KR20190071130A - Dlp 모듈을 갖는 광학 현미경 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 실시예는 DLP 모듈을 갖는 광학 현미경에 관한 것으로, 해결하고자 하는 기술적 과제는 다파장 이미지 가공 광원인 DLP 모듈(DLP 모듈 자체가 다파장 이미지 가공 광원은 아님)을 사용하여 현미경의 관찰영역 내에서 샘플을 이동시킬 필요없이 사용자가 원하는 위치에, 원하는 형태의 빛을 만들어, 순서대로 또는 동시에 여러 위치에 파장을 변경하여 조사할 수 있는 DLP 모듈을 갖는 광학 현미경을 제공하는데 있다.
이를 위해 본 발명은 광의 패턴 및 파장이 조정되도록 하고, 상기 광이 샘플의 원하는 위치에 조사되도록 하는 DLP(Digital Light Processing) 모듈; 상기 DLP 모듈에 연결되어 상기 광의 이미지 왜곡없이 상기 광을 전달하는 광학계; 상기 광학계에 결합되어, 상기 DLP 모듈을 통한 광은 반사되어 상기 샘플에 입사되도록 하고, 상기 샘플의 이미지는 투과되도록 하는 다이크로익 필터 큐브; 상기 다이크로익 필터 큐브의 하부에 결합되어 상기 샘플의 이미지를 확대하는 대물 렌즈부; 및 상기 다이크로익 필터 큐브의 상부에 결합되어 상기 샘플의 이미지를 확대하는 접안 렌즈부를 포함하는 광학 현미경을 개시한다.

Description

DLP 모듈을 갖는 광학 현미경{Optical microscope with DLP module}
본 발명의 실시예는 DLP 모듈을 갖는 광학 현미경에 관한 것이다.
일반적으로 광원은 사용자가 현미경에서 볼 수 있는 관찰영역(FOV: Fields of View)의 정중앙에만 조사되거나, 관찰영역 전체만 밝게 비춘다. 특히, 일반적인 광원을 이용하여 사용자가 원하는 샘플의 특정 위치에 빛을 입사시키기 위해서는 샘플을 이동하거나, 특정 위치만을 노출시킨 마스크를 사용하여 실험할 수밖에 없었다. 그런데, 샘플마다 관찰하고자 하는 영역과 모양이 다르기 때문에 모든 샘플에 대해서 마스크를 준비하는 것은 불가능한 일이며, 위치 이동을 할 수 없는 샘플일 경우에는 현미경 전체를 이동할 수 있는 시스템을 구축 하여야 하기 때문에 비용 면에서도 많은 부담이 될 수밖에 없었다.
만일 샘플을 이동하지 않고 정중앙만이 아닌 샘플의 어느 부분이라도 사용자가 원하는 위치에 원하는 모양의 패턴을 만들어 빛을 조사할 수 있다면 일반적인 광원에 비해 많은 장점과 정교한 실험이 가능하다 하겠다.
이러한 발명의 배경이 되는 기술에 개시된 상술한 정보는 본 발명의 배경에 대한 이해도를 향상시키기 위한 것뿐이며, 따라서 종래 기술을 구성하지 않는 정보를 포함할 수도 있다.
본 발명의 실시예에 따른 해결하고자 하는 과제는 다파장 이미지 가공 광원인 DLP(여기서, DLP 자체가 다파장 이미지 가공 광원은 아니며 빛의 패턴(형태)을 만들기 위해 DLP를 이용하게 됨)를 사용하여 현미경의 관찰영역 내에서 샘플을 이동시킬 필요없이 사용자가 원하는 위치에, 원하는 형태의 빛을 만들어, 순서대로 또는 동시에 여러 위치에 파장을 변경하여 조사할 수 있는 DLP 모듈을 갖는 광학 현미경을 제공하는데 있다.
본 발명의 실시예에 따른 DLP 모듈을 갖는 광학 현미경은 광의 패턴 및 파장이 조정되도록 하고, 상기 광이 샘플의 원하는 위치에 조사되도록 하는 DLP(Digital Light Processing) 모듈; 상기 DLP 모듈에 연결되어 상기 광의 이미지 왜곡없이 상기 광을 전달하는 광학계; 상기 광학계에 결합되어, 상기 DLP 모듈을 통한 광은 반사되어 상기 샘플에 입사되도록 하고, 상기 샘플의 이미지는 투과되도록 하는 다이크로익 필터 큐브; 상기 다이크로익 필터 큐브의 하부에 결합되어 상기 샘플의 이미지를 확대하는 대물 렌즈부; 및 상기 다이크로익 필터 큐브의 상부에 결합되어 상기 샘플의 이미지를 확대하는 접안 렌즈부를 포함할 수 있다.
