KR20020084786A - 선형 선 스캐닝을 이용하는 공초점 영상 형성 장치 및 방법 - Google Patents

선형 선 스캐닝을 이용하는 공초점 영상 형성 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

슬릿 공초점(slit confocal) 기능과 1차원 광학 영상 획득 기능을 결합한 영상 형성 장치 및 방법으로서, 대상물에 선(line) 모양으로 집속(focusing)된 빛의 선형 선 스캐닝(linear line-scanning)을 통하여 대상물에 대한 3차원 거리 영상(three dimensional range image)을 획득하는 장치 및 방법이 제공된다.
본 발명에 따르면, 두 개의 원통형 렌즈와 슬릿 모양의 구멍을 갖는 마스크로 구성된 슬릿 공초점 광학 구조를 이용하여, 대상물에 빛을 선 모양으로 집속하고, 빛이 집속되는 지점으로부터 발산되는 빛만을 영상 정보를 담는 신호로서 받아들인다. 대상물의 2차원 또는 3차원 영상 정보를 얻기 위해서는, 선 모양으로 집속된 빛을 선형(linear)으로 스캐닝하면서 정보를 수집하는 선형 선 스캐닝 방식을 이용한다. 특히, 선형 선 스캐닝 방식으로 빛을 스캐닝할 때 생기는 빛의 광로 길이 변화를 실시간으로 보정하는 실시간 광로 길이 보정 수단을 이용하여 광로 길이 변화가 영상 획득에 미치는 영향을 제거한다.

Description

선형 선 스캐닝을 이용하는 공초점 영상 형성 장치 및 방법{CONFOCAL IMAGE FORMING APPARATUS AND METHOD USING LINEAR LINE-SCANNING}
본 발명은 공초점 영상 형성 장치 및 방법에 관한 것으로서, 특히 마크로스코프(macroscope)로서 유용하게 사용될 수 있는 공초점 영상 형성 장치 및 방법에 관한 것이다.
종래, 공초점 영상 형성 장치로서 세포 생물학 분야 및 반도체 칩 검사 분야에서 널리 사용되고 있는 공초점 스캐닝 마이크로스코프(microscope)가 알려져 있다. 공초점 스캐닝 마이크로스코프는 관찰하고자 하는 대상물(샘플)의 영역에집속된 빛을 스캐닝하면서 샘플로부터 발산되는 광을 검출하여 샘플의 영상을 형성한다.
도 1은 종래의 공초점 스캐닝 마이크로스코프의 개략도이다. 도시한 바와 같이, 종래의 공초점 스캐닝 마이크로스코프(10)는 광원(12), 빔 공간필터/확장기(14), 빔 스플리터(16), 스캐닝 장치(18), 원형 대물 렌즈(20), 원형 수광 렌즈(22), 바늘구멍(pinhole) 마스크(23) 및 영상 처리계(26)를 포함한다.
광원(12)으로부터 조사된(illuminated) 빛은 빔 공간필터/빔확장기(14)를 통과하면서 확장되어 평행빔(collimated beam)으로 만들어진 후 빔 스플리터(16)에 의해 스캐닝 장치(18) 쪽으로 유도된다. 이어서, 빛은 스캐닝 장치(18) 및 원형 대물 렌즈(20)에 의해 한 번에 하나의 초점씩 샘플(8) 상에 집속된다. 샘플(8)로부터 발산되는 빛은 빔 스플리터(16)를 통과하여 원형 수광 렌즈(22)에 의해 수집되어서 바늘구멍 마스크(23)로 수렴된다. 이 때, 샘플(8) 상의 초점에서 발산한 빛은 마스크(23)에 형성되어 있는 바늘구멍(24)을 통과하여 영상 처리계(26)에 제공되지만, 초점에서 벗어난 위치로부터 발산된 빛은 바늘구멍을(24)을 통과하지 못한다. 따라서, 샘플 상의 의도된 점들에 집속된 빛으로부터의 정보만이 최종 영상 형성에 반영되므로 뛰어난 3차원적 공간 분해능을 갖는다. 특히, 생체와 같이 빛에 대한 산란(scattering)이 심한 물질로 이루어진 물체의 내부를 영상화하는 데에 매우 유용하게 사용될 수 있다.
그러나, 이와 같은 바늘구멍 마스크(23)를 사용하는 공초점 스캐닝 마이크로스코프(10)에서는, 텔레비젼(TV) 주사선 방식의 점 스캐닝(point scanning)을 해야하기 때문에 영상을 얻는 데에 시간이 많이 걸리는 문제점이 있다. 또한, 이러한 공초점 스캐닝 마이크로스코프의 영상필드(image field)의 크기는 수십×수십㎛2정도이므로, 비교적 큰 샘플에는 적용하기 곤란하다.
또 다른 종래 기술로서, 빛의 효율성을 도모하고 스캐닝 속도를 향상시키고자, 선(line) 모양의 빛을 이용하는 슬릿 마이크로스코프(slit microscope)가 제안된 바 있다. 이 장치는 영상프레임(image frame)을 얻기 위하여, 갈바노 거울(galvano mirror)의 1차원적 회전 진동을 이용하여 선 모양 빔을 거울의 회전축을 중심으로 하는 원주를 따라 스캐닝시키는 원형 선 스캐닝(circular line scanning)방식을 사용한다. 그러나, 원형 선 스캐닝 방식은 회전 거울의 중심으로부터 샘플까지의 거리에 비하여 얻고자 하는 샘플의 크기가 작아서 회전 곡률을 무시할 수 있는 경우에만 적용할 수 있다. 따라서 큰 샘플의 영상 획득을 목적으로 하는 마크로스코프에 그대로 확장 적용하기는 곤란하다.
한편, 영상필드의 크기가 7.5×7.5 ㎝2인 공초점 마크로스코프가 제안되어 있다 [웹 사이트 "www.confocal.com" 참조]. 그러나, 이 공초점 마크로스코프도 TV 주사선 방식의 점 스캐닝을 이용하고 있으므로, 영상을 얻는 데에 걸리는 시간이 길다.
