KR20120041863A - 광학 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 광학 장치를 제공한다. 이 광학 장치는 스캐닝하는 평행빔을 제공하는 스캐닝부, 평행빔이 공통 상면(intermediate image plane; IIP)에 초점 궤적들을 형성하도록 제공하는 어댑터 렌즈 모듈(ALM), 및 초점 궤적들을 샘플에 집속하여 샘플 상면에 전달하고 샘플에 삽입 가능한 프로브 렌즈 모듈(Probe Lens Module;PLM)을 포함한다.

Description

광학 장치{OPTICAL APPARATUS}
본 발명은 광학 장치에 관한 것으로, 더 구체적으로, CARS(Coherent Anti-Stokes Raman Scattering) 바이오 현미경의 대물 렌즈계(objective)에 관한 것이다.
CARS(Coherent Anti-Stokes Raman Scattering) 바이오 현미경과 같은 생체 영상기술은 인류가 당면하고 있는 난치성 질병의 메커니즘을 규명하거나 해결할 수 있는 첨단과학기술이다. CARS 바이오 현미경 기술과는 달리, 기존의 공초점 반사 현미경 기반의 영상 기술은 세포조직에 여러 종류의 형광색소를 사용한다. 형광색소는 비독성이고, 단층촬영을 위해서는 세포조직에 깊게 침투해야 한다. 형광색소의 안전문제, 형광색소에 의존하는 비효율적인 진단성, 그리고 형광색소의 침투 비균일성에 의한 촬영된 상의 명암저하와 같은 문제가 발생된다.
본 발명의 해결하고자 하는 일 기술적 과제는 CARS 이미징용 대물 렌즈계(objective)를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 광학 장치는 특정한 각도범위로 평행빔을 주사하는 스캐닝부, 상기 평행빔이 공통 상면(intermediate image plane; IIP)에 초점 궤적들을 형성하도록 제공하는 어댑터 렌즈 모듈(Adaptor Lens Moudle;ALM), 및 상기 초점 궤적들을 샘플에 집속하여 샘플 상면에 전달하고 상기 샘플에 삽입가능한 프로브 렌즈 모듈(Probe Lens Module;PLM)을 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 광학 장치는 펌프 빔 및 스톡스 빔에 대하여 수차가 없고 초점 거리 차이가 없는 생체 샘플 삽입용 대물 렌즈계를 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 CARS 광학 장치를 설명하는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 노즈피스를 설명하는 개념도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 광학 장치를 설명하는 도면이다.
도 4는 도 3의 PLM의 확대도이다.
도 5는 도 4에서 설명한 PLM의 성능을 설명하는 컴퓨터 시뮬레이션 결과들이다.
도 6은 도 4에서 설명한 PLM의 스폿 다이어그램(spot diagram)을 나타낸다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 광학 장치의 ALM과 PLM의 기하광학적인 관계를 나타낸다.
도 8은 도 7에서 구해진 조건을 만족하는 광학 장치를 설명하는 도면이다.
도 9는 도 8의 ALM의 스폿 다이어그램(spot diagram)을 나타낸다.
도 10은 도 4의 PLM과 도 7의 ALM이 결합한 경우의 광학 특성을 나타낸다.
본 발명에 따른 CARS 현미경 장치는 단일세포와 조직에 형광물질을 투여하지 않고, 분자 마다의 고유 진동 특성을 레이저 비선형광학 현상을 이용해 측정한다. 따라서, 상기 CARS 현미경 장치는 살아 있는 상태의 세포를 실시간으로 관찰할 수 있다. 또한, CARS 현미경 장치는 세포를 자르지 않고서도 3차원 입체 영상으로 내부 단면을 촬영할 수 있으며, 수 마이크로미터 크기의 세포에서 수 밀리미터 범위의 생체조직까지 300 나노미터 정도의 공간 해상도를 가지고 관찰할 수 있다.
한편, 상기 CARS 현미경 장치가 생체 내부(in-vivo)를 관찰하기 위하여, 내시 현미경 광학계가 요구된다. 즉, CARS 이미징용 현미경 노즈피스(Microscope Nosepiece)의 광학설계가 요구된다.
