KR102596730B1 - 렌즈없는 광학 시스템 - Google Patents

Abstract

렌즈없는 광학 시스템이 개시된다.
이 시스템에서 디스플레이 광원은 평판 형상을 가지며, 각각 온/오프 제어가 가능한 복수의 픽셀을 포함한다. 디스플레이 광원으로는 OLED 디스플레이 또는 마이크로LED 디스플레이가 사용될 수 있다. 바이오칩에는 시료가 투입된다. 이미지 센서 모듈은 디스플레이 광원의 하나의 픽셀 또는 둘 이상의 픽셀의 광원에 의해 발생되어 시료를 통과한 광을 촬영한다. 동기 제어부는 디스플레이 광원의 동기 신호를 검출하고, 검출된 동기 신호를 이미지 센서 모듈로 전달하여, 이미지 센서 모듈이 동기 신호에 트리거하여 시료의 영상을 촬영하도록 한다. 또는, 동기 제어부는 이미지 센서 모듈의 동기 신호를 검출하고, 검출된 이미지 센서 모듈의 동기 신호를 디스플레이 광원으로 전달하여, 디스플레이 광원이 이미지 센서 모듈의 영상 촬영 시점 또는 영상 촬영 시점 이전에 동기하여 광을 발생하도록 한다. 광원 제어부는 사용자로부터의 입력에 따라, 디스플레이 광원의 픽셀 중에서 광원으로 사용될 픽셀에 대한 온/오프 제어를 수행한다.

Description

렌즈없는 광학 시스템 {Lenseless Optical System}

본 발명은 렌즈없는 광학 시스템에 관한 것이다.

일반적으로 광학 시스템, 예를 들어 광학 현미경, 형광 현미경, 흡광 현미경 등은 표본이나 시료에 대한 상을 관찰하기 위해 광원이나 조명을 사용한다.

광학 시스템에서 사용되는 광원으로는 일반적으로 LED(Lighting Emitting Diode), 레이저 등이 사용된다.

그런데, 종래 광학 시스템에서는 광원이 고정되어 있어서 광원의 위치 변경을 필요로 하는 촬영이 어려우며, 이를 극복하기 위해 광원의 위치를 변경할 수 있도록 이동 수단을 구비하는 구조를 가질 수 있지만, 이러한 구조는 광학 시스템의 구조를 복잡해지도록 하면서 비용이 증가하는 등의 문제가 있다.

본 발명은 광원의 위치 이동이 자유로운 렌즈없는 광학 시스템을 제공하고자 한다.

상기한 바와 같은 본 발명의 과제를 달성하고, 후술하는 본 발명의 특징적인 효과를 실현하기 위한, 본 발명의 특징적인 구성은 하기와 같다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 광학 시스템이 제공되며, 이 시스템은,

평판 형상을 가지며, 각각 온/오프 제어가 가능한 복수의 픽셀을 포함하는 디스플레이 광원, 시료가 투입된 바이오칩, 그리고 상기 디스플레이 광원의 하나의 픽셀 또는 둘 이상의 픽셀의 광원에 의해 발생되어 상기 시료를 통과한 광을 촬영하는 이미지 센서 모듈을 포함한다.

여기서, 상기 디스플레이 광원은 OLED(Organic Light Emitting Diode) 디스플레이 또는 마이크로(micro)LED 디스플레이이다.

또한, 상기 디스플레이 광원과 상기 바이오칩 사이에 상기 디스플레이 광원 상에 위치하며, 상기 디스플레이 광원에서 발생되는 광의 가간섭성 및 조도 증대를 위해 사용되는 핀홀을 더 포함한다.

또한, 상기 디스플레이 광원의 동기 신호를 검출하고, 검출된 동기 신호를 상기 이미지 센서 모듈로 전달하여, 상기 이미지 센서 모듈이 상기 동기 신호에 트리거하여 상기 시료의 영상을 촬영하도록 하는 동기 제어부를 더 포함한다.

또한, 상기 동기 제어부는, 상기 이미지 센서 모듈의 동기 신호를 검출하고, 검출된 상기 이미지 센서 모듈의 동기 신호를 상기 디스플레이 광원으로 전달하여, 상기 디스플레이 광원이 상기 이미지 센서 모듈의 영상 촬영 시점 또는 영상 촬영 시점 이전에 동기하여 광을 발생하도록 한다.

