KR101896303B1 - 렌즈의 배열 방법 및 이를 탑재한 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 종래의 현미경의 구성에서 시편 상부 원형 회전판(turret)에 위치했던 대물렌즈들의 배열을 독립된 평판 상에 일렬로 위치시키는 방법과 그 방법을 이용한 현미경 또는 관찰장치에 관한 것이며, 그 구성은 대물렌즈 모듈부(140)들을 배치해 두는 대물렌즈 모듈부 어레이 평판(150)과; 대물렌즈 모듈부 어레이 평판을 수평 이동시키는 대물렌즈 모듈부 어레이 평판 수평 구동부(151)와; 대물렌즈 모듈부 어레이 평판을 수직 이동시키는 대물렌즈 모듈부 어레이 평판 수직 구동부(152)와; 전통적인 일반 현미경과는 반대로 현미경 상부에 위치한 광원(110)과; 광원에서 나온 광을 분할하는 광분할장치(111)와; 시편의 상을 맺히도록 하는 대물렌즈 모듈부(140)와; 육안으로 관찰하거나 영상을 촬영하는 촬영부(170)와; 촬영부에 접하는 접안렌즈(160)와; 재물대(130)를 수평 구동시키는 재물대 구동부(131)와; 구동부들을 통합하여 제어하는 제어부(190)를 포함한다.

Description

렌즈의 배열 방법 및 이를 탑재한 장치{Lens arrangement method and observation apparatus using it}

본 발명은 렌즈 배열 방법과 그 방법을 이용한 장치에 관한 것이다. 더욱 상세하게는, 본 발명은 관찰장치에 해당하는 종래 현미경의 구성에서 시편 상부 원형 회전판에 위치했던 대물렌즈들의 배열을 독립된 평판 상에 일렬로 위치시키는 방법과 그 방법을 이용한 현미경 또는 관찰장치에 관한 것이다.

현미경은 눈으로는 볼 수 없을 만큼 작은 물체나 물질을 확대하여 관찰하는 장치이다. 일반적으로 '현미경'이라 하면 광학 현미경을 가리키는 경우가 많다. 현미경은 원래 2개의 렌즈의 결합으로 구성되어 있다. 대물렌즈는 초점거리가 극히 짧은 렌즈이며 물체가 확대된 실상을 만들고, 접안렌즈는 그것을 보는 확대경이다. 대물렌즈와 접안렌즈는 1개의 원통의 양단에 장치되며, 그 원통의 길이는 기계통 길이라고 불린다. 회전판(turret)은 보통 대물렌즈가 여러 개일 경우 배율을 바꿀 때 사용한다.

전통적인 현미경에서 대물렌즈는 원형회전판(turret)에 위치하며 다른 배율의 대물렌즈로 변경할 때는 보통 현미경 사용자가 원형 회전판을 회전시켜 새로운 대물렌즈를 선택하고 광축을 맞춘다. 하지만 이러한 방법은 다음과 같은 문제점이 있다.

수동으로 회전판을 회전시키는 경우, 회전에도 불구하고 현미경의 광축이 동일하도록 매우 정밀한 가공이 필요하게 된다. 또한 잦은 회전으로 회전축에 무리가 가는 경우 마모가 생기게 되고, 이로 인해 시편에서 원하는 위치로 이동시킬 때 위치오차가 발생하게 되는 문제점이 있다. 마지막으로, 회전판을 자동으로 회전시키는 경우 원형 회전을 담당하는 별도의 회전 모터가 필요하게 되며 이렇게 할 경우 기계적으로 복잡해지고 회전판이 무거워져서 현미경 상부에 무거운 구조물이 위치하게 되어 현미경의 자세가 불안해진다. 또한 광축을 1개 이상 사용하도록 현미경을 설계할 때 장애가 되며, 자동 측정 및 촬영하는 현미경의 경우 자동화명령을 작성할 때 직관적이 되도록 만들 수 없다.

회전판 위에 대물렌즈들을 배열하고 회전이동 시켜 광축을 맞추는 방식은 구조가 간단하고 적은 개수의 대물렌즈를 수동으로 사용하는 경우에 적합하여 별다른 변화 없이 사용되어 왔지만 이러한 문제점은 계속되었고, 특히 노후화된 현미경이나 자동화가 필요한 현미경에서 더욱 문제점이 되었다.

