KR20120041953A - 광학 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 광학 장치를 제공한다. 이 광학 장치는 스캐닝하는 평행빔을 제공하는 스캐닝부, 일단은 평행빔을 전달받고 타단은 평행빔을 출력하는 복수의 파어버를 포함하는 파이버 번들부, 및 파이버 번들부의 타단에 접속하고 상기 타단의 물체 면(object plame)의 초점 궤적들을 샘플에 집속하여 샘플 상면(sample image plane)에 전달하고 상기 샘플에 삽입 가능한 대물렌즈부를 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 스캐닝하는 평행빔을 제공하는 스캐닝부, 일단은 상기 평행빔을 전달받고 타단은 상기 평행빔을 출력하는 복수의 파어버를 포함하는 파이버 번들부, 및 상기 파이버 번들부의 타단에 접속하고 상기 타단의 물체 면(object plame)의 초점 궤적들을 샘플에 집속하여 샘플 상면(sample image plane)에 전달하고 상기 샘플에 삽입 가능한 대물렌즈부를 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 광학 장치를 설명하는 도면이다.
도 2는 도 1의 광학 장치의 대물렌즈부를 설명하는 도면이다.
도 3은 도 2의 대물렌즈부의 광학 성능을 나타내는 도면들이다.
도 4는 도 2의 대물렌즈부의 스폿 다이어그램(spot diagram)을 나타낸다.
도 5는 도 2의 인서클드 에너지(encircled energy)를 나타낸다.
도 6은 도 2의 대물렌즈부의 점퍼짐함수(point spread function)를 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 대물렌즈부의 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 검출부 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.
CARS 현미경 광학계의 생체 삽입형 대물 렌즈계(objective)는 파이버 번들(fiber bundle)과 대물렌즈부를 포함한다.
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 광학 장치를 설명하는 도면이다.
도 2는 도 1의 광학 장치의 대물렌즈부를 설명하는 도면이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 상기 광학 장치는 스캐닝하는 평행빔을 제공하는 스캐닝부(230), 일단은 상기 평행빔을 전달받고 타단은 상기 평행빔을 출력하는 복수의 파어버를 포함하는 파이버 번들부(260), 및 상기 파이버 번들부(260)의 타단에 접속하고 상기 타단의 물체 면(object plame)의 초점 궤적들을 샘플에 집속하여 샘플 상면(sample image plane)에 전달하고 상기 샘플에 삽입 가능한 대물렌즈부(270)을 포함한다.
상기 스캐닝부(230)는 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 출력한다.
상기 광학 장치의 대물 렌즈계(objective)의 요구 조건은 다음과 같다.
(1) 샘플 쪽 수치구경(NAS)는 CARS 신호가 발생하기 위해 적어도 0.5 이상. 샘플측 수치구경(NAS)은 0.5 내지 0.7 정도가 바람직함.
(2) 상기 대물렌즈부의 샘플 측 시야(field of view at sample side; FOVS)은 220 μm 이하.
(3) 텔레센트리시티(Telecentricity)는 3.6도 이하.
(4) 전장길이(total track length; TTL)는 10.4 mm 이하.
(5) 대물렌즈계의 첫 번째 면은 평면 임.
(6) 대물렌즈계에서 첫 번째 렌즈 (평 볼록렌즈)의 길이가 전체 대물렌즈계의 길이의 1/2 이상일 것. (예를 들어, 첫 번째 렌즈의 두께는 6 mm이고 상기 전장 길이는 10.4 mm 임).
(7) 샘플 측의 마지막 렌즈 면의 모양은 볼록 면 일 것.
(8) 대물렌즈계의 구성은 평면 또는 구면으로 최소 9매 이상일 것.
(9) 구경 스톱(271)의 위치는 주광선이 광축을 통과하는 위치에 설치됨.
(10) 대물렌즈계의 직경이 1.9 mm 이하일 것.