또한, 사용자로부터의 입력에 따라, 상기 디스플레이 광원의 픽셀 중에서 광원으로 사용될 픽셀에 대한 온/오프 제어를 수행하는 광원 제어부를 더 포함한다.

또한, 상기 광원 제어부는 상기 시료의 크기를 측정하기 위해 상기 디스플레이 광원의 복수의 픽셀 중에서 서로 이격되어 있는 3개의 픽셀을 선택하여 순차적으로 광원으로 사용되도록 한다.

또한, 상기 광원 제어부는 광원으로 사용되는 픽셀의 색상을 변경함으로써 광원의 파장을 변경한다.

또한, 상기 광원 제어부는 광원으로 사용되는 픽셀 주변의 픽셀을 추가하거나 제거하여 광원으로 사용되는 픽셀의 개수를 조절함으로써 광원의 밝기를 조절한다.

본 발명에 따르면, 광원의 위치 이동이 자유롭다.

또한, 광원의 색이나 파장의 변경이 자유롭다.

또한, 광원의 밝기 조절이 용이하다.

또한, 노이즈가 배제된 SNR(신호대 잡음비)이 높은 영상을 얻을 수 있다.

또한, 광 파장에 따른 흡광도 분석이 가능하다

또한, 위치의 변경을 통해 3차원 영상을 쉽게 얻을 수 있다.

도 1는 본 발명의 실시예에 따른 렌즈없는 광학 시스템의 개략적인 구성도이다.
도 2의 (a) 내지 (d)는 도 1에 도시된 디스플레이 광원에서 다양한 광원의 사용 예를 나타낸다.
도 3은 도 1에 도시된 디스플레이 광원의 주사율 예를 나타낸다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 렌즈없는 광학 시스템을 이용한 시료의 크기를 측정하는 방법의 개략적인 흐름도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 렌즈없는 광학 시스템에서 시료의 크기를 측정하는 데 사용되는 디스플레이 광원 예를 도시한 도면이다.

아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.　 또한, 명세서에 기재된 "…부", "…기", "모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.

본 발명에서 설명하는 장치들은 적어도 하나의 프로세서, 메모리 장치, 통신 장치 등을 포함하는 하드웨어로 구성되고, 지정된 장소에 하드웨어와 결합되어 실행되는 프로그램이 저장된다.　 하드웨어는 본 발명의 방법을 실행할 수 있는 구성과 성능을 가진다.　 프로그램은 도면들을 참고로 설명한 본 발명의 동작 방법을 구현한 명령(instructions)을 포함하고, 프로세서와 메모리 장치 등의 하드웨어와 결합하여 본 발명을 실행한다.

이하에서 사용되는 기술용어 및 과학용어를 포함하는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 일반적으로 이해하는 의미와 동일한 의미를 가진다. 사전에 정의된 용어들은 관련기술문헌과 현재 개시된 내용에 부합하는 의미를 가지는 것으로 추가 해석되고, 정의되지 않는 한 이상적이거나 매우 공식적인 의미로 해석되지 않는다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 렌즈없는 광학 시스템에 대해 설명한다.

도 1는 본 발명의 실시예에 따른 렌즈없는 광학 시스템(100)의 개략적인 구성도이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 렌즈없는 광학 시스템(100)은 디스플레이 광원(110), 핀홀(120), 바이오칩(130), 이미지 센서 모듈(140), 동기 제어부(150) 및 광원 제어부(160)를 포함한다.

디스플레이 광원(110)은 2차원 면으로 구성된 디스플레이이다. 이러한 디스플레이 광원(110)으로는 평판형 디스플레이가 사용될 수 있으며, 특히 점광원으로서 잡음이 배제된 SNR(신호대 잡음비)이 높은 영상을 얻을 수 있는 OLED(Organic Light Emitting Diode) 디스플레이, 마이크로(micro)LED 디스플레이가 사용될 수 있다. 여기서 OLED는 형광성 유기화합물을 기반으로 한 발광 소자의 일종으로, 액정과 달리 자체적으로 빛을 발산할 수 있고, 마이크로LED는 일반 LED보다 길이가 10분의 1이고, 면적은 100분의 1 정도로 10 ~ 100 마이크로미터(μm) 크기의 초소형 LED이며, 기존 LED에 비해 반응 속도가 빠르고, 낮은 전력, 높은 휘도를 지원한다. 한편, LCD(Liquid Crystal Display) 등은 백라이트 방식이어서 SNR이 높은 영상을 얻기가 어려우므로 디스플레이 광원(110)으로의 사용이 어려울 수 있다.

