛을 모으는 역할뿐 아니라 상의 해상도를 높이거나 빛을 굴절시킬 수도 있다.
즉, 집광렌즈(Condenser lens)(130)는 초점을 맞추는 것에 따라 밝기 정도만 조절할 수 있으며, 이미지를 맞추는 것은 쉽지 않다. 이에 따라 획득된 영상을 확인하여 초점을 맞출 수 있다.
대물렌즈(Objective lens)(150)는 집광렌즈(130)와 소정 거리 이격되어 배치되며 집광렌즈(130)를 통과한 빛을 통과시킬 수 있다.
여기서, 대물렌즈(Objective lens)(150)는 광학계에서 물체에 가까운 측의 렌즈로, 물체의 상을 맺기 위해 사용될 수 있다. 이때 대물렌즈(150)는 동일한 목적으로 사용되는 반사 거울을 포함할 수도 있다.
초점면(focal plane)(140)은 집광렌즈(130)와 대물렌즈(150) 사이에 형성되어 최적 포커스(best focus)를 확인할 수 있다. 이때 초점이 정확하게 맞으면 어떠한 위치에 놓이더라도 항상 중앙에 빛이 조사될 수 있다.
여기에서 초점면(focal plane)은 광학계의 초점을 통해 광축에 수직인 평면으로, 렌즈를 통과한 빛이 한 점으로 모이는 평면이 될 수 있다.
한편, 포커스 포인트에서 멀어지면 중심에서 먼 위치에 상이 생기고, 가까워지면 중심에 모여서 상이 생길 수 있다.
카메라(camera)(170)는 대물렌즈(150)를 통과한 영상(이미지)을 촬영하는 촬영 장치일 수 있다.
따라서 일 실시예에 따른 자동 보정 집광렌즈를 이용한 자동으로 초점을 조절하는 장치는 두 개의 렌즈의 상대적인 거리를 측정하여 오토 포커싱을 할 수 있다. 이는, 집광렌즈(Condenser lens)의 높이에 따라 빛이 조사되는 영역의 위치의 변화량을 분석하여 자동으로 최적의 집광렌즈의 위치를 찾음으로써 수행될 수 있다.
도 2는 일 실시예에 따른 자동 보정 집광렌즈를 이용한 자동으로 초점을 조절하는 장치의 초점 맞추기를 설명하기 위한 도면이다.
도 2를 참조하면, 일 실시예에 따른 자동 보정 집광렌즈를 이용한 자동으로 초점을 조절하는 장치의 구성은 집광렌즈(230), 초점면(240), 및 대물렌즈(250)를 포함하여 이루어질 수 있으며, 각 구성에 대한 설명은 도 1에서 설명하였으므로 중복되는 설명은 생략하고 간략히 설명한다.
광원으로부터 조사된 빛은 집광렌즈(Condenser lens)(230) 및 대물렌즈(Objective lens)(250)를 통과하여 카메라를 통해 영상을 획득할 수 있다. 여기서, 집광렌즈(230)와 대물렌즈(250)는 소정 거리 이격되어 배치되며, 집광렌즈(230)를 Z축 방향으로 이동시켜 집광렌즈(230)와 대물렌즈(250) 사이의 거리를 조절할 수 있다.
이때, 도 2a에 도시된 바와 같이 집광렌즈(230)의 높이에 따라 빛이 조사되는 영역의 위치의 변화량을 분석하여 자동으로 최적의 집광렌즈(230)의 위치를 찾을 수 있다.
초점면(focal plane)(240)은 집광렌즈(230)와 대물렌즈(250) 사이에 형성되어 최적 포커스(best focus)를 확인할 수 있다. 이때 초점이 정확하게 맞으면 어떠한 위치에 놓이더라도 항상 중앙에 빛이 조사될 수 있다.
한편, 도 2b에 도시된 바와 같이 포커스 포인트에서 멀어지면 중심에서 먼 위치에 상이 생기고, 도 2c에 도시된 바와 같이 가까워지면 중심에 모여서 상이 생길 수 있다.
도 3은 일 실시예에 따른 자동 보정 집광렌즈를 이용한 자동으로 초점을 조절하는 장치를 나타내는 블록도이다.
도 3을 참조하면, 일 실시예에 따른 자동 보정 집광렌즈를 이용한 자동으로 초점을 조절하는 장치(300)는 영상 획득부(310), 조사 영역 분석부(320), 및 거리 조절부(330)를 포함하여 이루어질 수 있다. 예를 들어, 자동 보정 집광렌즈를 이용한 자동으로 초점을 조절하는 장치는 집광렌즈와 대물렌즈가 각각 위, 아래에 하나씩 배치되고 광원으로부터 조사된 빛이 통과해서 카메라로 전달됨으로써 영상을 획득할 수 있다. 이에 따라 사용자가 조절하지 않아도 집광렌즈의 높이가 조절되어 자동으로 초점을 맞출 수 있다.