수치구경(numerical aperture)이란 광학계가 빛을 모을 수 있는 능력을 통칭한다. 상기 수치 구경은 물체측 수치구경(numerical aperture at object side; NAO)과 상측 수치구경(numerical aperture at image side)으로 나뉜다. 물체측은 파이버 번들 쪽을 의미한다. 상측이란 생체 샘플 쪽을 의미한다. 상측 수치구경(numerical aperture at image side)은 샘플측 수치구경(numerical aperture at sample side; NAS)이다.
상기 광학 장치에 의해서 수집되는 CARS 신호의 양은 상기 샘플 쪽 수치구경(NAS)의 자승에 비례하고, 광학분해능(optical resolution)은 수치구경의 일승에 비례한다. 상기 샘플 쪽 수치구경(NAS)는 CARS 신호가 발생하기 위해 적어도 0.5 이상이다.
물잠김(water immersion)을 고려한 샘플측 수치 구경(NAS)이 0.5 이고, 파이버 번들의 직경(η)이 0.7 mm이고, 경통의 두께를 0.3 mm로 가정하면, 최소의 광학구경 (clear aperture)은 0.7 mm이다.
물잠김을 고려한 샘플측 수치 구경(NAS)이 0.7 이고, 파이버 번들(270)의 직경(η)이 0.7 mm이고, 경통의 두께를 0.3 mm로 가정하면, 최대로 허용할 수 있는 구경은 2.5 mm이다. 즉, 허용 가능한 구경의 직경이 1.0 mm에서 2.5 mm정도를 가질 때, 샘플측 수치구경(NAS)은 0.5 내지 0.7 정도이다. 또는, 상기 파이버 번들 측 시야는 0.7 mm이하일 수 있다.
상기 대물렌즈부(270)의 샘플 측 시야(field of view at sample side; FOVS)은 220 μm 이하로 설계될 수 있다. 수치구경과 광학구경이 정해지면 최대한도로 확보할 수 있는 시야에 대해 광학설계가 이루어진다. 그러면, 상기 파이버 번들(260)의 직경(η)이 0.7 mm 인 경우, 물상간(object to image)의 배율(magnification; M)은 0.314 (=220/700)이다. 이어서, 배율(M)은 기하광학으로부터 물상간(object to image)의 수치구경의 비(ratio)로 주어지고, 파이버 번들 측 수치구경은 0.16 내지 0.22이다. 통상적으로, 상기 파이버 번들(260)의 수용가능한 수치구경은 0.35 정도이므로, 상기 대물렌즈부(270)는 설계 조건을 만족한다.
텔레센트리시티(Telecentricity)는 물체측, 상측, 또는 양쪽에서 주광선(principal ray)이 광축과 나란하게 진행하는 것을 말한다. 예를 들어, 상기 파이버 번들(260)은 30,000 가닥을 포함할 수 있다. 상기 파이버 번들(260)로 입사하는 CARS 신호가 가닥 별로 편차가 크지 않고, 상기 파이버 번들(260)과 상기 대물렌즈부(270)의 연결시 조립 민감도를 최소화하기 위해, 상기 파이버 번들 측 텔레센트리시티(telecentricity at fiber bundle side)의 제한조건이 요구된다. 구체적으로, 상기 텔레센트리시티(Telecentricity)는 주광선이 광축을 통과하는 지점인 8번째 면 혹은 9번째 면에 설치될 수 있다.
샘플 측에서는 작업거리 (working distance)가 중요하다. 통상 비선형 광학영상은 3차원의 입체영상 (단층촬영)을 얻을 수 있다. 신호의 크기가 매우 미약하므로 투과깊이는 수백 μm이하로 제한된다. 따라서, 상기 CARS 신호에 대하여, 투과 깊이는 100 μm 정도임을 확인하였다. 따라서, 상기 작업거리는 100 μm 이하이다.
상기 파이버 번들에 연결된 카세터(270)는 내시경과 같이 생체 내부를 자유롭게 움직여야 한다. 즉, 상기 카세터(270)는 구불구불한 관 속을 최소한의 피치로 자유롭게 움직일 수 있다. 이를 위해서는 상기 파이버 번들(260)에 부착되는 카세터의 전장길이(total track length; TTL)가 가급적 짧아야 한다. 상기 전장 길이는 가급적 20 mm 이하가 바람직하다. 더 바람직하게는 상기 전장 길이는 10.4 mm 이하일 수 있다.
