KR102052414B1 - 반사 위상 현미경 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 반사 위상 현미경에 관한 것이다. 본 발명의 반사 위상 현미경은 광을 조사하는 광원 유닛; 상기 광원 유닛에서 조사된 광을 샘플광 및 기준광으로 나누는 편광 분배기; 상기 샘플광을 상기 편광 분배기로 반사시키는 피검체부; 상기 기준광을 상기 편광 분배기로 반사시키는 기준 미러; 상기 광원 유닛에서 상기 편광 분배기를 향해 입사되는 광의 각도를 조절하여, 상기 피검체부에 입사되는 상기 샘플광의 입사각, 및 상기 기준 미러에 입사되는 상기 기준광의 입사각을 조절하는 스캐닝 미러; 상기 피검체부에서 반사된 상기 샘플광, 및 상기 기준 미러에서 반사된 상기 기준광을 회절시키는 회절 격자; 및 상기 회절 격자에서 회절된 광을 수광하는 영상 획득 유닛을 포함할 수 있다.

Description

반사 위상 현미경{Reflection phase microscopy}
본 발명은 반사 위상 현미경에 관한 것으로, 보다 상세하게는 디지털 홀로 그래픽 기술을 이용한 반사 위상 현미경에 관한 것이다.
디지털 홀로 그래픽 기법은 광의 간섭 현상을 이용하여 관측하고자 하는 물체로부터 나오는 광의 세기 정보뿐만 아니라 위상 정보까지 동시에 획득하는 영상 기술이다. 이때, 위상 정보를 획득하기 위해서는 광원으로부터 나온 광을 나누어 하나는 피검체와 상호작용하도록 하고(샘플 빔) 다른 하나는 피검체가 없는 공간을 통과하도록 한다(기준빔). 이미지 센서에서 두 광을 합쳐주면 간섭 패턴을 만들고 이 패턴을 분석하여 위상 정보를 획득하게 된다.
또한, 이미지 센서에서 두 빔의 간섭을 일으키는 방법은 크게 두 가지로 나뉜다. 하나는 샘플빔과 기준빔을 평행하게 만나도록 하는 방법으로 흔히 동일 선상 구성(collinear configuration)으로 알려져 있다. 다른 하나는 샘플빔과 기준빔이 일정한 각도를 가지고 만나 간섭 패턴을 만들도록 하는 방법이며 탈축 구성(off-axis configuration)으로 알려져 있다.
이러한 디지털 홀로 그래픽 기법은 선행기술문헌으로서의 특허문헌(공개특허공보 제10-2016-0086347호)에 개시된 바와 같이 정량적 위상 이미지 획득용 현미경에 적용될 수 있다. 일반적으로, 현미경은 피검체를 투과한 광의 위상 정보를 획득하는 투과 형식의 정량적 위상 현미경과, 피검체에 반사된 광의 위상 정보를 획득하는 반사 형식의 정량적 위상 현미경으로 분류된다. 반사 형식의 정량적 위상 현미경은 피검체의 표면에서 반사되는 광의 위상을 바로 획득 가능하여, 투과 형식의 정량적 위상 현미경의 위상 민감도보다 높다는 장점이 있다. 이에 따라, 최근에는 반사 위상 현미경의 성능을 더 높이기 위한 연구가 진행 중인 추세이다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 디지털 홀로그래픽 기술을 이용한 반사 위상 현미경을 제공하는 것이다.
