KR20100073703A - Optical coherence tomography system and sample measurements method using the same - Google Patents
Optical coherence tomography system and sample measurements method using the same Download PDFInfo
- Publication number
- KR20100073703A KR20100073703A KR1020080132443A KR20080132443A KR20100073703A KR 20100073703 A KR20100073703 A KR 20100073703A KR 1020080132443 A KR1020080132443 A KR 1020080132443A KR 20080132443 A KR20080132443 A KR 20080132443A KR 20100073703 A KR20100073703 A KR 20100073703A
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- sample
- light
- optical
- optical interferometer
- stage
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
- G01B9/00—Measuring instruments characterised by the use of optical techniques
- G01B9/02—Interferometers
- G01B9/0209—Low-coherence interferometers
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
- G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
- G01B11/02—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring length, width or thickness
- G01B11/06—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring length, width or thickness for measuring thickness ; e.g. of sheet material
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
- G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
- G01B11/30—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring roughness or irregularity of surfaces
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
- G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
- G01N21/41—Refractivity; Phase-affecting properties, e.g. optical path length
- G01N21/45—Refractivity; Phase-affecting properties, e.g. optical path length using interferometric methods; using Schlieren methods
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
- G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
- G01N21/47—Scattering, i.e. diffuse reflection
- G01N21/4738—Diffuse reflection, e.g. also for testing fluids, fibrous materials
- G01N21/474—Details of optical heads therefor, e.g. using optical fibres
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Immunology (AREA)
- Pathology (AREA)
- Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
Abstract
Description
본 발명은 시료의 두께 및 굴절률을 측정할 수 있도록 하는 광 간섭계 및 이를 이용한 시료 측정방법에 관한 것이다.The present invention relates to an optical interferometer and a method for measuring a sample using the same to enable measuring the thickness and refractive index of the sample.
종래에 광 간섭계를 이용한 시료의 두께 및 굴절률을 측정하는 기술은 광 간섭계에서 발생하는 간섭광을 검출하는 2차원 CCD(Charged Coupled Device)의 모든 화소 값에 대한 간섭광의 강도 그래프를 획득하고, 각 화소의 강도 그래프에 대한 푸리에 변환을 하여 위상값을 측정하고, 측정한 위상값을 오차 함수에 최적화 기법을 적용한 뒤에 결과값을 얻는다. Conventionally, a technique for measuring thickness and refractive index of a sample using an optical interferometer acquires a graph of intensity of interference light for all pixel values of a two-dimensional charged coupled device (CCD) for detecting interference light generated from an optical interferometer, and each pixel The phase value is measured by Fourier transform of the intensity graph of, and the resultant value is obtained after applying the optimization technique to the error function.
이와 같은 종래의 광 간섭계를 이용한 시료의 두께 및 굴절률을 측정하는 기술은 간섭광의 강도 그래프를 CCD를 이용하여 얻기 때문에 측정하고자 하는 시료가 두꺼우면 측정해야 하는 데이터양이 너무 커져 계산양이 매우 방대해지는 단점이 있다. In the conventional technique of measuring the thickness and refractive index of a sample using an optical interferometer, since the intensity graph of the interference light is obtained by using a CCD, when the sample to be measured is thick, the amount of data to be measured becomes too large and the amount of calculation becomes very large. There are disadvantages.
예를 들어 한국공개특허 제 10-0290086 호, "백색광 주사 간섭법을 이용한 투명한 박막층의 3차원 두께 형상 측정 및 굴절률 측정 방법 및 그 기록매체"에서는 두께가 약 1 ㎛인 경우에 대해서 2차원 CCD에 대한 각 화소의 데이터 값을 256개로 설정한다. 그리고 이후 영점추가(zero padding)로 알려진 평균 광강도 값인 "0"을 256개 추가하여 계산한다. For example, Korean Patent Publication No. 10-0290086, "Three-dimensional thickness shape measurement and refractive index measurement method of a transparent thin film layer using a white light scanning interference method and a recording medium thereof" has a two-dimensional CCD for a thickness of about 1 [mu] m. The data value of each pixel is set to 256. Then, the average light intensity value known as zero padding is added by adding 256 "0" s.
따라서 1 ㎛인 경우 각 화소에 대하여 약 500개의 데이터 값이 필요하므로 시료의 두께가 늘어날 경우 예를 들어 1 mm 두께의 시료인 경우 50만개의 데이터 값이 2차원 CCD의 각 화소에서 출력된다. 이러한 방대한 양의 데이터로 인하여 푸리에 변환으로 위상값을 얻을 때나 오차 함수의 최적화를 할 때 연산에 상당한 로드가 걸리게 되는 문제점이 있다.Therefore, in the case of 1 μm, about 500 data values are required for each pixel. When the sample thickness increases, for example, in the case of a sample having a thickness of 1 mm, 500,000 data values are output from each pixel of the 2D CCD. Due to such a large amount of data, there is a problem that a significant load is applied to the calculation when the phase value is obtained by Fourier transform or when the error function is optimized.
본 발명은 시료의 절개나 접촉 없이 시료 표면이나 내부 구조에 대한 단층 이미지를 획득하여 시료의 두께와 굴절률을 측정하도록 하는 광 간섭계 및 이를 이용한 시료 측정방법을 제공하기 위한 것이다.The present invention provides an optical interferometer and a sample measuring method using the same to obtain a tomographic image of the surface or the internal structure of the sample without cutting or contacting the sample to measure the thickness and refractive index of the sample.