본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 공초점 광학 기능, 1차원 광학 영상 획득 기능, 선형 선 스캐닝을 이용하여 3차원 거리 영상 정보를 얻으면서 영상프레임의 획득 속도를 줄이고 영상필드의 크기를 늘일 수 있는 영상 형성 장치 및 방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
본 발명의 일 특징에 따르면, 제1 조사빛(illuminating beam)을 제공하는 조사(illuminating) 수단, 상기 조사 수단으로부터의 상기 제1 조사빛을 입사받아서 상기 대상물의 소정 위치에 선(line) 모양의 제1 빛선(light-line)으로 집속하고, 상기 제1 빛선이 상기 대상물에 의하여 산란되어 나오는 빛을 수집하는 제1 집속 수단 - 상기 제1 빛선의 길이 방향을 Y축 방향이라 하고, 상기 제1 집속 수단을 지나서 상기 대상물로 진행하는 빛의 광축 방향을 Z축 방향이라 하고, 서로 수직인 상기 Y축 방향 및 상기 Z축 방향에 수직인 방향을 X축 방향이라 함 -, 상기 제1 집속 수단으로부터의 상기 제1 빛선을 상기 대상물의 선정된 면을 따라서 스캐닝하는 스캐닝 수단, 상기 제1 집속 수단에 의하여 수집된 빛을 입사받아서 선 모양의 제2 빛선으로 집속하는 제2 집속 수단, 상기 스캐닝 수단과 연동하도록 배치되어, 상기 스캐닝 수단에 의하여 상기 제1 빛선을 스캐닝할 때 생기는 빛의 광로 길이 변화를 실시간으로 보정하여 광로 변화의 영향을 제거하는 실시간 광로 보정 수단, 상기 제2 집속 수단과 연계하여, 상기 제2 빛선을 통과시키는 통과 수단, 및 상기 통과 수단을 통과한 상기 제2 빛선으로부터 영상 처리에 필요한 정보들을 검출하여 상기 대상물에 대한 영상을 형성하는 영상 처리 수단을 포함하는 공초점 영상 형성 장치가 제공된다.
본 발명의 다른 특징에 따르면, 대상물의 영상을 형성하는 공초점 영상 형성 방법에 있어서, 제1 조사빛을 제공하는 단계, 상기 제1 조사빛을 상기 대상물의 소정 위치에 선 모양의 제1 빛선으로 집속하고, 상기 제1 빛선이 상기 대상물에 의하여 산란되어 나오는 빛을 수집하는 단계 - 상기 제1 빛선의 길이 방향을 Y축 방향이라 하고, 상기 대상물로 진행하는 빛의 광축 방향을 Z축 방향이라 하고, 서로 수직인 상기 Y축 방향 및 상기 Z축 방향에 수직인 방향을 X축 방향이라 함 -, 상기 제1 빛선을 상기 대상물의 선정된 면을 따라 주사하는 단계, 상기 제1 빛선이 상기 대상물에 의하여 산란된 후에 수집된 빛을 선 모양의 제2 빛선으로 집속하는 단계, 상기 제1 빛선을 스캐닝할 때 생기는 빛의 광로 길이 변화를 실시간으로 보정하여 광로 변화의 영향을 제거하는 단계, 및 상기 집속된 제2 빛선을 추출하여 상기 제2 빛선으로부터 영상 처리에 필요한 정보들을 검출하여 상기 대상물에 대한 영상을 형성하는 단계를 포함하는 공초점 영상 형성 방법이 제공된다.
도 1은 종래의 공초점 스캐닝 마이크로스코프의 개략도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 공초점 영상 형성 장치의 개략도.
도 3은 도 2에 도시한 슬릿형 마스크의 일 예를 도시한 도면.
도 4는 도 2에 도시한 광학 영상(optical image) 처리계의 일 예를 도시한 도면.
도 5는 도 4에 도시한 영상 구성 및 분석부(410)와 접속되는 다른 장치들의 예를 도시한 도면.
도 6은 도 2에 도시한 스캐닝 장치(200)의 개략적인 구성도.
도 7은 도 6에 도시한 스캐닝 장치(200)에 부가되는 스텝 선형 선 스캐닝(stepped linear line-scanning) 장치의 개략적인 구성도.
도 8은 도 2에 도시한 빔 공간필터/확장기(101)와 빔 스플리터(104)간에 추가 광원부(110a)가 제공되는 예를 도시한 도면.
도 9는 도 2 내지 도 8에 도시한 각 구성부를 조합하여 형성한 공초점 영상 형성 장치의 전체적인 구성도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
100 : 광원
101 : 빔 공간필터/확장기
104 : 빔 스플리터
200 : 스캐닝 장치
206 : 원통형 대물 렌즈
207 : 샘플
210 : 초점면(focal plane)
300 : 원통형 수광 렌즈
310 : 슬릿형 마스크
311 : 슬릿
320 : 광학 영상 처리계
다음으로, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 설명한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 공초점 영상 형성 장치의 개략도이다. 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 공초점 영상 형성 장치(1)는 광원(100), 빔 공간필터/확장기(101), 빔 스플리터(104), 스캐닝 장치(200), 원통형 대물 렌즈(206), 원통형 수광 렌즈(300), 슬릿형 마스크(310) 및 광학 영상 처리계(320)를 포함하고 있다.
광원(100)은 레이저 빛과 같은 빛을 조사한다.
빔 공간필터/확장기(101)는 광원(100)으로부터 조사된 빛의 세기를 조절하고공간필터링(spatial filtering)을 한다. 그리고, 빛의 단면을 알맞은 모습으로 변형 확장시키고 적어도 XZ평면에서는 평행으로 진행하는 빛을 만드는 역할을 한다. 이 때, 후술할 원통형 대물 렌즈(206)의 개구(aperture)와 교차하는 빛의 단면적은 사각 형태(rectangular)이며, 이 단면적 내에서 빛의 세기 분포가 균일하게 될 수 있도록 한다. 이로써, 빛이 원통형 대물 렌즈(206)에 의하여 샘플 영역에서 선 모양으로 집속될 때 선의 길이 방향으로 빛의 세기가 균일한 분포를 가질 수 있다.
빔 스플리터(104)는 빔 공간필터/확장기(101)로부터의 빛을 스캐닝 장치(200)로 유도하는 한편, 스캐닝 장치(200)로부터의 빛을 원통형 수광 렌즈(300)로 유도한다.
스캐닝 장치(200)는 빔 스플리터(104)로부터의 빛을 원통형 대물 렌즈(206)를 통하여 샘플(207)의 특정한 면(210)을 따라 주사하게 한다. 이러한 스캐닝 장치(200)에 대해서는 나중에 상세히 설명한다.
