KR101907782B1 - 광학 현미경 장치 및 시편의 영상 측정 방법 - Google Patents

광학 현미경 장치 및 시편의 영상 측정 방법 Download PDF

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Abstract

일 실시예에 따른 광학 현미경 장치는, 빛을 방출하는 레이저 광원, 상기 레이저 광원의 일 측에 형성되어 상기 빛을 반사 시키는 미소 반사 표시기, 상기 미소 반사 표시기에서 반사된 빛을 시편에 주사하는 대물 렌즈 및 상기 시편에서 반사된 빛을 검출하는 광 검출부를 포함한다. 상기 미소 반사 표시기는 스캐닝 영역 내에 구비된 복수 개의 미소 거울들을 포함하고, 상기 스캐닝 영역의 일부 미소 거울들로 구성된 제1 미소 거울 그룹은 시편을 향하고, 나머지 미소 거울들로 구성된 제2 미소 거울 그룹은 상기 제1 미소 거울 그룹과 다른 방향을 향한다. 광학 현미경 장치는, 상기 제1 미소 거울 그룹에서 반사된 빛을 통하여 시편의 공초점 영상을 획득하고, 상기 제2 미소 거울 그룹에서 반사된 빛을 통하여 시편의 비공초점 영상을 획득할 수 있다.

Description

광학 현미경 장치 및 시편의 영상 측정 방법 {OPTICAL MICORSCOPY DEVICE AND METHOD OF MEASURING THE IMAGE OF A SPECIMEN}
아래의 실시예들은 광학 현미경 장치 및 시편의 영상 측정 방법에 관한 것이다.
광학 현미경은 점주사 스캐닝 방식으로써 삼차원 스캐닝을 하기 위해서 이차원의 절편된 이미지를 여러 장 얻어야 가능했다. 따라서 분해능이 높은 반면 측정 속도가 느리다.
다중 핀홀 스캐닝이 가능한 닙코 디스크 광학 현미경은 광학계 구조가 복잡하고, 핀홀의 크기와 간격이 고정되어 광효율이 낮다.
이 외에 핀홀의 크기와 간격을 프로그래밍을 통해 쉽고 빠르게 바꿀 수 있도록 디지털 미소 반사 표시기를 사용한 광학 현미경이 있다. 하지만 고속 이차원 스캐닝은 가능하나, 이 기술 역시 삼차원 이미지 복원을 위해서는 여러 장의 이차원 이미지를 획득해야 가능하다.
삼차원 높이 정보를 축방향 스캐닝 없이 계산하여 구하는 방식으로 미분 공초점 현미경(Differential confocal microscopy)와 다색 공초점 현미경(Chromatic confocal microscopy)가 있다. 이 방식은 이차원 스캐닝으로 이차원 영상을 얻고, 높이 정보는 각 시스템별 고유의 높이 환산표를 통해 계산하여 구한다. 따라서 이차원 스캐닝으로 삼차원 이미지를 복원할 수 있다. 하지만 다중 핀홀 스캐닝 방식에 비해 이차원 스캐닝 속도가 느리며, 구조가 복잡하다. 또한, 광원의 세기(intensity)와 시편의 반사율의 변화에 따라 측정 높이의 오차가 발생하며, 횡방향 분해능이 떨어진다는 단점이 있다.
한국공개특허 제20090071499호 (공개일 2009년 07월 01일)에는 공초점 현미경에 관하여 개시되어 있다.
일 실시예에 따른 목적은 미소 반사 표시기를 이용하여 공초점 영상과 비(非)공초점 영상을 동시에 획득함으로써, 횡방향 분해능을 향상시킬 수 있는 광학 현미경 장치 및 시편의 영상 측정 방법을 제공하는 것이다.
또한, 일 실시예에 따른 목적은 공초점 영상과 비(非)공초점 영상을 이용하여, 축방향 스캐닝 없이 각 위치의 높이 정보를 구함으로써 매우 빠르게 시편의 3차원 영상을 복원할 수 있는 광학 현미경 장치 및 시편의 영상 측정 방법을 제공하는 것이다.
일 실시예에 따른 광학 현미경 장치는, 빛을 방출하는 레이저 광원, 상기 레이저 광원의 일 측에 형성되어 상기 빛을 반사 시키는 미소 반사 표시기, 상기 미소 반사 표시기에서 반사된 빛을 시편에 주사하는 대물 렌즈 및 상기 시편에서 반사된 빛을 검출하는 광 검출부를 포함한다.
상기 미소 반사 표시기는 스캐닝 영역 내에 구비된 복수 개의 미소 거울들을 포함하고, 상기 스캐닝 영역의 일부 미소 거울들로 구성된 제1 미소 거울 그룹은 시편을 향하고, 나머지 미소 거울들로 구성된 제2 미소 거울 그룹은 상기 제1 미소 거울 그룹과 다른 방향을 향한다.