CARS 신호는 입사빔의 3승에 비례하는 전기광학적인 비선형 효과에 기인한다. 따라서, CARS 신호의 발생량은 초점의 질에 절대적으로 의존한다. 그러므로, CARS 대물 렌즈계는 파장이 다른 펌프 빔 (817 nm)과 스토스 빔 (1064 nm) 각각에 대해 회절한계 성능을 만족해야하고, 두 빔을 한 점에서 일치시켜야 한다. 즉, CARS 대물 렌즈계는 두 파장에 대해 완벽한 수차제거와 초점일치를 제공한다. CARS 대물 렌즈계는 사이텔(Seidel) 3차 수차제거 과정을 거친다. 예를 들어, 사이텔(Seidel) 3차 수차, 광축물점과 비축물점에 대한 일차 색수차, 색 구면수차, 색 코마수차, 색 비점수차로 구성된 오차함수가 CARS 대물 렌즈계 설계시 사용될 수 있다. 상면만곡 수차는 적절한 곡률로 휘어있는 상면을 도입함에 의해 보정되었다.
광원부(210)는 스톡스 빔(ωS)을 제공하는 제1 펄스 레이저(218) 및 펌프 빔(ωP)을 제공하는 제2 펄스 레이저(212)를 포함할 수 있다. 상기 광원부(210)는 이색성 미러(216)와 반사경(214)을 포함할 수 있다. 상기 스톡스 빔(ωS)은 상기 이색성 미러(116)에서 반사하여 진행할 수 있다. 또한, 상기 펌프 빔(ωP)은 상기 이색성 미러(118)에서 반사되어 경로가 변경되고 상기 이색성 미러(216)를 투과하여 진행할 수 있다. 이에 따라, 상기 스톡스 빔(ωS)과 상기 펌프 빔(ωP)은 동일한 광 경로를 가질 수 있다. 상기 펌프 빔의 파장은 817 nm이고, 상기 스톡스 빔의 파장은 1064 nm 일 수 있다.
빔 확장부(220)는 상기 스톡스 빔과 상기 펌프 빔의 빔(beam)의 크기를 확대시킬 수 있다. 예를 들어, 초점이 서로 일치하는 상기 제1 렌즈 및 제2 렌즈는 상기 스톡스 빔과 상기 펌프 빔의 크기를 확대시켜 상기 평행광을 제공할 수 있다.
상기 스캐닝부(130)는 적어도 2개의 틸팅 미러(tilting mirror)를 포함할 수 있다. 상기 틸팅 미러들이 움직임에 따라, 상기 스캐닝부(130)에 입사하는 상기 평행광은 공간적으로 스캐닝될 수 있다.
이색성 미러(240)은 상기 빔확장부(230)에서 제공하는 상기 평행광을 상기 스캐닝부(230)에 제공하고, 상기 대물렌즈부(270)로부터 오는 상기 CARS 신호를 검출부(250)에 제공할 수 있다.
상기 샘플(280)에서 발생한 CARS 신호는 상기 대물렌즈부(270), 상기 파이버 번들(260, 및 상기 스캐닝부(230)을 거쳐 상기 이색성 미러(240)에 제공된다. 상기 이색성 미러(240)는 상기 CARS 신호의 광 경로를 변경하여 상기 검출부(250)에 제공한다.
상기 검출부(250)는 수광 소자를 포함할 수 있다. 상기 검출부(250)는 광 필터를 포함할 수 있다. 상기 검출부(250)와 상기 이색성 미러(240) 사이에는 집속 부(248)가 배치될 있다. 상기 집속부(248)는 제1 렌즈(242), 제2 렌즈(246), 및 핀홀(244)을 포함할 수 있다. 상기 핀홀(244)은 상기 제1 렌즈(242)와 상기 제2 렌즈 (246) 사이에 배치될 수 있다.