원통형 대물 렌즈(206)는 원통축 방향이 Y축 방향과 평행하고 광축 방향이 Z축 방향과 평행하게 배치되며, 스캐닝 장치(200)와 연동하도록 구성된다. 이러한 원통형 대물 렌즈(206)는 스캐닝 장치(200)로부터의 빛을 샘플(207)로 진행시켜, 원통형 대물 렌즈(206)의 초점면(focal plane: 210)에서 선(line) 모양으로 집속 [이하, "선 집속(line-focusing)"이라고도 함]한다. 이 때, 선 모양으로 집속되는 빛 [이하, "빛선(light-line)"이라고도 함]의 길이 방향은 Y축 방향과 평행하게 된다. 원통형 대물 렌즈(206)를 통과하여 샘플(207)에 집속되는 빛은 샘플(207)에 의하여 산란되어 일부분이 원통형 대물 렌즈(206)의 개구(aperture) 안으로 다시입사된다. 이들 빛 중에서 원통형 대물 렌즈(206)의 초점면(210)에 집속된 빛으로부터 산란되어 온 빛만이 원통형 대물 렌즈(206)를 통과한 후에 XZ평면에서 광로를 따라 평행하게 진행한다. 이 때, 원통형 대물 렌즈(206)는 Y축 방향으로는 렌즈 작용을 하지 않으므로, XZ평면과 수직인 면에서는 빛의 진행 방향이 대상물에서 산란된 방향을 그대로 유지한다 [이하, 이러한 빛을 "XZ 평면 평행빔"이라고 함]. 이러한 XZ 평면 평행빔은 스캐닝 장치(200) 및 빔 스플리터(104)를 거쳐 원통형 수광 렌즈(300)에 입사된다.
원통형 수광 렌즈(300)는, 원통축 방향이 Y축 방향과 평행하고 광축 방향이 X축 방향과 평행하게 배치된다. 원통형 수광 렌즈(300)는 XZ 평면 평행빔을 원통형 수광 렌즈(300)의 초점면에 선 모양으로 집속한다.
슬릿형 마스크(310)는 폭이 매우 좁은 슬릿(311)을 가지고 있으며, 원통형 수광 렌즈(300)의 초점면에 선 모양으로 집속된 빛만이 슬릿(311)을 통과하여 추출되도록 배치된다.
도 3은 본 발명에 따른 슬릿형 마스크(310)의 일 예를 도시한다. 도 3에서, 슬릿(311)의 중심은 원통형 수광 렌즈(300)의 광축에 위치하고, 슬릿(311)의 길이 방향은 Y축 방향과 평행하다. 이로써, 슬릿형 마스크(310)의 슬릿(311)을 통해서 광학 영상 처리계(320)로 진행할 수 있는 빛은 원통형 수광 렌즈(300)에 XZ 평면 평행빔으로서 입사한 빛으로 한정된다. 즉, 샘플(207)의 여러 부분에서 산란된 빛들 중에서 원통형 대물 렌즈(206)의 초점면(210)에 집속된 빛선의 위치로부터 산란되어 온 빛만이 선 모양으로 슬릿형 마스크(310)를 지나 광학 영상 처리계(320)로진행할 수 있다. 이하, 이러한 두 개의 원통형 렌즈와 슬릿형 마스크(310)를 이용하여 위와 같이 샘플의 정보를 포함하는 선 모양의 빛을 얻는 기능을 "슬릿 공초점 광학 기능"이라 한다.
다시 도 2를 참조하면, 광학 영상 처리계(320)는 슬릿형 마스크(310)를 통과한 선 모양의 빛으로부터 샘플에 대한 정보를 검출하여 샘플(207)에 대한 영상을 형성한다.
도 4는 본 발명에 따른 광학 영상 처리계(320)의 일 예를 도시한다. 이 광학 영상 처리계(320)는 광학 영상 데이터 획득부(32) 및 영상 구성 및 분석부(400)를 포함하고 있다.
광학 영상 데이터 획득부(32)는 영상 형성 광학계(imaging optics: 321), 선 검광 소자(line detector: 322), 데이터 획득부(323), 제어부(324), 스캐닝 및 위치결정 드라이버(325)를 포함하며, 슬릿형 마스크(310)를 통과한 빛선으로부터 샘플(207)의 Y축 방향 정보를 얻는 과정을 반복하여 샘플(207)에 대한 광학 영상의 원시 데이터(raw data)를 얻는 기능을 한다. 보다 구체적으로, 상술한 슬릿 공초점 광학 기능을 제공하는 광학계는 빛선의 길이 방향 (즉, Y축 방향)에 대해서는 어떠한 광학적 영향도 없다. 따라서, 슬릿형 마스크(310)를 통과하여 나온 빛선으로부터 샘플(207)의 Y축 방향 정보를 얻으려면 별도의 1차원 광학 영상 획득 기능이 필요하다.
영상 형성 광학계(321)는, 슬릿형 마스크(310)를 통과하여 나온 빛선이 선 검광 소자(322)의 검광면(detecting area)에 최적의 크기로 선명하게 영상이 맺히도록 한다. 선 검광 소자(322)는 검광면에 맺힌 1차원 빛선의 세기 분포를 그에 비례하는 전기 신호로 바꾼다. 데이터 획득부(323)는 제어부(324)의 제어 신호에 따라서 선 검광 소자(322)로부터 나오는 전기 신호를 받아들이고 디지털화하여 선 화소(line pixel) 정보로서 임시로 저장하거나, 또는 저장된 정보를 영상 구성 및 분석부(400)에 제공한다. 스캐닝 및 위치결정 드라이버(325)는 제어부(324)의 제어 신호에 따라서 후술할 스캐닝 장치(200) 내에 포함된 모든 스캐닝 스테이지의 스캐닝 및 위치 결정을 위한 모터들(201a, 202a, 203a: 도 6 참조)을 구동한다. 제어부(324)는 영상 구성 및 분석부(400)를 통하여 전달되는 외부로부터의 명령 신호에 따라서, 샘플의 여러 위치로부터 정보를 얻기 위하여, 데이터 획득부(323)와 스캐닝 및 위치결정 드라이버의 작동을 동기(synchronizing)시켜서 제어하는 기능을 갖는다.
