KR101855298B1 - Optical microscope for irradiating light to enlarge within working distance and method therefor - Google Patents

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Abstract

워킹 디스턴스 내에서 각도를 확대하여 빛을 조사하는 광학 현미경 및 그 방법이 제시된다. 워킹 디스턴스 내에서 각도를 확대하여 빛을 조사하는 광학 현미경은 샘플(sample)을 향해 빛을 조사하는 광원; 상기 광원에서 조사된 상기 빛의 조사 각도를 제어하는 각도 제어부; 상기 각도 제어부에서 조사 각도가 제어된 상기 빛의 조사 각도를 확대시키는 각도 확대부; 및 상기 각도 확대부에서 조사 각도가 확대된 상기 빛을 모아 상기 샘플로 입사시키는 광 수렴부를 포함하고, 상기 각도 제어부 및 상기 각도 확대부에 의해 상기 광 수렴부와 상기 샘플 사이의 소정의 워킹 디스턴스(working distance) 내에서 상기 빛의 조사 각도를 확대하여 상기 샘플에 조사할 수 있다.An optical microscope for illuminating light by magnifying an angle within a working distance is proposed. An optical microscope that irradiates light by magnifying an angle within a working distance includes a light source for irradiating light toward a sample; An angle control unit for controlling an angle of irradiation of the light emitted from the light source; An angle enlarging unit for enlarging an irradiation angle of the light whose irradiation angle is controlled by the angle control unit; And a light converging unit that collects the light having an enlarged irradiation angle in the angle expanding unit and makes the light incident on the sample, wherein the angle control unit and the angle expanding unit adjust the predetermined working distance between the light converging unit and the sample the irradiation angle of the light can be enlarged within the working distance of the sample.

Description

워킹 디스턴스 내에서 각도를 확대하여 빛을 조사하는 광학 현미경 및 그 방법{OPTICAL MICROSCOPE FOR IRRADIATING LIGHT TO ENLARGE WITHIN WORKING DISTANCE AND METHOD THEREFOR}TECHNICAL FIELD [0001] The present invention relates to an optical microscope and an optical microscope for illuminating light by expanding an angle within a working distance,

아래의 실시예들은 워킹 디스턴스(working distance) 내에서 각도를 확대하여 빛을 조사하는 광학 현미경 및 그 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 제한된 워킹 디스턴스 내에서 빛의 조사 각도를 확대하여 샘플에 조사하는 광학 현미경 및 그 방법에 관한 것이다. The following embodiments relate to an optical microscope and an optical microscope for illuminating light by enlarging an angle within a working distance, and more particularly to an optical microscope for illuminating a sample by enlarging an angle of light irradiation within a limited working distance An optical microscope and a method thereof.

광학계(optical system)는 빛의 반사나 굴절을 이용하여 물체의 영상을 만들거나 빛에너지를 전송하는 것으로, 반사 거울, 렌즈, 프리즘 등의 조합으로 이루어진다. An optical system is an image of an object using reflection or refraction of light, or transmits light energy, and is made up of a combination of a reflective mirror, a lens, and a prism.

최근 현미경 등의 광학계를 이용하여 샘플의 1차원 및 2차원 영상뿐만 아니라, 세포와 같은 미세 시편(샘플) 또는 반도체 공정 제작물 등의 3차원 굴절률 분포 측정을 통해 샘플의 형상과 광학 성질 측정이 가능하다.Recently, it is possible to measure the shape and optical properties of a sample by measuring a three-dimensional refractive index distribution such as a microscopic specimen (sample) or a semiconductor processing product as well as a one-dimensional and two-dimensional image of a sample using an optical system such as a microscope .

예를 들어 3차원 굴절률 분포 측정을 위해 샘플에 입사시키는 평면파의 입사 각도를 바꾸어 측정한 여러 장의 2차원 홀로그래픽 영상(빛의 흡수 영상과 빛의 위상 지연 영상을 포함)을 촬영하고, 촬영된 다수의 2차원 영상들로부터 3차원 산란 포텐셜(Scattering Potential)을 계산하여 구할 수 있다. For example, several 2D holographic images (including light absorption images and phase retardation images of light), which are measured by varying the incident angle of a plane wave incident on a sample for measurement of a three-dimensional refractive index distribution, Dimensional scattering potential from the two-dimensional images of the three-dimensional image.

종래의 방식은 평면파의 입사 각도를 바꿔주기 위해 샘플 또는 장치의 구성을 직접 움직일 수 있으나, 이 경우 측정 속도와 정밀도에 문제를 가지고 있다. 예를 들어 샘플을 직접 움직이는 방식에서는 샘플의 회전축을 고정하기 어렵고 진동으로 인한 문제가 발생하며 세포와 같은 생체 세포를 직접 회전시키면 샘플의 변형이 생길 수 있다. 또한, 장치의 구성을 움직이는 경우 미세 진동 등으로 인해 입사각의 안정적인 제어가 어려우며 정확한 광학 정렬이 불가능하다. The conventional method can directly move the configuration of the sample or the device to change the angle of incidence of the plane wave, but in this case, it has a problem in the measurement speed and accuracy. For example, in the case of directly moving the sample, it is difficult to fix the rotation axis of the sample, a problem due to vibration occurs, and if the biological cell such as a cell is directly rotated, the sample may be deformed. Further, when the structure of the apparatus is moved, it is difficult to stably control the angle of incidence due to the fine vibration or the like, and precise optical alignment is impossible.

E. Wolf, "Three-dimensional structure determination of semi-transparent objects from holographic data," Optics Communications Vol. 1, Issue 4, 153-156 (1969).E. Wolf, "Three-dimensional structure determination of semi-transparent objects from holographic data," Optics Communications Vol. 1, Issue 4, 153-156 (1969). A. F. Fercher et al., Image formation by inversion of scattered field data: experiments and computational simulation, Applied Optics Vol. 18(4), Issue 14, 2427-2439 (1979).A. F. Fercher et al., Image formation by inversion of scattered field data: experiments and computational simulation, Applied Optics Vol. 18 (4), Issue 14, 2427-2439 (1979).

실시예들은 워킹 디스턴스(working distance) 내에서 각도를 확대하여 빛을 조사하는 광학 현미경 및 그 방법에 관하여 기술하며, 보다 구체적으로 제한된 워킹 디스턴스 내에서 구성의 기계적 움직임 없이 빛의 조사 각도를 확대하여 샘플에 조사하는 기술을 제공한다. Embodiments describe an optical microscope and its method for illuminating light by magnifying an angle within a working distance and more specifically to a method for magnifying an angle of illumination of light without mechanical movement of the configuration within a limited working distance, And the like.

실시예들은 디지털 마이크로미러 소자(DMD) 또는 미세전자기계 시스템(MEMS)을 통과한 빛의 조사 각도를 복수의 렌즈를 이용하여 확대시킨 후 샘플에 입사시킴으로써, 제한된 워킹 디스턴스(working distance) 내에서 고속으로 정밀한 영상 획득이 가능한 워킹 디스턴스 내에서 각도를 확대하여 빛을 조사하는 광학 현미경 및 그 방법을 제공하는데 있다. Embodiments provide a method and system that magnify an angle of illumination of light passing through a digital micromirror device (DMD) or a microelectromechanical system (MEMS) using a plurality of lenses and then incident on the sample, An optical microscope for irradiating light with an enlarged angle within a working distance capable of obtaining a precise image, and a method thereof.

일 실시예에 따른 워킹 디스턴스(working distance) 내에서 각도를 확대하여 빛을 조사하는 광학 현미경은 샘플(sample)을 향해 빛을 조사하는 광원; 상기 광원에서 조사된 상기 빛의 조사 각도를 제어하는 각도 제어부; 상기 각도 제어부에서 조사 각도가 제어된 상기 빛의 조사 각도를 확대시키는 각도 확대부; 및 상기 각도 확대부에서 조사 각도가 확대된 상기 빛을 모아 상기 샘플로 입사시키는 광 수렴부를 포함하고, 상기 각도 제어부 및 상기 각도 확대부에 의해 상기 광 수렴부와 상기 샘플 사이의 소정의 워킹 디스턴스(working distance) 내에서 상기 빛의 조사 각도를 확대하여 상기 샘플에 조사한다. An optical microscope that irradiates light by magnifying an angle within a working distance according to an exemplary embodiment includes a light source for irradiating light toward a sample; An angle control unit for controlling an angle of irradiation of the light emitted from the light source; An angle enlarging unit for enlarging an irradiation angle of the light whose irradiation angle is controlled by the angle control unit; And a light converging unit that collects the light having an enlarged irradiation angle in the angle expanding unit and makes the light incident on the sample, wherein the angle control unit and the angle expanding unit adjust the predetermined working distance between the light converging unit and the sample the irradiation angle of the light is enlarged in the working distance to irradiate the sample.

상기 각도 제어부는 디지털 마이크로미러 소자(Digital Micromirror Device, DMD)로 이루어져 회절 각도를 조절하며, 상기 디지털 마이크로미러 소자(DMD)의 패턴을 변경하여 특정 위치에 상기 빛을 조사할 수 있다. The angle control unit may include a digital micromirror device (DMD) to adjust the diffraction angle, and may change the pattern of the DMD to irradiate the light at a specific position.

상기 각도 제어부는 미세전자기계 시스템(Micro Electro Mechanical Systems, MEMS)으로 이루어질 수 있다. The angle control unit may be formed of a micro electro mechanical system (MEMS).

상기 각도 확대부는 상기 각도 제어부 측에 배치되어 조사 각도가 제어된 상기 빛이 입사되는 제1 렌즈; 및 상기 제1 렌즈와 상기 광 수렴부의 사이에 배치되어, 상기 제1 렌즈를 통과한 상기 빛이 입사되고 상기 광 수렴부로 빛을 통과시키는 제2 렌즈를 포함하고, 상기 제1 렌즈의 초점거리는 상기 제2 렌즈의 초점거리보다 크며, 상기 제1 렌즈와 상기 제2 렌즈 사이의 거리는 상기 제1 렌즈의 초점거리와 상기 제2 렌즈의 초점거리의 합인 것을 특징으로 할 수 있다. Wherein the angle enlargement unit includes a first lens disposed on the angle control unit side and incident with the light whose irradiation angle is controlled, And a second lens that is disposed between the first lens and the light converging portion and through which the light having passed through the first lens is incident and passes light through the light converging portion, And a distance between the first lens and the second lens is a sum of a focal length of the first lens and a focal length of the second lens.

상기 각도 확대부는 볼록 렌즈와 오목 렌즈의 조합으로 이루어져 상기 빛의 조사 각도를 확대시킬 수 있다. The angular enlargement unit may include a combination of a convex lens and a concave lens, thereby enlarging the irradiation angle of the light.