영상 획득부(310)는 광원에서 조사된 빛을 집광렌즈(Condenser lens)와 대물렌즈로 통과시켜 카메라를 통해 영상을 획득할 수 있다.
특히, 영상 획득부(310)는 디지털 마이크로미러 소자(Digital Micromirror Device, DMD) 필터를 통해 회절 각도를 조절하며 디지털 마이크로미러 소자(DMD) 필터의 패턴을 변경하여 집광렌즈의 특정 위치에 빛을 조사하고, 최적 포커스(best focus)에서의 집광렌즈의 높이 이전 위치부터 이후 위치까지 반복하여 수행하여 복수의 영상들을 획득할 수 있다.
여기서, 디지털 마이크로미러 소자(Digital Micromirror Device, DMD)는 패턴을 이용하여 빛의 굴절률을 조절할 수 있다. 예를 들어 디지털 마이크로미러 소자(DMD)를 주기 제어가능 반사형 진폭 회절 격자로 활용하여, 서로 다른 각도를 가지도록 입사광을 제어하며 안정적이고 빠르게 입사광을 제어함으로써, 고속 정밀하게 3차원 굴절률을 측정 가능하다. 또한, 디지털 마이크로미러 소자(DMD)는 회절 한계까지 축소하여 디지털 마이크로미러 소자의 다수의 픽셀들을 그룹핑하여 형성되는 수퍼픽셀을 구성하는 픽셀들을 구별할 수 없도록 만들어, 위상이 0~2π까지 조절 가능한 수퍼픽셀 배열을 형성하고, 수퍼픽셀 배열의 위상을 조절하여 선형적인 위상의 기울기를 가진 입사광의 평면파 진행 각도를 제어할 수 있다. 더욱이, 디지털 마이크로미러 소자는 개별 광원 제어가능 레이저 배열로 활용(individual source controllable laser array)할 수 있으며, 시스템의 광학 정렬의 푸리에 평면(Fourier plane) 상에 위치시키고, 빛을 반사시키는 마이크로미러의 위치를 바꿔줌으로써 샘플에 입사되는 빛의 각도를 제어할 수 있다.
여기에서 최적 포커스(best focus)는 아래의 방법에 의해 설정될 수 있다.
집광렌즈의 동일한 Z축 높이에서 획득한 복수의 영상들의 조사 영역의 중앙 위치를 산술 평균으로 산출하고, 산출된 중앙 위치로부터 각 영상의 조사 영역의 중심 위치들까지의 거리의 평균을 산출하며, 산출된 평균의 값이 최소가 되는 위치를 최적 포커스(best focus) 위치로 설정할 수 있다.
조사 영역 분석부(320)는 획득된 영상을 분석하여 집광렌즈의 높이에 따라 빛이 조사되는 영역의 위치의 변화량을 분석할 수 있다.
조사 영역 분석부(320)는 획득한 복수의 영상들에서 빛이 조사되는 조사 영역의 중심 위치를 찾고, 집광렌즈의 Z축 높이에 따른 조사 영역의 중심 분포를 확인할 수 있다.
거리 조절부(330)는 분석 결과에 따라 집광렌즈를 Z축 방향으로 이동시켜 집광렌즈와 대물렌즈 사이의 거리를 조절하여 자동으로 초점을 맞출 수 있다.
도 4는 일 실시예에 따른 자동 보정 집광렌즈를 이용한 자동으로 초점을 조절하는 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 4를 참조하면, 일 실시예에 따른 자동 보정 집광렌즈를 이용한 자동으로 초점을 조절하는 방법은 광원에서 조사된 빛을 집광렌즈(Condenser lens)와 대물렌즈로 통과시켜 카메라를 통해 영상을 획득하는 단계(410), 획득된 영상을 분석하여 집광렌즈의 높이에 따라 빛이 조사되는 영역의 위치의 변화량을 분석하는 단계(420), 및 분석 결과에 따라 집광렌즈를 Z축 방향으로 이동시켜 집광렌즈와 대물렌즈 사이의 거리를 조절하여 자동으로 초점을 맞추는 단계(430)를 포함하여 이루어질 수 있다.
