KR20230065892A

KR20230065892A - Apparatus for 3d optical microscopy in small form factor optical system

Info

Publication number: KR20230065892A
Application number: KR1020220131659A
Authority: KR
Inventors: 김현의; 채병규
Original assignee: 한국전자통신연구원
Priority date: 2021-11-05
Filing date: 2022-10-13
Publication date: 2023-05-12

Abstract

소형 폼팩터 광학 시스템의 3D 광학 현미경 장치가 개시된다. 본 개시의 일 실시예에 따른 전달 광학계 장치는, 좌측면이 입력면에 접하여 배치되는 제1 렌즈; 및 상기 제1 렌즈의 초점 거리만큼 이격된 위치에 배치되어 우측면에 제1 출력면이 접하여 위치하는 제2 렌즈를 포함하고, 상기 제1 렌즈와 상기 제2 렌즈는, 동일 초점 거리를 가지며, 상기 입력면으로 입사되는 광 신호를 푸리에 변환하여 상기 출력면으로 출력하는 것을 특징으로 한다.A 3D optical microscope device of a small form factor optical system is disclosed. A transfer optical system device according to an embodiment of the present disclosure includes: a first lens disposed with a left surface in contact with an input surface; and a second lens disposed at a position spaced apart by the focal length of the first lens and having the first output surface in contact with the right side, wherein the first lens and the second lens have the same focal length, It is characterized in that the optical signal incident on the input surface is Fourier-transformed and output to the output surface.

Description

3D optical microscope device of small form factor optical system {APPARATUS FOR 3D OPTICAL MICROSCOPY IN SMALL FORM FACTOR OPTICAL SYSTEM}

본 개시는 3D 광학 현미경 장치에 관한 것이며, 보다 구체적으로 소형 폼팩터 광학 시스템의 3D 광학 현미경 장치에 대한 것이다.The present disclosure relates to a 3D optical microscope device, and more particularly to a 3D optical microscope device in a small form factor optical system.

3차원 광학 현미경은 다각도로 측정한 시료의 이미지를 3차원 이미지로 재구성하는 기술로 생물학적 시편을 염색없이 측정 가능한 비침습적 특성을 가지므로 생물 의학 응용 분야에서 주요하게 사용된다. 이를 위한 광학 시스템은 다양한 각도에서 시편의 정보를 획득하기 위해 시편에 다양한 각도로 광파를 조사하는 광 스캐닝 광학계와 시편에서 발생한 광 정보를 전달하여 카메라 센서를 통해 촬영하는 이미징 광학계로 구성된다. 이들 광학계에는 광파를 임의의 배율로 확대 또는 축소하여 전달하는 전달 광학계가 공통적으로 적용된다. 구체적으로 광 스캐닝 광학계에서는 입사된 광파를 광 스캐너가 편향할 수 있는 각도의 제한이 있으므로, 입력 파면을 축소하여 편향 각도를 확장하는 전달 광학계 구성이 필요하며, 이미징 광학계에서는 매우 미세한 크기인 시편으로부터 발생한 광 정보를 카메라 센서를 통해 획득 가능한 정도의 해상도로 확장하여 전달하는 전달 광학계 구성이 필요하다.3D optical microscopy is a technology that reconstructs the image of a sample measured from multiple angles into a 3D image, and is mainly used in biomedical applications because it has non-invasive characteristics that can measure biological specimens without staining. The optical system for this consists of a light scanning optical system that irradiates light waves to the specimen at various angles to acquire information of the specimen at various angles, and an imaging optical system that transmits light information generated from the specimen and takes pictures through a camera sensor. A transmission optical system that transmits a light wave by expanding or reducing it at an arbitrary magnification is commonly applied to these optical systems. Specifically, in the light scanning optical system, there is a limit to the angle at which the incident light wave can be deflected by the optical scanner, so a transmission optical system configuration that expands the deflection angle by reducing the input wavefront is required. It is necessary to construct a transmission optical system that expands and transmits light information to a resolution obtainable through a camera sensor.

본 개시의 기술적 과제는, 소형 폼팩터 광학 시스템의 3D 광학 현미경 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.An object of the present disclosure is to provide a 3D optical microscope device of a small form factor optical system.