상기 광 수렴부는 튜브 형상의 미러(mirror)로 이루어져 상기 빛을 굴절시켜 상기 샘플로 입사시킬 수 있다. The light converging unit may include a tube-shaped mirror to refract the light and to enter the sample.

상기 광 수렴부는 홀로그래픽 격자(Holographic grating)로 이루어져 상기 빛을 회절시켜 상기 샘플로 입사시킬 수 있다.The light converging unit may include a holographic grating to diffract the light and to enter the sample.

다른 실시예에 따른 워킹 디스턴스 내에서 각도를 확대하여 빛을 조사하는 방법은 광원에서 샘플(sample)을 향해 빛을 조사하는 단계; 상기 광원에서 조사된 상기 빛의 조사 각도를 제어하는 단계; 적어도 하나 이상의 렌즈를 이용하여 조사 각도가 제어된 상기 빛의 조사 각도를 확대시키는 단계; 및 조사 각도가 확대된 상기 빛을 모아 상기 샘플로 입사시키는 단계를 포함하고, 소정의 워킹 디스턴스(working distance) 내에서 상기 빛의 조사 각도를 확대하여 상기 샘플에 조사한다. A method of irradiating light in an enlarged angle within a working distance according to another embodiment includes irradiating light from a light source toward a sample; Controlling an irradiation angle of the light irradiated from the light source; Enlarging an irradiation angle of the light whose irradiation angle is controlled using at least one lens; And irradiating the sample with the light having the increased irradiation angle gathered and entering the sample, wherein the irradiation angle of the light is increased within a predetermined working distance.

상기 광원에서 조사된 상기 빛의 조사 각도를 제어하는 단계는, 디지털 마이크로미러 소자(Digital Micromirror Device, DMD) 또는 미세전자기계 시스템(Micro Electro Mechanical Systems, MEMS)으로 이루어져 회절 각도를 조절하며, 상기 조사 각도가 제어된 상기 빛의 조사 각도를 확대시키는 단계는, 조사 각도가 제어된 상기 빛이 입사되는 제1 렌즈와, 상기 제1 렌즈를 통과한 상기 빛이 입사되는 제2 렌즈를 이용하여 조사 각도가 제어된 상기 빛의 조사 각도를 확대시키고, 상기 제1 렌즈의 초점거리는 상기 제2 렌즈의 초점거리보다 크며, 상기 제1 렌즈와 상기 제2 렌즈 사이의 거리는 상기 제1 렌즈의 초점거리와 상기 제2 렌즈의 초점거리의 합인 것을 특징으로 할 수 있다. The step of controlling the irradiation angle of the light emitted from the light source may include a digital micromirror device (DMD) or a micro electro mechanical system (MEMS) to adjust the diffraction angle, Wherein the step of enlarging the angle of irradiation of the angle-controlled light comprises the steps of: irradiating the first lens with the irradiation angle controlled first lens and the second lens through which the light having passed through the first lens is incident, Wherein the focal length of the first lens is larger than the focal length of the second lens and the distance between the first lens and the second lens is larger than the focal length of the first lens and the focal length of the second lens, And the focal length of the second lens.

상기 조사 각도가 확대된 상기 빛을 모아 상기 샘플로 입사시키는 단계는, 튜브 형상의 미러(mirror) 또는 홀로그래픽 격자(Holographic grating)로 이루어져 상기 빛을 회절시켜 상기 샘플로 입사시킬 수 있다. The step of collecting the light having the increased irradiation angle and entering the sample may include a tube mirror or a holographic grating to diffract the light and enter the sample.

실시예들에 따르면 디지털 마이크로미러 소자(DMD) 또는 미세전자기계 시스템(MEMS)을 통과한 빛의 조사 각도를 복수의 렌즈를 이용하여 확대시킨 후 샘플에 입사시킴으로써, 제한된 워킹 디스턴스(working distance) 내에서 정확한 영상을 획득 가능한 워킹 디스턴스 내에서 각도를 확대하여 빛을 조사하는 광학 현미경 및 그 방법을 제공할 수 있다. According to embodiments, an angle of irradiation of light passing through a digital micromirror device (DMD) or a micro-electromechanical system (MEMS) is enlarged using a plurality of lenses and then incident on a sample, An optical microscope for irradiating light by enlarging an angle within a working distance at which an accurate image can be obtained can be provided.

또한, 실시예들에 따르면 디지털 마이크로미러 소자(DMD) 또는 미세전자기계 시스템(MEMS)을 통과한 빛의 조사 각도를 복수의 렌즈를 이용하여 확대시킨 후 샘플에 입사시킴으로써, 렌즈 등의 기계적인 움직임이 없어 진동 및 노이즈가 발생되지 않으므로 측정 속도와 정밀도를 향상시킬 수 있다. In addition, according to the embodiments, the angle of irradiation of light passing through the digital micromirror device (DMD) or the microelectromechanical system (MEMS) is enlarged using a plurality of lenses, and then incident on the sample, It is possible to improve the measurement speed and accuracy since no vibration and noises are generated.

도 1은 일 실시예에 따른 워킹 디스턴스 내에서 각도를 확대하여 빛을 조사하는 광학 현미경을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 일 실시예에 따른 워킹 디스턴스 내에서 각도를 확대하여 빛을 조사하는 광학 현미경을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 3은 일 실시예에 따른 워킹 디스턴스 내에서 각도를 확대하여 빛을 조사하는 광학 현미경을 나타내는 블록도이다.
도 4는 일 실시예에 따른 각도 확대부를 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 일 실시예에 따른 각도 확대부의 예를 나타내는 도면이다.
도 6은 일 실시예에 따른 광 수렴부의 예를 나타내는 도면이다.
도 7은 일 실시예에 따른 워킹 디스턴스 내에서 각도를 확대하여 빛을 조사하는 방법을 나타내는 흐름도이다.
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a view for explaining an optical microscope for irradiating light by magnifying an angle within a working distance according to an embodiment. FIG.
FIG. 2 is a schematic view of an optical microscope for illuminating light by magnifying an angle within a working distance according to an embodiment. FIG.
3 is a block diagram illustrating an optical microscope for illuminating light by magnifying an angle within a working distance according to an embodiment.
4 is a view for explaining an angular enlargement unit according to an embodiment.
5 is a view showing an example of an angular enlargement unit according to an embodiment.
6 is a diagram showing an example of a light converging unit according to an embodiment.
FIG. 7 is a flow chart illustrating a method of illuminating light by magnifying an angle within a working distance according to an embodiment.

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.
Hereinafter, embodiments will be described with reference to the accompanying drawings. However, the embodiments described may be modified in various other forms, and the scope of the present invention is not limited by the embodiments described below. In addition, various embodiments are provided to more fully describe the present invention to those skilled in the art. The shape and size of elements in the drawings may be exaggerated for clarity.

도 1은 일 실시예에 따른 워킹 디스턴스 내에서 각도를 확대하여 빛을 조사하는 광학 현미경을 설명하기 위한 도면이다. BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a view for explaining an optical microscope for irradiating light by magnifying an angle within a working distance according to an embodiment. FIG.

도 1을 참조하면, 일 실시예에 따른 워킹 디스턴스(working distance) 내에서 각도를 확대하여 빛을 조사하는 광학 현미경 또는 일 실시예에 따른 워킹 디스턴스 내에서 각도를 확대하여 빛을 조사하는 광학 현미경을 포함하는 광학계는 광원(10), DMD/MEMS 미러(20), 그리고 두 개의 렌즈(40, 50)를 포함하여 이루어질 수 있다. 그리고 실시예에 따라 워킹 디스턴스 내에서 각도를 확대하여 빛을 조사하는 광학 현미경은 영상을 촬영하는 촬영 장치인 카메라와, 카메라로 빛을 전달하는 적어도 하나 이상의 미러(mirror)를 더 포함하여 이루어질 수 있다. Referring to FIG. 1, an optical microscope for exposing light in an enlarged working distance according to an exemplary embodiment, or an optical microscope for exposing light in an enlarged angle within a working distance according to an embodiment The optical system including the light source 10 may include a DMD / MEMS mirror 20, and two lenses 40 and 50. In addition, according to the embodiment, the optical microscope that expands the angle within the working distance and irradiates light may further include a camera, which is a photographing device for photographing an image, and at least one mirror for transmitting light to the camera .

두 개의 렌즈(40, 50)의 사이 공간(60)에 샘플이 배치되고, 광원(10)에서 샘플로 빛이 조사되면 평면파가 DMD/MEMS 미러(20)에 입사될 수 있다. 여기에서 DMD/MEMS 미러(20)의 패턴을 조절하여 미러가 회전하는 것과 같은 효과를 나타냄으로써 미러 등을 움직이지 않고 고속으로 정밀하게 스캐닝 할 수 있다. A sample is placed in the space 60 between the two lenses 40 and 50 and a plane wave can be incident on the DMD / MEMS mirror 20 when the sample 10 is irradiated with light. Here, the pattern of the DMD / MEMS mirror 20 is adjusted to exhibit the same effect as the mirror is rotated, so that the mirror can be precisely scanned at high speed without moving.

여기에서 두 개의 렌즈(40, 50)는 집광렌즈(Condenser lens, 40)와 대물렌즈(Objective lens, 50)로 이루어질 수 있다. Here, the two lenses 40 and 50 may be composed of a condenser lens 40 and an objective lens 50.

집광렌즈(Condenser lens, 40)는 광원(10)으로부터 조사된 빛을 통과시키며, Z축 방향으로 높이 조절이 가능하다. 이에, 집광렌즈(40)의 높이에 따라 빛이 조사되는 영역의 위치의 변화량을 검토하여 자동으로 최적의 집광렌즈(40)의 위치를 찾을 수 있다. The condenser lens 40 passes the light emitted from the light source 10 and is adjustable in the Z-axis direction. Accordingly, the position of the optimum condensing lens 40 can be automatically found by examining the amount of change in the position of the region irradiated with the light according to the height of the condensing lens 40.

여기서 집광렌즈(40)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. Here, the condenser lens 40 is a lens for collecting light in one place. It is used to concentrate the light in a desired direction and place. In addition to collecting light simply according to purposes and purposes, it may increase the resolution of the image or refract light have.

대물렌즈(Objective lens, 50)는 집광렌즈(40)와 소정 거리 이격되어 배치되며 집광렌즈(40)를 통과한 빛을 통과시킬 수 있다. The objective lens 50 is spaced apart from the condenser lens 40 by a predetermined distance and allows light passing through the condenser lens 40 to pass therethrough.

여기서 대물렌즈(50)는 광학계에서 물체에 가까운 측의 렌즈로, 물체의 상을 맺기 위해 사용될 수 있다. 이때 대물렌즈(50)는 동일한 목적으로 사용되는 반사 거울을 포함할 수도 있다. Here, the objective lens 50 is a lens near the object in the optical system and can be used to form an image of an object. At this time, the objective lens 50 may include a reflection mirror used for the same purpose.

