KR102160059B1 - 포물선 반사경을 이용한 형광 현미경용 엘이디 조광 장치 - Google Patents

포물선 반사경을 이용한 형광 현미경용 엘이디 조광 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 포물선 반사경을 이용한 형광 현미경용 엘이디(LED) 조광 장치에 관한 것으로서 더욱 상세하게는, 고휘도 엘이디(LED)와 고휘도 엘이디(LED)에서 발생하는 열을 외부로 발산하는 방열부와 고휘도 엘이디(LED)에서 출사하는 광을 집광하여 포물선 반사경으로 내보내는 제1 집광렌즈를 포함하는 엘이디모듈, 원형의 평판 형상으로서 중앙에는 홀이 형성되고 일면에는 복수 개의 엘이디모듈이 장착되며 중앙에 형성된 홀에는 제2 집광렌즈가 장착되는 플레이트(10), 상기 플레이트에 장착되는 엘이디모듈의 제1 집광렌즈에 대향하는 위치에 배치되며 상기 엘이디모듈로부터 입사하는 고휘도 엘이디(LED)의 광을 반사시켜 광 경로를 상기 플레이트 중앙의 제2 집광렌즈로 변경시키는 포물선 반사경, 상기 플레이트의 중앙의 홀에 장착되며 상기 엘이디모듈에서 포물선 반사경을 거쳐 입사하는 고휘도 엘이디(LED)의 광을 집광하여 현미경 측으로 출사시키는 제2 집광렌즈를 포함하며, 본 발명 포물선 반사경을 이용한 형광 현미경용 엘이디(LED) 조광 장치에 따르면 서로 같거나 서로 다른 영역대의 광 파장을 제공하는 엘이디(LED) 광원들로부터 출사되는 광을 과다한 광도저하 없이 동시에 동일한 광 축으로 집광하여 표본에 조사할 수 있도록 하고, 각각의 특정 파장을 가지는 엘이디 광원들을 시간차를 두고 동작할 수 있도록 각각의 엘이디 광원들을 보다 빠르고 효과적으로 스위칭하여 제어할 수 있는 효과가 있다.

Description

포물선 반사경을 이용한 형광 현미경용 엘이디 조광 장치{LED light source device for microscopes with parabolic reflectors}
본 발명은 현미경용 엘이디(LED) 조광 장치에 관한 것으로서 더욱 상세하게는, 포물선 반사경을 이용하여 복수 개의 고휘도 엘이디(LED) 광원을 모아서 현미경 측 표본으로 조사하는 포물선 반사경을 이용한 형광 현미경용 엘이디(LED) 조광 장치에 관한 것이다.
광학 현미경은 표본에서 반사되거나 통과한 빛을 대물렌즈와 접안렌즈를 통해 확대하여 관찰할 수 있도록 고안된 장치를 말한다. 표본에 조사하는 빛의 공급원으로는 자연 광원과 인공 광원이 있을 수 있는데 인공 광원을 사용하기 위해서는 광학 현미경에 조광 장치를 별도로 구비하여야 한다. 조광 장치의 광원으로 종래에는 수은 램프 및 메탈할라이드 램프 등이 사용되어 왔는데 이들은 그 사용수명이 짧고, 고가이며, 그 교환이 쉽지 않은 단점이 있다 특히 형광 현미경의 경우 표본에 형광물질을 처리한 후 표본에 존재하는 형광물질이 흡수하는 특정 파장을 비추고, 형광물질이 내는 빛을 육안으로 관찰하거나 사진을 찍어 이미지를 저장하는 이미징 처리를 할 수가 있는데, 종래의 수은 램프나 메탈할라이드 램프의 경우 광학 필터 및 반사경 등을 조합 사용해야 하는 번거로움이 있다.
이를 극복하기 위해 최근에는 보다 사용이 편리한 고휘도 엘이디(LED) 칩을 조광 장치의 광원으로 적용하려는 시도가 있어 왔다.