평행빔 집속부(290)는 상기 스캐너부(230)와 상기 파이버 번들(260) 사이에 배치될 수 있다. 상기 평행빔 집속부(290)는 상기 파이버 번들(260)에 상기 평행광을 집속하여 전달할 수 있다.
CARS 이미징용 대물렌즈부(270)는 가늘고 짧은 구조의 렌즈계이다. 상기 스캐닝하는 상기 평행빔 (collimating beam)이 상기 파이버 번들(260)에 입사하는 경우, 상기 파이버 번들(260)은 상기 타이버 번들의 타단에 초점궤적을 형성한다. 상기 대물렌즈부(270)은 상기 초점궤적을 생체 샘플의 샘플 상면 상에 집속하여 전달한다. 상기 초점궤적들이 상기 생체 샘플(280)에서 수차가 없는 각 점들로 집속되면, 집속된 점에서 CARS 신호가 발생한다.
도 2를 참조하면, 대물렌즈부(270)의 렌즈의 개수는 적어도 9매이고, 구면 및 평면일 수 있다. 상기 대물렌즈부의 전장 길이(TTL)는 10.4 mm 이하이고, 상기 대물렌즈부의 광학구경(Clear Aperture)의 직경은 1.9 mm 이하일 수 있다. 상기 대물렌즈부의 상기 샘플 측의 수치구경(numerical aperture)은 물 잠김(water immersion)을 고려하여 0.5 내지 0.8일 수 있다. 상기 대물렌즈부의 상기 물체 측의 수치구경(numerical aperture)은 0.16 내지 0.22일 수 있다. 상기 대물렌즈부의 렌즈의 개수는 적어도 9매이고, 구면 및 평면으로 구성될 수 있다. 상기 샘플 측 시야는 0.22 mm 이내일 수 있다. 구경 스톱(271)의 위치는 주광선이 광축을 통과하는 위치인 8번째 면 혹은 9번째 면에 설치된다.
도 3은 도 2의 대물렌즈부의 광학 성능을 나타내는 도면들이다.
도 3을 참조하면, 에어리 디스크(Airy disk)는 수차특성을 파악하는 가장 표준적인 도구이다. 수차가 에어리 디스크보다 작으면, 회절보다 작은 수차라는 의미로써 회절한계성능이라고 명명된다. 에어리 디스크(Airy disk)의 반경(R)은 R= 0.61 λ/NAS 으로 주어진다. 여기서, λ는 파장이고, NAS는 샘플 쪽 수치구경이다. 펌프 빔 (817 nm)에 대해서는 상기 반경은 0.71 μm이고, 스톡스 빔 (1064 nm)에 대해서는 0.93 μm이다.
종구면수차(longitudinal spherical aberration, LSA)는 파이버 번들의 중심점에서 출발한 축상 광선들(On-axis optical rays)이 입사동(Entrance Pupil)의 다양한 높이에 따른 상면 측 광축(optical axis at image plane side) 상의 다른 지점에 떨어지는 위치차이를 근축상점 (Gauss 상점)에 대해 나타낸 것이다. LSA 그래프에서 수평축의 0.0은 근축상점(paraxial image point)의 위치를 나타내고, 수직축의 1.0은 입사동(Entrance Pupil)의 규격화 (normalization)된 크기를 나타낸다.
LSA 그래프에서 최대초점오차는 817 nm의 펌프 빔에 대해서 0.27 μm이다. 한편, 에어리 디스크(Airy disk)의 반경(R)은 817 nm의 펌프 빔에 대해서 0.71이다. 따라서, 상기 대물렌즈부는 회절한계성능으로 보정되었다.
LSA 그래프에서 최대초점오차는 1064 nm의 스톡스 빔에 대해서 0.28 μm이다. 에어리 디스크(Airy disk)의 반경(R)은 0.93 μm이다. 따라서, 상기 대물렌즈부는 회절한계성능으로 보정되었다. 또한, 펌프 빔과 스톡스 빔의 최대 초점차이는 0.11 μm이다.
