KR20200054700A - 복합 현미경 시스템 - Google Patents

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Abstract

일 실시 예에 따른 복합 현미경 시스템은 시료를 지지하는 시료 홀더, 상기 시료 및 기준 미러를 향해 광대역 광을 전달하고, 상기 시료 및 기준 미러로부터 반사되는 광이 서로 간섭되어 형성되는 스펙트럼 이미지에 기초하여 상기 시료의 단층 이미지를 형성하는 광간섭 현미경 모듈 및 상기 시료를 향해 레이저 펄스를 조사한 이후, 여기되는 다광자를 포함하는 여기 광을 계측하여 상기 시료의 비선형 이미지를 형성하는 비선형 현미경 모듈을 포함할 수 있다.

Description

복합 현미경 시스템{DUAL MODE MICROSCOPE STYSTEM}
아래의 설명은 복합 현미경 시스템에 관한 것이다.
비선형 현미경(nonlinear microscope) 또는 다광자 현미경(multiphoton microscope)은 물질이 빛의 자극에 의하여 발광하는 형광(fluorescence)을 이용하여 해상도가 뛰어난 3차원의 영상을 볼 수 있게 하는 현미경으로서, 시료에 조사한 빛과 시료 내부 물질 간의 비선형 광학적 상호작용으로 발생된 비선형광을 검출할 수 있기 때문에, 별도의 형광 표지 없이 시료의 형태 및 구조를 이미징할 수 있는 특징이 있다.
비선형 현미경은 생체 물질 내 세포 조직 관찰에 효과적이지만, 생체 시료에 조사되는 레이저 펄스의 파장에 따라 투과 깊이가 결정된다는 점과 생체 물질의 종류에 따라 빛을 발산하는 파장의 대역이 상이하다는 점 때문에, 생체 시료 중 특정 생체 성분의 이미징을 수행하는데 주로 사용된다.
따라서, 생체 시료의 구조 및 세포의 거동을 보다 효과적으로 분석하기 위해서는 특정 세포 조직의 이미징뿐만 아니라 보다 넓은 영역에서의 세포 구조를 실시간으로 관찰할 수 있는 현미경 또는 영상 장치가 병용되는 것이 효과적일 수 있다.
전술한 배경기술은 발명자가 본 발명의 도출과정에서 보유하거나 습득한 것으로서, 반드시 본 발명의 출원 전에 일반 공중에 공개된 공지기술이라고 할 수는 없다.
일 실시 예의 목적은 복합 현미경 시스템을 제공하는 것이다.
일 실시 예에 따른 복합 현미경 시스템은 시료를 지지하는 시료 홀더; 상기 시료 및 기준 미러를 향해 광대역 광을 전달하고, 상기 시료 및 기준 미러로부터 반사되는 광이 서로 간섭되어 형성되는 스펙트럼 이미지에 기초하여 상기 시료의 단층 이미지를 형성하는 광간섭 현미경 모듈; 및 상기 시료를 향해 레이저 펄스를 조사한 이후, 다광자 여기 현상을 통해 발생되는 광을 계측하여 상기 시료의 비선형 이미지를 형성하는 비선형 현미경 모듈을 포함할 수 있다.
상기 광간섭 현미경 모듈에서 상기 시료를 향해 조사되는 광대역 광의 적어도 일부와, 상기 비선형 현미경 모듈에서 상기 시료를 향해 조사되는 레이저 펄스의 적어도 일부는 동일한 경로를 따라서 상기 시료에 조사될 수 있다.
상기 광간섭 현미경 모듈 및 상기 비선형 현미경 모듈은 하나의 대물 렌즈를 공유할 수 있다.
상기 시료 홀더는 상기 광간섭 현미경 모듈 및 비선형 현미경 모듈 사이에 설치되어 상기 시료 홀더의 일면에는 상기 광간섭 현미경 모듈로부터 방출되는 광이 조사되고 상기 시료 홀더의 타면에는 상기 비선형 현미경 모듈로부터 방출되는 광이 조사될 수 있다.
상기 시료 홀더는 상기 광간섭 현미경 모듈 및 비선형 현미경 모듈 사이에서 3축으로 이동 가능할 수 있다.
상기 광간섭 현미경 모듈은, 광대역 광을 방출하는 제 1 광원; 상기 제 1 광원으로부터 방출된 광대역 광의 일부를 상기 시료를 향해 조사하고, 상기 시료로부터 반사되는 광을 입력 받는 시료 조사부; 상기 제 1 광원으로부터 방출된 광대역 광의 나머지 일부를 반사시키는 레퍼런스부; 및 상기 광대역 광이 상기 시료 조사부 및 레퍼런스부에 전달된 이후, 각각으로부터 반사되는 광이 서로 간섭되어 형성하는 스펙트럼 이미지를 계측하는 스펙트로미터를 포함할 수 있고, 상기 비선형 현미경 모듈은, 레이저 펄스를 방출하는 제 2 광원; 상기 광대역 광이 상기 시료 조사부로부터 상기 시료를 향해 조사되는 광대역 광의 광축에 설치되어 제 1 설정 파장 이상의 광의 성분은 반사하고 상기 제 1 설정 파장 미만의 광의 성분은 투과하여, 상기 제 2 광원으로부터 방출된 레이저 펄스 중 적어도 일부를 상기 시료 홀더를 향해 반사하되, 상기 시료에 조사된 이후 반사된 광의 적어도 일부를 투과시키는 제 1 파장 분리 요소; 및 상기 시료에 조사된 레이저 펄스에 의해 다광자 여기 현상을 통해 발생되는 광을 계측하는 광자 측정부를 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따른 복합 현미경 시스템은, 상기 스펙트로미터에서 계측된 스펙트럼 이미지를 통해 상기 시료의 광간섭 단층 이미지를 형성하고, 상기 광자 측정부에서 계측된 광을 통해 상기 시료의 비선형 이미지를 형성하는 제어부를 더 포함할 수 있고, 상기 제어부는 상기 제 2 광원에서 방출되는 레이저 펄스를 통해 상기 시료를 가열하여 상기 시료의 광간섭 단층 이미지 중 국부적으로 굴절되는 부분을 감지하여 상기 시료를 향해 조사되는 광대역 광 및 레이저 펄스의 광축의 상대 위치를 감지할 수 있다.
상기 시료 조사부는, 상기 시료를 향해 조사되는 상기 광대역 광의 광축의 위치를 조절하는 제 1 빔 스캐너를 포함할 수 있고, 상기 비선형 현미경 모듈은, 상기 시료를 향해 조사되는 상기 레이저 펄스의 광축의 위치를 조절하는 제 2 빔 스캐너를 더 포함할 수 있고, 상기 제어부는 상기 시료의 광간섭 단층 이미지의 중심 좌표와 상기 광간섭 단층 이미지가 국부적으로 굴절되는 특정 부분의 좌표간의 상대 위치에 기초하여 상기 제 1 빔 스캐너 및 제 2 빔 스캐너 중 어느 하나 이상의 스캐너를 구동하여 상기 시료를 향해 조사되는 광대역 광의 광축 및 레이저 펄스의 광축을 정렬할 수 있다.
