KR102005258B1 - 하이퍼렌즈를 이용한 초고해상도 스캐닝 현미경 - Google Patents

하이퍼렌즈를 이용한 초고해상도 스캐닝 현미경 Download PDF

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Abstract

본 발명은 하이퍼렌즈를 이용한 초고해상도 스캐닝 현미경에 관한 것이다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 빛을 조사하는 광원부; 상기 광원부에서 제공되는 빛을 집광하는 대물렌즈부; 상기 대물렌즈부의 대물렌즈의 초점과 동일 선상에 형성되는 초점을 가지며, 상기 대물렌즈에서 집광된 빛을 회절 한계 이하로 집속하는 하이퍼렌즈를 포함하는 하이퍼렌즈부; 상기 하이퍼렌즈부에서 집속된 빛이 조사되고, 샘플이 놓여지며, 스캐닝을 위해 평면 방향으로 샘플을 이동시킬 수 있는 스테이지; 집속된 빛이 상기 샘플에 조사되어 발생되는 신호를 검출하는 검출부; 및 상기 스테이지를 제어하여 상기 샘플의 위치를 제어하고, 상기 검출부로부터 검출된 신호를 바탕으로 상기 샘플의 이미지를 구현하는 제어부를 포함하는 하이퍼렌즈를 이용한 초고해상도 스캐닝 현미경이 제공될 수 있다.

Description

하이퍼렌즈를 이용한 초고해상도 스캐닝 현미경{SUPER-RESOLUTION MICROSCOPIC APPARATUS USING HYPER-LENS}
본 발명은 하이퍼렌즈를 이용한 초고해상도 스캐닝 현미경에 관한 것이다.
일반적인 스캐닝(scanning) 현미경은 일반적인 광학 렌즈가 적용되어 있는 대물렌즈를 이용하여 빛을 집속시키고, 집속된 빛을 관찰하고자 하는 대상에 조사하는 방식을 이용한다. 이때, 스캐닝 현미경은 대상을 포인트 바이 포인트(point by point) 방식으로 스캔할 수 있으며, 관찰 대상으로부터 나오는 형광 신호를 얻어 관찰 대상에 대한 이미지를 완성할 수 있다.
이때, 일반적인 광학 렌즈를 이용하는 대물렌즈는 빛을 회절한계 이하로 집속시키는 데 한계가 있다. 구체적으로, 여기서, 광학 렌즈의 해상도는 하이젠베르크(Heigenberg)의 불확정성 원리에 따라 파동의 회절 현상에 의해 제한되어 있으므로 이론적으로 리소그래피에서 구현할 수 있는 최소 선폭의 한계는 사용되는 광학계와 공정에 의해 다음과 같이 표현될 수 있다.
Figure 112017125207908-pat00001
여기서, RES는 해상도, k1은 노광설비의 공정 계수이고, λ는 사용되는 광원의 파장이며, NA는 노광 광학계가 가지는 개구수(numerical aperuture)이다. 공정계수를 제외하면, 조금 더 정교한 패턴을 전사하는 것은 짧은 파장을 사용하고, 높은 NA의 광학계, 즉 큰 렌즈를 이용하면 가능하다.
그런데, 일반 광을 이용하는 렌즈의 경우, 광원의 파장을 짧게 만들거나 렌즈의 크기를 크게 만드는데 현실적인 한계가 있으므로, 대상을 포인트 바이 포인트 방식으로 스캔하여 이미지를 얻는 스캐닝 현미경의 해상도를 일정 수준 이상으로 구현하는 것이 매우 어렵다는 문제가 있다.
특허문헌 1: 공개특허공보 제10-2011-0060404호 (2011년 6월 8일 공개)
본 발명의 실시예들은 상기와 같은 문제를 해결하기 위해 제안된 것으로서, 광원으로서 사용되는 빛의 회절한계 이상의 해상도를 갖는 하이퍼렌즈를 이용한 초고해상도 스캐닝 현미경을 제공하고자 한다.
또한, 초고해상도의 이미지를 얻을 수 있는 하이퍼렌즈를 이용한 초고해상도 스캐닝 현미경을 제공하고자 한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 빛을 조사하는 광원부; 상기 광원부에서 제공되는 빛을 집광하는 대물렌즈부; 상기 대물렌즈부의 대물렌즈의 초점과 동일 선상에 형성되는 초점을 가지며, 상기 대물렌즈에서 집광된 빛을 회절 한계 이하로 집속하는 하이퍼렌즈를 포함하는 하이퍼렌즈부; 상기 하이퍼렌즈부에서 집속된 빛이 조사되고, 샘플이 놓여지며, 스캐닝을 위해 평면 방향으로 샘플을 이동시킬 수 있는 스테이지; 집속된 빛이 상기 샘플에 조사되어 발생되는 신호를 검출하는 검출부; 및 상기 스테이지를 제어하여 상기 샘플의 위치를 제어하고, 상기 검출부로부터 검출된 신호를 바탕으로 상기 샘플의 이미지를 구현하는 제어부를 포함하는 하이퍼렌즈를 이용한 초고해상도 스캐닝 현미경이 제공될 수 있다.