다시 말하면 일 실시예에 따른 워킹 디스턴스 내에서 각도를 확대하여 빛을 조사하는 광학 현미경은 집광렌즈와 대물렌즈가 각각 위, 아래에 하나씩 배치되고 광원으로부터 조사된 빛이 통과해서 카메라로 전달됨으로써 영상을 획득할 수 있다.In other words, in an optical microscope that irradiates light by magnifying an angle within a working distance according to an embodiment, a focusing lens and an objective lens are disposed one above and one below, respectively, and the light irradiated from the light source is transmitted to the camera, Can be obtained.

한편, DMD/MEMS 미러(20)를 이용하는 경우 고속 정밀한 스캐닝이 가능하나 워킹 디스턴스(working distance, 70)가 짧다는 문제점이 있다. On the other hand, when the DMD / MEMS mirror 20 is used, high precision scanning is possible but the working distance 70 is short.

이에, 각도 확대 가능한 렌즈(30)를 이용하여 DMD/MEMS 미러(20)를 통과한 빛의 조사 각도를 확대시킬 수 있다. 여기에서 각도 확대 가능한 렌즈(30)는 적어도 하나 이상의 렌즈로 이루어질 수 있다. Thus, the angle of light that has passed through the DMD / MEMS mirror 20 can be increased by using the angle expandable lens 30. Here, the angle expandable lens 30 may be formed of at least one lens.

특히, 각도 확대 가능한 렌즈(30)는 두 개의 렌즈로 구성되어 빛의 조사 각도를 확대시킬 수 있으며, DMD/MEMS 미러(20) 측에 배치되는 렌즈의 초점거리가 더 크게 구성됨으로써 빛의 조사 각도를 확대시킬 수 있다. In particular, the angle-expandable lens 30 is composed of two lenses to enlarge the irradiation angle of the light, and the focal length of the lens disposed on the DMD / MEMS mirror 20 side is made larger, Can be enlarged.

예컨대 각도 확대 가능한 렌즈(30)는 볼록렌즈와 오목렌즈의 조합으로 이루어질 수 있다. For example, the angle-magnifiable lens 30 may be a combination of a convex lens and a concave lens.

기존에는 원판 형상의 렌즈를 회전시키고 내부 구멍으로 레이저가 통과하여 스캐닝 하는 방법을 이용하였으나, 이 경우 렌즈의 회전에 의해 진동, 노이즈 등이 발생되어 정밀한 측정이 어렵다. Conventionally, a method of rotating a disk-shaped lens and scanning the laser through an inner hole is used. However, in this case, vibration or noise is generated due to the rotation of the lens, and precise measurement is difficult.

따라서 일 실시예에 따른 워킹 디스턴스 내에서 각도를 확대하여 빛을 조사하는 광학 현미경은 디지털 마이크로미러 소자(DMD) 또는 미세전자기계 시스템(MEMS)을 통과한 빛의 조사 각도를 복수의 렌즈를 이용하여 확대시킨 후 샘플에 입사시킴으로써, 제한된 워킹 디스턴스(working distance) 내에서 고속 정밀한 영상 측정이 가능하다. 이때 측정되는 영상은 1D, 2D, 또는 3D 영상일 수 있으며, 3차원 굴절률 분포 측정 영상일 수 있다.
Accordingly, an optical microscope for illuminating light by magnifying an angle within a working distance according to an embodiment may use an illumination angle of light passing through a digital micromirror device (DMD) or a microelectromechanical system (MEMS) By zooming in and then entering the sample, high speed and precise image measurement within a limited working distance is possible. The measured image may be a 1D, 2D, or 3D image, and may be a 3D refractive index distribution measurement image.

도 2는 일 실시예에 따른 워킹 디스턴스 내에서 각도를 확대하여 빛을 조사하는 광학 현미경을 개략적으로 나타내는 도면이다. FIG. 2 is a schematic view of an optical microscope for illuminating light by magnifying an angle within a working distance according to an embodiment. FIG.

도 2를 참조하면, 일 실시예에 따른 워킹 디스턴스 내에서 각도를 확대하여 빛을 조사하는 광학 현미경은 광원(210), 각도 제어부(220), 각도 확대부(230), 및 광 수렴부(240)를 포함하여 이루어질 수 있다. 2, an optical microscope for exposing light in an enlarged angle within a working distance according to an exemplary embodiment includes a light source 210, an angle control unit 220, an angle increasing unit 230, and a light converging unit 240 ).

광원(Light source, 210)은 샘플(sample, 250)을 향해 빛을 조사할 수 있다. A light source 210 can irradiate light toward a sample (sample 250).

예를 들어 레이저(laser)가 광원(210)으로 이용될 수 있으며, 광원(210)은 측정하고자 하는 세포 등의 샘플(250)에 레이저 빔을 조사할 수 있다. 샘플(sample, 250)은 측정하고자 하는 대상으로, 예컨대 세포, 세균 또는 미생물 등이 될 수 있으며 세포 등을 포함하고 있는 대상물이 될 수도 있다.For example, a laser may be used as the light source 210, and the light source 210 may irradiate the sample 250, such as a cell to be measured, with a laser beam. The sample (sample 250) may be an object to be measured, for example, a cell, a bacterium or a microorganism, or may be an object including a cell or the like.

각도 제어부(220)는 광원(210)에서 조사된 빛의 조사 각도를 제어하는 것으로, 예컨대 디지털 마이크로미러 소자(Digital Micromirror Device, DMD) 또는 미세전자기계 시스템(Micro Electro Mechanical Systems, MEMS)를 이용하여 광원(210)에서 조사된 빛의 조사 각도를 조절할 수 있다. The angle control unit 220 controls the angle of irradiation of the light emitted from the light source 210 and is controlled by using a digital micromirror device (DMD) or a micro electromechanical system (MEMS) The irradiation angle of the light emitted from the light source 210 can be adjusted.

각도 확대부(230)는 각도 제어부(220)에서 조사 각도가 제어된 빛의 조사 각도를 확대시키는 것으로, 예컨대 복수의 렌즈 또는 폴리머미러 등을 이용하여 빛의 조사 각도를 확대시킬 수 있다. The angle expanding unit 230 enlarges the angle of irradiation of the light whose angle of illumination is controlled by the angle control unit 220, and can enlarge the angle of light irradiation using a plurality of lenses or a polymer mirror, for example.

특히, 각도 확대부(230)는 두 개의 렌즈로 구성되어 빛의 조사 각도를 확대시킬 수 있다. 이때 각도 제어부(220) 측에 배치되는 렌즈의 초점거리가 광 수렴부(240) 측에 배치되는 렌즈의 초점거리보다 더 크게 형성됨으로써 빛의 조사 각도를 확대시킬 수 있다. 그리고 두 개의 렌즈 사이의 거리는 두 개의 렌즈의 초점거리의 합이 될 수 있다. In particular, the angular enlargement unit 230 may include two lenses to enlarge the irradiation angle of light. At this time, the focal distance of the lens disposed on the side of the angle control unit 220 is larger than the focal distance of the lens disposed on the side of the light converging unit 240, so that the light irradiation angle can be enlarged. And the distance between the two lenses may be the sum of the focal lengths of the two lenses.

예를 들어 각도 확대부(230)는 복수의 렌즈로 이루어지되 볼록 렌즈와 오목 렌즈의 조합으로 이루어져 빛의 조사 각도를 확대시킬 수 있다. For example, the angle enlargement unit 230 may include a plurality of lenses, and may be formed of a combination of a convex lens and a concave lens, thereby enlarging the irradiation angle of light.

다른 예로, 각도 확대부(230)는 콘 형상의 렌즈와 돔 형상의 렌즈의 조합으로 이루어져 빛의 조사 각도를 확대시킬 수 있다. 각도 제어부(220)를 통과한 빛이 콘 형상의 렌즈에 의해 반사가 된 후 돔 형상의 렌즈에 의해 평면파를 조사하도록 할 수 있다. As another example, the angular enlargement unit 230 may be formed of a combination of a cone-shaped lens and a dome-shaped lens, thereby enlarging the irradiation angle of light. The light having passed through the angle control unit 220 is reflected by the cone-shaped lens, and then the plane wave can be irradiated by the dome-shaped lens.

또 다른 예로, 각도 확대부(230)는 폴리머미러 등을 이용하여 빛의 조사 각도를 확대시킴으로써 1D 영상을 측정하여 토모그래피(tomography)가 가능하다. As another example, the angular enlargement unit 230 can perform tomography by measuring a 1D image by enlarging an irradiation angle of light using a polymer mirror or the like.

광 수렴부(240)는 각도 확대부(230)에서 조사 각도가 확대된 빛을 한 곳으로 모아 샘플(250)로 입사시키는 것으로, 예컨대 튜브 형상의 미러(mirror) 또는 홀로그래픽 격자(Holographic grating)로 이루어져 빛을 회절시켜 샘플(250)로 입사시킬 수 있다.The light converging unit 240 collects the light having the increased irradiation angle from the angle enlarging unit 230 into one place and enters the sample 250. The light converging unit 240 may be a tube mirror or a holographic grating, So that light can be diffracted and incident on the sample 250.

이와 같이 각도 제어부(220) 및 각도 확대부(230)를 구성하여 광 수렴부(240)와 샘플(250) 사이의 워킹 디스턴스(working distance, 260)를 확보하고 렌즈 등의 구성의 회전 등의 움직임 없이 빛의 조사 각도를 확대시킴으로써 고속으로 정밀한 영상 획득이 가능하다. The angular control unit 220 and the angular enlargement unit 230 are configured as described above to secure the working distance 260 between the light converging unit 240 and the sample 250, It is possible to acquire high-speed and precise image by enlarging the irradiation angle of light.

이러한 일 실시예에 따른 워킹 디스턴스 내에서 각도를 확대하여 빛을 조사하는 광학 현미경 또는 일 실시예에 따른 워킹 디스턴스 내에서 각도를 확대하여 빛을 조사하는 광학 현미경을 포함하는 광학계는 현미경으로 구현될 수 있으며, 현미경의 적어도 일부를 포함하는 장치일 수도 있다. An optical microscope for magnifying an angle within a working distance according to one embodiment of the present invention or an optical microscope for illuminating light or an optical microscope for magnifying an angle within a working distance according to an embodiment to irradiate light may be realized by a microscope And may be an apparatus that includes at least a portion of a microscope.

일 실시예에 따른 워킹 디스턴스 내에서 각도를 확대하여 빛을 조사하는 광학 현미경에 대해 아래에서 더 구체적으로 설명하기로 한다.
An optical microscope for illuminating light by magnifying an angle within a working distance according to an embodiment will be described in more detail below.

도 3은 일 실시예에 따른 워킹 디스턴스 내에서 각도를 확대하여 빛을 조사하는 광학 현미경을 나타내는 블록도이다. 3 is a block diagram illustrating an optical microscope for illuminating light by magnifying an angle within a working distance according to an embodiment.