본 발명의 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명에 따른 반사 위상 현미경은, 광을 조사하는 광원 유닛; 상기 광원 유닛에서 조사된 광을 샘플광 및 기준광으로 나누는 편광 분배기; 상기 샘플광을 상기 편광 분배기로 반사시키는 피검체부; 상기 기준광을 상기 편광 분배기로 반사시키는 기준 미러; 상기 광원 유닛에서 상기 편광 분배기를 향해 입사되는 광의 각도를 조절하여, 상기 피검체부에 입사되는 상기 샘플광의 입사각, 및 상기 기준 미러에 입사되는 상기 기준광의 입사각을 조절하는 스캐닝 미러; 상기 피검체부에서 반사된 상기 샘플광, 및 상기 기준 미러에서 반사된 상기 기준광을 회절시키는 회절 격자; 및 상기 회절 격자에서 회절된 광을 수광하는 영상 획득 유닛을 포함할 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 피검체부에서 반사되어 상기 편광 분배기로 입사되는 상기 샘플광을 수직하게 편광시키는 제1 파장판; 및 상기 기준 미러에서 반사되어 상기 편광 분배기로 입사되는 상기 기준광을 수직하게 편광시키는 제2 파장판을 더 포함할 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 회절 격자에서 회절된 광 중 상기 샘플광만 통과시키는 제1 편광기; 상기 회절 격자에서 회절된 광 중 상기 기준광만 통과시키는 제2 편광기; 및 상기 제1 편광기를 통과한 상기 샘플광의 편광, 및 상기 제2 편광기를 통과한 상기 기준광의 편광을 일치시키는 제3 파장판을 더 포함할 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 제3 파장판은, 상기 샘플광을 편광시키는 제1 서브 파장판, 및 상기 기준광을 편광시키는 제2 서브 파장판을 포함하고, 상기 제1 서브 파장판은 45°의 편광 축을 갖고, 상기 제2 서브 파장판은 -45°의 편광 축을 가질 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 제1 파장판을 통과한 상기 샘플광의 편광, 및 상기 제2 파장판을 통과한 상기 기준광의 편광은 서로 교차할 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 피검체부와 상기 제1 파장판 사이에 위치되고, 상기 피검체로 입사되는 상기 샘플광을 집속하는 제1 대물렌즈; 및 상기 기준 미러와 상기 제2 파장판 사이에 위치되고, 상기 기준 미러로 입사되는 상기 기준광을 집속하는 제2 대물렌즈를 더 포함할 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 스캐닝 미러는, 상기 제1 대물렌즈와 상기 제2 대물렌즈의 개구수를 커버하도록, 상기 피검체부로 입사되는 상기 샘플광의 입사각을 조절할 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 스캐닝 미러와 상기 편광 분배기 사이에 위치되고, 상기 기준 미러에 입사되는 상기 기준광의 광도, 및 상기 피검체부에 입사되는 상기 샘플광의 광도를 조절하는 광도 파장판을 더 포함할 수 있다.
기타 실시 예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
본 발명의 실시 예들에 따르면, 반사 위상 현미경은 피검체에 입사되는 광의 각도를 다르게 설정하고, 대물렌즈의 전체 개구수를 사용하여 이미징함으로써, 넓은 영역을 이미징하면서 종축 해상도를 향상시킬 수 있다. 또한, 회절 노이즈가 감소됨으로써, 높은 공간 해상도를 획득하여, 영상의 질을 향상시킬 수 있다. 또한, off-axis 기법을 사용하여, 영상 획득 속도를 향상시킬 수 있다.
본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 반사 위상 현미경의 개략도이다.
도 2 및 도 3은 도 1의 반사 위상 현미경의 피검체부의 이동에 따른 평균화된 간섭 패턴을 나타낸 도면이다.
도 4는 도 1의 반사 위상 현미경의 피검체부의 이동에 따른 평균화된 간섭 신호의 세기를 나타낸 그래프이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시 예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
본 명세서에서 기술하는 실시 예들은 본 발명의 이상적인 예시도인 단면도 및/또는 평면도들을 참고하여 설명될 것이다. 도면들에 있어서, 막 및 영역들의 두께는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다. 따라서, 도면에서 예시된 영역들은 개략적인 속성을 가지며, 도면에서 예시된 영역들의 모양은 소자의 영역의 특정 형태를 예시하기 위한 것이며 발명의 범주를 제한하기 위한 것이 아니다. 본 명세서의 다양한 실시 예들에서 제1, 제2, 제3 등의 용어가 다양한 구성요소들을 기술하기 위해서 사용되었지만, 이들 구성요소들이 이 같은 용어들에 의해서 한정되어서는 안 된다. 이들 용어들은 단지 어느 구성요소를 다른 구성요소와 구별시키기 위해서 사용되었을 뿐이다. 여기에 설명되고 예시되는 실시 예들은 그것의 상보적인 실시 예들도 포함한다.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시 예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자에 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.