그러나, 엘이디(LED) 광원은 모든 가시광선 영역대의 파장을 제공하는 수은 램프와 달리 특정영역대의 광 파장만을 제공하므로 다양한 영역대의 광 파장을 이용하고자 할 경우에는 서로 다른 영역대의 광 파장을 제공하는 엘이디(LED) 광원들을 조합하여 사용하여야 한다. 또한, 서로 같거나 서로 다른 영역대의 광 파장을 제공하는 복수 개의 엘이디(LED) 광원들을 조합하여 사용하는 경우, 복수 개의 엘이디 광원으로부터 출사되는 광들을 동일한 광 축으로 집광하여 현미경 측으로 인가하여야 한다. 동일한 광 축으로 집광하기 위해서는 엘이디 광원을 필요한 파장의 광원으로 교체하거나 여러 종류의 광학 필터와 반사경 등이 반드시 필요하기 때문에 그 비용이 많이 소요되고, 구조가 복잡해져 사용이 용이하지 않다는 문제가 있다. 아울러 여러 광학 필터와 반사경 등을 경유하여 표본으로 빛이 조사되므로, 표본에 도착하는 빛의 강도가 저하되는 단점이 있고, 사용하는 엘이디 광원의 파장 영역에 따라 광학 필터를 재배열하거나 엘이디 광원을 교체하여야 하는 문제점이 있다.
한편 각각의 서로 다른 특정 파장에 반응하는 몇 가지의 각각의 형광물질을 표본에 동시에 여러 개 사용하여 관찰하는 경우가 있다. 이러한 경우 특정 시간에 하나의 형광물질만을 관찰하고자 하는 경우 하나의 특정 파장의 광원만 사용할 필요가 있다. 나아가 시간적 간격을 두고 서로 다른 형광물질들이 순차적으로 반응하도록 하여 표본을 관찰하면 표본의 상태를 더욱 효과적으로 관찰할 수 있다. 또한 형광물질은 빛에 노출되는 시간이 길면 형광성을 잃어버리는 현상이 있어 광원에 짧게 노출시킬 필요가 있는데, 이를 위해 특정 파장의 광원들이 시간차를 두고 동작하도록 광원들을 매우 빠르게 스위칭하여 제어할 필요가 있다.
선행특허문헌에 따르면 복수 개의 엘이디(LED) 칩을 연속적으로 회전시키거나 좌우로 움직이게 하여 동일한 광 경로로 조광하는 장치가 개시되었으나, 모터부로 인하여 크기와 무게가 상당하고, 서로 다른 파장의 광원을 빠르게 스위칭할 필요가 있는 경우 모터부의 회전속도에 의존하여야 하는 문제점이 있다.
한국등록특허공보 제10-1172840호(2012.08.03.)
본 발명은 상기 서술한 문제를 해결하기 위하여 안출된 것으로서,
서로 같거나 서로 다른 영역대의 광 파장을 제공하는 엘이디(LED) 광원들로부터 출사되는 광을 과다한 광도저하 없이 동시에 동일한 광 축으로 집광하여 표본에 조사할 수 있도록 하는 보다 경제적이고 효과적인 구조의 형광 현미경용 엘이디 조광 장치를 제공하는데 목적이 있다.
또한, 각각의 특정 파장(λ1, λ2, ... )을 가지는 엘이디 광원들이 시간차를 두고 동작할 수 있도록 각각의 엘이디 광원들을 보다 빠르고 효과적으로 스위칭하여 제어할 수 있는 효율적인 구조의 형광 현미경용 엘이디 조광 장치를 제공하는데 목적이 있다.
상기 서술한 문제를 해결하기 위하여 본 발명에 따른 포물선 반사경을 이용한 형광 현미경용 엘이디 조광 장치는,
고휘도 엘이디(LED)와, 고휘도 엘이디(LED)에서 발생하는 열을 외부로 발산하는 방열부와, 고휘도 엘이디(100)(LED)에서 출사하는 광을 집광하여 포물선 반사경으로 내보내는 제1 집광렌즈(200)를 포함하는 엘이디모듈(700);, 원형의 평판 형상으로서 중앙에는 홀이 형성되고, 일면에는 복수 개의 엘이디모듈(700)이 장착되며, 중앙에 형성된 홀에는 제2 집광렌즈(400)가 장착되는 플레이트(10);, 상기 플레이트에 장착되는 엘이디모듈(700)의 제1 집광렌즈(200)에 대향하는 위치에 배치되며, 상기 엘이디모듈(700)로부터 입사하는 고휘도 엘이디(100)(LED)의 광을 반사시켜 광 경로를 상기 플레이트 중앙의 제2 집광렌즈(400)로 변경시키는 포물선 반사경;, 상기 플레이트의 중앙의 홀에 장착되며, 상기 엘이디모듈(700)에서 포물선 반사경을 거쳐 입사하는 고휘도 엘이디(100)(LED)의 광을 집광하여 현미경 측으로 출사시키는 제2 집광렌즈(400);를 포함할 수 있다.