도 3을 참조하면, 일 실시예에 따른 워킹 디스턴스 내에서 각도를 확대하여 빛을 조사하는 광학 현미경(300)는 광원(310), 각도 제어부(320), 각도 확대부(330), 및 광 수렴부(340)를 포함하여 이루어질 수 있다. 그리고 실시예에 따라 워킹 디스턴스 내에서 각도를 확대하여 빛을 조사하는 광학 현미경(300)는 영상을 촬영하는 촬영 장치인 카메라와, 카메라로 빛을 전달하는 적어도 하나 이상의 미러(mirror)를 더 포함하여 이루어질 수 있다. 3, an optical microscope 300 for exposing light in an enlarged angle within a working distance according to an embodiment includes a light source 310, an angle control unit 320, an angle expanding unit 330, (340). ≪ / RTI > In addition, according to the embodiment, the optical microscope 300 that expands the angle within the working distance and irradiates light further includes a camera, which is a photographing device for photographing an image, and at least one mirror for transmitting light to the camera Lt; / RTI >

광원(Light source, 310)은 샘플(sample, 350)을 향해 빛을 조사할 수 있다. A light source 310 can irradiate light toward a sample 350.

예를 들어 레이저(laser)가 광원(310)으로 이용될 수 있으며, 광원(310)은 측정하고자 하는 세포 등의 샘플(350)에 레이저 빔을 조사할 수 있다. 여기에서 광원(310)의 파장, 빛의 세기 등 제한을 받지 않고 사용될 수 있으며, 광원(310)의 위치도 제한되지 않는다. For example, a laser may be used as the light source 310, and the light source 310 may irradiate the sample 350, such as a cell to be measured, with a laser beam. Here, the light source 310 can be used without being limited by the wavelength and intensity of the light source 310, and the position of the light source 310 is not limited.

샘플(sample, 350)은 측정하고자 하는 대상으로, 예컨대 세포, 세균 또는 미생물 등이 될 수 있으며 세포 등을 포함하고 있는 대상물이 될 수도 있다.The sample (sample) 350 may be an object to be measured, for example, a cell, a bacterium or a microorganism, or may be an object including a cell or the like.

각도 제어부(320)는 광원(310)에서 조사된 빛의 조사 각도를 제어할 수 있다. The angle control unit 320 may control the angle of the light emitted from the light source 310.

각도 제어부(320)는 디지털 마이크로미러 소자(Digital Micromirror Device, DMD) 또는 미세전자기계 시스템(Micro Electro Mechanical Systems, MEMS)를 이용하여 광원(310)에서 조사된 빛의 조사 각도를 조절할 수 있다. The angle control unit 320 may control an angle of light emitted from the light source 310 using a digital micromirror device (DMD) or a micro electro mechanical system (MEMS).

더 구체적으로, 각도 제어부(320)는 디지털 마이크로미러 소자(Digital Micromirror Device, DMD)로 이루어져 회절 각도를 조절하며, 디지털 마이크로미러 소자(DMD)의 패턴을 변경하여 특정 위치에 빛을 조사할 수 있다. More specifically, the angle control unit 320 may include a digital micromirror device (DMD) to adjust a diffraction angle, and change the pattern of the DMD to irradiate light at a specific position .

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 정밀한 측정이 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 소자(DMD)는 개별 광원(310) 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 샘플(350)에 입사되는 빛의 조사 각도를 제어할 수 있다.Here, a digital micromirror device (DMD) can control the refractive index of light using a pattern. For example, by using a digital micromirror device (DMD) as a periodically controllable reflection type amplitude diffraction grating, incident light is controlled so as to have different angles, and stable high-speed and precise measurement is possible by controlling the incident light stably and quickly. Also, the digital micromirror device (DMD) is reduced to the diffraction limit so that the pixels constituting the superpixel formed by grouping a plurality of pixels of the digital micromirror device can not be distinguished, A pixel array can be formed and the phase angle of the super pixel array can be controlled to control the plane wave propagation angle of incident light having a linear phase slope. Moreover, the digital micromirror device (DMD) may be an individual source controllable laser array (310), positioned on a Fourier plane of the optical alignment of the system, It is possible to control the irradiation angle of the light incident on the sample 350 by changing the position of the reflecting micromirror.

또한, 각도 제어부(320)는 미세전자기계 시스템(Micro Electro Mechanical Systems, MEMS)으로 이루어져 광원(310)에서 조사된 빛의 조사 각도를 제어할 수 있다. The angle control unit 320 may be a micro electro mechanical system (MEMS), and may control an angle of irradiation of the light emitted from the light source 310.

미세전자기계 시스템(MEMS)을 이용하는 경우 렌즈가 이동하며 초점을 잡는 기존 광학계와 달리 각각의 미러가 제자리에서 2축 또는 3축으로 움직이며 초점을 잡으므로 빠른 초점속도와 초점거리 미세 제어가 가능하다. 또한 미세전자기계 시스템(MEMS)을 이용하여 광학계를 구성하는 경우, 기존의 광학계보다 신속하게 넓은 범위의 영상을 촬영할 수 있을 뿐 아니라 광학계의 크기를 줄일 수 있다. Unlike a conventional optical system in which a micro-electromechanical system (MEMS) is used to move and focus, each mirror moves in two-axis or three-axis in focus, thereby enabling fast focus speed and focal distance fine control . In addition, when an optical system is constructed using a microelectromechanical system (MEMS), a wide range of images can be captured more quickly than an existing optical system, and the size of the optical system can be reduced.

한편, 디지털 마이크로미러 소자(DMD) 또는 미세전자기계 시스템(MEMS)의 경우 스캐닝 할 수 있는 최대 각도 범위가 1~2도 정도이다. 따라서 디지털 마이크로미러 소자(DMD) 또는 미세전자기계 시스템(MEMS)을 통과한 빛을 각도 확대부(330)를 이용하여 빛의 조사 각도를 확대시킨 후, 샘플(350)에 조사 각도가 확대된 빛을 입사시킴으로써 제한된 워킹 디스턴스(working distance) 내에서 정확한 영상을 획득할 수 있다. On the other hand, in the case of a digital micromirror device (DMD) or a micro electromechanical system (MEMS), the maximum angle range that can be scanned is about 1 to 2 degrees. Therefore, after the light passing through the digital micromirror device (DMD) or the microelectromechanical system (MEMS) is expanded by the angular enlargement unit 330, the sample 350 is irradiated with light The correct image can be obtained within a limited working distance.

각도 확대부(330)는 각도 제어부(320)에서 조사 각도가 제어된 빛의 조사 각도를 확대시킬 수 있다. The angle enlarging unit 330 can enlarge the irradiation angle of the light whose irradiation angle is controlled by the angle control unit 320. [

각도 확대부(330)는 복수의 렌즈로 구성될 수 있으며, 예컨대 각도 확대부(330)는 제1 렌즈와 제2 렌즈로 이루어질 수 있다. The angular enlargement unit 330 may include a plurality of lenses. For example, the angular enlargement unit 330 may include a first lens and a second lens.

제1 렌즈는 각도 제어부(320) 측에 배치되어 조사 각도가 제어된 빛이 입사될 수 있다. The first lens may be disposed on the side of the angle control unit 320 so that the light whose irradiation angle is controlled may be incident.

제2 렌즈는 제1 렌즈와 광 수렴부(340)의 사이에 배치되어, 제1 렌즈를 통과한 빛이 입사되고 광 수렴부(340)로 빛을 통과시킬 수 있다. The second lens is disposed between the first lens and the light converging unit 340 so that the light passing through the first lens is incident on the second lens and allows light to pass through the light converging unit 340.

이때, 제1 렌즈의 초점거리는 제2 렌즈의 초점거리보다 더 크게 형성되어 빛의 조사 각도를 확대할 수 있다. At this time, the focal length of the first lens is formed larger than the focal length of the second lens, so that the irradiation angle of the light can be enlarged.

그리고 제1 렌즈와 제2 렌즈 사이의 거리는 제1 렌즈의 초점거리와 제2 렌즈의 초점거리의 합이 될 수 있다. The distance between the first lens and the second lens may be the sum of the focal length of the first lens and the focal length of the second lens.

예를 들어 각도 확대부(330)는 복수의 렌즈로 이루어지되 볼록 렌즈와 오목 렌즈의 조합으로 이루어져 빛의 조사 각도를 확대시킬 수 있다. 이때 볼록 렌즈의 초점거리는 양수(+)로 나타낼 수 있으며, 오목 렌즈의 초점거리는 음수(-)로 나타낼 수 있다. For example, the angle enlargement unit 330 may be formed of a plurality of lenses, and may be formed of a combination of a convex lens and a concave lens, thereby enlarging the irradiation angle of light. At this time, the focal length of the convex lens can be represented by a positive number (+), and the focal distance of the concave lens can be represented by a negative number (-).

다른 예로, 각도 확대부(330)는 콘 형상의 렌즈와 돔 형상의 렌즈의 조합으로 이루어져 빛의 조사 각도를 확대시킬 수 있다. 각도 제어부(320)를 통과한 빛이 콘 형상의 렌즈에 의해 반사가 된 후 돔 형상의 렌즈에 의해 평면파를 조사하도록 할 수 있다. As another example, the angular enlargement unit 330 may be formed of a combination of a cone-shaped lens and a dome-shaped lens, thereby enlarging the irradiation angle of light. After the light passing through the angle control unit 320 is reflected by the cone-shaped lens, the plane wave can be irradiated by the dome-shaped lens.

또 다른 예로, 각도 확대부(330)는 폴리머미러 등을 이용하여 빛의 조사 각도를 확대시킴으로써 1D 영상을 측정하여 토모그래피(tomography)가 가능하다. As another example, the angular enlargement unit 330 can perform tomography by measuring a 1D image by enlarging an irradiation angle of light using a polymer mirror or the like.

광 수렴부(340)는 각도 확대부(330)에서 조사 각도가 확대된 빛을 한 곳으로 모아 샘플(350)로 입사시킬 수 있다. The light converging unit 340 may collect the light having the increased irradiation angle at the angle enlarging unit 330 into one place and enter the sample 350.

예컨대 광 수렴부(340)는 튜브 형상의 미러(mirror)로 이루어져 빛을 굴절시켜 샘플(350)로 입사시킬 수 있다. For example, the light converging unit 340 may include a tube-shaped mirror to refract light to be incident on the sample 350.

다른 예로, 광 수렴부(340)는 홀로그래픽 격자(Holographic grating)로 이루어져 빛을 회절시켜 샘플(350)로 입사시킬 수 있다.As another example, the light converging unit 340 may be a holographic grating to diffract light and enter the sample 350.