또한, 상기 하이퍼렌즈부는, 상기 대물렌즈부에 고정되는 기판; 및 상기 기판에 형성되는 하이퍼렌즈를 포함하고, 상기 하이퍼렌즈는, 복수의 유전체층들; 및 상기 유전체층과 교대로 적층되는 복수의 금속층들을 포함하는 하이퍼렌즈를 이용한 초고해상도 스캐닝 현미경이 제공될 수 있다.
또한, 상기 유전체층은 실리콘이고, 상기 금속층은 은이고, 상기 광원부는 500~600nm 파장의 광을 조사하는 하이퍼렌즈를 이용한 초고해상도 스캐닝 현미경이 제공될 수 있다.
또한, 상기 유전체층은 티타늄옥사이드이고, 상기 금속층은 은이고, 상기 광원부는 400~600nm 파장의 광을 조사하는 하이퍼렌즈를 이용한 초고해상도 스캐닝 현미경이 제공될 수 있다.
또한, 상기 유전체층은 산화알루미늄 또는 티타늄디옥사이드이고, 상기 금속층은 은이고, 상기 광원부는 자외선 파장 대역의 광을 조사하는 하이퍼렌즈를 이용한 초고해상도 스캐닝 현미경이 제공될 수 있다.
또한, 상기 유전체층은 게르마늄이고, 상기 금속층은 금 또는 은이고, 상기 광원부는 근적외선 파장 대역의 광을 조사하는 하이퍼렌즈를 이용한 초고해상도 스캐닝 현미경이 제공될 수 있다.
또한, 상기 광원부는 편광되지 않은 광을 조사하는 하이퍼렌즈를 이용한 초고해상도 스캐닝 현미경이 제공될 수 있다.
또한, 상기 하이퍼렌즈부는 상기 대물렌즈부에 고정되어 있는 하이퍼렌즈를 이용한 초고해상도 스캐닝 현미경이 제공될 수 있다.
또한, 일측에 상기 대물렌즈부의 후단부가 고정되고, 타측에 상기 하이퍼렌즈부가 고정되며, 상기 대물렌즈에서 방출되는 빛이 상기 하이퍼렌즈로 제공되도록 적어도 일부가 투명하게 형성되는 고정 지그를 포함하는 하이퍼렌즈를 이용한 초고해상도 스캐닝 현미경이 제공될 수 있다.
또한, 상기 하이퍼렌즈는 빛이 입사되는 전방을 향해 볼록하게 만곡 형성되어 있는 하이퍼렌즈를 이용한 초고해상도 스캐닝 현미경이 제공될 수 있다.
또한, 상기 스테이지는 상기 샘플로 빛이 조사되고, 상기 샘플에서 발생된 신호가 통과되도록 적어도 일부가 투명하게 형성되는 하이퍼렌즈를 이용한 초고해상도 스캐닝 현미경이 제공될 수 있다.
또한, 상기 하이퍼렌즈부와 상기 대물렌즈부는 상기 샘플에서 발생된 신호를 순차적으로 통과시켜 상기 검출부로 제공하는 하이퍼렌즈를 이용한 초고해상도 스캐닝 현미경이 제공될 수 있다.
또한, 상기 광원부와 상기 대물렌즈부의 사이에는 빛을 선택적으로 통과시키거나 반사하는 다이크로익 미러가 제공되고, 상기 다이크로익 미러는, 상기 광원부로부터 조사되는 빛은 반사시켜 상기 대물렌즈부로 제공하고, 상기 대물렌즈부로부터 제공되는 상기 샘플의 신호는 통과시켜 상기 검출부로 제공하는 하이퍼렌즈를 이용한 초고해상도 스캐닝 현미경이 제공될 수 있다.
또한, 상기 샘플에서 발생된 신호를 전달받아 집광하는 추가의 대물렌즈부를 더 포함하고, 상기 검출부는 상기 추가의 대물렌즈부를 통과한 신호를 전달받아 검출하는 하이퍼렌즈를 이용한 초고해상도 스캐닝 현미경이 제공될 수 있다.
또한, 상기 추가의 대물렌즈부와 상기 검출부 사이에는 선택적으로 상기 신호를 통과시키는 다이크로익 미러가 제공되는 하이퍼렌즈를 이용한 초고해상도 스캐닝 현미경이 제공될 수 있다.
또한, 상기 추가의 대물렌즈부와 상기 검출부는 상기 하이퍼렌즈부와 상기 대물렌즈부와 상기 스테이지를 기준으로 반대 방향에 배치되는 하이퍼렌즈를 이용한 초고해상도 스캐닝 현미경이 제공될 수 있다.
