KR102588157B1 - Reflective incoherent illumination microscopy with LED array - Google Patents

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Abstract

본 발명은 LED어레이를 이용한 반사형 비결맞음 조명 현미경 및 그 작동방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 2D이미지 획득 모드가 진행되도록 LED어레이를 구성하는 LED광원 전체가 켜지고, 각각의 LED빔들이 광학계를 거쳐 빔스플리터에 반사되어 대물렌즈를 거쳐 측정대상물에 입사되는 제1단계; 상기 LED어레이가 이미지 릴레이 되어 상기 대물렌즈의 후초점면에 이미징되는 제2단계; 반사빔이 빔스플리터와 집광렌즈를 거쳐 상기 광검출기로 입사되고, 상기 광검출기에서 복수의 LED빔이 상기 측정대상물에서 반사된 2D이미지 정보를 취득하는 제3단계; 구동스테이지를 통해 상기 측정대상물을 z축상으로 이동시키고, 광검출기는 z축상 포커싱 위치를 얻어 상기 측정대상물의 두께정보를 획득하는 제4단계; 및 분석수단이 상기 2D이미지 정보와, 상기 두께정보를 통해 3D이미지를 획득하는 제5단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 LED어레이를 이용한 반사형 비결맞음 조명 현미경의 작동방법에 관한 것이다. The present invention relates to a reflective decoherence illumination microscope using an LED array and a method of operating the same. More specifically, to proceed with the 2D image acquisition mode, all LED light sources constituting the LED array are turned on, and each LED beam moves the optical system. The first step is reflected by the beam splitter and incident on the measurement object through the objective lens; A second step in which the LED array is image relayed and imaged on the back focal plane of the objective lens; A third step of acquiring 2D image information in which a reflected beam is incident on the photodetector through a beam splitter and a condenser lens, and a plurality of LED beams are reflected from the measurement object at the photodetector; A fourth step of moving the measurement object along the z-axis through a driving stage and obtaining thickness information of the measurement object by using a photodetector to obtain a focusing position on the z-axis; and a fifth step in which analysis means acquires a 3D image through the 2D image information and the thickness information. It relates to a method of operating a reflective decoherence illumination microscope using an LED array, comprising:

Description

LED어레이를 이용한 반사형 비결맞음 조명 현미경{Reflective incoherent illumination microscopy with LED array}Reflective incoherent illumination microscopy with LED array}

본 발명은 LED어레이를 이용한 반사형 비결맞음 조명 현미경에 관한 것이다. The present invention relates to a reflective decoherence illumination microscope using an LED array.

Fourier Ptychographic Microscopy(FPM)은 2013년 Guoan Zheng에 의해 개발된 위상복구(phase retrieval) 방법으로 기존의 digital holographic microscopy와 같이 기준(reference)빔을 이용하지 않아도 위상이 계산될 수 있다. Fourier Ptychographic Microscopy (FPM) is a phase retrieval method developed by Guoan Zheng in 2013, and the phase can be calculated without using a reference beam like existing digital holographic microscopy.

이러한 FPM은 기준빔이 없이 위상계산이 가능하므로 시스템이 컴팩트해 질 수 있고, 신호빔/기준빔이 구분되지 않으므로 진동에 강한 장점이 있다. This FPM can calculate the phase without a reference beam, so the system can be compact, and it has the advantage of being resistant to vibration because the signal beam and reference beam are not differentiated.

또한, 기존의 digital holographic microscopy는 로 고해상도를 얻기위해 높은 NA의 대물렌즈를 사용할 경우 적은 FOV(field of view)와 DOF(depth of focus)를 갖는 반면, FPM은 집광렌즈를 LED 어레이로 대체해서 높은 illumination angle이 가능하게 함으로써 낮은 NA의 대물렌즈로도 고해상도를 얻기 때문에 넓은 FOV와 DOF를 갖는 장점이 있다. 또한, LED어레이로 높은 illumination angle을 얻기 때문에 기계적 구동부가 필요없다. In addition, while existing digital holographic microscopy has a small FOV (field of view) and DOF (depth of focus) when using a high NA objective lens to obtain high resolution, FPM replaces the condenser lens with an LED array to achieve high resolution. By enabling the illumination angle, high resolution can be obtained even with a low NA objective lens, which has the advantage of having a wide FOV and DOF. Additionally, since a high illumination angle is achieved with an LED array, there is no need for a mechanical driver.

도 1은 투과타입 FPM 시스템(1)의 구성도를 도시한 것이고, 도 2는 측정대상물의 스펙트럼을 나타낸 것이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 투과타입 FPM시스템(1)은 서로 다른 각도로 측정대상물(2)에 조사되는 다수의 LED 광원(13)으로 구성되는 LED 어레이(12)와, 측정대상물(2)을 투과한 LED 빔이 결상되는 대물렌즈(40)와, 집광렌즈(50) 그리고 측정대상물(2)에 조사된 LED빔의 이미지를 획득하는 광검출기(60) 등을 포함하여 구성된다. Figure 1 shows the configuration of the transmission type FPM system 1, and Figure 2 shows the spectrum of the measurement object. As shown in Figure 1, the transmission type FPM system (1) consists of an LED array (12) consisting of a plurality of LED light sources (13) that irradiate the measurement object (2) at different angles, and the measurement object (2). It is comprised of an objective lens 40 that forms an image of the LED beam that has passed through, a condenser lens 50, and a photodetector 60 that acquires an image of the LED beam irradiated to the measurement object 2.

N 개의 LED광원(13)으로 구성된 LED 어레이(12)를 이용해 N 개의 서로 다른 조사 각도의 빔을 순서대로 측정대상물(2)에 조사하고 N 개의 이미지를 광검출기(40)에 저장하게 된다. Using the LED array 12 composed of N LED light sources 13, N beams of different irradiation angles are sequentially irradiated to the measurement object 2 and N images are stored in the photodetector 40.

그리고 분석수단은 N 개의 이미지를 FFT하여 도 2에 도시된 바와 같이(도 2에서 ○은 하나의 LED에서 나오는 빔을 통해 대물렌즈가 집속하는 신호의 스펙트럼이다), 스펙트럼 도메인에서 θx, θy의 각 위치에 해당하는 것에 위치시키면서 스티칭(stitching)하여 위상을 산출하게 된다. 도 3은 종래 반사형 FPM 시스템의 구성도를 도시한 것이다. 도 4a는 도 3에서 다크필드 LED 어레이 패널 부분의 확대도를 도시한 것이고, 도 4b는 다크필드 LED 어레이 패널 사진을 도시한 것이다. And the analysis means FFTs the N images, as shown in FIG. 2 (○ in FIG. 2 is the spectrum of the signal focused by the objective lens through the beam coming from one LED), and the angles of θx and θy in the spectral domain The phase is calculated by stitching while positioning the corresponding position. Figure 3 shows the configuration of a conventional reflective FPM system. Figure 4a shows an enlarged view of the dark field LED array panel portion in Figure 3, and Figure 4b shows a photograph of the dark field LED array panel.