디스플레이 광원(110)은 도 2의 (a)에 도시된 바와 같이, 중앙에 하나의 픽셀로서 광원을 형성할 수 있거나, (b)에 도시된 바와 같이, 중앙이 아닌 다른 위치에서 하나의 픽셀로서 광원을 형성할 수 있거나, (c)에 도시된 바와 같이, 소수의 픽셀이 모여서 광원을 형성할 수 있거나, 또는 (d)에 도시된 바와 같이, 색상을 변경하여 다른 파장의 광원을 형성할 수 있다. 이외에도 여러 조합의 다양한 형태의 광원 형성이 가능하다.

또한, 디스플레이 광원(110)은 평판형 디스플레이이므로, 광원을 형성하는 각 픽셀의 밝기 조절이 가능하다.

핀홀(120)은 디스플레이 광원(110)의 상부에 배치되어 디스플레이 광원(110)에서 발생되는 광의 가간섭성 및 조도 증대를 위해 사용될 수 있다. 여기서, 핀홀(120)은 다르게는 조리개로 대체될 수 있다.

핀홀(120)은 디스플레이 광원(110)의 위치 변경에 따라 대응적으로 위치가 이동되도록 구현된다.

바이오칩(130)은 시료가 투입되어 안착되는 공간을 제공하며, 핀홀(120)의 상부에 이격되어 위치하고, 핀홀(120)을 통과한 디스플레이 광원(110)의 광이 투과하여 시료를 통과할 있도록 구현된다.

이미지 센서 모듈(140)은 디스플레이 광원(110)에서 발생하는 광이 바이오칩(130)을 통과하여 입사될 수 있도록 바이오칩(130)의 상부에 위치한다.

이미지 센서 모듈(140)은 바이오칩(130) 내의 시료를 통과한 광을 촬영하여 대응되는 전기 신호로 출력하는 적어도 하나의 이미지 센서를 포함한다. 이러한 이미지 센서는 CCD(charge coupled device), CMOS(Complementary Metal-Oxide Semiconductor) 이미지 센서 등일 수 있다.

동기 제어부(150)는 디스플레이 광원(110)의 동기 신호를 검출하고, 검출된 동기 신호를 이미지 센서 모듈(140)로 전달하여, 이미지 센서 모듈(140)에서 디스플레이 광원(110)의 동기 신호에 트리거하여 시료의 이미지를 촬영하도록 한다. 이것은 디스플레이 광원(110)에서 사용되는 평판형 디스플레이의 주사율이 예를 들어, 도 3에 도시된 바와 같이 60Hz이므로, 이러한 주사율에 동기를 맞춰 이미지 센서 모듈(140)이 영상을 촬영해야 하기 때문이다.

선택적으로, 동기 제어부(150)는 이미지 센서 모듈(140)의 동기 신호를 검출하고, 검출된 동기 신호를 디스플레이 광원(110)으로 전달하여, 디스플레이 광원(110)이 이미지 센서 모듈(140)의 영상 촬영 시점, 또는 영상 촬영 시점 일부 시간 이전에 동기하여 광을 발생하도록 한다. 이는 마치 일반 카메라(이미지 센서 모듈(140)가 대응됨)에서 촬영을 위해 촬영 버튼을 누르는 시점에 동기되어 플래시(디스플레이 광원(110)이 대응됨)가 작동하는 것과 기능적으로 유사하다.

광원 제어부(160)는 디스플레이 광원(110)의 픽셀 중에서 광원으로 사용될 픽셀에 대한 온(On)/오프(Off)를 제어한다. 여기서, 광원 제어부(160)에 의해 사용되는 광원의 픽셀은 입력 장치(도시되지 않음)를 통한 사용자로부터의 입력을 통해 선택될 수 있다.

