KR102628867B1 - System of Structured Illumination Microscopy and Control Method thereof - Google Patents

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KR102628867B1 KR1020210076564A KR20210076564A KR102628867B1 KR 102628867 B1 KR102628867 B1 KR 102628867B1 KR 1020210076564 A KR1020210076564 A KR 1020210076564A KR 20210076564 A KR20210076564 A KR 20210076564A KR 102628867 B1 KR102628867 B1 KR 102628867B1
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김종우
전필준
이희중
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연세대학교 산학협력단
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Abstract

본 발명의 다른 실시예에 따른 구조조명 현미경 시스템의 제어방법은 (A) 제어부가 DMD 패턴을 생성하는 단계; (B) 상기 제어부는 상기 DMD 패턴에 의해 발생하는 회절광에 대한 회절 연산을 수행하는 단계; (C) 상기 제어부는 원하는 구조 조명 주기를 만들어 내는 DMD 패턴을 찾기 위해 상기 회절 연산의 결과가 3가지 조건을 만족하는지를 판단하는 단계; (D) 상기 제어부는 상기 3가지 조건을 만족하는 상기 회절 연산의 결과를 대응하는 DMD 패턴과 함께 LUT(Look Up Table)로 저장하는 단계; 및 (E) 상기 제어부는 상기 저장된 LUT에 대해 원하는 주기의 구조조명 패턴을 추출하는 단계;를 포함한다. A method of controlling a structured illumination microscope system according to another embodiment of the present invention includes the steps of (A) a control unit generating a DMD pattern; (B) the control unit performing a diffraction operation on diffraction light generated by the DMD pattern; (C) the control unit determining whether the result of the diffraction calculation satisfies three conditions in order to find a DMD pattern that creates a desired structured illumination cycle; (D) the control unit storing the results of the diffraction calculation satisfying the three conditions together with the corresponding DMD pattern as a Look Up Table (LUT); and (E) the control unit extracting a structured lighting pattern of a desired cycle from the stored LUT.

Description

구조조명 현미경 시스템 및 그 제어방법{System of Structured Illumination Microscopy and Control Method thereof} Structured illumination microscopy system and control method thereof {System of Structured Illumination Microscopy and Control Method thereof}

본 발명은 구조조명 현미경 시스템 및 그 제어방법에 관한 것으로, 특히 디지털 미소 반사 표시기의 패턴을 고속 연산하고 원하는 조명을 구현하는 구조조명 현미경 시스템 및 그 제어방법에 관한 것이다. The present invention relates to a structured illumination microscope system and a control method thereof, and particularly to a structured illumination microscope system and a control method that calculates the pattern of a digital micro-reflective indicator at high speed and implements desired illumination.

구조조명 현미경은 샘플에 사인파 형태의 구조조명을 조사하여 종래에 광학 현미경의 분해능 한계를 뛰어 넘은 초고해상도 현미경의 한 종류이다. 다른 초고해상도 현미경들과 달리 형광 물질의 종류에 상관없이 이미징할 수 있기 때문에 다양한 분야에서 널리 활용되고 있다. Structured illumination microscopy is a type of super-resolution microscope that exceeds the resolution limits of conventional optical microscopes by irradiating a sample with structured illumination in the form of a sine wave. Unlike other super-resolution microscopes, it is widely used in various fields because it can image regardless of the type of fluorescent material.

종래에 구조조명을 만드는 방법에는 회절격자(Grating), 공간 광 변조기 (Spatial light modulator, SLM) 또는 디지털 미소 반사 표시기(Digital Micromirror Device, DMD)를 이용한다. 회절격자 같은 경우는 가격이 저렴하지만 구조조명의 주기와 방향을 바꾸는 것이 매우 어려워 선호되지 않고, SLM 같은 경우에 DMD에 비해 정렬 방법이 간단하기에 많이 사용되지만, 비싼 가격과 빛 변조 속도가 느리다는 단점이 있다. 반면에, DMD를 이용하는 경우, SLM보다 정렬하는 방법이 어렵지만 가격면이나 변조 속도 측면에서 훨씬 우월하다. Conventional methods of creating structured lighting use a diffraction grating, a spatial light modulator (SLM), or a digital micromirror device (DMD). Diffraction gratings are inexpensive, but they are not preferred because it is very difficult to change the cycle and direction of structured lighting. SLMs are often used because the alignment method is simpler than DMD, but are expensive and have a slow light modulation speed. There is a downside. On the other hand, when using DMD, alignment is more difficult than SLM, but it is far superior in terms of price and modulation speed.

종래에 DMD에 띄우는 패턴을 만들기 위해서, 먼저 샘플에 크기에 맞는 대물렌즈를 선택하고, 그에 따른 구조조명의 주기와 방향을 결정한다. 결정된 구조조명을 만들기 위한 레이저 빛이 DMD의 푸리에 도메인에 만드는 회절무늬를 계산하고, 그에 맞는 마스크(mask)를 제작한다. 마지막으로 푸리에 도메인에 위치한 마스크를 통과하는 회절 결과를 만드는 DMD 패턴을 계산한다. To create a pattern that floats on a conventional DMD, first select an objective lens that fits the size of the sample and determine the period and direction of structured illumination accordingly. The diffraction pattern created by the laser light to create the determined structured illumination in the Fourier domain of the DMD is calculated, and a mask corresponding to it is created. Finally, the DMD pattern that produces the diffraction result passing through the mask located in the Fourier domain is calculated.

그러나 이와 같은 종래 기술은 대물렌즈의 배율이나 개구수(Numerical Aperture, NA) 값이 변하는 경우, 샘플에 조사되는 구조조명의 주기가 변경되어야 하는데 이와 같은 변화에 대해 마스크가 가변적이지 않기 때문에 유연하게 대처할 수 없다. However, in this prior art, when the magnification or numerical aperture (NA) value of the objective lens changes, the period of structured illumination irradiated to the sample must be changed, but since the mask is not variable in response to such changes, it can flexibly cope with such changes. I can't.

또한, DMD의 장점은 원하는 구조조명의 주기나 방향을 전자적으로 제어할 수 있다는 점이지만, 푸리에 도메인에서 사용하는 마스크에 의해서 그 자유도가 줄어드는 문제점이 있다. In addition, the advantage of DMD is that the period or direction of the desired structured lighting can be controlled electronically, but there is a problem in that the degree of freedom is reduced by the mask used in the Fourier domain.

특허문헌 : 등록특허공보 제 10-1479249호Patent document: Registered Patent Publication No. 10-1479249

본 발명은 상기 문제점을 해소하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 DMD에 띄우는 패턴을 고속 연산하고 원하는 구조조명을 구현하는 구조조명 현미경 시스템을 제공하는 데 있다. The present invention was created to solve the above problems, and the purpose of the present invention is to provide a structured illumination microscope system that calculates patterns displayed on a DMD at high speed and implements desired structured illumination.