여기에서 집광렌즈에 빛을 돌아가면서 조사하여 영상을 획득하는 단계는, 디지털 마이크로미러 소자(Digital Micromirror Device, DMD) 필터를 통해 회절 각도를 조절하며 디지털 마이크로미러 소자(DMD) 필터의 패턴을 변경하여 집광렌즈의 특정 위치에 빛을 조사할 수 있다.
실시예들에 따르면 집광렌즈(Condenser lens)의 높이에 따라 빛이 조사되는 영역의 위치의 변화량을 분석하여 자동으로 최적의 집광렌즈의 위치를 찾을 수 있는 자동 보정 집광렌즈를 이용한 자동으로 초점을 조절하는 방법 및 장치를 제공할 수 있다.
또한, 실시예들에 따르면 디지털 마이크로미러 소자(DMD) 필터의 패턴을 변경하여 굴절률을 조절함으로써 샘플의 내부를 정확하게 확인할 수 있으며, 실시간으로 촬영을 하여 3D 영상을 획득할 수 있는 자동 보정 집광렌즈를 이용한 자동으로 초점을 조절하는 방법 및 장치를 제공할 수 있다.
아래에서는 일 실시예에 따른 자동 보정 집광렌즈를 이용한 자동으로 초점을 조절하는 방법의 각 단계에 대해 상세히 설명하기로 한다.
일 실시예에 따른 자동 보정 집광렌즈를 이용한 자동으로 초점을 조절하는 방법은 도 3에서 설명한 일 실시예에 따른 자동 보정 집광렌즈를 이용한 자동으로 초점을 조절하는 장치를 이용하여 더 구체적으로 설명할 수 있다. 여기에서 일 실시예에 따른 자동 보정 집광렌즈를 이용한 자동으로 초점을 조절하는 장치(300)는 영상 획득부(310), 조사 영역 분석부(320), 및 거리 조절부(330)를 포함하여 이루어질 수 있다.
단계(410)에서, 영상 획득부(310)는 광원에서 조사된 빛을 집광렌즈(Condenser lens)와 대물렌즈로 통과시켜 카메라를 통해 영상을 획득할 수 있다.
광원에서 조사된 빛을 집광렌즈(Condenser lens)와 대물렌즈로 통과시켜 카메라를 통해 영상을 획득하기 위해, 영상 획득부(310)는 집광렌즈에 빛을 돌아가면서 조사하여 영상을 획득하고, 최적 포커스(best focus)에서의 집광렌즈의 높이 이전 위치부터 이후 위치까지 반복하여 수행하여 복수의 영상들을 획득할 수 있다.
다시 말하면, 집광렌즈에 빛을 돌아가면서 조사하면서 영상을 한 바퀴 돌 때마다 획득하여 영상에서 중앙으로부터의 거리를 측정할 수 있으며, 영상의 거리를 측정하여 가장 좁은 위치를 찾아 집광렌즈와 대물렌즈의 정확한 위치를 찾아줄 수 있다.
특히, 영상 획득부(310)는 디지털 마이크로미러 소자(Digital Micromirror Device, DMD) 필터를 통해 회절 각도를 조절하며 디지털 마이크로미러 소자(DMD) 필터의 패턴을 변경하여 집광렌즈의 특정 위치에 빛을 조사할 수 있다.
예를 들어 영상 획득부(310)는 미리 정해진 9개의 디지털 마이크로미러 소자(DMD) 패턴을 순차적으로 변경하여 집광렌즈에 빛을 조사하여 영상을 획득할 수 있다. 이후, 위 과정을 집광렌즈의 최적 포커스(best focus)의 높이 이전 위치부터 이를 지나친 위치까지 반복하여 수행할 수 있다.
단계(420)에서, 조사 영역 분석부(320)는 획득된 영상을 분석하여 집광렌즈의 높이에 따라 빛이 조사되는 영역의 위치의 변화량을 분석할 수 있다.
획득된 영상을 분석하여 집광렌즈의 높이에 따라 빛이 조사되는 영역의 위치의 변화량을 분석하기 위해, 조사 영역 분석부(320)는 획득한 복수의 영상들에서 빛이 조사되는 조사 영역의 중심 위치를 찾고, 집광렌즈의 Z축 높이에 따른 조사 영역의 중심 분포를 확인할 수 있다.
획득한 복수의 영상들에서 빛이 조사되는 조사 영역의 중심 위치를 찾기 위해, 조사 영역 분석부(320)는 획득한 복수의 영상들에서 각 화소의 중간값(median)을 이용하여 배경 이미지를 추출할 수 있다. 그리고 각 영상 별로 배경 이미지와의 차영상(difference image)을 구할 수 있다. 이후, 차영상을 이진화한 후 형태학적 연산자(Morphological operator) 중 클로즈(close)를 수행하여 미세한 점들을 제거하고 작은 블랍(blob)들을 그룹화할 수 있으며, 가장 큰 블랍(blob) 영역의 무게 중심을 구하여 조사 영역의 중심을 찾을 수 있다.