광학 현미경 장치는, 상기 제1 미소 거울 그룹에서 반사된 빛을 통하여 시편의 공초점 영상을 획득하고, 상기 제2 미소 거울 그룹에서 반사된 빛을 통하여 시편의 비공초점 영상을 획득할 수 있다.
이 때, 상기 제1 미소 거울 그룹에서 반사되어 상기 광 검출부에서 측정되는 빛은 상기 레이저 광원, 상기 대물 렌즈의 초점 평면, 상기 광 검출부와 공액 관계를 형성하며, 상기 제2 미소 거울 그룹에서 반사되어 상기 광 검출부에서 측정되는 빛은 상기 레이저 광원, 상기 대물 렌즈의 초점 평면, 상기 광 검출부와 공액 관계를 형성하지 않을 수 있다.
광학 현미경 장치는, 상기 광 검출부에서 검출된 빛을 처리하는 처리부를 더 포함할 수 있고, 상기 처리부는, 상기 공초점 영상의 평면 정보에서 상기 비공초점 영상의 평면 정보를 제거함으로써 상기 공초점 영상의 평면 정보의 반치폭(half width)보다 좁은 반치폭을 지닌 영상을 얻을 수 있다.
또한, 상기 처리부는, 상기 공초점 영상의 축방향 응답곡선을 상기 비공초점 영상의 축방향 응답곡선으로 나누어, 상기 공초점 영상의 축방향 응답곡선과 상기 비공초점 영상의 축방향 응답곡선의 비로부터 상기 시편의 높이 정보를 계산할 수 있다.
이 때, 상기 제1 미소 거울 그룹은 상기 미소 반사 표시기의 표면에 대하여 +12의 각도로 기울어지며, 상기 제2 미소 거울 그룹은 상기 미소 반사 표시기의 표면에 대하여 12의 각도로 기울어질 수 있다.
상기 광 검출부는 복수 개의 광 검출기를 포함하고, 제1 광 검출기는 상기 제1 미소 거울 그룹에서 반사된 빛을 검출하고, 상기 제2 광 검출기는 상기 제2 미소 거울 그룹에서 반사된 빛을 검출할 수 있다.
광학 현미경 장치는, 상기 레이저 광원과 상기 미소 반사 표시기 사이에 위치하여 상기 레이저 광원에서 방출된 되는 빛을 투과시키는 빔 스플리터를 더 포함하고, 상기 빔 스플리터는 상기 제1 미소 거울 그룹에서 반사되어 돌아오는 빛을 상기 제1 광 검출기를 향하도록 편향시킬 수 있다.
또한, 광학 현미경 장치는, 상기 레이저 광원과 상기 빔 스플리터 사이에 위치하여 상기 레이저 광원에서 방출된 빛을 통과시키고 상기 미소 반사 표시기 전체 영역을 비출 수 있도록 상기 빛의 사이즈를 확대시킬 수 있는 빔 익스팬더 및 상기 빔 스플리터와 상기 제1 광 검출기 사이에 위치하여 상기 빔 스플리터에 의해 반사되는 빛을 상기 제1 광 검출기에 집광시키는 제1 이미징 렌즈 및 상기 미소 반사 표시기와 상기 제2 광 검출기 사이에 위치하여 상기 제2 미소 거울 그룹에서 반사되어 돌아오는 빛을 상기 제2 광 검출기에 집광시키는 제2 이미징 렌즈를 더 포함할 수 있다.
일 실시예에 따른 시편의 영상 측정 방법은, 레이저 광원에서 방출된 빛이 복수 개의 미소 거울로 구성된 미소 반사 표시기에서 반사되어 시편으로 향하는 단계, 미소 반사 표시기에서 반사된 빛이 대물 렌즈를 통과하여 시편에 주사되는 단계, 상기 시편에서 반사된 빛을 광 검출부에서 검출하는 단계를 포함한다.
상기 시편에서 반사된 빛을 광 검출부에서 검출 단계는, 상기 시편을 향하는 일부 미소 거울들로 구성된 제1 미소 거울 그룹에서 반사된 빛을 통하여 상기 시편의 공초점 영상을 획득하는 단계 및 상기 제1 미소 거울 그룹과 다른 방향을 향하는 나머지 미소 거울들로 구성된 제2 미소 거울 그룹에서 반사된 빛을 통하여 상기 시편의 비공초점 영상을 획득하는 단계를 포함한다.
시편의 영상 측정 방법은 상기 광 검출부에서 검출된 빛을 처리하는 처리 단계를 더 포함하고, 상기 처리 단계는 상기 공초점 영상의 평면 정보에서 상기 비공초점 영상의 평면 정보를 제거함으로써 상기 공초점 영상의 평면 정보의 반치폭(half width)보다 좁은 반치폭을 지닌 영상을 얻을 수 있다.