광 간섭계를 이용한 시료 측정방법은 광 간섭계를 이용하여 시료의 간섭무늬 이미지로부터 광 가시도 함수로 표현되는 다수의 단층 이미지를 시료의 깊이 방향 에 따라서 얻고, 상기 단층 이미지들을 이용하여 종단면 단층 이미지를 얻고, 상기 종단면 단층 이미지로부터 기준면을 설정하고, 상기 기준면에 의하여 구분된 상기 시료의 두께값을 얻는다.In the sample measuring method using an optical interferometer, a plurality of tomographic images expressed as optical visibility functions are obtained from an interference fringe image of a sample using an optical interferometer according to a depth direction of a sample, and a longitudinal tomographic image is obtained using the tomographic images. A reference plane is set from the longitudinal cross-sectional tomographic image, and a thickness value of the sample divided by the reference plane is obtained.
상기 시료의 두께값으로부터 상기 시료의 굴절률을 얻을 수 있다.The refractive index of the sample can be obtained from the thickness value of the sample.
하나의 상기 단층 이미지는 다수개의 상기 간섭무늬 이미지로부터 획득되는 상기 광 가시도 함수에 대한 측정값을 광검출기의 화소 단위로 측정하고, 상기 화소들의 위치 순서대로 상기 측정값을 배열하여 얻을 수 있다.One tomographic image may be obtained by measuring a measurement value of the optical visibility function obtained from a plurality of the interference fringe images in pixel units of a photodetector, and arranging the measurement values in the order of the positions of the pixels.
상기 기준면은 광을 반사시키는 반사체로 된 시료대일 수 있다.The reference surface may be a sample stage made of a reflector that reflects light.
상기 시료는 광이 투과 가능한 액체 상태이고, 상기 액체 상태인 상기 시료의 모양 유지를 위하여 상기 반사체 상에는 상기 시료가 저장되는 홀더가 구비될 수 있다.The sample may be a liquid state that can transmit light, and a holder for storing the sample may be provided on the reflector to maintain the shape of the sample in the liquid state.
상기 시료는 광이 투과 가능한 고체 상태일 수 있다.The sample may be in a solid state capable of transmitting light.
상기 광 간섭계는 백색광 주사 간섭계 또는 전역 광 간섭계일 수 있다.The optical interferometer may be a white light interferometer or a global light interferometer.
광 간섭계는 광원, 상기 광원에서 안내되는 광을 분할하는 광 분배기, 상기 광 분배기에서 분배된 기준광이 진행하며, 상기 기준광을 반사시키는 기준거울과 상기 기준거울을 구동시키는 기준거울 구동기를 포함하는 기준단, 상기 광 분배기에서 분배된 샘플광이 진행하며 반사체로 된 시료대와 상기 시료대를 구동시키는 시료대 구동기를 포함하는 샘플단, 상기 기준단과 상기 샘플단에서 반사되어 간섭한 광을 검출하는 광검출기, 상기 기준거울 구동기와 상기 시료대 구동기의 동작을 제어하고, 상기 광검출기에서 검출된 간섭무늬 신호로부터 상기 시료를 측정하는 제어부를 포함한다. The optical interferometer includes a reference stage including a light source, a light splitter for dividing the light guided by the light source, a reference light distributed by the light splitter, and a reference mirror for reflecting the reference light and a reference mirror driver for driving the reference mirror. And a sample stage including a sample stage made of a reflector and a sample stage driver for driving the sample stage, wherein the sample light distributed by the optical splitter travels, and a photo detector for detecting light reflected from and interfering with the reference stage and the sample stage. And a control unit for controlling the operation of the reference mirror driver and the sample stand driver and measuring the sample from the interference fringe signal detected by the photodetector.
상기 제어부는 상기 시료의 두께값을 산출하고, 상기 두께값에 따라 상기 시료의 굴절률을 산출할 수 있다.The controller may calculate a thickness value of the sample, and calculate a refractive index of the sample according to the thickness value.
상기 시료는 광이 투과 가능한 액체상태이고, 상기 액체상태인 상기 시료의 모양 유지를 위하여 상기 시료대 상에는 상기 시료가 저장되는 홀더를 구비할 수 있다.The sample may be provided in a liquid state capable of transmitting light, and a holder for storing the sample on the sample stage to maintain the shape of the sample in the liquid state.
삭제-상기 시료는 광이 투과 가능한 고체 상태일 수 있다.(앞 페이지와 동일)The sample may be in a solid state that can transmit light (same as the previous page).
상기 광원과 상기 광분배기 사이에는 상기 광원에서의 출광되는 광을 상기 광분배기로 안내하는 광섬유 다발(fiber bundle)이 구비될 수 있다.An optical fiber bundle may be provided between the light source and the optical splitter to guide the light emitted from the light source to the optical splitter.
본 실시예에 따른 시료 측정을 위한 광 간섭계 및 이 광 간섭계를 이용하여 시료를 측정하는 방법은 광 가시도 이미지부터 시료의 표면 형상 이미지와 내부 단층 이미지를 얻고 이를 이용하여 시료의 두께와 굴절률을 동시에 측정할 수 있고, 종래에 시료의 두께나 굴절률을 측정하는 장비들이 고체나 액체 시료만을 측정할 수 있는 제한에서 벗어나서 다양한 시료의 물질 특성을 연구할 수 있도록 하며, 더 나아가 세포의 같은 생체시료의 특성연구와 같이 의학적으로도 활용할 수 있는 효과가 있다. An optical interferometer for measuring a sample according to the present embodiment and a method for measuring a sample using the optical interferometer obtain a surface shape image and an internal tomographic image of a sample from an optical visibility image and simultaneously use the same to measure the thickness and refractive index of the sample. It is possible to measure the thickness and refractive index of the sample, and to allow the study of the material properties of various samples without the limitation that only solid or liquid samples can be measured. Like research, it can be used medically.
이하에서는 본 실시예에 따른 광 간섭계 및 이를 이용한 시료 측정방법에 대하여 설명한다. Hereinafter, an optical interferometer and a sample measuring method using the same according to the present embodiment will be described.