이하, 도면을 참조하여, 본 발명의 개념 및 이에 따른 실시 예들에 대해 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 반사 위상 현미경의 개략도이다
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 반사 위상 현미경(10)은 디지털 홀로그래픽 기법을 적용한 현미경일 수 있다. 반사 위상 현미경(10)은, 광원 유닛(100), 편광 분배기(300), 피검체부(500), 기준 미러(400), 스캐닝 미러(200), 회절 격자(600) 및 영상 획득 유닛(700)을 포함할 수 있다. 반사 위상 현미경(10)은 제1 파장판(550), 제2 파장판(450), 제3 파장판(750, 755), 제1 편광기(650), 제2 편광기(655), 제1 대물렌즈(530), 제2 대물렌즈(430), 광도 파장판(350), 복수의 반사 미러들(900, 950) 및 복수의 렌즈들(810~860)을 더 포함할 수 있다.
광원 유닛(100)은 광을 조사할 수 있다. 실시 예에서, 광원 유닛(100)은 레이저 광을 조사할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 예를 들면, 광원 유닛(100)은 타이사파이어 레이저(Ti:sapphire laser)일 수 있다. 실시 예에서, 타이사파이어 레이저로부터 조사된 레이저 광은 대략 λ0 = 700nm의 중심 파장 및 대략 Δλ ≒ 6nm의 스펙트럼 폭을 가질 수 있다. 이와 달리, 다른 실시 예에서, 타이사파이어 레이저로부터 조사된 레이저 광은 대략 λ0 = 800nm의 중심 파장 및 대략 Δλ ≒ 17nm의 스펙트럼 폭을 가질 수 있다.
복수의 반사 미러들(900, 950)은 제1 반사 미러(900)와 제2 반사 미러(950)를 포함할 수 있다. 제1 반사 미러(900)는 광원 유닛(100)과 편광 분배기(300) 사이에 위치될 수 있다. 제1 반사 미러(900)는 광원 유닛(100)에서 조사된 레이저 광을 편광 분배기(300)로 반사시킬 수 있다. 제2 반사 미러(950)에 대한 설명은 후술한다.
편광 분배기(300)는 광원 유닛(100)에서 조사된 레이저 광을 샘플광 및 기준광으로 나눌 수 있다. 샘플광은 편광 분배기(300)를 투과한 레이저 광일 수 있다. 기준광은 편광 분배기(300)에서 반사된 광일 수 있다.
피검체부(500)는 편광 분배기(300)를 투과한 샘플광을 편광 분배기(300)로 반사시킬 수 있다. 피검체부(500)는 피검체와 샘플 미러를 포함할 수 있다. 샘플 미러는 피검체를 지지할 수 있다. 샘플 미러는 피검체의 위치를 가변시킬 수 있다. 예를 들면, 샘플 미러는 편광 분배기(300)와 가까워지는 방향 및/또는 편광 분배기(300)로부터 멀어지는 방향으로 이동할 수 있다. 이에 따라, 피검체와 편광 분배기(300) 간의 거리는 작아지거나 커질 수 있다.
제1 파장판(550)은 피검체부(500)와 편광 분배기(300) 사이에 위치될 수 있다. 제1 파장판(550)은 피검체부(500)에서 반사되어 편광 분배기(300)로 입사되는 샘플광을 수직하게 편광시킬 수 있다. 예를 들면, 제1 파장판(550)은 편광 분배기(300)에서 피검체부(500)를 향해 조사되는 샘플광의 편광 방향을 45° 변화시킬 수 있다. 제1 파장판(550)은 피검체부(500)에서 반사되어 편광 분배기(300)로 입사되는 샘플광의 편광 방향을 45° 변화시킬 수 있다. 이에 따라, 피검체에서 반사되어 편광 분배기(300)로 입사되는 샘플광의 편광은 편광 분배기(300)에서 피검체로 입사되는 샘플광의 편광에 대해 수직할 수 있다.