또한, 상기 하이퍼렌즈부를 통해 상기 샘플로 조사되는 광의 파장과, 상기 샘플에서 발생되는 신호의 파장은 서로 다른 범위를 가지며, 상기 하이퍼렌즈부는 상기 샘플에서 발생되는 신호의 파장을 통과시키지 못하는 하이퍼렌즈를 이용한 초고해상도 스캐닝 현미경이 제공될 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 빛을 조사하는 광원부; 입사되는 빛을 선택적으로 반사 또는 투광시키는 광 처리부; 상기 광 처리부에서 제공되는 빛 또는 샘플로부터 발생되는 형광 신호를 집광하는 대물렌즈부; 상기 대물렌즈부에서 집광되는 빛 또는 상기 샘플로부터 발생되는 형광 신호를 회절 한계 이하로 집광하거나 전달하는 하이퍼렌즈부; 상기 샘플이 놓여지며 스캐닝을 위해 평면 방향으로 상기 샘플의 위치를 조절할 수 있는 스테이지; 전달되는 형광 신호를 검출하는 검출부; 및 상기 스테이지를 제어하여 상기 샘플의 위치를 제어하고, 상기 검출부로부터 검출된 신호를 바탕으로 상기 샘플의 이미지를 구현하는 제어부를 포함하는 하이퍼렌즈를 이용한 초고해상도 스캐닝 현미경이 제공될 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 빛을 조사하는 광원부; 상기 광원부에서 제공되는 빛을 집광하는 대물렌즈부; 상기 대물렌즈부에서 집광되는 빛을 회절 한계 이하로 집광하여 샘플로 조사하는 하이퍼렌즈부; 상기 샘플이 놓여지며 스캐닝을 위해 평면 방향으로 상기 샘플의 위치를 조절할 수 있는 스테이지; 상기 샘플로부터 발생되는 신호를 전달받아 집광하는 추가의 대물렌즈부; 상기 추가의 대물렌즈부를 통해 전달되는 신호를 선택적으로 통과시키는 광 처리부; 상기 광 처리부로부터 전달되는 형광 신호를 검출하는 검출부; 및 상기 스테이지를 제어하여 상기 샘플의 위치를 제어하고, 상기 검출부로부터 검출된 신호를 바탕으로 상기 샘플의 이미지를 구현하는 제어부를 포함하는 하이퍼렌즈를 이용한 초고해상도 스캐닝 현미경이 제공될 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 광원으로서 사용되는 빛의 회절한계 이상의 해상도를 갖는 하이퍼렌즈를 이용한 초고해상도 스캐닝 현미경이 제공될 수 있다.
또한, 초고해상도의 이미지를 얻을 수 있는 하이퍼렌즈를 이용한 초고해상도 스캐닝 현미경이 제공될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 하이퍼렌즈를 이용한 초고해상도 스캐닝 현미경의 구성을 개략적으로 보여주는 도면이다.
도 2는 도 1의 하이퍼렌즈부의 구성을 개략적으로 보여주는 도면이다.
도 3은 도 2의 하이퍼렌즈부의 시뮬레이션 결과를 보여주는 도면이다.
도 4는 도 1의 하이퍼렌즈부가 대물렌즈에 고정된 모습의 일 예를 보여주는 도면이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 하이퍼렌즈를 이용한 초고해상도 스캐닝 현미경의 구성을 개략적으로 보여주는 도면이다.
이하에서는 본 발명의 구체적인 실시예들에 대하여 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
아울러 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.
아래의 설명에서 전방(전면) 및 후방(후면)은 광원으로부터 조사된 빛의 이동 방향에 따라 지칭될 수 있다. 예컨대, 빛이 제1 구성으로부터 제2 구성을 향해 이동하는 경우, 제1 구성은 제2 구성의 전방에 위치하고 제2 구성은 제1 구성보다 후방에 위치한다고 할 수 있다. 또한, 하나의 구성에서, 빛이 입사되는 측을 전면으로 지칭하고 빛이 방출되는 측을 후면으로 지칭할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 하이퍼렌즈를 이용한 초고해상도 스캐닝 현미경의 구성을 개략적으로 보여주는 도면이고, 도 2는 도 1의 하이퍼렌즈부의 구성을 개략적으로 보여주는 도면이고, 도 3은 도 2의 하이퍼렌즈부의 시뮬레이션 결과를 보여주는 도면이고, 도 4는 도 1의 하이퍼렌즈부가 대물렌즈에 고정된 모습의 일 예를 보여주는 도면이다.
도 1 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 하이퍼렌즈를 이용한 초고해상도 스캐닝 현미경(10)은 빛을 조사하는 광원부(11)와, 광원부(11)에서 제공되는 빛을 집광하는 대물렌즈부(13)와, 대물렌즈부(13)의 대물렌즈의 초점과 동일 선상에 형성되는 초점을 가지며 대물렌즈에서 집광된 빛을 회절 한계 이하로 집속하는 하이퍼렌즈를 포함하는 하이퍼렌즈부(14)와, 하이퍼렌즈부(14)에서 집속된 빛이 조사되고, 샘플(S)이 놓여지며, 스캐닝을 위해 평면 방향으로 샘플을 이동시킬 수 있는 스테이지(15)와, 집속된 빛이 샘플에 조사되어 발생되는 신호(이하 '방출 신호'라고 함)를 검출하는 검출부(16)와, 스테이지(15)를 제어하여 샘플(S)의 위치를 제어하고, 검출부(16)로부터 검출된 신호를 바탕으로 샘플(S)의 이미지를 구현하는 제어부(미도시)를 포함할 수 있다.