상기 복수 개의 엘이디모듈(700)에 포함되는 각각의 고휘도 LED 중 어느 하나는 다른 파장의 광원을 가질 수 있다. 상기 조광 장치는 제2 집광렌즈(400)로부터 출사하는 광을 평행광으로 변환하여 현미경 측으로 출사하는 평행광렌즈(500)를 더 포함할 수 있다. 상기 평행광렌즈(500)는 프레넬 렌즈일 수 있다. 상기 제1 집광렌즈(200)는 내부전반사(TIR) 렌즈일 수 있다. 상기 제2 집광렌즈(400)는 마이크로 렌즈 어레이 또는 양면 볼록렌즈일 수 있다.
본 발명 포물선 반사경을 이용한 형광 현미경용 엘이디 조광 장치에 따르면,
서로 같거나 서로 다른 영역대의 광 파장을 제공하는 엘이디(LED) 광원들로부터 출사되는 광을 동시에 동일한 광 축으로 집광하여 표본에 조사할 수 있도록 함으로서 보다 경제적으로 과다한 광도저하를 방지할 수 있는 효과가 있다.
또한, 각각의 특정 파장을 가지는 엘이디 광원들이 시간차를 두고 동작할 수 있도록 각각의 엘이디 광원들을 보다 빠르고 효과적으로 스위칭 제어함으로서, 종래기술에서 요구되던 다수의 광학필터 및 회전을 위한 모터부 등이 필요 없고 종래보다 빠른 스위칭이 가능하며 보다 경제적이고 효과적으로 조광 장치를 구성할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 포물선 반사경을 이용한 형광 현미경용 엘이디(LED) 조광 장치의 전체적인 구조를 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 포물선 반사경을 이용한 형광 현미경용 엘이디(LED) 조광 장치를 다른 방향에서 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 포물선 반사경을 이용한 형광 현미경용 엘이디(LED) 조광 장치의 전체적인 구조를 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 포물선 반사경을 이용한 형광 현미경용 엘이디(LED) 조광 장치를 다른 방향에서 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 제3 실시예에 따른 포물선 반사경을 이용한 형광 현미경용 엘이디(LED) 조광 장치의 전체적인 구조를 도시한 도면이다.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고, 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 실시 예들은 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 상세하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서 도면에 나타난 각 요소의 형상은 보다 분명한 설명을 강조하기 위하여 과장될 수 있으며, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 구성요소들은 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
본 발명에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
본 발명에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예에 대하여 첨부한 도면을 참고로 하여 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙였다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 포물선 반사경을 이용한 형광 현미경용 엘이디(LED) 조광 장치의 전체적인 구조를 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 제 1실시예에 따른 포물선 반사경을 이용한 형광 현미경용 엘이디(LED) 조광 장치를 다른 방향에서 도시한 도면이다.
도 1 내지 도 2를 참조하여 본 발명의 제 1실시예에 따른 포물선 반사경을 이용한 형광 현미경용 엘이디(LED) 조광 장치에 대하여 설명하면,
본 발명 포물선 반사경을 이용한 형광 현미경용 엘이디(LED) 조광 장치는,
특정 파장의 광원을 가지는 고휘도 엘이디(100)(LED)와, 고휘도 엘이디(LED)에서 발생하는 열을 외부로 발산하는 방열부(600)와, 고휘도 엘이디(LED)에서 출사하는 광을 집광하여 포물선 반사경(300)으로 내보내는 제1 집광렌즈(200)를 포함하는 엘이디모듈(700); 원형의 평판 형상으로서 중앙에는 홀이 형성되고, 일면에는 복수개의 엘이디모듈(700)이 장착되며, 중앙에 형성된 홀에는 제2 집광렌즈(400)가 장착되는 플레이트(10); 상기 플레이트에 장착되는 엘이디모듈(700)의 제1 집광렌즈(200)에 대향하는 위치에 배치되며, 상기 엘이디모듈(700)로부터 입사하는 고휘도 엘이디(100)(LED)의 광을 반사시켜 광 경로를 상기 플레이트 중앙의 제2 집광렌즈(400)로 변경시키는 포물선 반사경(300); 상기 플레이트의 중앙의 홀에 장착되며, 상기 엘이디모듈(700)에서 포물선 반사경(300)을 거쳐 입사하는 고휘도 엘이디(100)(LED)의 광을 집광하여 현미경 측으로 출사시키는 제2 집광렌즈(400);를 포함한다.