제1 대물렌즈(530)는 피검체부(500)와 제1 파장판(550) 사이에 위치될 수 있다. 제1 대물렌즈(530)는 피검체부(500)로 입사되는 샘플광을 집속시킬 수 있다. 제1 대물렌즈(530)에서 집속된 샘플광은 피검체부(500)의 피검체로 입사될 수 있다.
기준 미러(400)는 편광 분배기(300)에서 반사된 기준광을 편광 분배기(300)로 반사시킬 수 있다. 기준 미러(400)는 그의 위치가 고정될 수 있다.
제2 대물렌즈(430)는 기준 미러(400)와 제2 파장판(450) 사이에 위치될 수 있다. 제2 대물렌즈(430)는 기준 미러(400)로 입사되는 기준광을 집속시킬 수 있다. 제1 대물렌즈(530)에서 집속된 기준광은 기준 미러(400)로 입사될 수 있다.
제2 파장판(450)은 기준 미러(400)와 편광 분배기(300) 사이에 위치될 수 있다. 제2 파장판(450)은 기준 미러(400)에서 반사되어 편광 분배기(300)로 입사되는 기준광을 수직하게 편광시킬 수 있다. 예를 들면, 제2 파장판(450)은 편광 분배기(300)에서 기준 미러(400)를 향해 조사되는 기준광의 편광 방향을 45° 변화시킬 수 있다. 제2 파장판(450)은 기준 미러(400)에서 반사되어 편광 분배기(300)로 입사되는 기준광의 편광 방향을 45° 변화시킬 수 있다. 이에 따라, 기준 미러(400)에서 반사되어 편광 분배기(300)로 입사되는 기준광의 편광은 편광 분배기(300)에서 기준 미러(400)로 입사되는 기준광의 편광에 대해 수직할 수 있다. 실시 예에서, 제1 파장판(550)을 통과한 샘플광의 편광, 및 제2 파장판(450)을 통과한 기준광의 편광은 서로 교차할 수 있다.
광도 파장판(350)은 스캐닝 미러(200)와 편광 분배기(300) 사이에 위치될 수 있다. 상세하게, 광도 파장판(350)은 반사 미러와 편광 분배기(300) 사이에 위치될 수 있다. 광도 파장판(350)은 기준 미러(400)에 입사되는 기준광의 광도, 및 피검체부(500)로 입사되는 샘플광의 광도를 조절할 수 있다. 실시 예에서, 광도 파장판(350)은 1/2 파장판(half wave plate)일 수 있다. 1/2파장판은 스캐닝 미러(200)에서 편광 분배기(300)로 입사되는 광의 편광 방향을 90°로 변화시킬 수 있다.
스캐닝 미러(200)는 광원 유닛(100)에서 편광 분배기(300)를 향해 입사되는 광의 각도를 조절할 수 있다. 예를 들면, 스캐닝 미러(200)는 제1 반사 미러(900)에서 반사된 광을 제2 반사 미러(950)를 향해 반사시킬 수 있다. 이때, 스캐닝 미러(200)는 제2 반사 미러(950)로 반사되는 광의 각도를 조절할 수 있다. 즉, 스캐닝 미러(200)는 그의 각도를 회전시켜, 제2 반사 미러(950)로 반사되는 광의 각도를 조절할 수 있다. 제2 반사 미러(950)는 스캐닝 미러(200)에서 반사된 광을 편광 분배기(300)를 향해 반사시킬 수 있다.