파장이 다른 두 개의 펄스인 펌프 빔(ωP)와 스톡스 빔(ωS)가 생체 샘플 내에서 동시에 초점을 형성하면, 이 초점에서 CARS 신호가 발생되고, 상기 CARS 신호는 감지부 쪽에서 영상화된다.
펌프 빔(ωP)와 스톡스 빔(ωS)으로 표현되는 두 개의 펄스가 색수차 없이 한 점으로 집속되면, 생체는 효과적으로 상기 CARS 신호을 발생시킬 수 있다. CARS 신호는 3차의 유도 편극 효과와 관련이 있다. 즉, CARS 신호의 발생량은 상기 펌프 빔의 세기의 자승과 상기 스톡스 빔 세기의 일승의 곱에 비례한다. 따라서, 집속되는 빔의 질은 CARS 현미경의 성능에 영향을 미친다.
CARS 현미경 광학계의 크기는 생체 내에 삽입되어 사용할 수 있도록 작아야 한다. 또한, 상기 CARS 현미경 광학계의 수차특성은 회절한계 성능(diffraction- limited performance)을 가져야 한다. 또한, 상기 펌프 빔(ωP)와 상기 스톡스 빔(ωS)에서, 두 파장의 회절한계 성능이 한 점에서 일치해야 한다. 따라서, 상기 CARS 현미경 광학계는 공초점 방식의 내시형 광현미경에 사용되는 광학계보다 훨씬 엄격한 수차조건을 만족해야 한다. 한편, 상기 CARS 신호를 발생시키기 위해 사용되는 파장은 가시광선 영역보다는 생체 내부로의 투과도가 높은 근적외선 영역의 파장을 사용하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 펌프 빔의 파장은 817 nm일 수 있고, 상기 스톡스 빔의 파장은 1064 nm일 수 있다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명은 여기서 설명되어지는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예는 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되어지는 것이다. 도면들에 있어서, 구성요소는 명확성을 기하기 위하여 과장되어진 것이다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호로 표시된 부분들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 CARS 광학 장치를 설명하는 도면이다.
도 1을 참조하면, 상기 광학 장치는 스캐닝하는 평행빔을 제공하는 스캐닝부(130), 상기 평행빔(130)이 공통 상면(intermediate image plane; IIP)에 초점 궤적들을 형성하도록 제공하는 어댑터 렌즈 모듈(Adapter Lens Module; ALM, 160), 및 상기 초점 궤적들을 샘플(190)에 집속하여 샘플 상면(sample image plane)에 전달하고 상기 샘플(190)에 삽입가능한 프로브 렌즈 모듈(Probe Lens Module;PLM, 170 )을 포함한다.
광원부(110)는 스톡스 빔(ωS)을 제공하는 제1 펄스 레이저(114) 및 펌프 빔(ωP)을 제공하는 제2 펄스 레이저(112)를 포함할 수 있다. 상기 광원부(110)는 이색성 미러(116)와 반사경(118)을 포함할 수 있다. 상기 스톡스 빔(ωS)은 상기 이색성 미러(116)를 투과하여 진행할 수 있다. 또한, 상기 펌프 빔(ωP)은 상기 반사경(118)에서 반사되어 경로가 변경되어 상기 이색성 미러(116)에서 다시 반사될 수 있다. 이에 따라, 상기 스톡스 빔(ωS)과 상기 펌프 빔(ωP)은 동일한 광 경로를 가질 수 있다.
빔 확장부(120)는 상기 스톡스 빔과 상기 펌프 빔의 빔(beam)의 크기를 확대시킬 수 있다. 예를 들어, 초점이 서로 일치하는 상기 제1 렌즈(122) 및 제2 렌즈(124)는 상기 스톡스 빔과 상기 펌프 빔의 크기를 확대시켜 상기 평행광을 제공할 수 있다.
상기 스캐닝부(130)는 적어도 2개의 틸팅 미러(tilting mirror, 132,134)를 포함할 수 있다. 상기 틸팅 미러들(132,134)이 움직임에 따라, 상기 스캐닝부(130)에 입사하는 상기 평행광은 공간적으로 스캐닝될 수 있다.