본 발명의 다른 목적은 DMD에 띄우는 패턴을 고속 연산하고 원하는 구조조명을 구현하는 구조조명 현미경 시스템의 제어방법을 제공하는 데 있다. Another object of the present invention is to provide a control method for a structured illumination microscope system that calculates patterns displayed on a DMD at high speed and implements desired structured illumination.

본 발명의 일실시예에 따른 구조조명 현미경 시스템은 레이저 광원부의 레이저광이 조사되는 DMD(Digital Micromirror Device); 상기 DMD에서 반사된 광 경로에 구비된 제 1 렌즈와 제 2 렌즈; 상기 제 1 렌즈와 제 2 렌즈 사이에 구비된 조리개; 상기 제 2 렌즈의 후방에 구비된 반사판; 상기 반사판에 대응하여 이격되고, 카메라와 제 3 렌즈 사이에 구비된 다이크로익 미러(dichroic mirror); 상기 제 3 렌즈를 투과한 광을 집광하여 샘플 거치대의 샘플에 조사하는 대물렌즈; 및 상기 DMD, 상기 조리개 및 상기 카메라에 연결된 제어부;를 포함한다. A structured illumination microscope system according to an embodiment of the present invention includes a DMD (Digital Micromirror Device) to which laser light from a laser light source is irradiated; a first lens and a second lens provided in the optical path reflected from the DMD; an aperture provided between the first lens and the second lens; a reflector provided behind the second lens; a dichroic mirror spaced apart from the reflector and provided between the camera and a third lens; an objective lens that condenses the light transmitted through the third lens and irradiates it to the sample on the sample holder; and a control unit connected to the DMD, the iris, and the camera.

본 발명의 일실시예에 따른 구조조명 현미경 시스템에서 상기 조리개는 조리개의 하우징 및 상기 조리개의 하우징에 형성된 개구부의 중앙부분을 가로질러 구비된 광차단대를 포함하고, 상기 광차단대는 중앙의 회절광(S0)을 차단하는 불투명한 재질로 형성되며, 상기 중앙의 회절광(S0)으로부터 같은 거리로 이격된 인접한 두 개의 회절광(S1,S2) 사이에 구비되는 폭을 갖는 것을 특징으로 한다. In the structured illumination microscope system according to an embodiment of the present invention, the aperture includes a housing of the aperture and a light blocking band provided across the central portion of the opening formed in the housing of the aperture, and the light blocking band includes a central diffraction light ( It is made of an opaque material that blocks S0) and is characterized by having a width provided between two adjacent diffraction lights (S1, S2) spaced at the same distance from the central diffraction light (S0).

본 발명의 일실시예에 따른 구조조명 현미경 시스템에서 상기 조리개는 조리개의 하우징, 상기 조리개의 하우징에 형성된 개구부의 중앙에 구비된 광차단막 및 상기 광차단막과 상기 조리개의 하우징 사이를 연결한 세 개의 와이어를 포함하고, In the structured illumination microscope system according to an embodiment of the present invention, the aperture includes a housing of the aperture, a light blocking film provided at the center of the opening formed in the housing of the aperture, and three wires connected between the light blocking film and the housing of the aperture. Including,

상기 광차단막은 원판형으로 중앙의 회절광(S0)을 차단하는 불투명한 재질로 형성되고, 상기 중앙의 회절광(S0)으로부터 같은 거리로 이격된 인접한 두 개의 회절광(S1,S2) 사이에 구비되는 직경을 갖는 것을 특징으로 한다. The light blocking film is disk-shaped and formed of an opaque material that blocks the central diffraction light (S0), and is formed between two adjacent diffraction lights (S1 and S2) spaced at the same distance from the central diffraction light (S0). It is characterized by having a diameter provided.

본 발명의 일실시예에 따른 구조조명 현미경 시스템에서 상기 제어부는 상기 대물렌즈의 배율과 개구수에 따라 상기 조리개의 개구부 크기를 조절하여 분해능 한계선에 맞추는 것을 특징으로 한다. In the structured illumination microscope system according to an embodiment of the present invention, the control unit adjusts the size of the opening of the aperture according to the magnification and numerical aperture of the objective lens to meet the resolution limit.

또는, 본 발명의 다른 실시예에 따른 구조조명 현미경 시스템의 제어방법은 (A) 제어부가 DMD 패턴을 생성하는 단계; (B) 상기 제어부는 상기 DMD 패턴에 의해 발생하는 회절광에 대한 회절 연산을 수행하는 단계; (C) 상기 제어부는 원하는 구조 조명 주기를 만들어 내는 DMD 패턴을 찾기 위해 상기 회절 연산의 결과가 3가지 조건을 만족하는지를 판단하는 단계; (D) 상기 제어부는 상기 3가지 조건을 만족하는 상기 회절 연산의 결과를 대응하는 DMD 패턴과 함께 LUT(Look Up Table)로 저장하는 단계; 및 (E) 상기 제어부는 상기 저장된 LUT에 대해 원하는 주기의 구조조명 패턴을 추출하는 단계;를 포함한다. Alternatively, a method of controlling a structured illumination microscope system according to another embodiment of the present invention includes the steps of (A) the control unit generating a DMD pattern; (B) the control unit performing a diffraction operation on diffraction light generated by the DMD pattern; (C) the control unit determining whether the result of the diffraction calculation satisfies three conditions in order to find a DMD pattern that creates a desired structured illumination cycle; (D) the control unit storing the results of the diffraction calculation satisfying the three conditions together with the corresponding DMD pattern as a Look Up Table (LUT); and (E) the control unit extracting a structured lighting pattern of a desired period from the stored LUT.

본 발명의 다른 실시예에 따른 구조조명 현미경 시스템의 제어방법에서 상기 (B) 단계는 (B-1) 상기 DMD 패턴을 벡터로 나타내고, 근사함수 형태로 근사 표현하는 단계; 및 (B-2) 상기 근사함수 형태에 대해 2차원 푸리에 변환을 수행하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다. In the method for controlling a structured illumination microscope system according to another embodiment of the present invention, step (B) includes (B-1) representing the DMD pattern as a vector and approximately expressing it in the form of an approximation function; and (B-2) performing a two-dimensional Fourier transform on the approximate function form.

본 발명의 다른 실시예에 따른 구조조명 현미경 시스템의 제어방법은 상기 (C) 단계에서 상기 3가지 조건으로 ①중앙의 회절광(S0)으로부터 가장 가까운 거리에 회절된 광(S1,S2)이 2개만 존재하는지 여부, ②중앙의 회절광(S0)으로부터 가장 가까운 광(S1)과 두번째로 가까운 광(S3)의 거리 차이(R2-R1)가 특정값보다 큰 값을 갖는지 여부 및 ③DMD 패턴에서 픽셀 한칸을 밀었을 때 발생하는 위상 변화가 π/2×n(n=0,1,2,3,...) 이외의 값을 갖는지 여부를 포함하는 것을 특징으로 한다. The control method of the structured illumination microscope system according to another embodiment of the present invention is based on the above three conditions in step (C): ① the light (S1, S2) diffracted at the closest distance from the central diffracted light (S0) is 2 ②Whether the distance difference (R2-R1) between the closest light (S1) and the second closest light (S3) from the central diffracted light (S0) has a value greater than a certain value, and ③Pixel in the DMD pattern It is characterized by including whether the phase change that occurs when one square is pushed has a value other than π/2×n (n=0,1,2,3,...).