상기 DLP 모듈은 다수의 LED 소자; 상기 다수의 LED 소자의 각 광 경로에 설치되어 상기 다수의 LED 소자의 각 광을 반사하는 다수의 다이크로익 필터; 상기 다수의 다이크로익 필터로부터의 광을 반사하는 반사 미러; 및 상기 반사 미러로부터의 광을 디지털 방식으로 처리하여 상기 다이크로익 필터 큐브에 전송하는 DLP(Digital Light Processing) 소자를 포함할 수 있다.
상기 다수의 LED 소자는 적색 LED 소자, 청색 LED 소자 및 녹색 LED 소자를 포함하고, 상기 다이크로익 필터는 적색 필터, 청색 필터 및 녹색 필터를 포함할 수 있다.
상기 다수의 LED 소자를 제어하는 LED 제어부를 더 포함하고, 상기 LED 제어부는 상기 적색 LED 소자, 상기 청색 LED 소자 및 상기 녹색 LED 소자의 턴온/턴오프 여부를 결정하고, 광량을 조정할 수 있다.
상기 DLP 소자는 다수의 디지털 미러를 포함할 수 있다.
상기 DLP 소자를 제어하는 DLP 제어부를 더 포함하고, 상기 DLP 제어부는 상기 다수의 디지털 미러를 각각 제어하여 상기 광의 패턴 및 파장이 조정되도록 하고, 상기 광이 상기 샘플의 원하는 위치에 조사되도록 할 수 있다.
상기 광학계는 상기 DLP 소자와 상기 다이크로익 필터의 큐브 사이에 설치된 릴레이 렌즈부 및 튜브 렌즈부를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예는 다파장 이미지 가공 광원인 DLP를 사용하여 현미경의 관찰영역 내에서 샘플을 이동시킬 필요없이 사용자가 원하는 위치에, 원하는 형태의 빛을 만들어, 순서대로 또는 동시에 여러 위치에 파장을 변경하여 조사할 수 있는 DLP 모듈을 갖는 광학 현미경을 제공한다.
도 1a 및 도 1b는 본 발명의 실시예에 따른 광학 현미경을 도시한 결합 사시도 및 분해 사시도이다.
도 2a 및 도 2b는 본 발명의 실시예에 따른 광학 현미경 중 DLP 모듈을 도시한 사시도 및 투시 사시도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 광학 현미경 중 DLP 모듈의 구성을 도시한 개략도이다.
도 4a 및 도 4b는 본 발명의 실시예에 따른 광학 현미경 중 DLP 모듈에 결합되는 광학계의 구성을 도시한 개략도이다.도 5a, 도 5b 및 도 5c는 본 발명의 실시예에 따른 광학 현미경의 DLP 모듈에 의한 서로 다른 파장의 이미지를 도시한 사진이다.
도 6a는 일반 레이저 광원에 의한 샘플, 도 6b는 일반 램프 광원에 의한 샘플, 및 도 6c는 DLP 모듈에 의한 샘플을 도시한 사진이다.
도 7a는 본 발명의 실시예에 따른 광학 현미경, 도 7b는 DLP 제어부(컴퓨터)에 의한 이미지 형성 상태, 도 7c는 DLP 제어부에 의한 다양한 샘플 촬영 사진이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
본 발명의 실시예들은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이며, 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다. 오히려, 이들 실시예는 본 개시를 더욱 충실하고 완전하게 하고, 당업자에게 본 발명의 사상을 완전하게 전달하기 위하여 제공되는 것이다.
또한, 이하의 도면에서 각 층의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장된 것이며, 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 용어 "및/또는"은 해당 열거된 항목 중 어느 하나 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다. 또한, 본 명세서에서 "연결된다"라는 의미는 A 부재와 B 부재가 직접 연결되는 경우뿐만 아니라, A 부재와 B 부재의 사이에 C 부재가 개재되어 A 부재와 B 부재가 간접 연결되는 경우도 의미한다.
본 명세서에서 사용된 용어는 특정 실시예를 설명하기 위하여 사용되며, 본 발명을 제한하기 위한 것이 아니다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 단수 형태는 문맥상 다른 경우를 분명히 지적하는 것이 아니라면, 복수의 형태를 포함할 수 있다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 경우 "포함한다(comprise, include)" 및/또는 "포함하는(comprising, including)"은 언급한 형상들, 숫자, 단계, 동작, 부재, 요소 및/또는 이들 그룹의 존재를 특정하는 것이며, 하나 이상의 다른 형상, 숫자, 동작, 부재, 요소 및 /또는 그룹들의 존재 또는 부가를 배제하는 것이 아니다.