반사경(142)은 상기 스캐닝부(130)에서 제공하는 상기 평행광의 광 경로를 변경하여 노즈피스(180)에 제공할 수 있다. 상기 노즈피스(180)는 어댑터 렌즈 모듈(160) 및 프로브 렌즈 모듈(170)을 포함할 수 있다.
상기 샘플(190)에서 발생한 CARS 신호는 상기 프로브 렌즈 모듈(170) 및 상기 어댑터 렌즈 모듈(160)를 통하여 상기 이색성 미러(144)에 제공된다. 상기 이색성 미러(144)는 상기 CARS 신호의 광 경로를 변경하여 감지부(150)에 제공한다.
상기 감지부(150)는 수광 소자를 포함할 수 있다. 상기 감지부(150)는 광 필터를 포함할 수 있다. 상기 감지부(150)와 상기 이색성 미러(144) 사이에는 집속 렌즈(146)가 배치될 있다. 상기 집속 렌즈(146)는 상기 CARS 신호를 상기 감지부(150)에 집속하여 제공할 수 있다.
CARS 이미징용 노즈피스(Nosepiece)는 샤프 연필과 같이 가늘고 긴 구조의 렌즈계이다. 통상적으로, 공초점 현미경용 프로브(probe)는 GRIN 렌즈를 사용한다. 상기 GRIN 렌즈는 지름방향으로 굴절률이 변화하는 그래디언트 인덱스(gradient index) 렌즈이다. 상기 GRIN 렌즈는 상기 GRIN 렌즈 자체에 상당한 양의 수차(abberation)를 가지고, 색수차(chromatic aberration)를 크게 발생시킨다. 따라서, 상기 GRIN 렌즈는 상기 CARS 신호를 처리하는 대물 광학계(object optical system)로 부적합하다.
가늘고 긴 렌즈계인 노즈 피스(nosepiece)는 상기 PLM(160)과 상기 ALM(170)을 포함할 수 있다. 상기 PLM(170)은 작은 구멍을 통해 생체 내에 삽입되는 렌즈부이다. 상기 ALM(160)은 상기 PLM(170)이 작동하도록 상기 스캐닝부(130)와 상기 PLM(170)을 광학적으로 연결한다.
상기 ALM(160)과 상기 PLM(170)을 연결하는 상호 공통의 공통 상면(intermediate image plane)이 존재한다. 상기 스캐닝하는 상기 평행빔 (collimating beam)이 상기 ALM(160)에 입사하는 경우, 상기 ALM(160)은 상기 공통 상면(IIP) 상에 초점궤적을 형성한다. 상기 PLM(170)은 상기 초점궤적을 생체 샘플의 샘플 상면(SIP) 상에 집속하여 전달한다. 상기 초점궤적들이 상기 생체 샘플(190)에서 수차가 없는 각 점들로 집속되면, 집속된 점에서 CARS 신호가 발생한다. 상기 CARS 신호는 다시 상기 PLM(170), ALM(160), 및 이색성 미러(144)를 통하여 상기 감지부(150)에 전달된다.
수치구경(numerical aperture)은 광학계가 빛을 모을 수 있는 능력이다. 상기 수치 구경은 물체측 수치구경(numerical aperture at object side; NAO)과 상측 수치구경(numerical aperture at image side; NAI)으로 나뉜다. 상측 수치구경(numerical aperture at image side; NAI)은 샘플 측 수치 구경(NAS)과 동일하다. 상기 물체측(object side)은 상기 ALM 쪽을 의미하고, 상기 상측(image side)이란 생체 샘플 쪽을 의미한다.
상기 노즈피스(180)에 의해서 수집되는 상기 CARS 신호의 양은 상기 샘플 쪽 수치구경(NAS)의 자승에 비례한다. 광학분해능(Optical resolution)은 상기 샘플 쪽 수치구경(NAS)의 일승에 비례한다. 바람직하게는, 상기 샘플 쪽 수치구경(NAS)의 크기는 상기 CARS 신호가 발생하기 위해 0.5 이상일 수 있다. 더 바람직하게는, 상기 샘플 쪽 수치구경(NAS)의 크기는 0. 6 내지 0.8 일 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 노즈피스를 설명하는 개념도이다.