상기 레퍼런스부는, 상기 시료 조사부로부터 상기 시료 홀더를 향해 조사되는 광대역 광의 적어도 일부를 반사시키는 빔 스플리터; 상기 빔 스플리터로부터 반사된 광대역 광의 경로 상에 설치되고, 통과되는 광의 광 경로 길이를 조절하기 위한 초점 조절부; 및 상기 초점 조절부를 통과하는 광을 반사시키는 기준 거울을 포함할 수 있다.
상기 초점 조절부는, 각각 다른 광 경로 길이를 제공하는 복수 개의 광로 조절 윈도우; 및
상기 복수 개의 광로 조절 윈도우 중 어느 하나의 광로 조절 윈도우를 선택적으로 상기 광대역 광의 경로상에 위치시키도록 이동시키는 구동부를 포함할 수 있다.
상기 광자 측정부는 상기 시료에 레이저 펄스가 조사되어 방출되는 광의 성분 중 이차 조화파 및 삼차 조화파 중 어느 하나의 조화파에 해당하는 광은 투과하고 나머지 조화파에 해당하는 광은 반사하는 제 2 파장 분리 요소; 상기 제 2 파장 분리 요소를 투과하는 조화파를 계측하는 1 광자 계측기; 및 상기 제 2 파장 분리 요소로부터 반사되는 조화파를 계측하는 제 2 광자 계측기를 포함할 수 있다.
상기 시료 조사부로부터 조사되는 광대역 광은 제 1 파장 분리 요소를 투과하여 시료 홀더에 조사되고, 상기 제 1 파장 분리 요소 및 시료 홀더 사이에서 상기 광대역 광 및 레이저 펄스는 공통 경로를 형성하며 상기 시료에 조사될 수 있다.
상기 광간섭 현미경 모듈 및 비선형 현미경 모듈은 상기 시료 홀더를 기준으로 서로 대향하는 위치에 배치되고, 상기 시료 조사부로부터 조사되는 광대역 광원은 상기 시료 홀더의 일면에 수직하게 조사되고, 상기 제 1 파장 분리 요소에서 반사되는 레이저 펄스는 상기 시료 홀더의 타면에 수직하게 조사될 수 있다.
시료를 지지하기 위한 시료 홀더와, 상기 시료 홀더 상에 지지된 시료의 비선형 이미지를 획득하기 위한 비선형 현미경 모듈과, 상기 시료 홀더 상에 지지된 시료의 광간섭 단층 이미지를 획득하기 위한 광간섭 현미경 모듈을 구비하는 복합 현미경 시스템을 제어하는 방법은, 상기 비선형 현미경 모듈의 광원으로부터 조사되는 레이저 펄스를 이용하여 상기 시료의 특정 부분을 가열하는 광원 구동 단계; 및 상기 광간섭 현미경 모듈로부터 획득된 광간섭 단층 이미지로부터 감지되는 상기 특정 부분의 상대적인 위치에 기초하여 상기 광간섭 현미경 모듈 및 비선형 현미경 모듈 각각의 광원으로부터 발생되어 상기 시료에 조사되는 광의 축이 서로 일 직선 상에 위치하도록 정렬하는 광축 정렬 단계를 포함할 수 있다.
상기 광원 구동 단계는, 상기 비선형 현미경 모듈의 광원을 통해 주기적인 펄스 형태의 레이저를 상기 시료에 조사함으로써, 광열 효과(photo thermal effect)를 이용하여 상기 시료의 광간섭 단층 이미지를 국부적으로 변화시키는 단계를 포함할 수 있다.
상기 광축 정렬 단계는, 상기 광간섭 현미경 모듈을 통해 획득한 광간섭 단층 이미지에서 상기 특정 부분의 위치 좌표를 계산하는 특정 부분 감지 단계; 상기 광간섭 단층 이미지의 중심 좌표와 상기 특정 부분의 위치 좌표의 상대 위치를 계산하는 상대 위치 감지 단계; 및 상기 상대 위치에 기초하여 상기 비선형 현미경 모듈 및 상기 광간섭 현미경 모듈 중 어느 하나의 모듈의 광축을 정렬하는 광축 조절 단계를 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따른 복합 현미경 시스템을 제어하는 방법은, 상기 광간섭 현미경 모듈의 광원으로부터 기준 미러를 향해 조사되는 광의 경로 상에서 각각 다른 광 경로 길이를 제공하는 복수 개의 광로 조절 윈도우 중 어느 하나를 선택적으로 위치시킴으로써, 광간섭 단층 이미지의 초점을 조절하는 초점 조절 단계를 더 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따른 복합 현미경 시스템에 의하면 하나의 시료에 대해서 광간섭 단층 이미지와 비선형 이미지를 동시에 관측할 수 있다.
일 실시 예에 따른 복합 현미경 시스템에 의하면 광간섭 현미경 모듈로부터 획득되는 시료의 광간섭 단층 이미지 상에서, 비선형 현미경 모듈의 광원으로부터 시료를 향해 방출되는 레이저 펄스를 조사함으로써 발생하는 광열 효과를 감지할 수 있고, 이를 통해, 상기 광간섭 현미경 모듈 및 상기 비선형 현미경 모듈의 광축을 정렬시킬 수 있다.
도 1은 일 실시 예에 따른 복합 현미경 시스템의 광학 구성을 나타내는 도면이다.
도 2는 일 실시 예에 따른 복합 현미경 시스템의 광학 구성을 나타내는 도면이다.
도 3은 일 실시 예에 따른 광간섭 현미경 모듈의 광학 구성을 나타내는 도면이다
도 4는 일 실시 예에 따른 복합 현미경 시스템을 제어하는 방법을 나타내는 순서도이다.
도 5는 일 실시 예에 따른 광축 정렬 단계를 나타내는 순서도이다.
이하, 실시 예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 실시 예를 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 실시 예에 대한 이해를 방해한다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
또한, 실시 예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 또 다른 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
어느 하나의 실시 예에 포함된 구성요소와, 공통적인 기능을 포함하는 구성요소는, 다른 실시 예에서 동일한 명칭을 사용하여 설명하기로 한다. 반대되는 기재가 없는 이상, 어느 하나의 실시 예에 기재한 설명은 다른 실시 예에도 적용될 수 있으며, 중복되는 범위에서 구체적인 설명은 생략하기로 한다.
도 1은 일 실시 예에 따른 복합 현미경 시스템의 광학 구성을 나타내는 도면이다.
도 1을 참조하면, 일 실시 예에 따른 복합 현미경 시스템(1)은 하나의 시료(8)를 광간섭 단층 촬영 기법(Optical Coherence Tomography, OCT)을 통해 광간섭 단층 이미지를 관찰하는 광간섭 현미경 모듈(11, Optical Coherence Microscope)과, 동시에 해당 시료(8)의 입체 구조 이미지를 획득하기 위한 비선형 현미경 모듈(12, Nonlinear Microscope)이 복합적으로 통합되어 있는 시스템이다. 복합 현미경 시스템(1)은 시료 홀더(13), 광간섭 현미경 모듈(11), 비선형 현미경 모듈(12) 및 제어부(14)를 포함할 수 있다.