스캐닝 미러(200)는 편광 분배기(300)로부터 피검체부(500)에 입사되는 샘플광의 입사각을 조절할 수 있다. 스캐닝 미러(200)는 편광 분배기(300)로부터 기준 미러(400)에 입사되는 기준광의 입사각을 조절할 수 있다. 예를 들면, 스캐닝 미러(200)는 피검체부(500)와 기준 미러(400)에 입사되는 각도를 3번 이상 조절할 수 있다. 피검체부(500)에 입사되는 최대 입사각이 제1 대물렌즈(530)와 제2 대물렌즈(430)의 전체 개구수를 커버할 수 있다. 스캐닝 미러(200)는 제1 대물렌즈(530)와 제2 대물렌즈(430)의 전체 개구수를 커버하기 위해 나선형(spiral) 스캔을 할 수 있다. 이에 따라, 영상 획득 유닛(700)에서 획득하는 영상 이미지의 회절 노이즈를 감소시켜, 높은 공간 해상도를 획득할 수 있다.
실시 예에서, 스캐닝 미러(200)는 2축 갈바노 스캐너(2-axis galvano scanner)일 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 회절 격자(600)는 영상 획득 유닛(700)과 편광 분배기(300) 사이에 위치될 수 있다. 실시 예에서, 편광 분배기(300)에서 영상 획득 유닛(700)으로 입사되는 광은 회절 격자(600)에 의해 회절될 수 있다. 이에 따라, 반사 위상 현미경(10)은 off-axis 기법을 이용할 수 있다.
회절 격자(600)는 피검체부(500)에서 반사된 샘플광을 회절시킬 수 있다. 예를 들면, 피검체부(500)에서 반사된 샘플광은 편광 분배기(300)에서 대략 수직으로 반사되어 회절 격자(600)로 입사될 수 있다. 회절 격자(600)는 기준 미러(400)에서 반사된 기준 광을 회절시킬 수 있다. 예를 들면, 기준 미러(400)에서 반사된 기준 광은 편광 분배기(300)를 투과하여 회절 격자(600)로 입사될 수 있다. 이에 따라, 회절 격자(600)에는 기준광과 샘플광이 입사될 수 있다.
회절 격자(600)를 통과한 샘플광, 및 기준광은 회절 현상에 의해 여러 개의 광으로 분할될 수 있다. 예를 들면, 회절 격자(600)에서 0차, 및 1차로 회절된 여러 개의 광은 샘플광과 기준광을 포함할 수 있다. 실시 예에서, 회절 격자(600)는 XY 평면의 2차원 형상일 수 있다.
회절 격자(600)에서 회절된 광은 회절 격자(600)와 영상 획득 장치 사이에 위치된 제1 렌즈(810), 및 제2 렌즈(820)를 투과할 수 있다. 제1 렌즈(810) 및 제2 렌즈(820)는 서로 이격될 수 있다. 실시 예에서, 복수의 렌즈들(810~820)은 제1 내지 제6 렌즈들(810~860)을 포함할 수 있다.
제1 및 제2 렌즈들(810, 820)사이에 제1 편광기(650)와 제2 편광기(655)가 위치될 수 있다. 예를 들면, 제1 및 제2 편광기(655)들의 각각은 제1 및 제2 렌즈들(810, 820)사이에 광의 초점이 맺히는 면(예를 들면, 퓨리에 면(Fourier plane, FP))에 위치될 수 있다. 실시 예에서, 제1 및 제2 편광기(655)들의 각각은 편광축과 평행한 광만 통과시키는 선형 편광기일 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
제3 및 제4 렌즈들(830, 840)은 스캐닝 미러(200)와 제2 반사 미러(95) 사이에 위치될 수 있다. 제5 렌즈(850)는 편광 분배기(300)와 제2 반사 미러(950) 사이에 위치될 수 있다. 제6 렌즈(860)는 편광 분배기(300)와 회절 격자(600) 사이에 위치될 수 있다. 제3 내지 제6 렌즈들(830~860)은 광을 투과할 수 있다.
