KR20190036050A - 3d photolithography method and apparatus using active holographic optical tweezers - Google Patents

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KR20190036050A
KR20190036050A KR1020170124808A KR20170124808A KR20190036050A KR 20190036050 A KR20190036050 A KR 20190036050A KR 1020170124808 A KR1020170124808 A KR 1020170124808A KR 20170124808 A KR20170124808 A KR 20170124808A KR 20190036050 A KR20190036050 A KR 20190036050A
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박용근
김규현
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한국과학기술원
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    • G01N21/41—Refractivity; Phase-affecting properties, e.g. optical path length

Abstract

Disclosed are a method for three-dimensional accuracy photo fabrication using active holographic optical tongs and an apparatus thereof. The method for three-dimensional accuracy optical fabrication comprises the steps of: measuring a three-dimensional refractive index distribution of an object manufactured by a photo fabrication technique; and controlling a wavefront of captured light of an optical tong based on the three-dimensional refractive index distribution and three-dimensional shape information of the object.

Description

능동 홀로그래픽 광학 집게를 이용한 3차원 정밀 광 조형 방법 및 장치{3D PHOTOLITHOGRAPHY METHOD AND APPARATUS USING ACTIVE HOLOGRAPHIC OPTICAL TWEEZERS}TECHNICAL FIELD [0001] The present invention relates to a 3D photolithographic method and apparatus using active holographic optical tongs,

본 발명의 실시예들은 광조형 기술로 제작한 물체(object)를 정밀하게 조형하는 기술에 관한 것이다.Embodiments of the present invention relate to a technology for precisely shaping an object produced by a stereolithography technique.

광 제어 기술은 포획된 물체의 3차원 위치를 제어하고, 물체(object)에 미세한 힘을 가할 수 있어 물리학과 생물학 등 많은 분야에서 활용되고 있는 기술이다.Light control technology is a technology that is used in many fields such as physics and biology because it can control the three-dimensional position of a captured object and apply fine force to an object.

광 집게(optical tweezers)라고 불리는 기술은 레이저로 광 초점을 만들고, 만든 초점에 구형 물체를 포획하는 기술이다. 초점의 위치를 옮김으로써, 포획된 구형 물체의 3차원 위치를 조절 가능하고, 물체에 미세한 힘을 가할 수 있어 물리학과 생물학 등 많은 분야에서 이용되고 있다.A technique called optical tweezers is a technique that creates a light focus with a laser and captures spherical objects at the focus. By shifting the focus position, it is possible to adjust the three-dimensional position of the captured spherical object and apply fine force to the object, which is used in many fields such as physics and biology.

2000년대 초반에는 파면 제어기를 이용하여 물체에 입사하는 파면을 제어함으로써, 여러 개의 초점을 동시에 만들어 복수의 물체를 동시에 포획하고 3차원 위치를 제어하는 기술이 개발되었으며, 아래의 비특허 문헌 [1]Reicherter , M., Haist, T., Wagemann , E.U . & Tiziani , H.J . Optical particle trapping with computer-generated holograms written on a liquid-crystal display. Opt. Lett . 24, 608-610 (1999). 및 [2]Grier , D.G . A revolution in optical manipulation. Nature 424, 810-816 (2003).에서는 상기 파면 제어기를 이용하여 3차원 위치를 제어하는 기술을 개시하고 있다.In the early 2000s, a wavefront controller was used to control a wavefront incident on an object to simultaneously capture a plurality of objects simultaneously to capture a plurality of objects and control the three-dimensional position. The following non-patent document [1] Reicherter , M., Haist, T., Wagemann , EU . & Tiziani , HJ . Optical particle trapping with computer-generated holograms written on a liquid-crystal display. Opt. Lett . 24, 608-610 (1999). And [2] Grier , DG . A revolution in optical manipulation. Nature 424, 810-816 (2003). Discloses a technique for controlling a three-dimensional position using the wavefront controller.

이때, 대부분의 광학 집게 실험에 사용된 물체의 모양은 구형이었으며, 물체의 모양이 구형인 경우, 빛이 물체에 작용하는 힘을 쉽게 계산 가능하여, 구형 물체의 3차원 움직임을 쉽게 제어 가능하였다. At this time, the shape of the object used in most of the optical tongue experiments was spherical, and when the shape of the object was spherical, the force acting on the object can easily be calculated, so that the three-dimensional motion of the spherical object can be easily controlled.

그러나, 물체의 모양이 구형 이외에 다른 모양을 갖고, 물체의 모양이 복잡해지는 경우, 물체를 안정적으로 포획하기 어려우며, 포획된 물체가 불안정한 운동을 하거나 제어할 수 있는 물체의 방향이 제한된다. 이러한 제한으로 인해, 생명 세포와 같이 복잡한 모양을 갖는 물체의 3차원 운동을 제어하는 데 어려움이 존재한다.However, when the shape of an object has a shape other than a sphere and the shape of the object is complicated, it is difficult to capture the object stably, and the direction of the object that can control or control the captured object is limited. Due to these limitations, there is a difficulty in controlling the three-dimensional motion of objects with complex shapes, such as living cells.

따라서, 생명 세포 등과 같이 복잡한 모양을 갖거나, 임의의 형상을 갖는 물체를 안정적으로 포획하여 3차원 위치를 제어할 수 있는 기술이 요구된다. Accordingly, there is a demand for a technique capable of stably capturing an object having a complex shape such as a living cell or having an arbitrary shape to control the three-dimensional position.

[1] Reicherter, M., Haist, T., Wagemann, E.U. & Tiziani, H.J. Optical particle trapping with computer-generated holograms written on a liquid-crystal display. Opt. Lett. 24, 608-610 (1999).[1] Reicherter, M., Haist, T., Wagemann, E.U. & Tiziani, H.J. Optical particle trapping with computer-generated holograms written on a liquid-crystal display. Opt. Lett. 24, 608-610 (1999). [2] Grier, D.G. A revolution in optical manipulation. Nature 424, 810-816 (2003).[2] Grier, D.G. A revolution in optical manipulation. Nature 424, 810-816 (2003). [3] Wolf, E. Three-dimensional structure determination of semi-transparent objects from holographic data. Opt. Commun. 1, 153-156 (1969). [3] Wolf, E. Three-dimensional structure determination of semi-transparent objects from holographic data. Opt. Commun. 1, 153-156 (1969). [4] Sung, Y.J. et al. Optical diffraction tomography for high resolution live cell imaging. Opt. Express 17, 266-277 (2009).[4] Sung, Y.J. et al. Optical diffraction tomography for high resolution live cell imaging. Opt. Express 17, 266-277 (2009). [5] Kim, K. et al. High-resolution three-dimensional imaging of red blood cells parasitized by Plasmodium falciparum and in situ hemozoin crystals using optical diffraction tomography. J. Biomed. Opt. 19, 011005 (2014)[5] Kim, K. et al. High-resolution three-dimensional imaging of red blood cells parasitized by Plasmodium falciparum and in situ hemozoin crystals using optical diffraction tomography. J. Biomed. Opt. 19, 011005 (2014)

본 발명은 미세 물체의 3차원 형상 정보를 기반으로 광학 집게의 포획광의 모양을 파면 제어기로 능동 제어함으로써, 임의의 형상을 갖는 미세 물체를 안정적으로 포획하고, 방향, 모양 등을 제어하기 위한 것이다.The present invention stably captures a fine object having an arbitrary shape and controls a direction, a shape, and the like by actively controlling the shape of the captured light of the optical pinch with the wavefront controller based on the three-dimensional shape information of the fine object.

3차원 정밀 광조형 방법은, 광조형 기술로 제작된 물체(object)의 3차원 굴절률 분포를 측정하는 단계, 및 상기 3차원 굴절률 분포와 상기 물체의 3차원 형상 정보에 기초하여 광학 집게의 포획광의 파면을 제어하는 단계를 포함할 수 있다.A three-dimensional precise stereolithography method comprises the steps of: measuring a three-dimensional refractive index distribution of an object produced by a stereolithography technique; and calculating a three-dimensional refractive index distribution of the object And controlling the wavefront.