영상 구성 및 분석부(400)는 광학 영상 데이터 획득부(32) 내의 데이터 획득부(323)로부터 입력되는 샘플에 대한 원시 데이터(raw data)를 조합하여 샘플(207)의 2차원적 또는 3차원적 구조를 합성하거나 필요한 물리량을 분석하여 다른 장치로 보내준다. 또한, 외부로부터의 동작 명령 신호를 광학 영상 데이터 획득부(32) 내의 제어부(324)에 전달함으로써 광학 영상 데이터 획득부를 원하는 방식으로 구동시킨다.
도 5는 영상 구성 및 분석부(400)와 접속되는 다른 장치들의 예를 도시한다.
입/출력기(410)는 외부의 사용자 또는 다른 장치로부터 동작 명령을 입력받아서 광학 영상 처리계(320) 내의 영상 구성 및 분석부(400)와 화면기(420)에 전달하는 기능과 영상 구성 및 분석부(400)의 결과 신호를 다른 장치로 전달하는 기능을 한다.
화면기(420)는 영상 구성 및 분석부(400), 입/출력기(410) 또는 본 장치에 연결되어 있는 기타의 다른 장치들 [예를 들어, 후술하는 보조 영상 장치(430)]로부터 신호를 받아서 화면으로 출력하는 기능을 갖는다.
CCD 카메라(charge coupled device camera: 431)와 실시간 프레임 그래버 및 프로세서(real time frame grabber and processor: 432)로 구성되는 보조 영상 장치(430)는 샘플(207)의 확대 영상을 실시간으로 화면기(420)에 제공한다. 보다 구체적으로, 사용자가 샘플(207)을 육안으로 관찰하면서 빛의 스캐닝 위치를 정하고자 할 때, 샘플(207)의 크기가 수 mm 정도로 작아서 장치 조작이 어려운 경우에 샘플(207)을 수배 내지 수십배 확대하여, 사용자의 관찰 및 장치 조작을 용이하게 해준다. 이러한 보조 영상 장치(430)는 공초점 영상 형성 장치에서 빛이 진행하는 광로로부터 정보를 얻지 않고 빛이 샘플로부터 직접 장치에 이르는 독립적인 광로를 이용하여 2차원 영상을 획득한다. 이로써, 공초점 영상 형성 장치에서 진행하는 빛의 광로 상에 적당한 광학 소자들을 삽입하여 샘플(207)의 확대 영상을 얻는 경우에 비하여, 공초점 영상 형성 장치(1)의 주요 광학 기능에 영향이 미치는 것을 방지할 수 있다. 또한, 이러한 독립적인 2차원 영상 획득 장치를 영상 구성 및 분석부(400)와 연동시키는 경우, 2차원 실시간 영상 정보와 공초점 거리 영상 정보를 조합하여 분석하는 등의 다양한 응용 기능이 제공될 수 있다.
다음으로, 도 6을 참조하여 스캐닝 장치(200)에 대해 보다 상세히 설명한다.
도 6은 도 2에 도시한 스캐닝 장치(200)의 개략적인 구성도로서, 원통형 대물 렌즈(206)가 스캐닝 장치(200) 내에 포함되어 있는 예를 도시한다. 도시한 바와 같이, 이 스캐닝 장치(200)는 선형 선 스캐닝(linear line-scanning) 기능을 하는 부분(201, 202, 205)과 실시간 자동 광로 보정 기능을 하는 부분(203, 204)으로 구성되어 있다.
먼저, 선형 선 스캐닝 기능에 대해 설명하면, 샘플(207)의 2차원적 또는 3차원적 정보를 획득하기 위해서는, 원통형 대물 렌즈(206)에 의하여 샘플(207)에 선 집속된 빛선을 스캐닝하면서 정보를 획득하여야 한다. 이를 위하여, 본 실시예에서는, 빛선을 X축 방향과 Z축 방향으로 독립적으로 선형 스캐닝을 행한다. 이러한 두 개의 독립된 선형 스캐닝을 조합하면 임의의 원하는 면을 따른 영상프레임을 획득할 수 있다. 일반적으로, 광축에 수직인 면 (즉, Z값이 일정한 면)을 따라서 한 개의 2차원 영상프레임을 획득한다. 그리고, 광축 (Z축 방향)으로의 위치를 바꾸어 가면서 획득한 2차원 영상프레임들의 정보를 모아서 샘플(207)의 3차원 거리영상을 형성한다.
제1 및 제2 스캐닝 스테이지(201, 202)와 제1 평면 거울(205)은 이러한 선형 선 스캐닝 기능을 담당한다.
제1 스캐닝 스테이지(201)는 제1 모터(201a)에 의해 제1 레일(201b)을 따라 X축 방향으로 선형으로 움직이며, 이 위에 제1 평면 거울(205)과 제2 스캐닝 스테이지(202)가 고정된다. 빛선을 X축 방향으로 선형으로 스캐닝하는 경우의 스캐닝 범위 및 속도는 제1 스캐닝 스테이지(201)의 기계적 한계에 의존한다. 예를 들어,제1 스캐닝 스테이지(201)를 기계적으로 조작함으로써, 용이하게 스캐닝 범위를 100 cm 정도까지, 스캐닝 속도를 100 cm/sec 정도까지 얻을 수 있다.
제2 스캐닝 스테이지(202)는 제2 모터(202a)에 의해 제2 레일(202b)을 따라 Z축 방향으로 선형으로 움직이며, 이 위에 원통형 대물 렌즈(206)가 고정된다.
제1 평면 거울(205)은 제1 및 제2 스캐닝 스테이지(201, 202)의 움직임에 관계없이 후술할 역반사기(retroreflector: 204)와 원통형 대물 렌즈(206) 사이의 광로를 연결하는 기능을 한다.
이러한 구성에 의해, 원통형 대물 렌즈(206)에 의하여 샘플(207)에 집속된 빛선은 제1 스캐닝 스테이지(201)의 움직임을 통하여 X축 방향으로 움직이고, 제2 스캐닝 스테이지(202)의 움직임을 통하여 Z축 방향으로 움직임으로써, 원하는 임의의 평면을 따라서 영상프레임들을 얻을 수 있다.
다음에, 실시간 자동 광로 길이 보정 기능에 대해 설명한다.