투과형 FPM은 생물 시료 등 투과형 시료 측정에 많이 사용되므로 연구가 많이 진행된 반면, 반사형 FPM은 불투명한 산업용 시료 측정 수요가 많음에도 불구하고 셋업의 어려움으로 연구가 더딘 상태에 해당한다. Transmissive FPM is widely used to measure transmissive samples such as biological samples, so much research has been conducted, while reflective FPM is in a state of slow research due to difficulties in setting up, despite the high demand for measuring opaque industrial samples.

또한 종래의 반사형 FPM시스템은 thin sample approximation에 제한을 받으므로, 두께(depth)가 커지면 얻어지는 2D장보와 위상(z축) 정보에 에러가 발생하여 작은 두께에서만 측정이 가능하다는 단점이 존재한다. In addition, the conventional reflective FPM system is limited by thin sample approximation, so as the thickness (depth) increases, errors occur in the obtained 2D beam and phase (z-axis) information, so there is a disadvantage in that measurement is possible only at small thicknesses.

그리고 이러한 FPM시스템은 앞서 언급한 바와 같이, LED어레이에서 LED광원을 순차적으로 켜면서 진행하고, 광검출기에서 획득한 각각의 이미지를 FFT한 후, 푸리에 도메인에서 각각의 이미지들을 스티칭한 후 역 FFT를 진행하여야 하므로 데이터 분석시간이 과도하게 되는 단점이 존재한다. And, as mentioned earlier, this FPM system proceeds by sequentially turning on the LED light source in the LED array, performs FFT on each image acquired from the photodetector, stitches each image in the Fourier domain, and then performs inverse FFT. This has the disadvantage of requiring excessive data analysis time.

일본 공개특허 2016-530567Japanese published patent 2016-530567 일본 공개특허 2018-504627Japanese published patent 2018-504627

따라서 본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 실시예에 따르면, 푸리에 도메인(Fourier domain)에서 신호를 incoherent하게 병합하여 고해상도 2D이미지를 얻고, z축 scanning을 통해 z축 정보를 결합, 3D 이미징이 얻어지므로 다양한 두께의 측정대상물에 대한 3D 이미징이 가능하며 LED를 사용해 illumination이 간편해 질 수 있는, LED어레이를 이용한 반사형 비결맞음 조명 현미경을 제공하는데 그 목적이 있다. Therefore, the present invention was developed to solve the above-described conventional problems. According to an embodiment of the present invention, a high-resolution 2D image is obtained by incoherently merging signals in the Fourier domain, and z-axis scanning is used to obtain a high-resolution 2D image. Since 3D imaging is obtained by combining z-axis information, 3D imaging of measurement objects of various thicknesses is possible, and the purpose is to provide a reflective decoherence illumination microscope using an LED array that can simplify illumination using LEDs. .

그리고 본 발명의 실시예에 따르면, 다양한 두께의 측정대상물에 대한 2D 이미징이 가능하며, 반사형 비결맞음 조명 현미경의 수직 섹셔닝(sectioning)을 통해 z축 정보를 얻을 수 있으며. 또한 LED를 사용해 조명이 간편해질 수 있는, LED어레이를 이용한 반사형 비결맞음 조명 현미경을 제공하는데 그 목적이 있다. And according to an embodiment of the present invention, 2D imaging of measurement objects of various thicknesses is possible, and z-axis information can be obtained through vertical sectioning of a reflective incoherence illumination microscope. In addition, the purpose is to provide a reflective non-coherent illumination microscope using an LED array that can be easily illuminated using LEDs.

기존의 반사형 Fourier ptychography는 thin sample approximation에 제한을 받으므로 depth가 커지면 얻어지는 2D 정보와 위상(z축) 정보에 error가 발생하여, 작은 depth에서만 측정이 가능하다는 단점이 있고, 본 발명의 실시예에 따르면, z축 구동스테이지를 이용해 z축 값을 얻으므로 두께(depth)에 제한이 없고, LED를 순차적으로 일정시간을 켠 후 측정할 필요 없이 전부 켜기 때문에 데이터 획득 시간이 대폭 줄어들 수 있는, LED어레이를 이용한 반사형 비결맞음 조명 현미경을 제공하는데 그 목적이 있다. Existing reflective Fourier ptychography is limited by thin sample approximation, so as the depth increases, errors occur in the obtained 2D information and phase (z-axis) information, and has the disadvantage of being able to measure only at small depths. Embodiments of the present invention According to the LED, there is no limit to the thickness because the z-axis value is obtained using the z-axis drive stage, and the data acquisition time can be significantly reduced because all LEDs are turned on sequentially for a certain period of time without having to be measured. The purpose is to provide a reflection-type decoherence illumination microscope using an array.

본 발명의 실시예에 따르면, 위상을 얻을 필요가 없으므로 FFT한 후 푸리에 도메인에서 각각의 이미지들을 스티칭(stitching)한 후 역 FFT하는 계산이 전혀 필요없어, 데이터 분석 시간이 대폭 줄어 들수 있고, LED어레이 상의 LED광원 전체를 켜게 됨으로써, 측방향(x,y평명방향) 분해능(lateral resolution)을 크게 향상시킬 수 있는, LED어레이를 이용한 반사형 비결맞음 조명 현미경을 제공하는데 그 목적이 있다. According to an embodiment of the present invention, since there is no need to obtain phase, there is no need to calculate the inverse FFT after stitching each image in the Fourier domain after FFT, so data analysis time can be significantly reduced, and LED array The purpose is to provide a reflection-type decoherence illumination microscope using an LED array that can significantly improve lateral resolution in the x, y planar direction by turning on the entire LED light source.

한편, 본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.Meanwhile, the technical problems to be achieved in the present invention are not limited to the technical problems mentioned above, and other technical problems not mentioned will be clearly apparent to those skilled in the art from the description below. It will be understandable.

본 발명의 제1목적은, 반사형 비결맞음 조명 현미경에 있어서, 다수의 제1LED광원이 구비되며, 대물렌즈를 투과하여 서로 다른 각도로 측정대상물에 복수의 LED빔을 조사하는 제1LED 어레이로 구성된 제1패널을 갖는 제1조명기; LED빔이 조사된 측정대상물에서 반사되어 나오는 빔을 수집하도록 구성된 집광렌즈; 및 상기 집광렌즈로부터 광을 수광하고 복수의 LED빔이 상기 측정대상물에서 반사된 2D이미지 정보를 취득하는 광검출기;를 포함하는 것을 특징으로 하는 LED어레이를 이용한 반사형 비결맞음 조명 현미경로서 달성될 수 있다. The first object of the present invention is a reflective decoherence illumination microscope, which is provided with a plurality of first LED light sources and consists of a first LED array that transmits a plurality of LED beams through an objective lens and radiates a plurality of LED beams to the measurement object at different angles. a first illuminator having a first panel; A condenser lens configured to collect the beam reflected from the measurement object to which the LED beam is irradiated; And a photodetector that receives light from the condenser lens and acquires 2D image information in which the plurality of LED beams are reflected from the measurement object. It can be achieved as a reflective decoherence illumination microscope using an LED array, characterized in that it includes there is.