본 발명은 상기한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 대물렌즈들을 기존의 회전판이 아닌 평판 상에 배열하여 회전판에 대물렌즈들을 배치하는 방법과 그렇게 사용하여 종래 기술의 문제점을 해결한 현미경 또는 관찰장치를 제공하고자 한다.

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면은 시편 관찰장치로서, 시편이 배치되는 재물대와, 복수의 대물렌즈가 설치되는 대물렌즈 설치대와, 상기 재물대에 대해 상기 대물렌즈 설치대를 X축 또는 Y축 방향으로 이동시켜 상기 복수의 대물렌즈 중 적어도 하나의 대물렌즈와 상기 시편의 광축이 일치되도록 하는 제1 대물렌즈 구동부를 포함하는 것이다.
바람직하게는, 상기 복수의 대물렌즈는 상기 대물렌즈 설치대에서 동일 평면상에 설치된다. 또한 상기 대물렌즈 설치대를 Z축 방향으로 이동시키는 제2 대물렌즈 구동부를 더 포함한다. 또한 상기 재물대를 X축 또는 Y 방향으로 이동시키는 재물대 구동부를 더 포함한다. 또한 시편 관찰을 위한 광을 발생하는 광원과, 상기 광원에서 발생된 광을 분할하여 제1 광축을 갖는 광과 제2 광축을 갖는 광을 생성하는 광분할장치를 더 포함하고, 상기 재물대에는 제1 시편과 제2 시편이 배치되고, 상기 제1 광축을 갖는 광은 상기 제1 시편을 통과하고, 상기 제2 광축을 갖는 광은 상기 제2 시편을 통과한다. 또한 상기 제1 대물렌즈 구동부와 상기 제2 대물렌즈 구동부와 상기 재물대 구동부 중 적어도 하나의 구동을 제어하는 제어부를 더 포함한다. 또한 상기 대물렌즈를 통과하는 광을 이용하여 상기 시편을 촬영하는 촬영부를 더 포함한다.
본 발명의 다른 측면은 시편 관찰장치로서, 시편이 배치되는 재물대와, 복수의 대물렌즈가 설치되는 대물렌즈 설치대와, 상기 대물렌즈 설치대에 대해 상기 제물대를 X축 또는 Y축 방향으로 이동시켜 상기 복수의 대물렌즈 중 적어도 하나의 대물렌즈와 상기 시편의 광축이 일치되도록 하는 제물대 구동부를 포함하는 것이다.

본 발명에 따른 대물렌즈를 평판 상에 배열시켜 이동시키는 현미경 또는 관찰장치는, 대물렌즈를 회전판(turret)에 위치시키는 기존의 현미경과 다르게 정밀가공이 덜 필요하고, 마모로 인한 위치오차가 적게 발생하며, 복수의 대물렌즈를 동시에 이용할 수 있으며, 회전판(turret)이 필요 없게 되므로 그만큼의 무게만큼 이송축에 부과되는 무게를 줄이며, 현미경의 상부 구조물의 무게를 줄이고 하부 구조물의 무게를 늘려서 자세를 안정화시키며, 광축을 복수로 만들 때 적용이 용이하고, 시편 측정과 촬영의 자동화를 더 직관적으로 구현할 수 있으며, 또한 대물렌즈의 위치선정 자유도를 높여 프로그램화 및 자동화를 용이하게 만드는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따라 대물렌즈를 평판에 배열시켜 이동시키는 현미경 또는 관찰장치의 구조적 구성도.
도 2는 본 발명 일실시예에 의한, 대물렌즈 어레이 현미경 또는 관찰장치룰 이용하여 대물렌즈 배율을 변경하여 시편을 촬영하는 방법의 순서도.
도 3은 본 발명 일실시예에 의한, 대물렌즈 어레이 현미경 또는 관찰장치룰 이용하여 시편 어레이에서 시편을 변경하여 촬영하는 방법의 순서도.
도 4는 본 발명 일실시예에 의한, 대물렌즈 어레이 현미경 또는 관찰장치룰 이용하여 광분할장치로 광을 분할하여 복수의 시편을 동시에 촬영하는 방법의 순서도.
도 5는 본 발명 일실시예에 의한, 대물렌즈 어레이 현미경 또는 관찰장치룰 이용하여 제어부에 자동화명령을 프로그램 형태로 내려서 대물렌즈 배율을 변경하여 시편을 촬영하는 방법의 순서도.

