KR20180055994A - 디지털 마이크로미러 소자를 활용한 구조 입사 3차원 굴절률 토모그래피 장치 및 방법 - Google Patents

디지털 마이크로미러 소자를 활용한 구조 입사 3차원 굴절률 토모그래피 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

디지털 마이크로미러 소자를 활용한 구조 입사 3차원 굴절률 토모그래피 장치 및 방법이 제시된다. 일 실시예에 따른 디지털 마이크로미러 소자(Digital Micromirror Device, DMD)를 활용한 구조 입사 3차원 굴절률 토모그래피 장치는 광원으로부터 조사된 빛을 디지털 마이크로미러 소자를 이용하여 연속적인 구조화된 입사광으로 만드는 구조화된 입사광 생성부; 및 상기 구조화된 입사광을 샘플에 통과시켜 카메라를 통해 3차원 굴절률 영상을 획득하는 3차원 굴절률 영상부를 포함하여 이루어질 수 있다.

Description

디지털 마이크로미러 소자를 활용한 구조 입사 3차원 굴절률 토모그래피 장치 및 방법{Apparatus and Method for Diffraction Optical Tomography of Structured Illumination using Digital Micromirror Device}
아래의 실시예들은 디지털 마이크로미러 소자를 활용한 구조 입사 3차원 굴절률 토모그래피 장치 및 방법에 관한 것이다. 더욱 상세하게는, 디지털 마이크로미러 소자를 이용하여 연속적인 구조화된 입사광을 생성하는 구조 입사 3차원 굴절률 토모그래피 장치 및 방법에 관한 것이다.
레이저를 이용한 3차원 굴절률 단층 촬영 방법(Refractive Index Tomography)은 E. Wolf, V. Lauer 등에 의해 알려진 개념으로, 세포와 같은 생물학적 시편을 염색 없이 측정할 수 있는 기술이다(비특허문헌 1, 2).
더 구체적으로, 레이저를 이용한 3차원 굴절률 단층 촬영 방법은 시편에 입사시키는 레이저 평면파의 입사 각도를 변경하면서 여러 장의 2차원 광학장(Optical Field 또는 Hologram) 영상을 촬영하고, 이렇게 촬영된 여러 장의 2차원 영상들로부터 파동 방정식을 역으로 계산하여(Inverse Problem Using Wave Equatinos) 시편의 3차원 산란 포텐셜(Scattering Potential) 또는 굴절률 분포를 구하는 방법이다. 이 때, 사용한 빛과 시편 간의 반응에 따라 산란 포텐셜은 굴절률, 흡수 계수 등으로 표현된다.
종래에는 평면파의 입사 각도를 변경하기 위해 시편을 직접 돌리거나(비특허문헌 3), 갈바노미터(Galvanometer) 거울을 이용하거나(비특허문헌 2), 액정을 사용한 공간 주파수 변조기(Spatial Light Modulator)를 이용하였다(비특허문헌 4).
하지만, 이러한 방법들은 시편의 회전축을 고정하기 어렵고 갈바노미터 거울을 안정적으로 정렬 및 제어하기 어렵다. 또한 이러한 방법들에서는 평면파의 각도를 변화시키는 속도가 제한되어 빠른 시간 간격으로 변하는 시스템에 대한 분석의 어려움이 있다.
이러한 문제를 해결하기 위해 가변형 거울(Deformable Mirror, DM)과 디지털 마이크로미러 소자(Digital Micromirror Device, DMD) 등의 파면 제어기(Wavefront Shaper)를 활용한 3차원 초고속 광 단층 촬영 방법이 제안되었으며, 특히 디지털 마이크로미러 소자를 활용한 3차원 초고속 광 단층 촬영 방법은 가변형 거울에 비하여 모듈의 가격이 저렴하고, 픽셀의 개수가 작고 많으며 작동 속도가 빠르다(비특허문헌 5).
그러나, 디지털 마이크로미러 소자의 각 픽셀은 온(on)/오프(off) 형태의 1bit 디지털 작동만 가능하여 원하는 입사광을 정확하게 표현하는데 어려움이 있다. 다시 말하면 원하는 형태의 입사광의 패턴은 공간상에서 연속적인 반면, 마이크로미러 소자는 온(on) 또는 오프(off) 형태로의 표현만 가능하여 의도하지 않았던 형태의 입사광을 필연적으로 유발하게 된다. 이로 인해 원하지 않는 회절 패턴이 시편에 입사되어 노이즈의 원인으로 작용하기도 한다.
E. Wolf, Optics Communications 1, 153 (1969). V. Lauer, Journal of Microscopy 205, 165 (2002).
Figure pat00001
A. Marian, F. Montfort, J. Kuehn, T. Colomb, E. Cuche, P. Marquet, and C. Depeursinge, Optics letters 31, 178 (2006).
Figure pat00002
in SPIE BiOS (International Society for Optics and Photonics, 2015), pp. 933007. S. Shin, K. Kim, J. Yoon, and Y. Park, Opt. Lett. 40, 5407 (2015). KR Lee, YK Park, Quantitative phase imaging unit, Optics Letters, 39(12), 3630 (2014)
실시예들은 디지털 마이크로미러 소자를 활용한 구조 입사 3차원 굴절률 토모그래피 장치 및 방법에 관하여 기술하며, 보다 구체적으로 디지털 마이크로미러 소자를 이용하여 연속적인 구조화된 입사광을 생성하는 구조 입사 3차원 굴절률 토모그래피 기술을 제공한다.
실시예들은 디지털 마이크로미러 소자를 활용하여 더욱 깊은 bit의 연속적인 구조화된 빛을 생성함으로써, 잡음의 발생이 없는 디양하면서도 정확한 형태의 입사광을 생성하여 향상된 품질의 3차원 단층 영상을 획득하는 디지털 마이크로미러 소자를 활용한 구조 입사 3차원 굴절률 토모그래피 장치 및 방법을 제공하는데 있다.
일 실시예에 따른 디지털 마이크로미러 소자(Digital Micromirror Device, DMD)를 활용한 구조 입사 3차원 굴절률 토모그래피 장치는, 광원으로부터 조사된 빛을 디지털 마이크로미러 소자를 이용하여 연속적인 구조화된 입사광으로 만드는 구조화된 입사광 생성부; 및 상기 구조화된 입사광을 샘플에 통과시켜 카메라를 통해 3차원 굴절률 영상을 획득하는 3차원 굴절률 영상부를 포함한다.
여기에서, 상기 구조화된 입사광 생성부는 측정을 위해 상기 카메라의 셔터가 열려있는 시간 동안 상기 디지털 마이크로미러가 기설정된 속도로 움직여 시간 적분법을 이용하여 비트(bit) 깊이를 표현하고, 1 비트(bit) 디지털 형태의 작동으로 연속적인 패턴의 상기 구조화된 입사광을 만들 수 있다.