그리고 상기 LED빔은 상기 제1조명기에서 조사되어 광학계를 통과하여 빔스플리터에 의해 반사된 후, 대물렌즈를 거쳐 측정대상물에 입사되고, 2D이미지 획득 모드와 두께정보획득모드에서, 복수의 상기 제1LED광원 전체가 켜지도록 제어하는 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다. And the LED beam is irradiated from the first illuminator, passes through the optical system, is reflected by the beam splitter, and then enters the measurement object through the objective lens, and in the 2D image acquisition mode and the thickness information acquisition mode, a plurality of the first LEDs It may be characterized as including a control unit that controls the entire light source to be turned on.

또한 상기 대물렌즈와 상기 측정대상물 사이에 구비되어 상기 측정대상물 측으로 각각이 LED빔을 조사하는 복수의 제2LED광원을 갖는 제2LED어레이를 포함하는 제2조명기;를 더 포함하고, 제어부는 2D이미지 획득 모드와 두께정보획득모드에서, 복수의 상기 제2LED광원 전체가 켜지도록 제어하며, 두께정보 획득 모드시, 제어부는 구동스테이지를 통해 상기 측정대상물을 z축상으로 이동시키고, 광검출기는 z축상 포커싱 위치를 얻어 상기 측정대상물의 두께정보를 획득하고, 상기 2D이미지 정보와, 상기 두께정보를 통해 3D이미지를 획득하는 분석수단을 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다. In addition, a second illuminator is provided between the objective lens and the measurement object and includes a second LED array having a plurality of second LED light sources, each of which irradiates an LED beam toward the measurement object, and the control unit acquires a 2D image. In the mode and thickness information acquisition mode, all of the plurality of second LED light sources are controlled to be turned on, and in the thickness information acquisition mode, the control unit moves the measurement object on the z-axis through a driving stage, and the photo detector is at a focusing position on the z-axis. It may be characterized by further comprising analysis means for obtaining thickness information of the measurement object and obtaining a 3D image through the 2D image information and the thickness information.

그리고 상기 패널은 원판형태이고, 상기 제1LED어레이를 형성하는 제1LED광원은 패널의 중심점과, 상기 중심점을 기준으로 서로 원주방향으로 소정간격 이격되어 배열되고, x,y 평면방향 분해능은 상기 제1LED광원의 가장 큰 조사각에 해당하는 NAill과 상기 대물렌즈의 NAobj에 따라 결정되는 것을 특징으로 할 수 있다. And the panel is in the shape of a disk, and the first LED light sources forming the first LED array are arranged at a predetermined distance from each other in the circumferential direction with respect to the center point of the panel and the center point, and the resolution in the x,y plane direction is determined by the first LED light source. It may be characterized in that it is determined according to NA ill corresponding to the largest irradiation angle of the light source and NA obj of the objective lens.

본 발명의 제2목적은, 반사형 비결맞음 조명 현미경의 작동방법에 있어서, 2D이미지 획득 모드가 진행되도록 LED어레이를 구성하는 LED광원 전체가 켜지고, 각각의 LED빔들이 광학계를 거쳐 빔스플리터에 반사되어 대물렌즈를 거쳐 측정대상물에 입사되는 제1단계; 상기 LED어레이가 이미지 릴레이 되어 상기 대물렌즈의 후초점면에 이미징되는 제2단계; 반사빔이 빔스플리터와 집광렌즈를 거쳐 상기 광검출기로 입사되고, 상기 광검출기에서 복수의 LED빔이 상기 측정대상물에서 반사된 2D이미지 정보를 취득하는 제3단계; 구동스테이지를 통해 상기 측정대상물을 z축상으로 이동시키고, 광검출기는 z축상 포커싱 위치를 얻어 상기 측정대상물의 두께정보를 획득하는 두께정보 획득 모드가 진행되는 제4단계; 및 분석수단이 상기 2D이미지 정보와, 상기 두께정보를 통해 3D이미지를 획득하는 제5단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 LED어레이를 이용한 반사형 비결맞음 조명 현미경의 작동방법으로서 달성될 수 있다. The second object of the present invention is a method of operating a reflective decoherence illumination microscope, in which all LED light sources constituting the LED array are turned on so that the 2D image acquisition mode proceeds, and each LED beam is reflected to the beam splitter through an optical system. The first step is incident on the measurement object through the objective lens; A second step in which the LED array is image relayed and imaged on the back focal plane of the objective lens; A third step of acquiring 2D image information in which a reflected beam is incident on the photodetector through a beam splitter and a condenser lens, and a plurality of LED beams are reflected from the measurement object at the photodetector; A fourth step in which a thickness information acquisition mode is performed in which the measurement object is moved on the z-axis through a driving stage, and the photodetector obtains the thickness information of the measurement object by obtaining a focusing position on the z-axis; and a fifth step in which analysis means acquires a 3D image through the 2D image information and the thickness information.

그리고 상기 제5단계 후에, 구동스테이지를 통해 상기 측정대상물을 x,y방향으로 이동시키고, 상기 제1 내지 제5단계를 반복하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다. And after the fifth step, the step of moving the measurement object in the x and y directions through the driving stage and repeating the first to fifth steps may be further included.

본 발명의 실시예에 따른 LED어레이를 이용한 반사형 비결맞음 조명 현미경에 따르면, 푸리에 도메인(Fourier domain)에서 신호를 incoherent하게 병합하여 고해상도 2D이미지를 얻고, z축 scanning을 통해 z축 정보를 결합, 3D 이미징이 얻어지므로 다양한 두께의 측정대상물에 대한 3D 이미징이 가능하며 LED를 사용해 illumination이 간편해 질 수 있는 효과를 갖는다. According to the reflective decoherence illumination microscope using an LED array according to an embodiment of the present invention, high-resolution 2D images are obtained by incoherently merging signals in the Fourier domain, and z-axis information is combined through z-axis scanning. Since 3D imaging is obtained, 3D imaging of measurement objects of various thicknesses is possible, and the use of LEDs has the effect of simplifying illumination.

그리고 본 발명의 실시예에 따른 LED어레이를 이용한 반사형 비결맞음 조명 현미경에 따르면, 다양한 두께의 측정대상물에 대한 2D 이미징이 가능하며, 반사형 비결맞음 조명 현미경의 수직 섹셔닝(sectioning)을 통해 z축 정보를 얻을 수 있으며, 또한 LED를 사용해 조명이 간편해질 수 있는, LED어레이를 이용한 반사형 비결맞음 조명 현미경을 제공하는데 그 목적이 있다. And according to the reflective decoherence illumination microscope using an LED array according to an embodiment of the present invention, 2D imaging of measurement objects of various thicknesses is possible, and z through vertical sectioning of the reflective decoherence illumination microscope. The purpose is to provide a reflective decoherence illumination microscope using an LED array that can obtain axial information and simplify lighting using LEDs.