본 발명의 실시예에서 제시되는 특정한 구조 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명의 개념에 따른 실시예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명의 개념에 따른 실시예들은 다양한 형태로 실시될 수 있다. 또한 본 명세서에 설명된 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니 되며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경물, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

본 명세서에서 사용하는 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로서, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서 "포함한다" 또는 "가지다"등의 용어는 실시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 대해 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명에 따라 대물렌즈를 평판에 배열시켜 이동시키는 현미경 또는 관찰장치(이하, 대물렌즈 어레이 현미경 또는 관찰장치로도 약칭함)의 구조적 구성을 보여주는 도면이다.

도 1을 참고하면, 본 발명 현미경(100)의 대물렌즈는 모듈부(140)로 이루어져 다른 대물렌즈 모듈부(141)들과 함께 대물렌즈 모듈부 어레이 평판(150) 위에 배치되며, 사용자의 조작이나 제어부(190)의 명령에 의해 작동되는 대물렌즈 모듈부 어레이 평판 수평 구동부(151)에 의해 수평(x,y방향) 이동되어 광축에 맞게 이동한다. 상이 정확히 맺히지 않는 경우는 대물렌즈 모듈부 어레이 평판 수직 구동부(152)에 의해 수직(z방향) 이동되어 상이 정확히 맺히게 된다.

대물렌즈 모듈부 어레이 평판(150)은 다각형이나 원형의 형태를 가지며 대물렌즈들의 무게를 분산시키고 대물렌즈 모듈 각각의 무게 차이로 인한 평판의 휨을 방지할 수 있는 구조를 갖는다. 수동으로 대물렌즈 모듈을 다른 대물렌즈 모듈로 교체하는 경우의 편리를 위해 스토퍼(stopper)나 V자 새김홈(notch) 구조를 대물렌즈 모듈부 어레이 평판 상에 둔다.

전통적인 일반 현미경과는 반대로 광원(110)은 현미경 상부에 위치하며 광원에서 나온 광은 시편(120)을 거쳐 대물렌즈 모듈부(140)와 접안렌즈(160)를 통과한 후 육안으로 관찰되거나 촬영부(170)에 의해 상이 촬영된다. 광원은 발광다이오드(Light Emitting Diode)를 사용할 수 있으며, 광원에서 출발한 빛이 촬영부에 도달할 때까지 광축(180)이 유지될 수 있도록 구성된다. 대물렌즈 모듈부 어레이 평판(150)과 재물대(130)에는 광원에서 출발한 빛이 통과할 수 있도록 투과공을 두거나 광이 투과될 수 있는 재질로 구성된다. 촬영부는 전하결합소자(Charge Coupled Device, CCD) 이미지 센서 카메라를 사용할 수 있고, 상보성금속산화물반도체(Complementary Metal Oxide Semiconductor, CMOS) 이미지 센서 카메라를 사용할 수도 있다.

시편(120)은 재물대(130) 위 광축 위에 놓이며, 다른 시편(121)이 같이 재물대(130) 위에 놓여 시편 어레이를 이루고 재물대를 수평(x,y방향) 구동시키는 재물대 구동부(131)에 의해 광축 위치로 이동될 수 있다. 복수의 시편을 광축 위에 위치시켜야 하는 경우에는 광분할장치(111)로 광을 분할시켜 복수의 광축을 만들어 복수의 시편을 촬영한다. 광분할장치(111)로는 프리즘(prism)을 사용할 수 있다.

도 2는 본 발명 일실시예에 의한, 대물렌즈 어레이 현미경 또는 관찰장치를 이용하여 대물렌즈 배율을 변경하여 시편을 촬영하는 방법의 순서도 도면이다.

도 3은 본 발명 일실시예에 의한, 대물렌즈 어레이 현미경 또는 관찰장치를 이용하여 시편 어레이에서 시편을 변경하여 촬영하는 방법의 순서도 도면이다.