엘이디모듈(700)은, 특정 파장의 광원을 가지는 고휘도 엘이디(100)(LED, Light Emitting Diode)와, 고휘도 엘이디(LED)에서 발생하는 열을 외부로 발산하는 방열판과, 고휘도 엘이디(LED)에서 출사하는 광을 집광하여 포물선 반사경으로 내보내는 제1 집광렌즈(200)를 포함할 수 있다.
본 발명에서 고휘도 엘이디(100)(LED, Light Emitting Diode)는 특정파장의 빛을 공급하는 광원으로서 복수 개 구비될 수 있고, 이러한 경우 모든 엘이디 광원의 특정파장은 모두 같은 하나의 파장일 수도 있고 일부는 서로 다른 파장일 수 있다.
조광 장치는 표본에 조사하는 광도를 높이거나 서로 다른 파장(λ1, λ2, ... )의 광을 표본에 조사하기 위하여, 상기 플레이트(10)의 일면에 장착되는 엘이디모듈(700)들의 광원이 서로 같거나 서로 다른 파장(λ1, λ2, ... )을 갖도록 복수 개의 엘이디모듈(700)들을 구비할 수 있다.
표본에서 특정 세포, DNA, 단백질, 물질 또는 입자 등을 별개로 식별하기 위하여, 특정 파장의 광원에 반응하는 형광물질을 관찰하려는 세포 등에 염색하고, 특정파장의 광원을 조사(照射)하면 표본에서 형광물질로 염색된 세포 등만을 식별하여 관찰할 수 있다. 종래의 전구(예를 들어 수은, 메탈할라이드 등)를 사용하는 광원은 전구의 광원 안정성을 위하여 전구를 계속 켜두고 있어야 하는데 형광물질은 장시간 빛에 노출이 되면 형광성을 잃어버리게 되므로 별도의 셔터를 두어 노출되는 시간을 제어하였다. 또한 특정 파장을 만들기 위해 여러 광학 필터를 사용해야 하므로 광도가 매우 저하되는 단점이 있다.
이를 극복하기 위해 최근에는 고휘도 엘이디(100)를 광원으로 사용하는 시도가 계속되고 있다. 엘이디(LED) 광원을 사용하면 온 오프를 전기적으로 제어할 수 있으므로 기계적인 셔터를 포함시킬 필요가 없어 구조가 단순해지는 장점이 있다. 또한 고휘도 엘이디(LED)의 광원은 단파장의 광원으로서 광학필터를 사용할 필요가 없으며, 여러 종류의 형광물질에 반응하는 서로 다른 파장(λ1, λ2, ... )을 가지는 각각의 엘이디 광원들을 조합하여 사용하면서 온 오프(ON/OFF)를 각각 제어한다면 광학필터를 사용하지 않고도 여러 종류의 형광물질에서 나오는 빛들을 보다 빠르게 관찰하고 이미징 처리 할 수 있다.
본 발명의 엘이디모듈(700)은 고휘도 엘이디(100)(LED)가 동작할 때 발생하는 열을 외부로 발산하기 위한 방열부(600)를 포함할 수 있다. 이는 과열로 인한 고장 또는 성능 저하를 방지하기 위함이다. 방열부(600)는 단순 공랭식으로 구성할 수 있으나, 냉각 효율을 높이기 위한 수냉식 장치(도면 미도시)를 더 포함할 수도 있다. 상기 방열부(600)를 각각의 고휘도 엘이디(100)에 개별적으로 대응시켜 구성할 수 있다.