전술한 본 발명의 실시예에 따른 렌즈없는 광학 시스템(100)을 사용하는 방법은 다양한 형태의 실시가 가능할 것이다.

이하에서는, 다양한 형태의 실시예 중에서 본 발명의 실시예에 따른 렌즈없는 광학 시스템(100)을 이용하여 시료(세포)의 실제 크기를 측정하는 일 예에 대해 설명한다.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 렌즈없는 광학 시스템(100)을 이용한 시료의 크기를 측정하는 방법의 개략적인 흐름도이다.

도 4를 참조하면, 먼저 사용자로부터 광원으로 선택될 픽셀 정보를 입력받는다(S100). 예를 들면, 도 5에 도시된 바와 같이, 디스플레이 광원(110)으로 사용될 3개의 픽셀 중에서 제1 픽셀(111)에 대한 정보를 입력받는다.

다음, 입력된 픽셀 정보에 해당하는 제1 픽셀(111)을 온시켜서 광이 발생되도록 한다(S110).

따라서, 이미지 센서 모듈(140)은 제1 픽셀(111)로부터 발생되어 시료(도시되지 않음)를 통과하는 광을 촬영함으로써 제1 픽셀(111)에 의한 제1 촬영을 완료한다(S120).

그 후, 본 발명의 실시예에 따른 시료의 크기 측정을 위한 촬영이 종료되었는지를 확인한다(S130).

본 발명의 실시예에서는 도 5에 도시된 바와 같이, 총 3개의 픽셀(111, 113, 115)의 광원을 사용하여 시료에 대한 촬영을 수행해야 하므로, 촬영이 종료된 것이 아님을 알 수 있다.

따라서, 상기 단계(S130)에서, 촬영이 종료된 것이 아닌 것으로 확인되므로, 다음의 촬영을 위해 사용될 픽셀 정보를 입력받는 상기 단계(S100)부터 다시 수행한다. 이 단계에서 입력되는 픽셀 정보는 도 5에 도시된 제2 픽셀(113)의 정보일 것이다.

따라서, 제2 픽셀(113)에 대해 다음의 단계(S110, S120)가 반복 수행되어, 제2 픽셀(113)을 광원으로 하는 시료에 대한 촬영이 추가로 수행된다.

마찬가지로, 상기 단계(S130)에서 제3 픽셀(115)을 사용한 촬영이 아직 남아 있으므로 촬영이 완료되지 않은 것으로 판단되어 제3 픽셀(115)을 광원으로 한 촬영을 추가로 수행하기 위해 상기 단계(S100, S110, S120)가 반복 수행됨은 구체적으로 설명하지 않아도 당업자라면 쉽게 이해할 것이다.

이와 같이, 도 5에 도시된 3개의 픽셀(111, 113, 115)을 각각 광원으로 한 시료에 대한 촬영이 모두 종료되면, 상기 단계(S130)에서 촬영이 종료된 것으로 판단되므로, 그 후에는 3번의 촬영 결과를 사용하여 시료의 실제 크기(또는 그림자 영상이나 3차원 영상)를 산출할 수 있다(S140). 여기서, 시료의 실제 크기나 3차원 영상을 측정하기 위해 4번 이상의 촬영이 추가로 필요한 경우, 다른 위치의 픽셀 광원을 사용하여 상기 단계(S100, S110, S120)를 반복 수행할 수 있음은 당연한 것으로 이해될 것이다.

한편, 상기에서는 3개의 픽셀(111, 113, 115)를 별개의 단계를 통해 입력받는 것으로 설명하였지만, 이것으로만 제한되지 않으며, 한 번의 입력 단계를 통해 3개의 픽셀(111, 113, 115)의 정보를 한 번에 입력받아서 하나의 픽셀을 광원으로 하는 촬영이 완료되면 바로 다음 픽셀을 광원으로 하는 촬영이 자동으로 수행되도록 할 수도 있다.

전술한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따르면, 평판형 디스플레이를 사용하여 다수의 픽셀의 온/오프를 제어함으로써 광원의 위치 이동이 자유롭고, 광원의 색이나 파장의 변경이 자유로우며, 광원의 밝기 조절이 용이하며, 잡음이 배제된 SNR이 높은 영상을 얻을 수 있다.