여기에서 홀로그래픽 격자(Holographic grating)는 회절 격자의 일종으로, 회절 격자는 다이아몬드 커터를 사용하여 금속면에 다수의 홈을 파놓은 것이지만 홀로그래픽 격자는 사진법으로 제작한 회절 격자이다. 유리면 위에 감광성 수지(예컨대 포토레지스트)를 균일하게 도포하여 표면을 밝게 간섭 무늬로 조사하여 수지를 감광시키고, 현상처리하여 미감광 부분, 혹은 감광 부분을 씻은 다음 표면에 알루미늄 등을 증착하여 홀로그래픽 격자를 얻을 수 있다. 이러한 홀로그래픽 격자는 레이저 스캐너에서 많이 사용된다. Here, the holographic grating is a kind of diffraction grating, the diffraction grating is a grating using a diamond cutter, and the holographic grating is a photolithography diffraction grating. A photosensitive resin (for example, a photoresist) is uniformly applied on the glass surface, the surface is lightly irradiated with interference fringes to sensitize the resin, and the unphotosensitive portion or the photosensitive portion is washed to deposit aluminum on the surface to form a holographic grating Can be obtained. Such a holographic grating is often used in laser scanners.

이와 같이 각도 제어부(320) 및 각도 확대부(330)에 의해 광 수렴부(340)와 샘플(350) 사이의 소정의 워킹 디스턴스(working distance) 내에서 빛의 조사 각도를 확대하여 샘플(350)에 조사할 수 있다. The angle of the light is increased within a predetermined working distance between the light converging unit 340 and the sample 350 by the angle control unit 320 and the angle enlarging unit 330, .

이러한 일 실시예에 따른 워킹 디스턴스 내에서 각도를 확대하여 빛을 조사하는 광학 현미경 또는 일 실시예에 따른 워킹 디스턴스 내에서 각도를 확대하여 빛을 조사하는 광학 현미경을 포함하는 광학계는 현미경으로 구현될 수 있다. An optical microscope for magnifying an angle within a working distance according to one embodiment of the present invention or an optical microscope for illuminating light or an optical microscope for magnifying an angle within a working distance according to an embodiment to irradiate light may be realized by a microscope have.

실시예들에 따르면 디지털 마이크로미러 소자(DMD) 또는 미세전자기계 시스템(MEMS)을 통과한 빛의 조사 각도를 복수의 렌즈를 이용하여 확대시킨 후 샘플(350)에 입사시킴으로써, 렌즈 등의 기계적인 움직임이 없어 진동 및 노이즈가 발생되지 않으므로 측정 속도와 정밀도를 향상시킬 수 있다.
According to embodiments, the angle of irradiation of light passing through a digital micromirror device (DMD) or a microelectromechanical system (MEMS) is enlarged using a plurality of lenses and then incident on the sample 350, Vibration and noise are not generated because there is no movement, so the measurement speed and precision can be improved.

도 4는 일 실시예에 따른 각도 확대부를 설명하기 위한 도면이다. 4 is a view for explaining an angular enlargement unit according to an embodiment.

일 실시예에 따른 각도 확대부는 각도 제어부에서 조사 각도가 제어된 빛의 조사 각도를 확대시킬 수 있다. The angular enlargement unit according to an embodiment can enlarge an irradiation angle of the light whose irradiation angle is controlled by the angle control unit.

도 4에 도시된 바와 같이, 각도 확대부는 복수의 렌즈로 구성될 수 있으며, 예컨대 각도 확대부는 제1 렌즈(411)와 제1 렌즈(412)로 이루어질 수 있다. 4, the angular enlargement unit may include a plurality of lenses. For example, the angular enlargement unit may include a first lens 411 and a first lens 412.

제1 렌즈(411)는 각도 제어부 측에 배치되어 조사 각도가 제어된 빛이 입사될 수 있다. The first lens 411 may be disposed on the angle control unit side so that the light whose irradiation angle is controlled may be incident.

제1 렌즈(412)는 제1 렌즈(411)와 광 수렴부의 사이에 배치되어, 제1 렌즈(411)를 통과한 빛이 입사되고 광 수렴부로 빛을 통과시킬 수 있다. The first lens 412 is disposed between the first lens 411 and the light converging portion so that light passing through the first lens 411 is incident and allows light to pass through the light converging portion.

이때, 제1 렌즈(411)의 초점거리는 제1 렌즈(412)의 초점거리보다 더 크게 형성되어 빛의 조사 각도를 확대할 수 있다. At this time, the focal length of the first lens 411 is formed larger than the focal length of the first lens 412, so that the irradiation angle of the light can be enlarged.

그리고 제1 렌즈(411)와 제1 렌즈(412) 사이의 거리는 제1 렌즈(411)의 초점거리와 제1 렌즈(412)의 초점거리의 합이 될 수 있다. The distance between the first lens 411 and the first lens 412 may be the sum of the focal length of the first lens 411 and the focal length of the first lens 412.

즉, 제1 렌즈(411)와 제1 렌즈(412) 사이의 거리(d)를 다음 식과 같이 나타낼 수 있다. That is, the distance d between the first lens 411 and the first lens 412 can be expressed by the following equation.

Figure 112016077572649-pat00001
Figure 112016077572649-pat00001

여기에서, f 1은 제1 렌즈(411)의 초점거리이고 f 2는 제1 렌즈(412)의 초점거리이다. Here, f 1 is the focal length of the first lens 411 f 2 is the focal length of the first lens 412.

예를 들어 각도 확대부는 복수의 렌즈로 이루어지되 볼록 렌즈와 오목 렌즈의 조합으로 이루어져 빛의 조사 각도를 확대시킬 수 있다. 이때 볼록 렌즈의 초점거리는 양수(+)로 나타낼 수 있으며, 오목 렌즈의 초점거리는 음수(-)로 나타낼 수 있다.
For example, the angle enlargement unit is composed of a plurality of lenses, and is formed of a combination of a convex lens and a concave lens, so that the irradiation angle of light can be increased. At this time, the focal length of the convex lens can be represented by a positive number (+), and the focal distance of the concave lens can be represented by a negative number (-).

도 5는 일 실시예에 따른 각도 확대부의 예를 나타내는 도면이다. 5 is a view showing an example of an angular enlargement unit according to an embodiment.

도 5에 도시된 바와 같이, 일 실시예에 따른 각도 확대부는 복수의 렌즈로 구성되어 각도 제어부에서 조사 각도가 제어된 빛의 조사 각도를 확대시킬 수 있다. 예컨대 각도 확대부는 제1 렌즈와 제2 렌즈로 이루어질 수 있다. As shown in FIG. 5, the angular enlargement unit according to an exemplary embodiment may include a plurality of lenses to enlarge an irradiation angle of light whose angle of irradiation is controlled by the angle control unit. For example, the angular enlargement unit may include a first lens and a second lens.

제1 렌즈는 각도 제어부 측에 배치되어 조사 각도가 제어된 빛이 입사될 수 있다. The first lens is disposed on the side of the angle control unit, and light whose irradiation angle is controlled can be incident.

제2 렌즈는 제1 렌즈와 광 수렴부의 사이에 배치되어, 제1 렌즈를 통과한 빛이 입사되고 광 수렴부로 빛을 통과시킬 수 있다. The second lens is disposed between the first lens and the light converging portion, and light passing through the first lens is incident on the second lens and allows light to pass through the light converging portion.

이때, 제1 렌즈의 초점거리는 제2 렌즈의 초점거리보다 더 크게 형성되어 빛의 조사 각도를 확대할 수 있다. 그리고 제1 렌즈와 제2 렌즈 사이의 거리는 제1 렌즈의 초점거리와 제2 렌즈의 초점거리의 합이 될 수 있다. At this time, the focal length of the first lens is formed larger than the focal length of the second lens, so that the irradiation angle of the light can be enlarged. The distance between the first lens and the second lens may be the sum of the focal length of the first lens and the focal length of the second lens.

각도 확대부는 복수의 렌즈로 이루어지되 볼록 렌즈와 오목 렌즈의 조합으로 이루어져 빛의 조사 각도를 확대시킬 수 있으며, 예컨대 45도 정도의 빛의 조사 각도를 확대시킬 수 있다. The angular enlargement unit is composed of a plurality of lenses, and is formed of a combination of a convex lens and a concave lens, so that the angle of light irradiation can be enlarged and the angle of light irradiation of about 45 degrees can be enlarged.

예를 들어, 도 5a에 도시된 바와 같이 제1 렌즈(511)는 오목 렌즈로 이루어지고 제2 렌즈는 볼록 렌즈(512)로 이루어져 빛의 조사 각도를 확대시킬 수 있다. For example, as shown in FIG. 5A, the first lens 511 may be formed of a concave lens and the second lens may be formed of a convex lens 512 to enlarge an irradiation angle of light.

다른 예로, 도 5b에 도시된 바와 같이 제1 렌즈(521)는 볼록 렌즈로 이루어지고 제2 렌즈(522)는 오목 렌즈로 이루어져 빛의 조사 각도를 확대시킬 수 있다.As another example, as shown in FIG. 5B, the first lens 521 may be formed of a convex lens, and the second lens 522 may be formed of a concave lens to enlarge an irradiation angle of light.

이 외에도, 각도 확대부는 콘 형상의 렌즈와 돔 형상의 렌즈 등으로 이루어지거나 두 렌즈의 조합으로 이루어져 빛의 조사 각도를 확대시키거나, 폴리머미러 등을 이용하여 빛의 조사 각도를 확대시킴으로써 토모그래피(tomography)가 가능하다. In addition, the angle enlargement section may be formed of a cone-shaped lens and a dome-shaped lens, or may be formed of a combination of two lenses to enlarge the irradiation angle of the light, or enlarge the irradiation angle of the light by using a polymer mirror or the like, ).

예컨대, 도 5c에 도시된 바와 같이 각도 확대부는 볼록 액시콘(axicone)(531)으로 이루어져 빛의 조사 각도를 확대시킬 수 있으며, 도 5d에 도시된 바와 같이 각도 확대부는 오목 액시콘(axicone)(541)으로 이루어져 빛의 조사 각도를 확대시킬 수 있다. 여기에서 각도 확대부는 하나의 렌즈가 제1 렌즈와 제2 렌즈를 대신할 수도 있다. 예를 들어 빛의 입사 각도가 10도 정도인 경우, 볼록 액시콘(axicone)(531)을 통과하며 빛이 굴절되어 30도 정도로 조사 각도가 확대될 수 있다.
For example, as shown in FIG. 5C, the angle enlarging unit may include a convex axicon 531 to enlarge an angle of light irradiation. As shown in FIG. 5D, the angle enlarging unit may be a concave axicon 541) so that the light irradiation angle can be enlarged. Here, the angular enlargement section may replace one lens with the first lens and the second lens. For example, when the angle of incidence of light is about 10 degrees, the light passes through the convex axicon 531 and the light can be refracted and the irradiation angle can be enlarged to about 30 degrees.