고휘도 엘이디(100)(LED)는 전면의 각 방향으로 빛을 내보내기 때문에 특정 방향으로 광을 집광할 필요가 있다. 이에 따라 엘이디모듈(700)은 고휘도 엘이디(100)(LED)에서 출사하는 광을 집광하여 포물선 반사경으로 내보내기 위한 제1 집광렌즈(200)를 포함한다. 집광렌즈는 여러 방향에서 입사하는 빛을 굴절시켜 하나의 방향으로 모아서 출사시키는 역할을 수행한다. 본 발명의 제1 집광렌즈(200)는 고휘도 엘이디(100)(LED)로부터 출사하는 광을 집광하여 포물선 반사경 방향으로 향하도록 한다. 제1 집광렌즈(200)는 내부전반사렌즈(TIR Lense, Total Internal Reflection Lense)일 수 있다. 내부전반사(TIR)렌즈는, 상기 고휘도 엘이디(100)의 빛이 발광하는 측에 위치하되, 발광하는 빛을 한 방향으로 모아 포물선 반사경 방향으로 보내주는 역할을 한다. 제1 집광렌즈(200)로서 내부전반사(TIR)렌즈는, 특정 입사각 이하로 입사하는 빛을 전반사시키고 빛의 진행 방향을 바꾸어 한 방향으로 빛을 모으기 위한 구성으로서, 엘이디 광원에서 나오는 빛이 사방으로 퍼져서 진행하기 때문에, 빛을 한 방향으로 진행하도록 광 경로를 바꾸어 포물선 반사경(300) 측으로 향하게 한다. 이러한 고휘도 엘이디(100)와 제1 집광렌즈(200)는 일체로 형성될 수 있다.
플레이트(10)는 엘이디모듈(700)과 제2 집광렌즈(400)을 장착하기 위한 구성이다. 플레이트(10)는 원형의 평판 형상으로서 복수 개의 엘이디모듈(700)이 장착된다. 복수개의 엘이디모듈(700)이 장착되는 구조를 설명하면, 플레이트(10)의 일면에 고휘도 엘이디(100)와 제1 집광렌즈(200)가 위치하도록 배치되고 타면에 방열판이 위치하도록 배치된다. 플레이트(10)의 중앙에는 제2 집광렌즈(400)가 장착되는 홀이 형성된다. 플레이트(10)는 PCB 기판으로 형성될 수 있다.
본 발명에 따른 조광 장치는, 상기 플레이트에 장착되는 엘이디모듈(700)의 제1 집광렌즈(200)에 대향하는 위치에 배치되며, 상기 엘이디모듈(700)로부터 입사하는 고휘도 엘이디(100)(LED)의 광을 반사시켜 광 경로를 상기 플레이트 중앙의 제2 집광렌즈(400)로 변경시키는 포물선 반사경을 포함한다.
포물선 반사경(300)은, 상기 엘이디모듈(700)의 고휘도 엘이디(100) 광원에서 출사하여 제1 집광렌즈(200)를 거쳐 포물선 반사경(300)으로 입사되는 빛을 반사시켜 제2 집광렌즈(400) 방향으로 보낼 수 있도록 고휘도 엘이디(100)와 제1 집광렌즈(200)가 배치되는 플레이트의 면과 마주하도록 배치된다.
포물선 반사경(300)은 반구 형상의 돔(Dome)의 형태로서 내측 면에 형성되는 반사경(Reflection Mirror)를 포함한다. 포물선 반사경(300)은 상기 엘이디모듈(700)로부터 입사하는 광을 반사시켜 빛의 진행 방향을 바꾸기 위한 구성으로서, 구면의 곡률은 플레이트에 장착되는 복수 개의 엘이디모듈(700)로부터 입사하는 광을 반사시켜 플레이트의 중앙의 홀에 장착되는 제2 집광렌즈(400)로 향하도록 정하여 진다.
제2 집광렌즈(400)는 여러 방향에서 입사하는 빛을 한 방향으로 모아서 현미경 측으로 보내주는 역할을 수행한다. 제2 집광렌즈(400)는 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 마이크로 렌즈 어레이일 수 있다.
마이크로 렌즈 어레이는 크기가 마이크로 미터 단위의 매우 작은 마이크로 렌즈를 규칙적으로 배열하여 이루어진 렌즈 어레이를 의미한다. 마이크로 렌즈 어레이를 활용하면 부피가 작고 두께가 얇은 집광렌즈를 구현할 수 있다. 또한 도 3을 참조하면 양면 볼록 렌즈를 이용하여 제2 집광렌즈(400)를 구현할 수도 있다. 제2 집광렌즈(400)는, 포물선 반사경(300)으로부터 반사된 빛을 모으고 선명하도록 보정하게 되고, 서로 다른 파장의 빛들을 재배열시켜 보다 선명한 빛을 표본에 조사할 수 있도록 한다.