또한, 상기 처리 단계는, 상기 공초점 영상의 축방향 응답곡선을 상기 비공초점 영상의 축방향 응답곡선으로 나누어, 상기 공초점 영상의 축방향 응답곡선과 상기 비공초점 영상의 축방향 응답곡선의 비로부터 상기 시편의 높이 정보를 계산할 수 있다.
일 실시예에 따른 광학 현미경 장치 및 시편의 영상 측정 방법는 미소 반사 표시기를 이용하여 공초점 영상과 비(非)공초점 영상을 동시에 획득함으로써, 횡방향 분해능을 향상시킬 수 있다.
또한, 일 실시예에 따른 광학 현미경 장치 및 시편의 영상 측정 방법은 공초점 영상과 비(非)공초점 영상을 이용하여, 축방향 스캐닝 없이 각 위치의 높이 정보를 구함으로써 매우 빠르게 시편의 3차원 영상을 복원할 수 있다.
도1은 일 실시예에 따른 광학 현미경 장치를 나타낸다.
도2는 미소 반사 표시기의 구조를 나타낸다.
도3은 미소 반사 표시기가 점광원과 핀홀의 역할을 수행하는 원리를 나타낸다.
도4는 미소 반사 표시기를 포함한 광학 현미경 장치를 통해 획득된 공초점 영상과 비공초점 영상의 특징을 나타낸다.
도5는 고분해능 영상을 얻기 위해 공초점 영상과 비공초점 영상을 처리하는 과정을 나타낸다.
도6은 고속으로 시편의 3차원 영상 측정하기 위하여 시편의 높이를 계산하는 원리를 나타낸다.
도7은 일 실시예에 따른 시편의 영상 측정 방법의 순서도를 나타낸다.
이하, 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 이하의 설명은 실시예들의 여러 태양(aspects) 중 하나이며, 하기의 기술(description)은 실시예에 대한 상세한 기술(detailed description)의 일부를 이룬다.
다만, 일 실시예를 설명함에 있어서, 공지된 기능 혹은 구성에 관한 구체적인 설명은 본 발명의 요지를 명료하게 하기 위하여 생략하기로 한다.
또한, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여, 일 실시예에 따른 광학 현미경 장치 및 시편의 영상 측정 방법의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 일 실시예에 따른 광학 현미경 장치 및 시편의 영상 측정 방법의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고, 일 실시예에 따른 광학 현미경 장치 및 시편의 영상 측정 방법의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
도1은 일 실시예에 따른 광학 현미경 장치를 나타내며, 도2는 미소 반사 표시기의 구조를 나타낸다. 도3은 미소 반사 표시기가 점광원과 핀홀의 역할을 수행하는 원리를 나타내며, 도4는 미소 반사 표시기를 포함한 광학 현미경 장치를 통해 획득된 공초점 영상과 비공초점 영상의 특징을 나타낸다. 도5는 고분해능 영상을 얻기 위해 공초점 영상과 비공초점 영상을 처리하는 과정을 나타내며, 도6은 고속으로 시편의 3차원 영상 측정하기 위하여 시편의 높이를 계산하는 원리를 나타낸다. 도7은 일 실시예에 따른 시편의 영상 측정 방법의 순서도를 나타낸다.
도1을 참조하면, 일 실시예에 따른 광학 현미경 장치(10)는, 빛을 방출하는 레이저 광원(100), 레이저 광원(100)의 일 측에 형성되어 빛을 반사 시키는 미소 반사 표시기(200), 미소 반사 표시기(200)에서 반사된 빛을 시편에 주사하는 대물 렌즈(300), 시편(W)에서 반사된 빛을 검출하는 광 검출부를 포함한다.
이 때, 미소 반사 표시기(200)는 스캐닝 영역 내에 구비된 복수 개의 미소 거울들을 포함하고, 스캐닝 영역의 일부 미소 거울들로 구성된 제1 미소 거울 그룹(210)은 시편을 향하고, 나머지 미소 거울들로 구성된 제2 미소 거울 그룹(200)은 제1 미소 거울 그룹(210)과 다른 방향을 향한다.
이와 같은 광학 현미경 장치(10)는, 제1 미소 거울 그룹(210)에서 반사된 빛을 통하여 시편의 공초점 영상을 획득하고, 상기 제2 미소 거울 그룹(220)에서 반사된 빛을 통하여 시편의 비공초점 영상을 획득할 수 있다.