본 개시에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 개시가 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The technical problems to be achieved in the present disclosure are not limited to the technical problems mentioned above, and other technical problems not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the description below. You will be able to.

본 개시의 실시예들에 따르면, 소형 폼팩터 광학 시스템의 3D 광학 현미경 장치가 개시된다. 본 개시의 일 실시예에 따른 전달 광학계 장치는, 좌측면이 입력면에 접하여 배치되는 제1 렌즈; 및 상기 제1 렌즈의 초점 거리만큼 이격된 위치에 배치되어 우측면에 제1 출력면이 접하여 위치하는 제2 렌즈를 포함하고, 상기 제1 렌즈와 상기 제2 렌즈는, 동일 초점 거리를 가지며, 상기 입력면으로 입사되는 광 신호를 푸리에 변환하여 상기 출력면으로 출력하는 것을 특징으로 한다.According to embodiments of the present disclosure, a 3D optical microscope device of a small form factor optical system is disclosed. A transfer optical system device according to an embodiment of the present disclosure includes: a first lens disposed with a left surface in contact with an input surface; and a second lens disposed at a position spaced apart by the focal length of the first lens and having the first output surface in contact with the right side, wherein the first lens and the second lens have the same focal length, It is characterized in that the optical signal incident on the input surface is Fourier-transformed and output to the output surface.

나아가, 본 개시의 일 실시예에 따른 전달 광학계 장치는, 좌측면이 상기 제1 출력면에 접하여 배치되는 제3 렌즈; 및 상기 제3 렌즈의 초점 거리만큼 이격된 위치에 배치되어 우측면에 제2 출력면이 접하여 위치하는 제4 렌즈를 더 포함하고, 상기 제3 렌즈와 상기 제4 렌즈는, 동일 초점 거리를 가지며, 상기 제3 렌즈로 입사되는 광 신호를 푸리에 변환하여 상기 제2 출력면으로 출력할 수 있다.Furthermore, a transfer optical system device according to an embodiment of the present disclosure may include a third lens having a left surface in contact with the first output surface; And a fourth lens disposed at a position spaced apart by the focal length of the third lens and having the second output surface in contact with the right side, wherein the third lens and the fourth lens have the same focal length, An optical signal incident to the third lens may be Fourier-transformed and output to the second output surface.

이때, 상기 제1 렌즈의 입력면의 광파를 상기 제4 렌즈의 상기 제2 출력면으로 전달하는 배율 M은, 상기 제1 렌즈 또는 상기 제2 렌즈의 초점거리 f_a 대비 상기 제3 렌즈 또는 상기 제4 렌즈의 초점거리 f_b에 의해 설정된 f_b/f_a으로 결정될 수 있다.At this time, the magnification M for transmitting the light wave of the input surface of the first lens to the second output surface of the fourth lens is the focal length f _a of the first lens or the second lens compared to the third lens or the second lens. It may be determined as f _b /f _a set by the focal length f _b of the fourth lens.

더 나아가, 본 개시의 일 실시예에 따른 전달 광학계 장치는, 상기 제2 렌즈와 상기 제3 렌즈를 대체하여, 상기 제2 렌즈의 위치에 배치되며, 초점 거리가 f_a×f_b/(f_a+f_b)인 제5 렌즈를 포함할 수 있다.Furthermore, the transmission optical system device according to an embodiment of the present disclosure replaces the second lens and the third lens, is disposed at the position of the second lens, and has a focal length of f _a × f _b /(f _a +f _b ) may include a fifth lens.

더 나아가, 본 개시의 일 실시예에 따른 전달 광학계 장치는, 초점거리 f₆을 가지는 제6 렌즈를 더 포함하고, 상기 제6 렌즈는, 상기 제2 렌즈의 우측면에 접한 후면 출력면에 전면 초점면이 위치하며, 후면 초점면에 광 신호를 푸리에 변환하여 출력할 수 있다.Furthermore, the transmission optical system device according to an embodiment of the present disclosure further includes a sixth lens having a focal length f ₆ , wherein the sixth lens has a front focus on a rear output surface adjacent to a right side of the second lens. A plane is located, and an optical signal can be Fourier-transformed and output to the rear focal plane.