이하에서 언급하는 실시예는 전역광간섭계(Full-field optical coherence tomography)의 일종인 위상천이간섭계 (PSI: phase-shifting interferometry)를 사용하여 측정하는 방법을 설명한다. 그러나 본 실시예는 위상천이간섭법에만 한정하여 실시할 수 있는 것이 아니라 백색광주사간섭계(white-light scanning interferometry)로 실시될 수 도 있다.The embodiments described below describe a method of measuring using a phase-shifting interferometry (PSI), which is a type of full-field optical coherence tomography. However, the present embodiment may not be limited to the phase shift interference method but may be implemented by white-light scanning interferometry.
도 1은 본 실시예에 따른 전역광간섭계(Full-field optical coherence tomography) 시스템을 도시한 도면이다.1 is a diagram illustrating a full-field optical coherence tomography system according to the present embodiment.
도 1에 도시된 바와 같이 광 간섭계는 광원(100)을 구비한다. 광원(100)은 광대역 광원인 할로겐 조명기(halogen illuminator)일 수 있다. 그리고 광원(100)의 광을 안내하기 위하여 광섬유 다발(110)(fiber bundle)이 광원(100)과 연결된다. 광섬유 다발(110)에서 광이 출사되는 위치에는 제 1렌즈(120)가 구비된다. 제 1렌즈(120) 이후에는 광을 기준광과 샘플광으로 분할하는 광대역 광분배기(130)(broadband beam splitter)가 위치한다.As shown in FIG. 1, the optical interferometer includes a
광대역 광분배기(130)에서 분할되는 기준광이 진행하는 기준단(150)(reference arm)에는 ND 필터(151)(Neutral density filter), 제 1대물렌즈(152)(microscope objective) 그리고 기준거울(153)(reference mirror)이 연속적으로 위치한다. 기준거울(153)은 은코팅된 거울(silver coated mirror)이 사용될 수 있다. A
그리고 기준거울(153)의 하부에는 기준거울(153)에서 반사되는 기준광의 반복적인 위상천이(phase shift) 제어가 가능하도록 하기 위한 기준거울 구동기(154)가 구비된다. 기준거울 구동기(154)는 피에조 엑츄에이터(PZT actuator)로 실시될 수 있다. A
한편, 광대역 광분배기(130)에서 분할되는 샘플광이 진행하는 샘플단(160)(sample arm)에는 기준단(150)의 ND 필터(151)에 의한 분산 어긋남(Dispersion mismatch)을 보상하기 위한 유리판(161)(Glass plate)과 제 1대물렌즈(152)와 동일한 개구수(numerical aperture)를 가지는 제 2대물렌즈(162) 그리고 시료가 안착되는 시료대(163)(specimen)가 연속적으로 위치한다. On the other hand, a glass plate for compensating for dispersion mismatch by the
시료대(163)는 시료대(163)의 초점면을 바꿀 수 있는 0.1㎛ 분해능 정도의 고분해능을 가지는 고성능 수직 구동기(motorized vertical stage)인 시료대 구동기(164)에 설치된다.The
그리고 기준단(150)과 샘플단(160)으로부터 돌아오는 광이 투영되는 투영단(Projected arm)에는 초점길이가 250mm인 제 2렌즈(171)와 광검출기(170)가 순차적으로 위치한다. 본 실시예에서 광검출기(170)는 12bit, 1024 X 1024 픽셀 어레이를 가지는 CCD 카메라로 실시될 수 있다. The
그리고 광검출기(170), 기준거울 구동기(154) 그리고 시료대 구동기(164)를 제어하며 간섭무늬에 대한 정보를 처리, 저장하는 제어부(140)를 구비한다. 이 제어부(140)는 광검출기(170)에서 검출한 이미지의 펄스 신호와 동기화되는 기준거울 구동기(154)를 위한 정현파 신호를 발생시키는 디지털/아날로그 컨버터를 구비한다.The
이하에서는 본 실시예에 따른 광간섭계를 이용한 시료의 두께 및 굴절률 측정방법에 대하여 설명한다.Hereinafter, a method for measuring thickness and refractive index of a sample using the optical interferometer according to the present embodiment will be described.
도 2는 본 실시예에 따른 광간섭계를 이용한 시료 측정방법에 대한 순서도이다. 2 is a flowchart of a sample measuring method using an optical interferometer according to the present embodiment.
도 2에 도시된 바와 같이 본 실시예에 따른 광 간섭계를 이용한 시료 측정방법은 광 간섭계를 이용하여 시료의 간섭무늬 이미지로부터 광 가시도 함수로 표현되는 다수의 횡단면 단층이미지를 시료의 깊이 방향을 따라서 얻고(S100), 단층 이미지들을 이용하여 종단면 단층 이미지를 얻고(S110), 종단면 단층 이미지로부터 기준면을 설정하고(S120), 기준면에 의하여 구분된 시료의 두께값을 얻고(S130), 일련의 수학식을 이용하여 시료의 굴절률을 산출하는 방법으로 이루어진다.As shown in FIG. 2, the sample measuring method using the optical interferometer according to the present embodiment includes a plurality of cross-sectional tomographic images represented as optical visibility functions from the interference fringe image of the sample using the optical interferometer along the depth direction of the sample. Obtain (S100), obtain a longitudinal cross-sectional tomographic image using the tomographic images (S110), set a reference plane from the longitudinal cross-sectional tomography image (S120), obtain a thickness value of the sample divided by the reference plane (S130), a series of equations It is made by a method for calculating the refractive index of the sample using.
이하에서는 보다 구체적으로 본 실시예에 대한 광간섭계를 이용한 시료 측정방법을 설명한다.Hereinafter, the sample measuring method using the optical interferometer for this embodiment in more detail.