복수 개의 엘이디모듈(700)로부터 시작되어 제2 집광렌즈(400)에서 모아진 빛은 평행광 형태가 아니므로 광을 평행광 형태로 바꾸어 부드럽게 만들 필요가 있다. 본 발명의 조광 장치는 평행광을 만들기 위해 제2 집광렌즈(400)에 인접하여 평행광렌즈(500)를 구비할 수 있다. 평행광렌즈(500)는 프레넬 렌즈로 구성될 수 있으며, 제2 집광렌즈(400)로부터 입사하는 광을 평행광으로 바꾸어 현미경 측으로 보내는 역할을 수행한다.
요약하여 설명하면, 플레이트(10)에는 서로 같거나 서로 다른 파장을 가지는 고휘도 엘이디(100) 광원을 포함하는 복수 개의 엘이디모듈(700)이 장착되고, 각각의 엘이디모듈(700)의 고휘도 엘이디(100) 광원들에서 출사하여 제1 집광렌즈(200)를 지나는 각각의 서로 같거나 서로 다른 파장을 가지는 빛은 마주하는 포물선 반사경에서 반사되어 플레이트(10) 중앙의 제2 집광렌즈(400)로 모아지고, 제2 집광렌즈(400)에서 한 방향으로 모아진 빛은 평행광렌즈(500)에서 평행광으로 변환되어 현미경 측으로 향하게 된다.
도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 포물선 반사경을 이용한 형광 현미경용 엘이디(LED) 조광 장치의 전체적인 구조를 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 포물선 반사경을 이용한 형광 현미경용 엘이디(LED) 조광 장치를 다른 방향에서 도시한 도면이다.
도 3 내지 도 4를 참조하여 본 발명의 제2 실시예에 따른 포물선 반사경을 이용한 형광 현미경용 엘이디(LED) 조광 장치에 대하여 설명하면,
본 발명 포물선 반사경을 이용한 형광 현미경용 엘이디(LED) 조광 장치는,
고휘도 엘이디(100)(LED)와, 고휘도 엘이디(LED)에서 발생하는 열을 외부로 발산하는 방열부와, 고휘도 엘이디(LED)에서 출사하는 광을 집광하여 포물선 반사경으로 내보내는 제1 집광렌즈(200)를 포함하는 엘이디모듈(700); 원형의 평판 형상으로서 중앙에는 홀이 형성되고, 일면에는 복수 개의 엘이디모듈(700)이 장착되며, 중앙에 형성된 홀에는 제2 집광렌즈(400)가 장착되는 플레이트(10); 상기 플레이트에 장착되는 엘이디모듈(700)의 제1 집광렌즈(200)에 대향하는 위치에 배치되며, 상기 엘이디모듈(700)로부터 입사하는 고휘도 엘이디(100)(LED)의 광을 반사시켜 광 경로를 상기 플레이트 중앙의 제2 집광렌즈(400)로 변경시키는 포물선 반사경(300); 상기 플레이트의 중앙의 홀에 장착되며, 상기 엘이디모듈(700)에서 포물선 반사경을 거쳐 입사하는 고휘도 엘이디(100)(LED)의 광을 집광하여 현미경 측으로 출사시키는 제2 집광렌즈(400);를 포함한다.
제1 실시예와 달리 제2 실시예에서는 제2 집광렌즈(400)로 양면 볼록렌즈(400a)를 적용하였고, 평행광렌즈(500)로는 프레넬 렌즈 또는 포커싱렌즈(500a)를 적용하도록 구성하였다. 제2 실시예도 제1 실시예와 마찬가지로 서로 같거나 서로 다른 파장의 빛들이 모여져서 평행광으로 변환된 후 현미경 측으로 보내지게 된다. 제2 실시예에서의 엘이디모듈(700)과 플레이트(10)와 포물선 반사경(300)은 제1 실시예와 동일한 구성이므로 구체적인 설명을 생략하여도 본 발명의 이해에는 영향을 주지 않을 것이다.
도 5는 본 발명의 제3 실시예에 따른 포물선 반사경을 이용한 형광 현미경용 엘이디(LED) 조광 장치의 전체적인 구조를 도시한 도면이다.