본 명세서에서 제1, 제2 등의 용어가 다양한 부재, 부품, 영역, 층들 및/또는 부분들을 설명하기 위하여 사용되지만, 이들 부재, 부품, 영역, 층들 및/또는 부분들은 이들 용어에 의해 한정되어서는 안 됨은 자명하다. 이들 용어는 하나의 부재, 부품, 영역, 층 또는 부분을 다른 영역, 층 또는 부분과 구별하기 위하여만 사용된다. 따라서, 이하 상술할 제1부재, 부품, 영역, 층 또는 부분은 본 발명의 가르침으로부터 벗어나지 않고서도 제2부재, 부품, 영역, 층 또는 부분을 지칭할 수 있다.
"하부(beneath)", "아래(below)", "낮은(lower)", "상부(above)", "위(upper)"와 같은 공간에 관련된 용어가 도면에 도시된 한 요소 또는 특징과 다른 요소 또는 특징의 용이한 이해를 위해 이용될 수 있다. 이러한 공간에 관련된 용어는 본 발명의 다양한 공정 상태 또는 사용 상태에 따라 본 발명의 용이한 이해를 위한 것이며, 본 발명을 한정하기 위한 것은 아니다. 예를 들어, 도면의 요소 또는 특징이 뒤집어지면, "하부" 또는 "아래"로 설명된 요소 또는 특징은 "상부" 또는 "위에"로 된다. 따라서, "아래"는 "상부" 또는 "아래"를 포괄하는 개념이다.
또한, 본 발명에 따른 제어부(컨트롤러) 및/또는 다른 관련 기기 또는 부품은 임의의 적절한 하드웨어, 펌웨어(예를 들어, 주문형 반도체), 소프트웨어, 또는 소프트웨어, 펌웨어 및 하드웨어의 적절한 조합을 이용하여 구현될 수 있다. 예를 들어, 본 발명에 따른 제어부(컨트롤러) 및/또는 다른 관련 기기 또는 부품의 다양한 구성 요소들은 하나의 집적회로 칩 상에, 또는 별개의 집적회로 칩 상에 형성될 수 있다. 또한, 제어부(컨트롤러)의 다양한 구성 요소는 가요성 인쇄 회로 필름 상에 구현 될 수 있고, 테이프 캐리어 패키지, 인쇄 회로 기판, 또는 제어부(컨트롤러)와 동일한 서브스트레이트 상에 형성될 수 있다. 또한, 제어부(컨트롤러)의 다양한 구성 요소는, 하나 이상의 컴퓨팅 장치에서, 하나 이상의 프로세서에서 실행되는 프로세스 또는 쓰레드(thread)일 수 있고, 이는 이하에서 언급되는 다양한 기능들을 수행하기 위해 컴퓨터 프로그램 명령들을 실행하고 다른 구성 요소들과 상호 작용할 수 있다. 컴퓨터 프로그램 명령은, 예를 들어, 랜덤 액세스 메모리와 같은 표준 메모리 디바이스를 이용한 컴퓨팅 장치에서 실행될 수 있는 메모리에 저장된다. 컴퓨터 프로그램 명령은 또한 예를 들어, CD-ROM, 플래시 드라이브 등과 같은 다른 비-일시적 컴퓨터 판독 가능 매체(non-transitory computer readable media)에 저장될 수 있다. 또한, 본 발명에 관련된 당업자는 다양한 컴퓨팅 장치의 기능이 상호간 결합되거나, 하나의 컴퓨팅 장치로 통합되거나, 또는 특정 컴퓨팅 장치의 기능이, 본 발명의 예시적인 실시예를 벗어나지 않고, 하나 이상의 다른 컴퓨팅 장치들에 분산될 수 될 수 있다는 것을 인식해야 한다.
일례로, 본 발명에 따른 제어부(컨트롤러)는 중앙처리장치, 하드디스크 또는 고체상태디스크와 같은 대용량 저장 장치, 휘발성 메모리 장치, 키보드 또는 마우스와 같은 입력 장치, 모니터 또는 프린터와 같은 출력 장치로 이루어진 통상의 상용 컴퓨터에서 운영될 수 있다.
도 1a 및 도 1b는 본 발명의 실시예에 따른 광학 현미경(100)을 도시한 결합 사시도 및 분해 사시도이다.