제1 및 제2 스캐닝 스테이지(201, 202)를 움직여서 샘플(207)에 집속된 빛선을 스캐닝하는 선형 선 스캐닝 동작은 원통형 대물 렌즈(206)와 영상 형성 광학계(321) 사이에 빛이 진행하는 광로 길이의 변화를 동반한다. 원통형 대물 렌즈(206)와 원통형 수광 렌즈(300) 사이의 광로를 따라서는 평행빔 또는 XZ 평면 평행빔이 왕래한다. Y 방향에 대하여 빛의 진행을 살펴보면, 빛이 대상물에 의하여 산란된 후에는 산란 방향의 각도를 그대로 유지하면서 발산한다. 따라서, 빛선의 스캐닝에 동반되는 광로 길이의 변화는 슬릿형 마스크(310)를 통과하는 빛의 밝기를 전체적으로 변화시킬 뿐 아니라, 영상 형성 광학계(321)에 의하여 선 검광소자(330)에 맺히는 Y 방향 영상에 영향을 미친다.
제3 스캐닝 스테이지(203)와 역반사기(retroreflector: 204)는 상기한 스캐닝에 의하여 발생하는 광로 길이 변화의 영향을 제거하기 위한 실시간 자동 광로 길이 보정 기능을 담당한다.
제3 스캐닝 스테이지(203)는 제3 모터(203a)에 의해 제3 레일(203b)을 따라 X축 방향으로 선형으로 움직인다. 역반사기(204)는 제3 스캐닝 스테이지(203) 위에 고정되어 있으며, 빔 스플리터(104)와의 사이에 광로가 연결되도록 배치된다. 즉, 빔 스플리터(104)로부터의 빛이 역반사기(204) 및 제1 평면 거울(205)을 거쳐서 원통형 대물 렌즈(206)에 입사되고, 샘플(207)로부터 되돌아 오는 빛의 일부가 제1 평면 거울(205), 역반사기(204)를 거쳐서 빔 스플리터(104)에 입사되도록, 역반사기(204)가 배치된다. 이 때, 빛선의 X축 방향 스캐닝을 위하여 제1 스캐닝 스테이지(201)가 소정의 기준점 X0로부터 +X축 방향으로 △X 만큼 이동하면 제3 스캐닝 스테이지(203)는 기준점 XC0로부터 +X축 방향으로 0.5△X 만큼 이동한다. 또한, 빛선의 Z축 방향 스캐닝을 위하여 제2 스캐닝 스테이지(202)가 기준점 Z0로부터 +Z축 방향으로 △Z 만큼 이동하면 제3 스캐닝 스테이지(203)는 기준점 XC0로부터 +X축 방향으로 0.5△Z 만큼 이동한다. 각각의 기준점들 X0, XC0, Z0는 스캐닝 초기에 임의로 알맞게 설정되면 된다.
이와 같이 빛선의 스캐닝에 따라서 동시에 역반사기(204)의 위치를 광로 길이 변화를 상쇄시키는 방향으로 움직임으로써 실시간 자동 광로 길이 보정 기능을 구현할 수 있다.
도 7은 본 발명의 다른 바람직한 실시예에 따른 스텝 선형 선 스캐닝 장치의 개략적인 구성도로서, 도 6에 도시한 스캐닝 장치(200)와는 Y축 방향으로의 스테핑 기능이 추가되어 있다는 점에서 다르다.
스테핑 기능에 대해 설명하면, 도 6에서 Y축 방향으로의 영상필드의 크기는 선 모양의 광선의 길이 L로 주어진다. 광선의 길이 L로 제한되는 Y축 방향의 필드의 크기를 늘이기 위하여는, 광선을 Y축 방향으로 L 만큼씩 스테핑하면서 선형 선 스캐닝 과정을 반복하는 스텝 선형 선 스캐닝 동작을 할 필요가 있다.
도 7에 도시한 스텝 선형 선 스캐닝 장치(210)는 도 6에 도시한 스캐닝 장치(200) 외에 제2 및 제3 평면 거울(211, 212), 제4 스캐닝 스테이지(213), 제4 모터(213a), 제4 레일(213b) 및 프레임(213c)을 포함한다.
스캐닝 장치(200)는 제4 스캐닝 스테이지(213) 위에 고정된다.
제4 스캐닝 스테이지(213)는 제4 모터(213a)에 의해 제4 레일(213b)을 따라 Y축 방향으로 선형으로 움직이도록 구성되며, 제4 레일(213b)은 프레임(213c)에 고정되어 있다.
제2 평면 거울(211)은 빔 스플리터(104)와 광로가 연결되도록 프레임(213c)에 고정된다. 제3 평면 거울(212)은 스캐닝 장치(200) 내부의 역반사기(204)와 광로가 연결되도록 제4 스캐닝 스테이지(213) 위에 배치되되, 제2 평면 거울(211)과 서로 마주보도록 배치된다. 이러한 제2 및 제3 평면 거울(211, 212)에 의하여 제4스캐닝 스테이지(213)가 Y축 방향으로 움직여도 공초점 영상 형성 장치(1)의 본체와 스캐닝 장치(200) 사이에서 광로를 항상 유지할 수 있다.
이상의 도 6 및 도 7에 도시한 바와 같은 스캐닝 장치(200, 210)에서는, 빛을 샘플(207)에 빛으로 집속하는 기능, 빛선을 샘플(207)의 임의의 위치로 선형 스캐닝하는 기능, 및 빛선의 스캐닝 시에 발생하는 광로 길이의 변화를 실시간으로 자동 보정하는 기능이 일체화되어 있다. 이로써, 스캐닝 장치(200, 210)를 공초점 영상 형성 장치(1)의 본체와 분리하여 독립시킬 수 있으므로써, 기계적인 안정도와 다양한 샘플(207)에 대한 장치 적용성을 확장시킬 수 있다.
도 8은 도 2에 도시한 빔 공간필터/확장기(101)와 빔 스플리터(104)간에 추가 광원부(110a)가 제공되는 예를 도시한다. 추가 광원부(110a)로부터의 빛은 빔 스플리터(103)를 거쳐 빔 스플리터(104)로 진행하게 된다. 이 추가 광원부(110a)는 추가 광원(110), 추가 빔 공간필터/확장기(111), 추가 빔 스플리터(113)를 포함하며, 이들은 앞서 설명한 광원(100), 빔 공간필터/확장기(101)와는 파장이 다른 레이저 빛을 통과시킴으로써, 다중 파장 스캐닝(multi-spectral scanning) 기능을 제공한다. 또한, 스캐닝 빛의 파장이 적외선이나 자외선 영역이어서 사용자가 육안으로 식별할 수 없을 경우에, 가시 광선 파장의 레이저 빔을 이용하면, 스캐닝 장치(200, 210)를 샘플(207)에 조준하는데 필요한 지시기(indicator)로서 활용할 수 있다. 이러한 추가 광원부는 원하는 파장의 레이저에 따라 계속 첨가하여 확장시킬 수 있다.