상기 구조화된 입사광 생성부는, 상기 디지털 마이크로미러 소자에서 비트(bit)로 표현되는 디지털 패턴을 가중치가 부여된 복수의 1 비트(bit) 디지털 패턴으로 분리하고, 상기 카메라의 셔터가 열려있는 시간 동안 각각의 상기 복수의 1 비트(bit) 디지털 패턴에 가중치가 반영된 시간을 할당한 후, 합하여 연속적인 상기 구조화된 입사광을 만들 수 있다.
상기 구조화된 입사광을 만든 후, 3차원 굴절률 영상을 획득하기 위해 연속적인 코사인 패턴의 상기 구조화된 입사광에서 촬영된 홀로그래픽 영상을 선처리하는 홀로그래픽 영상 선처리부를 더 포함할 수 있다.
상기 홀로그래픽 영상 선처리부는, 상기 구조화된 입사광을 코사인 패턴으로 나타내어 코사인 패턴의 상기 구조화된 입사광을 복수의 평면파로 분리하고, 코사인 패턴의 상기 구조화된 입사광을 샘플에 통과시켜 간섭계를 통해 홀로그래픽 영상을 측정하며, 각 평면파로부터 유도된 결과를 분리하기 위해 복수의 서로 다른 측정이 수행될 수 있다.
상기 홀로그래픽 영상 선처리부는, 동일한 주기를 가진 코사인 패턴의 상기 구조화된 입사광에서 서로 다른 측정을 얻기 위해서 상기 디지털 마이크로미러 소자 상에서 코사인 패턴의 위상을 변형(phase shifting)시키면서 측정할 수 있다.
상기 홀로그래픽 영상 선처리부는, 상기 디지털 마이크로미러 소자에 샘플과 수직한 평면파 성분을 측정하는 경우, 코사인 패턴의 상기 구조화된 입사광이 샘플과 수직한 평면파 성분을 포함하여 이후 코사인 패턴의 상기 구조화된 입사광은 2번의 위상을 변형시켜 측정함에 따라 각각의 평면파 성분으로 분리될 수 있다.
다른 실시예에 따른 디지털 마이크로미러 소자(Digital Micromirror Device, DMD)를 활용한 구조 입사 3차원 굴절률 토모그래피 방법은, 광원으로부터 조사된 빛을 디지털 마이크로미러 소자를 이용하여 연속적인 구조화된 입사광으로 만드는 단계; 및 상기 구조화된 입사광을 샘플에 통과시켜 카메라를 통해 3차원 굴절률 영상을 획득하는 단계를 포함한다.
상기 광원으로부터 조사된 빛을 디지털 마이크로미러 소자를 이용하여 연속적인 구조화된 입사광으로 만드는 단계는, 측정을 위해 상기 카메라의 셔터가 열려있는 시간 동안 상기 디지털 마이크로미러가 기설정된 속도로 움직여 시간 적분법을 이용하여 비트(bit) 깊이를 표현하고, 1 비트(bit) 디지털 형태의 작동으로 연속적인 패턴의 상기 구조화된 입사광을 만들 수 있다.
상기 광원으로부터 조사된 빛을 디지털 마이크로미러 소자를 이용하여 연속적인 구조화된 입사광으로 만드는 단계는, 상기 디지털 마이크로미러 소자에서 비트(bit)로 표현되는 디지털 패턴을 가중치가 부여된 복수의 1 비트(bit) 디지털 패턴으로 분리하는 단계; 및 상기 카메라의 셔터가 열려있는 시간 동안 각각의 상기 복수의 1 비트(bit) 디지털 패턴에 가중치가 반영된 시간을 할당한 후, 합하여 연속적인 상기 구조화된 입사광을 만드는 단계를 포함할 수 있다.
상기 구조화된 입사광을 만든 후, 3차원 굴절률 영상을 획득하기 위해 연속적인 코사인 패턴의 상기 구조화된 입사광에서 촬영된 홀로그래픽 영상을 선처리하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 구조화된 입사광을 만든 후, 3차원 굴절률 영상을 획득하기 위해 연속적인 코사인 패턴의 상기 구조화된 입사광에서 촬영된 홀로그래픽 영상을 선처리하는 단계는, 상기 구조화된 입사광을 코사인 패턴으로 나타내는 단계; 코사인 패턴의 상기 구조화된 입사광을 복수의 평면파 성분으로 분리하는 단계; 및 코사인 패턴의 상기 구조화된 입사광을 샘플에 통과시켜 간섭계를 통해 홀로그래픽 영상을 측정하며, 각 평면파로부터 유도된 결과를 분리하기 위해 복수의 서로 다른 측정이 수행되는 단계를 포함할 수 있다.
상기 각 평면파로부터 유도된 결과를 분리하기 위해 복수의 서로 다른 측정이 수행되는 단계는, 동일한 주기를 가진 코사인 패턴의 상기 구조화된 입사광에서 서로 다른 측정을 얻기 위해서 상기 디지털 마이크로미러 소자 상에서 코사인 패턴의 위상을 변형(phase shifting)시키면서 측정할 수 있다.
상기 구조화된 입사광을 만든 후, 3차원 굴절률 영상을 획득하기 위해 연속적인 코사인 패턴의 상기 구조화된 입사광에서 촬영된 홀로그래픽 영상을 선처리하는 단계는, 상기 디지털 마이크로미러 소자에 샘플과 수직한 평면파 성분을 측정하는 경우, 코사인 패턴의 상기 구조화된 입사광이 샘플과 수직한 평면파 성분을 포함하여 이후 코사인 패턴의 상기 구조화된 입사광은 2번의 위상을 변형시켜 측정함에 따라 각각의 평면파 성분으로 분리될 수 있다.
실시예들에 따르면 디지털 마이크로미러 소자를 활용한 3차원 광 단층 촬영 방법에서 시간 적분법을 활용한 구조화된 입사광을 제공하여 잡음의 발생이 없는 디양하면서도 정확한 형태의 입사광을 생성하는 디지털 마이크로미러 소자를 활용한 구조 입사 3차원 굴절률 토모그래피 장치 및 방법을 제공할 수 있다.
실시예들에 따르면 디지털 마이크로미러 소자를 활용하여 더욱 깊은 bit의 연속적인 구조화된 빛을 생성함으로써, 향상된 품질의 3차원 단층 영상을 획득하는 디지털 마이크로미러 소자를 활용한 구조 입사 3차원 굴절률 토모그래피 장치 및 방법을 제공할 수 있다.