도 4는 본 발명 일실시예에 의한, 대물렌즈 어레이 현미경 또는 관찰장치를 이용하여 광분할장치(111)로 광을 분할하여 복수의 시편을 동시에 촬영하는 방법의 순서도 도면이다.

도 5는 본 발명 일실시예에 의한, 대물렌즈 어레이 현미경 또는 관찰장치를 이용하여 제어부(190)에 자동화명령을 프로그램 형태로 내려서 대물렌즈 배율을 변경하여 시편을 촬영하는 방법의 순서도 도면이다.

도 2 내지 도5를 참고하면, 본 발명 현미경 또는 관찰장치(100)는 대물렌즈 모듈(140)과 시편(120)의 상대적 위치선정에 높은 자유도를 가지고, 시편(120)을 재물대 구동부(131)로 이동시키거나 대물렌즈 모듈(140)을 대물렌즈 모듈부 어레이 평판 수평 구동부(151)나 대물렌즈 모듈부 어레이 평판 수직 구동부(152)로 이동시켜, 대상 시편의 임의의 부위를 대물렌즈 배율을 바꾸어 가면서 자유롭게 촬영할 수 있다. 또한 이러한 과정은 수평좌표 x,y를 기반으로 하여 자동화명령 프로그램 형태로 만들 수 있으며 이를 제어부(190)에 내장시켜 자동으로 촬영할 수 있다.

이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능함은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명백할 것이다.

100 : 대물렌즈를 평판에 배열시켜 이동시키는 현미경 또는 관찰장치
110 : 광원
111 : 광분할장치
120 : 시편 121 : 다른 시편
130 : 재물대 131 : 재물대 구동부
140 : 대물렌즈 모듈부 141 : 다른 대물렌즈 모듈부
150 : 대물렌즈 모듈부 어레이 평판
151 : 대물렌즈 모듈부 어레이 평판 수평 구동부
152 : 대물렌즈 모듈부 어레이 평판 수직 구동부
160 : 접안렌즈
170 : 촬영부 180 : 현미경의 광축
190 : 제어부

Claims (10)

1. 시편이 배치되는 재물대;
   복수의 대물렌즈가 설치되는 대물렌즈 설치대; 및
   상기 재물대를 이동시키는 재물대 구동부 또는 상기 대물렌즈 설치대를 이동시키는 제1 대물렌즈 구동부를 포함하고,
   상기 복수의 대물렌즈는 광축이 평행하며,
   상기 복수의 대물렌즈의 광축에 수직인 하나의 평면에 상기 복수의 대물렌즈 중 적어도 2개의 초점이 위치하고,
   상기 복수의 대물렌즈의 초점들의 좌표간 거리만큼 X축 또는 Y축 방향으로 상기 재물대 구동부가 상기 재물대를 이동시키거나 상기 제1 대물렌즈 구동부가 상기 대물렌즈 설치대를 이동시켜 상기 복수의 대물렌즈 중 적어도 하나의 대물렌즈의 광축이 상기 시편과 교차하도록 하는 것을 특징으로 하는 시편 관찰장치.
   
2. 삭제
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 대물렌즈 설치대를 Z축 방향으로 이동시키는 제2 대물렌즈 구동부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 시편 관찰장치.
   
4. 삭제
5. 제 1 항에 있어서,
   시편 관찰을 위한 광을 발생하는 광원과,
   상기 광원에서 발생된 광을 분할하여 제1 광축을 갖는 광과 제2 광축을 갖는 광을 생성하는 광분할장치를 더 포함하고,
   상기 재물대에는 제1 시편과 제2 시편이 배치되고,
   상기 제1 광축을 갖는 광은 상기 제1 시편을 통과하고, 상기 제2 광축을 갖는 광은 상기 제2 시편을 통과하는 것을 특징으로 하는 시편 관찰장치.
   
6. 제 3 항에 있어서,
   상기 제1 대물렌즈 구동부와 상기 제2 대물렌즈 구동부와 상기 재물대 구동부 중 적어도 하나의 구동을 제어하는 제어부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 시편 관찰장치.
   
7. 제 1 항에 있어서,
   상기 대물렌즈를 통과하는 광을 이용하여 상기 시편을 촬영하는 촬영부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 시편 관찰장치.
   
8. 삭제
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10. 삭제

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