이 때, 제1 미소 거울 그룹(210)에서 반사되어 제1 광 검출부(410)에서 측정되는 빛은 레이저 광원(100), 대물 렌즈(300)의 초점 평면, 제1 광 검출부(410)와 공액 관계를 형성하며, 제2 미소 거울 그룹(220)에서 반사되어 제2 광 검출부(420)에서 측정되는 빛은 레이저 광원(100), 대물 렌즈(300)의 초점 평면, 제2 광 검출부(420)와 공액 관계를 형성하지 않을 수 있다.
광학 현미경 장치(10)는, 광 검출부에서 검출된 빛을 처리하는 처리부(미도시)를 더 포함할 수 있고, 처리부는, 공초점 영상의 평면 정보에서 비공초점 영상의 평면 정보를 제거함으로써 공초점 영상의 평면 정보의 반치폭(half width)보다 좁은 반치폭을 지닌 영상을 얻을 수 있다.
또한, 처리부는, 공초점 영상의 축방향 응답곡선을 비공초점 영상의 축방향 응답곡선으로 나누어, 공초점 영상의 축방향 응답곡선과 비공초점 영상의 축방향 응답곡선의 비로부터 시편의 높이 정보를 계산할 수 있다.
광학 현미경 장치(10)는, 레이저 광원(100)과 미소 반사 표시기(200) 사이에 위치하여 레이저 광원(100)에서 방출된 되는 빛을 투과시키는 빔 스플리터(500)를 더 포함하고, 빔 스플리터(beam splitter; 500)는 제1 미소 거울 그룹(210)에서 반사되어 돌아오는 빛을 제1 광 검출기(410)를 향하도록 편향시킬 수 있다.
또한, 광학 현미경 장치(10)는, 레이저 광원(100)과 빔 스플리터(500) 사이에 위치하여 레이저 광원(100)에서 방출된 빛을 통과시키고 미소 반사 표시기(200) 전체 영역을 비출 수 있도록 빛의 사이즈를 확대시킬 수 있는 빔 익스팬더(beam expander; 600) 및 빔 스플리터(500)와 제1 광 검출기(410) 사이에 위치하여 빔 스플리터(500)에 의해 반사되는 빛을 제1 광 검출기(410)에 집광시키는 제1 이미징 렌즈(710) 및 미소 반사 표시기(200)와 제2 광 검출기(420) 사이에 위치하여 제2 미소 거울 그룹(220)에서 반사되어 돌아오는 빛을 제2 광 검출기(420)에 집광시키는 제2 이미징 렌즈(720)를 더 포함할 수 있다.
이하에서는 광학 현미경 장치(10)의 작동 원리를 설명한다. 레이저 광원(100)에서 방출된 빛은 빔 익스팬더(600)를 통과하여 미소 반사 표시기(200)의 전체 영역을 비출 수 있는 사이즈로 확대된다. 확대된 빛은 빔 스플리터(500)를 통과하여 미소 반사 표시기(200)를 비춘다. 제1 미소 거울 그룹(210)에서 반사된 빛은 반사된 영역이 매우 작으므로 마치 점광원에서 발생한 빛처럼 퍼지게 된다. 이때, 대물렌즈(300)의 후초점 거리(back focal length)에 제1 미소 거울 그룹(210)을 위치시키고, 대물렌즈(300)의 전초점 거리(front focal length)에 시편(W)을 위치시킨다. 따라서, 대물렌즈(300)와 제1 미소 거울 그룹(210)와 시편(W)은 공액(conjugate) 관계를 가진다. 반면, 제1 미소 거울 그룹(210)의 각도와 다른 제2 미소 거울 그룹(220)은 대물렌즈(300) 및 시편(W)과 공액 관계를 형성하지 않는다. 시편(W)에서 반사된 빛은 반대의 경로를 거치며, 공액 관계의 제1 미소 거울 그룹(210)에 반사된 빛만 제1 광 검출기(410)를 향해 반사된다. 나머지 제2 미소 거울 그룹(220)에 반사된 빛은 별도의 광 경로를 가지게 된다 제1 미소 거울 그룹(210)에 반사된 빛은 빔 스플리터(500)에 반사되고, 제1 이미징 렌즈(710)에 의해 제1 광 검출기(410)에 집광되어 공초점 영상을 측정한다. 제2 미소 거울 그룹(220)에 반사된 빛은 제2 이미징 렌즈(720)에 의해 제2 광 검출기(420)에 집광되어 비공초점 영상을 측정한다. 즉, 공초점 영상과 비공초점 영상은 미소 반사 표시기(200)를 사용하여 동시에 측정될 수 있다.
도2를 참조하면, 미소 반사 표시기(200)는 이분법적으로 제어할 수 있는 수십 만개(m x m)의 마이크로 미러로 구성되어 있다. 이 때, 제1 미소 거울 그룹(210)의 미소 반사 표시기(200)의 표면에 대한 각도(α)와 제2 미소 거울 그룹(220)의 미소 반사 표시기(200)의 표면에 대한 각도(β)는 각각 +12도와 12도의 각도로 기울어지도록 제어될 수 있다.