일측면에 따르면, 상기 포획광의 파면을 제어하는 단계는, 상기 3차원 굴절률 분포가 물체의 3차원 형상이 되도록 파면 제어기를 이용하여 상기 포획광의 파면을 제어할 수 있다.According to one aspect, controlling the wavefront of the captured light may control the wavefront of the captured light using a wavefront controller such that the three-dimensional refractive index distribution is a three-dimensional shape of the object.

다른 측면에 따르면, 상기 포획광의 파면을 제어하는 단계는, 3차원 Gerchberg-Saxton 알고리즘에 기초하여 상기 물체를 조형하는 빛의 3차원 세기 분포를 제어하기 위한 2차원 파면을 계산하는 단계, 계산된 상기 2차원 파면을 파면 제어기에 투영함으로써 3차원 형상의 물체를 제어하는 단계를 포함할 수 있다.According to another aspect, controlling the wavefront of the captured light comprises calculating a two-dimensional wavefront for controlling a three-dimensional intensity distribution of light shaping the object based on a three-dimensional Gerchberg-Saxton algorithm, And controlling the three-dimensional object by projecting the two-dimensional wavefront to the wavefront controller.

또 다른 측면에 따르면, 상기 3차원 굴절률 분포를 측정하는 단계는, 광원에서 출사된 빛이 3차원 형상의 상기 물체로 입사 시, 입사되는 빛의 파면을 제어하여 빛의 각도를 변경하는 단계, 상기 물체로 입사된 빛이 상기 물체에 의해 산란됨에 따른 산란 정보를 획득하는 단계, 획득한 상기 산란 정보를 간섭계를 이용하여 공간 변조하여 홀로그램을 생성하는 단계, 및 생성된 상기 홀로그램에 기초하여 상기 물체의 3차원 굴절률 분포를 측정하는 단계를 포함할 수 있다.According to another aspect of the present invention, the step of measuring the three-dimensional refractive index distribution includes the steps of controlling a wavefront of incident light to change the angle of light when the light emitted from the light source enters the three- Obtaining scattering information as light incident on an object is scattered by the object, generating a hologram by spatially modulating the scattering information by using an interferometer, and generating a hologram based on the generated hologram, And measuring a three-dimensional refractive index distribution.

또 다른 측면에 따르면, 상기 산란 정보를 획득하는 단계는, 대물 렌즈를 이용하여 상기 산란 정보를 획득할 수 있다.According to another aspect, in the step of acquiring the scattering information, the scattering information may be obtained using an objective lens.

또 다른 측면에 따르면, 생성된 상기 홀로그램을 촬영장치를 통해 촬영하는 단계를 더 포함할 수 있다.According to another aspect, the method may further include photographing the generated hologram through a photographing apparatus.

또 다른 측면에 따르면, 상기 생성된 홀로그램에 기초하여 상기 물체의 3차원 굴절률 분포를 측정하는 단계는, 상기 촬영을 통해 생성된 3차원 영상을 대상으로, 정량 위상 영상을 추출하는 단계, 및 추출된 상기 정량 위상 영상을 대상으로, 푸리에 절편 이론(Fourier slice theorem) 또는 푸리에 회절 이론(Fourier diffraction theorem) 기반의 단층 촬영 알고리즘을 이용하여 상기 3차원 굴절률 분포를 측정하는 단계를 포함할 수 있다.According to another aspect of the present invention, the step of measuring the three-dimensional refractive index profile of the object based on the generated hologram includes a step of extracting a quantitative phase image of the three-dimensional image generated through the photographing, And measuring the three-dimensional refractive index distribution using the Fourier slice theorem or the Fourier diffraction theorem-based tomography algorithm on the quantitative phase image.

또 다른 측면에 따르면, 상기 포획광의 파면을 제어하는 단계는, 광원에서 출사되는 빛의 3차원 세기 분포가 상기 3차원 굴절률 분포와 기정의된 오차 범위 내에서 동일해지도록 상기 포획광의 파면을 제어할 수 있다.According to another aspect, controlling the wavefront of the captured light includes controlling the wavefront of the captured light so that the three-dimensional intensity distribution of the light emitted from the light source is equal to the three-dimensional refractive index distribution within a predetermined error range .

또 다른 측면에 따르면, 상기 포획광의 파면을 제어하는 단계는, 광원에서 출사되는 빛의 3차원 세기 분포가 상기 물체가 미리 지정된 방향으로 회전한 형태가 되도록 상기 포획광의 파면을 제어할 수 있다.According to another aspect, the step of controlling the wavefront of the captured light may control the wavefront of the captured light so that the three-dimensional intensity distribution of the light emitted from the light source is a shape in which the object rotates in a predetermined direction.

또 다른 측면에 따르면, 상기 포획광의 파면을 제어하는 단계는, 상기 물체가 탄성(elasticity)이 있는 물체인 경우, 광원에서 출사되는 빛의 3차원 세기 분포가 상기 물체가 변형된 형태가 되도록 상기 포획광의 파면을 제어할 수 있다.According to another aspect of the present invention, the step of controlling the wavefront of the trapped light includes: when the object is an elasticity object, the three-dimensional intensity distribution of the light emitted from the light source is controlled such that the object is deformed, The wavefront of the light can be controlled.

3차원 정밀 광조형 장치는, 광조형 기술로 제작된 물체(object)의 3차원 굴절률 분포를 측정하는 3D 굴절률 분포 측정부, 및 상기 3차원 굴절률 분포와 상기 물체의 3차원 형상 정보에 기초하여 포획광의 파면을 제어하는 광학 집게를 포함할 수 있다.The 3D stereolithography apparatus includes a 3D refractive index distribution measurement unit for measuring a 3D refractive index distribution of an object manufactured by a stereolithography technique and a 3D refractive index distribution measurement unit for obtaining the 3D refractive index distribution based on the 3D refractive index distribution and the 3D shape information of the object, And optical tongues that control the wavefront of the light.

일측면에 따르면, 상기 광학 집게는, 상기 3차원 굴절률 분포가 물체의 3차원 형상이 되도록 파면 제어기를 이용하여 상기 포획광의 파면을 제어할 수 있다.According to an aspect, the optical tongue can control the wavefront of the captured light by using a wavefront controller such that the three-dimensional refractive index distribution becomes a three-dimensional shape of the object.

다른 측면에 따르면, 상기 광학 집게는, 3차원 Gerchberg-Saxton 알고리즘에 기초하여 상기 물체를 조형하는 빛의 3차원 세기 분포를 제어하기 위한 2차원 파면을 계산하고, 계산된 상기 2차원 파면을 파면 제어기에 투영함으로써 3차원 형상의 물체를 제어할 수 있다.According to another aspect, the optical tongue calculates a two-dimensional wavefront for controlling the three-dimensional intensity distribution of light shaping the object based on a three-dimensional Gerchberg-Saxton algorithm, So that an object having a three-dimensional shape can be controlled.

또 다른 측면에 따르면, 상기 3D 굴절률 분포 측정부는, 상기 3차원 굴절률 분포를 측정하기 위한 빛을 출사시키는 광원, 상기 광원에서 출사된 빛이 3차원 형상의 상기 물체로 입사 시, 입사되는 빛의 파면을 제어하여 빛의 각도를 변경하는 광 스캔부, 및 상기 물체로 입사된 빛이 상기 3차원 형상의 물체에 의해 산란됨에 따른 산란 정보를 획득하고, 획득한 상기 산란 정보를 간섭계를 이용하여 공간 변조하여 홀로그램을 생성하고, 생성된 상기 홀로그램에 기초하여 상기 물체의 3차원 굴절률 분포를 측정하는 영상 측정부를 포함할 수 있다.According to another aspect of the present invention, the 3D refractive index distribution measuring unit includes: a light source for emitting light for measuring the three-dimensional refractive index profile; a light source for emitting light, which is emitted from the light source, Dimensional shape of the light incident on the object to obtain scattering information as a result of scattering by the object of three-dimensional shape, and acquiring the scattering information by using an interferometer to perform spatial modulation And an image measuring unit for generating a hologram and measuring a three-dimensional refractive index distribution of the object based on the generated hologram.