시료 홀더(13)는 광간섭 현미경 모듈(11) 및 비선형 현미경 모듈(12)을 통해 측정할 시료(8)를 지지할 수 있다. 예를 들어, 시료 홀더(13)는 광의 조사 방향에 수직한 평면을 따라서 이동할 수 있다. 예를 들어, 시료(8)는 생체 물질로 형성된 생체 시료일 수 있다.
광간섭 현미경 모듈(11)은, 광간섭 단층 촬영 기법(OCT)을 통해 시료(8)의 광간섭 단층 이미지를 관찰할 수 있다. 광간섭 현미경 모듈(11)은 제 1 광원 소스(111), 광 커플러(113), 레퍼런스부(112), 시료 조사부(116), 스캔 렌즈(117) 및 스펙트로미터(114)를 포함할 수 있다.
제 1 광원 소스(111)는, 광대역 광을 방출할 수 있다. 예를 들어, 제 1 광원 소스(111)는, 후술할 제 1 설정 파장 미만이고, 제 2 설정 파장 이상인 파장을 포함하는 광대역 광을 방출할 수 있다. 예를 들어, 제 1 광원 소스(111)로부터 발생한 광대역 광은 광 커플러(113), 레퍼런스부(112), 시료 조사부(116) 및 스펙트로미터(114) 사이에서 광 섬유 케이블을 통해 전달될 수 있다.
광 커플러(113)는 제 1 광원 소스(111), 레퍼런스부(112), 시료 조사부(116) 및 스펙트로미터(114) 사이에 설치되어 광대역 광의 이동 경로를 형성할 수 있다. 예를 들어, 제 1 광원 소스(111)로부터 형성된 광대역 광은 광 커플러(113)를 통과하면서 레퍼런스부(112) 및 시료 조사부(116)를 향해 전달될 수 있고, 시료 조사부(116)를 통과하여 시료(8)를 조사한 이후, 반사된 광대역 광은 다시 광 커플러(113)를 통과하면서 스펙트로미터(114)로 전달될 수 있다. 마찬가지로, 레퍼런스부(112)로부터 반사된 광대역 광은 다시 광 커플러(113)를 통과하면서 스펙트로미터(114)로 전달될 수 있다.
레퍼런스부(112)는 시료(8)의 광간섭 단층 이미지를 형성하기 위해 시료에 조사되지 않고 반사되는 기준 광을 형성할 수 있다. 레퍼런스부(112)는 기준 거울(1121) 및 제 1 콜리메이터(1122)를 포함할 수 있다.
기준 거울(1121)은 레퍼런스부(112)에 전달된 광대역 광을 역방향으로 반사할 수 있다.
제 1 콜리메이터(1122)는 레퍼런스부(112)로 전달된 광대역 광을 평행 광선으로 변환하여 기준 거울(1121)을 향해 조사할 수 있다.
예를 들어, 레퍼런스부(112)는 광대역 광을 파장 별로 분리하는 회절 격자(diffraction grating)와 같은 분산 요소를 더 포함할 수 있다.
시료 조사부(116)는, 제 1 광원 소스(111)로부터 전달받은 광대역 광을 분광할 수 있고, 분광된 광을 시료(8)를 지지하는 시료 홀더(13)를 향해 조사할 수 있다. 시료 조사부(116)는 시료(8)에 조사되고 반사된 광대역 광을 역 방향으로 전달할 수 있다. 시료 조사부(116)는 제 2 콜리메이터(1161) 및 제 1 빔 스캐너(1162)를 포함할 수 있다.
제 2 콜리메이터(1161)는 제 1 광원 소스(111)로부터 전달받은 광대역 광을 평행 광선으로 변환하여 제 1 빔 스캐너(1162)를 향해 조사할 수 있다.
제 1 빔 스캐너(1162)는 광대역 광을 시료(8)를 향해 조사할 수 있다. 예를 들어, 제 1 빔 스캐너(1162)는 시료(8)가 배치되는 시료 홀더(13)의 상측으로 광대역 광이 수직하게 조사되도록 할 수 있다. 제 1 빔 스캐너(1162)는 시료(8)에 조사되는 광대역 광의 광축의 위치를 조절할 수 있다. 예를 들어, 제 1 빔 스캐너(1162)는 시료 홀더(13)의 상면이 형성하는 평면을 기준으로 상기 평면 내에서 서로 수직한 2개의 축 방향을 따라서 광축을 변위시킬 수 있다. 예를 들어, 제 1 빔 스캐너(1162)는 광대역 광이 시료(8) 조사되는 각도를 조절할 수도 있다.
예를 들어, 시료 조사부(116)는 광대역 광을 파장 별로 분리하는 회절 격자(diffraction grating)와 같은 분산 요소를 더 포함할 수 있다.
제 1 스캔 렌즈(117)는 시료 조사부(116)로부터 시료(8)를 향해 조사되는 광대역 광의 경로 상에 설치되어 시료(8)를 향해 조사되는 광대역 광을 집속할 수 있다.
스펙트로미터(114)는 시료 조사부(116)를 통해 시료(8)에 조사되고 반사되는 광대역 광 및 레퍼런스부(112)에서 반사되는 광대역 광이 서로 간섭되어 형성된 광대역 광을 계측하여 파장별로 구분되는 스펙트럼 이미지를 형성할 수 있다.
비선형 현미경 모듈(12)은, 시료(8)에 레이저 펄스를 조사함으로써 복수의 광자(이하, 다광자)를 비선형적으로 여기(excitation)시킬 수 있고, 다광자 여기(multiphoton excitation) 현상을 통해 발생하는 여기 광을 계측하여 시료(8)의 비선형 이미지를 관찰할 수 있다. 비선형 현미경 모듈(12)은 제 2 광원 소스(121), 제 2 빔 스캐너(122), 제 1 파장 분리 요소(124), 대물 렌즈(123), 제 2 파장 분리 요소(125), 광자 측정부(126) 및 복수 개의 렌즈를 포함할 수 있다.
제 2 광원 소스(121)는 시료(8)를 조사하기 위한 레이저 펄스를 형성할 수 있다. 예를 들어, 제 2 광원 소스(121)로는 펨토초의 첨두 출력을 갖는 펄스 레이저를 사용할 수 있다. 예를 들어, 제 2 광원 소스(121)는, 1560nm 의 파장을 갖는 레이저 펄스를 형성할 수 있다.
제 2 빔 스캐너(122)는 제 2 광원 소스(121)로부터 발생된 레이저 펄스를 제 1 파장 분리 요소(124)를 향해 조사할 수 있다.
예를 들어, 제 2 빔 스캐너(122)는 시료 조사부(116)로부터 시료(8)를 향해 조사되는 광대역 광의 광축 상에 배치된 제 1 파장 분리 요소(124)를 향해 레이저 펄스를 조사하되, 레이저 펄스가 제 1 파장 분리 요소(124)를 향해 조사되는 방향은 시료(8)를 향해 조사되는 광대역 광의 조사 방향에 수직하게 형성될 수 있다.