달리 표현하면, 미소 반사 표시기(200)를 수직으로 관통하는 축에 대하여 제1 미소 거울 그룹(210)의 각도(α')는 +78도이며, 상기 축에 대하여 제2 미소 거울 그룹(220)의 각도(β')는 78도일 수 있다. 그에 따라, 각각의 제1 미소 거울 그룹(210)가 제2 미소 거울 그룹(220)의 상태에 따라 빛을 두 방향으로 진행시킬 수 있다.
소수의 n x n (n << m) 개의 미소 거울로 구성된 제1 미소 거울 그룹(210)이 +12도로 기울어져 있고, 주변 다수의 미소 거울로 구성된 제2 미소 거울 그룹(220)이 12도로 기울어져 있을 때, 제1 미소 거울 그룹(210)의 위치는 m x m 개의 미소 거울들로 구성된 미소 반사 표시기의 스캐닝 영역 내에서 (1,1)에서 (m,m)까지 순차적으로 변화되어 2차원 스캐닝을 한다.
도3을 참조하면, 대물렌즈(300), 제1 미소 거울 그룹(210) 및 시편(W)이 공액 관계를 가질 때, 시편(W)에서 반사 된 빛은 제1 미소 거울 그룹(210)에 반사되어 제1 이미징 렌즈(710)와 제1 광 검출기(710)에서 측정되는 이미지는 공초점 영상이다. 반면, 시편(W)에서 반사된 빛이 제2 미소 거울 그룹(220)에서 반사되어 제2 이미징 렌즈(720)과 제2 광 검출기(420)에서 측정되는 이미지는 비공초점 영상이다.
도4를 참조하면, 이중 광경로로 측정되는 각각의 공초점 영상과 비공초점 영상의 특징을 나타낸다. 레이저 광원에서 발생한 빛이 시편(W)에 도달하였을 때, 회절에 의해 회절된 점광원 회절상(airy disc)은 A와 같다. 그리고 시편(W)에서 반사된 빛이 미소 반사 표시기(200)에 도달하였을 때, 회절이 일어나 시편(W)에서 나타난 회절된 점광원 회절상(airy disc, A) 보다 더 큰 회절된 점광원 회절상으로 나타난다. 미소 반사 표시기(200)에서 제1 미소 거울 그룹(210)과 제2 미소 거울 그룹(220)에 의해서 각각 광 경로가 분리되어 진행한다. 제1 미소 거울 그룹(210)에 반사된 빛은 초점에서 반사된 빛과 초점 주변에서 반사된 빛을 포함한다. 반면, 제2 미소 거울 그룹(220)에 반사된 빛은 초점에서 반사된 빛이 제외되고 초점 주변에서 반사된 빛만 포함한다. 제1 미소 거울 그룹(210)에서 반사된 빛을 측정하는 제1 광 검출기(410)에서 측정된 점광원 영상은 B와 같으며, 2 미소 거울 그룹(220)에서 반사된 빛을 측정하는 제2 광 검출기(420)에서 측정된 점광원 영상은 C와 같다.
도5를 참조하여 고분해능 영상을 추출하기 위한 영상 처리 원리를 설명하면, 횡방향 분해능은 점광원 영상의 반치폭으로 나타낼 수 있다. 공초점 영상의 점광원 영상은 B과 같고, 비공초점 영상의 점광원 영상은 C와 같다. 공초점 영상의 점광원 영상(B)에서 초점 주변에서 반사된 빛을 비공초점 점광원 영상(C)로 빼주면 D와 같은 점광원 영상을 얻을 수 있다. 두 점광원 영상의 차인 영상(D)는 공초점 영상의 점광원 영상(B)보다 더 좁은 반치폭을 가지므로 횡방향 분해능이 향상된다. 이와 같이, 공초점 영상과 비공초점 영상을 서로 빼줌으로써 회절에 의한 주변 신호를 제거할 수 있다. 따라서, 횡방향 분해능을 향상시킬 수 있다.
도6을 참조하여 고속의 3차원 영상 측정을 위해 시편의 높이를 계산하는 원리를 설명하면, 공초점 영상의 축방향 응답곡선은 E와 같고, 비공초점 영상의 축방향 응답곡선은 F와 같다. 두 축방향 응답곡선은 동일한 비례상수(K) 값에 비례한다. 두 축방향 응답곡선의 비는 G와 같다. 즉, 비례상수(K)는 분자 및 분모에서 상쇄된다. 두 축방향 응답곡선의 비(G)는 측정되는 빛의 세기비와 시편의 높이에 대해 1대 1 대응 관계를 갖는다. 따라서, 빛의 세기비를 통해 시편의 높이를 측정할 수 있다.