또 다른 측면에 따르면, 상기 영상 측정부는, 대물 렌즈를 이용하여 상기 산란 정보를 획득할 수 있다.According to another aspect, the image measuring unit may acquire the scattering information using an objective lens.

또 다른 측면에 따르면, 상기 영상 측정부는, 생성된 상기 홀로그램을 촬영장치를 통해 촬영하고, 촬영을 통해 생성된 3차원 영상을 대상으로, 정량 위상 영상을 추출하고, 추출된 상기 정량 위상 영상을 대상으로, 푸리에 절편 이론(Fourier slice theorem) 또는 푸리에 회절 이론(Fourier diffraction theorem) 기반의 단층 촬영 알고리즘을 이용하여 상기 3차원 굴절률 분포를 측정할 수 있다.According to another aspect of the present invention, the image measuring unit photographs the generated hologram through a photographing apparatus, extracts a quantitative phase image from the three-dimensional image generated through the photographing, , The three-dimensional refractive index distribution can be measured using a Fourier slice theorem or a Fourier diffraction theorem-based tomography algorithm.

또 다른 측면에 따르면, 상기 광학 집게는, 광원에서 출사되는 빛의 3차원 세기 분포가 상기 3차원 굴절률 분포와 기정의된 오차 범위 내에서 동일해지도록 상기 포획광의 파면을 제어할 수 있다.According to another aspect, the optical tongue can control the wavefront of the captured light so that the three-dimensional intensity distribution of the light emitted from the light source becomes equal to the three-dimensional refractive index distribution within a predetermined error range.

또 다른 측면에 따르면, 상기 광학 집게는, 광원에서 출사되는 빛의 3차원 세기 분포가 상기 물체가 미리 지정된 방향으로 회전한 형태가 되도록 상기 포획광의 파면을 제어할 수 있다.According to another aspect, the optical tongue can control the wavefront of the captured light so that the three-dimensional intensity distribution of the light emitted from the light source is a shape in which the object rotates in a predetermined direction.

또 다른 측면에 따르면, 상기 광학 집게는, 상기 물체가 탄성(elasticity)이 있는 물체인 경우, 광원에서 출사되는 빛의 3차원 세기 분포가 상기 물체가 변형된 형태가 되도록 상기 포획광의 파면을 제어할 수 있다.According to another aspect of the present invention, when the object is an elasticity object, the optical tongue controls the wavefront of the captured light so that the three-dimensional intensity distribution of the light emitted from the light source becomes a deformed shape of the object .

본 발명에 의하면, 미세 물체의 3차원 형상 정보를 기반으로 광학 집게의 포획광의 모양을 파면 제어기로 능동 제어함으로써, 임의의 형상을 갖는 미세 물체를 안정적으로 포획하고, 방향, 모양 등을 제어할 수 있다.According to the present invention, it is possible to stably capture a fine object having an arbitrary shape and to control direction, shape, etc. by actively controlling the shape of the captured light of the optical pinch with the wavefront controller based on the three- have.

또한, 세포 등의 미세 물체를 원하는 모양으로 안정적으로 변형시킬 수 있어, 세포에 힘을 가하여 변형시킬 때의 세포 반응을 정밀 분석 가능하도록 할 수 있다. In addition, it is possible to stably deform a micro-body, such as a cell, in a desired shape, and to precisely analyze the cell reaction when the cell is deformed by applying a force.

또한, 복잡한 형상을 갖는 세포들을 포획하고 조립하는 세포 단계의 수술 작업을 광 제어하고, 실시간 촬영하여 세포의 반응, 수술 예후 등을 모니터링 가능하도록 할 수 있다.In addition, it is possible to control the surgical operation of the cell stage for capturing and assembling cells having complex shapes, and to monitor the reaction of the cells and the prognosis of the surgery by photographing in real time.

도 1은 본 발명의 일실시예에 있어서, 3차원 정밀 광조형 장치의 내부 구성을 도시한 블록도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 있어서, 능동 홀로그래픽 광학 집게를 이용한 3차원 정밀 광조형 방법을 도시한 흐름도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 있어서, 3차원 굴절률 분포를 측정하는 방법을 도시한 흐름도이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 있어서, 도 1의 3차원 굴절률 분포의 세부 동작 과정을 도시한 블록도이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 있어서, 능동 홀로그래픽 광학 집게를 이용하여 3차원 형상의 물체를 회전하여 조형 물체를 수정하는 세부 동작을 도시한 블록도이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 있어서, 파면 제어기를 포함하는 3차원 정밀 광조형 장치의 모식도를 도시한 도면이다.1 is a block diagram showing an internal configuration of a three-dimensional precise stereolithography apparatus according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a flowchart illustrating a three-dimensional precision stereolithography method using an active holographic optical element in an embodiment of the present invention.
3 is a flowchart showing a method of measuring a three-dimensional refractive index distribution in an embodiment of the present invention.
4 is a block diagram illustrating a detailed operation process of the three-dimensional refractive index distribution of FIG. 1 according to an embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a block diagram illustrating a detailed operation for correcting a shaped object by rotating an object having a three-dimensional shape using an active holographic optical tongue in an embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a schematic diagram of a three-dimensional precise stereolithography apparatus including a wavefront controller according to an embodiment of the present invention. FIG.

이하, 본 발명에 따른 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.Hereinafter, embodiments according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

본 실시예들은, 광학 집게를 이용하여 3차원 형상의 물체(object)를 광조형하는 기술에 관한 것으로서, 특히, 광조형 기술로 제작한 물체의 3차원 굴절률 분포와 상기 물체의 3차원 형상 정보를 이용하여 광학 집게의 포획광의 파면을 제어하는 기술에 관한 것이다.The present embodiments relate to a technique of stereographically shaping an object of three-dimensional shape using an optical tongue, and more particularly to a technique of stereoscopically dividing a three-dimensional refractive index distribution of an object produced by a stereolithography technique and three- To a technique for controlling the wavefront of the trapped light of an optical forceps.

본 실시예들에서, 물체(object)는 임의의 모양을 갖는 3차원 형상의 미세 물체를 나타낼 수 있으며, 예컨대, 미세 물체는 복잡한 모양을 갖는 생물 세포 등을 포함할 수 있다. 그리고, 광원은 3차원 형상의 물체(object)를 조형하기 위해 빛을 조사하는 것으로서, 예컨대, 레이저, 레이저 다이오드 등을 포함할 수 있다.In the present embodiments, an object may represent a three-dimensional fine object having an arbitrary shape, and for example, a fine object may include a complex cell or the like. The light source irradiates light to form an object having a three-dimensional shape, and may include, for example, a laser, a laser diode, and the like.

본 실시예들에서, 광학 집게는 능동 홀로그래픽 광학 집게(Active holographic optical tweezers)를 나타내는 것으로서, 파면 제어기를 이용하여 물체(object)의 모양 및 방향 등을 제어할 수 있다. In the present embodiments, the optical tongue represents active holographic optical tweezers, and the shape and direction of an object can be controlled using a wavefront controller.

도 1은 본 발명의 일실시예에 있어서, 3차원 정밀 광조형 장치의 내부 구성을 도시한 블록도이고, 도 2는 본 발명의 일실시예에 있어서, 능동 홀로그래픽 광학 집게를 이용한 3차원 정밀 광조형 방법을 도시한 흐름도이다.FIG. 1 is a block diagram illustrating an internal configuration of a three-dimensional precise stereolithography apparatus according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a cross-sectional view of a three-dimensional precise stereolithography apparatus using active holographic optical tongs in an embodiment of the present invention. Fig. 6 is a flowchart showing a stereolithography method. Fig.