단계(430)에서, 거리 조절부(330)는 분석 결과에 따라 집광렌즈를 Z축 방향으로 이동시켜 집광렌즈와 대물렌즈 사이의 거리를 조절하여 자동으로 초점을 맞출 수 있다.
한편, 최적 포커스를 결정하기 위해 집광렌즈의 동일한 Z축 높이에서 획득한 복수의 영상들의 조사 영역의 중앙 위치를 산술 평균으로 산출할 수 있다. 산출된 중앙 위치로부터 각 영상의 조사 영역의 중심 위치들까지의 거리의 평균을 산출할 수 있다. 이후, 산출된 평균 값이 최소가 되는 위치를 최적 포커스(best focus) 위치로 설정할 수 있다. 이에 대한 더 구체적인 설명은 아래에서 계속하기로 한다.
도 5 및 도 6은 일 실시예에 따른 Z축 위치에 따른 영상 내 조사 영역의 위치를 나타내는 그래프이다.
도 5를 참조하면, 집광렌즈(Condenser lens)의 Z축 위치 별 빛의 조사 영역의 중심 위치 변화를 확인할 수 있다. 11.455um부터 11.525um까지 이동하면서 획득한 데이터 분석 결과를 나타내며, 실험에서 최적 포커스(best focus) 위치는 11.502um인 것을 확인할 수 있다.
도 6을 참조하면, 최적 포커스(best focus) 위치(11.502um)를 기준으로 2um 전/후 위치인 11.500um와 11.504um의 조사 영역을 확대해서 살펴보면 조사 영역의 위치가 Z축 위치를 결정하는데 충분한 변별력이 있음을 확인할 수 있다.
도 7은 일 실시예에 따른 집광렌즈(Condenser lens)의 Z축 높이에 따른 조사 영역 분포를 나타내는 그래프이다.
이와 같이 집광렌즈의 Z축 위치에 따른 조사 영역의 중심 위치 변화를 아래에서 더 상세히 설명한다.
도 8 및 도 9는 일 실시예에 따른 Z축 위치에 따른 영상 내 조사 영역의 위치를 설명하기 위한 도면이다.
도 8을 참조하면, 최적 포커스(best focus) 위치로부터의 거리(집광렌즈의 높이)에 따라 동일 높이에서 획득한 영상의 조사 영역의 중심 위치들을 하나의 그룹으로 나타낼 수 있다. 여기에서 각 그룹을 하나의 색으로 표현하여 그룹 A, B, C, D, E로 구분하여 나타낼 수 있다.
예를 들어 그룹 D가 11.502um에서 획득한 데이터인 경우, 그룹 A, B, C, E는 모두 11.502um 기준으로 보다 높거나 보다 낮은 곳에 해당할 수 있다. 이러한 원이 이루는 반경만으로는 최적 포커스(best focus)의 높이를 기준으로 더 높은지 또는 더 낮은지에 대한 여부를 확인하기 어렵다.
따라서 도 9와 같이 한쪽 방향(예를 들어 위에서 아래로) 움직이면서 일정 높이마다 영상 획득 및 분석을 진행하여 원의 크기 (또는 조사 영역의 중심 위치들의 산술 평균 위치에서 각 중심까지의 거리) 값을 관찰할 수 있다.
즉, 원의 크기 (또는 조사 영역의 중심 위치들의 산술 평균 위치에서 각 중심까지의 거리) 값이 점점 작아지다 다시 커지는 현상을 보이므로 그 데이터로부터 최소값이 되는 높이를 계산할 수 있다. 다시 말하면 최적 포커스(best focus)의 높이 기준으로 A, B, C, D(최적 포커스(best focus)), E 라고 한다면 도 9와 같이 표현하여 최소값이 되는 높이를 확인할 수 있다.
도 10 내지 도 13은 일 실시예에 따른 집광렌즈의 동일한 Z축 높이에서의 조사 영역을 설명하기 위한 도면이다.
도 10을 참조하면, 집광렌즈의 동일한 Z축 높이에서 획득한 9개의 영상들의 조사 영역을 확인할 수 있다. 집광렌즈의 동일한 Z축 높이에서 9장의 영상을 찍은 경우 조사 영역이 화면의 서로 다른 위치에 나타나게 된다. 물론 최적 포커스(best focus)에 있는 경우에는 조사 영역이 같은 곳에 모여 있게 된다.