도 6은 일 실시예에 따른 광 수렴부의 예를 나타내는 도면이다. 6 is a diagram showing an example of a light converging unit according to an embodiment.

도 6을 참조하면, 광 수렴부는 각도 확대부에서 조사 각도가 확대된 빛을 한 곳으로 모아 샘플로 입사시키는 것으로, 튜브 형상의 미러(mirror) 또는 홀로그래픽 격자(Holographic grating)로 이루어질 수 있다. Referring to FIG. 6, the light converging unit collects the light having the increased irradiation angle in the angle enlargement unit into one place, and may be made of a tube-shaped mirror or a holographic grating.

예컨대, 도 6a에 도시된 바와 같이 광 수렴부는 튜브 형상의 미러(610)로 이루어져 빛을 굴절시켜 샘플로 입사시킬 수 있으며, 예컨대 굴절되는 각도는 직각 정도일 수 있으나 이에 제한되지는 않는다. For example, as shown in FIG. 6A, the light converging unit may include a tube-shaped mirror 610 to refract light to be incident on a sample. For example, the angle of refraction may be a right angle, but is not limited thereto.

다른 예로, 도 6b에 도시된 바와 같이 광 수렴부는 홀로그래픽 격자(Holographic grating, 620)로 이루어져 빛을 회절시켜 샘플로 입사시킬 수 있다.As another example, as shown in FIG. 6B, the light converging unit may be a holographic grating 620 to diffract light to be incident on a sample.

여기에서 홀로그래픽 격자(Holographic grating)는 회절 격자의 일종으로, 회절 격자는 다이아몬드 커터를 사용하여 금속면에 다수의 홈을 파놓은 것이지만 홀로그래픽 격자는 사진법으로 제작한 회절 격자이다. 유리면 위에 감광성 수지(예컨대 포토레지스트)를 균일하게 도포하여 표면을 밝게 간섭 무늬로 조사하여 수지를 감광시키고, 현상처리하여 미감광 부분, 혹은 감광 부분을 씻은 다음 표면에 알루미늄 등을 증착하여 홀로그래픽 격자를 얻을 수 있다. 이러한 홀로그래픽 격자는 레이저 스캐너에서 많이 사용된다. Here, the holographic grating is a kind of diffraction grating, the diffraction grating is a grating using a diamond cutter, and the holographic grating is a photolithography diffraction grating. A photosensitive resin (for example, a photoresist) is uniformly applied on the glass surface, the surface is lightly irradiated with interference fringes to sensitize the resin, and the unphotosensitive portion or the photosensitive portion is washed to deposit aluminum on the surface to form a holographic grating Can be obtained. Such a holographic grating is often used in laser scanners.

이와 같이 각도 제어부 및 각도 확대부에 의해 광 수렴부와 샘플 사이의 소정의 워킹 디스턴스(working distance) 내에서 빛의 조사 각도를 확대하여 샘플에 조사할 수 있다.
As described above, the angle control section and the angle expanding section can enlarge the irradiation angle of the light within a predetermined working distance between the light converging section and the sample and irradiate the sample.

도 7은 일 실시예에 따른 워킹 디스턴스 내에서 각도를 확대하여 빛을 조사하는 방법을 나타내는 흐름도이다. FIG. 7 is a flow chart illustrating a method of illuminating light by magnifying an angle within a working distance according to an embodiment.

도 7을 참조하면, 다른 실시예에 따른 워킹 디스턴스 내에서 각도를 확대하여 빛을 조사하는 방법은 광원에서 샘플(sample)을 향해 빛을 조사하는 단계(710), 광원에서 조사된 빛의 조사 각도를 제어하는 단계(720), 적어도 하나 이상의 렌즈를 이용하여 조사 각도가 제어된 빛의 조사 각도를 확대시키는 단계(730), 및 조사 각도가 확대된 빛을 모아 샘플로 입사시키는 단계(740)를 포함하여 이루어질 수 있고, 소정의 워킹 디스턴스(working distance) 내에서 빛의 조사 각도를 확대하여 샘플에 조사할 수 있다. Referring to FIG. 7, a method of irradiating light in an enlarged angle in a working distance according to another embodiment includes a step 710 of irradiating light toward a sample in a light source, a step 710 of irradiating the sample with light, A step 730 of enlarging an angle of irradiation of the light whose irradiation angle is controlled using at least one lens, and a step 740 of collecting the enlarged light and entering the sample as a sample And the irradiation angle of the light can be enlarged within a predetermined working distance to illuminate the sample.

실시예들에 따르면 디지털 마이크로미러 소자(DMD) 또는 미세전자기계 시스템(MEMS)을 통과한 빛의 조사 각도를 복수의 렌즈를 이용하여 확대시킨 후 샘플에 입사시킴으로써, 워킹 디스턴스(working distance)를 확보하여 움직이지 않는 구성으로 각도를 확대하여 빛을 조사할 수 있다. According to the embodiments, the angle of irradiation of light passing through the digital micromirror device (DMD) or the micro electromechanical system (MEMS) is enlarged by using a plurality of lenses, and then incident on the sample to secure a working distance So that the angle can be enlarged and the light can be irradiated.

또한, 디지털 마이크로미러 소자(DMD) 또는 미세전자기계 시스템(MEMS)을 통과한 빛의 조사 각도를 복수의 렌즈를 이용하여 확대시킨 후 샘플에 입사시킴으로써, 렌즈 등의 기계적인 움직임이 없어 진동 및 노이즈가 발생되지 않으므로 측정 속도와 정밀도를 향상시킬 수 있다.
In addition, since the angle of irradiation of light passing through the digital micromirror device (DMD) or the microelectromechanical system (MEMS) is enlarged by using a plurality of lenses and then incident on the sample, there is no mechanical movement of the lens or the like, The measurement speed and accuracy can be improved.

아래에서는 일 실시예에 따른 워킹 디스턴스 내에서 각도를 확대하여 빛을 조사하는 방법의 각 단계에 대해 상세히 설명하기로 한다. Hereinafter, each step of the method of irradiating light by enlarging an angle within a working distance according to an embodiment will be described in detail.

일 실시예에 따른 워킹 디스턴스 내에서 각도를 확대하여 빛을 조사하는 방법은 도 3에서 설명한 일 실시예에 따른 워킹 디스턴스 내에서 각도를 확대하여 빛을 조사하는 광학 현미경을 이용하여 더 구체적으로 설명할 수 있다. 여기에서 일 실시예에 따른 워킹 디스턴스 내에서 각도를 확대하여 빛을 조사하는 광학 현미경(300)는 광원(310), 각도 제어부(320), 각도 확대부(330), 및 광 수렴부(340)를 포함하여 이루어질 수 있다. 그리고 실시예에 따라 워킹 디스턴스 내에서 각도를 확대하여 빛을 조사하는 광학 현미경(300)는 영상을 촬영하는 촬영 광학 현미경인 카메라와, 카메라로 빛을 전달하는 적어도 하나 이상의 미러(mirror)를 더 포함하여 이루어질 수 있다.A method of irradiating light by enlarging an angle within a working distance according to an embodiment will be described in more detail using an optical microscope that expands the angle within a working distance according to the embodiment described with reference to FIG. . Here, the optical microscope 300 for enlarging the angle within the working distance according to an embodiment includes a light source 310, an angle control unit 320, an angle expanding unit 330, and a light converging unit 340, . ≪ / RTI > In addition, according to the embodiment, the optical microscope 300 that expands the angle within the working distance and irradiates the light further includes a camera, which is a photographing optical microscope for photographing an image, and at least one mirror for transmitting light to the camera .

단계(710)에서, 광원(310)은 샘플(350)을 향해 빛을 조사할 수 있다. 예컨대 광원(310)은 레이저 등이 될 수 있으며 측정하고자 하는 샘플(350)에 레이저 빔을 조사할 수 있다. At step 710, the light source 310 may illuminate the sample 350 with light. For example, the light source 310 may be a laser or the like, and may irradiate a laser beam to the sample 350 to be measured.

단계(720)에서, 각도 제어부(320)는 광원(310)에서 조사된 빛의 조사 각도를 제어할 수 있다. In step 720, the angle control unit 320 may control the angle of the light emitted from the light source 310.

각도 제어부(320)는 디지털 마이크로미러 소자(Digital Micromirror Device, DMD) 또는 미세전자기계 시스템(Micro Electro Mechanical Systems, MEMS)를 이용하여 광원(310)에서 조사된 빛의 조사 각도를 조절할 수 있다. The angle control unit 320 may control an angle of light emitted from the light source 310 using a digital micromirror device (DMD) or a micro electro mechanical system (MEMS).

더 구체적으로, 각도 제어부(320)는 디지털 마이크로미러 소자(DMD)로 이루어져 회절 각도를 조절하며, 디지털 마이크로미러 소자(DMD)의 패턴을 변경하여 특정 위치에 빛을 조사할 수 있다. More specifically, the angle control unit 320 may include a digital micromirror device (DMD) to adjust the diffraction angle, and may change the pattern of the digital micromirror device (DMD) to irradiate light at a specific position.

또한, 각도 제어부(320)는 미세전자기계 시스템(MEMS)으로 이루어져 광원(310)에서 조사된 빛의 조사 각도를 제어할 수 있다. The angle control unit 320 may be a micro electro mechanical system (MEMS), and may control an angle of irradiation of the light emitted from the light source 310.

단계(730)에서, 각도 확대부(330)는 각도 제어부(320)에서 조사 각도가 제어된 빛의 조사 각도를 확대시킬 수 있다. In step 730, the angle enlarging unit 330 may enlarge the angle of irradiation of the light whose angle of illumination is controlled by the angle control unit 320.

각도 확대부(330)는 복수의 렌즈로 구성될 수 있으며, 예컨대 각도 확대부(330)는 제1 렌즈와 제2 렌즈로 이루어질 수 있다. The angular enlargement unit 330 may include a plurality of lenses. For example, the angular enlargement unit 330 may include a first lens and a second lens.

제1 렌즈는 각도 제어부(320) 측에 배치되어 조사 각도가 제어된 빛이 입사될 수 있다. The first lens may be disposed on the side of the angle control unit 320 so that the light whose irradiation angle is controlled may be incident.

제2 렌즈는 제1 렌즈와 광 수렴부(340)의 사이에 배치되어, 제1 렌즈를 통과한 빛이 입사되고 광 수렴부(340)로 빛을 통과시킬 수 있다. The second lens is disposed between the first lens and the light converging unit 340 so that the light passing through the first lens is incident on the second lens and allows light to pass through the light converging unit 340.

이때, 제1 렌즈의 초점거리는 제2 렌즈의 초점거리보다 더 크게 형성되어 빛의 조사 각도를 확대할 수 있다. 그리고 제1 렌즈와 제2 렌즈 사이의 거리는 제1 렌즈의 초점거리와 제2 렌즈의 초점거리의 합이 될 수 있다. At this time, the focal length of the first lens is formed larger than the focal length of the second lens, so that the irradiation angle of the light can be enlarged. The distance between the first lens and the second lens may be the sum of the focal length of the first lens and the focal length of the second lens.