본 발명의 다른 실시예에 따른 구조조명 현미경 시스템의 제어방법에서 상기 (E) 단계는 (E-1) 상기 저장된 LUT에 대해 스페이스 도메인에서 정사영을 반영하여 변환하는 단계; (E-2) 상기 원하는 구조 조명의 주기에 따른 경계 범위를 임의로 설정하는 단계; (E-3) 상기 경계 범위에 있는 회절광 패턴만을 남기고 삭제하는 단계; 및 (E-4) 남겨진 회절광 패턴에 대해 임의의 각도를 갖는 회절광 패턴을 선택하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다. In the method for controlling a structured illumination microscope system according to another embodiment of the present invention, step (E) includes (E-1) converting the stored LUT by reflecting an orthogonal projection in the space domain; (E-2) arbitrarily setting a boundary range according to the desired cycle of structural lighting; (E-3) deleting only the diffraction light pattern in the boundary range; and (E-4) selecting a diffraction light pattern having an arbitrary angle with respect to the remaining diffraction light pattern.

본 발명의 특징 및 이점들은 첨부도면에 의거한 다음의 상세한 설명으로 더욱 명백해질 것이다.The features and advantages of the present invention will become more apparent from the following detailed description based on the accompanying drawings.

이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이고, 사전적인 의미로 해석되어서는 아니 되며, 발명자가 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합되는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. Prior to this, terms or words used in this specification and claims should not be interpreted in their usual, dictionary meaning, and the inventor should appropriately define the concept of the term in order to explain his or her invention in the best way. It must be interpreted with meaning and concept consistent with the technical idea of the present invention based on the principle that it can be done.

본 발명의 실시예에 따른 구조조명 현미경 시스템 및 제어방법은 DMD에 띄우는 DMD 패턴을 고속 연산하고, 원하는 주기의 구조조명을 용이하게 추출하며, 다양한 대물렌즈를 선택하여 샘플을 분석할 수 있는 효과가 있다. The structured illumination microscope system and control method according to an embodiment of the present invention has the effect of calculating the DMD pattern displayed on the DMD at high speed, easily extracting structured illumination of the desired cycle, and analyzing samples by selecting various objective lenses. there is.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 구조조명 현미경 시스템의 구성도.
도 2a는 본 발명의 일실시예에 따른 구조조명 현미경 시스템을 구성하는 조리개의 정면도.
도 2b는 본 발명의 일실시예에 따른 구조조명 현미경 시스템을 구성하는 조리개의 후면도.
도 3a는 본 발명의 일실시예에 따른 구조조명 현미경 시스템을 구성하는 다른 조리개의 정면도.
도 3b는 본 발명의 일실시예에 따른 구조조명 현미경 시스템을 구성하는 다른 조리개의 후면도.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 구조조명 현미경 시스템의 제어방법을 설명하기 위한 순서도.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 구조조명 현미경 시스템의 제어방법에 따라 DMD 패턴을 생성하는 과정을 나타낸 예시도.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 구조조명 현미경 시스템의 제어방법에 따라 LUT로 저장하기 위한 3가지 조건을 설명하기 위한 예시도.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 구조조명 현미경 시스템의 제어방법에 따라 구조조명을 추출하는 과정을 나타낸 예시도들.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 구조조명 현미경 시스템의 제어방법에 따라 대물렌즈의 분해능 한계선을 기준으로 구조조명을 구현하는 과정을 설명하기 위한 예시도.
1 is a configuration diagram of a structured illumination microscope system according to an embodiment of the present invention.
Figure 2a is a front view of an aperture constituting a structured illumination microscope system according to an embodiment of the present invention.
Figure 2b is a rear view of an aperture constituting a structured illumination microscope system according to an embodiment of the present invention.
Figure 3a is a front view of another aperture constituting a structured illumination microscope system according to an embodiment of the present invention.
Figure 3b is a rear view of another aperture constituting a structured illumination microscope system according to an embodiment of the present invention.
Figure 4 is a flowchart illustrating a control method of a structured illumination microscope system according to another embodiment of the present invention.
Figure 5 is an exemplary diagram showing the process of generating a DMD pattern according to a control method of a structured illumination microscope system according to another embodiment of the present invention.
Figure 6 is an example diagram illustrating three conditions for saving as a LUT according to a control method of a structured illumination microscope system according to another embodiment of the present invention.
Figure 7 is an exemplary diagram showing the process of extracting structured illumination according to a control method of a structured illumination microscope system according to another embodiment of the present invention.
Figure 8 is an example diagram for explaining the process of implementing structured illumination based on the resolution limit line of the objective lens according to the control method of the structured illumination microscope system according to another embodiment of the present invention.

본 발명의 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관되는 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예로부터 더욱 명백해질 것이다. 본 명세서에서 각 도면의 구성요소들에 참조번호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 번호를 가지도록 하고 있음에 유의하여야 한다. 또한, 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다.The objectives, specific advantages and novel features of the present invention will become more apparent from the following detailed description and preferred embodiments taken in conjunction with the accompanying drawings. In this specification, when adding reference numbers to components in each drawing, it should be noted that identical components are given the same number as much as possible even if they are shown in different drawings. Additionally, terms such as first and second may be used to describe various components, but the components should not be limited by the terms. The above terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another. Additionally, in describing the present invention, if it is determined that a detailed description of related known technologies may unnecessarily obscure the gist of the present invention, the detailed description will be omitted.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 구조조명 현미경 시스템의 구성도이고, 도 2a는 본 발명의 일실시예에 따른 구조조명 현미경 시스템을 구성하는 조리개의 정면도이며, 도 2b는 본 발명의 일실시예에 따른 구조조명 현미경 시스템을 구성하는 조리개의 후면도이며, 도 3a는 본 발명의 일실시예에 따른 구조조명 현미경 시스템을 구성하는 다른 조리개의 정면도이며, 도 3b는 본 발명의 일실시예에 따른 구조조명 현미경 시스템을 구성하는 다른 조리개의 후면도이다. 본 발명의 일실시예에 따른 구조조명 현미경 시스템에 대한 설명이 종래의 구조조명 현미경 시스템과 동일한 부분의 설명은 생략한다. Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the attached drawings. Figure 1 is a configuration diagram of a structured illumination microscope system according to an embodiment of the present invention, Figure 2a is a front view of an aperture constituting the structured illumination microscope system according to an embodiment of the present invention, and Figure 2b is an embodiment of the present invention. FIG. 3A is a rear view of an aperture constituting a structured illumination microscope system according to an embodiment of the present invention, and FIG. 3A is a front view of another aperture constituting a structured illumination microscope system according to an embodiment of the present invention, and FIG. 3B is an embodiment of the present invention. This is a rear view of another aperture that constitutes a structured illumination microscope system according to . The description of the structured illumination microscope system according to an embodiment of the present invention is the same as that of the conventional structured illumination microscope system and will be omitted.