도 1은 일 실시예에 따른 디지털 마이크로미러 소자를 활용한 구조 입사 3차원 굴절률 토모그래피 장치를 개략적으로 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 일 실시예에 따른 시간 적분을 이용하여 8bit 디지털 패턴을 표현하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 일 실시예에 따른 분할된 각 디지털 패턴에 시간을 할당하여 더하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 다른 실시예에 따른 디지털 마이크로미러 소자를 활용한 구조 입사 3차원 굴절률 토모그래피 장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 일 실시예에 따른 구조화된 입사광에서 촬영된 홀로그래픽 영상을 선처리하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 일 실시예에 따른 디지털 마이크로미러 소자를 활용한 구조 입사 3차원 굴절률 토모그래피 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 7은 일 실시예에 따른 다양한 시편의 3차원 굴절률 토모그램 영상의 예를 나타낸다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 실시예들을 설명한다. 그러나, 기술되는 실시예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명되는 실시예들에 의하여 한정되는 것은 아니다. 또한, 여러 실시예들은 당해 기술분야에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 도면에서 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있다.
아래의 실시예들은 디지털 마이크로미러 소자를 활용한 구조 입사 3차원 굴절률 토모그래피 장치 및 방법에서 시간 적분법을 활용한 구조화된 입사광을 제공함으로써, 온(on)/오프(off) 형태의 1bit 디지털 작동만 가능한 디지털 마이크로미러 소자에 필연적으로 유발되는 부정확성의 문제를 해결할 수 있다. 여기에서, 디지털 마이크로미러 소자를 활용한 구조 입사 3차원 굴절률 토모그래피 장치 및 방법은 디지털 마이크로미러 소자를 이용하여 연속적인 구조화된 입사광을 생성하고, 상기의 구조화된 입사광을 활용하여 3차원 광 단층 촬영 장치 및 방법을 제공하는 것이다.
도 1은 일 실시예에 따른 디지털 마이크로미러 소자를 활용한 구조 입사 3차원 굴절률 토모그래피 장치를 개략적으로 설명하기 위한 도면이다.
도 1을 참조하면, 일 실시예에 따른 디지털 마이크로미러 소자를 활용한 구조 입사 3차원 굴절률 토모그래피 장치(100)는 구조화된 입사광 생성부(110), 홀로그래픽 영상 선처리부(120), 및 3차원 굴절률 영상부(130)를 포함하여 이루어질 수 있다.
구조화된 입사광 생성부(110)는 파면 제어기를 사용하여 입사광의 조사 각도 및 파면 패턴 중 적어도 하나를 변경하여 샘플(시편)에 입사시킬 수 있다.
여기에서, 파면 제어기는 빛의 위상을 제어할 수 있는 기기 또는 위상이 제어될 수 있는 고정된 형태의 필름이 사용될 수 있다. 예를 들면, 파면 제어기는 디지털 마이크로미러 소자(Digital Micromirror Device, DMD)를 포함할 수 있다.
구조화된 입사광 생성부(110)는 광원으로부터 조사된 빛을 디지털 마이크로미러 소자를 이용하여 연속적인 구조화된 입사광으로 만들 수 있다.
구조화된 입사광 생성부(110)는 측정을 위해 카메라의 셔터가 열려있는 시간 동안 디지털 마이크로미러가 기설정된 속도로 움직여 시간 적분법을 이용하여 비트(bit) 깊이를 표현하고, 1 비트(bit) 디지털 형태의 작동으로 연속적인 패턴의 구조화된 입사광을 만들 수 있다.
구조화된 입사광 생성부(110)는 디지털 마이크로미러 소자에서 비트(bit)로 표현되는 디지털 패턴을 가중치가 부여된 복수의 1 비트(bit) 디지털 패턴으로 분리하고, 카메라의 셔터가 열려있는 시간 동안 각각의 복수의 1 비트(bit) 디지털 패턴에 가중치가 반영된 시간을 할당한 후, 합하여 연속적인 구조화된 입사광을 만들 수 있다.
홀로그래픽 영상 선처리부(120)는 구조화된 입사광을 만든 후, 3차원 굴절률 영상을 획득하기 위해 연속적인 코사인 패턴의 구조화된 입사광에서 촬영된 홀로그래픽 영상을 선처리할 수 있다.
홀로그래픽 영상 선처리부(120)는 구조화된 입사광을 코사인 패턴으로 나타내어 코사인 패턴의 구조화된 입사광을 복수의 평면파로 분리하고, 코사인 패턴의 구조화된 입사광을 샘플에 통과시켜 간섭계를 통해 홀로그래픽 영상을 측정하며, 각 평면파로부터 유도된 결과를 분리하기 위해 복수의 서로 다른 측정이 수행될 수 있다.
여기에서, 동일한 주기를 가진 코사인 패턴의 구조화된 입사광에서 서로 다른 측정을 얻기 위해서 디지털 마이크로미러 소자 상에서 코사인 패턴의 위상을 변형(phase shifting)시키면서 측정할 수 있다.
한편, 간섭계는 적어도 하나 이상의 입사광에서 간섭 신호를 추출하는 것으로, 샘플을 통과한 2차원 광학장을 적어도 하나 이상의 입사광에 따라 측정할 수 있다. 이에 따라, 간섭계를 이용한 홀로그래픽 이미징 시스템에서 연속적인 코사인 형태의 구조화된 입사광을 활용하여 3차원 광 단층 촬영 방법을 구현할 수 있다.
홀로그래픽 영상 선처리부(120)는 디지털 마이크로미러 소자에 샘플과 수직한 평면파 성분을 측정하는 경우, 코사인 패턴의 구조화된 입사광이 샘플과 수직한 평면파 성분을 포함하여 이후 코사인 패턴의 구조화된 입사광은 2번의 위상을 변형시켜 측정함에 따라 각각의 평면파 성분으로 분리될 수 있다.
3차원 굴절률 영상부(130)는 구조화된 입사광을 샘플에 통과시켜 카메라를 통해 3차원 굴절률 영상 또는 산란 포텐셜을 획득할 수 있다. 이 때, 사용한 빛과 시편 간의 반응에 따라 산란 포텐셜은 굴절률, 흡수 계수 등으로 표현된다.
이러한 3차원 굴절률 영상부(130)는 측정된 2차원 광학장의 정보를 통해 3차원 굴절률 영상을 획득함으로써 고속 정밀하게 3차원 굴절률을 측정 가능하다.
아래에서는 실시예들을 통해 디지털 마이크로미러 소자를 활용한 구조 입사 3차원 굴절률 토모그래피 기술을 더 구체적으로 설명하기로 한다.
실시예들은 시간 적분법을 이용하여 디지털 마이크로미러 소자(DMD)의 1bit 디지털 형태의 작동만으로 연속적인 패턴을 구현하는 기술과 연속적인 코사인 형태의 구조화된 입사광을 활용하여 3차원 광 단층 촬영 방법을 구현하는 기술, 두 가지로 나눌 수 있다.