도 1에서, 3차원 정밀 광조형 장치(100)는 3D 굴절률 분포 측정부(110), 및 능동 홀로그래픽 광학 집게(110)를 포함할 수 있다. 여기서, 3D 굴절률 측정부(110)는 광원(111), 광 스캔부(112) 및 영상 측정부(113)를 포함할 수 있다. 그리고, 도 2의 각 단계들(210 내지 220 단계)은 도 1의 3차원 정밀 광조형 장치(100)의 각 구성 요소(예컨대, 3D 굴절률 분포 측정부(110), 및 능동 홀로그래픽 광학 집게(120))에 의해 수행될 수 있다. In FIG. 1, the 3D stereolithography apparatus 100 may include a 3D refractive index distribution measurement unit 110, and an active holographic optical tongue 110. Here, the 3D refractive index measuring unit 110 may include a light source 111, a light scanning unit 112, and an image measuring unit 113. Each of the steps 210 to 220 of FIG. 2 corresponds to each component (for example, the 3D refractive index distribution measurement unit 110, and the active holographic optical tongue 100 of FIG. 1) 120). ≪ / RTI >

이광자 흡수 광중합 공정, 광조형 기술 등으로 제작된 3차원 형상의 물체(object)가 조형될 수 있다.A two-photon absorption photopolymerization process, a stereolithography technique, or the like can be molded into a three-dimensional object.

210 단계에서, 3D 굴절률 분포 측정부(110)는 광조형 기술로 제작된 물체(object)의 3차원 굴절률 분포를 측정할 수 있다. 예컨대, 광회절 단층 촬영 장비를 이용하여 상기 물체의 3차원 굴절률 분포가 고속 측정될 수 있다.In operation 210, the 3D refractive index distribution measuring unit 110 may measure a three-dimensional refractive index distribution of an object manufactured by the stereolithography technique. For example, a three-dimensional refractive index distribution of the object can be measured at high speed using an optical diffraction tomography system.

220 단계에서, 능동 홀로그램 광학 집게(120)는 측정된 3차원 굴절률 분포와 물체의 3차원 형상 정보에 기초하여 능동 홀로그램 광학 집게(120)의 포획광의 파면을 제어할 수 있다. 이때, 능동 홀로그램 광학 집게(120)는, 측정된 상기 3차원 굴절률 분포가 물체의 3차원 형상이 되도록 파면 제어기를 이용하여 포획광의 파면을 제어할 수 있다.In step 220, the active hologram optical tongue 120 can control the wavefront of the captured light of the active hologram optical tongue 120 based on the measured three-dimensional refractive index profile and the three-dimensional shape information of the object. At this time, the active hologram optical tongue 120 can control the wavefront of the captured light using the wavefront controller so that the measured three-dimensional refractive index distribution becomes a three-dimensional shape of the object.

221 단계에서, 능동 홀로그램 광학 집게(120)는 3차원 Gerchberg-Saxton 알고리즘을 이용하여 3차원 형상의 물체를 조형하는 빛의 3차원 세기 분포를 제어하는 2차원 파면을 계산할 수 있다. 예컨대, 능동 홀로그램 광학 집게(120)는 광원에서 방사된 빛의 3차원 세기 분포를 제어할 수 있는 2차원 파면을 계산할 수 있다.In operation 221, the active hologram optical tongue 120 can calculate a two-dimensional wavefront that controls the three-dimensional intensity distribution of light that shapes a three-dimensional object using a three-dimensional Gerchberg-Saxton algorithm. For example, the active hologram optical tongue 120 can calculate a two-dimensional wavefront that can control the three-dimensional intensity distribution of light emitted from the light source.

222 단계에서, 능동 홀로그램 광학 집게(120)는 계산된 2차원 파면을 파면 제어기에 투영함으로써, 3차원 형상의 물체를 제어할 수 있다. In operation 222, the active hologram optical tongue 120 can control a three-dimensional object by projecting the calculated two-dimensional wavefront to the wavefront controller.

예를 들어, 능동 홀로그래픽 광학 집게(120)는 파면 제어기를 이용하여 빛의 3차원 세기 분포가 측정된 시편(즉, 3차원 형상의 물체)의 3차원 굴절률 분포와 같아지도록 능동 홀로그래픽 광학 집게(120)의 포획광의 파면을 제어함으로써, 물체의 모양 및 방향 등을 제어할 수 있다. 여기서, 물체의 방향을 제어하는 구체적인 설명은 아래의 도 5를 참조하여 후술하기로 한다.For example, the active holographic optical tongue 120 uses a wavefront controller to measure the three-dimensional intensity distribution of the light so that the three-dimensional refractive index distribution of the specimen (i.e., the three-dimensional object) The shape and direction of the object can be controlled by controlling the wavefront of the trapped light of the object 120. [ Hereinafter, a specific description for controlling the direction of the object will be described later with reference to Fig. 5 below.

도 3은 본 발명의 일실시예에 있어서, 3차원 굴절률 분포를 측정하는 방법을 도시한 흐름도이고, 도 4는 본 발명의 일실시예에 있어서, 도 1의 3차원 굴절률 분포의 세부 동작 과정을 도시한 블록도이다.FIG. 3 is a flowchart illustrating a method of measuring a three-dimensional refractive index distribution according to an exemplary embodiment of the present invention. FIG. 4 is a flowchart illustrating a detailed operation process of the three- Fig.

도 3에서 각 단계들(즉, 310 내지 350 단계)은 도 1의 구성 요소인 3D 굴절률 분포 측정부(110)에 의해 수행될 수 있으며, 3D 굴절률 분포 측정부(110)는 광원(111), 광 스캔부(112) 및 영상 측정부(113)를 포함할 수 있다. 도 4에서, 광원(410)은 도 1의 광원(111)에 해당하고, 파면 제어기 또는 갈바노 거울(420)은 광 스캔부(112)에 해당하고, 간섭계(440), 단층 촬영 알고리즘(450) 및 3차원 굴절률 분포(460)는 영상 측정부(113)에 해당할 수 있다. 광원(111, 410)은 레이저, 레이저 다이오드 등을 포함할 수 있다.3 may be performed by the 3D refractive index distribution measuring unit 110, which is a component of FIG. 1, and the 3D refractive index distribution measuring unit 110 may include a light source 111, An optical scanning unit 112 and an image measuring unit 113. [ 1, the wavefront controller or galvanometer mirror 420 corresponds to the light scanning unit 112, and the interferometer 440, the tomographic algorithm 450 And the three-dimensional refractive index distribution 460 may correspond to the image measuring unit 113. The light sources 111 and 410 may include a laser, a laser diode, and the like.

310 단계에서, 광 스캔부(112)는 광원(410, 111)에서 출사된 빛이 3차원 형상의 물체(object, 430)로 입사 시, 입사되는 빛의 파면을 제어하여 빛의 각도를 변경할 수 있다. When the light emitted from the light sources 410 and 111 is incident on the three-dimensional object 430, the optical scanning unit 112 controls the wavefront of incident light to change the angle of the light have.