도 2를 참조하면, 상기 노즈피스(180)는 가늘고 긴 렌즈계일 수 있다. 가늘고 긴 형태의 노즈피스를 위하여, 상기 노즈피스(180)의 초점 거리는 최소한 10 mm 이상일 것이 요구된다. 또한, CARS 신호가 유효하게 발생하려면, 샘플측 수치 구경(NAS)는 0.5 이상이 요구된다.
따라서, 상기 샘플측 수치 구경(NAS)이 0.5 이상인 경우, 하나의 모듈만으로 노즈피스(180)를 구성하면, 상기 노즈피스(180)의 초점 거리는 3 mm 내외이다. 따라서, 상기 노즈피스(180)의 초점 거리가 10 mm 이상이고, 상기 노즈피스(180)의 샘플측 수치 구경(NAS)는 0.5 이상이면, 상기 노즈피스(180)는 PLM(Probe Lens Module)과 ALM(Adaptor Lens Module)으로 분리될 수 밖에 없다.
상기 노즈피스(180)는 상기 PLM과 상기 ALM을 포함하는 경우, 상기 PLM의 광학 구경(clear apeture)은 3.5 mm이하, 샘플 측 시야(fied of view in sample side;FOVS)가 0.22 mm이하, 샘플 측 수치구경(NAS)은 물잠김(water immersion)에 대하여 0.5 내지 0.8 일 수 있다. 또한, 상기 PLM의 길이(IIP에서 SIP의 거리)는 20 mm 이상일 수 있다. 위의 조건을 충족하는 상기 노즈피스(180)는 CARS 신호 측정을 위한 생체 삽입에 적합할 수 있다. 또한, 상기 ALM은 위의 조건을 충족하는 PLM에 대하여 설계될 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 광학 장치를 설명하는 도면이다.
도 4는 도 3의 PLM의 확대도이다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 노즈피스가 가늘고 긴 형태가 되기 위해서, 공통 상 높이(intermediate image height; η)와 샘플 측 수치구경(NAS)가 고려된다. 광학 구경(Clear Aperture)의 크기는 주로 샘플 측의 수치구경(NAS)에 의해 결정된다. 렌즈계를 더 길게 만들기 위하여, 물체 면(object plane)에서 첫 번째 렌즈 면 사이의 거리(LL)는 증가된다. 상기 거리(LL)의 증가는 광학 구경(Clear Aperture)의 증가를 야기한다. 생체 내에 삽입가능한 PLM(170)의 가장 중요한 요구 사항을 정리하면 다음과 같다.
(1) PLM의 광학 구경(clear apeture)은 3.5 mm 이하.
(2) PLM의 길이(IIP에서 SIP의 거리, LS)는 20 mm 이상.
(3) 샘플 측 수치구경(NAS)은 물잠김(water immersion)에 대하여 0.5 이상.
(4) 샘플 측 시야(fied of view in sample side;FOVS)가 0.22 mm 이하.
(5) PLM은 8매 이상의 렌즈(171~178)로 구성되고, PLM을 구성하는 렌즈들은 평면 또는곡면으로 구성됨.
(5) PLM은 글래어 스톱(glare stop,179)을 포함.
상기 샘플 측 시야는 소정의 강도 이상으로 집속된 빔이 스캐닝할 수 있는 거리이다. 상기 글래어 스톱(179)은 샘플 주위에서 상기 PLM(170)으로 입사하는 주변광을 차단할 수 있다.
수차는 사이텔(Seidel) 3차 수차, 광축물점과 비축물점에 대한 일차 색수차, 색 구면수차, 색 코마수차, 및 색 비점수차를 포함할 수 있다. 상기 수차는 설계시 오차함수(error function)를 이용하여 회절한계성능을 보정하였다. 또한, 상면만곡 수차는 적절한 곡률로 휘어있는 상면을 도입하여 보정하였다.