도 11을 참조하면, 상기의 영상들 중 하나의 영상을 나타내는 것으로, 배경의 밝기가 균일하지 않을 수 있으며 조사 영역 또한 또렷하게 보이지 않을 수 있다.
도 12를 참조하면, 9개의 영상들(이미지들)로부터 만들어낸 배경 이미지 즉, 조사 영역이 없을 때의 영상을 나타내는 것으로, 영상은 각 화소의 중간값(median, 이 경우에는 9개 데이터의 median)을 이용하여 만들어 낼 수 있는 경우 특정 패턴을 조사하지 않은 상태로 영상을 획득할 수도 있다.
도 13을 참조하면, 각 영상과 이 배경 이미지와의 차영상을 구한 후 이진화를 하여 다음의 복수의 영상들을 구할 수 있다. 이러한 복수의 영상들에서 미세한 점들을 제거한 후 가장 큰 블랍(blob)(또는 덩어리)에 대한 무게 중심을 구하여 조사 영역의 중심을 구할 수 있다.
아래에서는 디지털 마이크로미러 소자(DMD)를 이용하여 입사되는 빛을 제어하는 방법에 대해 예를 들어 구체적으로 설명한다.
디지털 마이크로미러 소자(DMD)는 주기 제어가능 반사형 진폭 회절 격자(period controllable reflective amplitude grating)로 이용될 수 있다. 디지털 마이크로미러 소자(DMD)는 입사광의 조사 각도를 변경하여 샘플에 입사시킬 수 있다. 이후, 카메라는 측정된 2차원 광학장의 정보를 통해 3차원 굴절률 영상을 획득할 수 있다.
디지털 마이크로미러 소자(Digital Micromirror Device, DMD)는 파면 제어기로 다수의 마이크로미러를 포함하는 배열을 구비할 수 있다.
디지털 마이크로미러 소자(DMD)는 반사 직후 빛의 세기만 제어 가능하나, 표현하고자 하는 위상을 포함하는 hologram은 빛의 세기로 표현이 가능하기 때문에 디지털 마이크로미러 소자(DMD)를 이용하여 평면파에 해당하는 위상의 표현이 가능하다. 구체적으로, 광축을 z축으로 정하고 표현하고자 하는 파장
Figure 112016041948243-pat00001
를 갖는 레이저 평면파의 x축 y축 방향의 각도를 각각
Figure 112016041948243-pat00002
로 한다면, 이에 해당하는 파면 위상정보
Figure 112016041948243-pat00003
는 다음의 수학식 1과 같이 표현 가능하다.
Figure 112016041948243-pat00004
이런 파면의 빛을 디지털 마이크로미러 소자(DMD)로 형성하기 위해, 디지털 마이크로미러 소자(DMD)에 다음의 수학식 2와 같은 홀로그램 패턴(hologram pattern)을 입력할 수 있다.
Figure 112016041948243-pat00005
이 경우 두 번째 식에서 두 번째 항에 해당하는 반사광만 샘플에 조사하고 나머지 빛을 차폐하면, 샘플에 조사되는 빛은
Figure 112016041948243-pat00006
를 디지털 마이크로미러 소자(DMD) 상에서 직접 제어가 가능하여, 원하는 방향의 평면파를 형성 가능하다.
여기서 각 픽셀의 위상을 0~2π까지 제어 가능하므로, 디지털 마이크로미러 소자(DMD)로 제어 가능한 위상의 기울기는 픽셀의 크기에 의해 제한된다. 일반적으로 수 마이크로미터 길이의 마이크로미러로 소자가 제작되었을 때, 제어 가능한 최대 각도는 1~2도 정도이다. 2개의 렌즈를 추가하여 이 각도를 확대하고 샘플에 입사시킨 후, 2차원 광학장 정보를 입사광의 각도 별로 촬영하면 3차원 산란 포텐셜(Scattering Potential)을 얻을 수 있다.
이와 같이 초고속 광 단층 촬영을 위해 디지털 마이크로미러 소자(DMD)를 주기 제어가능 반사형 진폭 회절 격자로 활용하여, 서로 다른 각도를 가지도록 입사광을 제어하며 안정적이고 빠르게 입사광을 제어함으로써, 고속 정밀하게 3차원 굴절률을 측정 가능하다.
또한, 디지털 마이크로미러 소자(DMD)는 수퍼픽셀 방법을 이용할 수 있다.