먼저 샘플단(160)의 시료대 구동기(164)에 슬라이드 글라스와 같이 반사를 일으킬 수 있는 평탄 반사체로 된 시료대(163)를 올려놓고, 이 시료대(163) 위에 측정하고자 하는 시료를 놓는다. 이 시료는 액상의 투명한 어떠한 재질일 수 있고, 그 외에 바이오 물질 및 광 투과형 고체상태의 물질, 반도체 소자 등 다양한 것들이 될 수 있다.First, a
이후 간섭무늬 이미지를 얻는 과정이 수행된다. 간섭무늬 이미지를 획득하는 과정을 구체적으로 설명하면 다음과 같다. Thereafter, a process of obtaining an interference fringe image is performed. The process of obtaining the interference fringe image is described in detail as follows.
광대역 광원(100)으로부터 조사된 광(또는 광파워)이 광섬유 다발(110)을 통하여 제 1렌즈(120)로 전달되면, 제 1렌즈(120)는 광을 시료와 기준거울(153) 전역에 조사되도록 초점위치를 맞춘다. 그리고 제 1렌즈(120)를 통과한 광은 광대역 광분배기(130)에서 각각 기준단(150)으로 진행하는 기준광과 샘플단(160)으로 진행하는 샘플광으로 분할된다.When light (or light power) emitted from the
그리고 시료가 안착된 시료대(163)에서 반사되어 되돌아 온 샘플광(이후 이 샘플광은 시료에 대한 특정 신호가 로딩된 신호광이라고 할 수 있다)과 기준거울(153)에서 각각 반사되어 되돌아 온 기준광은 이후 광분배기(130)에서 재결합된다. The sample light reflected from the
이때 샘플광과 기준광의 광경로차가 광원(100)의 가간섭 길이(coherence length) 보다 짧으면 간섭이 이루어지는데 이때의 간섭은 광검출기(170)에서 간섭무늬 이미지의 형태로 검출된다.In this case, when the optical path difference between the sample light and the reference light is shorter than the coherence length of the
다음으로 기준단(150)의 기준거울(153)을 기준거울 구동기(154)로 미세하게 이송시키면서 위와 같은 방법으로 최소 두 개 이상의 간섭 이미지에 대한 정보 및 데이터를 획득한다.Next, while finely transferring the
이 과정은 기준거울 구동기(154)에 부착된 기준거울(153)을 광의 가간섭 길이 내에서 움직이면 간섭무늬 이미지의 간섭패턴이 변하게 되는데 이는 아래의 수학식 1에서의 위상값 "" 의 변화로 나타난다. 수학식 1은 광검출기(170) 2 차원 픽셀 어레이 상에서 "(x, y)"에 위치하는 특정 픽셀에 가해지는 백색광 간섭 신호에 대한 수학식이다.In this process, when the
수학식 1에서 ""는 백색광 간섭신호, ""는 간섭 신호와 관계가 없는 평균 광 강도 값, ""는 샘플의 신호 강도에 비례하는 가시도 함수, ""는 간섭 위상값으로 시료의 깊이에 관계한다. 그리고 " "는 간섭 신호를 광검출기(170)를 이용하여 획득하였을 때 광검출기(170)의 픽셀 어레이 평면상에 위치한 특정 픽셀의 좌표값이다.In
따라서 수학식 1에 의하여 첫 번째 간섭무늬 이미지에 대한 간섭신호를 얻은 후 일정 크기의 위상변화를 위하여 기준거울 구동기(154)에 부착된 기준거울(153)을 이송하면서 2개 이상의 다른 간섭무늬 이미지에 대한 간섭신호를 얻는다. Therefore, after the interference signal for the first interference pattern image is obtained by
본 실시예에서는 4개의 간섭무늬 이미지를 얻는 것을 실시예로 하고 있지만, 필요에 따라서 더 많거나 적은 수의 간섭무늬 이미지를 얻어서 이용할 수 있다. 본 실시예에서와 같이 각각 "", " ", ",", "" 로 명명하는 제 1, 제 2, 제 3, 제 4 간섭무늬 이미지들에 대한 간섭신호를 얻는다. 다음으로 획득된 간섭 이미지의 간섭신호들을 일련의 연산과정을 통하여 광 가시도 함수로 표현 되는 단층 이미지(xy)를 얻는다.In this embodiment, four interference fringe images are obtained. However, more or fewer interference fringe images may be obtained and used as necessary. As in this embodiment, each " "," "," , "," Obtain an interference signal for the first, second, third, and fourth interference fringe images named ". Next, the interference signals of the acquired interference image are expressed as a light visibility function through a series of calculations. Get the image xy.
이 과정은 전술한 단계에서 간섭무늬 이미지들이 90도 단위로 위상변화를 주면서 얻어질 때 수학식 1에 기술된 광 가시도 함수 ""를 다음 수학식 2를 이용하여 얻는다.This process is performed by the optical visibility function described in
수학식 2에서 ""는 광검출기(170)인 2차원 CCD 평면의 특정 위치 ""에 위치한 한 화소에 대한 광 가시도 함수이다. 따라서 모든 화소에 대한 측정값을 화소의 위치 순서대로 배열하면 시료의 특정 깊이에 위치한 한 면의 단층 이미지를 얻을 수 있게 된다.In equation (2) &Quot; is a specific position of the two-dimensional CCD plane which is the
다음으로 시료를 시료대 구동기(164)를 이용하여 시료의 깊이방향(z축)으로 이송하면서 반복적으로 단층 이미지를 추출, 저장한 후 이들 단층이미지들을 적층하여 3차원 영상으로 구현한다.Next, while transporting the sample in the depth direction (z-axis) of the sample using the sample-to-
한편, 시료는 고체상태일 수 도 있지만, 액체 상태일 수 도 있다. 이하에서는 액체 상태의 시료에 대한 실시예를 설명한다.On the other hand, the sample may be a solid state, but may also be a liquid state. Hereinafter, an embodiment of a sample in a liquid state will be described.
도 3은 본 실시예에 따라 얻어진 액체 시료의 깊이에 따른 단층 이미지들이다.3 are tomographic images according to the depth of the liquid sample obtained according to the present embodiment.