도 1a 및 도 1b에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 광학 현미경(100)은 DLP 모듈(Digital Light Processing module)(110), 다이크로익 필터 큐브(dichroic filter cube)(120), 대물 렌즈부(130) 및 접안 렌즈부(140)를 포함할 수 있다. 물론, 본 발명의 실시예에 따른 광학 현미경(100)은 접안 렌즈부(140)에 결합된 디지털 카메라(150)를 더 포함할 수도 있다.
DLP 모듈(110)은 광의 패턴, 파장 및/또는 광량이 조정되도록 할 뿐만 아니라 샘플이 움직이지 않은 상태에서도 광이 샘플의 원하는 위치에 조사되도록 하는 역할을 한다.
다이크로익 필터 큐브(120)는 DLP 모듈(110)의 측부에 결합되고, DLP 모듈(110)을 통한 광은 반사되어 샘플에 입사되도록 하며, 또한 샘플의 이미지는 투과되도록 한다. 이를 위해 다이크로익 필터 큐브(120)는 내측에 DLP 모듈(110)의 광이 반사되어 샘플에 입사되고 또한 샘플로부터의 이미지는 투과되도록 하는 반사/투과 미러(미도시됨)가 구비될 수 있다.
대물 렌즈부(130)는 다이크로익 필터 큐브(120)의 하부에 결합되어 샘플의 이미지를 확대하는 역할을 한다. 이러한 대물 렌즈부(130)는 다수개가 구비되고, 일정 각도로 회전할 수 있어, 사용자가 특정 대물 렌즈부(130)를 선택하여 사용할 수 있도록 할 수 있다.
접안 렌즈부(140)는 다이크로익 필터 큐브(120)의 상부에 결합되어 샘플의 이미지를 확대하는 역할을 한다. 즉, 접안 렌즈부(140)는 사용자가 직접 접안하여 확대된 샘플 이미지를 관찰할 수 있도록 한다.
더불어, 디지털 카메라(150)는 접안 렌즈부(140)의 상부에 결합되고, 이는 컴퓨터에 연결되어, 사용자가 컴퓨터 모니터를 통해 샘플을 관찰할 수 있도록 한다.
여기서, 대물 렌즈부(130), 접안 렌즈부(140) 및 디지털 카메라(150)는 일반적인 현미경의 구성과 동일 또는 유사하므로 이에 대한 설명은 생략하도록 한다.
도 2a 및 도 2b는 본 발명의 실시예에 따른 광학 현미경(100) 중 DLP 모듈(110)을 도시한 사시도 및 투시 사시도이다.
도 2a 및 도 2b에 도시된 바와 같이, DLP 모듈(110)은 모듈 하우징(110h), 모듈 하우징(110h)의 일측에 결합된 릴레이 렌즈부(115) 및 모듈 하우징(110h)의 타측에 결합된 튜브 렌즈부(116)를 더 포함할 수 있다. 즉, 모듈 하우징(110h)은 대략 육면체 형태로 구비되고, 이의 일측에 결합된 릴레이 렌즈부(115)는 원통 형태로 구비되며, 이의 타측에 결합된 튜브 렌즈부(116) 역시 원통 형태로 구비된다. 물론, 튜브 렌즈부(116)가 상술한 다이크로익 필터 큐브(120)의 일측에 결합된다.
여기서, 릴레이 렌즈부(115) 및 튜브 렌즈부(116)가 광학계로 정의될 수 있다. 특히, 릴레이 렌즈부(115)는 다수의 일렬로 정렬된 렌즈(예를 들면, Achromatic lens relay)를 포함하며, 이는 1차로 광 이미지를 결상하는 역할을 한다. 또한, 튜브 렌즈부(116)는 말 그대로 튜브 렌즈를 포함하며, 이는 무한 광학계에서 대물 렌즈까지 1차 광 이미지를 전달하는 역할을 한다. 이러한 광학계의 구성 및 동작에 대해서는 아래에서 다시 설명하기로 한다.
모듈 하우징(110h)의 내측에는 DLP 소자(114)가 구비되며, 이러한 DLP 소자(114)는 MEMS(Micro Electro Mechanical Systems) 기술에 의해 제조된 다수의 디지털 미러 또는 다수의 마이크로 미러(114a)를 포함할 수 있다. 더불어, 상술한 바와 같이 릴레이 렌즈부(115)의 내측에는 다수의 릴레이 렌즈가 구비되고, 튜브 렌즈부(116)의 내측에도 하나 또는 다수의 튜브 렌즈가 구비된다.
한편, 다수의 디지털 미러(114a)는, 예를 들면, 한정하는 것은 아니지만, 디지털 미러(114a)에 결합된 2개의 힌지축을 조정하여 입사된 광을 다양한 각도로 반사시킬 수 있도록 한다.