이러한 디지털 마이크로미러 소자(DMD)는 회절 한계까지 축소하여 디지털 마이크로미러 소자의 다수의 픽셀들을 그룹핑하여 형성되는 수퍼픽셀을 구성하는 픽셀들을 구별할 수 없도록 만들어, 위상이 0~2π까지 조절 가능한 수퍼픽셀 배열을 형성하고, 수퍼픽셀 배열의 위상을 조절하여 선형적인 위상의 기울기를 가진 입사광의 평면파 진행 각도를 제어할 수 있다.
디지털 마이크로미러 소자의 픽셀들을 묶어서, 수퍼픽셀을 이용한 빛의 위상변조 방법을 사용할 수 있다. 더 구체적으로, 디지털 마이크로미러 소자에서 반사된 광학장을 전달하는 렌즈들을 광학 축에서 약간 벗어나게 정렬하여 마이크로미러의 위치에 따라 빛의 위상이 다르게 표현되도록 하는 방법이다. 따라서 렌즈 사이에 공간 필터를 놓고 회절 한계까지 축소하여 수퍼픽셀을 구성하는 픽셀들을 구별할 수 없도록 만들면, 위상이 0~2π까지 조절 가능한 수퍼픽셀 배열을 만들게 된다. 이 방법을 이용해 선형적인 위상의 기울기를 표현해주면 원하는 각도로 진행하는 평면파를 표현할 수 있게 된다. 이 방법 또한 마찬가지로, 표현할 수 있는 위상의 기울기가 수퍼픽셀의 크기에 의해 제한되므로, 렌즈 2개를 추가하여 표현되는 각도를 확대 후 샘플에 입사시켜 3차원 광 단층 촬영에 활용할 수 있다.
이와 같이 초고속 광 단층 촬영을 위해 수퍼픽셀 방법을 이용한 디지털 마이크로미러 소자를 활용하여, 서로 다른 각도를 가지도록 입사광을 제어하며 안정적이고 빠르게 입사광을 제어함으로써, 고속 정밀하게 3차원 굴절률을 측정 가능하다.
더욱이, 디지털 마이크로미러 소자(DMD)는 개별 광원 제어가능 레이저 배열로 활용(individual source controllable laser array)할 수 있다.
디지털 마이크로미러 소자를 광학 정렬의 푸리에 평면(Fourier plane) 상에 위치시켜 개별 광원으로 다수의 마이크로미러의 위치를 제어 가능한 레이저 배열을 형성하고, 레이저 배열을 이용하여 빛을 반사시키는 다수의 마이크로미러의 위치를 변경하여 입사광의 평면파 진행 각도를 제어할 수 있다. 이를 위해서 평편파가 푸리에 평면 상에 위치한 디지털 마이크로미러 소자에 조사되고, 특정 디지털 마이크로미러 소자만 작동시켜 그 소자에 해당하는 빛만 반사를 시킴으로써, 샘플에 입사하는 빛은 특정한 공간주파수만 가지는 빛, 즉 특정 각도로만 입사하는 평면파가 생성될 수 있다.
다시 말하면, 디지털 마이크로미러 소자를 시스템의 광학 정렬의 푸리에 평면(Fourier plane) 상에 위치시키고, 빛을 반사시키는 마이크로미러의 위치를 바꿔줌으로써 샘플에 입사되는 빛의 각도를 제어할 수 있다. 이때, 집광 렌즈(condenser lens)의 조리 개수(numerical aperture)의 크기에 디지털 마이크로미러 소자의 크기가 대응되도록 렌즈들의 배율을 적절히 조정할 수 있다.
이상과 같이, 실시예들에 따르면 집광렌즈(Condenser lens)의 높이에 따라 빛이 조사되는 영역의 위치의 변화량을 분석하여 자동으로 최적의 집광렌즈의 위치를 찾을 수 있는 자동 보정 집광렌즈를 이용한 자동으로 초점을 조절하는 방법 및 장치를 제공할 수 있다.
실시예들에 따르면 다수의 2D 이미지를 획득하고 분석을 통해 3D 흡수도를 획득함으로써, 3차원 영상을 복원할 수 있는 자동 보정 집광렌즈를 이용한 자동으로 초점을 조절하는 방법 및 장치를 제공할 수 있다.
실시예들에 따르면 디지털 마이크로미러 소자(Digital Micromirror Device, DMD) 필터의 패턴을 변경하여 굴절률을 조절함으로써 샘플의 내부를 정확하게 확인할 수 있으며, 실시간으로 촬영을 하여 3D 영상을 획득할 수 있는 자동 보정 집광렌즈를 이용한 자동으로 초점을 조절하는 방법 및 장치를 제공할 수 있다.