도 3에 도시된 바와 같이 시료대(163)에 투여된 소량의 액상의 폴리머는 표 면장력으로 인하여 물방울의 형태로 시료대(163)의 표면에 위치한다. 그리고 액상 시료의 중심부의 높이는 주변부 보다 높은 형태를 띠게 된다.As shown in FIG. 3, the small amount of liquid polymer administered to the
도 3의 "A1"은 측정된 실험 결과로서 액상 폴리머 시료의 단층 이미지 중 시료대(163)의 표면으로부터 최고점 위치에 해당하는 액상 폴리머의 단층 이미지이다. 그리고 도 3의 나머지 도면들에서는 시료의 최고점으로부터 시료의 안쪽, 깊이 방향으로 시료대 구동기(164)를 움직이면서 각각 획득한 단층 이미지를 도 3의 도면상의 좌에서 우로 그리고 상에서 하로 연속하여 나타내고 있다."A1" of FIG. 3 is a measured tomographic image of the liquid polymer corresponding to the highest point position from the surface of the
이들 도면에 도시된 바와 같이 샘플단(160)에 제 2대물렌즈(162)가 부착되어 있으므로 시료대(163)를 시료대 구동기(164)로 이송시키면 시료의 다른 깊이에 위치한 단면에 해당하는 단층 영상을 얻을 수 있다. As shown in these drawings, since the second
한편, 도 3의 "A2" 는 시료의 최고점부터 샘플단(160)의 시료대 구동기(164)를 움직이면서 시료대(163) 표면에 초점이 맺힐 때 얻은 단층 이미지이다. 따라서 이 단층 이미지 "A2"를 기준면으로 사용한다. On the other hand, "A2" of Figure 3 is a tomographic image obtained when the focus on the surface of the
본 실시예는 시료에 대한 단층 이미지를 초점이 시료대(163)의 위쪽에 위치할 때뿐만 아니라 물리적으로 시료가 존재할 수 없는 시료대(163)의 아래쪽에 초점이 위치할 때에도 단층 이미지를 얻을 수 있다. 이들 단층 이미지는 도 3의 "A2"의 오른쪽과 그 아랫줄에 도시하고 있다. In this embodiment, the tomographic image of the sample can be obtained not only when the focal point is located above the
이와 같은 단층 이미지들을 얻을 수 있는 이유는 시료로 사용된 액상 폴리머의 굴절률에 기인하는 것으로 시료의 굴절률이 크면 시료대(163)의 표면 이미지 이후에 보다 많은 이미지를 계속적으로 획득할 수 있다. 도 3의 "A3"은 시료의 굴절 률에 기인하여 획득된 단층 이미지 중 하나로 물방울 모양의 액상 폴리머 시료의 기준면에서 가장 높이가 낮은 부분에 해당하는 단층 이미지이다.The reason for obtaining such tomographic images is due to the refractive index of the liquid polymer used as the sample. If the refractive index of the sample is large, more images can be continuously obtained after the surface image of the
도 4는 도 3에서 획득한 단층 이미지들로부터 8개를 표준 추출하여 재성구한 액체 시료의 측면 이미지이고, 도 5는 도 3에서 얻은 2차원 단층 이미지들을 3차원 영상으로 재구성한 이미지이다.FIG. 4 is a side image of a liquid sample obtained by reconstructing 8 standard extracts from the tomographic images obtained in FIG. 3, and FIG. 5 is a reconstructed image of the 2D tomographic images obtained in FIG. 3 into a 3D image.
본 실시예에서 굴절률 값을 도출하기 위해서 도 3의 단층 이미지를 순서대로 적층하면 도 4와 같은 3차원 영상을 생성할 수 있다. 도 4는 실험으로 획득한 총 60장의 단층 이미지들 중에서 8장만을 선택하여 이를 3차원 영상으로 구성하는 과정을 간략히 설명한 도면이고, 실질적인 영상은 도 5에 도시되어 있다. 따라서 도 5에 도시된 바와 같이 3차원 영상에 포함된 데이터를 이용하여 2차원의 임의의 평면에 대한 단층 이미지를 획득할 수 있게 된다.In the present embodiment, when the tomographic images of FIG. 3 are sequentially stacked in order to derive a refractive index value, the 3D image as shown in FIG. 4 may be generated. FIG. 4 is a view briefly illustrating a process of selecting only eight images from a total of 60 tomographic images obtained through experiments and configuring them into a 3D image, and a substantial image is illustrated in FIG. 5. Accordingly, as illustrated in FIG. 5, tomographic images of arbitrary planes in two dimensions may be obtained using data included in the three-dimensional image.
계속해서 시료에 대한 3차원 영상 이미지를 획득하면 3차원 영상 이미지로부터 관찰하고자 하는 위치에서 "xz" 또는 "yz" 이미지를 추출한다. 이후 추출된 단층 이미지(xz 또는 yz)로부터 샘플단(160)의 시료대(163)로부터 획득된 단층 이미지(xy)를 기준면으로 설정하는 단계를 수행한다.Subsequently, when a three-dimensional image of the sample is obtained, an "xz" or "yz" image is extracted from the three-dimensional image. Thereafter, a step of setting the tomographic image xy obtained from the
도 6은 본 발명의 작용을 설명하기 위해 사용된 시료의 xz 평면에 대한 단층이미지이다. 6 is a tomographic image of the xz plane of a sample used to illustrate the operation of the present invention.