제1 편광기(650)는, 회절 격자(600)에서 회절된 광 중 제1 편광축과 평행한 샘플광만 통과시킬 수 있다. 제2 편광기(655)는, 회절 격자(600)에서 회절된 광 중 제2 편광축과 평행한 기준광만 통과시킬 수 있다. 이에 따라, 회절 격자(600)에서 회절된 광에 포함된 기준광은 제1 편광기(650)를 통과할 수 없고, 회절 격자(600)에서 회절된 광에 포함된 샘플광은 제2 편광기(655)를 통과할 수 없다.
제3 파장판(750, 755)은 제1 및 제2 편광기(655)들과, 영상 획득 유닛(700) 사이에 위치될 수 있다. 제3 파장판(750, 755)은 제1 편광기(650)를 통과한 샘플광의 편광, 및 제2 편광기(655)를 통과한 기준광의 편광을 일치시킬 수 있다. 실시 예에서, 제3 파장판(750, 755)은 제1 서브 파장판(750)과 제2 서브 파장판(755)을 포함할 수 있다.
제1 서브 파장판(750)은 제1 편광기(650)와 영상 획득 유닛(700) 사이에 위치될 수 있다. 제1 서브 파장판(750)은 제1 편광기(650)를 통과한 샘플광을 편광시킬 수 있다. 제2 서브 파장판(755)은 제2 편광기(655)와 영상 획득 유닛(700) 사이에 위치될 수 있다. 제2 서브 파장판(755)은 제2 편광기(655)를 통과한 기준광을 편광시킬 수 있다. 제1 서브 파장판(750)은 45°의 편광 축을 갖고, 제2 서브 파장판(755)은 -45°의 편광 축을 가질 수 있다. 이에 따라, 제1 서브 파장판(750)을 통과한 샘플광의 편광, 및 제2 서브 파장판(755)을 통과한 기준광의 편광은 서로 동일할 수 있다. 예를 들면, 제1 서브 파장판(750)을 통과한 샘플광의 편광, 및 제2 서브 파장판(755)을 통과한 기준광의 편광은 서로 동일한 원형 편광을 가지며, 영상 획득 유닛(700) 앞에서 간섭을 일으킬 수 있다.
영상 획득 유닛(700)은 회절 격자(600)에서 회절된 광을 수광하여, 영상 이미지를 획득할 수 있다. 실시 예에서, 영상 획득 유닛(700)은 이미지 센서, CCD일 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
도 2 및 도 3은 도 1의 반사 위상 현미경의 피검체부의 이동에 따른 평균화된 간섭 패턴을 나타낸 도면이다. 도 4는 도 1의 반사 위상 현미경의 피검체부의 이동에 따른 평균화된 간섭 신호의 세기를 나타낸 그래프이다. 도 4에서, 색깔 별 동그라미들은 제1 대물렌즈의 개구수를 의미할 수 있다.
도 1 내지 도 4를 참조하면, 피검체부(500, 이하 샘플 미러라 함.)와 편광 분배기(300, 도 1 참조) 간의 제1 거리와, 기준 미러(400)와 편광 분배기(300) 간의 제2 거리가 동일할 때, Δz(um) = 0일 수 있다. 여기서, Δz는 제1 거리와 제2 거리의 차일 수 있다. 샘플 미러는 -10um ≤ Δz ≤ 10um의 범위 내에서 대략 100nm 간격으로 이동할 수 있다. 또한, 기준 미러(400)의 위치는 고정될 수 있다.
도 2 및 도 4에 도시된 바와 같이, 제1 거리와 제2 거리는 동일할 수 있다. 즉, Δz(um) = 0일 수 있다. 또한, 특정 각도를 갖는 기준광(RL)이 기준 미러(400)에 입사되고, 특정 각도를 갖는 샘플광(SL)이 피검체부(500)에 입사될 수 있다. 기준 미러(400)에서 반사된 기준광(RL), 및 피검체부(500)에서 반사된 샘플광(SL)은 영상 획득 유닛(700, 도 1 참조) 앞에서 간섭 패턴(P1)을 형성할 수 있다.