도 5는 도 4에서 설명한 PLM의 성능을 설명하는 컴퓨터 시뮬레이션 결과들이다.
817 nm 파장을 가진 펌프빔(빨간색)에 대하여, 에어리 디스크(Airy disk)의 반경은 0.71 마이크로 미터이다. 1064 nm 파장을 가진 스톡스 빔(파랑색)에 대하여, 에어리 디스크(Airy disk)의 반경은 0.93 마이크로미터이다.
도 5를 참조하면, 종구면 수차(longitudinal spherical aberration; LSA)는 펌프 빔에서 최대값 0.24 마이크로미터를 가진다. 상기 종구면 수차는 상기 에어리 디스크의 반경 대비 1/3 혹은 1/4 정도이다. 상기 펌프 빔과 상기 스톡스 빔 사이의 초점 거리의 차이는 0.06 마이크로 미터로 작은 값이다. 즉, 색수차는 거의 완벽히 보정되었다. 또한, 상기 펌프 빔과 상기 스톡스 빔은 한 점으로 집속한다.
비축물점에 대한 파장 별 집속의 질과 색수차를 나타내는 비점상면만곡 수차(Astigmatic Field curvature; AFC)는 0.29 마이크로 미터로 잘 보정되었다.
도 6은 도 4에서 설명한 PLM의 스폿 다이어그램(spot diagram)을 나타낸다.
스폿 다이어그램(spot diagram)은 전체적인 결상의 형태를 질(성능)을 표시한다. 모든 스폿(spot)은 축 상(On axis)에 대하여 반경(0.4 마이크로 미터)의 원 안에 배치된다. 또한, 비축 끝단(Off-axis)에 대하여는 반경(0.64 마이크로 미터)의 원안에 배치된다. 따라서, 상기 광학 장치는 회절한계 성능을 가진다.
다만, 상기 펌프 빔(파란색)과 상기 스톡스 빔(빨간색)의 스폿의 위치 차이는 0.1 마이크로이터 정도이다. 따라서, 상기 위치 차이는 아주 작은 양으로, 색수차는 거의 완벽히 보정되었다. 즉, 상기 PLM은 광학 성능 상으로 CARS 신호를 생체 내의 한 점에서 발생시킬 수 있다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 광학 장치의 ALM과 PLM의 기하광학적인 관계를 나타낸다.
도 7을 참조하면, H는 제1 주점(first principle point)이고, H'은 제2 주점(second principle point)이다. 광축(optical axis)과 주광선(principa ray)에 의해 만들어지는 기하광학적인 관계에 의해 수학식 1 내지 4가 도출된다.
Figure pat00001
Figure pat00002
Figure pat00003
Figure pat00004
여기서, S는 공통 상면과 상기 글래어 스톱(179) 사이의 거리이고, fa는 상기 ALM(160)의 유효 초점 거리이고, D는 구경 조리개(169)의 직경이고, NAO는 상기 PLM(170)의 물체 측 수치구경이고, 및 η는 공통 상면 높이이다.
설계된 PLM(170)은 매개 변수로서 공통 상면에서 입사각도(θ), 공통 상면 높이( η), PLM의 물체 측 수치구경(NAO)을 제공한다. 위의 3개의 매개변수를 수학식에 대입하면, ALM의 유효 촛점거리(fa) 및 구경 조리개의 직경(D)가 구해진다. 따라서, 총 5개의 매개변수가 사용된다. 상기 ALM(160)의 구경 조리개(169)의 중심을 통과한 주광선은 상기 ALM(160)에 의해 굴절된 후, 광축에 대해서 상기 입사각도(θ)를 유지하면서 상기 공통 상면의 끝단(PLM의 물체 측 끝단)을 지난다.
상기 구경 조리개(169)는 샘플 측 수치구경(NAS)을 물잠김(water immersion)에 대하여 0.5 내지 0.7 까지 유지하기 위해 입력되는 빔의 폭을 제한하는데 필요하다.
도 8은 도 7에서 구해진 조건을 만족하는 광학 장치를 설명하는 도면이다.