다시 말하면, 공초점 영상 및 비공초점 영상은 축방향 응답곡선을 갖는다. 축방향 응답곡선은 시편이 초점 평면에서 벗어난 축방향 위치와 각 위치에서 측정되는 빛의 세기 값 사이의 관계를 나타낸다. 공초점 영상은 E와 같이 시편이 초점평면에 위치할 때 최대 빛의 세기를 나타내며, 시편이 초점평면에서 벗어남에 따라 핀홀을 통과하는 빛의 양이 감소하므로 측정되는 빛의 세기가 감소한다. 반면, 비공초점 영상은 F와 같이 초점에서 온 빛은 측정되지 않고 주변에서 온 빛이 측정되기 때문에 시편이 초점 평면에 있을 때, 초점에서 벗어난 빛의 양이 적으므로 최소값을 갖고, 시편이 초점 평면에서 벗어남에 따라 측정되는 빛의 양이 증가한다. 이러한 축방향 응답곡선은 시편의 축방향 위치와 측정된 빛의 세기 사이의 관계식으로 나타낼 수 있다.
동시에 획득된 공초점 영상과 비공초점 영상은 동일한 환경에서 측정되어 동일한 광원과 시편을 사용하므로, 동일한 비례상수(K)에 비례한다. 따라서, 공초점 영상의 축방향 응답곡(E)를 비공초점 영상의 축방향 응답곡선(F)으로 나누면 측정 환경과 무관하게 시편의 높이에 대한 관계식으로 나타낼 수 있고, 측정된 두 빛의 세기 비로 시편의 높이를 구할 수 있다. 또한, 두 빛의 세기 비에 기반하여 높이 정보의 lookup 테이블을 통하여 시편(W)의 높이들의 정보를 검출할 수 있다.
도7을 참조하면, 일 실시예에 따른 시편의 영상 측정 방법(S10)은, 레이저 광원에서 방출된 빛이 복수 개의 미소 거울로 구성된 미소 반사 표시기에서 반사되어 시편으로 향하는 단계(S100), 미소 반사 표시기에서 반사된 빛이 대물 렌즈를 통과하여 시편에 주사되는 단계(S200), 시편에서 반사된 빛을 광 검출부에서 검출하는 단계(S300)를 포함한다.
시편에서 반사된 빛을 광 검출부에서 검출 단계(S300)는, 시편을 향하는 일부 미소 거울들로 구성된 제1 미소 거울 그룹에서 반사된 빛을 통하여 시편의 공초점 영상을 획득하는 단계(S310) 및 제1 미소 거울 그룹과 다른 방향을 향하는 나머지 미소 거울들로 구성된 제2 미소 거울 그룹에서 반사된 빛을 통하여 시편의 비공초점 영상을 획득하는 단계(S320)를 포함한다.
이 때, 상기 제1 미소 거울 그룹과 제2 미소 거울 그룹의 구성 및 위치는 위에서 설명한 바와 같다.
또한, 시편의 영상 측정 방법(S10)은, 광 검출부에서 검출된 빛을 처리하는 처리 단계(S400)를 더 포함하고, 처리 단계(S400)는 상기 공초점 영상의 평면 정보에서 상기 비공초점 영상의 평면 정보를 제거함으로써 상기 공초점 영상의 평면 정보의 반치폭(half width)보다 좁은 반치폭을 지닌 영상을 얻을 수 있다.
또한, 처리 단계(S400)는, 공초점 영상의 축방향 응답곡선을 비공초점 영상의 축방향 응답곡선으로 나누어, 공초점 영상의 축방향 응답곡선과 비공초점 영상의 축방향 응답곡선의 비로부터 시편의 높이 정보를 계산할 수 있다.
상기 설명한 미소 반사 표시기(200)를 포함하는 광학 현미경 장치(10) 및 시편 영상 측정 방법(S10)을 통하여 동일한 측정 영역의 공초점 영상과 비(非)공초점 영상을 동시에 획득한 후 상기 영상들의 처리 작업을 통하여, 높은 분해능의 3차원 영상으로 복원할 수 있다. 즉, 1회의 2차원 스캐닝으로 구한 공초점 영상과 비공초점 영상을 이용하여 높은 횡방향 분해능 영상을 획득할 수 있으며, 축방향 스캐닝 없이 각 위치의 높이 정보를 구할 수 있으므로 매우 빠르게 3차원 영상을 복원할 수 있다.
이상과 같이 실시예에서는 구체적인 구성 요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 실시예가 설명되었으나 이는 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것이다. 또한, 본 발명이 상술한 실시예들에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 그러므로, 본 발명의 사상은 상술한 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.