즉, 광 스캔부(112)는 광원(410, 111)에서 출사되는 빛을 3차원 형상의 물체(430)에 여러 각도로 입사시키기 위한 장치로서, 예를 들어, 갈바노 거울(Galvanomirror)을 이용하여 빛의 각도를 특정 각도로 바꿀 수 있다. 이외에, 파면 제어기를 이용하여 상기 물체로 입사하는 빛의 파면을 제어함으로써, 물체(430)로 입사하는 빛의 각도를 변경할 수 있다. 예컨대, 파면 제어기로는 디지털 마이크로 거울(Digital Micromirror Device, DMD), 공간 광 변조기(Spatial Light Modulator, SLM), 변형 거울(Deformable mirror) 등이 이용될 수 있다. That is, the light scanning unit 112 is a device for causing the light emitted from the light sources 410 and 111 to enter the three-dimensional object 430 at various angles. For example, the light scanning unit 112 may be a galvanomirror So that the angle of light can be changed to a specific angle. In addition, by controlling the wavefront of the light incident on the object using the wavefront controller, the angle of the light incident on the object 430 can be changed. For example, the wavefront controller may be a digital micromirror device (DMD), a spatial light modulator (SLM), a deformable mirror, or the like.

320 단계에서, 영상 측정부(113)는 3차원 형상의 물체로 입사된 빛이 3차원 형상의 물체(430)에 의해 산란됨에 따른 산란 정보를 획득할 수 있다. 여기서, 영상 측정부(113)는 대물 렌즈, 간섭계, 카메라로 구성될 수 있다.In step 320, the image measuring unit 113 can acquire scattering information as the light incident on the three-dimensional object is scattered by the three-dimensional object 430. Here, the image measuring unit 113 may include an objective lens, an interferometer, and a camera.

예를 들어, 영상 측정부(113)는 광 집속 장치인 대물 렌즈를 이용하여 상기 물체(430)에 의해 입사된 빛이 산란됨에 따른 산란 정보를 획득할 수 있다.For example, the image measuring unit 113 can acquire scattering information as light incident by the object 430 is scattered by using an objective lens as a light focusing device.

330 단계에서, 영상 측정부(113)는 획득한 산란 정보를 간섭계(440)를 이용하여 공간 변조하여 홀로그램을 생성할 수 있다.In operation 330, the image measuring unit 113 may generate the hologram by spatially modulating the scattered information using the interferometer 440. [

340 단계에서, 영상 측정부(113)는 카메라로 홀로그램을 측정(즉, 촬영)할 수 있다. In step 340, the image measuring unit 113 can measure (i.e., photograph) the hologram with the camera.

350 단계에서, 영상 측정부(113)는 카메라를 통해 측정된 홀로그램 영상(즉, 촬영을 통해 생성된 3차원 홀로그램 영상)에 기초하여 상기 물체의 3차원 굴절률 분포를 측정할 수 있다.In step 350, the image measuring unit 113 may measure the three-dimensional refractive index distribution of the object based on the hologram image measured through the camera (i.e., the three-dimensional hologram image generated through photographing).

예를 들어, 영상 측정부(113)는 공간 변조 홀로그램의 분석기법으로 상기 3차원 홀로그램 영상을 분석하여 상기 3차원 홀로그램 영상에서 정량 위상 영상을 추출할 수 있다. 그리고, 영상 측정부(113)는 위의 비특허 문헌 [3] Wolf, E. Three-dimensional structure determination of semi-transparent objects from holographic data. Opt. Commun . 1, 153-156 (1969)., [4] Sung, Y.J . et al. Optical diffraction tomography for high resolution live cell imaging. Opt. Express 17, 266-277 (2009)., 및 [5] Kim, K. et al. High-resolution three-dimensional imaging of red blood cells parasitized by Plasmodium falciparum and in situ hemozoin crystals using optical diffraction tomography . J. Biomed. Opt. 19, 011005 (2014).에서 제시하고 있는 푸리에 절편 이론(Fourier slice theorem) 또는 푸리에 회절 이론(Fourier diffraction theorem) 기반의 단층 촬영 알고리즘(450)을 이용하여 상기 추출된 정량 위상 영상으로부터 상기 3차원 굴절률 분포(460)를 측정할 수 있다.For example, the image measuring unit 113 may extract the quantitative phase image from the 3D hologram image by analyzing the 3D hologram image using a spatial modulation hologram analysis technique. In addition, the image measuring unit 113 is a non-patent document [3] Wolf, E. Three-dimensional structure determination of semi-transparent objects from holographic data. Opt. Commun . 1, 153-156 (1969). [4] Sung, YJ . et al. Optical diffraction tomography for high resolution live cell imaging. Opt. Express 17, 266-277 (2009)., And [5] Kim, K. et al. High-resolution three-dimensional imaging of red blood cells parasitized by Plasmodium falciparum and in situ hemozoin crystals using optical diffraction tomography . J. Biomed. Opt. 19, 011005 (2014). Dimensional refractive index distribution 460 from the extracted quantitative phase image using a Fourier slice theorem or a Fourier diffraction theorem based tomography algorithm 450 as presented in the above- .

도 5는 본 발명의 일실시예에 있어서, 능동 홀로그래픽 광학 집게를 이용하여 3차원 형상의 물체를 회전하여 조형 물체를 수정하는 세부 동작을 도시한 블록도이다.FIG. 5 is a block diagram illustrating a detailed operation for correcting a shaped object by rotating an object having a three-dimensional shape using an active holographic optical tongue in an embodiment of the present invention.

능동 홀로그래픽 광학 집게(120)는 파면 제어기(520)를 이용하여 빛의 3차원 세기 분포를 측정된 시편(즉, 물체)의 3차원 굴절률 분포와 같아지도록 제어함으로써, 물체의 모양 및 방향을 제어할 수 있다. 즉, 능동 홀로그래픽 광학 집게(120)는 광원(510)에서 방사된 빛의 3차원 세기 분포가 능동 홀로그래픽 광학 집게(120)에서 포획된 광에 해당하는 물체(530)의 3차원 굴절률 분포가 되도록 파면 제어기를 이용하여 상기 포획된 광의 파면을 제어함으로써, 물체의 모양 및 방향 등을 제어할 수 있다. The active holographic optical tongue 120 uses a wavefront controller 520 to control the shape and direction of the object by controlling the three dimensional intensity distribution of the light to be equal to the three dimensional refractive index distribution of the measured sample (i.e., object) can do. In other words, the active holographic optical tongue 120 may be configured such that the three-dimensional intensity distribution of the light emitted from the light source 510 is a three-dimensional refractive index distribution of the object 530 corresponding to the light captured by the active holographic optical tongue 120 The wavefront controller controls the wavefront of the captured light so that the shape and direction of the object can be controlled.

전자기 변분 원리(electromagnetic variational principle)에 따르면 전자기 에너지 범함수 (electromagnetic energy functional),

Figure pat00001
는 아래의 수학식 1과 같이 표현될 수 있다.According to the electromagnetic variational principle, electromagnetic energy functional,
Figure pat00001
Can be expressed by the following equation (1).

[수학식 1][Equation 1]

Figure pat00002
Figure pat00002

수학식 1에서,

Figure pat00003
은 Maxwell Hamiltonian operator, H는 전자기파의 자기장 세기, E는 전자기파의 전기장 세기,
Figure pat00004
는 물체의 유전율을 나타낼 수 있다.In Equation (1)
Figure pat00003
Is the Maxwell Hamiltonian operator, H is the magnetic field strength of the electromagnetic wave, E is the electric field strength of the electromagnetic wave,
Figure pat00004
Can represent the permittivity of an object.