본 발명의 일실시예에 따른 구조조명 현미경 시스템(100)은 레이저 광원부(101), 주기적인 패턴을 생성하는 DMD(Digital Micromirror Device: 102), DMD(102)에서 반사된 광 경로에 구비된 제 1 렌즈(103)와 제 2 렌즈(105), 제 1 렌즈(103)와 제 2 렌즈(105) 사이에 구비된 조리개(104), 제 2 렌즈(105)의 후방에 구비된 반사판(106), 반사판(106)에 대응하여 이격되고 카메라(108)와 제 3 렌즈(109) 사이에 구비된 다이크로익 미러(dichroic mirror: 107), 제 3 렌즈(109)를 투과한 광을 집광하여 샘플 거치대(120)의 샘플에 조사하는 대물렌즈(110) 및 DMD(102), 조리개(104), 카메라(108) 등에 연결된 제어부(도시하지 않음)를 포함한다. The structured illumination microscope system 100 according to an embodiment of the present invention includes a laser light source unit 101, a digital micromirror device (DMD) 102 that generates a periodic pattern, and an agent provided in the light path reflected from the DMD 102. 1 lens 103 and the second lens 105, an aperture 104 provided between the first lens 103 and the second lens 105, and a reflector 106 provided behind the second lens 105. , a dichroic mirror (107) spaced apart from the reflector 106 and provided between the camera 108 and the third lens 109, condenses the light passing through the third lens 109 to produce a sample It includes a control unit (not shown) connected to an objective lens 110 that irradiates the sample on the holder 120, a DMD 102, an aperture 104, a camera 108, etc.

DMD(102)는 도 1에 도시된 바와 같이 다수의 마이크로 미소 거울(이하, 픽셀로 지칭함)을 제어부의 제어에 따라 2차원 배열한 패턴으로 구비하는 장치로서, 레이저 광원부(101)의 조사광을 반사시키면서 공간 변조하여 제 1 렌즈(103)로 전달하는 장치이다. 이때, DMD(102)는 제어부의 제어에 따라 다수의 픽셀이 소정의 주기를 갖고 온(on)과 오프(off)의 반복된 형태를 갖고 2차원 배열한 패턴을 생성할 수 있다. As shown in FIG. 1, the DMD 102 is a device equipped with a plurality of micro mirrors (hereinafter referred to as pixels) in a two-dimensional array pattern under the control of a control unit, and emits irradiated light from the laser light source unit 101. It is a device that transmits spatial modulation while reflecting to the first lens 103. At this time, the DMD 102 can generate a two-dimensional array pattern in which a plurality of pixels have a repeated on and off pattern with a predetermined period under the control of the controller.

조리개(104)는 제 1 렌즈(103)를 투과한 회절광을 필터링하는 부재로서, 제어부의 제어에 따라 대물렌즈(110)의 배율과 개구수에 따라 내부 개구부의 직경이 설정되고 중앙의 회절광을 차단하는 기능을 수행한다. The aperture 104 is a member that filters the diffracted light that has passed through the first lens 103. The diameter of the internal opening is set according to the magnification and numerical aperture of the objective lens 110 under the control of the control unit, and the diffracted light in the center is set. It performs the function of blocking.

구체적으로, 조리개(104)는 도 2에 도시된 바와 같이 조리개의 하우징(104-1) 및 내부 개구부의 중앙부분을 가로질러 구비된 광차단대(104-2)를 구비한다. 이러한 조리개(104)의 광차단대(104-2)는 중앙의 회절광(S0)을 차단하는 불투명한 재질로 형성되고 중앙의 회절광(S0)으로부터 같은 거리로 이격된 인접한 두 개의 회절광(S1,S2) 사이에 구비되는 폭을 갖고 설치된다. Specifically, as shown in FIG. 2, the aperture 104 includes a housing 104-1 of the aperture and a light blocking band 104-2 provided across the central portion of the internal opening. The light blocking zone 104-2 of this aperture 104 is formed of an opaque material that blocks the central diffraction light S0 and is formed of two adjacent diffraction lights S1 spaced apart from the central diffraction light S0 at the same distance. ,S2) It is installed with a width provided between.

또는, 도 3에 도시된 바와 같이 다른 조리개(204)의 형태로서 조리개의 하우징(204-1), 내부 개구부의 중앙에 구비된 광차단막(204-2) 및 광차단막(204-2)과 하우징(204-1) 사이를 연결한 세 개의 와이어(204-3)를 구비한다. 이러한 다른 조리개(204)의 광차단막(204-2)은 예컨대 원판형으로 중앙의 회절광(S0)을 차단하는 불투명한 재질로 형성되고, 중앙의 회절광(S0)으로부터 같은 거리로 이격된 인접한 두 개의 회절광(S1,S2) 사이에 구비되는 직경을 갖고 설치된다. Alternatively, as shown in FIG. 3, the aperture 204 may be in the form of an aperture housing 204-1, a light blocking film 204-2 provided at the center of the internal opening, and a light blocking film 204-2 and the housing. It is provided with three wires (204-3) connected between (204-1). The light blocking film 204-2 of this other aperture 204 is, for example, disk-shaped and is formed of an opaque material that blocks the central diffraction light S0, and is adjacent to the central diffraction light S0 at an equal distance from the central diffraction light S0. It is installed with a diameter provided between two diffracted lights (S1, S2).

제어부는 DMD(102), 조리개(104,204) 및 카메라(108)에 연결되어 구조조명 현미경 시스템(100)의 전반적인 동작을 제어하여, 특히 대물렌즈(110)의 배율과 개구수에 따라 조리개(104,204)의 내부 개구부의 직경을 설정하고, DMD(102)에 띄울 패턴에 대해 연산하며 원하는 주기와 방향을 갖는 구조조명을 발생시켜 샘플을 분석할 수 있다. The control unit is connected to the DMD (102), the aperture (104,204), and the camera (108) to control the overall operation of the structured illumination microscope system (100), in particular, the aperture (104,204) according to the magnification and numerical aperture of the objective lens (110). The sample can be analyzed by setting the diameter of the internal opening, calculating the pattern to be displayed on the DMD 102, and generating structured illumination with a desired period and direction.