시료의 표면 신호로부터 기준면(A2)에 해당하는 시료대(163)의 표면 신호까지의 거리(t1)와 시료대(163)의 표면부터 이후 신호의 굴절률에 기인하여 획득된 신 호까지의 거리(t2)를 이용하여 굴절률(n)을 수학식 3으로 표현될 수 있다.The distance t 1 from the surface signal of the sample to the surface signal of the
따라서 시료대(163)의 표면에서 시료의 물리적 두께는 직접적으로 고성능 이송기인 시료대 구동기(164)를 이용하여 얻을 수 있으며, 본 실시예에서 이 두께는 시료대 표면까지의 거리(t1)에 해당한다. Therefore, the physical thickness of the sample on the surface of the
한편, 도 7은 "xz" 평면 단층 이미지로부터 측정된 시료의 두께를 x축에 대하여 도시한 그래프이다. 도 7에 도시된 선(L1, L2, L3)들을 전산적(software)으로 간략화(thinning)한 뒤 2차원 함수로 피팅(2nd order polynomial fitting)하여 얻은 결과다. On the other hand, Figure 7 is a graph showing the thickness of the sample measured from the "xz" planar tomographic image with respect to the x-axis. The lines L1, L2, and L3 shown in FIG. 7 are obtained by performing a 2nd order polynomial fitting after a software thinning.
측정 시료의 표면 신호는 시료대(163)의 표면에 해당하는 기준선(L2)에서 약 18㎛ ~ 24㎛까지 변화하였으며 시료의 굴절률에 의해서 생성된 시료의 바닥 신호에 대한 선(L3)은 기준선(L2)의 아래에 위치하였으므로 음의 값을 가지는 선으로 표시하였다.The surface signal of the measurement sample was changed from the reference line L2 corresponding to the surface of the
도 8은 도 7의 그래프에 나타낸 데이터 값들을 이용하여 수학식 3을 적용한 후 얻은 시료의 굴절률 그래프이고, 도 9는 액체 시료를 슬라이드 글라스 평면에 한 방울 떨어뜨렸을 때 형성되는 측정 시료의 모양과 평면이 아닌 시료의 모양으로 인해 발생하는 입사 빔의 굴절현상을 나타내는 도면이다.8 is a refractive index graph of a sample obtained after applying Equation 3 using the data values shown in the graph of FIG. 7, and FIG. 9 is a shape and plane of a measurement sample formed when a drop of a liquid sample is dropped onto a slide glass plane. This is a view showing the refraction of the incident beam caused by the shape of the sample rather than.
사용된 시료가 균일한 매질로 구성되어 있기 때문에 예상되는 시료의 굴절률 값은 "x" 축에 대해서 일정한 값이어야 한다. 하지만 본 실시예에서 액상의 시료를 시료대(163) 위에 떨어뜨리면서 표면장력에 의해서 도 9와 같은 형상을 갖게 된다. 이는 시료가 렌즈의 역할을 할 수 있는 형상이기 때문에 수학식 3에서 얻은 값 "t1"에 시료의 렌즈 효과에 의한 영향을 보정해 주는 것이 필요하다. 물론 일부 고체 상태의 시료 등에는 이러한 현상이 없으므로 렌즈 효과를 보정하는 과정이 불필요하다.Since the sample used consists of a uniform medium, the expected index of refraction of the sample should be a constant value for the "x" axis. However, in this embodiment, while dropping the liquid sample on the
시료에 의해서 생성된 렌즈 영향을 보상하기 위한 분석은 도 9에 도시된 바와 같이 시료의 중심점에서의 좌우 위치 "x"로 수직 입사한 빔은 시료의 굴절률로 인하여 ""의 굴절각으로 꺾이게 되는데 굴절된 빔이 기준면인 시료대(163)의 바닥에 도달할 때까지의 거리 " t1 '"는 입사점 위치 "x"에서의 수직 시료 두께 "t1"과 수학식 4와 같이 관계된다. Analysis to compensate for the lens effect generated by the sample is shown in FIG. 9 that the beam incident vertically at the left and right positions "x" at the center point of the sample is " "T 1 ' " until the refracted beam reaches the bottom of the
따라서 굴절되어 입사한 광이 슬라이드 글라스 바닥에서 반사되어 다시 시료의 표면으로 나올 때 굴절각 ""로 인하여 그 출사점의 위치가 입사점의 위치 보다""만큼 변하게 되고, 따라서 반사광의 광경로가 입사광 보다 광경로 의 차이 " " 만큼 차이가 나게 된다. Therefore, the angle of refraction is reflected when the incident light is reflected from the bottom of the slide glass and comes out to the surface of the sample again. "Due to the location of the exit point, ", So that the light path of the reflected light is different from the incident light "As far as the difference.
그러나 시료의 표면 굴곡이 완만하고 측정하는 구간이 시료의 중심부에 위치할 경우 굴절각 ""가 작아 광경로의 차이 " "를 무시할 수 있게 된다. 따라서 시료 형상의 렌즈 효과에 의한 보정은 시료의 두께 "t1"을 " t1 '"으로 수학식 4와 같이 치환해 주는 것으로 충분하다. However, if the surface curvature of the sample is gentle and the measuring section is located at the center of the sample, the angle of refraction " "Smaller light path differences" "To be able to be ignored. Therefore, the correction according to the lens effect of the sample shape is the thickness of the sample", "the" t 1 to t 1 ' "is sufficient that substituted as shown in Equation 4.
그러나 곡률이 큰 시료의 가장자리에 대한 측정이 필요할 때나 보다 정교한 측정을 원할 때에는 광경로의 차이 " " 까지를 포함하는 연산을 필요로 하는데 이는 단순한 수식을 첨가하는 것으로 본 실시예의 기술적 범주에 포함된다. However, when measuring the edges of a large curvature sample, or when a more precise measurement is desired, Operation is required to include simple formulas, which are included in the technical scope of the present embodiment.