기저 상태(ground state)의 E에서 범함수가 최소가 되며, 이 때의 최소값은 기저 상태의 에너지 값이 될 수 있다. 이에 따라, 수학식 1에서, 범함수 값이 최소가 되기 위해서는 분모가 최대가 되어야 하고, 분모가 최대가 되는 것은 조형 물체(530)의 3차원 굴절률 분포와 빛의 3차원 세기 분포가 겹치는 부분의 부피가 최대가 될 때 가능할 수 있다. 즉, 광원(510)에서 방사된 빛의 3차원 세기 분포가 3D 굴절률 분포 측정부(110)에서 측정한 물체의 3차원 굴절률 분포와 같아지도록 광학 집게(120)의 포획광의 파면을 제어하면, 임의의 모양을 가진 물체는 안정적으로 포획될 수 있다. 그리고, 상기 빛의 3차원 세기 분포를 물체가 회전한 형태가 되도록 제어하면, 물체는 다시 에너지를 최소화하기 위해서 회전할 수 있다(540). 즉, 능동 홀로그래픽 광학 집게(120)는 광원에서 출사되는 빛의 3차원 세기 분포가 회전한 상기 물체에 해당하는 3차원 굴절률 분포가 되도록 포획광의 파면을 제어함으로써, 물체의 방향을 제어할 수 있다. 이러한 원리를 이용하여, 능동 홀로그래픽 광학 집게(120)는 임의의 형상을 가진 물체를 안정적으로 원하는 방향으로 회전시킬 수 있다. 즉, 능동 홀로그래픽 광학 집게(120)는 광원에서 출사되는 빛의 3차원 세기 분포가 회전한 상기 물체에 해당하는 3차원 굴절률 분포가 되도록 포획광의 파면을 제어함으로써, 물체의 방향을 변경할 수 있다.In E of the ground state, the function is minimized, and the minimum value at this time can be the energy value of the ground state. Accordingly, in the expression (1), the denominator must be the maximum and the denominator becomes the maximum in order for the function value to be minimized. The reason why the denominator is maximized is that the three-dimensional refractive index distribution of the molding object 530 overlaps with the three- It may be possible when the volume is at its maximum. That is, when the wavefront of the captured light of the optical tongue 120 is controlled so that the three-dimensional intensity distribution of the light emitted from the light source 510 becomes the same as the three-dimensional refractive index distribution of the object measured by the 3D refractive index distribution measurement unit 110, Can be stably trapped. If the three-dimensional intensity distribution of the light is controlled to be a rotation of the object, the object may be rotated 540 to minimize energy again. That is, the active holographic optical tongue 120 can control the direction of an object by controlling the wavefront of the captured light so that the three-dimensional intensity distribution of light emitted from the light source becomes a three-dimensional refractive index distribution corresponding to the rotated object . Using this principle, the active holographic optical tongue 120 can stably rotate an object having an arbitrary shape in a desired direction. That is, the active holographic optical tongue 120 can change the direction of the object by controlling the wavefront of the captured light so that the three-dimensional intensity distribution of light emitted from the light source becomes a three-dimensional refractive index distribution corresponding to the rotated object.

또한, 상기 물체가 탄성(elasticity)이 있는 물체인 경우, 능동 홀로그래픽 광학 집게(120)는 광원(510)에서 방사된 빛의 3차원 세기 분포를 물체가 변형된 형태가 되도록 제어함으로써, 물체의 모양을 변형시킬 수 있다. 즉, 능동 홀로그래픽 광학 집게(120)는 광원(510)에서 출사된 빛의 3차원 세기 분포가 탄성으로 인해 모양이 변형된 물체에 해당하는 3차원 굴절률 분포가 되도록 포획광의 파면을 제어함으로써, 물체의 모양을 변형시킬 수 있다.In addition, when the object is an elasticity object, the active holographic optical tongue 120 controls the three-dimensional intensity distribution of the light emitted from the light source 510 to be a deformed shape of the object, Shape can be deformed. That is, the active holographic optical tongue 120 controls the wavefront of the captured light so that the three-dimensional intensity distribution of the light emitted from the light source 510 becomes a three-dimensional refractive index distribution corresponding to an object deformed due to elasticity, Can be deformed.

그러면, 능동 홀로그래픽 광학 집게(120)는 3차원 Gerchberg-Saxton 알고리즘을 이용하여 상기 빛의 3차원 세기 분포를 제어할 수 있는 2차원 파면(550)을 계산할 수 있다. 그리고, 능동 홀로그래픽 광학 집게(120)는 계산된 2차원 파면(550)을 파면 제어기(520)에 투영하여 3차원 형상의 물체(예컨대, 물체의 모양 및 방향 등)를 제어할 수 있다. Then, the active holographic optical tongue 120 can calculate a two-dimensional wavefront 550 capable of controlling the three-dimensional intensity distribution of the light using a three-dimensional Gerchberg-Saxton algorithm. Then, the active holographic optical tongue 120 can project the calculated two-dimensional wavefront 550 onto the wavefront controller 520 to control the three-dimensional object (e.g., shape and orientation of the object).

도 6은 본 발명의 일실시예에 있어서, 파면 제어기를 포함하는 3차원 정밀 광조형 장치의 모식도를 도시한 도면이다.FIG. 6 is a schematic diagram of a three-dimensional precise stereolithography apparatus including a wavefront controller according to an embodiment of the present invention. FIG.

도 6에서는 파면 제어기를 이용하여 능동 홀로그래픽 광학 집게의 포획된 광의 파면을 제어하는 동작을 설명하고자 한다.6, the operation of controlling the wavefront of the captured light of the active holographic optical pick-up using a wavefront controller will be described.

도 6을 참고하면, 파면 제어기(610)와 광 집속 장치(630) 사이에는 복수의 릴레이 렌즈(즉, 릴레이 렌즈군, 620)이 위치할 수 있으며, 릴레이 렌즈군(620)은 빛의 크기를 조절할 수 있다.6, a plurality of relay lenses (that is, a relay lens group 620) may be positioned between the wavefront controller 610 and the light focusing device 630, and the relay lens group 620 may measure the size of light Can be adjusted.

파며 제어기(610)에서 제어된 빛이 광 집속 장치(630)의 개구부(clear aperture)의 크기와 같을 때, 포획광(640)의 세기와 파면 제어기(610)로 제어 가능한 빛의 모드 개수가 모두 최대화되므로, 릴레이 렌즈군(620)을 이용하여 파면 제어기(610)에서 제어된 빛의 크기를 광 집속 장치(630)의 개구부 크기에 맞추는 것이 중요할 수 있다. 릴레이 렌즈군(620)을 이용하여 파면 제어기(610)에서 제어된 빛이 광 집속 장치(630)의 개구부에 모두 입사할 경우, 제어하려는 물체의 최소 크기

Figure pat00005
와 최대 크기
Figure pat00006
는 아래의 수학식 2와 같이 표현될 수 있다.When the intensity of the captured light 640 and the number of modes of the light that can be controlled by the wavefront controller 610 are both equal to the size of the clear aperture of the light focusing device 630, It may be important to adjust the size of the light controlled by the wavefront controller 610 to the size of the aperture of the light focusing device 630 using the relay lens group 620. [ When the light controlled by the wavefront controller 610 is incident on the aperture of the light focusing device 630 using the relay lens group 620, the minimum size of the object to be controlled
Figure pat00005
And maximum size
Figure pat00006
Can be expressed by the following equation (2).

[수학식 2]&Quot; (2) "

Figure pat00007
Figure pat00007

Figure pat00008
Figure pat00008

수학식 2에서, λ는 입사광의 파장을 나타내고, NA는 광 집속 장치의 개구수(Numerical Aperture), M은 파면 제어기의 제어 가능한 화소(pixel) 수를 나타낼 수 있다. 이때, 현미경 대물 렌즈가 광 집속 장치로 이용되는 경우, 광 집속 장치의 개구수는, 대물 렌즈의 개구수로 정의될 수 있다. 그리고, 일반 렌즈가 이용되는 경우, 광 집속 장치의 개구수는 아래의 수학식 3과 같이 표현될 수 있다.In Equation (2),? Represents the wavelength of the incident light, NA represents the numerical aperture of the light focusing device, and M represents the number of controllable pixels of the wavefront controller. In this case, when the microscope objective lens is used as a light focusing device, the numerical aperture of the light focusing device may be defined as the numerical aperture of the objective lens. When a general lens is used, the numerical aperture of the light focusing device can be expressed by the following equation (3).