예를 들어, 제 2 빔 스캐너(122)는 제 1 파장 분리 요소(124)에 조사되는 레이저 펄스의 광축 위치를 조절할 수 있다. 예를 들어, 제 2 빔 스캐너(122)는 레이저 펄스의 광축을 변위시킬 수 있다. 예를 들어, 제 2 빔 스캐너(122)는 레이저 펄스를 광대역 광의 광축에 수직한 방향으로 조사하되, 상기 조사 방향에 수직한 평면의 수직한 2개의 축 방향으로 따라서 레이저 펄스의 광축을 변위시킬 수 있다. 예를 들어, 제 2 빔 스캐너(122)는 레이저 펄스의 조사 각도를 조절할 수도 있다.
제 1 파장 분리 요소(124)는, 광대역 광이 시료 조사부(116)로부터 시료(8)를 향해 조사되는 광대역 광의 광축에 설치되어 제 1 설정 파장 이상의 광의 성분은 반사하고 제 1 설정 파장 미만의 광의 성분은 투과할 수 있는 다이크로익 미러(dichroic mirror)일 수 있다. 예를 들어, 제 1 설정 파장은 1400nm 일 수 있다.
예를 들어, 제 1 파장 분리 요소(124)는, 시료(8)를 향해 조사되는 광대역 광의 경로상에서, 광대역 광의 조사 방향에 45° 각도로 기울어진 상태로 배치될 수 있다. 따라서, 제 2 광원 소스(121)으로부터 방출된 레이저 펄스 중 적어도 일부를 시료 홀더(13)를 향해 반사하되, 시료에 조사된 이후 반사되는 광의 적어도 일부를 투과시킬 수 있다.
위의 구조에 의하면, 제 1 파장 분리 요소(124) 및 시료 홀더(13) 사이에서 광대역 광 및 레이저 펄스가 시료(8)에 조사되는 광축은 평행하거나 공통 경로를 형성할 수 있다.
대물 렌즈(123)는 시료 홀더(13)를 향해 조사되는 광대역 광 및 레이저 펄스의 경로 상에 설치되어 광대역 광 및 레이저 펄스를 시료(8)에 집광할 수 있다.
대물 렌즈(123)를 통해 집속된 레이저 펄스가 시료(8)에 조사되면, 시료(8)의 복수 개의 광자가 비선형적으로 여기되는 다광자 여기 현상에 의해 형성된 여기 광이 조사 방향의 반대 방향으로 방출될 수 있다.
제 2 파장 분리 요소(125)는 시료 조사부(116) 및 제 1 파장 분리 요소(124) 사이에서 전달되는 광대역 광의 경로에 설치되어 제 2 설정 파장 이상의 광의 성분은 투과하고 제 2 설정 파장 미만의 광의 성분은 반사할 수 있는 다이크로익 미러일 수 있다. 예를 들어, 제 2 설정 파장은 1000nm 일 수 있다.
예를 들어, 제 2 파장 분리 요소(125)는, 시료(8)를 향해 조사되는 광대역 광의 경로상에서 광대역 광의 조사 방향에 45° 각도로 기울어진 상태로 배치될 수 있다. 따라서, 시료(8)에 조사된 후 반사되는 레이저 펄스 중 적어도 일부를 광자 측정부(126)를 향해 반사하되, 시료 조사부(116)로부터 조사되는 광대역 광을 시료 홀더(13)를 향해 투과시킬 수 있다.
광자 측정부(126)는 시료 홀더(13)의 시료(8)에 조사되어 발생하는 여기 광을 계측할 수 있다. 광자 측정부(126)는, 제 3 파장 분리 요소(1261), 제 1 필터(1262), 제 1 광자 계측기(1264), 제 2 필터(1263), 제 2 광자 계측기(1265)를 포함할 수 있다.
제 3 파장 분리 요소(1261)는, 여기 광이 제 2 파장 분리 요소(125)에서 반사되어 진행하는 경로 상에 설치되어 제 3 설정 파장 이상의 광의 성분은 반사 또는 투과하고, 제 3 설정 파장 미만의 광의 성분은 투과 또는 반사할 수 있는 다이크로익 미러(dichroic mirror)일 수 있다.
예를 들어, 제 3 파장 분리 요소(1261)는 광의 성분 중 이차 조화파 및 삼차 조화파 중 어느 하나의 조화파에 해당하는 광은 투과하고 나머지 조화파에 해당하는 광은 반사할 수 있다.
예를 들어, 여기 광의 성분 중 2차 조화파에 해당하는 광의 성분은 제 3 파장 분리 요소(1261)를 투과하여 제 1 광자 계측기(1264)에 조사될 수 있고, 여기 광의 성분 중 2차 조화파에 해당하는 광의 성분은 제 3 파장 분리 요소(1261)에 의해 반사되어 제 2 광자 계측기(1265)에 조사될 수 있다.
제 1 필터(1262)는, 제 1 광자 계측기(1264)의 전방에 설치되어 제 1 광자 계측기(1264)에 입사되는 여기 광을 파장에 따라 선별하여 투과할 수 있다.
제 1 광자 계측기(1264)는, 입사되는 여기 광의 광자 에너지를 계측하여 이를 전기 신호로 변환하는 광전 증폭관(Photo Multiplier Tube, PMT)일 수 있다.
제 2 필터(1263)는, 제 2 광자 계측기(1265)의 전방에 설치되어 제 2 광자 계측기(1265)에 입사되는 여기 광을 파장에 따라 선별하여 투과할 수 있다.
제 2 광자 계측기(1265)는, 입사되는 여기 광의 광자 에너지를 계측하여 이를 전기 신호로 변환하는 광전 증폭관일 수 있다.
예를 들어, 제 1 광자 계측기(1264)에는 2차 조화파가 입사되고, 제 2 광자 계측기(1265)에는 3차 조화파가 입사되는 경우, 각각의 광자 계측기(1234, 1265)는 그 파장에 따라 계측되는 신호를 통해 세포 물질마다 상이한 파장 대역의 조화파를 방출하는 여기 광을 분리하여 계측할 수 있다.
복수 개의 렌즈는 광대역 광원, 레이저 펄스 또는 여기 광의 경로 상에 설치되어 각각의 광의 상을 연장하거나 광속을 변화시킬 수 있다.
예를 들어, 복수 개의 렌즈는 제 2 빔 스캐너(122)로부터 조사되는 레이저 펄스의 경로 상에 설치되어 광을 집속시키는 제 2 스캔 렌즈(127)와, 상기 제 2 스캔 렌즈(127)의 후방 경로 상에 설치되어 광속을 다시 평행하게 변환시키는 제 1 튜브 렌즈(128a)와, 제 2 파장 분리 요소(125) 및 제 1 파장 분리 요소(124) 사이에 설치되어 집속된 광대역 광의 광속을 평행하게 변환하는 제 2 튜브 렌즈(128b)와, 제 2 파장 분리 요소(125)에서 반사되어 광자 측정부(126)를 향해 조사되는 여기 광의 경로 상에 설치되어 여기 광의 광속을 집속 시키는 집광 렌즈(129)를 포함할 수 있다.
제어부(14)는, 스펙트로미터(114)에서 계측된 스펙트럼 이미지를 통해 시료(8)의 광간섭 단층 이미지를 형성할 수 있고, 광자 측정부(126)에서 계측된 여기 광의 광자 에너지를 계측하여 시료(8)의 비선형 이미지를 획득할 수 있다.