아래에서 시간 적분법을 이용하여 디지털 마이크로미러 소자의 1bit 디지털 형태의 작동만으로 연속적인 패턴을 구현하는 기술에 대해 더 구체적으로 설명한다.
일 실시예에서 시간 적분은 카메라의 셔터가 열려있는 시간 동안 디지털 마이크로미러 소자가 빠르게 움직임으로써 더욱 깊은 bit 깊이를 표현할 수 있다. 예를 들어 시간 적분을 이용하여 8bit 디지털 패턴을 표현하는 경우의 절차를 다음과 같이 나타낼 수 있다.
도 2는 일 실시예에 따른 시간 적분을 이용하여 8bit 디지털 패턴을 표현하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 2를 참조하면, 먼저 디지털 마이크로미러 소자(DMD)에서 8bit 디지털 패턴을 가중치가 20부터 27까지 해당되는 1bit 디지털 패턴 8개로 나눌 수 있다. 여기에서 가중치가 2n인 1bit 디지털 패턴을 n 비트 플레인(bit plane)이라고 할 수 있다(n = 0, 1, ..., 7).
도 3은 일 실시예에 따른 분할된 각 디지털 패턴에 시간을 할당하여 더하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 카메라의 셔터가 열려있는 시간을 T 라고 할 때, 각각의 n 비트 플레인을
Figure pat00003
동안 디지털 마이크로미러 소자 위에 표시할 수 있다.
이 때, 카메라의 셔터는 계속 열려 있게 된다. 따라서 각각의 비트 플레인이 디지털 마이크로미러 소자에 표시되어있는 시간만큼 가중되어 더해짐으로써, 8bit 디지털 패턴을 생성할 수 있게 된다.
이와 같이 시간 적분 방법을 통한 연속적인 패턴의 생성은 디지털 마이크로미러 소자를 활용한 프로젝터 등에 활용될 수 있다. 더욱이, 시간 적분 방법을 통한 연속적인 패턴의 생성을 홀로그래피와 접목하여 구조화된 입사광을 통한 3차원 광 단층 촬영이 가능하다.
아래에서는 연속적인 코사인 형태의 구조화된 입사광을 활용하여 3차원 광 단층 촬영 방법을 구현하는 기술에 대해 더 구체적으로 설명한다.
일 실시예에서는 위에서 설명한 방법을 통하여 연속적인 구조화된 입사광을 생성하여 기존 간섭계 기반의 홀로그래픽 이미징 시스템에 활용할 수 있다. 여기에서, 연속적인 구조화된 입사광은 연속적인 코사인 형태의 구조화된 입사광을 포함할 수 있다.
이 때, 간섭계는 일반적으로 홀로그래픽 이미징에 활용되는 간섭계가 사용될 수 있으며, 예컨대 마흐-젠더(Mach-Zehnder) 간섭계, 마이켈슨(Michelson) 간섭계, 위상 정량 현미경 유닛(quantitative phase imaging unit)(비특허문헌 6) 등 일반적으로 홀로그래픽 이미징에 활용될 수 있는 모든 간섭계 종류를 포괄할 수 있다.
일례로, 마흐-젠더 간섭계를 이용한 홀로그래픽 이미징 시스템에서 연속적인 코사인 형태의 구조화된 입사광을 활용하여 3차원 광 단층 촬영 방법을 구현하는 예를 더 구체적으로 살펴보기로 한다.
도 4는 다른 실시예에 따른 디지털 마이크로미러 소자를 활용한 구조 입사 3차원 굴절률 토모그래피 장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 4를 참조하면, 다른 실시예에 따른 디지털 마이크로미러 소자를 활용한 구조 입사 3차원 굴절률 토모그래피 장치를 이용하여 간섭계 기반의 홀로그래픽 이미징 시스템이 이루어질 수 있다. 이 때, 간섭계는 마흐-젠더 간섭계가 사용될 수 있다. 간섭계는 마흐-젠더 간섭계뿐 아니라, 일반적으로 홀로그래픽 이미징에 활용되는 간섭계가 사용될 수 있다.
다른 실시예에 따른 디지털 마이크로미러 소자를 활용한 구조 입사 3차원 굴절률 토모그래피 장치는 광원(410), 디지털 마이크로미러 소자(420), 집광렌즈(430), 초점면(440), 대물렌즈(450), 및 카메라(480)를 포함하여 이루어질 수 있다. 그리고 실시예에 따라 적어도 하나 이상의 렌즈, 빔 스플리터(460), 편광판(470)을 더 포함하여 이루어질 수 있다.
다른 실시예에 따른 디지털 마이크로미러 소자를 활용한 구조 입사 3차원 굴절률 토모그래피 장치는 도 1에서 설명한 일 실시예에 따른 디지털 마이크로미러 소자를 활용한 구조 입사 3차원 굴절률 토모그래피 장치에 포함될 수 있다. 예를 들어, 디지털 마이크로미러 소자(420)는, 구조화된 입사광 생성부(110)에 포함될 수 있으며, 광원(410)으로부터 조사된 빛을 연속적인 구조화된 입사광으로 만들 수 있다. 또한, 카메라(480)는 3차원 굴절률 영상부(130)에 포함될 수 있으며, 구조화된 입사광을 샘플에 통과시켜 카메라(480)를 통해 3차원 굴절률 영상 또는 산란 포텐셜을 획득할 수 있다.
이 때, 집광렌즈(430) 및 대물렌즈(450) 사이에 측정 대상인 샘플(440)이 배치될 수 있다. 이에 따라 광원(410)에서 조사되는 빛을 디지털 마이크로미러 소자(420)를 이용하여 조절하고, 집광렌즈(430)와 대물렌즈(450) 사이에 배치된 샘플(440)을 통과시켜 카메라(480)를 이용하여 영상을 측정할 수 있다.
광원(Light source)(410)은 샘플(sample)(440)에 광을 조사할 수 있다.
예를 들어, 레이저(laser)가 광원으로 이용될 수 있으며, 광원(410)은 측정하고자 하는 세포 등의 샘플(440)에 레이저 빔을 조사할 수 있다.
디지털 마이크로미러 소자(Digital Micromirror Device, DMD)(420)는 광원(410)에서 조사된 빛을 조절할 수 있으며, 입사광의 조사 각도 및 파면 패턴 중 적어도 하나를 변경하여 샘플(440)에 입사시킬 수 있다.
집광렌즈(Condenser lens)(430)는 광원(410)으로부터 조사된 빛을 통과시키며, Z축 방향으로 높이 조절이 가능하다. 이에, 집광렌즈(430)의 높이에 따라 빛이 조사되는 영역의 위치의 변화량을 검토하여 자동으로 최적의 집광렌즈(430)의 위치를 찾을 수 있다.