다음으로, 도 2 내지 도 8에 도시한 각 구성부를 조합하여 형성한 공초점 영상 형성 장치의 전체적인 구성도를 도시한 도 9를 참조하여, 본 발명에 따라 2차원적 또는 3차원적 영상을 형성하는 동작에 대해 설명한다.
먼저, 광원(100) 또는 추가 광원(110)으로부터 조사된 빛은 빔 공간필터/확장기(101) 또는 추가 빔 공간필터/확장기(111)를 거치면서 적어도 XZ평면에서는 평행으로 진행하는 빛이 된다. 이러한 빛은 빔 스플리터(104)를 통해 스캐닝 장치(200)로 유도된다.
스캐닝 장치(200)로 유도된 빛은 원통형 대물 렌즈(206)에 의하여 샘플(207)에 선 모양으로 집속된다. 이러한 빛선은 제1 스캐닝 스테이지(201)의 움직임을 통하여 X축 방향으로 움직이고, 제2 스캐닝 스테이지(202)의 움직임을 통하여 Z축 방향으로 움직임으로써, 원하는 임의의 평면을 따른 영상프레임들을 얻을 수 있다. 이 때, 제1 및 제2 스캐닝 스테이지(201, 202)의 움직임에 의한 빛의 광로 길이 변화를 상쇄하는 방향으로 제3 스캐닝 스테이지(203)가 움직임으로써, 원통형 대물 렌즈(206)와 영상 형성 광학계(321) 사이의 광로 길이의 변화를 실시간으로 자동 보정한다. 이러한 제1 내지 제3 스캐닝 스테이지(201∼203)는 제어부(324)의 제어 하에 스캐닝 및 위치결정 드라이버(325)에 의해 구동될 수 있다.
그 후, 샘플(207)에 집속되는 빛은 샘플(207)에 의하여 산란되어 일부분이 원통형 대물 렌즈(206)의 개구 안으로 다시 입사되며, 이들 빛 중에서 원통형 대물 렌즈(206)의 초점면(210)에 집속된 빛으로부터 산란되어 온 빛만이 원통형 대물 렌즈(206)를 통과한 후에 XZ 평면에서 광로를 따라 평행하게 진행한다. 이러한 XZ 평면 평행빔은 스캐닝 장치(200) 및 빔 스플리터(104)를 거쳐 원통형 수광렌즈(300)에 입사된다.
원통형 수광 렌즈(300)에 입사된 XZ 평면 평행빔은 이 원통형 수광 렌즈(300)의 초점면에 선 모양으로 집속되며, 슬릿형 마스크(310)의 슬릿(311)을 통과하게 된다.
그 후, 영상 형성 광학계(321), 선 검광 소자(322) 및 데이터 획득부(323)는 슬릿형 마스크(310)를 통과한 빛선을 이용하여 샘플(207)의 Y축 방향 정보를 얻는 과정을 반복함으로써, 샘플(207)에 대한 광학 영상의 원시 데이터를 얻는다. 이러한 원시 데이터는 영상 구성 및 분석부(400)에서 적절히 조합되어 샘플(207)의 2차원적 또는 3차원적 구조로 합성되거나 필요한 물리량으로 분석되어 다른 장치, 도 9에서는 입/출력기(410) 및 화면기(420)로 보내진다. 이와 함께, CCD 카메라(431)와 실시간 프레임 그래버 및 프로세서(432)로 구성되는 보조 영상 장치(430)에 의해 샘플(207)의 확대 영상이 실시간으로 화면기(420)에 제공된다.
상술한 바와 같은 본 발명에 따르면, 두 개의 원통형 렌즈와 슬릿 모양의 구멍을 갖는 슬릿형 마스크로 구성된 슬릿 공초점 광학 구조를 이용하여 샘플에 빛을 선모양으로 집속하고, 샘플로부터 산란되는 빛중에서 집속된 빛선으로부터 산란된 빛만을 신호로서 받아들인다. 이 때, 빛선의 길이 방향에 포함되어 있는 대상물의 정보들은 영상형성 광학계 및 선 검광 소자등으로 이루어진 광학 영상 테이터 획득부로 일시에 처리할 수 있다.
본 발명에 따른 스캐닝 장치는 샘플에 빛을 선 모양으로 집속하는 기능과 집속된 빛선을 광축 및 광축에 수직인 방향으로 독립적으로 선형 스캐닝하는 기능을 갖는다. 이에 의해, 샘플에서 임의의 평면을 따라서 영상프레임을 얻을 수 뿐만 아니라, 어떤 한 평면에서는 1차원 선형 선 스캐닝 또는 2차원 스텝 선형 선 스캐닝을 통하여 수백 cm2정도로 큰 면적을 갖는 샘플의 경우에도 수백 msec 이하의 빠르기로 영상프레임을 획득할 수 있다. 그리고, 스캐닝 장치는 빛선을 임의의 위치로 스캐닝할 때에 생기는 광로 길이의 변화를 실시간으로 자동적으로 보정하여 빛선의 영상을 항상 같은 크기로 선명하게 선 검광 소자에 맺힐 수 있게 하는 기능을 가진다. 또한, 스캐닝 장치는 광원부 및 수광부로 구성된 본체와는 구조적으로 분리될 수 있는 형태이므로, 기계적인 안정도와 다양한 대상물에 대한 장치 적용성을 확장시킬 수 있다.
본 발명은 대물 렌즈에 의하여 빛이 집속된 지점으로부터 오는 정보만을 이용하는 공초점 광학기능과 스캐닝을 이용하여 3차원 거리영상 정보를 얻을 수 있는 공초점 영상 장치이면서도, 이차원 점 스캐닝 방식으로 영상프레임을 얻는 기존의 공초점 영상 장치에 비하여 영상프레임을 획득하는 데 걸리는 시간을 획기적으로 줄이고, 영상필드의 크기를 상당히 확장시킬 수 있다. 이러한 사실은 본 발명에 따른 공간 분해능과, 영상프레임 획득 속도 및 영상필드 크기를 분석함으로써 명확히 확인할 수 있다.