이하, 본 발명의 다른 실시예에 따른 구조조명 현미경 시스템의 제어방법에 대해 도 4 내지 도 8을 참조하여 설명한다. 도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 구조조명 현미경 시스템의 제어방법을 설명하기 위한 순서도이고, 도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 구조조명 현미경 시스템의 제어방법에 따라 DMD 패턴을 생성하는 과정을 나타낸 예시도이며, 도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 구조조명 현미경 시스템의 제어방법에 따라 LUT로 저장하기 위한 3가지 조건을 설명하기 위한 예시도이며, 도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 구조조명 현미경 시스템의 제어방법에 따라 구조조명을 추출하는 과정을 나타낸 예시도들이며, 도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 구조조명 현미경 시스템의 제어방법에 따라 대물렌즈의 분해능 한계선을 기준으로 구조조명을 구현하는 과정을 설명하기 위한 예시도이다. Hereinafter, a control method of a structured illumination microscope system according to another embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 4 to 8. Figure 4 is a flowchart for explaining a control method of a structured illumination microscope system according to another embodiment of the present invention, and Figure 5 is a flow chart for generating a DMD pattern according to a control method of a structured illumination microscope system according to another embodiment of the present invention. It is an example diagram showing the process, and Figure 6 is an example diagram illustrating three conditions for saving as a LUT according to a control method of a structured illumination microscope system according to another embodiment of the present invention, and Figure 7 is another example of the present invention. These are illustrative diagrams showing the process of extracting structured illumination according to a control method of a structured illumination microscope system according to an embodiment, and Figure 8 shows the resolution limit line of the objective lens according to a control method of a structured illumination microscope system according to another embodiment of the present invention. This is an example diagram to explain the process of implementing structural lighting based on .

본 발명의 다른 실시예에 따른 구조조명 현미경 시스템의 제어방법은 도 4에 도시된 바와 같이 먼저 제어부가 시뮬레이션을 이용하여 일정 주기를 갖는 DMD 패턴을 생성한다(S410). In the control method of a structured illumination microscope system according to another embodiment of the present invention, as shown in FIG. 4, the control unit first generates a DMD pattern with a certain period using simulation (S410).

구체적으로, 도 5에 도시된 바와 같이 DMD(102)에 픽셀들의 배열방향으로 x축과 y축을 설정하고, x축과 y축으로 일정 주기를 갖는 DMD 패턴을 시뮬레이션으로 생성할 수 있다. Specifically, as shown in FIG. 5, the x-axis and y-axis can be set as the arrangement directions of pixels in the DMD 102, and a DMD pattern having a certain period in the x-axis and y-axis can be generated through simulation.

이렇게 생성된 DMD 패턴에 대해, 제어부는 DMD 패턴에 의해 발생하는 회절광에 대한 회절 연산을 수행한다(S420). For the DMD pattern generated in this way, the control unit performs a diffraction calculation on the diffracted light generated by the DMD pattern (S420).

DMD 패턴에 의해 발생하는 회절광의 각도 또는 위치는 DMD 패턴의 주기성에만 영향을 받으므로, 제어부는 x축과 y축으로 일정 주기를 갖는 DMD 패턴을 벡터로 나타내고, 근사함수 형태로 근사 표현할 수 있다. Since the angle or position of the diffracted light generated by the DMD pattern is affected only by the periodicity of the DMD pattern, the control unit can represent the DMD pattern with a certain period on the x-axis and y-axis as a vector and approximate it in the form of an approximation function.

예컨대, x축으로 10 픽셀 주기, y축으로 5 픽셀 주기를 갖는 DMD 패턴을 디락 빗 함수 (Dirac comb function)를 이용하여 아래의 [수학식 1]로 근사 표현할 수 있다. For example, a DMD pattern with a 10-pixel period on the x-axis and a 5-pixel period on the y-axis can be approximated using the Dirac comb function as [Equation 1] below.

여기서, 흰색은 on 상태를 나타내고, 검은색은 off 상태를 의미하며, d는 픽셀 한변의 길이를 나타낸다. 또한, 각 벡터 x1,2,3,4,5의 1은 on 상태이고, 0은 off 상태를 의미한다. Here, white indicates the on state, black indicates the off state, and d indicates the length of one side of the pixel. Additionally, 1 in each vector x 1,2,3,4,5 means on state, and 0 means off state.

이후, 제어부는 조리개(104)에 대응하는 푸리에 도메인에서 DMD 패턴에 의해 회절된 광의 결과를 2차원 푸리에 변환을 이용하여 아래의 [수학식 2]로 구할 수 있다. Afterwards, the control unit can obtain the result of light diffracted by the DMD pattern in the Fourier domain corresponding to the aperture 104 using the two-dimensional Fourier transform using [Equation 2] below.

여기서, u, v는 각각 x, y에 해당하는 공간 주파수이다. Here, u and v are the spatial frequencies corresponding to x and y, respectively.

이때, 10x5 주기를 갖는 DMD 패턴의 결과인 [수학식 2]를 일반적인 NxM 주기의 패턴(x축으로 N픽셀 주기, y축으로 M픽셀 주기)의 결과로 확장하면, 아래의 [수학식 3]으로 나타낼 수 있다. At this time, if [Equation 2], which is the result of a DMD pattern with a 10x5 cycle, is expanded to the result of a general NxM cycle pattern (N pixel cycle on the x-axis, M pixel cycle on the y-axis), [Equation 3] below It can be expressed as

[수학식 3]을 이용하면, DMD에 특정 주기의 DMD 패턴을 생성한 후 발생하는 광의 회절 결과를 푸리에 변환의 과정없이 고속으로 계산할 수 있다. Using [Equation 3], the diffraction results of light that occur after generating a DMD pattern of a specific period on the DMD can be calculated at high speed without the Fourier transform process.

이러한 [수학식 3]은 공간 주파수 도메인에서의 결과이고, 이러한 공간 주파수 도메인에서의 결과를 스페이스 도메인 또는 빛의 회절 각도 도메인으로 변환 가능하다. This [Equation 3] is a result in the spatial frequency domain, and the result in the spatial frequency domain can be converted to the space domain or the diffraction angle domain of light.

즉, 아래의 [수학식 4]를 이용하여 공간 주파수 도메인과 스페이스 도메인의 관계로 변환할 수 있다. In other words, it can be converted into the relationship between the spatial frequency domain and the space domain using [Equation 4] below.

또는, 아래의 [수학식 5]를 이용하여 공간 주파수 도메인과 회절 각도 도메인의 관계로 변환할 수 있다. Alternatively, it can be converted into the relationship between the spatial frequency domain and the diffraction angle domain using [Equation 5] below.

이때, λ는 레이저 광원부(101)에서 광원의 파장이고, f는 푸리에 도메인을 만들어주는 제 1 렌즈(103)의 초점거리이다. At this time, λ is the wavelength of the light source in the laser light source unit 101, and f is the focal length of the first lens 103 that creates the Fourier domain.

회절 연산을 수행한 후, 제어부는 원하는 구조 조명 주기를 만들어 내는 DMD 패턴을 찾기 위해 회절 결과가 3가지 조건을 만족하는지를 판단한다(S430). After performing the diffraction calculation, the control unit determines whether the diffraction result satisfies three conditions to find a DMD pattern that creates the desired structured illumination cycle (S430).