일반적으로 DLP 모듈(110)은 프로젝터와 영상 프로젝터에 사용되는 기술로서, 이는 1987년 텍사스 인스트루먼트사에 의해 개발되었다. 또한, 이는 디지털 광원 처리(Digital Light Processing, DLP)라는 말 그대로 광을 디지털로 처리하기 때문에 깨끗한 영상을 지원한다.
특히, DLP 모듈(110)은 상술한 바와 같이 다수의 디지털 미러(114a)를 포함하는데, 이는 미세한 전기 반발력에 의해 움직이며, 필요한 화소수 만큼 배열될 수 있다. 디지털 미러(114a)는 1개의 화소를 대표하며, 이러한 디지털 미러(114a)가 수백만 개 구비되어 1개의 DLP 소자(114)(칩)에 내장된다.
각 디지털 미러(114a)는 대략 10˚ 내지 12˚의 광학 기울기 변화량을 가지며 이를 통해 해당 화소에 대한 밝기(광량)이 조정될 수 있다. 제어 신호는 0 과 1로 나뉘기 때문에 중간 밝기를 표현하기 어렵지만, 각 디지털 미러(114a)의 반응시간은 마지막 신호 입력으로부터 적어도 1/1000 내지 1/4000초이므로 펄스 폭 제어 디밍 방식을 통해 중간 밝기를 구현할 수 있다.
이러한 DLP 모듈(110)은 다양한 구동 방식을 가질 수 있다. 일례로, RGB 분할식은 R 채널, G 채널, B 채널 각각에 대해 별도의 광원을 사용하여 디지털 미러(114a) 별로 광 회로를 별도로 설계할 수 있다. 이에 따라 별도의 광 분할 시스템이 없어도 되기 때문에 DLP 모듈(110)의 크기가 작아지는 장점이 있다.
또한, 기존에는 메탈 할라이드 렘프가 R, G, B 색상별로 벌브가 생산되어 RGB 채널별로 3개의 램프를 실장하였으나, 현재는 RGB 채널별로 3개의 파워 RGB LED 소자(111, 아래에서 다시 설명함)를 실장한다. 따라서, DLP 모듈(110)의 크기가 상당히 작아질 수 있다.
일례로, 한정하는 것은 아니지만, DLP 모듈(110)로서 텍사스 인스트루먼트사에 의해 제조 및 판매되고 있는 "DLP LightCrafter"가 이용될 수 있다. 이러한 DLP 모듈(110)은 WVGA 칩셋을 포함함으로써, 구조화된 광원 패턴 투영, 지능형 광원, 파장 선택 및 휴대용 디스플레이와 같은 다양한 임베디드 기능을 제공할 수 있다.
특히, 사용자는 DLP 모듈(110)의 USB 기반 API(Application Programming Interface) 및 사용하기 쉬운 GUI(Graphical User Interface)를 통해 고속 패턴 시퀀스를 쉽게 생성, 저장 및 표시할 수 있다.
더욱이, 이러한 DLP 모듈(110)은 RGB LED 소자(111)를 포함함으로써, 밝고 넓은 종횡비를 갖는 광 패턴을 생성하도록 한다. 더 높은 밝기가 요구되는 어플리케이션의 경우 능동 냉각 및 열 관리 시스템을 추가하여 50 루멘스를 초과하는 광원으로 동작할 수도 있다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 광학 현미경(100) 중 DLP 모듈(110)의 구성을 도시한 개략도이다.
도 3에 도시된 바와 같이, DLP 모듈(110)은 다수의 LED 소자(111), 다수의 다이크로익 필터(112), 반사 미러(113) 및 DLP 소자(114)를 포함할 수 있다. 더불어, DLP 모듈(110)은 LED 제어부(117) 및 DLP 제어부(118)를 더 포함할 수 있다. 이러한 제어부는 실제로 하나의 컴퓨터에서 프로그램으로 구현될 수 있다.
다수의 LED 소자(111)는, 예를 들면, 한정하는 것은 아니지만, 일렬로 배열된 적색 LED 소자(111R), 녹색 LED 소자(111G) 및 청색 LED 소자(111B)를 포함할 수 있다.
다수의 다이크로익 필터(112)는, 예를 들면, 한정하는 것은 아니지만, 일렬로 배열된 적색 다이크로익 필터(112R), 녹색 다이크로익 필터(112G) 및 청색 다이크로익 필터(112B)를 포함할 수 있다.