구체적으로, 본 실시예에서, 광원부(11)와 대물렌즈부(13) 사이에는 입사되는 빛을 선택적으로 반사 또는 투광시키는 광 처리부(12)가 제공될 수 있고, 대물렌즈부(13)는 광 처리부(12)에서 제공되는 빛 또는 샘플(S)로부터 발생되는 방출 신호를 집광할 수 있다. 그리고, 하이퍼렌즈부(14)는 대물렌즈부(13)에서 집광되는 빛 또는 샘플(S)로부터 발생되는 형광 신호를 회절 한계 이하로 집광하거나 전달할 수 있다. 즉, 광원부(11)에서 조사된 빛은 광 처리부(12)에서 반사되고, 대물렌즈(13) 및 하이퍼렌즈부(14)를 순차적으로 통과하여 샘플(S)에 조사되고, 샘플(S)에서 발생 또는 생성된 방출 신호, 예를 들어 형광 신호는 하이퍼렌즈부(14)와 대물렌즈(13) 및 광 처리부(12)를 순차적으로 통과하여 검출부(16)에 전달될 수 있다. 이를 위해, 샘플(S)에서 발생된 방출 신호는 하이퍼렌즈부(14)의 작동 파장 범위 내의 파장을 가질 수 있다. 즉, 본 실시예는 샘플(S)에서 발생된 형광 신호가 하이퍼렌즈부(14)의 작동 파장 범위 내인 경우에 사용될 수 있다. 광원부(11)는 하이퍼렌즈부(14)에 제공된 하이퍼렌즈의 특성에 대응되는 파장을 갖는 광을 조사할 수 있으며, 이와 관련된 구체적인 예는 후술하겠다.
한편, 광원부(11)에서 조사되는 빛은 편광되지 않은 일반 광일 수 있다. 즉, 광원부(11)에는 광 스펙트럼의 선별적 선택을 위한 컬러 필터나 편광을 위한 편광 필터 등이 별도로 제공되지 않을 수도 있으며, 이에 의해 현미경(10)의 구성을 더욱 간단하게 할 수 있다.
광 처리부(12)는 다이크로익 미러(dichroic mirror)일 수 있으며, 광원부(11)에서 조사되는 빛은 반사시키고, 방출 신호는 통과시킬 수 있다. 이와 같은 광처리부(12)를 사용함으로써 현미경(10)의 구성을 더욱 간단하게 할 수 있다.
대물렌즈부(13)는 내부에 집광을 위한 대물렌즈(미도시)를 포함하고 있으며, 광 처리부(12)에서 반사되는 빛을 집광하여 하이퍼렌즈부(14)로 제공할 수 있다. 또한, 대물렌즈부(13)는 샘플(S)로부터 발산되는 방출 신호가 하이퍼렌즈부(14)를 통해 전달되면 이를 집광하여 광 처리부(12)로 제공할 수 있다.
하이퍼렌즈부(14)는 복수의 유전체층들(142)과 유전체층(142)과 교대로 적층되는 복수의 금속층(143)으로 구성되는 것으로서, 비등방성 메타물질로 기능한다. 구체적으로, 하이퍼렌즈부(14)는 대물렌즈부(13)를 통해 입사되는 빛을 회절한계 이하로 집속할 수 있고, 샘플(S)로부터 방출되는 형광 신호를 진행시켜 대물렌즈부(13)로 제공할 수 있다.
여기서, 비등방성 메타물질은 하이퍼렌즈의 곡률의 중심을 기준으로 하는 반지름 방향의 유효 유전율(
Figure 112017125207908-pat00002
)과 접선 방향의 유효 유전율(
Figure 112017125207908-pat00003
)이 서로 다르게 형성되는 물질을 의미할 수 있다. 본 실시예에서, 서로 적층되는 유전체층(142)의 유전율과 금속층(143)의 유전율을 반지름 방향의 유효 유전율(
Figure 112017125207908-pat00004
)과 접선 방향의 유효 유전율(
Figure 112017125207908-pat00005
)을 서로 반대 부호가 되도록 설정함으로써, 하이퍼렌즈는 비등방성 메타물질이 될 수 있다.
이는, 서로 적층된 유전체층(142)들과 금속층(143)들의 두께가 입사되는 빛의 파장보다 작은 경우, 파동의 일반적인 성질에 의해 빛은 유전체층(142)들과 금속층(143)들 전체를 균일한 성질을 가진 하나의 물질로 인식하며, 하나의 유효 유전율 특성을 나타내기 때문이다.
여기서, 비등방성 메타물질로 제공되는 하이퍼렌즈는 입사된 빛의 파수 벡터(wave vector, k)값을 점점 크게 만들어 주면서 빛이 하이퍼렌즈를 가로질러 진행하더라도 소실되지 않도록 한다. 구체적으로, 진행파(propagating wave)는 하이퍼렌즈에 입사되면 유전체층(142) 및 금속층(143)을 통과하며 진행한다. 이때, 빛의 운동량(momentum)은 보존되는데, 빛의 파수 벡터(k)값은 빛이 하이퍼렌즈를 통과하여 진행됨에 따라 커지게 되고, 결국 빛이 소멸파(evanescent wave) 또는 그보다 짧은 파장으로까지 집광될 수 있다.
하이퍼렌즈의 집광 성능은 하이퍼렌즈의 내경에 대한 외경의 비율 및 유전체층(142)과 금속층(143)의 개수(빛의 진행량)에 비례한다. 따라서, 목적하는 집광 성능에 따라 하이퍼렌즈의 내경 및 외경, 유전체층(142)과 금속층(143)의 개수가 선택될 수 있다. 여기서, 하이퍼렌즈의 집광 성능은 입사되는 빛의 유효한(effective) 파장(wavelength)과 집광된 빛의 유효한 파장의 비율로 이해될 수 있다.