즉, 3가지 조건은 도 6을 참조하면, ① 중앙의 회절광(S0)으로부터 가장 가까운 거리에 회절된 광(S1,S2)이 2개만 존재해야 하고, ② 중앙의 회절광(S0)으로부터 가장 가까운 광(S1)과 두번째로 가까운 광(S3)의 거리 차이(R2-R1)가 특정값보다 커야하며, ③ DMD 패턴에서 픽셀 한칸을 밀었을 때 발생하는 위상 변화가 π/2 ×n(n=0,1,2,3,...) 이외의 값을 가져야한다. That is, the three conditions are, referring to FIG. 6, ① there must be only two diffracted lights (S1, S2) at the closest distance from the central diffracted light (S0), and ② there must be only two diffracted lights (S1, S2) at the closest distance from the central diffracted light (S0). The distance difference (R 2 -R 1 ) between the closest light (S1) and the second closest light (S3) must be greater than a certain value, and ③ the phase change that occurs when one pixel is moved in the DMD pattern is π/2 × n It must have a value other than (n=0,1,2,3,...).

구체적으로, ①의 조건을 만족시켜 중앙의 회절광(S0)을 차단하기 위해, 조리개(104,204)에서 내부 개구부의 중앙에 광차단대(104-2) 또는 광차단막(204-2)을 구비하고, 제어부가 조리개(104,204)의 개구부 크기를 조절하여 중앙의 회절광(S0)으로부터 가장 가까운 거리에 회절된 2개의 광(S1,S2)만 통과하게 한다. Specifically, in order to satisfy the condition ① and block the central diffracted light S0, a light blocking band 104-2 or a light blocking film 204-2 is provided at the center of the internal opening in the apertures 104 and 204, The control unit adjusts the size of the openings of the apertures 104 and 204 so that only the two lights S1 and S2 diffracted at the closest distance from the central diffracted light S0 pass through.

②의 조건은 중앙의 회절광(S0)으로부터 가장 가까운 거리에 회절된 2개의 광(S1,S2)만 통과시키고 이외의 광(S3)을 차단하기 위해 시스템에 따라 설정된 특정값을 기준으로 거리 차이(R2-R1)가 특정값보다 커야하는 조건으로, 특정값은 아래의 [수학식 6]을 갖는다. The condition of ② is the distance difference based on a specific value set according to the system in order to pass only the two lights (S1, S2) diffracted at the closest distance from the central diffracted light (S0) and block the other lights (S3). The condition is that (R 2 -R 1 ) must be greater than a specific value, and the specific value has [Equation 6] below.

여기서, d는 픽셀의 간격이고, D는 레이저 광원부(101)에서 레이저 광의 직경이다. Here, d is the spacing of pixels, and D is the diameter of the laser light in the laser light source unit 101.

이러한 특정값은 시스템에 따라 의존도가 있는 값이기 때문에 시스템의 상황에 따라 다르게 설정해줘야 한다. Since these specific values are dependent on the system, they must be set differently depending on the system situation.

③의 조건은 구조조명 현미경 이미지 복원에 필요한 조건으로, ③의 조건을 만족하지 못하면 구조조명 현미경 이미지를 복원하는 과정 중 오더 언믹싱(Order unmixing)이 불가능하게 되어 구조조명 현미경 이미지의 복원이 불가능하게 된다. The condition in ③ is a necessary condition for restoring the structured illumination microscope image. If the condition in ③ is not satisfied, order unmixing becomes impossible during the process of restoring the structured illumination microscope image, making restoration of the structured illumination microscope image impossible. do.

이러한 3가지 조건을 만족하는 회절 결과를 대응하는 DMD 패턴과 함께 LUT(Look Up Table)로 저장한다(S440). The diffraction results that satisfy these three conditions are saved as a Look Up Table (LUT) along with the corresponding DMD pattern (S440).

이러한 LUT 저장 단계(S440)까지의 전술한 과정은 도 5에 도시된 DMD 패턴 각각에 대해 모두 수행되고, 3가지 조건을 만족하는 회절 결과를 포함한 DMD 패턴 정보는 제어부에 연결된 데이터베이스(도시하지 않음)에 LUT의 분류표 형태로 저장될 수 있다. The above-described process up to the LUT storage step (S440) is performed for each DMD pattern shown in FIG. 5, and the DMD pattern information, including the diffraction results satisfying the three conditions, is stored in a database (not shown) connected to the control unit. It can be stored in the form of a classification table of LUT.

이렇게 저장된 LUT에 대해 제어부는 원하는 주기의 구조조명 패턴을 추출한다(S450). For the LUT stored in this way, the control unit extracts a structured lighting pattern of the desired cycle (S450).

예를 들어, 레이저 광원부(101)에서 광원의 파장이 405nm이고, 제 1 렌즈(103)와 제 2 렌즈(105)의 초점거리가 10cm이며, 픽셀 한변의 길이가 7.56㎛이며, DMD(102)의 틀어진 각도가 12.6°를 갖는 구조조명 현미경 시스템을 가정한다. For example, in the laser light source unit 101, the wavelength of the light source is 405 nm, the focal length of the first lens 103 and the second lens 105 is 10 cm, the length of one side of the pixel is 7.56 μm, and the DMD (102) Assume a structured illumination microscope system with a twist angle of 12.6°.

이러한 구조조명 현미경 시스템에서 원하는 구조조명의 주기가 25.3 ~ 26.3㎛인 경우의 구조조명 패턴을 추출하기 위해, 제어부는 먼저 도 7a에서 도 7b로 도시된 바와 같이 스페이스 도메인의 LUT에 대해 정사영 효과를 반영하여 변환한다. In order to extract a structured illumination pattern when the desired cycle of structured illumination is 25.3 ~ 26.3㎛ in this structured illumination microscope system, the control unit first reflects the orthographic effect on the LUT of the space domain as shown in Figures 7a to 7b. Convert it.

즉, 도 7a에 도시된 3가지 조건을 만족하는 모든 회절광을 표시한 스페이스 도메인의 LUT에 대해 제어부는 DMD(102)가 틀어진 12.6°의 각도로 패턴의 정사영 효과를 반영하여, 도 7b에 도시된 바와 같이 변환할 수 있다. That is, for the LUT of the space domain that displays all the diffracted light that satisfies the three conditions shown in FIG. 7A, the control unit reflects the orthographic effect of the pattern at an angle of 12.6° where the DMD 102 is tilted, as shown in FIG. 7B. It can be converted as shown.

정사영 효과를 반영하여 변환한 후, 도 7c에 도시된 바와 같이 제어부는 원하는 구조 조명의 주기에 따른 경계 범위를 임의로 설정한다. After conversion to reflect the orthographic effect, the control unit arbitrarily sets the boundary range according to the desired period of structural lighting, as shown in FIG. 7C.