도 8을 참조하면, 수학식 1 내지 4 및 수차를 만족하는 ALM(160)은 구경 조리개(169)를 포함한다. 또한, 상기 ALM(160)은 8매 이상의 렌즈(161~168)를 포함한다. 또한, 상기 렌즈들(161~168)은 평면 또는 구면이다.
도 9는 도 8의 ALM의 스폿 다이어그램(spot diagram)을 나타낸다.
도 9를 참조하면, ALM은 회절한계 뿐만 아니라 색수차도 완벽히 보정되었다.
상기 펌프 빔( 파장 817 nm)은 파란색이고, 상기 스톡스 빔(파장 1064 nm)은 빨간색이다.
도 10은 도 4의 PLM과 도 7의 ALM이 결합한 경우의 광학 특성을 나타낸다.
도 10을 참조하면, PLM 및 ALM은 최적의 상태로 설계되었다. 하지만, PLM 및 ALM이 서로 결합하는 경우, 약간의 불일치가 발생할 수 있다. 왜냐하면, 상기 PLM과 결합시키기 위해 단지 5개의 광학 매개변수만을 사용했기 때문이다. 그래서, PLM과 ALM을 결합하여, 다시 최적설계가 진행되었다. 노즈피스의 스폿 다이어그램은 CARS 이미징용 노즈피스에 적용할 수 있는 성능이다. 즉, 노즈피스는 각각의 펌프 빔과 스톡스 빔에 대해 회절한계 성능을 가지고, 상기 펌프 빔과 스톡스 빔의 초점은 거의 일치한다.
이상에서는 본 발명을 특정의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 이러한 실시예에 한정되지 않으며, 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 실시할 수 있는 다양한 형태의 실시예들을 모두 포함한다.
160: ALM
170: PLM
130: 스캐닝부
110: 광원부
150: 감지부
190: 샘플

Claims (18)

  1. 스캐닝하는 평행빔을 제공하는 스캐닝 부;
    상기 평행빔이 공통 상면(intermediate image plane; IIP)에 초점 궤적들을 형성하도록 제공하는 어댑터 렌즈 모듈(ALM); 및
    상기 초점 궤적들을 샘플에 집속하여 샘플 상면에 전달하고 상기 샘플에 삽입 가능한 프로브 렌즈 모듈(Probe Lens Module;PLM)을 포함하는 광학 장치.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 스캐닝부는 서로 다른 파장의 펌프 빔과 스톡스 빔을 스캐닝하고, 상기 샘플의 집속된 점은 간섭성 엔티-스톡스 라만 산란 신호(Coherent Anti-Stokes Raman Scattering Signal; CARS signal)를 출력하는 것을 특징으로 하는 광학 장치.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 펌프 빔의 파장은 817 nm이고, 상기 스톡스 빔의 파장은 1064 nm 인 것을 특징으로 하는 광학 장치.
  4. 제2 항에 있어서,
    상기 스캐너부와 상기 PLM 사이의 광 경로에 배치되고, 상기 PLM 및 상기 ALM 을 통과한 상기 CARS 신호를 선택적으로 반사하는 이색성 거울(dichroic mirror); 및
    상기 이색성 거울을 통하여 선택적으로 반사된 상기 CARS 신호를 검출하는 검출기를 중에서 적어도 하나를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 장치.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 PLM의 길이는 25 mm 이상이고, 상기 PLM의 광학구경(Clear Aperture)의 직경은 2.6 mm 이하인 것을 특징으로 하는 광학 장치.
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 PLM의 상기 샘플 측의 수치구경(numerical aperture)은 물 잠김(water immersion)을 고려하여 0.5 내지 0.8인 것을 특징으로 하는 광학 장치.
  7. 제1 항에 있어서,
    상기 PLM의 상기 물체 측의 수치구경(numerical aperture)은 0.04 내지 0.06인 것을 특징으로 하는 광학 장치.
  8. 제1 항에 있어서,
    상기 PLM의 렌즈의 개수는 적어도 8매이고, 구면 및 평면으로 구성된 것을 특징으로 하는 광학 장치.