공간 분해능 면에서, X축 방향의 공간 분해능은 X축 방향으로의 데이터 샘플링 간격, 스캐닝 스테이지의 위치 분해능, 광학적인 회절에 의한 분해능 중의 최대값으로 결정된다. 보통 마크로스코픽한 응용의 경우, 데이터의 샘플링 간격이 가장 큰 경우가 대부분이다. 예를 들어 10cm 범위를 1,024 개의 데이터로 샘플링을 하면 샘플링 간격은 98 ㎛가 된다. 이 값은 광학적인 회절 분해능 및 정밀한 스캐닝 스테이지의 위치 분해능보다 상당히 큰 값임을 알 수 있다. 또, Z축 방향으로의 공간 분해능은 Z 방향으로의 데이터 샘플링 간격, 스캐닝 스테이지의 위치 분해능, 슬릿 공초점 광학 구조에 의한 광축 방향 공간 분해능 중의 최대값으로 결정된다. X 방향 분해능의 예와 마찬가지로, 마크로스코픽한 응용의 경우에는 데이터의 샘플링 간격이 가장 큰 경우가 대부분이다. 또한, Y축 방향으로의 공간 분해능은 광선의 길이 L을 선 검광 소자(330)의 픽셀수 N으로 나눈 값 L/N과 영상 형성 광학계(321)의 광학적인 분해능 중 큰 값으로 결정된다. 마크로스코픽한 응용에는 역시 전자가 큰 경우가 대부분이다. 예를 들어, L이 10cm이고 선 검광 소자(330)의 픽셀수가 1,024인 경우 Y 방향 공간 분해능은 98 ㎛가 된다. 즉, 본 발명장치의 대상인 마크로스코픽한 샘플에 대한 응용에 있어서는 본장치의 기계적, 광학적 제한에 의한 X, Y, Z축 방향의 공간 분해능의 한계는 문제가 되지 않는다. 오히려 장치의 신호처리부에서 어려움 없이 감당해 낼 수 있는 테이터의 총 갯수에 의해서 분해능이 좌우되는 상황이다.
영상 획득 속도 면에서, 하나의 영상프레임을 획득하는 데 있어서 병목(bottle neck)이 되고 있는 영상프레임 스캐닝 속도는 1차원 선형 선 스캐닝을 사용하는 본 발명의 경우, 2차원 점 스캐닝이 필요한 종래의 장치보다 획기적으로 빠를 수 있다. 예를 들어, Y축 방향으로의 빛선의 길이가 10 cm 이고 X축 방향 선형 스캐닝 스테이지의 속도가 100 cm/sec인 경우, 본 발명에 따르면 10 cm×10 cm의 평면 샘플에 대하여 영상프레임을 얻는 데는 100 msec 정도의 시간이 걸린다. 종래 기술 부분에 제시한 캐나다 그룹에 의하여 개발된 마크로스코프가 7.5 cm×7.5 cm 샘플의 영상프레임을 얻는 데에 5∼80 sec 정도 걸리는 것에 비하여 상당히 빠른 속도임을 알 수 있다.
영상필드의 크기 면에서, 한 변의 길이가 수십 cm까지는 광학적이거나 기계적인 제약이 없다. 단지, 데이터 샘플링 간격에 의하여 결정되는 공간 분해능을 정해진 값으로 유지하면서도 영상필드를 늘이려면 처리해야 하는 총 데이터 갯수가 늘어나는 것이 제약 요소가 될 수 있다.
따라서, 본 장치는 넓은 면적 또는 큰 부피를 갖는 대상물에 대하여 빠르고 정밀한 2차원 영상 또는 3차원 거리 영상을 획득하고, 그에 따른 측정 및 분석을 필요로 하는 다양한 분야에 응용할 수 있다. 예를 들어, 생물·의학 분야에서 사용하는 다양한 바이오칩(bio-chip)에 대한 고속 정밀 판독기(reader), 산란 현상이 심한 생물체 내부 등에 대한 고속 마크로스코픽 3차원 정보 획득 장치, 넓은 면적의 반도체 칩 및 웨이퍼에 대한 고속 정밀 검사, 산업·상업용의 3차원 디지타이저(3D digitizer)로서 응용할 수 있다.

Claims (16)

  1. 대상물의 영상을 형성하는 공초점 영상 형성 장치에 있어서,
    제1 조사빛(illuminating beam)을 제공하는 조사(illuminating) 수단,
    상기 조사 수단으로부터의 상기 제1 조사빛을 입사받아서 상기 대상물의 소정 위치에 선(line) 모양의 제1 빛선(light-line)으로 집속하고, 상기 제1 빛선이 상기 대상물에 의하여 산란되어 나오는 빛을 수집하는 제1 집속 수단 - 상기 제1 빛선의 길이 방향을 Y축 방향이라 하고, 상기 제1 집속 수단을 지나서 상기 대상물로 진행하는 빛의 광축 방향을 Z축 방향이라 하고, 서로 수직인 상기 Y축 방향 및 상기 Z축 방향에 수직인 방향을 X축 방향이라 함 -,
    상기 제1 집속 수단으로부터의 상기 제1 빛선을 상기 대상물의 선정된 면을 따라서 스캐닝하는 스캐닝 수단,
    상기 제1 집속 수단에 의하여 수집된 빛을 입사받아서 선 모양의 제2 빛선으로 집속하는 제2 집속 수단,
    상기 스캐닝 수단과 연동하도록 배치되어, 상기 스캐닝 수단에 의하여 상기 제1 빛선을 스캐닝할 때 생기는 빛의 광로 길이 변화를 실시간으로 보정하여 광로 변화의 영향을 제거하는 실시간 광로 보정 수단,
    상기 제2 집속 수단과 연계하여, 상기 제2 빛선을 통과시키는 통과 수단, 및
    상기 통과 수단을 통과한 상기 제2 빛선으로부터 영상 처리에 필요한 정보들을 검출하여 상기 대상물에 대한 영상을 형성하는 영상 처리 수단
    을 포함하는 공초점 영상 형성 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제1 집속 수단은 원통축 방향이 상기 Y축 방향과 평행하게 배치되는 원통형 렌즈(cylindrical lens)인 공초점 영상 형성 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 조사 수단은,
    상기 제1 조사빛이 적어도 상기 Y축 방향과 수직인 평면인 XZ 평면에서는 평행으로 진행하도록 하는 수단, 및
    상기 제1 조사빛이 상기 제1 집속 수단의 개구(aperture)와 교차하는 단면적이 사각형(rectangular) 형태가 되고 단면적 내에서 빛의 분포가 균일하도록 하여, 상기 제1 조사빛이 상기 제1 집속 수단에 의하여 상기 제1 빛선으로 집속될 때 상기 제1 빛선의 길이 방향에 따른 빛의 세기가 균일하도록 하는 수단
    을 포함하는 공초점 영상 형성 장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 제2 집속 수단은 원통축 방향이 상기 Y축 방향과 평행하게 배치되는 원통형 렌즈인 공초점 영상 형성 장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 통과 수단은,
    상기 제2 집속 수단의 초점면 상에 배열되며, 상기 제2 빛선을 통과시키는 슬릿이 형성되어 있는 슬릿 마스크를 포함하는 공초점 영상 형성 장치.