즉, 제어부는 원하는 구조조명의 주기가 25.3 ~ 26.3㎛인 경우에 대응하여 도 7c에서처럼 25.3㎛의 주기를 갖는 파란원과 26.3㎛의 주기를 갖는 빨간원의 경계 범위를 설정할 수 있다. That is, the control unit can set the boundary range of the blue circle with a period of 25.3 ㎛ and the red circle with a period of 26.3 ㎛, as shown in FIG. 7C, in response to the case where the desired period of structural lighting is 25.3 ~ 26.3 ㎛.

이러한 경계 범위에 대해, 도 7d에 도시된 바와 같이 제어부는 경계 범위에 있는 회절광 패턴만을 남기고 삭제한다. For this boundary range, as shown in FIG. 7D, the control unit deletes only the diffraction light pattern in the boundary range.

남겨진 회절광 패턴에 대해, 도 7e에 도시된 바와 같이 제어부는 임의의 각도를 갖는 회절광 패턴들을 선택한다. For the remaining diffraction light patterns, the control unit selects diffraction light patterns having arbitrary angles, as shown in FIG. 7E.

이렇게 선택된 회절광 패턴들에 대해 조리개(104)의 위치에서 촬상장치로 촬상하면, 제어부는 도 7f에 도시된 바와 같은 영상 이미지를 획득할 수 있다. When the selected diffraction light patterns are captured by an imaging device at the position of the aperture 104, the control unit can obtain an image as shown in FIG. 7F.

이와 같이 LUT를 이용하면 원하는 주기의 구조조명을 만들어 주는 DMD 패턴을 매우 빠르게 찾아 적용하고, 샘플 거치대(120)의 샘플에 원하는 주기의 구조조명을 조사하여 분석할 수 있다. In this way, by using the LUT, it is possible to very quickly find and apply a DMD pattern that creates structured lighting of a desired cycle, and analyze the structured lighting of the desired cycle by examining the sample in the sample holder 120.

특히, 제어부는 다양한 대물렌즈를 구조조명 현미경 시스템에 선택하여 적용하기 위해, 도 8에 도시된 바와 같이 대물렌즈(110)의 배율에 따라 상이한 분해능 한계선을 참조하여 분해능 한계선에 가까운 주기를 갖는 DMD 패턴을 LUT에서 추출하여 발생한 구조조명을 샘플에 조사한다. In particular, in order to select and apply various objective lenses to the structured illumination microscope system, the control unit refers to different resolution limit lines according to the magnification of the objective lens 110, as shown in FIG. 8, and selects a DMD pattern with a period close to the resolution limit line. The structured lighting generated by extracting from the LUT is examined on the sample.

이때, 제어부는 조리개(104,204)의 개구부 크기를 대물렌즈(110)의 배율과 개구수에 따라 상이한 분해능 한계선에 맞춰 설정하여, 다양한 대물렌즈가 하나의 구조조명 현미경 시스템에 사용될 수 있도록 한다. At this time, the control unit sets the opening sizes of the apertures 104 and 204 to different resolution limits according to the magnification and numerical aperture of the objective lens 110, so that various objective lenses can be used in one structured illumination microscope system.

이와 같이 본 발명의 다른 실시예에 따른 구조조명 현미경 시스템의 제어방법은 DMD(102)에 띄우는 DMD 패턴을 고속 연산하고 원하는 주기의 구조조명을 용이하게 추출하여 높은 분해능으로 샘플을 분석할 수 있다. As such, the control method of the structured illumination microscope system according to another embodiment of the present invention can analyze the sample with high resolution by calculating the DMD pattern displayed on the DMD 102 at high speed and easily extracting structured illumination of the desired cycle.

본 발명의 기술사상은 상기 바람직한 실시예에 따라 구체적으로 기술되었으나, 전술한 실시예들은 그 설명을 위한 것이며, 그 제한을 위한 것이 아님을 주의하여야 한다. Although the technical idea of the present invention has been described in detail according to the above preferred embodiments, it should be noted that the above-described embodiments are for illustrative purposes only and are not intended for limitation.

또한, 본 발명의 기술분야의 통상의 전문가라면 본 발명의 기술사상의 범위 내에서 다양한 실시가 가능함을 이해할 수 있을 것이다. Additionally, an expert in the technical field of the present invention will understand that various implementations are possible within the scope of the technical idea of the present invention.

100: 구조조명 현미경 시스템 101: 레이저 광원부
102: DMD 103: 제 1 렌즈
104, 204: 조리개 104-1, 204-1: 하우징
104-2: 광차단대 105: 제 2 렌즈
106: 반사판 107: 다이크로익 미러
108: 카메라 109: 제 3 렌즈
110: 대물렌즈 120: 샘플 거치대
204-2: 광차단막 204-3: 와이어
100: Structured illumination microscope system 101: Laser light source unit
102: DMD 103: first lens
104, 204: Aperture 104-1, 204-1: Housing
104-2: Light blocking zone 105: Second lens
106: Reflector 107: Dichroic Mirror
108: camera 109: third lens
110: Objective lens 120: Sample holder
204-2: Light blocking film 204-3: Wire

Claims (8)