예를 들어, 제어부(14)는 각각의 현미경 모듈(11, 12)을 통해 획득한 시료(8)의 광간섭 단층 이미지 및 비선형 이미지를 별도의 디스플레이를 통해 출력할 수 있다.
예를 들어, 제어부(14)는 제 1 빔 스캐너(1162) 또는 제 2 빔 스캐너(122)를 조절할 수 있고, 이를 통해 시료(8) 상으로 조사되는 광대역 광 또는 레이저 펄스의 조사 지점의 위치 또는 광축의 위치를 조절할 수 있다.
제어부(14)는, 제 2 광원 소스(121)에서 방출되는 레이저 펄스를 통해 시료(8)를 가열하는 과정에서 시료(8)의 광간섭 단층 이미지 중 국부적으로 굴절되는 부분을 감지하여, 시료(8)를 향해 조사되는 광대역 광 및 레이저 펄스 각각의 광축의 상대적인 위치를 감지할 수 있다.
예를 들어, 레이저 펄스가 시료(8)에 조사되면, 레이저 펄스가 조사되는 시료(8)의 부분이 광열 효과(Photothermal effect)로 인해 가열될 수 있어서, 광간섭 현미경 모듈(11)을 통해 획득되는 시료(8)의 광간섭 단층 이미지를 관찰할 경우, 시료(8)의 부분 중 국부적으로 굴절되는 특정 부분을 감지할 수 있다. 따라서, 광간섭 단층 이미지 상에서 굴절되는 특정 부분은 비선형 현미경 모듈(12)의 관측 영역이라는 것을 확인할 수 있다.
예를 들어, 제어부(14)는 시료(8)의 광간섭 단층 이미지의 중심 좌표와 상기 광간섭 단층 이미지가 국부적으로 굴절되는 특정 부분의 좌표간의 상대 위치를 감지할 수 있다. 이에 따라, 제어부(14)는 측정된 상대 위치에 기초하여 제 1 빔 스캐너(1162) 및 제 2 빔 스캐너(122) 중 어느 하나의 스캐너를 구동하여 시료(8)를 향해 조사되는 광대역 광의 광축 및 레이저 펄스의 광축이 일직선 상에 형성되도록 정렬시킬 수 있다. 이와 같은 과정을 통하여, 고해상도로 매우 좁은 영역을 관찰할 수 있는 비선형 현미경 모듈(12)의 관측 영역이, 전체 시료(8) 중 어느 부분에 위치하는지 신속하게 확인할 수 있으므로, 사용자의 편의성을 향상시킬 수 있다.
예를 들어, 광대역 광 및 레이저 펄스의 광축이 서로 정렬된 이후, 제어부(14)는 시료 홀더(13)를 광의 조사 방향과 평행한 방향으로 이동시킴으로써, 광간섭 단층 이미지 및 비선형 이미지의 관측 영역을 동시에 이동시킬 수 있다.
일 실시 예에 따른 복합 현미경 시스템(1)에 의하면, 하나의 대물 렌즈(123)를 공유하여 동시에 시료(8)의 광간섭 단층 이미지 및 비선형 이미지를 관찰할 수 있고, 광간섭 단층 이미지 및 비선형 이미지의 관측 영역(field of view)의 기준점을 용이하게 일치시킬 수 있다.
도 2는 일 실시 예에 따른 복합 현미경 시스템의 광학 구성을 나타내는 도면이다.
도 2는 도 1에 도시된 복합 현미경 시스템(1)과는 다른 실시 예의 구성을 갖는 복합 현미경 시스템(2)이 도시된다. 일 실시 예에 따른 복합 현미경 시스템(2)은 광간섭 현미경 모듈(21) 및 비선형 현미경 모듈(22)의 광원으로부터 방출되는 광이 시료 홀더(23)의 양면에 각각 조사되어 하나의 시료(8)에 대한 광간섭 단층 이미지 및 비선형 이미지를 관찰할 수 있다. 복합 현미경 시스템(2)은 시료 홀더(23), 광간섭 현미경 모듈(21), 비선형 현미경 모듈(22) 및 제어부(24)를 포함할 수 있다.
시료 홀더(23)는 광간섭 현미경 모듈(21) 및 비선형 현미경 모듈(22) 사이에 설치될 수 있다. 시료 홀더(23)의 일면에는 광간섭 현미경 모듈(21)로부터 방출되는 광이 수직하게 조사되고, 시료 홀더(23)의 타면에는 비선형 현미경 모듈(22)로부터 방출되는 광이 수직하게 조사될 수 있다.
예를 들어, 시료 홀더(23)는 광간섭 현미경 모듈(21) 및 비선형 현미경 모듈(22) 사이에서 3축으로 이동 가능할 수 있다. 이와 같은 구조에 의하면, 시료(8)의 광간섭 단층 이미지 및 비선형 이미지를 동시에 관찰하면서 시료(8)의 다른 영역을 관측하고자 하는 경우, 광대역 광의 광축 및 레이저 펄스의 광축을 동시에 조절할 필요없이 시료 홀더(23)를 원하는 방향으로 이동시킴으로써, 간단히 광간섭 단층 이미지 및 비선형 이미지의 관측 영역을 동시에 조절하는 것이 가능하다.
광간섭 현미경 모듈(21)은, 광대역 광을 방출하는 제 1 광원 소스(211)와, 광 커플러(213)와, 기준 거울(2121) 및 제 1 콜리메이터(2122)를 구비하는 레퍼런스부(212)와, 제 2 콜리메이터(2161) 및 제 1 빔 스캐너(2162)를 구비하는 시료 조사부(216)와, 스펙트로미터(214), 제 1 스캔 렌즈(217), 제 1 튜브 렌즈(218) 및 제 1 대물 렌즈(219)를 포함할 수 있다.
제 1 빔 스캐너(2162)는 전달받은 광대역 광을 시료 홀더(23)의 일면을 향해 조사할 수 있다. 예를 들어, 제 1 빔 스캐너(2162)는 광대역 광이 시료 홀더(23)에 수직하게 입사되도록 할 수 있다.
제 1 스캔 렌즈(217)는 시료 조사부(216)로부터 시료 홀더(23)의 일면으로 향해 조사되는 광대역 광의 경로상에 설치되어 광대역 광의 광속을 집속 시킬 수 있다.
제 1 튜브 렌즈(218)는 제 1 스캔 렌즈(217)를 통과하며 집광되는 광대역 광의 광속을 다시 평행하게 변환하여 제 1 대물 렌즈(219)를 향해 조사할 수 있다.
제 1 대물 렌즈(219)는 시료 홀더(23)의 일면을 향해 조사되는 광대역 광의 경로 상에 설치되어 광대역 광을 시료(8)의 일면을 향해 집광할 수 있다.
비선형 현미경 모듈(22)은, 레이저 펄스를 방출하는 제 2 광원 소스(221), 제 2 빔 스캐너(222), 제 1 파장 분리 요소(224), 제 2 대물 렌즈(223), 제 2 파장 분리 요소(225), 광자 측정부(226) 및 복수 개의 렌즈를 포함할 수 있다.