예를 들면, 기준 미러(400)에서 반사된 기준광(RL), 및 피검체부(500)에서 반사된 샘플광(SL)은 off-axis 기법에 의해 간섭 패턴(P1)을 형성할 수 있다. Off-axis 홀로그래피 기법은 참조 파면을 피검체 파면에 대해 어떤 각도로 입사시켜 홀로그램을 기록하는 방식을 의미할 수 있다. 기준 미러(400)에 입사되는 기준광(RL)의 입사각, 및 피검체부(500)에 입사되는 샘플광(SL)의 입사각이 변경되고, Δz(um) = 0일 경우, 간섭 패턴(P1)의 대조도(Interference contrast)가 선명해질 수 있다.
또한, Δz(um) = 대략 0일 때, 간섭 패턴의 평균화된 강도가 가장 클 수 있다. 제1 대물렌즈(530, E도 1 참조)의 개구수가 클수록 종축 해상도는 커질 수 있다. 예를 들면, 제1 대물렌즈(530)의 개구수가 1일 때, 종축 해상도는 대략 660nm일 수 있다. 제1 대물렌즈(530)의 개구수가 1이라 함은, 제1 대물렌즈(530)의 전체 개구수를 사용한 것을 의미할 수 있다.
도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 피검체부(500)의 샘플 미러의 위치를 변경시킬 수 있다. 즉, Δz(um) ≠ 0일 수 있다. 또한, 특정 각도를 갖는 기준광(RL)이 기준 미러(400)에 입사되고, 특정 각도를 갖는 샘플광(SL)이 피검체부(500)에 입사될 수 있다. 기준 미러(400)에서 반사된 기준광(RL), 및 피검체부(500)에서 반사된 샘플광(SL)은 영상 획득 유닛(700, 도 1 참조) 앞에서 간섭 패턴(P2)을 형성할 수 있다. 이 때, 간섭 패턴(P2)의 대조도가 약해질 수 있다. 또한, Δz(um) ≠ 0일 때, 간섭 패턴의 평균화된 강도는 Δz(um) = 0일 때의 간섭 패턴(P2)의 평균화된 강도보다 작을 수 있다.
반사 위상 현미경(10)은 평균화된 간섭 패턴(P1, P2)을 분석하여, 피검체에서 반사된 광의 진폭 정보와 위상 정보를 획득할 수 있다. 이에 따라, 반사 위상 현미경(10)은 피검체의 구조 정보를 획득할 수 있다. 예를 들면, 반사 위상 현미경(10)은 샘플 미러를 통해 피검체의 위치를 이동시켜주면서, 각 위치에 대한 2차원(2D) 영상을 획득할 수 있다. 반사 위상 현미경(10)은 획득된 2차원 영상을 이용하여, 3차원(3D) 영상을 생성할 수 있다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시 예에 한정되지 아니하며, 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어서는 안될 것이다.
10: 반사 위상 현미경 100: 광원 유닛
200: 스캐닝 미러 300: 편광 분배기
350: 광도 파장판 400: 기준 미러
450: 제2 파장판 500: 피검체부
550: 제1 파장판 600: 회절 격자
650: 제1 편광기 655: 제2 편광기
700: 영상 획득 유닛 750: 제1 서브 파장판
755: 제2 서브 파장판 810: 제1 렌즈
820: 제2 렌즈

Claims (8)

  1. 광을 조사하는 광원 유닛;
    상기 광원 유닛에서 조사된 광을 샘플광 및 기준광으로 나누는 편광 분배기;
    상기 샘플광을 상기 편광 분배기로 반사시키는 피검체부;
    상기 기준광을 상기 편광 분배기로 반사시키는 기준 미러;
    상기 광원 유닛에서 상기 편광 분배기를 향해 입사되는 광의 각도를 조절하여, 상기 피검체부에 입사되는 상기 샘플광의 입사각, 및 상기 기준 미러에 입사되는 상기 기준광의 입사각을 조절하는 스캐닝 미러;
    상기 피검체부에서 반사된 상기 샘플광, 및 상기 기준 미러에서 반사된 상기 기준광을 회절시키는 회절 격자;
    상기 회절 격자에서 회절된 광을 수광하는 영상 획득 유닛;
    상기 피검체부에서 반사되어 상기 편광 분배기로 입사되는 상기 샘플광을 수직하게 편광시키는 제1 파장판; 및
    상기 기준 미러에서 반사되어 상기 편광 분배기로 입사되는 상기 기준광을 수직하게 편광시키는 제2 파장판을 포함하는 반사 위상 현미경.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 회절 격자에서 회절된 광 중 상기 샘플광만 통과시키는 제1 편광기;
    상기 회절 격자에서 회절된 광 중 상기 기준광만 통과시키는 제2 편광기; 및