10 : 광학 현미경 장치
100 : 레이저 광원
200 : 미소 반사 표시기
210 : 제1 미소 거울 그룹
220 : 제2 미소 거울 그룹
300 : 대물 렌즈
410 : 제1 광 검출기
420 : 제2 광 검출기
500 : 빔 스플리터
600 : 빔 익스팬더
710 : 제1 이미징 렌즈
720 : 제2 이미징 렌즈
W : 시편

Claims (10)

  1. 빛을 방출하는 레이저 광원;
    상기 레이저 광원으로부터 방출된 빛을 반사시키는 미소 반사 표시기;
    상기 미소 반사 표시기에서 반사된 빛을 시편에 주사하는 대물 렌즈;
    상기 시편에서 반사된 빛을 검출하는 광 검출부; 및
    상기 광 검출부에서 검출된 빛을 처리하는 처리부;
    를 포함하고,
    상기 미소 반사 표시기는 스캐닝 영역 내에 구비된 복수 개의 미소 거울들을 포함하고,
    상기 스캐닝 영역의 일부 미소 거울들로 구성된 제1 미소 거울 그룹은 시편을 향하고, 나머지 미소 거울들로 구성된 제2 미소 거울 그룹은 상기 제1 미소 거울 그룹과 다른 방향을 향하며,
    상기 제1 미소 거울 그룹에서 반사된 빛을 통하여 시편의 공초점 영상을 획득하고, 상기 제2 미소 거울 그룹에서 반사된 빛을 통하여 시편의 비공초점 영상을 획득하며,
    상기 제1 미소 거울 그룹에서 반사되어 상기 광 검출부에서 측정되는 빛은 상기 레이저 광원, 상기 대물 렌즈의 초점 평면, 상기 광 검출부와 공액 관계를 형성하며,
    상기 제2 미소 거울 그룹에서 반사되어 상기 광 검출부에서 측정되는 빛은 상기 레이저 광원, 상기 대물 렌즈의 초점 평면, 상기 광 검출부와 공액 관계를 형성하지 않고,
    상기 처리부는, 상기 공초점 영상의 평면 정보에서 상기 비공초점 영상의 평면 정보를 제거함으로써 상기 공초점 영상의 평면 정보의 반치폭(half width)보다 좁은 반치폭을 지닌 영상을 얻는, 광학 현미경 장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 빛을 방출하는 레이저 광원;
    상기 레이저 광원으로부터 방출된 빛을 반사시키는 미소 반사 표시기;
    상기 미소 반사 표시기에서 반사된 빛을 시편에 주사하는 대물 렌즈;
    상기 시편에서 반사된 빛을 검출하는 광 검출부; 및
    상기 광 검출부에서 검출된 빛을 처리하는 처리부;
    를 포함하고,
    상기 미소 반사 표시기는 스캐닝 영역 내에 구비된 복수 개의 미소 거울들을 포함하고,
    상기 스캐닝 영역의 일부 미소 거울들로 구성된 제1 미소 거울 그룹은 시편을 향하고, 나머지 미소 거울들로 구성된 제2 미소 거울 그룹은 상기 제1 미소 거울 그룹과 다른 방향을 향하며,
    상기 제1 미소 거울 그룹에서 반사된 빛을 통하여 시편의 공초점 영상을 획득하고, 상기 제2 미소 거울 그룹에서 반사된 빛을 통하여 시편의 비공초점 영상을 획득하며,
    상기 제1 미소 거울 그룹에서 반사되어 상기 광 검출부에서 측정되는 빛은 상기 레이저 광원, 상기 대물 렌즈의 초점 평면, 상기 광 검출부와 공액 관계를 형성하며,
    상기 제2 미소 거울 그룹에서 반사되어 상기 광 검출부에서 측정되는 빛은 상기 레이저 광원, 상기 대물 렌즈의 초점 평면, 상기 광 검출부와 공액 관계를 형성하지 않고,
    상기 처리부는, 상기 공초점 영상의 축방향 응답곡선을 상기 비공초점 영상의 축방향 응답곡선으로 나누어, 상기 공초점 영상의 축방향 응답곡선과 상기 비공초점 영상의 축방향 응답곡선의 비로부터 상기 시편의 높이 정보를 계산하는, 광학 현미경 장치.
  5. 제1항 또는 제4항에 있어서,
    상기 제1 미소 거울 그룹은 상기 미소 반사 표시기의 표면에 대하여 +12의 각도로 기울어지며,
    상기 제2 미소 거울 그룹은 상기 미소 반사 표시기의 표면에 대하여 -12의 각도로 기울어지는, 광학 현미경 장치.