이상에서 설명된 장치는 하드웨어 구성요소, 소프트웨어 구성요소, 및/또는 하드웨어 구성요소 및 소프트웨어 구성요소의 조합으로 구현될 수 있다. 예를 들어, 실시예들에서 설명된 장치 및 구성요소는, 예를 들어, 프로세서, 컨트롤러, ALU(arithmetic logic unit), 디지털 신호 프로세서(digital signal processor), 마이크로컴퓨터, FPA(field programmable array), PLU(programmable logic unit), 마이크로프로세서, 또는 명령(instruction)을 실행하고 응답할 수 있는 다른 어떠한 장치와 같이, 하나 이상의 범용 컴퓨터 또는 특수 목적 컴퓨터를 이용하여 구현될 수 있다. 처리 장치는 운영 체제(OS) 및 상기 운영 체제 상에서 수행되는 하나 이상의 소프트웨어 애플리케이션을 수행할 수 있다. 또한, 처리 장치는 소프트웨어의 실행에 응답하여, 데이터를 접근, 저장, 조작, 처리 및 생성할 수도 있다. 이해의 편의를 위하여, 처리 장치는 하나가 사용되는 것으로 설명된 경우도 있지만, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는, 처리 장치가 복수 개의 처리 요소(processing element) 및/또는 복수 유형의 처리 요소를 포함할 수 있음을 알 수 있다. 예를 들어, 처리 장치는 복수 개의 프로세서 또는 하나의 프로세서 및 하나의 컨트롤러를 포함할 수 있다. 또한, 병렬 프로세서(parallel processor)와 같은, 다른 처리 구성(processing configuration)도 가능하다.
소프트웨어는 컴퓨터 프로그램(computer program), 코드(code), 명령(instruction), 또는 이들 중 하나 이상의 조합을 포함할 수 있으며, 원하는 대로 동작하도록 처리 장치를 구성하거나 독립적으로 또는 결합적으로(collectively) 처리 장치를 명령할 수 있다. 소프트웨어 및/또는 데이터는, 처리 장치에 의하여 해석되거나 처리 장치에 명령 또는 데이터를 제공하기 위하여, 어떤 유형의 기계, 구성요소(component), 물리적 장치, 가상 장치(virtual equipment), 컴퓨터 저장 매체 또는 장치, 또는 전송되는 신호 파(signal wave)에 영구적으로, 또는 일시적으로 구체화(embody)될 수 있다. 소프트웨어는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템 상에 분산되어서, 분산된 방법으로 저장되거나 실행될 수도 있다. 소프트웨어 및 데이터는 하나 이상의 컴퓨터 판독 가능 기록 매체에 저장될 수 있다.
실시예에 따른 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 실시예를 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상기된 하드웨어 장치는 실시예의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.
이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.
그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.

Claims (10)

  1. 광원에서 조사된 빛을 집광렌즈(Condenser lens)와 대물렌즈로 통과시켜 카메라를 통해 영상을 획득하는 단계;
    획득된 영상을 분석하여 상기 집광렌즈의 높이에 따라 빛이 조사되는 영역의 위치의 변화량을 분석하는 단계; 및
    분석 결과에 따라 상기 집광렌즈를 Z축 방향으로 이동시켜 상기 집광렌즈와 상기 대물렌즈 사이의 거리를 조절하여 자동으로 초점을 맞추는 단계
    를 포함하고,
    상기 광원에서 조사된 빛을 집광렌즈(Condenser lens)와 대물렌즈로 통과시켜 카메라를 통해 영상을 획득하는 단계는,
    상기 집광렌즈에 빛을 돌아가면서 조사하여 영상을 획득하는 단계; 및
    최적 포커스(best focus)에서의 상기 집광렌즈의 높이 이전 위치부터 이후 위치까지 반복하여 수행하여 복수의 영상들을 획득하는 단계
    를 포함하며,
    상기 최적 포커스를 결정하는 방법은,
    상기 집광렌즈의 동일한 Z축 높이에서 획득한 상기 복수의 영상들의 조사 영역의 중앙 위치를 산술 평균으로 산출하는 단계;
    산출된 상기 중앙 위치로부터 각 영상의 조사 영역의 중심 위치들까지의 거리의 평균을 산출하는 단계;
    산출된 상기 평균의 값이 최소가 되는 위치를 상기 최적 포커스(best focus) 위치로 설정하는 단계
    를 포함하고,
    상기 획득된 영상을 분석하여 상기 집광렌즈의 높이에 따라 빛이 조사되는 영역의 위치의 변화량을 분석하는 단계는,
    획득한 상기 복수의 영상들에서 빛이 조사되는 조사 영역의 중심 위치를 찾는 단계; 및
    상기 집광렌즈의 Z축 높이에 따른 조사 영역의 중심 분포를 확인하는 단계
    를 포함하는 자동 보정 집광렌즈를 이용한 자동으로 초점을 조절하는 방법.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 획득한 상기 복수의 영상들에서 빛이 조사되는 조사 영역의 중심 위치를 찾는 단계는,
    획득한 상기 복수의 영상들에서 각 화소의 중간값(median)을 이용하여 배경 이미지를 추출하는 단계;
    각 영상 별로 상기 배경 이미지와의 차영상(difference image)을 구하는 단계;
    상기 차영상을 이진화한 후 형태학적 연산자(Morphological operator) 중 클로즈(close)를 수행하여 작은 블랍(blob)들을 그룹화하는 단계; 및
    가장 큰 블랍(blob) 영역의 무게 중심을 구하여 조사 영역의 중심을 찾는 단계
    를 포함하는 자동 보정 집광렌즈를 이용한 자동으로 초점을 조절하는 방법.