도 5를 참조하여 본 발명의 제3 실시예에 따른 포물선 반사경을 이용한 형광 현미경용 엘이디(LED) 조광 장치에 대하여 설명하면,
본 발명 포물선 반사경을 이용한 형광 현미경용 엘이디(LED) 조광 장치는,
고휘도 엘이디(100)(LED)와, 고휘도 엘이디(LED)에서 발생하는 열을 외부로 발산하는 방열판과, 고휘도 엘이디(LED)에서 출사하는 광을 집광하여 포물선 반사경으로 내보내는 제1 집광렌즈(200)를 포함하는 엘이디모듈(700); 원형의 평판 형상으로서 일면 중앙에는 제1 반사경(800)이 장착되고, 제1 반사경 주위로 복수 개의 엘이디모듈(700)이 장착되는 플레이트(10); 중앙 부분에 홀이 형성되고, 상기 플레이트에 장착되는 엘이디모듈(700)의 제1 집광렌즈(200)에 대향하는 위치에 배치되며, 상기 엘이디모듈(700)로부터 입사하는 고휘도 엘이디(100)(LED)의 광을 반사시켜 광 경로를 상기 플레이트 중앙의 제1 반사경으로 변경시키는 포물선 반사경(300); 상기 엘이디모듈(700)에서 포물선 반사경과 제1 반사경(800)을 거쳐서 입사하는 고휘도 엘이디(100)(LED)의 광을 집광하여 현미경 측으로 출사시키는 제2 집광렌즈(400);를 포함한다.
상기 제1 반사경(800)은 포물선 반사경으로부터 입사하는 빛을 반사시켜 광 경로를 포물선 반사경의 중앙 홀 방향으로 변경시키는 것을 특징으로 한다. 제3 실시예에 따르면 조사하는 빛의 방향을 포물선 반사경에 형성되는 중앙 홀 방향으로 보낼 수 있으므로 광의 조사 방향을 반대로 하여야 할 경우 유리하게 적용될 수 있을 것이다.
한편 하나의 표본에 존재하는 서로 다른 세포 또는 단백질 등을 관찰하기 위하여 표본에 여러 종류의 형광물질로 염색하는 경우가 있다. 이런 경우 여러 파장이 혼합된 광원을 사용하면 여러 종류의 형광물질이 동시에 반응함으로 인하여 관찰이 곤란해지는 상황이 발생할 수 있다. 이를 극복하기 위해 도면에는 도시되지 않았지만 제1 ~ 3실시예에 따른 조광 장치는 각각의 엘이디모듈(700)의 온 오프(ON/OFF)를 개별적으로 제어할 수 있는 스위칭 제어부를 더 포함할 수 있다.
형광물질은 빛에 장시간 노출되면 형광 성질을 잃어버리는 문제가 있기 때문에 광원을 매우 짧은 시간 동안만 온(ON) 되도록 제어할 필요가 있다. 또한 현미경에는 관찰되는 이미지를 촬영하여 저장할 수 있는 이미징 장치를 포함할 수 있는데, 조광장치는 이미징 장치와 동기화되어 동작할 필요가 있다.
스위칭 제어부(미도시)는 서로 다른 파장을 갖는 고휘도 엘이디(100)의 광원 각각을 어느 한 시점에서는 하나의 특정 파장의 광원만을 동작하도록 제어할 수 있다. 나아가 스위칭 제어부는 이미징 장치와 동기되어 서로 다른 파장을 갖는 고휘도 엘이디(100)의 광원 각각을 연속적으로 차례로 동작시킴으로서 서로 다른 파장에 반응하는 형광물질들의 변화 과정을 보다 간편하게 이미징 처리할 수 있도록 한다. 이는 종래기술로는 실현하기 곤란하거나 셔터와 광학필터를 사용해야 하는 등 매우 복잡한 과정을 거쳐야 하는 것을 획기적으로 개선한 것이라고 할 수 있다.
따라서 본 발명의 조광 장치에 따르면 서로 같거나 서로 다른 파장의 고휘도 엘이디(100) 광원을 동일한 광축 상으로 모아서 표본에 조사할 수 있으며, 필요에 따라 각각의 파장의 광원을 가진 엘이디 모듈을 시간차를 두고 고속으로 스위칭하여 표본에 조사할 수 있는 장점이 있다.