여기서, 적색 다이크로익 필터(112R)는 적색 LED 소자(111R)로부터 적색 광을 반사 미러(113)에 전달하도록 위치되고, 녹색 다이크로익 필터(112G)는 녹색 LED 소자(111G)로부터 녹색 광을 반사 미러(113)에 전달하도록 위치되며, 청색 다이크로익 필터(112B)는 청색 LED 소자(111B)로부터 청색 광을 반사 미러(113)에 전달하도록 위치된다.
또한, 적색 다이크로익 필터(112R), 녹색 다이크로익 필터(112G) 및 청색 다이크로익 필터(112B)는 필요에 따라 반사 및/또는 투과 기능을 갖는다.
반사 미러(113)는 다수의 다이크로익 필터(112)의 광 경로에 설치되어, 다이크로익 필터(112)로부터의 광을 반사하여 DLP 소자(114)로 전달하는 역할을 한다.
DLP 소자(114)는 반사 미러(113)로부터의 광을 디지털 방식으로 처리하여 다이크로익 필터 큐브(120)에 전송하는 역할을 한다. 즉, DLP 소자(114)는 디지털 방식으로 처리된 광이 릴레이 렌즈부(115) 및 튜브 렌즈부(116)를 통하여 다이크로익 필터 큐브(120)에 전달되도록 한다.
한편, LED 제어부(117)는 상술한 다수의 LED 소자(111)를 제어하는데, 이는 특히 상술한 적색 LED 소자(111R), 녹색 LED 소자(111G) 및 청색 LED 소자(111B)의 턴온/턴오프 여부를 결정하고, 또한 광량을 조정하도록 한다.
더불어, DLP 제어부(118)는 상술한 DLP 소자(114)를 제어하는데, 이는 특히 상술한 다수의 디지털 미러(114a)를 각각 제어하여 광의 패턴, 파장 및/또는 광량이 조정되도록 하고, 또한 광이 샘플의 원하는 위치에 조사되도록 한다.
도 4a 및 도 4b는 본 발명의 실시예에 따른 광학 현미경 중 DLP 모듈에 결합되는 광학계의 구성을 도시한 개략도이다.
도 4a 및 도 4b에 도시된 바와 같이, DLP 모듈에 결합되는 광학계는 상호간 이격된 릴레이 렌즈부와 튜브 렌즈부를 포함할 수 있다. 여기서, DLP 모듈은 광학계가 이루는 광축에 대하여, 한정하는 것은 아니지만, 대략 7˚ 내지 10˚, 바람직하게는 대략 8˚ 내지 9˚, 더욱 바람직하게는 8.8˚ 기울어지게 설치됨으로써, DLP 모듈의 광 이미지가 광축에 일치하도록 한다.
이러한 구성에 의해, 릴레이 렌즈부는 광 이미지 크기를 결정하는 역할을 하고, 튜브 렌즈부는 광 이미지 초점을 결정하는 역할을 한다. 일례로, 릴레이 렌즈부는 렌즈 사이의 거리에 따라 광 이미지 크기가 결정될 수 있다. 일례로, 렌즈 사이의 거리는 대략 5mm 내지 25mm, 바람직하게는 5mm 내지 15mm, 더욱 바람직하게는 5mm일 수 있다. 또한, 튜브 렌즈부는 이미지 초점을 결정하는데, 예를 들면 초점 거리 F는 200mm일 수 있다.
실질적으로, DLP 모듈에서 1차 광 이미지가 생성되는데, 이를 현미경에 바로 입사시킬 수는 없다. 즉, 플래시를 비추면 플래시로부터 멀어질수록 광 이미지가 커지는 이유와 같다. 따라서, 1차 광 이미지를 릴레이 렌즈부 또는 렌즈 페어를 통해 2차 광 이미지를 형성하게 되는데, 이러한 릴레이 렌즈부의 기능은 1차 광이미지의 오리진(origin), 다르게 설명하면 DLP 모듈에서 형성된 광 이미지를 그 크기 그대로 전달(relay)하는 것이다. 또한, 튜브 렌즈부는 2차 광 이미지를 현미경의 대물 렌즈로 전달하는 역할을 한다.
일반적으로, 무한광학계(Infinity-corrected) 구조의 현미경에서 튜브 렌즈부는 필수적으로 사용된다. 실제 현미경에서도 접안 렌즈 모듈에 튜브 렌즈부가 장착된다. 이러한 튜브 렌즈부와 2차 광 이미지와의 거리는 튜브 렌즈의 사양에 의해 결정되는데, 바람직하기로 대략 180mm 내지 200mm가 적절하다.