제 2 빔 스캐너(222)는 제 2 광원 소스(221)로부터 발생된 레이저 펄스를 제 1 파장 분리 요소(224)를 향해 조사할 수 있다. 예를 들어, 제 2 빔 스캐너(222)는 시료 홀더(23)에 평행한 방향으로 레이저 펄스를 조사할 수 있다.
제 1 파장 분리 요소(224)는, 제 1 설정 파장 이상의 광의 성분은 반사하고, 제 1 설정 파장 미만의 광의 성분은 투과할 수 있다. 예를 들어, 제 1 파장 분리 요소(224)는, 제 2 빔 스캐너(222)로부터 전달된 레이저 펄스의 일부를 시료 홀더(23)의 타면에 조사되도록 반사할 수 있고, 시료(8)에 조사되어 반사되는 광의 일부는 투과시킬 수 있다.
예를 들어, 제 1 파장 분리 요소(224)는 제 2 빔 스캐너(222)로부터 조사되는 레이저 펄스의 조사 방향과 45°각도를 이루도록 배치될 수 있다. 위의 구조에 의하면, 시료 홀더(23)의 일면 및 타면 각각에 조사되는 광대역 광 및 레이저 펄스는 서로 평행할 수 있고, 동시에 시료 홀더(23)의 양면에 각각 수직하게 조사될 수 있다.
제 2 대물 렌즈(223)는, 시료 홀더(23)의 타면을 향해 조사되는 레이저 펄스의 경로 상에 설치되어 레이저 펄스를 시료(8)의 타면을 향해 집광시킬 수 있다.
제 2 파장 분리 요소(225)는, 시료(8)로부터 형성된 여기 광의 일부를 광자 측정부(226)를 향해 반사시킬 수 있다. 예를 들어, 제 2 파장 분리 요소(225)는, 레이저 펄스가 시료(8)에 조사되어 발생하는 여기 광이 제 1 파장 분리 요소(224)를 투과하여 진행하는 경로 상에 설치되어, 제 2 설정 파장 이상의 광의 성분은 투과하고, 제 2 설정 파장 미만의 광의 성분은 반사할 수 있다.
광자 측정부(226)는, 시료 홀더(23)에 조사되어 발생하는 여기 광을 계측할 수 있다. 예를 들어, 광자 측정부(226)는 제 3 파장 분리 요소(2261), 제 1 필터(2262), 제 1 광자 계측기(2264), 제 2 필터(2263), 제 2 광자 계측기(2265)를 포함할 수 있다.
복수 개의 렌즈는, 레이저 펄스 또는 여기 광의 경로 상에 설치되어 각각의 광의 상을 연장하거나 광속을 변화시킬 수 있다.
예를 들어, 복수 개의 렌즈는 제 2 빔 스캐너(222)로부터 조사되는 레이저 펄스의 경로 상에 설치되어 광을 집속시키는 제 2 스캔 렌즈(227)와, 제 2 스캔 렌즈(227)의 후방 경로 상에 설치되어 광속을 다시 평행하게 변환시키는 제 2 튜브 렌즈(228)와, 제 2 파장 분리 요소(225)에서 반사되어 광자 측정부(226)를 향해 조사되는 여기 광의 경로 상에 설치되어 여기 광의 광속을 집속 시키는 집광 렌즈(229)를 포함할 수 있다.
제어부(24)는, 광간섭 단층 이미지 상에서 관측되는 광열 효과를 감지함으로써 시료(8) 조사되는 광대역 광 및 레이저 펄스 각각의 광축의 상대 위치를 용이하게 파악할 수 있다.
예를 들어, 제어부(24)는 제 1 빔 스캐너(2162) 및 제 2 빔 스캐너 중 어느 하나 이상의 빔 스캐너를 제어함으로써, 시료(8)에 조사되는 광대역 광 및 레이저 펄스의 광축을 정렬시킬 수 있다.
다른 예로, 광간섭 현미경 모듈(21) 및 비선형 현미경 모듈(22)이 서로 시료 홀더(23)를 기준으로 대향하는 위치에 설치됨에 따라서, 각각의 모듈(21, 22) 중 적어도 하나 이상의 모듈을 변위시킴으로써, 광대역 광 및 레이저 펄스의 광축을 정렬시킬 수도 있다.
예를 들어, 광대역 광 및 레이저 펄스의 광축이 서로 정렬된 이후, 제어부(24)는 시료 홀더(23)를 광의 조사 방향과 평행한 방향으로 이동시킴으로써, 광간섭 단층 이미지 및 비선형 이미지의 관측 영역을 동시에 이동시킬 수 있다.
도 3은 일 실시 예에 따른 광간섭 현미경 모듈의 광학 구성을 나타내는 도면이다
도 3에는 도 1 및 도 2에 도시된 복합 현미경 시스템(1, 2)과는 다른 광간섭 현미경 모듈(31)의 구성을 갖는 복합 현미경 시스템(3)이 도시되어 있다. 일 실시 예에 따른 복합 현미경 시스템(3)은 도 2에 도시된 복합 현미경 시스템(2)과는 다른 레퍼런스부(315)의 구성을 갖는 것으로 이해될 수 있다.
일 실시 예에 따른 광간섭 현미경 모듈(31)의 레퍼런스부(315)는 시료 조사부(316)로부터 시료 홀더(33)를 향해 조사되는 광대역 광의 적어도 일부를 반사시키는 빔 스플리터(3154)와, 빔 스플리터(3154)로부터 반사된 광대역 광의 경로 상에 설치되고, 통과되는 광의 광 경로 길이를 조절하기 위한 초점 조절부(3151, 3152)와, 상기 초점 조절부(3151, 3152)를 통과하는 광을 반사시키는 기준 거울(3153)을 포함할 수 있다.
예를 들어, 초점 조절부(3151, 3152)는, 각각 다른 광 경로 길이를 제공하는 복수 개의 광로 조절 윈도우(3151)와, 상기 복수 개의 광로 조절 윈도우(3151) 중 어느 하나의 광로 조절 윈도우(3151)를 선택적으로 광대역 광의 경로상에 위치시키도록 이동시키는 구동부(3152)를 포함할 수 있다. 여기서, 복수 개의 광로 조절 윈도우(3151)는, 서로 다른 두께 및/또는 재질을 가질 수 있다.
예를 들어, 복수 개의 광로 조절 윈도우(3151)는 서로 나란히 이격된 상태로 구동부(3152) 상에 배열되어 있을 수 있고, 구동부(3152)는 일 방향을 따라서 복수 개의 광로 조절 윈도우(3151)를 슬라이딩시킴으로써, 원하는 광로 조절 윈도우(3151)를 광대역 광의 경로 상에 위치시킬 수 있다.
다른 예로, 복수 개의 광로 조절 윈도우(3151)는 원형의 플레이트 상에 방사상으로 이격되어 배치되는 플립 마운트 구조를 가질 수도 있다. 이 경우, 구동부(3152)는 상기 원형 플레이트를 회전시킴으로써, 원하는 광로 조절 윈도우(3151)를 광대역 광의 경로 상에 위치시킬 수 있다.