레이저 광원부의 레이저광이 조사되는 DMD(Digital Micromirror Device);
상기 DMD에서 반사된 광 경로에 구비된 제 1 렌즈와 제 2 렌즈;
상기 제 1 렌즈와 제 2 렌즈 사이에 구비된 조리개;
상기 제 2 렌즈의 후방에 구비된 반사판;
상기 반사판에 대응하여 이격되고, 카메라와 제 3 렌즈 사이에 구비된 다이크로익 미러(dichroic mirror);
상기 제 3 렌즈를 투과한 광을 집광하여 샘플 거치대의 샘플에 조사하는 대물렌즈; 및
상기 DMD, 상기 조리개 및 상기 카메라에 연결된 제어부;를 포함하며,
상기 조리개는 조리개의 하우징 및 상기 조리개의 하우징에 형성된 개구부의 중앙부분을 가로질러 구비된 광차단대를 포함하고,
상기 광차단대는 중앙의 회절광(S0)을 차단하는 불투명한 재질로 형성되며, 상기 중앙의 회절광(S0)으로부터 같은 거리로 이격된 인접한 두 개의 회절광(S1,S2) 사이에 구비되는 폭을 갖는 것을 특징으로 하는 구조조명 현미경 시스템.
DMD (Digital Micromirror Device) to which the laser light from the laser light source is irradiated;
a first lens and a second lens provided in the optical path reflected from the DMD;
an aperture provided between the first lens and the second lens;
a reflector provided behind the second lens;
a dichroic mirror spaced apart from the reflector and provided between the camera and a third lens;
an objective lens that condenses the light transmitted through the third lens and irradiates it to the sample on the sample holder; and
It includes a control unit connected to the DMD, the aperture, and the camera,
The aperture includes a housing of the aperture and a light blocking band provided across a central portion of an opening formed in the housing of the aperture,
The light blocking zone is formed of an opaque material that blocks the central diffraction light (S0), and has a width provided between two adjacent diffraction lights (S1, S2) spaced at the same distance from the central diffraction light (S0). A structured illumination microscope system characterized by having a.
레이저 광원부의 레이저광이 조사되는 DMD(Digital Micromirror Device);
상기 DMD에서 반사된 광 경로에 구비된 제 1 렌즈와 제 2 렌즈;
상기 제 1 렌즈와 제 2 렌즈 사이에 구비된 조리개;
상기 제 2 렌즈의 후방에 구비된 반사판;
상기 반사판에 대응하여 이격되고, 카메라와 제 3 렌즈 사이에 구비된 다이크로익 미러(dichroic mirror);
상기 제 3 렌즈를 투과한 광을 집광하여 샘플 거치대의 샘플에 조사하는 대물렌즈; 및
상기 DMD, 상기 조리개 및 상기 카메라에 연결된 제어부;를 포함하며,
상기 조리개는 조리개의 하우징, 상기 조리개의 하우징에 형성된 개구부의 중앙에 구비된 광차단막 및 상기 광차단막과 상기 조리개의 하우징 사이를 연결한 세 개의 와이어를 포함하고,
상기 광차단막은 원판형으로 중앙의 회절광(S0)을 차단하는 불투명한 재질로 형성되고, 상기 중앙의 회절광(S0)으로부터 같은 거리로 이격된 인접한 두 개의 회절광(S1,S2) 사이에 구비되는 직경을 갖는 것을 특징으로 하는 구조조명 현미경 시스템.
DMD (Digital Micromirror Device) to which the laser light from the laser light source is irradiated;
a first lens and a second lens provided in the optical path reflected from the DMD;
an aperture provided between the first lens and the second lens;
a reflector provided behind the second lens;
a dichroic mirror spaced apart from the reflector and provided between the camera and a third lens;
an objective lens that condenses the light transmitted through the third lens and irradiates it to the sample on the sample holder; and
It includes a control unit connected to the DMD, the aperture, and the camera,
The aperture includes a housing of the aperture, a light blocking film provided at the center of an opening formed in the housing of the aperture, and three wires connected between the light blocking film and the housing of the aperture,
The light blocking film is disk-shaped and formed of an opaque material that blocks the central diffraction light (S0), and is formed between two adjacent diffraction lights (S1 and S2) spaced at the same distance from the central diffraction light (S0). A structured illumination microscope system characterized by having a diameter provided.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 제어부는 상기 대물렌즈의 배율과 개구수에 따라 상기 조리개의 개구부 크기를 조절하여 분해능 한계선에 맞추는 것을 특징으로 하는 구조조명 현미경 시스템.
The method of claim 1 or 2,
A structured illumination microscope system, wherein the control unit adjusts the size of the opening of the aperture according to the magnification and numerical aperture of the objective lens to meet the resolution limit.
삭제delete (A) 제어부가 DMD 패턴을 생성하는 단계;
(B) 상기 제어부는 상기 DMD 패턴에 의해 발생하는 회절광에 대한 회절 연산을 수행하는 단계;
(C) 상기 제어부는 원하는 구조 조명 주기를 만들어 내는 DMD 패턴을 찾기 위해 상기 회절 연산의 결과가 3가지 조건을 만족하는지를 판단하는 단계;
(D) 상기 제어부는 상기 3가지 조건을 만족하는 상기 회절 연산의 결과를 대응하는 DMD 패턴과 함께 LUT(Look Up Table)로 저장하는 단계; 및
(E) 상기 제어부는 상기 저장된 LUT에 대해 원하는 주기의 구조조명 패턴을 추출하는 단계;
를 포함하는 구조조명 현미경 시스템의 제어방법.
(A) the control unit generates a DMD pattern;
(B) the control unit performing a diffraction operation on diffraction light generated by the DMD pattern;
(C) the control unit determining whether the result of the diffraction calculation satisfies three conditions in order to find a DMD pattern that creates a desired structured illumination cycle;
(D) the control unit storing the results of the diffraction calculation satisfying the three conditions together with the corresponding DMD pattern as a Look Up Table (LUT); and
(E) the control unit extracting a structured lighting pattern of a desired period for the stored LUT;
A control method of a structured illumination microscope system comprising.
제 5 항에 있어서,
상기 (B) 단계는
(B-1) 상기 DMD 패턴을 벡터로 나타내고, 근사함수 형태로 근사 표현하는 단계; 및
(B-2) 상기 근사함수 형태에 대해 2차원 푸리에 변환을 수행하는 단계;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 구조조명 현미경 시스템의 제어방법.
According to claim 5,
The step (B) is
(B-1) representing the DMD pattern as a vector and approximately expressing it in the form of an approximation function; and
(B-2) performing a two-dimensional Fourier transform on the approximate function form;
A control method for a structured illumination microscope system comprising:
제 5 항에 있어서,
상기 (C) 단계에서 상기 3가지 조건은 ①중앙의 회절광(S0)으로부터 가장 가까운 거리에 회절된 광(S1,S2)이 2개만 존재하는지 여부, ②중앙의 회절광(S0)으로부터 가장 가까운 광(S1)과 두번째로 가까운 광(S3)의 거리 차이(R2-R1)가 특정값보다 큰 값을 갖는지 여부 및 ③DMD 패턴에서 픽셀 한칸을 밀었을 때 발생하는 위상 변화가 π/2×n(n=0,1,2,3,...) 이외의 값을 갖는지 여부를 포함하는 것을 특징으로 하는 구조조명 현미경 시스템의 제어방법.
According to claim 5,
In step (C), the three conditions are ① whether there are only two diffracted lights (S1, S2) at the closest distance from the central diffracted light (S0), ② whether there are only 2 diffracted lights (S1, S2) at the closest distance from the central diffracted light (S0). Whether the distance difference (R2-R1) between the light (S1) and the second closest light (S3) has a value greater than a certain value, and ③ the phase change that occurs when one pixel is pushed in the DMD pattern is π/2×n( A control method for a structured illumination microscope system, including whether it has a value other than n=0,1,2,3,...).
제 5 항에 있어서,
상기 (E) 단계는
(E-1) 상기 저장된 LUT에 대해 스페이스 도메인에서 정사영을 반영하여 변환하는 단계;
(E-2) 상기 원하는 구조 조명의 주기에 따른 경계 범위를 임의로 설정하는 단계;
(E-3) 상기 경계 범위에 있는 회절광 패턴만을 남기고 삭제하는 단계; 및
(E-4) 남겨진 회절광 패턴에 대해 임의의 각도를 갖는 회절광 패턴을 선택하는 단계;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 구조조명 현미경 시스템의 제어방법.
According to claim 5,
The step (E) is
(E-1) converting the stored LUT by reflecting an orthogonal projection in the space domain;
(E-2) arbitrarily setting a boundary range according to the desired cycle of structural lighting;
(E-3) deleting only the diffraction light pattern in the boundary range; and
(E-4) selecting a diffraction light pattern having an arbitrary angle with respect to the remaining diffraction light pattern;
A control method for a structured illumination microscope system comprising:
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