  6. 제1항에 있어서, 상기 스캐닝 수단과 상기 제1 집속 수단은 일체로 구성되어 있으며,
    상기 스캐닝 수단은 상기 제1 빛선을 상기 X축 방향과 상기 Z축 방향으로 독립적으로 선형 선 스캐닝(linear line-scanning)하여, 상기 대상물의 2차원 정보 또는 3차원 거리 영상(range image) 정보를 획득하는 선형 선 스캐닝 수단을 포함하는 공초점 영상 형성 장치.
  7. 제6항에 있어서, 상기 선형 선 스캐닝 수단은,
    상기 X축 방향으로 선형으로 움직이는 제1 스캐닝 스테이지, 및
    상기 제1 스캐닝 스테이지와 연동하도록 형성되고, 상기 제1 집속 수단이 탑재되며, 상기 Z축 방향으로 선형으로 움직이는 제2 스캐닝 스테이지
    를 포함하는 공초점 영상 형성 장치.
  8. 제6항에 있어서, 상기 선형 선 스캐닝의 동작에 관계없이 상기 조사 수단과 상기 제1 집속 수단간의 광로, 및 상기 제1 집속 수단과 상기 제2 집속 수단간의 광로를 유지시키는 제1 광로 연결 수단을 더 포함하는 공초점 영상 형성 장치.
  9. 제8항에 있어서, 상기 실시간 자동 광로 보정 수단은,
    상기 제1 광로 연결 수단과 연동하여, 상기 조사 수단과 상기 제1 집속 수단간의 광로 및 상기 제1 집속 수단과 상기 제2 집속 수단간의 광로를 유지시켜 주는 제2 광로 연결 수단, 및
    상기 제2 광로 연결 수단에 연결되어, 상기 제1 및 제2 스캐닝 스테이지의 움직임에 따라 상기 광로 변화의 영향을 상쇄시키는 방향으로 움직이는 제3 스캐닝 스테이지
    를 포함하는 공초점 영상 형성 장치.
  10. 제1항에 있어서, 상기 영상 처리 수단은
    상기 제2 빛선의 길이 방향 정보를 추출하는 광학 영상 데이터 획득부, 및
    상기 광학 영상 데이터 획득부로부터 입력되는 신호들을 처리하여 상기 대상물의 2차원적 또는 3차원적 영상을 형성하는 영상 구성 및 분석부
    를 포함하는 공초점 영상 형성 장치.
  11. 제10항에 있어서, 상기 영상 구성 및 분석부에 접속되어, 상기 대상물의 확대 영상을 실시간으로 제공하기 위한 실시간 촬상 수단을 더 포함하는 공초점 영상 형성 장치.
  12. 제11항에 있어서, 상기 실시간 촬상 수단은 상기 공초점 영상 형성 장치의 광로와는 독립적으로 배치되는 공초점 영상 형성 장치.
  13. 제6항에 있어서, 상기 제1 빛선을 Y축 방향으로 상기 제1 빛선의 길이 L 만큼씩 스테핑하면서 선형 선 스캐닝 동작을 반복하는 스텝 선형 선 스캐닝 수단을 더 포함하는 공초점 영상 형성 장치.
  14. 제13항에 있어서, 상기 스텝 선형 선 스캐닝 수단은,
    상기 스캐닝 수단을 탑재하며, 상기 Y축 방향으로 움직이도록 구성되는 제4 스캐닝 스테이지, 및
    상기 제4 스캐닝 스테이지의 움직임에 관계없이 상기 대상물과 상기 영상 처리 수단간의 광로를 유지시키는 제3 광로 연결 수단
    을 포함하는 공초점 영상 형성 장치.
  15. 제1항에 있어서, 상기 제1 조사빛과 특성이 다른 제2 조사빛을 상기 스캐닝 수단에 제공하는 적어도 하나의 추가 조사 수단을 더 포함하는 공초점 영상 형성 장치.
  16. 대상물의 영상을 형성하는 공초점 영상 형성 방법에 있어서,
    제1 조사빛을 제공하는 단계,
    상기 제1 조사빛을 상기 대상물의 소정 위치에 선 모양의 제1 빛선으로 집속하고, 상기 제1 빛선이 상기 대상물에 의하여 산란되어 나오는 빛을 수집하는 단계 - 상기 제1 빛선의 길이 방향을 Y축 방향이라 하고, 상기 대상물로 진행하는 빛의광축 방향을 Z축 방향이라 하고, 서로 수직인 상기 Y축 방향 및 상기 Z축 방향에 수직인 방향을 X축 방향이라 함 -,
    상기 제1 빛선을 상기 대상물의 선정된 면을 따라 주사하는 단계,
    상기 제1 빛선이 상기 대상물에 의하여 산란된 후에 수집된 빛을 선 모양의 제2 빛선으로 집속하는 단계,
    상기 제1 빛선을 스캐닝할 때 생기는 빛의 광로 길이 변화를 실시간으로 보정하여 광로 변화의 영향을 제거하는 단계, 및
    상기 집속된 제2 빛선을 추출하여 상기 제2 빛선으로부터 영상 처리에 필요한 정보들을 검출하여 상기 대상물에 대한 영상을 형성하는 단계
    를 포함하는 공초점 영상 형성 방법
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