이상에서 설명한 본 발명의 실시예는 장치 및 방법을 통해서만 구현이 되는 것은 아니며, 본 발명의 실시예의 구성에 대응하는 기능을 실현하는 프로그램 또는 그 프로그램이 기록된 기록 매체를 통해 구현될 수도 있다.

이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.

100 : 광학 시스템
110 : 디스플레이 광원
120 : 핀홀
130 : 바이오칩
140 ; 이미지 센서 모듈
150 : 동기 제어부
160 : 광원 제어부

Claims (9)

1. 평판 형상을 가지며, 각각 온/오프 제어가 가능한 복수의 픽셀을 포함하고, 상기 복수의 픽셀 중에서 하나의 픽셀 또는 주변에 위치한 둘 이상의 픽셀을 광원으로 사용하는 디스플레이 광원,
   시료가 투입된 바이오칩,
   상기 디스플레이 광원의 하나의 픽셀 또는 둘 이상의 픽셀의 광원에 의해 발생되어 상기 시료를 통과한 광을 촬영하는 이미지 센서 모듈, 그리고
   상기 디스플레이 광원과 상기 바이오칩 사이에 상기 디스플레이 광원 상에 위치하고, 상기 시료를 통과하는 광으로 사용되는 상기 디스플레이 광원의 픽셀의 위치 변경에 따라 대응적으로 위치가 이동되도록 구현되며, 상기 디스플레이 광원에서 발생되는 광의 가간섭성 및 조도 증대를 위해 사용되는 핀홀
   을 포함하며,
   상기 디스플레이 광원은 상기 광원으로 사용되는 픽셀의 개수를 조절함으로써 상기 광원의 밝기를 조절하고,
   상기 디스플레이 광원 픽셀들 중 서로 이격되어 있는 세 개의 픽셀이 광원으로 사용될 때, 상기 핀홀이 상기 세 개의 픽셀의 위치에 대응적으로 이동하여 상기 세 개의 픽셀 각각을 이용한 상기 시료에 대한 촬영이 순차적으로 수행되어 상기 디스플레이 광원의 세 개의 픽셀을 이용한 상기 시료의 크기 측정이 가능한,
   광학 시스템.
2. 제1항에 있어서,
   상기 디스플레이 광원은 OLED(Organic Light Emitting Diode) 디스플레이 또는 마이크로(micro)LED 디스플레이인,
   광학 시스템.
3. 삭제
4. 제1항에 있어서,
   상기 디스플레이 광원의 동기 신호를 검출하고, 검출된 동기 신호를 상기 이미지 센서 모듈로 전달하여, 상기 이미지 센서 모듈이 상기 동기 신호에 트리거하여 상기 시료의 영상을 촬영하도록 하는 동기 제어부
   를 더 포함하는, 광학 시스템.
5. 제4항에 있어서,
   상기 동기 제어부는,
   상기 이미지 센서 모듈의 동기 신호를 검출하고, 검출된 상기 이미지 센서 모듈의 동기 신호를 상기 디스플레이 광원으로 전달하여, 상기 디스플레이 광원이 상기 이미지 센서 모듈의 영상 촬영 시점 또는 영상 촬영 시점 이전에 동기하여 광을 발생하도록 하는,
   광학 시스템.
6. 제1항에 있어서,
   사용자로부터의 입력에 따라, 상기 디스플레이 광원의 픽셀 중에서 광원으로 사용될 픽셀에 대한 온/오프 제어를 수행하는 광원 제어부
   를 더 포함하는 광학 시스템.
7. 제6항에 있어서,
   상기 광원 제어부는 상기 시료의 크기를 측정하기 위해 상기 디스플레이 광원의 복수의 픽셀 중에서 서로 이격되어 있는 픽셀을 선택하여 순차적으로 광원으로 사용되도록 하는,
   광학 시스템.
8. 제6항에 있어서,
   상기 광원 제어부는 광원으로 사용되는 픽셀의 색상을 변경함으로써 광원의 파장을 변경하는,
   광학 시스템.
9. 제6항에 있어서,
   상기 광원 제어부는 광원으로 사용되는 픽셀 주변의 픽셀을 추가하거나 제거하여 광원으로 사용되는 픽셀의 개수를 조절하는,
   광학 시스템.