기존의 반사형 Fourier ptychography는 thin sample approximation에 제한을 받으므로 depth가 커지면 얻어지는 2D 정보와 위상(z축) 정보에 error가 발생하여, 작은 depth에서만 측정이 가능하다는 단점이 있고, 본 발명의 실시예에 따른 LED어레이를 이용한 반사형 비결맞음 조명 현미경에 따르면, z축 구동스테이지를 이용해 z축 값을 얻으므로 두께(depth)에 제한이 없고, LED를 순차적으로 일정시간을 켠 후 측정할 필요 없이 전부 켜기 때문에 데이터 획득 시간이 대폭 줄어들 수 있는, LED어레이를 이용한 반사형 비결맞음 조명 현미경을 제공하는데 그 목적이 있다. Existing reflective Fourier ptychography is limited by thin sample approximation, so as the depth increases, errors occur in the obtained 2D information and phase (z-axis) information, and has the disadvantage of being able to measure only at small depths. Embodiments of the present invention According to the reflective decoherence illumination microscope using an LED array, there is no limit to the thickness because the z-axis value is obtained using a z-axis drive stage, and there is no need to sequentially turn on the LEDs for a certain period of time and then measure everything. The purpose is to provide a reflective decoherence illumination microscope using an LED array that can significantly reduce data acquisition time by turning it on.

본 발명의 실시예에 따르면, 위상을 얻을 필요가 없으므로 FFT한 후 푸리에 도메인에서 각각의 이미지들을 스티칭(stitching)한 후 역 FFT하는 계산이 전혀 필요없어, 데이터 분석 시간이 대폭 줄어 들수 있고, LED어레이 상의 LED광원 전체를 켜게 됨으로써, 측방향(x,y평명방향) 분해능(lateral resolution)을 크게 향상시킬 수 있는, LED어레이를 이용한 반사형 비결맞음 조명 현미경을 제공하는데 그 목적이 있다. According to an embodiment of the present invention, since there is no need to obtain phase, there is no need to calculate the inverse FFT after stitching each image in the Fourier domain after FFT, so data analysis time can be significantly reduced, and LED array The purpose is to provide a reflection-type decoherence illumination microscope using an LED array that can significantly improve lateral resolution in the x, y planar direction by turning on the entire LED light source.

한편, 본 발명에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.Meanwhile, the effects that can be obtained from the present invention are not limited to the effects mentioned above, and other effects not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the description below. You will be able to.

본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술적 사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석 되어서는 아니 된다.
도 1은 투과타입 FPM 시스템의 구성도,
도 2는 측정대상물의 스펙트럼,
도 3은 종래 투과형 FPM 시스템의 구성도,
도 4a는 도 3에서 다크필드 LED 어레이 패널 부분의 확대도,
도 4b는 다크필드 LED 어레이 패널 사진,
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 LED어레이를 이용한 반사형 비결맞음 조명 현미경의 작동방법의 흐름도,
도 6은 2D이미지 획득모드시, 본 발명의 실시예에 따른 LED어레이를 이용한 반사형 비결맞음 조명 현미경의 구성도,
도 7은 2D이미지 획득모드시, 대물렌즈 후초점면(back focal plane, BFP)로 이미지 릴레이된 LED 어레이를 공간도메인(spatial domain(x,y 평면 방향)),
도 8a는 중심점 상의 LED광원만을 킨 경우의 푸리에 도메인,
도 8b는 본 발명의 실시예에 따라 LED광원 전체를 킨 경우의 푸리에 도메인,
도 9는 z축 depth 모드 획득모드시, 본 발명의 실시예에 따른 LED어레이를 이용한 반사형 비결맞음 조명 현미경의 구성도,
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 제어부의 신호흐름을 나타낸 블록도를 도시한 것이다. The following drawings attached to this specification illustrate preferred embodiments of the present invention, and serve to further understand the technical idea of the present invention along with the detailed description of the invention, so the present invention is limited only to the matters described in such drawings. It should not be interpreted as such.
Figure 1 is a configuration diagram of a transmission type FPM system;
Figure 2 shows the spectrum of the measurement object,
Figure 3 is a configuration diagram of a conventional transmissive FPM system;
Figure 4a is an enlarged view of the dark field LED array panel portion in Figure 3;
Figure 4b is a photo of a dark field LED array panel,
Figure 5 is a flowchart of a method of operating a reflective decoherence illumination microscope using an LED array according to an embodiment of the present invention;
Figure 6 is a configuration diagram of a reflective decoherence illumination microscope using an LED array according to an embodiment of the present invention in 2D image acquisition mode;
Figure 7 shows the spatial domain (x, y plane direction) of the LED array image relayed to the objective lens back focal plane (BFP) in 2D image acquisition mode.
Figure 8a is the Fourier domain when only the LED light source on the center point is turned on,
Figure 8b is a Fourier domain when the entire LED light source is turned on according to an embodiment of the present invention;
Figure 9 is a configuration diagram of a reflective decoherence illumination microscope using an LED array according to an embodiment of the present invention in z-axis depth mode acquisition mode;
Figure 10 shows a block diagram showing the signal flow of the control unit according to an embodiment of the present invention.

이상의 본 발명의 목적들, 다른 목적들, 특징들 및 이점들은 첨부된 도면과 관련된 이하의 바람직한 실시예들을 통해서 쉽게 이해될 것이다. 그러나 본 발명은 여기서 설명되는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 통상의 기술자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.The above objects, other objects, features and advantages of the present invention will be easily understood through the following preferred embodiments related to the attached drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments described herein and may be embodied in other forms. Rather, the embodiments introduced herein are provided so that the disclosed content will be thorough and complete and so that the spirit of the present invention can be sufficiently conveyed to those skilled in the art.

본 명세서에서, 어떤 구성요소가 다른 구성요소 상에 있다고 언급되는 경우에 그것은 다른 구성요소 상에 직접 형성될 수 있거나 또는 그들 사이에 제 3의 구성요소가 개재될 수도 있다는 것을 의미한다. 또한 도면들에 있어서, 구성요소들의 두께는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다.In this specification, when an element is referred to as being on another element, it means that it may be formed directly on the other element or that a third element may be interposed between them. Also, in the drawings, the thickness of components is exaggerated for effective explanation of technical content.