여기서 집광렌즈(430)는 빛을 한 곳으로 모으기 위한 렌즈로, 빛을 원하는 방향 및 장소로 집중시키는데 사용되며 목적과 용도에 따라 단순히 빛을 모으는 역할뿐 아니라 상의 해상도를 높이거나 빛을 굴절시킬 수도 있다.
즉, 집광렌즈(430)는 초점을 맞추는 것에 따라 밝기 정도만 조절할 수 있으며, 이미지를 맞추는 것은 쉽지 않다. 이에 따라 획득된 영상을 확인하여 초점을 맞출 수 있다.
대물렌즈(Objective lens)(450)는 집광렌즈(430)와 소정 거리 이격되어 배치되며 집광렌즈(430)를 통과한 빛을 통과시킬 수 있다.
여기서, 대물렌즈(450)는 광학계에서 샘플(440)에 가까운 측의 렌즈로, 샘플(440)의 상을 맺기 위해 사용될 수 있다. 이때 대물렌즈(450)는 동일한 목적으로 사용되는 반사 거울을 포함할 수도 있다.
한편, 초점면(focal plane)은 집광렌즈(430)와 대물렌즈(450) 사이에 형성되어 최적 포커스(best focus)를 확인할 수 있다. 이 때, 초점이 정확하게 맞으면 어떠한 위치에 놓이더라도 항상 중앙에 빛이 조사될 수 있다. 초점면에는 샘플(440)이 배치될 수 있다.
샘플(440)은 측정하고자 하는 대상으로, 집광렌즈(430)와 대물렌즈(450) 사이에 배치되고, 예컨대 세포, 세균 또는 미생물 등이 될 수 있으며 세포 등을 포함하고 있는 대상물이 될 수도 있다.
카메라(camera)(480)는 대물렌즈(450)를 통과한 영상(이미지)을 촬영하는 촬영 장치일 수 있다.
더욱이, 실시예에 따라 적어도 하나 이상의 렌즈, 빔 스플리터(460), 편광판(470)을 더 포함하여 이루어질 수 있다.
예를 들어, 적어도 하나 이상의 렌즈는 디지털 마이크로미러 소자(420)를 통과한 빛을 조절하여 집광렌즈(430)로 전달하는 집광렌즈 튜브렌즈(431)가 될 수 있으며, 대물렌즈(450)를 통과하여 카메라(480)로 전달되는 빛을 조절하는 튜브렌즈(151)가 될 수 있다.
빔 스플리터(460)는 대물렌즈(450)를 통과한 빛을 카메라(480)로 통과시키고, 카메라(480) 측에서 반사된 빛을 광원(410) 측으로 보낼 수 있다.
편광판(470)은 빔 스플리터(460)와 카메라(480) 사이에 배치될 수 있다.
일 실시예에 따르면 기존의 3차원 광 단층 촬영 방법에서 입사각이 서로 다른 평면파를 입사광으로 활용한 것과 다르게, 코사인 형태의 구조화된 입사광을 활용하므로 기존 광 단층 촬영 방법에서 3차원 영상을 구현하는 방법을 활용하기 위해서는 다음과 같이 연속적인 코사인 형태의 구조화된 입사광에서 촬영된 홀로그래픽 영상을 선처리하는 과정이 필요하다.
도 5는 일 실시예에 따른 구조화된 입사광에서 촬영된 홀로그래픽 영상을 선처리하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 5를 참조하면, 일 실시예에 따른 연속적인 코사인 형태의 구조화된 입사광에서 촬영된 홀로그래픽 영상을 선처리하는 과정을 개략적으로 나타낸 것으로, 아래에서는 8bit 코사인 형태의 구조화된 입사광에서 촬영된 홀로그래픽 영상을 선처리하는 과정을 예를 들어 더 구체적으로 설명한다.
디지털 마이크로미러 소자(DMD)에 8bit 코사인 형태로 표현되는 구조화된 입사광은
Figure pat00004
로 수식화할 수 있으며, 이를 각각의 평면파로 분리하면 다음 식과 같이 나타낼 수 있다.
[수학식 1]
Figure pat00005
여기에서,
Figure pat00006
는 디지털 마이크로미러 소자(DMD) 상에서 코사인 패턴의 파수(wave number)로 코사인 패턴 주기의 역수 형태로 이루어질 수 있다.
[수학식 1]에 나타난 바와 같이, 코사인 형태의 구조화된 입사광은 3개의 평면파로 이루어질 수 있다. 따라서 각각의 평면파에 의한 결과
Figure pat00007
역시 같은 선형 관계식에 의해서 표현될 수 있으며, 다음 식과 같이 나타낼 수 있다.
[수학식 2]
Figure pat00008
여기에서, X
Figure pat00009
여기에서,
Figure pat00010
는 디지털 마이크로미러 소자(DMD) 상에서 코사인 패턴의 파수(wave number)로 코사인 패턴 주기의 역수 형태로 이루어질 수 있다.
[수학식 1]에 나타난 바와 같이, 코사인 형태의 구조화된 입사광은 3개의 평면파로 이루어질 수 있다. 따라서 각각의 평면파에 의한 결과
Figure pat00011
역시 같은 선형 관계식에 의해서 표현될 수 있으며, 다음 식과 같이 나타낼 수 있다.
[수학식 2]
Figure pat00012
여기에서, 는 [수학식 1]에 해당되는 코사인 패턴이 입사하였을 때 간섭계를 통해 얻게 되는 홀로그래픽 영상이 될 수 있다.
[수학식 2]에 나타난 바와 같이, 각각의 평면파로부터 유도된 결과를 분리하기 위해서는 최소 3번의 서로 다른 측정이 필요하다.
동일한 주기를 가진 코사인 패턴의 서로 다른 측정을 얻기 위해서는 디지털 마이크로미러 소자(DMD) 상에서 코사인 패턴의 위상을 변형(phase shifting)시켜 변형되는 코사인 패턴의 위상을 측정할 수 있으며, 다음 식과 같이 나타낼 수 있다.
[수학식 3]
Figure pat00013
따라서 서로 다른 위상
Figure pat00014
을 가진 코사인 패턴의 홀로그래픽 영상을
Figure pat00015
이라 한다면, 각각 평면파의 의한 결과
Figure pat00016
는 다음 선형 관계식에 의해서 추출될 수 있다.
[수학식 4]
Figure pat00017
[수학식 4]는 가장 기본적인 선형 방정식인
Figure pat00018
형태를 띄고 있다. 여기에서
Figure pat00019
는 다음 방정식으로 산정될 수 있다.