예를 들어 각도 확대부(330)는 복수의 렌즈로 이루어지되 볼록 렌즈와 오목 렌즈의 조합으로 이루어져 빛의 조사 각도를 확대시킬 수 있다.For example, the angle enlargement unit 330 may be formed of a plurality of lenses, and may be formed of a combination of a convex lens and a concave lens, thereby enlarging the irradiation angle of light.

단계(740)에서, 광 수렴부(340)는 각도 확대부(330)에서 조사 각도가 확대된 빛을 한 곳으로 모아 샘플(350)로 입사시킬 수 있다. In step 740, the light converging unit 340 collects the light having the increased irradiation angle at the angle enlarging unit 330 into one place and enters the sample 350.

예컨대 광 수렴부(340)는 튜브 형상의 미러(mirror)로 이루어져 빛을 굴절시켜 샘플(350)로 입사시킬 수 있다. For example, the light converging unit 340 may include a tube-shaped mirror to refract light to be incident on the sample 350.

다른 예로, 광 수렴부(340)는 홀로그래픽 격자(Holographic grating)로 이루어져 빛을 회절시켜 샘플(350)로 입사시킬 수 있다.As another example, the light converging unit 340 may be a holographic grating to diffract light and enter the sample 350.

이와 같이 각도 제어부(320) 및 각도 확대부(330)에 의해 광 수렴부(340)와 샘플(350) 사이의 소정의 워킹 디스턴스(working distance) 내에서 빛의 조사 각도를 확대하여 샘플(350)에 조사할 수 있다. The angle of the light is increased within a predetermined working distance between the light converging unit 340 and the sample 350 by the angle control unit 320 and the angle enlarging unit 330, .

실시예들은 제한된 워킹 디스턴스 내에서 구성의 기계적 움직임 없이 빛의 조사 각도를 확대하여 샘플에 조사하는 기술로, 디지털 마이크로미러 소자(DMD) 또는 미세전자기계 시스템(MEMS)을 통과한 빛의 조사 각도를 복수의 렌즈를 이용하여 확대시킨 후 샘플에 입사시킴으로써, 제한된 워킹 디스턴스(working distance) 내에서 고속으로 정밀한 영상 획득이 가능하다.
Embodiments are techniques for exposing a sample to an enlarged angle of illumination of light without mechanical movement of the configuration within a limited working distance, and it is possible to measure the angle of irradiation of light passing through a digital micromirror device (DMD) or a microelectromechanical system (MEMS) By zooming in using a plurality of lenses and then entering the sample, it is possible to obtain high-speed and precise images within a limited working distance.

아래에서는 디지털 마이크로미러 소자(DMD)를 이용하여 입사되는 빛을 제어하는 방법에 대해 예를 들어 구체적으로 설명한다. Hereinafter, a method of controlling light incident using a digital micromirror device (DMD) will be described in detail by way of example.

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, 카메라를 이용하여 측정된 2차원 광학장의 정보를 통해 3차원 굴절률 영상을 획득할 수 있다. The digital micromirror device (DMD) can be used as a periodically controllable reflective amplitude grating. The digital micromirror element DMD can change the irradiation angle of the incident light and enter the sample. Thereafter, a three-dimensional refractive index image can be obtained through the information of the two-dimensional optical field measured using a camera.

디지털 마이크로미러 소자(Digital Micromirror Device, DMD)는 파면 제어기로 다수의 마이크로미러를 포함하는 배열을 구비할 수 있다. A digital micromirror device (DMD) may include an array including a plurality of micromirrors as a wavefront controller.

디지털 마이크로미러 소자(DMD)는 반사 직후 빛의 세기만 제어 가능하나, 표현하고자 하는 위상을 포함하는 홀로그램(hologram)은 빛의 세기로 표현이 가능하기 때문에 디지털 마이크로미러 소자(DMD)를 이용하여 평면파에 해당하는 위상의 표현이 가능하다. 구체적으로, 광축을 z축으로 정하고 표현하고자 하는 파장

Figure 112016077572649-pat00002
를 갖는 레이저 평면파의 xy축 방향의 각도를 각각
Figure 112016077572649-pat00003
로 한다면, 이에 해당하는 파면 위상정보
Figure 112016077572649-pat00004
는 다음 식과 같이 표현 가능하다.However, since the hologram including the phase to be expressed can be expressed by the intensity of light, it is possible to use a digital micromirror device (DMD) It is possible to express the phase corresponding to the phase. Specifically, the optical axis is defined as the z- axis and the wavelength
Figure 112016077572649-pat00002
The angle of the x axis y axis of each laser plane wave having
Figure 112016077572649-pat00003
, The corresponding wavefront phase information
Figure 112016077572649-pat00004
Can be expressed as the following expression.

Figure 112016077572649-pat00005
Figure 112016077572649-pat00005

이런 파면의 빛을 디지털 마이크로미러 소자(DMD)로 형성하기 위해, 디지털 마이크로미러 소자(DMD)에 다음의 수학식과 같은 홀로그램 패턴(hologram pattern)을 입력할 수 있다.In order to form such a wavefront light from a digital micromirror device (DMD), a hologram pattern such as the following mathematical expression can be input to a digital micromirror device (DMD).

Figure 112016077572649-pat00006
Figure 112016077572649-pat00006

이 경우 두 번째 식에서 두 번째 항에 해당하는 반사광만 샘플에 조사하고 나머지 빛을 차폐하면, 샘플에 조사되는 빛은

Figure 112016077572649-pat00007
를 디지털 마이크로미러 소자(DMD) 상에서 직접 제어가 가능하여, 원하는 방향의 평면파를 형성할 수 있다. In this case, if only the reflected light corresponding to the second term in the second equation is irradiated onto the sample and the remaining light is shielded,
Figure 112016077572649-pat00007
Can be directly controlled on the digital micromirror device (DMD), so that a plane wave in a desired direction can be formed.

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. 2 개의 렌즈를 추가하여 이 각도를 확대하고 샘플에 입사시킨 후, 2차원 광학장 정보를 입사광의 각도 별로 촬영하면 3차원 산란 포텐셜(Scattering Potential)을 얻을 수 있다. Since the phase of each pixel can be controlled from 0 to 2, the slope of the phase controllable by the digital micromirror device (DMD) is limited by the size of the pixel. Generally, when the device is fabricated with a micromirror of several micrometers in length, the maximum controllable angle is about 1 to 2 degrees. The two-dimensional optical field information is photographed by the angle of the incident light after enlarging the angle by adding two lenses and entering the sample, thereby obtaining a three-dimensional scattering potential.

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. By using the DMD as a periodically controllable reflection type diffraction grating for ultra-high speed optical tomography, incident light is controlled so as to have different angles, and stable, The refractive index can be measured.

또한, 디지털 마이크로미러 소자(DMD)는 수퍼픽셀 방법을 이용할 수 있다. In addition, the digital micromirror device (DMD) can use the superpixel method.

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. Such a digital micromirror device (DMD) is reduced to the diffraction limit so that the pixels constituting the superpixel formed by grouping a plurality of pixels of the digital micromirror device can not be distinguished, and the superpixel And the phase angle of the superpixel array can be controlled to control the plane wave propagation angle of incident light having a linear phase slope.

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.It is possible to use a method of phase modulation of light using super pixels by bundling pixels of a digital micromirror device. More specifically, it is a method of aligning the lenses that transmit the optical field reflected from the digital micromirror device slightly off the optical axis so that the phase of light is represented differently according to the position of the micromirror. Thus, by placing a spatial filter between the lenses and reducing them to the diffraction limit to make it impossible to distinguish the pixels that make up the superpixel, a superpixel array with phase adjustable from 0 to 2π is created. By using this method to express the slope of the linear phase, it becomes possible to express a plane wave that proceeds at a desired angle. Likewise, since the slope of the phase that can be represented is limited by the size of the super pixel, the angle represented by adding two lenses can be applied to the enlarged sample to be used for three-dimensional optical tomography.

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. By using a digital micromirror device using the super pixel method for ultra-high speed optical tomography, incident light is controlled so as to have different angles, and stable and fast incident light is controlled, so that a high-precision three-dimensional refractive index can be measured.

더욱이, 디지털 마이크로미러 소자(DMD)는 개별 광원 제어가능 레이저 배열로 활용(individual source controllable laser array)할 수 있다. Furthermore, digital micromirror devices (DMDs) can be utilized as individual source controllable laser arrays.

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.A plurality of micromirrors for positioning a digital micromirror device on a Fourier plane of the optical alignment to form a laser array capable of controlling the position of a plurality of micromirrors with an individual light source, The position of the plane wave can be controlled by controlling the position of the plane wave. To this end, a flat polarized wave is irradiated onto a digital micromirror element located on a Fourier plane, and only a specific digital micromirror element is operated to reflect only light corresponding to the element, whereby light incident on the sample is a light having only a specific spatial frequency A plane wave incident only at a specific angle can be generated.

다시 말하면, 디지털 마이크로미러 소자를 시스템의 광학 정렬의 푸리에 평면(Fourier plane) 상에 위치시키고, 빛을 반사시키는 마이크로미러의 위치를 바꿔줌으로써 샘플에 입사되는 빛의 조사 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.
In other words, by positioning the digital micromirror device on the Fourier plane of the optical alignment of the system and changing the position of the micromirror that reflects the light, the angle of irradiation of the light incident on the sample can be controlled. At this time, the magnification of the lenses can be appropriately adjusted so that the size of the digital micromirror device corresponds to the size of the numerical aperture of the condenser lens.

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.The apparatus described above may be implemented as a hardware component, a software component, and / or a combination of hardware components and software components. For example, the apparatus and components described in the embodiments may be implemented within a computer system, such as, for example, a processor, controller, arithmetic logic unit (ALU), digital signal processor, microcomputer, field programmable array (FPA) A programmable logic unit (PLU), a microprocessor, or any other device capable of executing and responding to instructions. The processing device may execute an operating system (OS) and one or more software applications running on the operating system. The processing device may also access, store, manipulate, process, and generate data in response to execution of the software. For ease of understanding, the processing apparatus may be described as being used singly, but those skilled in the art will recognize that the processing apparatus may have a plurality of processing elements and / As shown in FIG. For example, the processing apparatus may comprise a plurality of processors or one processor and one controller. Other processing configurations are also possible, such as a parallel processor.

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.The software may include a computer program, code, instructions, or a combination of one or more of the foregoing, and may be configured to configure the processing device to operate as desired or to process it collectively or collectively Device can be commanded. The software and / or data may be in the form of any type of machine, component, physical device, virtual equipment, computer storage media, or device , Or may be permanently or temporarily embodied in a transmitted signal wave. The software may be distributed over a networked computer system and stored or executed in a distributed manner. The software and data may be stored on one or more computer readable recording media.