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서,
    상기 집광렌즈에 빛을 돌아가면서 조사하여 영상을 획득하는 단계는,
    디지털 마이크로미러 소자(Digital Micromirror Device, DMD) 필터를 통해 회절 각도를 조절하며 디지털 마이크로미러 소자(DMD) 필터의 패턴을 변경하여 상기 집광렌즈의 특정 위치에 빛을 조사하는 것
    을 특징으로 하는 자동 보정 집광렌즈를 이용한 자동으로 초점을 조절하는 방법.
  7. 광원에서 조사된 빛을 집광렌즈(Condenser lens)와 대물렌즈로 통과시켜 카메라를 통해 영상을 획득하는 영상 획득부;
    획득된 영상을 분석하여 상기 집광렌즈의 높이에 따라 빛이 조사되는 영역의 위치의 변화량을 분석하는 조사 영역 분석부; 및
    분석 결과에 따라 상기 집광렌즈를 Z축 방향으로 이동시켜 상기 집광렌즈와 상기 대물렌즈 사이의 거리를 조절하여 자동으로 초점을 맞추는 거리 조절부
    를 포함하고,
    상기 영상 획득부는,
    디지털 마이크로미러 소자(Digital Micromirror Device, DMD) 필터를 통해 회절 각도를 조절하며 디지털 마이크로미러 소자(DMD) 필터의 패턴을 변경하여 상기 집광렌즈의 특정 위치에 빛을 조사하고, 최적 포커스(best focus)에서의 상기 집광렌즈의 높이 이전 위치부터 이후 위치까지 반복하여 수행하여 복수의 영상들을 획득하며,
    상기 조사 영역 분석부는,
    획득한 상기 복수의 영상들에서 빛이 조사되는 조사 영역의 중심 위치를 찾고, 상기 집광렌즈의 Z축 높이에 따른 조사 영역의 중심 분포를 확인하며,
    상기 최적 포커스는,
    상기 집광렌즈의 동일한 Z축 높이에서 획득한 상기 복수의 영상들의 조사 영역의 중앙 위치를 산술 평균으로 산출하고, 산출된 상기 중앙 위치로부터 각 영상의 조사 영역의 중심 위치들까지의 거리의 평균을 산출하며, 산출된 상기 평균의 값이 최소가 되는 위치를 상기 최적 포커스(best focus) 위치로 설정하는 것
    을 특징으로 하는 자동 보정 집광렌즈를 이용한 자동으로 초점을 조절하는 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 영상 획득부는,
    디지털 마이크로미러 소자(Digital Micromirror Device, DMD) 필터를 통해 회절 각도를 조절하며 디지털 마이크로미러 소자(DMD) 필터의 패턴을 변경하여 상기 집광렌즈의 특정 위치에 빛을 조사하는 것
    을 특징으로 하는 자동 보정 집광렌즈를 이용한 자동으로 초점을 조절하는 장치.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 조사 영역 분석부는,
    획득한 상기 복수의 영상들에서 각 화소의 중간값(median)을 이용하여 배경 이미지를 추출하고, 각 영상 별로 상기 배경 이미지와의 차영상(difference image)을 구하여, 상기 차영상을 이진화한 후 형태학적 연산자(Morphological operator) 중 클로즈(close)를 수행하여 작은 블랍(blob)들을 그룹화하고, 가장 큰 블랍(blob) 영역의 무게 중심을 구하여 조사 영역의 중심을 찾는 것
    을 특징으로 하는 자동 보정 집광렌즈를 이용한 자동으로 초점을 조절하는 장치.
  10. 삭제
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