  9. 제1 항에 있어서,
    상기 샘플 측 시야는 0.22 mm 이내인 것을 특징으로 하는 광학 장치.
  10. 제1 항에 있어서,
    상기 PLM은 글레어 스탐(glare stop)을 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 장치.
  11. 제1 항에 있어서,
    상기 평행빔의 초점 평면을 상기 공통 상면에 배치되도록 상기 어댑터 모듈 과 상기 스캐너부 사이에 배치되는 구경 조리개를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 장치.
  12. 제11 항에 있어서,
    상기 PLM은 글래어 스톱을 포함하고,
    상기 PLM 과 상기 ALM은 다음의 조건을 충족하고,
    Figure pat00005

    여기서, S는 공통 상면과 상기 글래어 스톱 사이의 거리이고,
    fa는 상기 ALM의 유효 초점 거리이고,
    D는 구경 조리개의 직경이고,
    NAO는 상기 PLM의 물체 측 수치구경이고, 및
    η는 공통 상면 높이인 것을 특징으로 하는 광학 장치.
  13. 어댑터 렌즈 모듈(ALM)을 포함하는 광학 장치에 있어서,
    상기 어댑터 렌즈 모듈은 스캐닝하는 평행빔을 제공하는 스캐닝부와 초점 궤적들을 샘플에 집속하여 전달하고 상기 샘플에 삽입가능한 프로브 렌즈 모듈(Probe Lens Module;PLM) 사이에 배치되고, 상기 평행빔이 공통 상면(intermediate image plane; IIP)에 상기 초점 궤적들을 형성하도록 제공하는 어댑터 렌즈 모듈(ALM)을 포함하는 광학 장치.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 평행빔의 초점 평면을 상기 공통 상면에 배치되도록 상기 어댑터 모듈 과 상기 스캐너부 사이에 배치되는 구경 조리개를 더 포함하고,
    상기 구경 조리개의 중심을 통과한 주광선(principal ray)은 상기 어댑터 렌즈 모듈에서 굴절되어, 상기 어댑터 렌즈 모듈의 광축에 소정의 각도를 유지하면서 상기 공통 상면에 입사하는 것을 특징으로 하는 광학 장치.
  15. 제 13 항에 있어서,
    상기 PLM은 글래어 스톱을 포함하고,
    상기 PLM 과 상기 ALM은 다음의 조건을 충족하고,
    Figure pat00006

    여기서, S는 공통 상면과 상기 글래어 스톱 사이의 거리이고,
    fa는 상기 ALM의 유효 초점 거리이고,
    D는 구경 조리개의 직경이고,
    NAO는 상기 PLM의 물체 측 수치구경이고, 및
    η는 공통 상면 높이인 것을 특징으로 하는 광학 장치.
  16. 제 13 항에 있어서,
    상기 어댑터 렌즈 모듈(ALM)은 적어도 8 매의 렌즈를 포함하고, 상기 렌즈는 평면 또는 구면으로 형성된 것을 특징으로 하는 광학 장치.
  17. 프로브 렌즈 모듈(PLM)을 포함하는 광학 장치에 있어서,
    스캐닝하는 평행빔을 제공하는 스캐닝부와 상기 평행빔이 공통 상면(intermediate image plane; IIP)에 초점 궤적들을 형성하도록 제공하는 어댑터 렌즈 모듈(ALM)을 통하여 제공되는 상기 초점 궤적들을 샘플에 집속하여 샘플 상면에 전달하고 상기 샘플에 삽입 가능한 것을 특징으로 하는 광학 장치.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 PLM의 길이는 25 mm 이상이고, 상기 PLM의 광학구경(Clear Aperture)의 직경은 2.6 mm 이하이고, 상기 PLM의 상기 샘플 측의 수치구경(numerical aperture)은 물 잠김(water immersion)을 고려하여 0.5 이상이고, 상기 PLM의 렌즈의 개수는 적어도 8 매이며 곡면 또는 평면으로 구성되고, 샘플 측 시야은 0.22 mm 이내인 것을 특징으로 하는 광학 장치.
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