또한, 샘플(S)에서 반사되는 빛은 위와는 반대로 하이퍼렌즈를 통과하여 소멸파가 소멸되지 않고 진행되어 대물렌즈부(13)로 제공될 수 있다.
일 예로, 하이퍼렌즈는 적외선 영역, 가시광선 영역, 자외선 영역의 파장대에서 집광이 가능하도록 구성될 수 있으며, 이를 위해 하이퍼렌즈를 구성하는 유전체층(142)과 금속층(143)의 재질을 다르게 구성할 수 있다.
예를 들어, 하이퍼렌즈가 실리콘(Si)과 은(Ag)으로 구성되는 경우 광원부(11)는 500~600nm 대역의 파장의 빛을 제공할 수 있다. 또는, 하이퍼렌즈가 티타늄옥사이드(Ti3O5)과 은(Ag)으로 구성되는 경우 광원부(11)는 400~500nm 대역의 파장의 빛을 제공할 수 있다. 또는, 하이퍼렌즈가 산화알루미늄(Al2O3) 또는 티타늄디옥사이드(TiO2)과 은(Ag)으로 구성되는 경우 광원부(11)는 자외선 대역의 파장의 빛을 제공할 수 있다. 또는 하이퍼렌즈가 게르마늄(Ge)과 금(Au) 또는 은(Ag)으로 구성되는 경우 광원부(11)는 근적외선 대역의 파장의 빛을 제공할 수 있다.
또한, 하이퍼렌즈부(14)는 대물렌즈부(13)로부터 제공되는 빛이 집속되어 샘플(S)에 조사될 수 있도록 빛이 입사되는 전방(도면에서 하방)을 향해 볼록하게 만곡 형성될 수 있다.
하이퍼렌즈부(14)를 통과하며 회절 한계 이하로 집속된 빛은 샘플(S)에 조사되고, 그에 따라 샘플(S)은 그에 따라 소정의 신호, 예를 들어 형광 신호를 방출할 수 있다. 이때, 샘플(S)로부터 방출되는 신호는 적용되어 있는 하이퍼렌즈의 작동범위 내의 파장을 갖는다. 예를 들어, 하이퍼렌즈가 티타늄디옥사이드와 은의 조합으로 구성되고, 광원부(11)에서 자외선 대역의 파장의 빛을 조사하는 경우 샘플(S)로부터 방출되는 신호도 자외선 대역의 파장을 가질 수 있으므로, 이와 같은 하이퍼렌즈는 본 실시예에 적용 가능하다.
여기서, 하이퍼렌즈부(14)는 대물렌즈부(13)에 고정될 수 있다. 구체적으로, 일측에 대물렌즈부(13)의 후단부가 고정되고, 타측에 하이퍼렌즈부(14)가 고정될 수 있는 고정 지그(132)가 제공될 수 있으며, 고정 지그(132)의 타측에는 대물렌즈부(13)의 일부가 삽입될 수 있는 홈이 형성될 수 있다. 그리고 대물렌즈부(13)가 고정 지그(132)의 홈에 삽입되었을 때, 고정 지그(132)의 외부로부터 볼트(134)가 삽입되어 대물렌즈부(13)의 외통을 가압함으로써 간단한 방법으로 고정 지그(132)가 대물렌즈부(13)에 고정될 수 있다.
이때, 하이퍼렌즈부(14)는 고정 지그(132)의 일측면에 접착 고정될 수 있으며, 하이퍼렌즈의 초점과 대물렌즈의 초점이 동일 선상에 있도록 배치될 수 있다.
여기서, 고정 지그(132)는 대물렌즈부(13)를 통과한 빛 또는 하이퍼렌즈부(14)를 통과한 빛이 투과될 수 있도록 적어도 일부가 투명한 소재로 형성될 수 있다.
한편, 스테이지(15)는 하이퍼렌즈부(14)에서 제공 가능한 빛의 파장에 대응되는 변위를 가질 수 있으며, 샘플(S)을 평면 방향, 예를 들어 X축, Y축 방향으로 이송할 수 있는 장치일 수 있다. 일 예로, 스테이지(15)는 나노미터 단위로 압전 나노 스테이지(Piezo Nano Stage)일 수 있다.
스테이지(15)는 현미경 장치(10)가 포인트 바이 포인트(point by point) 방식으로 스캐닝을 할 수 있도록 제어부에 의해 제어된다. 즉, 샘플(S)의 특정 지점에 빛이 조사되어 신호를 검출한 후, 제어부는 스테이지(15)를 제어하여 샘플(S)의 인접한 지점을 조사할 수 있도록 샘플(S)의 위치를 이송시킬 수 있으며, 이때의 이송 거리는 하이퍼렌즈부(14)의 해상도에 대응될 수 있다.
또한, 스테이지(15)는 하이퍼렌즈부(14)에서 집속된 빛이 샘플(S)에 조사되고, 샘플(S)에서 발생된 방출 신호가 하이퍼렌즈부(14)로 전달되도록 적어도 일부가 투명하게 형성될 수 있다.
샘플(S)에서 방출된 신호는 하이퍼렌즈부(14)와 대물렌즈부(13)를 통과한 후, 광 처리부(12)를 투과하여 검출부(16)로 입사된다. 일 예로, 검출부(16)는 광전자배증관(Photomultiplier tube, PMT)일 수 있다.