AFC (astigmatic field curve)는 비점수차와 상면만곡 수차를 나타낸다. AFC는 광섬유 상의 직선높이 (비축물점)에 따른 상면의 휨 정도를 나타내는 그래프이다. 휘어있는 곡선은 비축 상의 물체점들이 상면 상에서 결상된 지점을 연결한 궤적곡선이다. 광축을 z축으로 잡을 때, yz 평면을 자오면 (tangential plane)이라 하고, xz 평면을 구결면 (sagittal plane)이라 한다. 그래프에서 T1과 S1는 각각 스톡스 빔의 자오면과 구결면 방향으로의 휨 정도를 나타낸다. T2와 S2는 펌프 빔의 자오면과 구결면 방향으로의 휨 정도를 나타낸다. AFC 그래프로부터 비축 지점의 초점차이는 펌프 빔과 스톡스 빔 간에 최대 0.19 μm이다. 상기 초점차이는 매우 작은 양으로서, CARS 신호를 발생시킬 수 있다.
왜곡수차(distortion aberration)는 CARS 신호의 발생여부와 직접적으로 관계하는 수차는 아니지만 초점의 위치오차를 나타내는 배율수차이다.
도 4는 도 2의 대물렌즈부의 스폿 다이어그램(spot diagram)을 나타낸다.
도 5는 도 2의 인서클드 에너지(encircled energy)를 나타낸다.
도 4를 참조하면, 상기 스폿 다이어그램은 한눈에 전체적인 결상특성을 파악할 수 있게 도와준다. 파어버 번들 상의 두 물체점에 대해 표시되어 있다. 즉, 광축 지점(on-axis)과 비축 지점(off-axis)의 끝단에 대해 표시되어 있다. 광축 혹은 비축 지점에서 출발한 광선들이 대물렌즈부를 통과한 후, 대물렌즈 배율 상의 특정 지점으로 완벽히 모인다면 수차는 제로가 된다. 하지만, 정확히 수차가 제로가 아닌 경우, 상면 상에 부딪히는 개개의 광선은 불규칙적으로 분포하게 된다. 광선의 분포가 에어리 디스크(Airy disk) 내에 모두 포함된다면 회절한계성능 이내이다.
도 4를 참조하면, 상기 카테나는 회절한계성능을 가진다. 또한, 모든 광선에 대해 펌프 빔과 스톡스 빔의 위치 차이는 0.1 μm 또는 0.2 μm 정도로, 거의 없음을 알 수 있다. 817 nm의 펌프 빔은 파란색이고, 1064 nm의 스톡스 빔은 빨간색이다.
도 5를 참조하면, 수평축은 원의 직경을 나타내고, 수직축은 원의 직경 내에 포함된 광선 수 혹은 퍼센트 에너지를 나타낸다. 광축 지점(on-axis)에 대하여, 0.22 μm의 직경 내에 100 퍼센트의 광선 수 혹은 에너지가 포함되어 있다. 비축 지점(off-axis)에 대하여, 0.64 μm의 직경 내에 100 퍼센트의 광선 수 혹은 에너지가 포함되어 있다.
도 6은 도 2의 대물렌즈부의 점퍼짐함수(point spread function)를 나타낸다.
도 6을 참조하면, 점퍼짐함수(point spread function)은 스폿 다이이어그램(spot diagram)에 대응되고, 회절 인써클드 에너지(diffraction encircled energy)는 기하학적 인써클드 에너지(geometric encircled energy)에 대응된다. 점퍼짐함수(point spread function)의 스트렐 비(Strehl ratio)는 광축 지점(on-axis)에 대하여 0.999를 가지고, 비축 지점(off-axis)에 대하여 0.976을 가진다.
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.