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.The method according to an embodiment may be implemented in the form of a program command that can be executed through various computer means and recorded in a computer-readable medium. The computer-readable medium may include program instructions, data files, data structures, and the like, alone or in combination. The program instructions to be recorded on the medium may be those specially designed and configured for the embodiments or may be available to those skilled in the art of computer software. Examples of computer-readable media include magnetic media such as hard disks, floppy disks, and magnetic tape; optical media such as CD-ROMs and DVDs; magnetic media such as floppy disks; Magneto-optical media, and hardware devices specifically configured to store and execute program instructions such as ROM, RAM, flash memory, and the like. Examples of program instructions include machine language code such as those produced by a compiler, as well as high-level language code that can be executed by a computer using an interpreter or the like. The hardware devices described above may be configured to operate as one or more software modules to perform the operations of the embodiments, and vice versa.

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.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments. For example, it is to be understood that the techniques described may be performed in a different order than the described methods, and / or that components of the described systems, structures, devices, circuits, Lt; / RTI > or equivalents, even if it is replaced or replaced.

그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.Therefore, other implementations, other embodiments, and equivalents to the claims are also within the scope of the following claims.

210, 310: 광원
220, 320: 각도 제어부
230, 330: 각도 확대부
240, 340: 광 수렴부
250, 350: 샘플
210, 310: Light source
220, and 320:
230, and 330:
240, 340: Light converging part
250, 350: Samples

Claims (10)

워킹 디스턴스 내에서 각도를 확대하여 빛을 조사하는 광학 현미경에 있어서,
샘플(sample)을 향해 빛을 조사하는 광원;
상기 광원에서 조사된 상기 빛의 조사 각도를 제어하는 각도 제어부;
상기 각도 제어부에서 조사 각도가 제어된 상기 빛의 조사 각도를 확대시키는 각도 확대부; 및
상기 각도 확대부에서 조사 각도가 확대된 상기 빛을 모아 상기 샘플로 입사시키는 광 수렴부
를 포함하고,
상기 각도 제어부 및 상기 각도 확대부에 의해 상기 광 수렴부와 상기 샘플 사이의 거리에 해당하는 워킹 디스턴스(working distance) 내에서 상기 빛의 조사 각도를 확대하여 상기 샘플에 조사하고,
상기 각도 확대부는,
상기 각도 제어부 측에 배치되어 조사 각도가 제어된 상기 빛이 입사되는 제1 렌즈; 및
상기 제1 렌즈와 상기 광 수렴부의 사이에 배치되어, 상기 제1 렌즈를 통과한 상기 빛이 입사되고 상기 광 수렴부로 빛을 통과시키는 제2 렌즈
를 포함하고,
상기 워킹 디스턴스 내에서 상기 빛의 조사 각도를 확대하기 위해 상기 제1 렌즈의 초점거리는 상기 제2 렌즈의 초점거리보다 크고, 상기 제1 렌즈와 상기 제2 렌즈 사이의 거리는 상기 제1 렌즈의 초점거리와 상기 제2 렌즈의 초점거리의 합에 해당하는 것
을 특징으로 하는 워킹 디스턴스 내에서 각도를 확대하여 빛을 조사하는 광학 현미경.
An optical microscope for irradiating light with an enlarged angle within a working distance,
A light source for irradiating light toward a sample;
An angle control unit for controlling an angle of irradiation of the light emitted from the light source;
An angle enlarging unit for enlarging an irradiation angle of the light whose irradiation angle is controlled by the angle control unit; And
And a light converging unit for converging the light having an enlarged irradiation angle at the angle expanding unit and making the light enter the sample,
Lt; / RTI >
The angle control unit and the angle expanding unit enlarge an irradiation angle of the light within a working distance corresponding to a distance between the light converging unit and the sample,
Wherein the angle-
A first lens disposed on the angle control unit side and incident with the light whose irradiation angle is controlled; And
A second lens that is disposed between the first lens and the light converging unit and through which the light having passed through the first lens is incident,
Lt; / RTI >
Wherein a focal length of the first lens is larger than a focal length of the second lens so as to enlarge an irradiation angle of the light within the working distance, and a distance between the first lens and the second lens is larger than a focal distance of the first lens And the focal length of the second lens
Which magnifies the angle within the working distance to illuminate the light.
제1항에 있어서,
상기 각도 제어부는,
디지털 마이크로미러 소자(Digital Micromirror Device, DMD)로 이루어져 회절 각도를 조절하며, 상기 디지털 마이크로미러 소자(DMD)의 패턴을 변경하여 특정 위치에 상기 빛을 조사하는 것
을 특징으로 하는 워킹 디스턴스 내에서 각도를 확대하여 빛을 조사하는 광학 현미경.
The method according to claim 1,
Wherein the angle control unit includes:
A digital micromirror device (DMD), which adjusts a diffraction angle, and changes the pattern of the DMD to irradiate the light at a specific position
Which magnifies the angle within the working distance to illuminate the light.
제1항에 있어서,
상기 각도 제어부는,
미세전자기계 시스템(Micro Electro Mechanical Systems, MEMS)으로 이루어지는 것
을 특징으로 하는 워킹 디스턴스 내에서 각도를 확대하여 빛을 조사하는 광학 현미경.
The method according to claim 1,
Wherein the angle control unit includes:
Composed of micro electro mechanical systems (MEMS)
Which magnifies the angle within the working distance to illuminate the light.
삭제delete 제1항에 있어서,
상기 각도 확대부는,
볼록 렌즈와 오목 렌즈의 조합으로 이루어져 상기 빛의 조사 각도를 확대시키는 것
을 특징으로 하는 워킹 디스턴스 내에서 각도를 확대하여 빛을 조사하는 광학 현미경.
The method according to claim 1,
Wherein the angle-
A combination of a convex lens and a concave lens to enlarge an irradiation angle of the light
Which magnifies the angle within the working distance to illuminate the light.
제1항에 있어서,
상기 광 수렴부는,
튜브 형상의 미러(mirror)로 이루어져 상기 빛을 반사시켜 상기 샘플로 입사시키는 것
을 특징으로 하는 워킹 디스턴스 내에서 각도를 확대하여 빛을 조사하는 광학 현미경.
The method according to claim 1,
The light-
A tube-shaped mirror which reflects the light and makes the light incident on the sample
Which magnifies the angle within the working distance to illuminate the light.
제1항에 있어서,
상기 광 수렴부는,
홀로그래픽 격자(Holographic grating)로 이루어져 상기 빛을 회절시켜 상기 샘플로 입사시키는 것
을 특징으로 하는 워킹 디스턴스 내에서 각도를 확대하여 빛을 조사하는 광학 현미경.
The method according to claim 1,
The light-
And a holographic grating for diffracting the light to enter the sample
Which magnifies the angle within the working distance to illuminate the light.
워킹 디스턴스 내에서 각도를 확대하여 빛을 조사하는 방법에 있어서,
광원에서 샘플(sample)을 향해 빛을 조사하는 단계;
상기 광원에서 조사된 상기 빛의 조사 각도를 제어하는 단계;
적어도 하나 이상의 렌즈를 이용하여 조사 각도가 제어된 상기 빛의 조사 각도를 확대시키는 단계; 및
조사 각도가 확대된 상기 빛을 모아 상기 샘플로 입사시키는 단계
를 포함하고,
상기 빛을 모아 샘플로 입사시키는 광 수렴부와 상기 샘플 사이의 거리에 해당하는 워킹 디스턴스(working distance) 내에서 상기 빛의 조사 각도를 확대하여 상기 샘플에 조사하고,
상기 조사 각도가 제어된 상기 빛의 조사 각도를 확대시키는 단계는,
조사 각도가 제어된 상기 빛이 입사되는 제1 렌즈와, 상기 제1 렌즈를 통과한 상기 빛이 입사되는 제2 렌즈를 이용하여 조사 각도가 제어된 상기 빛의 조사 각도를 확대시키고,
상기 워킹 디스턴스 내에서 상기 빛의 조사 각도를 확대하기 위해 상기 제1 렌즈의 초점거리는 상기 제2 렌즈의 초점거리보다 크고, 상기 제1 렌즈와 상기 제2 렌즈 사이의 거리는 상기 제1 렌즈의 초점거리와 상기 제2 렌즈의 초점거리의 합에 해당하는 것
을 특징으로 하는 워킹 디스턴스 내에서 각도를 확대하여 빛을 조사하는 방법.
A method for illuminating light by magnifying an angle within a working distance,
Irradiating light from a light source toward a sample;
Controlling an irradiation angle of the light irradiated from the light source;
Enlarging an irradiation angle of the light whose irradiation angle is controlled using at least one lens; And
Collecting the light having an enlarged irradiation angle and causing it to be incident on the sample
Lt; / RTI >
Irradiating the sample with a light converging part for gathering the light and entering the sample, and enlarging an irradiation angle of the light in a working distance corresponding to a distance between the sample and the sample,
Wherein the step of enlarging the irradiation angle of the light whose irradiation angle is controlled comprises:
A first lens for controlling the irradiation angle of the light and a second lens for receiving the light passing through the first lens,
Wherein a focal length of the first lens is larger than a focal length of the second lens so as to enlarge an irradiation angle of the light within the working distance, and a distance between the first lens and the second lens is larger than a focal distance of the first lens And the focal length of the second lens
Wherein the angle is enlarged within the working distance to illuminate the light.
제8항에 있어서,
상기 광원에서 조사된 상기 빛의 조사 각도를 제어하는 단계는,
디지털 마이크로미러 소자(Digital Micromirror Device, DMD) 또는 미세전자기계 시스템(Micro Electro Mechanical Systems, MEMS)으로 이루어져 회절 각도를 조절하는 것
을 특징으로 하는 워킹 디스턴스 내에서 각도를 확대하여 빛을 조사하는 방법.
9. The method of claim 8,
Wherein the step of controlling the angle of light irradiation of the light source comprises:
A digital micromirror device (DMD) or a microelectromechanical system (MEMS) to adjust the diffraction angle
Wherein the angle is enlarged within the working distance to illuminate the light.
제8항에 있어서,
상기 조사 각도가 확대된 상기 빛을 모아 상기 샘플로 입사시키는 단계는,
튜브 형상의 미러(mirror) 또는 홀로그래픽 격자(Holographic grating)로 이루어져 상기 빛을 회절시켜 상기 샘플로 입사시키는 것
을 특징으로 하는 워킹 디스턴스 내에서 각도를 확대하여 빛을 조사하는 방법.
9. The method of claim 8,
The step of collecting the light having the enlarged irradiation angle and entering the sample,
A tube-shaped mirror or a holographic grating to diffract the light and to enter the sample
Wherein the angle is enlarged within the working distance to illuminate the light.
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