여기서, 릴레이 렌즈부 대신 스캔 렌즈 또는 f-세타 렌즈 등의 고가의 렌즈가 이용되면 이미지 품질면에서 좀더 좋은 성능을 기대할 수 있다. 그러나, 고가의 렌즈를 사용하게 되면 제품 단가가 높아지기 때문에 이를 대체하기 위해 본 발명에서와 같이 렌즈계를 조합하였으며, 이에 따라 단가면에서 대략 1/5 이상 절감된다. 다만, 본 발명에서 스캔 렌즈와 튜브 렌즈의 조합이 이용될 수도 있다. 그런데, 실험 결과 스캔 렌즈나 릴레이 렌즈에 있어 광 이미지 품질에 큰 차이가 나지는 않았다. 여기서, 릴레이 렌즈는, 예를 들면, 아크로매틱 렌즈( 25.4mm, f=60mm)를 5.0mm 간격으로 두 개 조합해서 사용할 수 있는데, 렌즈 사이의 거리를 조절하거나, 렌즈의 초점 거리가 다른 것을 사용하면 이미지 크기도 가변시킬 수 있어서 모든 렌즈가 고정된 스캔 렌즈 보다 훨씬 더 유용하다.
도 5a, 도 5b 및 도 5c는 본 발명의 실시예에 따른 광학 현미경(100)의 DLP 모듈(110)에 의한 서로 다른 파장의 이미지를 도시한 사진이다.
도 5a, 도 5b 및 도 5c에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 광학 현미경(100)의 DLP 모듈(110)은 사용자가 LED 제어부(117) 및/또는 DLP 제어부(118)를 적절히 조정함으로써, 예를 들면, 한정하는 것은 아니지만, 광의 패턴을 속이 빈 사각형, 속이 빈 타원형, 속이 빈 스타형, 속이 꽉찬 하트형 또는 속이 꽉찬 타원형 등으로 자유롭게 조정할 수 있을 뿐만 아니라, 파장(색상)도, 예를 들면, 한정하는 것은 아니지만, 632nm, 530nm 또는 470nm 등으로 자유롭게 조정할 수 있도록 한다.
즉, 본 발명의 실시예에 따른 광학 현미경(100)은 DLP 모듈(110)을 이용하여, 첫째) 광의 패턴(형태)을 사용자가 자유롭게 만들 수 있고, 둘째) 샘플을 움직이지 않고 현미경의 관찰 영역 내의 원하는 위치에 광을 조사할 수 있으며, 셋째) 광원의 파장도 변경할 수 있도록 한다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 광학 현미경(100)은 DLP 모듈(110)을 이용하여, 패턴의 수를 여러 개를 만들어 동시에 여러 군데를 조사할 수 있고, 순서를 정해서 조사하는 것도 가능하기 때문에 종래에 할 수 없었던 새롭고 다양한 실험이 가능하며, 더욱 정교한 분석을 할 수 있도록 한다. 결국, 연구자 입장에서는 더 신뢰성있는 데이터를 얻을 수 있게 된다.
도 6a는 일반 레이저 광원에 의한 샘플, 도 6b는 일반 램프 광원에 의한 샘플, 및 도 6c는 본 발명의 실시예에 따른 DLP 모듈(110)에 의한 샘플을 도시한 사진이다.
도 6a에 도시된 사진은 일반 레이저 광원에 의한 샘플 사진으로서, 레이저 광원의 직진성으로 인해 관찰 영역의 일부 영역에만 광이 조사되어 실질적으로 현미경에 채택되기 어려움을 알 수 있다.
또한, 도 6b에 도시된 사진은 일반 램프 광원에 의한 샘플 사진으로, 관측 영역의 전체 영역에 광이 조사되어 실질적으로 원하는 위치에 특정한 패턴을 만들어 조사할 수 없는 문제가 있었다.
그러나, 도 6c에 도시된 사진은 본 발명의 실시예에 따른 DLP 모듈(110)에 의한 샘플 사진으로서, 파장(색상)의 선택이 가능하고 이미지의 가공이 가능하여 관찰 영역의 원하는 위치에 특정한 패턴을 만들어 조사할 수 있고, 또한 한 기기에서 다양한 파장 변경도 가능함을 볼 수 있다.
즉, 본 발명의 실시예에 따른 DLP 모듈(110)을 갖는 현미경(100)은 샘플을 이동시키지 않고서도 정중앙만이 아닌 샘플의 어느 부분이라도 사용자가 원하는 위치에 원하는 모양의 패턴을 만들어 광을 조사할 수 있고, 이에 따라 종래 현미경(100)에 비해 많은 장점과 정교한 실험이 가능하게 된다.