[수학식 3]&Quot; (3) "

Figure pat00009
Figure pat00009

수학식 3에서, D는 개구부의 지름, f는 렌즈의 초점 거리를 나타낼 수 있다.In Equation (3), D represents the diameter of the aperture and f represents the focal length of the lens.

예를 들어, 입사광의 파장 l = 532 nm, 파면 제어기의 화소 수 M = 600, 대물 렌즈의 NA = 0.9인 경우, 제어하려는 물체의 최소 크기 d min = 295.6 nm, 제어하려는 물체의 최대 크기 d max = 177.3 mm로 계산될 수 있으며, 개구부의 지름 D = 50 mm, 초점 f = 300 mm인 일반 렌즈를 사용하는 경우, 제어하려는 물체의 최소 크기 d min = 3.19 mm, 제어하려는 물체의 최대 크기 d max = 1.92 mm로 계산될 수 있다.For example, if the wavelength of the incident light is l = 532 nm, the number of pixels M of the wavefront controller is 600, and NA of the objective lens is 0.9, the minimum size d min of the object to be controlled d min = 295.6 nm, the maximum size d max = 177.3 mm, the minimum size of the object to be controlled d min = 3.19 mm, and the maximum size d max of the object to be controlled when using an ordinary lens having an aperture diameter D = 50 mm and a focal length f = 300 mm = 1.92 mm.

이처럼, 능동 홀로그래픽 광학 집게를 사용함으로써, 임의의 3차원 형상의 물체를 안정적으로 광 포획할 수 있고, 파면 제어기를 이용하여 포획된 광의 파면을 제어함으로써, 물체의 방향과 모양 등을 제어할 수 있다. 이에 따라, 세포 등의 미세 물체를 원하는 모양으로 안정적으로 변형시킬 수 있어, 세포에 힘을 가하여 변형시킬 때의 세포 반응을 정밀 분석 가능하도록 할 수 있다. 또한, 복잡한 형상을 갖는 세포들을 포획하고 조립하는 세포 단계의 수술 작업을 광 제어하고, 실시간 촬영하여 세포의 반응, 수술 예후 등을 모니터링 가능하도록 할 수 있다.As described above, by using the active holographic optical tongue, it is possible to stably capture an arbitrary three-dimensional object, and by controlling the wavefront of the captured light using the wavefront controller, the direction and the shape of the object can be controlled have. As a result, it is possible to stably deform a micro-body, such as a cell, in a desired shape, and to precisely analyze a cell reaction when a cell is deformed by applying a force. In addition, it is possible to control the surgical operation of the cell stage for capturing and assembling cells having complex shapes, and to monitor the reaction of the cells and the prognosis of the surgery by photographing in real time.

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.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments. For example, it is to be understood that the techniques described may be performed in a different order than the described methods, and / or that components of the described systems, structures, devices, circuits, Lt; / RTI > or equivalents, even if it is replaced or replaced.

그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.Therefore, other implementations, other embodiments, and equivalents to the claims are also within the scope of the following claims.

Claims (19)