본 명세서에서 기술하는 실시예들은 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 제조 기술 및/또는 허용 오차 등에 의해 예시도의 형태가 변형될 수 있다. 따라서 본 발명의 실시예들은 도시된 특정 형태로 제한되는 것이 아니라 제조 공정에 따라 생성되는 형태의 변화도 포함하는 것이다. 예를 들면, 직각으로 도시된 영역은 라운드지거나 소정 곡률을 가지는 형태일 수 있다. 따라서 도면에서 예시된 영역들은 속성을 가지며, 도면에서 예시된 영역들의 모양은 소자의 영역의 특정 형태를 예시하기 위한 것이며 발명의 범주를 제한하기 위한 것이 아니다. 본 명세서의 다양한 실시예들에서 제1, 제2 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 실시예들은 그것의 상보적인 실시예들도 포함한다.Embodiments described herein will be explained with reference to cross-sectional views and/or plan views, which are ideal illustrations of the present invention. In the drawings, the thicknesses of films and regions are exaggerated for effective explanation of technical content. Therefore, the shape of the illustration may be changed depending on manufacturing technology and/or tolerance. Accordingly, embodiments of the present invention are not limited to the specific form shown, but also include changes in form produced according to the manufacturing process. For example, an area shown as a right angle may be rounded or have a shape with a predetermined curvature. Accordingly, the regions illustrated in the drawings have properties, and the shapes of the regions illustrated in the drawings are intended to illustrate a specific shape of the region of the device and are not intended to limit the scope of the invention. In various embodiments of the present specification, terms such as first and second are used to describe various components, but these components should not be limited by these terms. These terms are merely used to distinguish one component from another. Embodiments described and illustrated herein also include complementary embodiments thereof.

본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 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 구성요소는 하나 이상의 다른 구성요소의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.The terminology used herein is for describing embodiments and is not intended to limit the invention. As used herein, singular forms also include plural forms, unless specifically stated otherwise in the context. As used in the specification, 'comprises' and/or 'comprising' does not exclude the presence or addition of one or more other elements.

아래의 특정 실시예들을 기술하는데 있어서, 여러 가지의 특정적인 내용들은 발명을 더 구체적으로 설명하고 이해를 돕기 위해 작성되었다. 하지만 본 발명을 이해할 수 있을 정도로 이 분야의 지식을 갖고 있는 독자는 이러한 여러 가지의 특정적인 내용들이 없어도 사용될 수 있다는 것을 인지할 수 있다. 어떤 경우에는, 발명을 기술하는 데 있어서 흔히 알려졌으면서 발명과 크게 관련 없는 부분들은 본 발명을 설명하는데 있어 별 이유 없이 혼돈이 오는 것을 막기 위해 기술하지 않음을 미리 언급해 둔다.In describing specific embodiments below, various specific details have been written to explain the invention in more detail and to aid understanding. However, a reader with sufficient knowledge in the field to understand the present invention can recognize that it can be used without these various specific details. In some cases, it is mentioned in advance that when describing the invention, parts that are commonly known but are not significantly related to the invention are not described in order to prevent confusion without any reason in explaining the invention.

이하에서는 본 발명의 실시예에 따른 LED어레이를 이용한 반사형 비결맞음 조명 현미경의 구성, 및 작동방법에 대해 설명하도록 한다. Hereinafter, the configuration and operating method of a reflective decoherence illumination microscope using an LED array according to an embodiment of the present invention will be described.

먼저, 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 LED어레이를 이용한 반사형 비결맞음 조명 현미경의 작동방법의 흐름도를 도시한 것이다. First, Figure 5 shows a flowchart of a method of operating a reflective decoherence illumination microscope using an LED array according to an embodiment of the present invention.

그리고 도 6은 2D이미지 획득모드시, 본 발명의 실시예에 따른 LED어레이를 이용한 반사형 비결맞음 조명 현미경의 구성도를 도시한 것이다. And Figure 6 shows the configuration of a reflective decoherence illumination microscope using an LED array according to an embodiment of the present invention in 2D image acquisition mode.

도 7은 D이미지 획득모드시, 대물렌즈(40) 후초점면(back focal plane, BFP)(41)로 이미지 릴레이된 LED 어레이(12)를 공간도메인(spatial domain(x,y 평면 방향)) 상에 도시한 것이다. Figure 7 shows the spatial domain (x, y plane direction) of the LED array 12 image-relayed to the back focal plane (BFP) 41 of the objective lens 40 in the D image acquisition mode. It is shown in the picture.

도 8a는 중심점 상의 LED광원만을 킨 경우의 푸리에 도메인을 도시한 것이고, 도 8b는 본 발명의 실시예에 따라 LED광원 전체를 킨 경우의 푸리에 도메인을 도시한 것이다. Figure 8a shows the Fourier domain when only the LED light source on the center point is turned on, and Figure 8b shows the Fourier domain when the entire LED light source is turned on according to an embodiment of the present invention.

또한 도 9는 z축 depth 모드 획득모드시, 본 발명의 실시예에 따른 LED어레이를 이용한 반사형 비결맞음 조명 현미경의 구성도를 도시한 것이다. In addition, Figure 9 shows the configuration of a reflective decoherence illumination microscope using an LED array according to an embodiment of the present invention in z-axis depth mode acquisition mode.

그리고 도 10은 본 발명의 실시예에 따른 제어부의 신호흐름을 나타낸 블록도를 도시한 것이다. And Figure 10 shows a block diagram showing the signal flow of the control unit according to an embodiment of the present invention.

도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 LED어레이를 이용한 반사형 비결맞음 조명 현미경(100)는 전체적으로, 2D 이미지 획득모드와 두께정보 획득모드에서, 제1조명기(110)의 복수의 제1LED광원(122)과 제2조명기(150)의 복수의 제2LED광원(162) 전체를 켜서 측정대상물(2)에 반사된 LED빔을 광검출기(60)를 통해 검출하고, 두께 정보획득모드에서, 측정대상물(2)을 z축상으로 스캐닝하며 광검출기(60)에서 측정대상물(2)의 두께정보를 획득하며, 이러한 2D 이미지정보와 두께정보를 기반으로 측정대상물(2)에 대한 3D 이미지를 얻게 되는 과정으로 작동됨을 알 수 있다. As shown in FIG. 5, the reflective decoherence illumination microscope 100 using an LED array according to an embodiment of the present invention has a plurality of first illuminators 110 in the 2D image acquisition mode and the thickness information acquisition mode. Turn on all of the first LED light source 122 and the plurality of second LED light sources 162 of the second illuminator 150 to detect the LED beam reflected on the measurement object 2 through the photodetector 60 and obtain thickness information. In this mode, the measurement object 2 is scanned along the z-axis, and the thickness information of the measurement object 2 is acquired from the photodetector 60. Based on this 2D image information and thickness information, a 3D image of the measurement object 2 is obtained. You can see that it operates through the process of obtaining an image.