제어부는 상술한 것처럼 스테이지(15)를 제어하여 샘플(S)의 위치를 이동시키고, 검출부(16)에서 검출한 이미지를 바탕으로 샘플(S)의 전체 이미지를 구현할 수 있다.
상기와 같은 구성을 갖는 본 발명의 일 실시예에 따른 하이퍼렌즈를 이용한 초고해상도 스캐닝 현미경(10)의 작용 및 효과는 다음과 같다.
광원부(11)에서 조사된 특정 파장을 갖는 빛은 광 처리부(12)로 전달되고, 광 처리부(12)는 광원부(11)에서 조사되는 빛을 반사시켜 대물렌즈부(13)로 제공한다. 대물렌즈부(13)는 광 처리부(12)로부터 제공되는 빛을 집광하여 하이퍼렌즈부(14)로 제공하고, 하이퍼렌즈부(14)는 회절 한계 이하로 빛을 집속하여 샘플(S)에 조사한다.
이에 의해, 샘플(S)에서는 소정의 방출 신호가 발생되고, 이 신호는 다시 하이퍼렌즈부(14)를 통과하여 소멸되지 않고 대물렌즈부(13)로 제공된다. 대물렌즈부(13)는 하이퍼렌즈부(14)로부터 제공되는 신호를 광 처리부(12)로 전달하고, 광 처리부(12)는 이를 투과하여 검출부(16)로 제공한다.
이와 같은 과정에 의해 샘플(S)의 어느 한 지점에 대한 신호가 검출부(16)에 의해 검출될 수 있으며, 제어부는 스테이지(15)를 제어하여 샘플(S)을 이동시키며 각 지점에 대해 상기와 같은 절차를 반복 수행한다.
이와 같은 과정을 샘플(S) 전체에 대해 수행함으로써 제어부는 샘플(S)의 이미지를 얻을 수 있게 되는데, 검출부(16)에서 검출하는 각 지점의 크기가 빛의 회절 한계보다 더 작은 크기이므로, 본 실시예에 따른 현미경(10)은 일반적인 광학계를 이용함에도 불구하고 종래의 스캐닝 현미경보다 훨씬 더 높은 초고해상도의 이미지를 얻을 수 있다.
이하에서는 본 발명의 다른 실시예에 따른 하이퍼렌즈를 이용한 초고해상도 스캐닝 현미경에 대하여 도 5를 참조하여 설명한다. 다만, 도 5의 실시예는 상기의 실시예와 비교하여 샘플의 방출 신호가 하이퍼렌즈부를 통과하지 못하는 점에 있어서 차이가 있으므로, 차이점을 위주로 설명하며 동일한 부분에 대하여는 상기의 실시예의 설명과 도면 부호를 원용한다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 하이퍼렌즈를 이용한 초고해상도 스캐닝 현미경의 구성을 개략적으로 보여주는 도면이다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 하이퍼렌즈를 이용한 초고해상도 스캐닝 현미경(10')은, 상술한 실시예와 마찬가지로, 광원부(11'), 대물렌즈부(13'), 하이퍼렌즈부(14'), 스테이지(15')를 포함하며, 스테이지(15') 상에 놓여진 샘플(S)에 광원부(11')에서 제공되는 빛의 회절한계보다 낮은 파장의 빛을 조사하여 샘플(S)을 조사할 수 있다.
이때, 형광 염료로 염색된 샘플(S)의 특성 상 방출 신호의 파장이 입사되는 빛의 파장과 다른 파장을 가질 수 있고, 이 경우 방출 신호는 하이퍼렌즈부(14')를 통과하지 못할 수 있다. 구체적으로, 현재까지 제안된 하이퍼렌즈는 특정 파장 대역에서 동작, 즉 소멸파를 소멸시키지 않고 진행시키는 기능을 할 수 있으므로, 해당 파장 대역을 벗어나는 파장의 빛에 대해서는 메타물질로서 기능할 수 없다. 따라서, 이와 같은 경우에는 샘플(S)의 방출 신호를 검출하기 위해서는 별도의 구성이 필요하다.
본 실시예에서는 이를 위해 추가의 대물렌즈부(17')를 추가하였다. 추가의 대물렌즈부(17')는 샘플(S)에서 발생된 신호를 집광하여 검출부(16')로 제공한다. 이를 위해 추가의 대물렌즈부(17') 및 검출부(16')는 하이퍼렌즈부(14') 및 대물렌즈부(13')와 스테이지(15')를 기준으로 반대 방향에 배치될 수 있다.
또한, 추가의 대물렌즈부(17') 및 검출부(16')의 사이에는 추가의 대물렌즈부(17')로부터 제공되는 광을 선택적으로 통과시키는 광 처리부(12'), 예를 들어 이미션 필터(emission filter)가 제공될 수 있다. 이때, 이미션 필터는 형광 신호의 파장만을 통과시켜 노이즈를 없앨 수 있다.
본 실시예에 따른 현미경(10')에 의하면, 하이퍼렌즈부(14')를 통해 샘플(S)로 조사되는 광의 파장과, 샘플(S)에서 발생되는 신호의 파장이 서로 다른 범위를 갖게 되는 경우에도 샘플(S)에 대한 초고해상도 이미지를 얻을 수 있다는 장점이 있다.