이상의 구조에 의하면, 광간섭 현미경 모듈(21)을 통해 생체 시료(8)의 광간섭 단층 이미지를 관측하는 경우, 생체 시료(8)의 두께의 변화 또는 내부에 함유된 물의 영향으로 인해 광간섭 단층 이미지가 제대로 관측되지 않는 문제를 해결하기 위해, 레퍼런스부(315) 상에 구비된 복수 개의 광로 조절 윈도우(3151)를 교체해가면서 광의 진행 거리를 조절함으로써, 광간섭 단층 이미지가 가장 잘 관측되는 광로 조절 윈도우(3151)를 선택할 수 있다.
도 4는 일 실시 예에 따른 복합 현미경 시스템을 제어하는 방법을 나타내는 순서도이고, 도 5는 일 실시 예에 따른 광축 정렬 단계를 나타내는 순서도이다.
도 4 및 도 5를 참조하여, 도 1 내지 도 3에 도시된 복합 현미경 시스템(1, 2, 3)을 비롯한 복합 현미경 시스템을 제어하는 방법을 설명한다.
설명의 편의상 도 3에 도시된 실시 예에 따른 복합 현미경 시스템(3)을 참조하여 복합 현미경 시스템을 제어하는 방법을 설명할 것이지만, 후술하는 복합 현미경 시스템을 제어하는 방법은 도 3의 복합 현미경 시스템(3)에만 국한되는 것으로 이해되어서는 안되며, 그 외의 실시 예에 따른 복합 현미경 시스템(1, 2) 또는 이들 과의 조합을 통해 달성되는 복합 현미경 시스템 모두에 공통적으로 적용될 수 있다는 점을 밝혀둔다.
일 실시 예에 따른 복합 현미경 시스템을 제어하는 방법은 광원 구동 단계(41), 광축 정렬 단계(42) 및 초점 조절 단계(43)를 포함할 수 있다.
광원 구동 단계(41)는, 비선형 현미경 모듈(22)의 광원으로부터 조사되는 레이저 펄스를 이용하여 시료(8)의 특정 부분을 가열하는 단계일 수 있다.
예를 들어, 광원 구동 단계(41)는, 비선형 현미경 모듈(22)의 제 2 광원 소스(221)를 통해 주기적인 펄스 형태의 레이저 펄스를 시료(8)에 조사함으로써, 광열 효과(photo thermal effect)를 이용하여 상기 시료(8)의 광간섭 단층 이미지를 국부적으로 변화시키는 단계를 포함할 수 있다.
광축 정렬 단계(42)는, 광간섭 현미경 모듈(31)로부터 형성된 광간섭 단층 이미지로부터 감지되는 특정 부분의 상대 위치에 기초하여 광간섭 현미경 모듈(31) 및 비선형 현미경 모듈(22) 각각의 광원 소스(311, 221)으로부터 시료(8)에 조사되는 광축을 조절하는 단계일 수 있다.
예를 들어, 광축 정렬 단계(42)는, 광간섭 현미경 모듈(31)을 통해 획득한 광간섭 단층 이미지에서 제어부(34)가 광열 효과에 의해 국부적으로 굴절되는 특정 부분의 위치 좌표를 계산하는 굴절 부분 감지 단계(421)와, 제어부(34)가 광간섭 단층 이미지의 중심 좌표와 특정 부분의 위치 좌표간의 상대 위치를 계산하는 상대 위치 감지 단계(422)와, 제어부(34)가 계산된 상대 위치에 기초하여 비선형 현미경 모듈(22) 및 광간섭 현미경 모듈(31) 중 어느 하나의 모듈의 광축을 정렬하는 광축 조절 단계(423)를 포함할 수 있다.
예를 들어, 광축 조절 단계(423)는 제어부(34)가 제 1 빔 스캐너(3162) 및 제 2 빔 스캐너(222) 중 어느 하나 이상의 빔 스캐너를 제어하여 시료(8)에 조사되는 광대역 광 및 레이저 펄스의 광축을 정렬하는 단계를 포함할 수 있다.
초점 조절 단계(43)는, 제어부(34)가 광간섭 현미경 모듈(31)의 광원으로부터 기준 미러(312)를 향해 조사되는 광의 경로 상에서 각각 다른 광 경로 길이를 제공하는 복수 개의 광로 조절 윈도우(3151) 중 어느 하나를 선택적으로 위치시킴으로써, 광간섭 단층 이미지의 초점을 조절하는 초점 조절 단계(43)를 포함할 수 있다.
이상과 같이 비록 한정된 도면에 의해 실시 예들이 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 구조, 장치 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.

Claims (17)

  1. 시료를 지지하는 시료 홀더;
    상기 시료 및 기준 미러를 향해 광대역 광을 전달하고, 상기 시료 및 기준 미러로부터 반사되는 광이 서로 간섭되어 형성되는 스펙트럼 이미지에 기초하여 상기 시료의 단층 이미지를 형성하는 광간섭 현미경 모듈; 및
    상기 시료를 향해 레이저 펄스를 조사한 이후, 다광자 여기 현상을 통해 발생되는 광을 계측하여 상기 시료의 비선형 이미지를 형성하는 비선형 현미경 모듈을 포함하는 복합 현미경 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 광간섭 현미경 모듈에서 상기 시료를 향해 조사되는 광대역 광의 적어도 일부와, 상기 비선형 현미경 모듈에서 상기 시료를 향해 조사되는 레이저 펄스의 적어도 일부는 동일한 경로를 따라서 상기 시료에 조사되는 것을 특징으로 하는 복합 현미경 시스템.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 광간섭 현미경 모듈 및 상기 비선형 현미경 모듈은 하나의 대물 렌즈를 공유하는 것을 특징으로 하는 복합 현미경 시스템.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 시료 홀더는 상기 광간섭 현미경 모듈 및 비선형 현미경 모듈 사이에 설치되어 상기 시료 홀더의 일면에는 상기 광간섭 현미경 모듈로부터 방출되는 광이 조사되고 상기 시료 홀더의 타면에는 상기 비선형 현미경 모듈로부터 방출되는 광이 조사되는 복합 현미경 시스템.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 시료 홀더는 상기 광간섭 현미경 모듈 및 비선형 현미경 모듈 사이에서 3축으로 이동 가능한 것을 특징으로 하는 복합 현미경 시스템.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 광간섭 현미경 모듈은,
    광대역 광을 방출하는 제 1 광원;
    상기 제 1 광원으로부터 방출된 광대역 광의 일부를 상기 시료를 향해 조사하고, 상기 시료로부터 반사되는 광을 입력 받는 시료 조사부;
    상기 제 1 광원으로부터 방출된 광대역 광의 나머지 일부를 반사시키는 레퍼런스부; 및
    상기 광대역 광이 상기 시료 조사부 및 레퍼런스부에 전달된 이후, 각각으로부터 반사되는 광이 서로 간섭되어 형성하는 스펙트럼 이미지를 계측하는 스펙트로미터를 포함하고,
    상기 비선형 현미경 모듈은,
    레이저 펄스를 방출하는 제 2 광원;
    상기 광대역 광이 상기 시료 조사부로부터 상기 시료를 향해 조사되는 광대역 광의 광축에 설치되어 제 1 설정 파장 이상의 광의 성분은 반사하고 상기 제 1 설정 파장 미만의 광의 성분은 투과하여, 상기 제 2 광원으로부터 방출된 레이저 펄스 중 적어도 일부를 상기 시료 홀더를 향해 반사하되, 상기 시료에 조사된 이후 반사된 광의 적어도 일부를 투과시키는 제 1 파장 분리 요소; 및
    상기 시료에 조사된 레이저 펄스에 의해 다광자 여기 현상을 통해 발생되는 광을 계측하는 광자 측정부를 포함하는 복합 현미경 시스템.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 스펙트로미터에서 계측된 스펙트럼 이미지를 통해 상기 시료의 광간섭 단층 이미지를 형성하고, 상기 광자 측정부에서 계측된 광을 통해 상기 시료의 비선형 이미지를 형성하는 제어부를 더 포함하고,
    상기 제어부는 상기 제 2 광원에서 방출되는 레이저 펄스를 통해 상기 시료를 가열하여 상기 시료의 광간섭 단층 이미지 중 국부적으로 굴절되는 부분을 감지하여 상기 시료를 향해 조사되는 광대역 광 및 레이저 펄스의 광축의 상대 위치를 감지하는 복합 현미경 시스템.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 시료 조사부는, 상기 시료를 향해 조사되는 상기 광대역 광의 광축의 위치를 조절하는 제 1 빔 스캐너를 포함하고,
    상기 비선형 현미경 모듈은, 상기 시료를 향해 조사되는 상기 레이저 펄스의 광축의 위치를 조절하는 제 2 빔 스캐너를 더 포함하고,
    상기 제어부는 상기 시료의 광간섭 단층 이미지의 중심 좌표와 상기 광간섭 단층 이미지가 국부적으로 굴절되는 특정 부분의 좌표간의 상대 위치에 기초하여 상기 제 1 빔 스캐너 및 제 2 빔 스캐너 중 어느 하나 이상의 스캐너를 구동하여 상기 시료를 향해 조사되는 광대역 광의 광축 및 레이저 펄스의 광축을 정렬하는 복합 현미경 시스템.