한편, 수학식 4를 이용하여 시료의 형상에 의한 렌즈 영향을 보상하여 도 8의 굴절률 분포선(R2)을 얻을 수 있다. 보상 전의 굴절률 분포선(R1)과 비교하면 x축에 대해서 굴절률이 비교적 일정한 값을 보이고 있음을 알 수 있다. 이미 예상한 바와 같이 시료의 가장 자리에서는 측정값이 근소하게 변화하였다. 측정된 굴절률 값을 측정된 "x 축" 범위에 대하여 평균하였을 때 1.4055 ㅁ 0.0002 을 얻었다.Meanwhile, the refractive index distribution line R2 of FIG. 8 may be obtained by compensating for the lens influence due to the shape of the sample using Equation 4. Compared with the refractive index distribution line R1 before compensation, it can be seen that the refractive index shows a relatively constant value with respect to the x-axis. As expected, the measured value slightly changed at the edge of the sample. When the measured refractive index values were averaged over the measured "x-axis" range, 1.4055 ㅁ 0.0002 was obtained.
도 10은 액체시료가 저장되는 홀더를 도시한 도면이다. 도 10에 도시된 바와 같이 굴절률을 얻는 과정에서 액체 시료의 형상에 의한 영향을 제거하기 위해서는 홀더(180)를 이용하면 수학식 4를 이용하는 과정을 없앨 수 있다.10 illustrates a holder in which a liquid sample is stored. As shown in FIG. 10, in order to remove the influence of the shape of the liquid sample in the process of obtaining the refractive index, the process of using Equation 4 may be eliminated by using the
이상에서 설명한 본 실시예에 따른 시료 측정을 위한 광 간섭계 및 이 광 간섭계를 이용하여 시료를 측정하는 방법은 광 가시도 이미지부터 시료의 표면 형상 이미지와 내부단층 이미지를 얻고, 이를 이용하여 시료의 두께와 굴절률을 동시에 측정할 수 있다. The optical interferometer for measuring a sample according to the present embodiment described above and a method for measuring a sample using the optical interferometer obtain a surface shape image and an internal tomographic image of the sample from the optical visibility image, and use the thickness of the sample And refractive index can be measured simultaneously.
또한 본 실시예는 종래에 시료의 두께나 굴절률을 측정하는 장비들이 고체나 액체 시료만을 측정할 수 있는 제한에서 벗어나 다양한 시료의 물질 특성을 연구할 수 있도록 하며, 더 나아가 세포와 같은 생체시료의 특성연구와 같이 의학적으로도 활용될 수 있다.In addition, the present embodiment allows the conventional equipment for measuring the thickness or refractive index of a sample to study the material properties of various samples, without limiting the measurement of only solid or liquid samples, and further, the characteristics of biological samples such as cells. It can also be used medically, like research.
또한 종래의 일반적인 광학현미경이 특정 깊이에 위치한 단층 영상을 얻기 위하여 결상광학계의 초점거리를 해당 깊이에 위치시킬 수 있지만, 다른 초점 거리에 위치한 단면의 영상도 중첩되어 얻어지므로 특정 단층 이미지만을 추출할 수 없는데 반하여 본 실시예의 광간섭계는 기준단과 간섭을 일으킨 샘플단 신호만을 이용하기 때문에 초점외의 위치에서 발생한 영상을 배제시킬 수 있다.In addition, the conventional optical microscope can position the focal length of the imaging optical system at the corresponding depth in order to obtain a tomographic image located at a certain depth, but only a specific tomographic image can be extracted because the images of the cross-sections located at different focal lengths are also superimposed. On the other hand, since the optical interferometer of the present embodiment uses only the sample end signal that caused interference with the reference end, it is possible to exclude an image generated at an out-of-focus position.
도 1은 본 실시예에 따른 전역광간섭계 시스템을 도시한 도면이다.1 is a view showing a global optical interferometer system according to the present embodiment.
도 2는 본 실시예에 따른 광간섭계를 이용한 시료 측정방법에 대한 순서도이다. 2 is a flowchart of a sample measuring method using an optical interferometer according to the present embodiment.
도 3은 본 실시예에 따라 얻어진 액체 시료의 깊이에 따른 단층 이미지들이다.3 are tomographic images according to the depth of the liquid sample obtained according to the present embodiment.
도 4는 도 3에서 획득한 단층영상 이미지들로부터 8개를 표본 추출하여 재성구한 액체 시료의 "xy" 평면 단층 이미지이다.FIG. 4 is a "xy" planar tomographic image of a liquid sample obtained by reconstructing eight samples from the tomographic images obtained in FIG. 3.
도 5는 도 3에서 얻은 2차원 단층 (횡 측면) 이미지들을 3차원 영상으로 재구성한 이미지이다.5 is a reconstructed image of the two-dimensional tomography (lateral side) images obtained in FIG. 3 into a three-dimensional image.
도 6은 본 발명의 작용을 설명하기 위해 사용된 시료의 "xz" 평면에 대한 단층이미지이다. Figure 6 is a tomographic image of the "xz" plane of the sample used to illustrate the operation of the present invention.
도 7은 "xz" 평면 단층 이미지로부터 측정된 시료의 두께를 "x"축에 대하여 도시한 그래프이다. FIG. 7 is a graph showing the thickness of the sample measured from the "xz" planar tomographic image with respect to the "x" axis.
도 8은 도 7의 그래프에 나타낸 데이터 값들을 이용하여 수학식 3을 적용한 후 얻은 시료의 굴절률 그래프이다.FIG. 8 is a graph of refractive index of a sample obtained after applying Equation 3 using data values shown in the graph of FIG. 7.
도 9는 액체 시료를 슬라이드 글라스 평면에 한 방울 떨어뜨렸을 때 형성되는 측정 시료의 모양과 평면이 아닌 시료의 모양으로 인해 발생하는 입사 빔의 굴절현상을 나타내는 도면이다.FIG. 9 is a view illustrating the refraction of an incident beam generated due to the shape of a measurement sample and a shape of a sample rather than a plane when a liquid sample is dropped on a slide glass plane.
도 10은 액체시료가 저장되는 홀더를 도시한 도면이다10 is a view showing a holder in which a liquid sample is stored.