[수학식 5]
Figure pat00020
여기에서,
Figure pat00021
는 의사 역행렬(pseudo inverse)로, [수학식 4]의 경우
Figure pat00022
로 표현될 수 있다.
이 때, 3번 이상의 측정이 아닐 경우, 랭크(rank) 부족으로 인해 [수학식 5]가 적용될 수 없어
Figure pat00023
를 얻을 수 없다. 또한, [수학식 5]는 곧 최소 자승법을 이용한 추정법으로써(least-squares fitting), 이상적인 경우 3번보다 많은 측정이 필요 없으나 진동 등으로 인한 잡음이 있는 경우 4번 이상의 많은 측정이 잡음에 의한 효과를 최소화할 수 있다.
또한, 모든 코사인 형태의 구조화된 입사광이 시료에 수직한 평면파 성분(
Figure pat00024
)을 포함하므로, 디지털 마이크로미러 소자(DMD)에 수직한 평면 패턴을 올려 수직한 평면파 성분을 측정 시, 이후 모든 코사인 형태의 구조화된 입사광들은 2번의 위상 변형 측정만으로 각각의 평면파 성분으로 분리될 수 있다.
이와 같이, 코사인 패턴 형태의 구조화된 입사광으로부터 얻어진 홀로그램을 각각의 평면파 성분으로 분리함으로써 3차원 광 회절 단층 이미지를 얻을 수 있게 된다. 이 때, 기존의 각도를 기울인 평면파를 활용한 3차원 광 회절 단층 촬영 방법과 동일한 방법을 활용할 수 있다.
도 6은 일 실시예에 따른 디지털 마이크로미러 소자를 활용한 구조 입사 3차원 굴절률 토모그래피 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 6을 참조하면, 일 실시예에 따른 디지털 마이크로미러 소자를 활용한 구조 입사 3차원 굴절률 토모그래피 방법은 다른 실시예에 따른 디지털 마이크로미러 소자(Digital Micromirror Device, DMD)를 활용한 구조 입사 3차원 굴절률 토모그래피 방법은, 광원으로부터 조사된 빛을 디지털 마이크로미러 소자를 이용하여 연속적인 구조화된 입사광으로 만드는 단계(610), 및 구조화된 입사광을 샘플에 통과시켜 카메라를 통해 3차원 굴절률 영상을 획득하는 단계(630)를 포함하여 이루어질 수 있다.
여기에서, 구조화된 입사광을 만든 후, 3차원 굴절률 영상을 획득하기 위해 연속적인 코사인 패턴의 구조화된 입사광에서 촬영된 홀로그래픽 영상을 선처리하는 단계(620)를 더 포함하여 이루어질 수 있다.
실시예들에 따르면 디지털 마이크로미러 소자를 활용한 3차원 광 단층 촬영 방법에서 시간 적분법을 활용한 구조화된 입사광을 제공하여 잡음의 발생이 없는 디양하면서도 정확한 형태의 입사광을 생성할 수 있다.
또한, 실시예들에 따르면 디지털 마이크로미러 소자를 활용하여 더욱 깊은 bit의 연속적인 구조화된 빛을 생성함으로써 향상된 품질의 3차원 단층 영상을 획득할 수 있다.
아래에서는 일 실시예에 따른 디지털 마이크로미러 소자를 활용한 구조 입사 3차원 굴절률 토모그래피 방법을 하나의 예를 들어 더 구체적으로 설명하기로 한다.
일 실시예에 따른 디지털 마이크로미러 소자를 활용한 구조 입사 3차원 굴절률 토모그래피 방법은 도 1에서 설명한 일 실시예에 따른 디지털 마이크로미러 소자를 활용한 구조 입사 3차원 굴절률 토모그래피 장치를 이용하여 더 구체적으로 설명할 수 있다.
단계(610)에서, 구조화된 입사광 생성부(110)는 디지털 마이크로미러 소자를 사용하여 입사광의 조사 각도 및 파면 패턴 중 적어도 하나를 변경하여 샘플에 입사시킬 수 있다.
구조화된 입사광 생성부(110)는 광원으로부터 조사된 빛을 디지털 마이크로미러 소자를 이용하여 연속적인 구조화된 입사광으로 만들 수 있다.
구조화된 입사광 생성부(110)는 측정을 위해 카메라의 셔터가 열려있는 시간 동안 디지털 마이크로미러가 기설정된 속도로 움직여 시간 적분법을 이용하여 비트(bit) 깊이를 표현하고, 1 비트(bit) 디지털 형태의 작동으로 연속적인 패턴의 구조화된 입사광을 만들 수 있다.
구조화된 입사광 생성부(110)는 디지털 마이크로미러 소자에서 비트(bit)로 표현되는 디지털 패턴을 가중치가 부여된 복수의 1 비트(bit) 디지털 패턴으로 분리할 수 있다. 이후, 구조화된 입사광 생성부(110)는 카메라의 셔터가 열려있는 시간 동안 각각의 복수의 1 비트(bit) 디지털 패턴에 가중치가 반영된 시간을 할당한 후, 합하여 연속적인 구조화된 입사광을 만들 수 있다.
단계(620)에서, 홀로그래픽 영상 선처리부(120)는 구조화된 입사광을 만든 후, 3차원 굴절률 영상을 획득하기 위해 연속적인 코사인 패턴의 구조화된 입사광에서 촬영된 홀로그래픽 영상을 선처리할 수 있다.
홀로그래픽 영상 선처리부(120)는 구조화된 입사광을 코사인 패턴으로 나타낸 후, 코사인 패턴의 구조화된 입사광을 복수의 평면파로 분리할 수 있다. 이후, 홀로그래픽 영상 선처리부(120)는 코사인 패턴의 구조화된 입사광을 샘플에 통과시켜 간섭계를 통해 홀로그래픽 영상을 측정하며, 각 평면파로부터 유도된 결과를 분리하기 위해 복수의 서로 다른 측정이 수행될 수 있다.
여기에서, 동일한 주기를 가진 코사인 패턴의 구조화된 입사광에서 서로 다른 측정을 얻기 위해서 디지털 마이크로미러 소자 상에서 코사인 패턴의 위상을 변형(phase shifting)시키면서 측정할 수 있다.
홀로그래픽 영상 선처리부(120)는 디지털 마이크로미러 소자에 샘플과 수직한 평면파 성분을 측정하는 경우, 코사인 패턴의 구조화된 입사광이 샘플과 수직한 평면파 성분을 포함하여 이후 코사인 패턴의 구조화된 입사광은 2번의 위상을 변형시켜 측정함에 따라 각각의 평면파 성분으로 분리될 수 있다.