이상 본 발명의 실시예에 따른 하이퍼렌즈를 이용한 초고해상도 스캐닝 현미경을 구체적인 실시 형태로서 설명하였으나, 이는 예시에 불과한 것으로서, 본 발명은 이에 한정되지 않는 것이며, 본 명세서에 개시된 기초 사상에 따르는 최광의 범위를 갖는 것으로 해석되어야 한다. 당업자는 개시된 실시형태들을 조합, 치환하여 적시되지 않은 형상의 패턴을 실시할 수 있으나, 이 역시 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 것이다. 이외에도 당업자는 본 명세서에 기초하여 개시된 실시형태를 용이하게 변경 또는 변형할 수 있으며, 이러한 변경 또는 변형도 본 발명의 권리범위에 속함은 명백하다.
10: 초고해상도 스캐닝 현미경 11: 광원부
12: 광 처리부 13: 대물렌즈부
14: 하이퍼렌즈부 15: 스테이지
16: 검출부 17: 추가의 대물렌즈부

Claims (19)

  1. 빛을 조사하는 광원부;
    상기 광원부에서 제공되는 빛을 집광하는 대물렌즈부;
    상기 대물렌즈부의 대물렌즈의 초점과 동일 선상에 형성되는 초점을 가지며, 상기 대물렌즈에서 집광된 빛을 회절 한계 이하로 집속하는 하이퍼렌즈를 포함하는 하이퍼렌즈부;
    상기 하이퍼렌즈부에서 집속된 빛이 조사되고, 샘플이 놓여지며, 스캐닝을 위해 평면 방향으로 샘플을 이동시킬 수 있는 스테이지;
    집속된 빛이 상기 샘플에 조사되어 발생되는 신호를 검출하는 검출부; 및
    상기 스테이지를 제어하여 상기 샘플의 위치를 제어하고, 상기 검출부로부터 검출된 신호를 바탕으로 상기 샘플의 이미지를 구현하는 제어부를 포함하고,
    상기 하이퍼렌즈부는 상기 대물렌즈부에 고정되어 있는 하이퍼렌즈를 이용한 초고해상도 스캐닝 현미경.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 하이퍼렌즈부는,
    상기 대물렌즈부에 고정되는 기판; 및
    상기 기판에 형성되는 하이퍼렌즈를 포함하고,
    상기 하이퍼렌즈는,
    복수의 유전체층들; 및
    상기 유전체층과 교대로 적층되는 복수의 금속층들을 포함하는
    하이퍼렌즈를 이용한 초고해상도 스캐닝 현미경.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 유전체층은 실리콘이고, 상기 금속층은 은이고,
    상기 광원부는 500~600nm 파장의 광을 조사하는 하이퍼렌즈를 이용한 초고해상도 스캐닝 현미경.
  4. 제2 항에 있어서,
    상기 유전체층은 티타늄옥사이드이고, 상기 금속층은 은이고,
    상기 광원부는 400~600nm 파장의 광을 조사하는 하이퍼렌즈를 이용한 초고해상도 스캐닝 현미경.
  5. 제2 항에 있어서,
    상기 유전체층은 산화알루미늄 또는 티타늄디옥사이드이고, 상기 금속층은 은이고,
    상기 광원부는 자외선 파장 대역의 광을 조사하는 하이퍼렌즈를 이용한 초고해상도 스캐닝 현미경.
  6. 제2 항에 있어서,
    상기 유전체층은 게르마늄이고, 상기 금속층은 금 또는 은이고,
    상기 광원부는 근적외선 파장 대역의 광을 조사하는 하이퍼렌즈를 이용한 초고해상도 스캐닝 현미경.
  7. 제1 항에 있어서,
    상기 광원부는 편광되지 않은 광을 조사하는 하이퍼렌즈를 이용한 초고해상도 스캐닝 현미경.
  8. 삭제
  9. 제1 항에 있어서,
    일측에 상기 대물렌즈부의 후단부가 고정되고, 타측에 상기 하이퍼렌즈부가 고정되며, 상기 대물렌즈에서 방출되는 빛이 상기 하이퍼렌즈로 제공되도록 적어도 일부가 투명하게 형성되는 고정 지그를 포함하는 하이퍼렌즈를 이용한 초고해상도 스캐닝 현미경.
  10. 제1 항에 있어서,
    상기 하이퍼렌즈는 빛이 입사되는 전방을 향해 볼록하게 만곡 형성되어 있는 하이퍼렌즈를 이용한 초고해상도 스캐닝 현미경.
  11. 제1 항에 있어서,
    상기 스테이지는 상기 샘플로 빛이 조사되고, 상기 샘플에서 발생된 신호가 통과되도록 적어도 일부가 투명하게 형성되는 하이퍼렌즈를 이용한 초고해상도 스캐닝 현미경.
  12. 제1 항에 있어서,
    상기 하이퍼렌즈부와 상기 대물렌즈부는 상기 샘플에서 발생된 신호를 순차적으로 통과시켜 상기 검출부로 제공하는 하이퍼렌즈를 이용한 초고해상도 스캐닝 현미경.