도 7a는 본 발명의 실시예에 따른 광학 현미경, 도 7b는 DLP 제어부(컴퓨터)에 의한 광 이미지 형성 상태, 도 7c는 DLP 제어부에 의한 다양한 샘플 촬영 사진이다.
도 7a 및 도 7b에 도시된 바와 같이, 광학 현미경 중 DLP 제어부(컴퓨터)를 통하여 DLP 광 이미지를 다양하게 형성할 수 있다. 실질적으로, 광학 현미경에 연결된 컴퓨터를 통하여 다양한 광 이미지가 형성된다. 또한, 도 7c에 도시된 바와 같이, 형성된 광 이미지와 다양한 색상이 샘플에 입사됨으로써, 다양한 샘플 이미지가 획득될 수 있다.
이상에서 설명한 것은 본 발명에 따른 DLP 모듈을 갖는 광학 현미경을 실시하기 위한 하나의 실시예에 불과한 것으로서, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않고, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 바와 같이 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 정신이 있다고 할 것이다.
100; DLP를 갖는 광학 현미경
110; DLP 모듈 110h; 모듈 하우징
111; LED 소자 111R; 적색 LED 소자
111G; 녹색 LED 소자 111B; 청색 LED 소자
112; 다이크로익 필터 112R; 적색 다이크로익 필터
112G; 녹색 다이크로익 필터 112B; 청색 다이크로익 필터
113; 반사 미러 114; DLP 소자
114a; 디지털 미러 115; 릴레이 렌즈부
116; 튜브 렌즈부 117; LED 제어부
118; DLP 제어부 120; 다이크로익 필터 큐브
130; 대물 렌즈부 140; 접안 렌즈부
150; 디지털 카메라

Claims (7)

  1. 광의 패턴 및 파장이 조정되도록 하고, 상기 광이 샘플의 원하는 위치에 조사되도록 하는 DLP(Digital Light Processing) 모듈;
    상기 DLP 모듈에 연결되어 상기 광의 이미지 왜곡없이 상기 광을 전달하는 광학계;
    상기 광학계에 결합되어, 상기 DLP 모듈을 통한 광은 반사되어 상기 샘플에 입사되도록 하고, 상기 샘플의 이미지는 투과되도록 하는 다이크로익 필터 큐브;
    상기 다이크로익 필터 큐브의 하부에 결합되어 상기 샘플의 이미지를 확대하는 대물 렌즈부; 및
    상기 다이크로익 필터 큐브의 상부에 결합되어 상기 샘플의 이미지를 확대하는 접안 렌즈부를 포함함을 특징으로 하는 광학 현미경.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 DLP 모듈은
    다수의 LED 소자;
    상기 다수의 LED 소자의 각 광 경로에 설치되어 상기 다수의 LED 소자의 각 광을 반사하는 다수의 다이크로익 필터;
    상기 다수의 다이크로익 필터로부터의 광을 반사하는 반사 미러; 및
    상기 반사 미러로부터의 광을 디지털 방식으로 처리하여 상기 다이크로익 필터 큐브에 전송하는 DLP(Digital Light Processing) 소자를 포함함을 특징으로 하는 광학 현미경.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 다수의 LED 소자는 적색 LED 소자, 청색 LED 소자 및 녹색 LED 소자를 포함하고, 상기 다이크로익 필터는 적색 필터, 청색 필터 및 녹색 필터를 포함함을 특징으로 하는 광학 현미경.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 다수의 LED 소자를 제어하는 LED 제어부를 더 포함하고, 상기 LED 제어부는 상기 적색 LED 소자, 상기 청색 LED 소자 및 상기 녹색 LED 소자의 턴온/턴오프 여부를 결정하고, 광량을 조정함을 특징으로 하는 광학 현미경.
  5. 제 2 항에 있어서,
    상기 DLP 소자는 다수의 디지털 미러를 포함함을 특징으로 하는 광학 현미경.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 DLP 소자를 제어하는 DLP 제어부를 더 포함하고, 상기 DLP 제어부는 상기 다수의 디지털 미러를 각각 제어하여 상기 광의 패턴 및 파장이 조정되도록 하고, 상기 광이 상기 샘플의 원하는 위치에 조사되도록 함을 특징으로 하는 광학 현미경.
  7. 제 2 항에 있어서,
    상기 광학계는 상기 DLP 소자와 상기 다이크로익 필터의 큐브 사이에 설치된 릴레이 렌즈부 및 튜브 렌즈부를 포함함을 특징으로 하는 광학 현미경.
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