단계(630)에서, 3차원 굴절률 영상부(130)는 구조화된 입사광을 샘플에 통과시켜 카메라를 통해 3차원 굴절률 영상 또는 산란 포텐셜을 획득할 수 있다.
도 7은 일 실시예에 따른 다양한 시편의 3차원 굴절률 토모그램 영상의 예를 나타낸다.
도 7을 참조하면, 위에서 설명한 일 실시예에 따른 디지털 마이크로미러 소자를 활용한 구조 입사 3차원 굴절률 토모그래피 장치 및 방법을 이용하여 측정한 다양한 샘플(silica microsphere, human red blood cell, HeLa cell)의 3차원 굴절률 토모그램 영상을 나타낸다.
가변형 거울(Deformable Mirror, DM) 혹은 디지털 마이크로미러 소자(Digital Micromirror Device, DMD)와 같은 파면 제어기(Wavefront Shaper)를 이용한 초고속 입사광 제어 방법은 기존의 갈바노미터(Galvanometer) 거울이나 기계적인 시편 혹은 광원의 움직임보다 훨씬 더 안정적이고 빠르게 작동하는 기술로, 광 단층 촬영 방법을 이용한 제품 제작에 적용될 수 있다.
실시예들에 따르면 디지털 마이크로미러 소자를 활용하여 더욱 깊은 bit의 연속적인 구조화된 빛을 생성함으로써, 기존 온(on)/오프(off) (1bit) 형태의 홀로그램(예컨대, Lee hologram)이나 슈퍼픽셀 방법을 활용하였을 때에 발생되는 원치 않던 잡음 정보들을 제거하여 더욱 다양하면서도 정확한 형태의 입사광을 제작할 수 있다. 따라서, 결과적으로 더욱 향상된 품질의 3차원 단층 영상을 얻을 수 있게 되었다.
실시예들에 따르면 카메라 셔터가 열려있는 동안 디지털 마이크로미러가 빠르게 움직여 더욱 깊은 bit를 표현하게 되므로, 기존에 디지털 마이크로미러에 올려진 한 장의 패턴당 한 번의 측정이 이루어지는 경우보다 그 속도가 제한될 수 있다. 그러나 대부분의 경우는 디지털 마이크로미러의 속도는 카메라의 프레임 율(frame rate)보다 월등히 빠르므로, 두 경우 모두 같은 속도의 카메라 프레임 율을 활용하게 되어 3차원 영상을 생성하는 속도 또한 동일하다.
이상에서 설명된 장치는 하드웨어 구성요소, 소프트웨어 구성요소, 및/또는 하드웨어 구성요소 및 소프트웨어 구성요소의 조합으로 구현될 수 있다. 예를 들어, 실시예들에서 설명된 장치 및 구성요소는, 예를 들어, 프로세서, 컨트롤러, ALU(arithmetic logic unit), 디지털 신호 프로세서(digital signal processor), 마이크로컴퓨터, FPA(field programmable array), PLU(programmable logic unit), 마이크로프로세서, 또는 명령(instruction)을 실행하고 응답할 수 있는 다른 어떠한 장치와 같이, 하나 이상의 범용 컴퓨터 또는 특수 목적 컴퓨터를 이용하여 구현될 수 있다. 처리 장치는 운영 체제(OS) 및 상기 운영 체제 상에서 수행되는 하나 이상의 소프트웨어 애플리케이션을 수행할 수 있다. 또한, 처리 장치는 소프트웨어의 실행에 응답하여, 데이터를 접근, 저장, 조작, 처리 및 생성할 수도 있다. 이해의 편의를 위하여, 처리 장치는 하나가 사용되는 것으로 설명된 경우도 있지만, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는, 처리 장치가 복수 개의 처리 요소(processing element) 및/또는 복수 유형의 처리 요소를 포함할 수 있음을 알 수 있다. 예를 들어, 처리 장치는 복수 개의 프로세서 또는 하나의 프로세서 및 하나의 컨트롤러를 포함할 수 있다. 또한, 병렬 프로세서(parallel processor)와 같은, 다른 처리 구성(processing configuration)도 가능하다.
소프트웨어는 컴퓨터 프로그램(computer program), 코드(code), 명령(instruction), 또는 이들 중 하나 이상의 조합을 포함할 수 있으며, 원하는 대로 동작하도록 처리 장치를 구성하거나 독립적으로 또는 결합적으로(collectively) 처리 장치를 명령할 수 있다. 소프트웨어 및/또는 데이터는, 처리 장치에 의하여 해석되거나 처리 장치에 명령 또는 데이터를 제공하기 위하여, 어떤 유형의 기계, 구성요소(component), 물리적 장치, 가상 장치(virtual equipment), 컴퓨터 저장 매체 또는 장치에 영구적으로, 또는 일시적으로 구체화(embody)될 수 있다. 소프트웨어는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템 상에 분산되어서, 분산된 방법으로 저장되거나 실행될 수도 있다. 소프트웨어 및 데이터는 하나 이상의 컴퓨터 판독 가능 기록 매체에 저장될 수 있다.
실시예에 따른 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 실시예를 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다.
이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.
그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.