  9. 제 6 항에 있어서,
    상기 레퍼런스부는,
    상기 시료 조사부로부터 상기 시료 홀더를 향해 조사되는 광대역 광의 적어도 일부를 반사시키는 빔 스플리터;
    상기 빔 스플리터로부터 반사된 광대역 광의 경로 상에 설치되고, 통과되는 광의 광 경로 길이를 조절하기 위한 초점 조절부; 및
    상기 초점 조절부를 통과하는 광을 반사시키는 기준 거울을 포함하는 복합 현미경 시스템.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 초점 조절부는,
    각각 다른 광 경로 길이를 제공하는 복수 개의 광로 조절 윈도우; 및
    상기 복수 개의 광로 조절 윈도우 중 어느 하나의 광로 조절 윈도우를 선택적으로 상기 광대역 광의 경로상에 위치시키도록 이동시키는 구동부를 포함하는 복합 현미경 시스템.
  11. 제 6 항에 있어서,
    상기 광자 측정부는
    상기 시료에 레이저 펄스가 조사되어 방출되는 광의 성분 중 이차 조화파 및 삼차 조화파 중 어느 하나의 조화파에 해당하는 광은 투과하고 나머지 조화파에 해당하는 광은 반사하는 제 2 파장 분리 요소;
    상기 제 2 파장 분리 요소를 투과하는 조화파를 계측하는 1 광자 계측기; 및
    상기 제 2 파장 분리 요소로부터 반사되는 조화파를 계측하는 제 2 광자 계측기를 포함하는 복합 현미경 시스템.
  12. 제 6 항에 있어서,
    상기 시료 조사부로부터 조사되는 광대역 광은 제 1 파장 분리 요소를 투과하여 시료 홀더에 조사되고,
    상기 제 1 파장 분리 요소 및 시료 홀더 사이에서 상기 광대역 광 및 레이저 펄스는 공통 경로를 형성하며 상기 시료에 조사되는 것을 특징으로 하는 복합 현미경 시스템.
  13. 제 6 항에 있어서,
    상기 광간섭 현미경 모듈 및 비선형 현미경 모듈은 상기 시료 홀더를 기준으로 서로 대향하는 위치에 배치되고,
    상기 시료 조사부로부터 조사되는 광대역 광원은 상기 시료 홀더의 일면에 수직하게 조사되고, 상기 제 1 파장 분리 요소에서 반사되는 레이저 펄스는 상기 시료 홀더의 타면에 수직하게 조사되는 것을 특징으로 하는 복합 현미경 시스템.
  14. 시료를 지지하기 위한 시료 홀더와, 상기 시료 홀더 상에 지지된 시료의 비선형 이미지를 획득하기 위한 비선형 현미경 모듈과, 상기 시료 홀더 상에 지지된 시료의 광간섭 단층 이미지를 획득하기 위한 광간섭 현미경 모듈을 구비하는 복합 현미경 시스템을 제어하는 방법에 있어서,
    상기 비선형 현미경 모듈의 광원으로부터 조사되는 레이저 펄스를 이용하여 상기 시료의 특정 부분을 가열하는 광원 구동 단계; 및
    상기 광간섭 현미경 모듈로부터 획득된 광간섭 단층 이미지로부터 감지되는 상기 특정 부분의 상대적인 위치에 기초하여 상기 광간섭 현미경 모듈 및 비선형 현미경 모듈 각각의 광원으로부터 발생되어 상기 시료에 조사되는 광의 축이 서로 일 직선 상에 위치하도록 정렬하는 광축 정렬 단계를 포함하는 복합 현미경 시스템을 제어하는 방법.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 광원 구동 단계는,
    상기 비선형 현미경 모듈의 광원을 통해 주기적인 펄스 형태의 레이저를 상기 시료에 조사함으로써, 광열 효과(photo thermal effect)를 이용하여 상기 시료의 광간섭 단층 이미지를 국부적으로 변화시키는 단계를 포함하는 복합 현미경 시스템을 제어하는 방법.
  16. 제 14 항에 있어서,
    상기 광축 정렬 단계는,
    상기 광간섭 현미경 모듈을 통해 획득한 광간섭 단층 이미지에서 상기 특정 부분의 위치 좌표를 계산하는 특정 부분 감지 단계;
    상기 광간섭 단층 이미지의 중심 좌표와 상기 특정 부분의 위치 좌표의 상대 위치를 계산하는 상대 위치 감지 단계; 및
    상기 상대 위치에 기초하여 상기 비선형 현미경 모듈 및 상기 광간섭 현미경 모듈 중 어느 하나의 모듈의 광축을 정렬하는 광축 조절 단계를 포함하는 복합 현미경 시스템을 제어하는 방법.
  17. 제 14 항에 있어서,
    상기 광간섭 현미경 모듈의 광원으로부터 기준 미러를 향해 조사되는 광의 경로 상에서 각각 다른 광 경로 길이를 제공하는 복수 개의 광로 조절 윈도우 중 어느 하나를 선택적으로 위치시킴으로써, 광간섭 단층 이미지의 초점을 조절하는 초점 조절 단계를 더 포함하는 복합 현미경 시스템을 제어하는 방법.
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