  13. 제12 항에 있어서,
    상기 광원부와 상기 대물렌즈부의 사이에는 빛을 선택적으로 통과시키거나 반사하는 다이크로익 미러가 제공되고,
    상기 다이크로익 미러는,
    상기 광원부로부터 조사되는 빛은 반사시켜 상기 대물렌즈부로 제공하고,
    상기 대물렌즈부로부터 제공되는 상기 샘플의 신호는 통과시켜 상기 검출부로 제공하는 하이퍼렌즈를 이용한 초고해상도 스캐닝 현미경.
  14. 제1 항에 있어서,
    상기 샘플에서 발생된 신호를 전달받아 집광하는 추가의 대물렌즈부를 더 포함하고,
    상기 검출부는 상기 추가의 대물렌즈부를 통과한 신호를 전달받아 검출하는 하이퍼렌즈를 이용한 초고해상도 스캐닝 현미경.
  15. 제14 항에 있어서,
    상기 추가의 대물렌즈부와 상기 검출부 사이에는 선택적으로 상기 신호를 통과시키는 다이크로익 미러가 제공되는 하이퍼렌즈를 이용한 초고해상도 스캐닝 현미경.
  16. 제14 항에 있어서,
    상기 추가의 대물렌즈부와 상기 검출부는 상기 하이퍼렌즈부와 상기 대물렌즈부와 상기 스테이지를 기준으로 반대 방향에 배치되는 하이퍼렌즈를 이용한 초고해상도 스캐닝 현미경.
  17. 제14 항에 있어서,
    상기 하이퍼렌즈부를 통해 상기 샘플로 조사되는 광의 파장과, 상기 샘플에서 발생되는 신호의 파장은 서로 다른 범위를 가지며,
    상기 하이퍼렌즈부는 상기 샘플에서 발생되는 신호의 파장을 통과시키지 못하는 하이퍼렌즈를 이용한 초고해상도 스캐닝 현미경.
  18. 빛을 조사하는 광원부;
    입사되는 빛을 선택적으로 반사 또는 투광시키는 광 처리부;
    상기 광 처리부에서 제공되는 빛 또는 샘플로부터 발생되는 형광 신호를 집광하는 대물렌즈부;
    상기 대물렌즈부에서 집광되는 빛 또는 상기 샘플로부터 발생되는 형광 신호를 회절 한계 이하로 집광하거나 전달하는 하이퍼렌즈부;
    상기 샘플이 놓여지며 스캐닝을 위해 평면 방향으로 상기 샘플의 위치를 조절할 수 있는 스테이지;
    전달되는 형광 신호를 검출하는 검출부; 및
    상기 스테이지를 제어하여 상기 샘플의 위치를 제어하고, 상기 검출부로부터 검출된 신호를 바탕으로 상기 샘플의 이미지를 구현하는 제어부를 포함하고,
    상기 하이퍼렌즈부는 상기 대물렌즈부에 고정되어 있는 하이퍼렌즈를 이용한 초고해상도 스캐닝 현미경.
  19. 빛을 조사하는 광원부;
    상기 광원부에서 제공되는 빛을 집광하는 대물렌즈부;
    상기 대물렌즈부에서 집광되는 빛을 회절 한계 이하로 집광하여 샘플로 조사하는 하이퍼렌즈부;
    상기 샘플이 놓여지며 스캐닝을 위해 평면 방향으로 상기 샘플의 위치를 조절할 수 있는 스테이지;
    상기 샘플로부터 발생되는 신호를 전달받아 집광하는 추가의 대물렌즈부;
    상기 추가의 대물렌즈부를 통해 전달되는 신호를 선택적으로 통과시키는 광 처리부;
    상기 광 처리부로부터 전달되는 형광 신호를 검출하는 검출부; 및
    상기 스테이지를 제어하여 상기 샘플의 위치를 제어하고, 상기 검출부로부터 검출된 신호를 바탕으로 상기 샘플의 이미지를 구현하는 제어부를 포함하는 하이퍼렌즈를 이용한 초고해상도 스캐닝 현미경.


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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010249739A (ja) 2009-04-17 2010-11-04 Hitachi Ltd ハイパーレンズ及びそれを用いた光学顕微鏡システム
KR101519932B1 (ko) * 2006-12-22 2015-05-13 지고 코포레이션 표면 특징물의 특성을 측정하기 위한 장치 및 방법
KR101637183B1 (ko) * 2015-05-08 2016-07-08 포항공과대학교 산학협력단 뉴런이 고정된 하이퍼렌즈, 뉴런 고정 장치 및 하이퍼렌즈에 뉴런을 고정하는 방법

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101238434B1 (ko) 2009-11-30 2013-03-04 한국전자통신연구원 전파렌즈 및 이의 제조방법

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101519932B1 (ko) * 2006-12-22 2015-05-13 지고 코포레이션 표면 특징물의 특성을 측정하기 위한 장치 및 방법
JP2010249739A (ja) 2009-04-17 2010-11-04 Hitachi Ltd ハイパーレンズ及びそれを用いた光学顕微鏡システム
KR101637183B1 (ko) * 2015-05-08 2016-07-08 포항공과대학교 산학협력단 뉴런이 고정된 하이퍼렌즈, 뉴런 고정 장치 및 하이퍼렌즈에 뉴런을 고정하는 방법

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