Claims (14)

  1. 디지털 마이크로미러 소자(Digital Micromirror Device, DMD)를 활용한 구조 입사 3차원 굴절률 토모그래피 장치에 있어서,
    광원으로부터 조사된 빛을 디지털 마이크로미러 소자를 이용하여 연속적인 구조화된 입사광으로 만드는 구조화된 입사광 생성부; 및
    상기 구조화된 입사광을 샘플에 통과시켜 카메라를 통해 3차원 굴절률 영상을 획득하는 3차원 굴절률 영상부
    를 포함하는 디지털 마이크로미러 소자를 활용한 구조 입사 3차원 굴절률 토모그래피 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 구조화된 입사광 생성부는,
    측정을 위해 상기 카메라의 셔터가 열려있는 시간 동안 상기 디지털 마이크로미러가 기설정된 속도로 움직여 시간 적분법을 이용하여 비트(bit) 깊이를 표현하고, 1 비트(bit) 디지털 형태의 작동으로 연속적인 패턴의 상기 구조화된 입사광을 만드는 것
    을 특징으로 하는 디지털 마이크로미러 소자를 활용한 구조 입사 3차원 굴절률 토모그래피 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 구조화된 입사광 생성부는,
    상기 디지털 마이크로미러 소자에서 비트(bit)로 표현되는 디지털 패턴을 가중치가 부여된 복수의 1 비트(bit) 디지털 패턴으로 분리하고, 상기 카메라의 셔터가 열려있는 시간 동안 각각의 상기 복수의 1 비트(bit) 디지털 패턴에 가중치가 반영된 시간을 할당한 후, 합하여 연속적인 상기 구조화된 입사광을 만드는 것
    을 특징으로 하는 디지털 마이크로미러 소자를 활용한 구조 입사 3차원 굴절률 토모그래피 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 구조화된 입사광을 만든 후, 3차원 굴절률 영상을 획득하기 위해 연속적인 코사인 패턴의 상기 구조화된 입사광에서 촬영된 홀로그래픽 영상을 선처리하는 홀로그래픽 영상 선처리부
    를 더 포함하는 디지털 마이크로미러 소자를 활용한 구조 입사 3차원 굴절률 토모그래피 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 홀로그래픽 영상 선처리부는,
    상기 구조화된 입사광을 코사인 패턴으로 나타내어 코사인 패턴의 상기 구조화된 입사광을 복수의 평면파로 분리하고, 코사인 패턴의 상기 구조화된 입사광을 샘플에 통과시켜 간섭계를 통해 홀로그래픽 영상을 측정하며, 각 평면파로부터 유도된 결과를 분리하기 위해 복수의 서로 다른 측정이 수행되는 것
    을 특징으로 하는 디지털 마이크로미러 소자를 활용한 구조 입사 3차원 굴절률 토모그래피 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 홀로그래픽 영상 선처리부는,
    동일한 주기를 가진 코사인 패턴의 상기 구조화된 입사광에서 서로 다른 측정을 얻기 위해서 상기 디지털 마이크로미러 소자 상에서 코사인 패턴의 위상을 변형(phase shifting)시키면서 측정하는 것
    을 특징으로 하는 디지털 마이크로미러 소자를 활용한 구조 입사 3차원 굴절률 토모그래피 장치.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 홀로그래픽 영상 선처리부는,
    상기 디지털 마이크로미러 소자에 샘플과 수직한 평면파 성분을 측정하는 경우, 코사인 패턴의 상기 구조화된 입사광이 샘플과 수직한 평면파 성분을 포함하여 이후 코사인 패턴의 상기 구조화된 입사광은 2번의 위상을 변형시켜 측정함에 따라 각각의 평면파 성분으로 분리되는 것
    을 특징으로 하는 디지털 마이크로미러 소자를 활용한 구조 입사 3차원 굴절률 토모그래피 장치.
  8. 디지털 마이크로미러 소자(Digital Micromirror Device, DMD)를 활용한 구조 입사 3차원 굴절률 토모그래피 방법에 있어서,
    광원으로부터 조사된 빛을 디지털 마이크로미러 소자를 이용하여 연속적인 구조화된 입사광으로 만드는 단계; 및
    상기 구조화된 입사광을 샘플에 통과시켜 카메라를 통해 3차원 굴절률 영상을 획득하는 단계
    를 포함하는 디지털 마이크로미러 소자를 활용한 구조 입사 3차원 굴절률 토모그래피 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 광원으로부터 조사된 빛을 디지털 마이크로미러 소자를 이용하여 연속적인 구조화된 입사광으로 만드는 단계는,
    측정을 위해 상기 카메라의 셔터가 열려있는 시간 동안 상기 디지털 마이크로미러가 기설정된 속도로 움직여 시간 적분법을 이용하여 비트(bit) 깊이를 표현하고, 1 비트(bit) 디지털 형태의 작동으로 연속적인 패턴의 상기 구조화된 입사광을 만드는 것
    을 특징으로 하는 디지털 마이크로미러 소자를 활용한 구조 입사 3차원 굴절률 토모그래피 방법.
  10. 제8항 또는 제9항에 있어서,
    상기 광원으로부터 조사된 빛을 디지털 마이크로미러 소자를 이용하여 연속적인 구조화된 입사광으로 만드는 단계는,
    상기 디지털 마이크로미러 소자에서 비트(bit)로 표현되는 디지털 패턴을 가중치가 부여된 복수의 1 비트(bit) 디지털 패턴으로 분리하는 단계; 및
    상기 카메라의 셔터가 열려있는 시간 동안 각각의 상기 복수의 1 비트(bit) 디지털 패턴에 가중치가 반영된 시간을 할당한 후, 합하여 연속적인 상기 구조화된 입사광을 만드는 단계
    를 포함하는 디지털 마이크로미러 소자를 활용한 구조 입사 3차원 굴절률 토모그래피 방법.
  11. 제8항에 있어서,
    상기 구조화된 입사광을 만든 후, 3차원 굴절률 영상을 획득하기 위해 연속적인 코사인 패턴의 상기 구조화된 입사광에서 촬영된 홀로그래픽 영상을 선처리하는 단계
    를 더 포함하는 디지털 마이크로미러 소자를 활용한 구조 입사 3차원 굴절률 토모그래피 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 구조화된 입사광을 만든 후, 3차원 굴절률 영상을 획득하기 위해 연속적인 코사인 패턴의 상기 구조화된 입사광에서 촬영된 홀로그래픽 영상을 선처리하는 단계는,
    상기 구조화된 입사광을 코사인 패턴으로 나타내는 단계;
    코사인 패턴의 상기 구조화된 입사광을 복수의 평면파 성분으로 분리하는 단계; 및
    코사인 패턴의 상기 구조화된 입사광을 샘플에 통과시켜 간섭계를 통해 홀로그래픽 영상을 측정하며, 각 평면파로부터 유도된 결과를 분리하기 위해 복수의 서로 다른 측정이 수행되는 단계
    를 포함하는 디지털 마이크로미러 소자를 활용한 구조 입사 3차원 굴절률 토모그래피 방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 각 평면파로부터 유도된 결과를 분리하기 위해 복수의 서로 다른 측정이 수행되는 단계는,
    동일한 주기를 가진 코사인 패턴의 상기 구조화된 입사광에서 서로 다른 측정을 얻기 위해서 상기 디지털 마이크로미러 소자 상에서 코사인 패턴의 위상을 변형(phase shifting)시키면서 측정하는 것
    을 특징으로 하는 디지털 마이크로미러 소자를 활용한 구조 입사 3차원 굴절률 토모그래피 방법.
  14. 제12항에 있어서,
    상기 구조화된 입사광을 만든 후, 3차원 굴절률 영상을 획득하기 위해 연속적인 코사인 패턴의 상기 구조화된 입사광에서 촬영된 홀로그래픽 영상을 선처리하는 단계는,
    상기 디지털 마이크로미러 소자에 샘플과 수직한 평면파 성분을 측정하는 경우, 코사인 패턴의 상기 구조화된 입사광이 샘플과 수직한 평면파 성분을 포함하여 이후 코사인 패턴의 상기 구조화된 입사광은 2번의 위상을 변형시켜 측정함에 따라 각각의 평면파 성분으로 분리되는 것
    을 특징으로 하는 디지털 마이크로미러 소자를 활용한 구조 입사 3차원 굴절률 토모그래피 방법.
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