이때, 상기 제1 렌즈의 입력면의 광파를 상기 제6 렌즈의 후면 초점면으로 전달하는 배율 M은, 상기 제1 렌즈의 초점거리 f_a 대비 상기 제6 렌즈의 초점거리 f₆에 의해 설정된 f₆/f_a으로 결정될 수 있다.At this time, the magnification M for transmitting the light wave of the input surface of the first lens to the rear focal plane of the sixth lens is f set by the focal length f ₆ of the sixth lens _compared to the focal length f a of the first lens. ₆ /f _a can be determined.

더 나아가, 본 개시의 일 실시예에 따른 전달 광학계 장치는, 초점거리 f₇을 가지는 제7 렌즈를 더 포함하고, 상기 제7 렌즈는, 제2 입력면에 전면 초점면이 위치하며, 상기 제1 렌즈의 좌측면에 후면 초점면이 위치하여, 상기 입력면에 광 신호를 푸리에 변환하여 출력할 수 있다.Furthermore, the transfer optical system device according to an embodiment of the present disclosure further includes a seventh lens having a focal length f ₇ , wherein the seventh lens has a front focal plane located on the second input surface, and the seventh lens has a front focal plane located on the second input surface. A rear focal plane is located on the left side of 1 lens, and an optical signal can be Fourier-transformed and output on the input plane.

이때, 상기 제2 입력면의 광파를 상기 제2 렌즈의 상기 제1 출력면으로 전달하는 배율 M은, 상기 제1 렌즈의 초점거리 f_a 대비 상기 제7 렌즈의 초점거리 f₇에 의해 설정된 f_a/f₇으로 결정될 수 있다.At this time, the magnification M _for transmitting the light wave of the second input surface to the first output surface of the second lens is f set by the focal length f ₇ of the seventh lens compared to the focal length f a of the first lens. It can be determined as _a /f ₇ .

이때, 상기 입력면은, 광 스캐너(optical scanner)의 빔 편향면에 해당할 수 있다.In this case, the input surface may correspond to a beam deflection surface of an optical scanner.

이때, 상기 제2 출력면은, 이미지 센서(image sensor)의 입력면에 해당할 수 있다.In this case, the second output surface may correspond to an input surface of an image sensor.

본 개시의 다른 실시예에 따른 광학 현미경 장치는, 시편의 이미지를 센싱하기 위한 이미지 센서; 및 전달 광학계 장치를 포함하고, 상기 전달 광학계 장치는, 전방 초점면에 상기 시편이 위치하며, 후방 초점면에 광 신호를 푸리에 변환하여 출력하는 제1 렌즈; 좌측면이 상기 후방 초점면에 대응하는 제1 출력면에 접하여 배치되는 제2 렌즈; 및 상기 제2 렌즈의 초점 거리만큼 이격된 위치에 배치되어 우측면에 제2 출력면이 접하여 위치하는 제3 렌즈를 포함하고, 상기 제2 렌즈와 상기 제3 렌즈는, 동일 초점 거리를 가지며, 상기 제2 렌즈로 입사되는 광 신호를 푸리에 변환하여 상기 제2 출력면으로 출력하는 것을 특징으로 한다.An optical microscope device according to another embodiment of the present disclosure includes an image sensor for sensing an image of a specimen; and a transmission optical system device, wherein the transmission optical system device includes: a first lens in which the specimen is positioned on a front focal plane, and which Fourier transforms an optical signal and outputs it to a rear focal plane; a second lens disposed in contact with a first output plane corresponding to the rear focal plane; and a third lens disposed at a position spaced apart by the focal length of the second lens and having a second output surface in contact with a right side, wherein the second lens and the third lens have the same focal length, It is characterized in that the optical signal incident to the second lens is Fourier-transformed and outputted to the second output surface.