Claims (13)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020080132443A KR20100073703A (en) | 2008-12-23 | 2008-12-23 | Optical coherence tomography system and sample measurements method using the same |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020080132443A KR20100073703A (en) | 2008-12-23 | 2008-12-23 | Optical coherence tomography system and sample measurements method using the same |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
KR20100073703A true KR20100073703A (en) | 2010-07-01 |
Family
ID=42636614
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
KR1020080132443A KR20100073703A (en) | 2008-12-23 | 2008-12-23 | Optical coherence tomography system and sample measurements method using the same |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
KR (1) | KR20100073703A (en) |
Cited By (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR101252396B1 (en) * | 2011-11-16 | 2013-04-12 | 공주대학교 산학협력단 | Noncontact optical interferometric evaporation measurement apparatus |
KR101282932B1 (en) * | 2010-10-26 | 2013-07-05 | 한국표준과학연구원 | Visibility Enhanced Low Coherence Interferometer |
KR101498109B1 (en) * | 2013-07-31 | 2015-03-05 | 광주과학기술원 | Method for measuring refractive index and thickness using optical coherence tomography |
KR20180024204A (en) * | 2016-08-29 | 2018-03-08 | 울산과학기술원 | 3 dimensional image acquisition apparatus using optical coherence tomography device and 3 dimensional modeling system using same and 3 dimensional ogject acquisition method using same |
WO2020027370A1 (en) * | 2018-07-30 | 2020-02-06 | 한국광기술원 | Optical interferometer and operating method thereof |
KR20210036146A (en) * | 2019-09-25 | 2021-04-02 | 울산과학기술원 | optical coherence microscopy using topology information |
KR20220042920A (en) | 2020-09-28 | 2022-04-05 | 조선대학교산학협력단 | Phase shifting interferometer using optical fiber doped with rare earth elements |
KR20220153733A (en) * | 2021-05-11 | 2022-11-21 | 경북대학교 산학협력단 | Multiple focusing-based high-resolution optical coherence tomography apparatus for depth-of-focus enhancement |
-
2008
- 2008-12-23 KR KR1020080132443A patent/KR20100073703A/en not_active Application Discontinuation
Cited By (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR101282932B1 (en) * | 2010-10-26 | 2013-07-05 | 한국표준과학연구원 | Visibility Enhanced Low Coherence Interferometer |
KR101252396B1 (en) * | 2011-11-16 | 2013-04-12 | 공주대학교 산학협력단 | Noncontact optical interferometric evaporation measurement apparatus |
KR101498109B1 (en) * | 2013-07-31 | 2015-03-05 | 광주과학기술원 | Method for measuring refractive index and thickness using optical coherence tomography |
KR20180024204A (en) * | 2016-08-29 | 2018-03-08 | 울산과학기술원 | 3 dimensional image acquisition apparatus using optical coherence tomography device and 3 dimensional modeling system using same and 3 dimensional ogject acquisition method using same |
WO2020027370A1 (en) * | 2018-07-30 | 2020-02-06 | 한국광기술원 | Optical interferometer and operating method thereof |
KR20210036146A (en) * | 2019-09-25 | 2021-04-02 | 울산과학기술원 | optical coherence microscopy using topology information |
KR20220042920A (en) | 2020-09-28 | 2022-04-05 | 조선대학교산학협력단 | Phase shifting interferometer using optical fiber doped with rare earth elements |
KR20220153733A (en) * | 2021-05-11 | 2022-11-21 | 경북대학교 산학협력단 | Multiple focusing-based high-resolution optical coherence tomography apparatus for depth-of-focus enhancement |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US11007039B1 (en) | Intraoral scanner that compensates for optical inaccuracies | |
KR20100073703A (en) | Optical coherence tomography system and sample measurements method using the same | |
US6640014B1 (en) | Automatic on-the-fly focusing for continuous image acquisition in high-resolution microscopy | |
TWI668469B (en) | Systems and methods for improved focus tracking using a light source configuration | |
US8416400B2 (en) | Wavefront imaging sensor | |
US20070148792A1 (en) | Wafer measurement system and apparatus | |
US11300770B2 (en) | Inclination measurement and correction of the cover glass in the optical path of a microscope | |
WO2012103233A1 (en) | Single-shot full-field reflection phase microscopy | |
WO2012018568A2 (en) | Method and apparatus for imaging | |
JP2010169496A (en) | Refractive index measuring instrument | |
CN102425998A (en) | Full parameter detection apparatus of polished surface quality of optical element and detection method thereof | |
JP2009505051A (en) | Tomographic imaging with immersion interference microscope | |
KR102285818B1 (en) | Apparatus for monitoring three-dimensional shape of target object capable of auto focusing in real time | |
CN115950890B (en) | Spectral domain optical coherence tomography detection method and system for industrial detection | |
JP2022527829A (en) | Automatic focus adjustment system for tracking sample surface with configurable focus offset | |
US20160004058A1 (en) | Lightsheet microscopy with rotational-shear interferometry | |
CN210922541U (en) | Double-camera parallel confocal differential microscopic 3D morphology measuring device | |
KR101116295B1 (en) | Apparatus for measurment of three-dimensional shape | |
JP2013034127A (en) | Imaging apparatus | |
KR101920349B1 (en) | Apparatus for monitoring three-dimensional shape of target object | |
TW200537124A (en) | Interference scanning device and method | |
JP2011220903A (en) | Refractive-index measurement method and device | |
KR20130028461A (en) | 3d shape mesurement mehod and device by using amplitude of projection grating | |
KR101407062B1 (en) | Optical coherence tomography apparatus for enhanced axial contrast and reference mirror having multiple plane for the same | |
JPH07311117A (en) | Apparatus for measuring position of multiple lens |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A201 | Request for examination | ||
E902 | Notification of reason for refusal | ||
E902 | Notification of reason for refusal | ||
E601 | Decision to refuse application |