상기 서술한 구성에 따른 본 발명 포물선 반사경을 이용한 형광 현미경용 엘이디(LED) 조광 장치에 따르면, 서로 같거나 서로 다른 영역대의 광 파장을 제공하는 엘이디(LED) 광원들로부터 출사되는 광을 동시에 동일한 광축 상으로 집광하여 표본에 조사할 수 있도록 함으로서 보다 경제적으로 과다한 광도저하를 방지할 수 있는 효과가 있다. 또한, 각각의 특정 파장을 가지는 엘이디 광원들이 시간차를 두고 동작할 수 있도록 각각의 엘이디 광원들을 보다 빠르고 효과적으로 스위칭 제어함으로서, 종래기술에서 요구되던 다수의 광학필터 및 회전을 위한 모터부 등이 필요 없고 종래보다 빠른 스위칭이 가능하며 보다 경제적이고 효과적으로 조광 장치를 구성할 수 있다.
이상에서 본 발명에 대하여 도면에 도시된 바를 바탕으로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하므로 전술한 실시 예 및 도면에 한정되는 것은 아니다.
10 : 플레이트
100 : 고휘도 엘이디(LED)
200 : 제1 집광렌즈
300 : 포물선 반사경
400 : 제2 집광렌즈
500 : 평행광렌즈
600 : 방열부
700 : 엘이디모듈
800 : 제1 반사경

Claims (6)

  1. 포물선 반사경을 이용한 형광 현미경용 엘이디 조광 장치에 있어서,
    고휘도 엘이디(LED)와, 상기 고휘도 엘이디(LED)에서 발생하는 열을 외부로 발산하는 방열부와, 상기 고휘도 엘이디와 일체로 형성되되 빛이 발광하는 측에 위치하여 발광하는 빛을 한 방향으로 모아 포물선 반사경 방향으로 보내주는 내부전반사(TIR) 렌즈를 포함하는 복수 개의 엘이디모듈;
    원형의 평판 형상으로서 중앙에는 홀이 형성되고, 일면에는 복수 개의 상기 엘이디모듈이 장착되며, 중앙에 형성된 홀에는 포물선 반사경으로부터 반사된 빛을 모으고 선명하도록 보정하는 마이크로 렌즈 어레이가 장착되는 플레이트(10);
    상기 플레이트에 장착되는 엘이디모듈의 내부전반사(TIR) 렌즈에 대향하는 위치에 배치되며, 상기 엘이디모듈로부터 입사하는 고휘도 엘이디(LED)의 광을 반사시켜 광 경로를 상기 플레이트 중앙의 마이크로 렌즈 어레이로 변경시키는 포물선 반사경;
    상기 플레이트의 중앙의 홀에 장착되며, 상기 엘이디모듈에서 포물선 반사경을 거쳐 입사하는 고휘도 엘이디(LED)의 광을 집광하여 현미경 측으로 출사시키는 마이크로 렌즈 어레이;
    상기 마이크로 렌즈 어레이로부터 출사하는 광을 평행광으로 변환하여 현미경 측으로 출사하는 평행광렌즈;
    상기 복수 개의 엘이디모듈의 온 오프(ON/OFF)를 개별적으로 제어할 수 있는 스위칭 제어부;를 포함하며,
    상기 평행광렌즈는 프레넬 렌즈인 것을 특징으로 하고,
    상기 복수 개의 엘이디모듈에 포함되는 각각의 고휘도 엘이디(LED) 중 어느 하나는 다른 파장의 광원을 가지며,
    상기 스위칭 제어부는 현미경에 관찰되는 이미지를 촬영하여 저장할 수 있는 이미징 장치와 동기화되어 동작하되, 서로 다른 파장을 갖는 고휘도 엘이디의 광원 각각을 연속적으로 차례로 동작시킴으로서 서로 다른 파장에 반응하는 형광물질들의 변화 과정을 이미징 처리할 수 있는 것을 특징으로 하는 포물선 반사경을 이용한 형광 현미경용 엘이디 조광 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 포물선 반사경은 반구 형상의 돔(Dome)의 형태로서 내측 면에 형성되는 반사경를 포함하고, 구면의 곡률은 플레이트에 장착되는 복수 개의 엘이디모듈로부터 입사하는 광을 반사시켜 플레이트의 중앙의 홀에 장착되는 마이크로 렌즈 어레이로 향하도록 정하여 지는 것을 특징으로 하는 포물선 반사경을 이용한 형광 현미경용 엘이디 조광 장치.
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