본 발명의 실시예에 따른 LED어레이를 이용한 반사형 비결맞음 조명 현미경(100)의 구성은, 제1LED어레이(122)를 갖는 제1조명기(110)와, 제1렌즈와 제2렌즈로 구성된 광학계(20), 제2LED어레이(161)를 갖는 제2조명기(150) 빔스플리터(30), 대물렌즈(40), 구동스테이지(80), 집광렌즈(50), 광검출기(60), 제어부(90) 등을 포함하여 구성된다. The configuration of the reflective decoherence illumination microscope 100 using an LED array according to an embodiment of the present invention includes a first illuminator 110 having a first LED array 122, and an optical system consisting of a first lens and a second lens. (20), a second illuminator 150 having a second LED array 161, a beam splitter 30, an objective lens 40, a driving stage 80, a condensing lens 50, a photodetector 60, a control unit ( 90) and others.

제1조명기(110)는 제1패널(120)상에 다수의 제1LED광원(122)으로 구비된 LED어레이(121)가 설치된 형태로 구성된다. 제1LED광원(122)을 통한 제1LED빔은 대물렌즈(40)를 투과하여 서로 다른 각도로 측정대상물(2)에 복수의 LED빔을 조사하도록 구성된다.The first illuminator 110 is configured with an LED array 121 provided with a plurality of first LED light sources 122 installed on the first panel 120. The first LED beam through the first LED light source 122 passes through the objective lens 40 and is configured to irradiate a plurality of LED beams to the measurement object 2 at different angles.

본 발명의 실시예에 따른 제1패널(120)은 원판형태이고, 제1LED어레이(121)를 형성하는 제1LED광원(122)은 패널(11)의 중심점과, 중심점을 기준으로 서로 원주방향으로 소정간격 이격되어 배열되게 된다. The first panel 120 according to an embodiment of the present invention has a disk shape, and the first LED light source 122 forming the first LED array 121 is oriented in a circumferential direction with respect to the center point of the panel 11 and the center point. They are arranged at predetermined intervals.

후에 설명되는 바와 같이, x,y 평면방향 분해능(lateral resolution)은 제1LED광원(122)의 가장 큰 조사각에 해당하는 NAill과 대물렌즈(40)의 NAobj에 따라 결정되게 된다. 따라서 복수의 제1LED광원(122) 전체가 조사됨에 따라 x,y 평면방향 분해능을 크게 향상시킬 수 있다. As will be explained later, the x,y lateral resolution is determined according to NA ill corresponding to the largest irradiation angle of the first LED light source 122 and NA obj of the objective lens 40. Therefore, as the entire plurality of first LED light sources 122 are irradiated, the resolution in the x, y plane direction can be greatly improved.

그리고 제2조명기(150)는 대물렌즈(40)와 측정대상물(2) 사이에 위치될 수 있으며, 링판형의 제2패널(160)이 구비되며, 제2패널(160)의 하부면 외주면 원주방향을 따라 서로 특정간격 이격되게 배치되는 복수의 제2LED광원(162)을 갖는 제2LED어레이(161)를 포함하여 구성된다. 이러한 제2조명기(150) 역시 2D이미지 획득모드, 두께정보 획득모드에서 제2LED광원(162) 전체가 켜지게 된다. In addition, the second illuminator 150 may be located between the objective lens 40 and the measurement object 2, and is provided with a ring-shaped second panel 160, the lower surface of the second panel 160 having a circumferential circumference. It is configured to include a second LED array 161 having a plurality of second LED light sources 162 arranged at specific intervals from each other along a direction. This second illuminator 150 also turns on the entire second LED light source 162 in the 2D image acquisition mode and thickness information acquisition mode.

집광렌즈(50)는 LED빔이 조사된 측정대상물(2)에서 반사되어 나오는 빔을 수집하도록 구성되며, 광검출기(60)는 집광렌즈(50)로부터 광을 수광하고 복수의 LED빔이 상기 측정대상물(2)에서 반사된 2D이미지 정보를 취득하도록 구성된다. The condenser lens 50 is configured to collect the beam reflected from the measurement object 2 to which the LED beam is irradiated, and the photodetector 60 receives light from the condenser lens 50 and a plurality of LED beams are used for the measurement. It is configured to acquire 2D image information reflected from the object 2.

그리고 LED빔은 조명기(10)에서 조사되어 광학계(20)를 통과하여 빔스플리터(30)에 의해 반사된 후, 대물렌즈(40)를 거쳐 측정대상물(2)에 입사되게 된다. Then, the LED beam is irradiated from the illuminator 10, passes through the optical system 20, is reflected by the beam splitter 30, and then enters the measurement object 2 through the objective lens 40.

또한 제어부(90)는 두께정보 획득모드 시에, 구동스테이지(80)를 통해 측정대상물(2)을 z축상으로 이동시키도록 제어하고, 광검출기(60)는 z축상 포커싱 위치를 얻어 측정대상물(2)의 두께정보를 획득하게 된다. In addition, in the thickness information acquisition mode, the control unit 90 controls the measurement object 2 to move on the z-axis through the driving stage 80, and the photodetector 60 obtains the focusing position on the z-axis to determine the measurement object (2). 2) thickness information is obtained.

그리고 분석수단(70)은 획득된 2D이미지 정보와, 두께정보를 통해 3D이미지를 획득한다. And the analysis means 70 acquires a 3D image through the acquired 2D image information and thickness information.

이하에서는 LED어레이를 이용한 반사형 비결맞음 조명 현미경(100)의 작동방법에 대해 보다 상세하게 설명하도록 한다. Hereinafter, the operating method of the reflective non-coherent illumination microscope 100 using an LED array will be described in more detail.

먼저, 2D이미지 획득 모드가 진행되도록 제어부(90)는 LED어레이(12)를 구성하는 LED광원(13) 전체가 켜지도록 제어한다(S1). First, to proceed with the 2D image acquisition mode, the control unit 90 controls all LED light sources 13 constituting the LED array 12 to be turned on (S1).

이러한 2D이미지 획득모드에는 도 6에 도시된 바와 같이, 제1LED광원(122) 각각의 LED빔들이 제1렌즈(21)와 제2렌즈(22)로 구성된 광학계(20)를 거쳐(S2) 빔스플리터(30)에 반사되어(S3) 대물렌즈(40)를 거쳐(S4) 측정대상물(2)에 입사되어 반사되게 되고, 제2조명기(150)의 제2LED광원(162) 역시 전체가 켜진상태로 측정대상물(2) 측으로 조사되게 된다(S5). In this 2D image acquisition mode, as shown in FIG. 6, the LED beams of each first LED light source 122 pass through the optical system 20 consisting of the first lens 21 and the second lens 22 (S2). It is reflected by the splitter 30 (S3), passes through the objective lens 40 (S4), is incident on the measurement object 2, and is reflected, and the second LED light source 162 of the second illuminator 150 is also fully turned on. The measurement object (2) side is irradiated (S5).