  6. 제1항 또는 제4항에 있어서,
    상기 광 검출부는,
    복수 개의 광 검출기; 및
    상기 레이저 광원과 상기 미소 반사 표시기 사이에 위치하여, 상기 레이저 광원에서 방출된 되는 빛을 투과시키는 빔 스플리터;
    를 더 포함하고,
    상기 복수 개의 광 검출기는 제1 광 검출기 및 제2 광 검출기를 포함하며,
    상기 제1 광 검출기는 상기 제1 미소 거울 그룹에서 반사된 빛을 검출하고, 상기 제2 광 검출기는 상기 제2 미소 거울 그룹에서 반사된 빛을 검출하며,
    상기 빔 스플리터는 상기 제1 미소 거울 그룹에서 반사되어 돌아오는 빛을 상기 제1 광 검출기를 향하도록 편향시킬 수 있는, 광학 현미경 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 레이저 광원과 상기 빔 스플리터 사이에 위치하여, 상기 레이저 광원에서 방출된 빛을 통과시키고 상기 미소 반사 표시기 전체 영역을 비출 수 있도록 상기 빛의 사이즈를 확대시킬 수 있는 빔 익스팬더;
    상기 빔 스플리터와 상기 제1 광 검출기 사이에 위치하여, 상기 빔 스플리터에 의해 반사되는 빛을 상기 제1 광 검출기에 집광시키는 제1 이미징 렌즈; 및
    상기 미소 반사 표시기와 상기 제2 광 검출기 사이에 위치하여, 상기 제2 미소 거울 그룹에서 반사되어 돌아오는 빛을 상기 제2 광 검출기에 집광시키는 제2 이미징 렌즈;
    를 더 포함하는, 광학 현미경 장치.
  8. 레이저 광원에서 방출된 빛이 복수 개의 미소 거울로 구성된 미소 반사 표시기에서 반사되어 시편으로 향하는 단계;
    미소 반사 표시기에서 반사된 빛이 대물 렌즈를 통과하여 시편에 주사되는 단계;
    상기 시편에서 반사된 빛을 광 검출부에서 검출하는 단계; 및
    상기 광 검출부에서 검출된 빛을 처리하는 처리 단계;
    를 포함하고,
    상기 시편에서 반사된 빛을 광 검출부에서 검출 단계는,
    상기 시편을 향하는 일부 미소 거울들로 구성된 제1 미소 거울 그룹에서 반사된 빛을 통하여 상기 시편의 공초점 영상을 획득하는 단계; 및
    상기 제1 미소 거울 그룹과 다른 방향을 향하는 나머지 미소 거울들로 구성된 제2 미소 거울 그룹에서 반사된 빛을 통하여 상기 시편의 비공초점 영상을 획득하는 단계;
    를 포함하며,
    상기 처리 단계는,
    상기 공초점 영상의 평면 정보에서 상기 비공초점 영상의 평면 정보를 제거함으로써 상기 공초점 영상의 평면 정보의 반치폭(half width)보다 좁은 반치폭을 지닌 영상을 얻는, 시편의 영상 측정 방법.
  9. 삭제
  10. 레이저 광원에서 방출된 빛이 복수 개의 미소 거울로 구성된 미소 반사 표시기에서 반사되어 시편으로 향하는 단계;
    미소 반사 표시기에서 반사된 빛이 대물 렌즈를 통과하여 시편에 주사되는 단계;
    상기 시편에서 반사된 빛을 광 검출부에서 검출하는 단계; 및
    상기 광 검출부에서 검출된 빛을 처리하는 처리 단계;
    를 포함하고,
    상기 시편에서 반사된 빛을 광 검출부에서 검출 단계는,
    상기 시편을 향하는 일부 미소 거울들로 구성된 제1 미소 거울 그룹에서 반사된 빛을 통하여 상기 시편의 공초점 영상을 획득하는 단계; 및
    상기 제1 미소 거울 그룹과 다른 방향을 향하는 나머지 미소 거울들로 구성된 제2 미소 거울 그룹에서 반사된 빛을 통하여 상기 시편의 비공초점 영상을 획득하는 단계;
    를 포함하며, 상기 처리 단계는,
    상기 공초점 영상의 축방향 응답곡선을 상기 비공초점 영상의 축방향 응답곡선으로 나누어, 상기 공초점 영상의 축방향 응답곡선과 상기 비공초점 영상의 축방향 응답곡선의 비로부터 상기 시편의 높이 정보를 계산하는, 시편의 영상 측정 방법.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2004212800A (ja) * 2003-01-07 2004-07-29 Olympus Corp 顕微鏡照明装置及びそれを用いた共焦点顕微鏡
JP4064550B2 (ja) 1997-10-22 2008-03-19 マツクス−プランク−ゲゼルシャフト ツール フエルデルング デル ヴイツセンシャフテン エー フアウ プログラム可能であり空間的に光変調された顕微鏡および顕微鏡による方法

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