광조형 기술로 제작된 물체(object)의 3차원 굴절률 분포를 측정하는 단계; 및
상기 3차원 굴절률 분포와 상기 물체의 3차원 형상 정보에 기초하여 광학 집게의 포획광의 파면을 제어하는 단계
를 포함하는 3차원 정밀 광조형 방법.Measuring a three-dimensional refractive index distribution of an object manufactured using stereolithography; And
Controlling the wavefront of the captured light of the optical tongue based on the three-dimensional refractive index distribution and the three-dimensional shape information of the object
Dimensional precision optical shaping method. 제1항에 있어서,
상기 포획광의 파면을 제어하는 단계는,
상기 3차원 굴절률 분포가 물체의 3차원 형상이 되도록 파면 제어기를 이용하여 상기 포획광의 파면을 제어하는 것
을 특징으로 하는 3차원 정밀 광조형 방법.The method according to claim 1,
Wherein the step of controlling the wavefront of the captured light comprises:
And controlling the wavefront of the captured light using a wavefront controller so that the three-dimensional refractive index distribution becomes a three-dimensional shape of the object
And a third step of forming a plurality of light-converging points. 제1항에 있어서,
상기 포획광의 파면을 제어하는 단계는,
3차원 Gerchberg-Saxton 알고리즘에 기초하여 상기 물체를 조형하는 빛의 3차원 세기 분포를 제어하기 위한 2차원 파면을 계산하는 단계; 및
계산된 상기 2차원 파면을 파면 제어기에 투영함으로써 3차원 형상의 물체를 제어하는 단계
를 포함하는 3차원 정밀 광조형 방법.The method according to claim 1,
Wherein the step of controlling the wavefront of the captured light comprises:
Calculating a two-dimensional wavefront for controlling a three-dimensional intensity distribution of light shaping the object based on a three-dimensional Gerchberg-Saxton algorithm; And
And controlling the three-dimensional object by projecting the calculated two-dimensional wavefront to the wavefront controller
Dimensional precision optical shaping method. 제1항에 있어서,
상기 3차원 굴절률 분포를 측정하는 단계는,
광원에서 출사된 빛이 3차원 형상의 상기 물체로 입사 시, 입사되는 빛의 파면을 제어하여 빛의 각도를 변경하는 단계;
상기 물체로 입사된 빛이 상기 물체에 의해 산란됨에 따른 산란 정보를 획득하는 단계;
획득한 상기 산란 정보를 간섭계를 이용하여 공간 변조하여 홀로그램을 생성하는 단계; 및
생성된 상기 홀로그램에 기초하여 상기 물체의 3차원 굴절률 분포를 측정하는 단계
를 포함하는 3차원 정밀 광조형 방법.The method according to claim 1,
Wherein measuring the three-dimensional refractive index distribution comprises:
Changing the angle of light by controlling the wavefront of incident light when the light emitted from the light source is incident on the object having a three-dimensional shape;
Acquiring scattering information as light incident on the object is scattered by the object;
Generating a hologram by spatially modulating the obtained scattering information using an interferometer; And
Measuring a three-dimensional refractive index distribution of the object based on the generated hologram
Dimensional precision optical shaping method. 제4항에 있어서,
상기 산란 정보를 획득하는 단계는,
대물 렌즈를 이용하여 상기 산란 정보를 획득하는 것
을 특징으로 하는 3차원 정밀 광조형 방법.5. The method of claim 4,
The obtaining of the scattering information may include:
Acquiring the scattering information using an objective lens
And a third step of forming a plurality of light-converging points. 제4항에 있어서,
생성된 상기 홀로그램을 촬영장치를 통해 촬영하는 단계
를 더 포함하는 3차원 정밀 광조형 방법.5. The method of claim 4,
Photographing the generated hologram through a photographing apparatus
Further comprising the steps of: 제6항에 있어서,
상기 생성된 홀로그램에 기초하여 상기 물체의 3차원 굴절률 분포를 측정하는 단계는,
상기 촬영을 통해 생성된 3차원 영상을 대상으로, 정량 위상 영상을 추출하는 단계; 및
추출된 상기 정량 위상 영상을 대상으로, 푸리에 절편 이론(Fourier slice theorem) 또는 푸리에 회절 이론(Fourier diffraction theorem) 기반의 단층 촬영 알고리즘을 이용하여 상기 3차원 굴절률 분포를 측정하는 단계
를 포함하는 3차원 정밀 광조형 방법.The method according to claim 6,
Measuring the three-dimensional refractive index profile of the object based on the generated hologram,
Extracting a quantitative phase image of the three-dimensional image generated through the photographing; And
Measuring the three-dimensional refractive index distribution using the Fourier slice theorem or a Fourier diffraction theorem-based tomography algorithm on the extracted quantitative phase image,
Dimensional precision optical shaping method. 제1항에 있어서,
상기 포획광의 파면을 제어하는 단계는,
광원에서 출사되는 빛의 3차원 세기 분포가 상기 3차원 굴절률 분포와 기정의된 오차 범위 내에서 동일해지도록 상기 포획광의 파면을 제어하는 것
을 특징으로 하는 3차원 정밀 광조형 방법.The method according to claim 1,
Wherein the step of controlling the wavefront of the captured light comprises:
Controlling the wavefront of the captured light such that the three-dimensional intensity distribution of the light emitted from the light source becomes equal to the three-dimensional refractive index distribution within a predetermined error range
And a third step of forming a plurality of light-converging points. 제1항에 있어서,
상기 포획광의 파면을 제어하는 단계는,
광원에서 출사되는 빛의 3차원 세기 분포가 상기 물체가 미리 지정된 방향으로 회전한 형태가 되도록 상기 포획광의 파면을 제어하는 것
을 특징으로 하는 3차원 정밀 광조형 방법.The method according to claim 1,
Wherein the step of controlling the wavefront of the captured light comprises:
And controlling the wavefront of the captured light so that the three-dimensional intensity distribution of the light emitted from the light source becomes a shape in which the object rotates in a predetermined direction
And a third step of forming a plurality of light-converging points. 제1항에 있어서,
상기 포획광의 파면을 제어하는 단계는,
상기 물체가 탄성(elasticity)이 있는 물체인 경우, 광원에서 출사되는 빛의 3차원 세기 분포가 상기 물체가 변형된 형태가 되도록 상기 포획광의 파면을 제어하는 것
을 특징으로 하는 3차원 정밀 광조형 방법.The method according to claim 1,
Wherein the step of controlling the wavefront of the captured light comprises:
When the object is an elasticity object, the wavefront of the captured light is controlled such that the three-dimensional intensity distribution of the light emitted from the light source becomes a deformed shape of the object
And a third step of forming a plurality of light-converging points. 광조형 기술로 제작된 물체(object)의 3차원 굴절률 분포를 측정하는 3D 굴절률 분포 측정부; 및
상기 3차원 굴절률 분포와 상기 물체의 3차원 형상 정보에 기초하여 포획광의 파면을 제어하는 광학 집게
를 포함하는 3차원 정밀 광조형 장치.A 3D refractive index distribution measuring unit for measuring a three-dimensional refractive index distribution of an object manufactured by stereolithography; And
An optical tongue for controlling the wavefront of the captured light based on the three-dimensional refractive index profile and the three-
Dimensional stereolithography device. 제11항에 있어서,
상기 광학 집게는,
상기 3차원 굴절률 분포가 물체의 3차원 형상이 되도록 파면 제어기를 이용하여 상기 포획광의 파면을 제어하는 것
을 특징으로 하는 3차원 정밀 광조형 장치.12. The method of claim 11,
The optical pick-
And controlling the wavefront of the captured light using a wavefront controller so that the three-dimensional refractive index distribution becomes a three-dimensional shape of the object
Dimensional stereolithography device. 제11항에 있어서,
상기 광학 집게는,
3차원 Gerchberg-Saxton 알고리즘에 기초하여 상기 물체를 조형하는 빛의 3차원 세기 분포를 제어하기 위한 2차원 파면을 계산하고, 계산된 상기 2차원 파면을 파면 제어기에 투영함으로써 3차원 형상의 물체를 제어하는 것
을 특징으로 하는 3차원 정밀 광조형 장치.12. The method of claim 11,
The optical pick-
Dimensional wavefront for controlling the three-dimensional intensity distribution of light shaping the object on the basis of the three-dimensional Gerchberg-Saxton algorithm, and projecting the calculated two-dimensional wavefront to the wavefront controller, thereby controlling the three- To do
Dimensional stereolithography device. 제11항에 있어서,
상기 3D 굴절률 분포 측정부는,
상기 3차원 굴절률 분포를 측정하기 위한 빛을 출사시키는 광원;
상기 광원에서 출사된 빛이 3차원 형상의 상기 물체로 입사 시, 입사되는 빛의 파면을 제어하여 빛의 각도를 변경하는 광 스캔부; 및
상기 물체로 입사된 빛이 상기 3차원 형상의 물체에 의해 산란됨에 따른 산란 정보를 획득하고, 획득한 상기 산란 정보를 간섭계를 이용하여 공간 변조하여 홀로그램을 생성하고, 생성된 상기 홀로그램에 기초하여 상기 물체의 3차원 굴절률 분포를 측정하는 영상 측정부
를 포함하는 3차원 정밀 광조형 장치.12. The method of claim 11,
Wherein the 3D refractive index distribution measuring unit comprises:
A light source for emitting light for measuring the three-dimensional refractive index distribution;
An optical scanning unit for controlling the wavefront of incident light to change the angle of light when the light emitted from the light source enters the three-dimensional object; And
Acquiring scattering information as the light incident on the object is scattered by the three-dimensional object, generating the hologram by space-modulating the scattering information by using an interferometer, An image measuring unit for measuring a three-dimensional refractive index distribution of an object
Dimensional stereolithography device. 제14항에 있어서,
상기 영상 측정부는,
대물 렌즈를 이용하여 상기 산란 정보를 획득하는 것
을 특징으로 하는 3차원 정밀 광조형 장치.15. The method of claim 14,
Wherein the image measuring unit comprises:
Acquiring the scattering information using an objective lens
Dimensional stereolithography device. 제14항에 있어서,
상기 영상 측정부는,
생성된 상기 홀로그램을 촬영장치를 통해 촬영하고, 촬영을 통해 생성된 3차원 영상을 대상으로, 정량 위상 영상을 추출하고, 추출된 상기 정량 위상 영상을 대상으로, 푸리에 절편 이론(Fourier slice theorem) 또는 푸리에 회절 이론(Fourier diffraction theorem) 기반의 단층 촬영 알고리즘을 이용하여 상기 3차원 굴절률 분포를 측정하는 것
을 특징으로 하는 3차원 정밀 광조형 장치.15. The method of claim 14,
Wherein the image measuring unit comprises:
The generated hologram is photographed through a photographing apparatus, and a quantitative phase image is extracted from a three-dimensional image generated through photographing. The extracted quantitative phase image is subjected to Fourier slice theorem or Measuring the three-dimensional refractive index distribution using a Fourier diffraction theorem-based tomography algorithm
Dimensional stereolithography device. 제11항에 있어서,
상기 광학 집게는,
광원에서 출사되는 빛의 3차원 세기 분포가 상기 3차원 굴절률 분포와 기정의된 오차 범위 내에서 동일해지도록 상기 포획광의 파면을 제어하는 것
을 특징으로 하는 3차원 정밀 광조형 장치.12. The method of claim 11,
The optical pick-
Controlling the wavefront of the captured light such that the three-dimensional intensity distribution of the light emitted from the light source becomes equal to the three-dimensional refractive index distribution within a predetermined error range
Dimensional stereolithography device. 제11항에 있어서,
상기 광학 집게는,
광원에서 출사되는 빛의 3차원 세기 분포가 상기 물체가 미리 지정된 방향으로 회전한 형태가 되도록 상기 포획광의 파면을 제어하는 것
을 특징으로 하는 3차원 정밀 광조형 장치.12. The method of claim 11,
The optical pick-
And controlling the wavefront of the captured light so that the three-dimensional intensity distribution of the light emitted from the light source becomes a shape in which the object rotates in a predetermined direction
Dimensional stereolithography device. 제11항에 있어서,
상기 광학 집게는,
상기 물체가 탄성(elasticity)이 있는 물체인 경우, 광원에서 출사되는 빛의 3차원 세기 분포가 상기 물체가 변형된 형태가 되도록 상기 포획광의 파면을 제어하는 것
을 특징으로 하는 3차원 정밀 광조형 장치.12. The method of claim 11,
The optical pick-
When the object is an elasticity object, the wavefront of the captured light is controlled such that the three-dimensional intensity distribution of the light emitted from the light source becomes a deformed shape of the object
Dimensional stereolithography device.
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