그리고 LED어레이가 이미지 릴레이되어 대물렌즈(40)의 후초점면(BFP)(41)에 이미징되게 된다(S6). 그리고 반사빔은 빔스플리터(30)와 집광렌즈(50)를 거쳐 광검출기(60)로 입사되고,(S7) 광검출기(60)에서 복수의 LED빔이 측정대상물(2)에서 반사된 2D이미지 정보를 취득하게 된다. 즉, 광검출기(60)는 LED어레이가 측정대상물(2)에 반사된 2D이미지 정보를 획득하게 된다(S8). Then, the LED array is image relayed and imaged on the back focal plane (BFP) 41 of the objective lens 40 (S6). Then, the reflected beam is incident on the photodetector 60 through the beam splitter 30 and the condenser lens 50, and (S7) a 2D image is generated in which a plurality of LED beams are reflected from the measurement object 2 in the photodetector 60. information is obtained. That is, the photodetector 60 acquires 2D image information reflected by the LED array on the measurement object 2 (S8).

도 7는 2D이미지 획득모드시, 대물렌즈(40) 후초점면(back focal plane, BFP)(41)로 이미지 릴레이된 LED 어레이(12)를 공간도메인(spatial domain(x,y 평면 방향))을 도시한 것이다. 본 발명의 실시예에서, x,y 평면방향 분해능(lateral resolution)은 제2LED광원(162)의 가장 큰 조사각에 해당하는 NAill과 대물렌즈(40)의 NAobj에 따라 결정되게 된다. Figure 7 shows the spatial domain (x, y plane direction) of the LED array 12 image-relayed to the back focal plane (BFP) 41 of the objective lens 40 in the 2D image acquisition mode. It shows. In an embodiment of the present invention, the x,y lateral resolution is determined according to NA ill corresponding to the largest irradiation angle of the second LED light source 162 and NA obj of the objective lens 40.

도 8a는 중심점 상의 LED광원만을 킨 경우의 푸리에 도메인을 도시한 것이다. 그리고 도 8b는 본 발명의 실시예에 따라 LED광원 전체를 킨 경우의 푸리에 도메인을 도시한 것이다. Figure 8a shows the Fourier domain when only the LED light source on the center point is turned on. And Figure 8b shows the Fourier domain when the entire LED light source is turned on according to an embodiment of the present invention.

도 8b에 도시된 바와 같이, 2D이미지 정보 획득모드에서, 본 발명의 실시예에서는, 복수의 LED광원 전체가 조사됨에 따라 강도를 감소시키지 않고, fx,fy 평면방향 분해능을 크게 향상시킬 수 있게 됨을 알 수 있다. As shown in Figure 8b, in the 2D image information acquisition mode, in the embodiment of the present invention, the resolution in the fx, fy plane directions can be greatly improved without reducing the intensity as the entire plurality of LED light sources are irradiated. Able to know.

2D이미지 정보를 획득한 후, 두께정보 획득모드가 진행되게 된다. 두께정보 획득모드에서도 제어부(90)는 제1조명기(110)의 제1LED광원(122)과, 제2조명기(150)의 제2LED광원(162) 전체가 켜지도록 제어하게 된다. After acquiring 2D image information, the thickness information acquisition mode proceeds. Even in the thickness information acquisition mode, the control unit 90 controls the entire first LED light source 122 of the first illuminator 110 and the second LED light source 162 of the second illuminator 150 to be turned on.

이러한 상태에서 피에조 액추에이터 등으로 구성된 구동스테이지(80)의 Z축 스테이지(81)를 통해 측정대상물(2)을 Z축상으로 이동, 스캐닝하게 된다(S9). In this state, the measurement object 2 is moved and scanned along the Z axis through the Z-axis stage 81 of the drive stage 80 composed of a piezo actuator, etc. (S9).

Z축 이동, 스캐닝 과정에서 광검출기(60)는 Z축상의 포커싱 위치를 파악하여 측정대상물(2)의 Z축 두께 정보를 획득하게 된다(S10). During the Z-axis movement and scanning process, the photodetector 60 determines the focusing position on the Z-axis and obtains Z-axis thickness information of the measurement object 2 (S10).

그리고 분석수단(70)은 2D 이미지 획득모드에서 획득된 2D이미지 정보와 두께정보 획득모드에서 획득된 두께정보를 합쳐 3D이미지를 획득하게 된다(S11). And the analysis means 70 acquires a 3D image by combining the 2D image information acquired in the 2D image acquisition mode and the thickness information acquired in the thickness information acquisition mode (S11).

그리고 구동스테이지(80)의 x,y 스테이지(82)를 통해 측정대상물(2)을 x,y 스캐닝하면서(S12), 앞서 언급한 2D이미지 획득모드와, 두께정보 획득모드는 반복하여 대면적의 3D이미지를 얻을 수 있게 된다. And while x, y scanning the measurement object 2 through the x, y stage 82 of the driving stage 80 (S12), the 2D image acquisition mode and the thickness information acquisition mode mentioned above are repeated to obtain a large area. 3D images can be obtained.

또한, 상기와 같이 설명된 장치 및 방법은 상기 설명된 실시예들의 구성과 방법이 한정되게 적용될 수 있는 것이 아니라, 상기 실시예들은 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수도 있다.In addition, the apparatus and method described above are not limited to the configuration and method of the above-described embodiments, but all or part of each embodiment can be selectively combined so that various modifications can be made. It may be composed.

1:종래 투과형 FPM
2:측정대상물
3:종래 반사형 FPM
20:광학계
21:제1렌즈
22:제2렌즈
30:빔스플리터
40:대물렌즈
41:후초점면
50:집광렌즈
60:광검출기
70:분석수단
80:구동스테이지
81:Z축 스테이지
82:X,Y 스페이지
90:제어부
100:LED어레이를 이용한 반사형 비결맞음 조명 현미경
110:제1조명기
120:제1패널
121:제1LED어레이
122:제1LED광원
150:제2조명기
160:제2패널
161:제2LED어레이
162:제2LED광원1: Conventional transmissive FPM
2: Measurement object
3: Conventional reflective FPM
20:Optics
21: First lens
22: Second lens
30: Beam splitter
40: Objective lens
41: Posterior focal plane
50: condenser lens
60: Photodetector
70: Analysis means
80: Driving stage
81:Z-axis stage
82:X,Y page
90: Control unit
100: Reflective decoherence illumination microscope using LED array
110:First lighting device
120: first panel
121: First LED array
122: 1st LED light source
150:Second fixture
160:2nd panel
161: Second LED array
162: Second LED light source

Claims (6)