본 개시의 또 다른 실시예에 따른 홀로-토모그래픽 현미경 광학 장치는, 점 광원(point light source)의 광 신호를 분기하는 빔 스플리터; 및 전달 광학계 장치를 포함하고, 상기 전달 광학계 장치는, 전방 초점면에 시편이 위치하며, 후방 초점면에 광 신호를 푸리에 변환하여 출력하는 제1 렌즈; 좌측면이 상기 후방 초점면에 대응하는 제1 출력면에 접하여 배치되는 제2 렌즈; 및 상기 제2 렌즈의 초점 거리만큼 이격된 위치에 배치되어 우측면에 제2 출력면이 접하여 위치하는 제3 렌즈를 포함하고, 상기 제2 렌즈와 상기 제3 렌즈는, 동일 초점 거리를 가지며, 상기 제2 렌즈로 입사되는 광 신호를 푸리에 변환하여 상기 제2 출력면으로 출력하고, 상기 빔 스플리터를 이용하여 이미징 광학 장치의 광학 센서에 접한 상기 제3 렌즈의 전방 초점면에 상기 점 광원의 광 신호를 배치함으로써, 참조광을 생성하는 것을 특징으로 한다.A holo-tomographic microscope optical apparatus according to another embodiment of the present disclosure includes a beam splitter splitting an optical signal of a point light source; and a transmission optical system device, wherein the transmission optical system device includes: a first lens having a specimen positioned on a front focal plane and outputting a Fourier-transformed optical signal to a rear focal plane; a second lens disposed in contact with a first output plane corresponding to the rear focal plane; and a third lens disposed at a position spaced apart by the focal length of the second lens and having a second output surface in contact with a right side, wherein the second lens and the third lens have the same focal length, The optical signal incident to the second lens is Fourier-transformed and outputted to the second output plane, and the optical signal of the point light source is applied to the front focal plane of the third lens in contact with the optical sensor of the imaging optical device using the beam splitter. By arranging, it is characterized in that the reference light is generated.

본 개시에 대하여 위에서 간략하게 요약된 특징들은 후술하는 본 개시의 상세한 설명의 예시적인 양상일 뿐이며, 본 개시의 범위를 제한하는 것은 아니다.The features briefly summarized above with respect to the disclosure are merely exemplary aspects of the detailed description of the disclosure that follows, and do not limit the scope of the disclosure.

본 개시에 따르면, 소형 폼팩터 광학 시스템의 3D 광학 현미경 장치를 제공할 수 있다.According to the present disclosure, a 3D optical microscope device of a small form factor optical system may be provided.

본 개시에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 개시가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.Effects obtainable in the present disclosure are not limited to the effects mentioned above, and other effects not mentioned may be clearly understood by those skilled in the art from the description below. will be.

도 1은 종래의 4-f 전달 광학계를 기반으로 한 광 스캐닝 광학계의 광학 구조 개념을 도시한 것이다.
도 2는 4-f 전달 광학계에서 단일 렌즈의 푸리에 변환 기능을 도시한 것이다.
도 3은 본 개시의 일 실시예에 따른 전달 광학계 구조의 개념도를 도시한 것이다.
도 4는 도 3의 전달 광학계에 적용된 푸리에 변환 광학 구조를 도시한 것이다.
도 5는 본 개시의 다른 실시예에 따른 전달 광학계 구조의 개념도를 도시한 것이다.
도 6는 본 개시의 또 다른 실시예에 따른 전달 광학계 구조의 개념도를 도시한 것이다.
도 7은 도 6의 광학적 개념도를 적용한 광 스캐닝 광학계 구조를 도시한 것이다.
도 8은 4-f 전달 광학계 기반 현미경 이미징 광학계 구조를 도시한 것이다.
도 9는 도 6의 광학적 개념도를 적용한 현미경 이미징 광학계 구조를 도시한 것이다.
도 10은 본 개시의 전달 광학계 구조 기반의 광학 현미경 장치를 도시한 것이다.
도 11은 본 개시의 전달 광학계 구조 기반의 토모그래픽 홀로그램 현미경 광학 장치를 도시한 것이다.1 shows the optical structure concept of a light scanning optical system based on a conventional 4-f transfer optical system.
Figure 2 shows the Fourier transform function of a single lens in a 4-f transmission optical system.
3 illustrates a conceptual diagram of a transmission optical system structure according to an embodiment of the present disclosure.
FIG. 4 illustrates a Fourier transform optical structure applied to the transfer optical system of FIG. 3 .
5 illustrates a conceptual diagram of a transmission optical system structure according to another embodiment of the present disclosure.
6 illustrates a conceptual diagram of a transmission optical system structure according to another embodiment of the present disclosure.
FIG. 7 illustrates a light scanning optical system structure to which the optical conceptual diagram of FIG. 6 is applied.
8 shows a structure of a microscope imaging optical system based on a 4-f transmission optical system.
FIG. 9 shows the structure of a microscope imaging optical system to which the optical conceptual diagram of FIG. 6 is applied.
10 illustrates an optical microscope device based on the transmission optical system structure of the present disclosure.
11 illustrates a tomographic hologram microscope optical device based on the transfer optical system structure of the present disclosure.