270: 대물렌즈부
280: 샘플
260: 파이버 번들
290: 평행광 집속부
230: 스캐닝부
240: 이색성 미러
250: 검출부
220: 집속부
210: 광원부

Claims (16)

  1. 스캐닝하는 평행빔을 제공하는 스캐닝부;
    일단은 상기 평행빔을 전달받고 타단은 상기 평행빔을 출력하는 복수의 파어버를 포함하는 파이버 번들부; 및
    상기 파이버 번들부의 타단에 접속하고 상기 타단의 물체 면(object plame)의 초점 궤적들을 샘플에 집속하여 샘플 상면(sample image plane)에 전달하고 상기 샘플에 삽입 가능한 대물렌즈부를 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 파이버 번들 사이에 배치된 평행빔 집속부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 장치.
  5. 제2 항에 있어서,
    상기 평행빔의 광 경로에 배치되고, 상기 CARS 신호를 선택적으로 반하는 이색성 거울(dichroic mirror);
    상기 이색성 거울을 통하여 선택적으로 반사된 상기 CARS 신호를 검출하는 검출부; 및
    상기 이색성 거울과 상기 검출기 사이에 배치되어 상기 CARS 신호를 검출기에 집속하는 집속부 중에서 적어도 하나를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 장치.
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 대물렌즈부의 전장 길이(TTL)는 10.4 mm 이하이고, 상기 대물렌즈부의 광학구경(Clear Aperture)의 직경은 1.9 mm 이하인 것을 특징으로 하는 광학 장치.
  7. 제1 항에 있어서,
    상기 대물렌즈부의 상기 샘플 측의 수치구경(numerical aperture)은 물 잠김(water immersion)을 고려하여 0.5 내지 0.8인 것을 특징으로 하는 광학 장치.
  8. 제1 항에 있어서,
    상기 대물렌즈부의 상기 물체 측의 수치구경(numerical aperture)은 0.16 내지 0.22인 것을 특징으로 하는 광학 장치.
  9. 제1 항에 있어서,
    상기 대물렌즈부의 렌즈의 개수는 적어도 9매이고, 구면 및 평면으로 구성된 것을 특징으로 하는 광학 장치.
  10. 제1 항에 있어서,
    상기 샘플 측 시야는 0.22 mm 이내인 것을 특징으로 하는 광학 장치.
  11. 제1 항에 있어서,
    상기 파이버 번들 측 시야는 0.7 mm 이내인 것을 특징으로 하는 광학 장치.
  12. 제1 항에 있어서,
    상기 대물렌즈부의 첫 번째 면은 평면이고, 샘플 측의 마지막 렌즈 면은 볼록 면인 것을 특징으로 하는 광학 장치.
  13. 제1 항에 있어서,
    상기 대물렌즈부의 첫 번째 렌즈의 길이는 전체 대물렌즈부 길이의 반 이상인 것을 특징으로 하는 광학 장치.
  14. 제1 항에 있어서,
    상기 대물렌즈부는 구경 스톱을 포함하고, 상기 구경 스톱은 주광선이 광축을 통과하는 위치에 배치되는 것을 특징으로 하는 광학 장치.
  15. 생체 삽입형 광학 장치에 있어서,
    스캐닝하는 평행빔이 파이버 번들의 일단으로 제공되고, 상기 파이버 번들의 타면에 형성된 초점 궤적들을 샘플에 집속하여 샘플 상면에 전달하고 상기 샘플에 삽입 가능한 대물렌즈부를 포함하는 것을 특징으로 하는 생체 삽입형 광학 장치.
  16. 제 15항에 있어서,
    상기 대물렌즈부의 전장 길이는 10.4 mm 이하이고, 상기 대물렌즈부의 광학구경(Clear Aperture)의 직경은 1.9 mm 이하이고, 상기 대물렌즈부의 상기 샘플 측의 수치구경(numerical aperture)은 물 잠김(water immersion)을 고려하여 0.5 이상이고, 상기 대물렌즈부의 렌즈의 개수는 적어도 9 매이며 곡면 또는 평면으로 구성되고, 샘플 측 시야는 0.22 mm 이내이고, 상기 파이버 번들 측 시야는 0.7 mm 이하인 것을 특징으로 하는 생체 삽입형 광학 장치.
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