반사형 비결맞음 조명 현미경에 있어서,
다수의 제1LED광원이 구비되며, 대물렌즈를 투과하여 서로 다른 각도로 측정대상물에 복수의 LED빔을 조사하는 제1LED 어레이로 구성된 제1패널을 갖는 제1조명기; LED빔이 조사된 측정대상물에서 반사되어 나오는 빔을 수집하도록 구성된 집광렌즈; 및 상기 집광렌즈로부터 광을 수광하고 복수의 LED빔이 상기 측정대상물에서 반사된 2D이미지 정보를 취득하는 광검출기;
상기 대물렌즈와 상기 측정대상물 사이에 구비되어 상기 측정대상물 측으로 각각이 LED빔을 조사하는 복수의 제2LED광원을 갖는 제2LED어레이를 포함하는 제2조명기;및
2D이미지 획득 모드와 두께정보획득모드에서, 복수의 상기 제1LED광원 전체가 켜지도록 제어하고, 2D이미지 획득 모드와 두께정보획득모드에서, 복수의 상기 제2LED광원 전체가 켜지도록 제어하는 제어부;를 포함하고,
상기 LED빔은 상기 제1조명기에서 조사되어 광학계를 통과하여 빔스플리터에 의해 반사된 후, 대물렌즈를 거쳐 측정대상물에 입사되고,
두께정보 획득 모드시,
제어부는 구동스테이지를 통해 상기 측정대상물을 z축상으로 이동시키고, 광검출기는 z축상 포커싱 위치를 얻어 상기 측정대상물의 두께정보를 획득하고,
상기 2D이미지 정보와, 상기 두께정보를 통해 3D이미지를 획득하는 분석수단을 포함하고,
상기 제1패널은 원판형태이고,
상기 제1LED어레이를 형성하는 제1LED광원은 패널의 중심점과, 상기 중심점을 기준으로 서로 원주방향으로 소정간격 이격되어 배열되고,
x,y 평면방향 분해능은 상기 제1LED광원의 가장 큰 조사각에 해당하는 NAill과 상기 대물렌즈의 NAobj에 따라 결정되며,
상기 2D 이미지 획득모드와 두께정보 획득모드에서, 제1조명기의 복수의 제1LED광원과 제2조명기의 복수의 제2LED광원 전체를 켜서 측정대상물에 반사된 LED빔을 광검출기를 통해 2D이미지 정보 검출하고, 두께 정보획득모드에서 측정대상물을 z축상으로 스캐닝하며 광검출기에서 측정대상물의 두께정보를 획득하며, 상기 2D 이미지정보와 두께정보를 기반으로 측정대상물에 대한 3D 이미지를 얻게 되는 것을 특징으로 하는 LED어레이를 이용한 반사형 비결맞음 조명 현미경.
In a reflective decoherence illumination microscope,
A first illuminator equipped with a plurality of first LED light sources and having a first panel composed of a first LED array that transmits a plurality of LED beams through an objective lens and radiates a plurality of LED beams to the measurement object at different angles; A condenser lens configured to collect the beam reflected from the measurement object to which the LED beam is irradiated; and a photodetector that receives light from the condenser lens and acquires 2D image information in which the plurality of LED beams are reflected from the measurement object.
A second illuminator including a second LED array provided between the objective lens and the measurement object and having a plurality of second LED light sources each emitting an LED beam toward the measurement object; And
A control unit that controls all of the plurality of first LED light sources to turn on in the 2D image acquisition mode and thickness information acquisition mode, and controls all of the plurality of second LED light sources to turn on in the 2D image acquisition mode and thickness information acquisition mode. Contains,
The LED beam is irradiated from the first illuminator, passes through the optical system, is reflected by the beam splitter, and then enters the measurement object through the objective lens,
In thickness information acquisition mode,
The control unit moves the measurement object on the z-axis through a driving stage, and the photodetector obtains the thickness information of the measurement object by obtaining a focusing position on the z-axis.
It includes analysis means for obtaining a 3D image through the 2D image information and the thickness information,
The first panel is in the shape of a disk,
The first LED light sources forming the first LED array are arranged at a predetermined distance from each other in the circumferential direction based on the center point of the panel and the center point,
The resolution in the x,y plane direction is determined according to NA ill corresponding to the largest irradiation angle of the first LED light source and NA obj of the objective lens,
In the 2D image acquisition mode and the thickness information acquisition mode, all of the plurality of first LED light sources of the first illuminator and the plurality of second LED light sources of the second illuminator are turned on to detect 2D image information through the photodetector of the LED beam reflected on the measurement object. In the thickness information acquisition mode, the measurement object is scanned on the z-axis, the thickness information of the measurement object is acquired from a photodetector, and a 3D image of the measurement object is obtained based on the 2D image information and thickness information. Reflective decoherence illumination microscope using an LED array.
 삭제delete 삭제delete 삭제delete 제 1항에 따른 반사형 비결맞음 조명 현미경의 작동방법에 있어서,
2D이미지 획득 모드가 진행되도록 LED어레이를 구성하는 LED광원 전체가 켜지고, 각각의 LED빔들이 광학계를 거쳐 빔스플리터에 반사되어 대물렌즈를 거쳐 측정대상물에 입사되는 제1단계;
상기 LED어레이가 이미지 릴레이 되어 상기 대물렌즈의 후초점면에 이미징되는 제2단계;
반사빔이 빔스플리터와 집광렌즈를 거쳐 광검출기로 입사되고, 상기 광검출기에서 복수의 LED빔이 상기 측정대상물에서 반사된 2D이미지 정보를 취득하는 제3단계;
구동스테이지를 통해 상기 측정대상물을 z축상으로 이동시키고, 광검출기는 z축상 포커싱 위치를 얻어 상기 측정대상물의 두께정보를 획득하는 두께정보 획득 모드가 진행되는 제4단계; 및
분석수단이 상기 2D이미지 정보와, 상기 두께정보를 통해 3D이미지를 획득하는 제5단계;를 포함하고,
상기 제5단계 후에, 구동스테이지를 통해 상기 측정대상물을 x,y방향으로 이동시키고, 상기 제1 내지 제5단계를 반복하는 것을 특징으로 하는 LED어레이를 이용한 반사형 비결맞음 조명 현미경의 작동방법.



In the method of operating the reflective decoherence illumination microscope according to claim 1,
A first step in which all LED light sources constituting the LED array are turned on to proceed with the 2D image acquisition mode, and each LED beam is reflected to the beam splitter through an optical system and enters the measurement object through the objective lens;
A second step in which the LED array is image relayed and imaged on the back focal plane of the objective lens;
A third step of acquiring 2D image information in which a reflected beam is incident on a photodetector through a beam splitter and a condenser lens, and a plurality of LED beams are reflected from the measurement object at the photodetector;
A fourth step in which a thickness information acquisition mode is performed in which the measurement object is moved on the z-axis through a driving stage, and the photodetector obtains the thickness information of the measurement object by obtaining a focusing position on the z-axis; and
A fifth step in which analysis means acquires a 3D image through the 2D image information and the thickness information,
After the fifth step, the measurement object is moved in the x and y directions through a driving stage, and the first to fifth steps are repeated. A method of operating a reflective decoherence illumination microscope using an LED array.



 삭제delete
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