    상기 제1 편광기를 통과한 상기 샘플광의 편광, 및 상기 제2 편광기를 통과한 상기 기준광의 편광을 일치시키는 제3 파장판을 더 포함하는 반사 위상 현미경.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제3 파장판은, 상기 샘플광을 편광시키는 제1 서브 파장판, 및 상기 기준광을 편광시키는 제2 서브 파장판을 포함하고,
    상기 제1 서브 파장판은 45°의 편광 축을 갖고,
    상기 제2 서브 파장판은 -45°의 편광 축을 갖는 반사 위상 현미경.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제1 파장판을 통과한 상기 샘플광의 편광, 및 상기 제2 파장판을 통과한 상기 기준광의 편광은 서로 교차하는 반사 위상 현미경.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 피검체부와 상기 제1 파장판 사이에 위치되고, 상기 피검체로 입사되는 상기 샘플광을 집속하는 제1 대물렌즈; 및
    상기 기준 미러와 상기 제2 파장판 사이에 위치되고, 상기 기준 미러로 입사되는 상기 기준광을 집속하는 제2 대물렌즈를 더 포함하는 반사 위상 현미경.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 스캐닝 미러는, 상기 제1 대물렌즈와 상기 제2 대물렌즈의 개구수를 커버하도록, 상기 피검체부로 입사되는 상기 샘플광의 입사각을 조절하는 반사 위상 현미경.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 스캐닝 미러와 상기 편광 분배기 사이에 위치되고, 상기 기준 미러에 입사되는 상기 기준광의 광도, 및 상기 피검체부에 입사되는 상기 샘플광의 광도를 조절하는 광도 파장판을 더 포함하는 반사 위상 현미경.
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Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102434350B1 (ko) * 2019-12-27 2022-08-18 고려대학교 산학협력단 편광 홀로그래픽 현미경 시스템 및 이를 이용한 샘플 영상 획득 방법
CN114047619B (zh) * 2021-10-29 2023-06-30 中电科风华信息装备股份有限公司 一种三维显微成像的方法及其成像光路结构

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101053222B1 (ko) * 2009-03-13 2011-08-02 한국과학기술원 멀티라인 카메라를 이용한 광간섭성 단층촬영장치

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5760901A (en) * 1997-01-28 1998-06-02 Zetetic Institute Method and apparatus for confocal interference microscopy with background amplitude reduction and compensation
US5994690A (en) * 1997-03-17 1999-11-30 Kulkarni; Manish D. Image enhancement in optical coherence tomography using deconvolution
JP3411780B2 (ja) * 1997-04-07 2003-06-03 レーザーテック株式会社 レーザ顕微鏡及びこのレーザ顕微鏡を用いたパターン検査装置
US20090028555A1 (en) * 2007-07-27 2009-01-29 Azea Networks Limited Optical filter
KR20130084718A (ko) * 2012-01-18 2013-07-26 (주)미래컴퍼니 분광기를 사용한 3차원 표면 측정 장치 및 방법
EP3087423A1 (en) * 2013-12-24 2016-11-02 Tissuevision, Inc. Multi-foci multiphoton imaging systems and methods

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101053222B1 (ko) * 2009-03-13 2011-08-02 한국과학기술원 멀티라인 카메라를 이용한 광간섭성 단층촬영장치

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