이하에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 개시의 실시예에 대하여 본 개시가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나, 본 개시는 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, embodiments of the present disclosure will be described in detail so that those skilled in the art can easily implement the present disclosure. However, this disclosure may be embodied in many different forms and is not limited to the embodiments set forth herein.

본 개시의 실시예를 설명함에 있어서 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 개시의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그에 대한 상세한 설명은 생략한다. 그리고, 도면에서 본 개시에 대한 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.In describing the embodiments of the present disclosure, if it is determined that a detailed description of a known configuration or function may obscure the gist of the present disclosure, a detailed description thereof will be omitted. And, in the drawings, parts irrelevant to the description of the present disclosure are omitted, and similar reference numerals are attached to similar parts.

본 개시에 있어서, 어떤 구성요소가 다른 구성요소와 "연결", "결합" 또는 "접속"되어 있다고 할 때, 이는 직접적인 연결 관계 뿐만 아니라, 그 중간에 또 다른 구성요소가 존재하는 간접적인 연결관계도 포함할 수 있다. 또한 어떤 구성요소가 다른 구성요소를 "포함한다" 또는 "가진다"고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 배제하는 것이 아니라 또 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.In the present disclosure, when a component is said to be "connected", "coupled" or "connected" to another component, this is not only a direct connection relationship, but also an indirect connection relationship where another component exists in the middle. may also be included. In addition, when a component "includes" or "has" another component, this means that it may further include another component without excluding other components unless otherwise stated. .

본 개시에 있어서, 제1, 제2 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용되며, 특별히 언급되지 않는 한 구성요소들 간의 순서 또는 중요도 등을 한정하지 않는다. 따라서, 본 개시의 범위 내에서 일 실시예에서의 제1 구성요소는 다른 실시예에서 제2 구성요소라고 칭할 수도 있고, 마찬가지로 일 실시예에서의 제2 구성요소를 다른 실시예에서 제1 구성요소라고 칭할 수도 있다. In the present disclosure, terms such as first and second are used only for the purpose of distinguishing one element from another, and do not limit the order or importance of elements unless otherwise specified. Accordingly, within the scope of the present disclosure, a first component in one embodiment may be referred to as a second component in another embodiment, and similarly, a second component in one embodiment may be referred to as a first component in another embodiment. can also be called

본 개시에 있어서, 서로 구별되는 구성요소들은 각각의 특징을 명확하게 설명하기 위한 것일 뿐, 구성요소들이 반드시 분리되는 것을 의미하지는 않는다. 즉, 복수의 구성요소가 통합되어 하나의 하드웨어 또는 소프트웨어 단위로 이루어질 수도 있고, 하나의 구성요소가 분산되어 복수의 하드웨어 또는 소프트웨어 단위로 이루어질 수도 있다. 따라서, 별도로 언급하지 않더라도 이와 같이 통합된 또는 분산된 실시예도 본 개시의 범위에 포함된다. In the present disclosure, elements that are distinguished from each other are only for clearly describing each characteristic, and do not necessarily mean that the elements are separated. That is, a plurality of components may be integrated to form a single hardware or software unit, or a single component may be distributed to form a plurality of hardware or software units. Accordingly, even such integrated or distributed embodiments are included in the scope of the present disclosure, even if not mentioned separately.

본 개시에 있어서, 다양한 실시예에서 설명하는 구성요소들이 반드시 필수적인 구성요소들은 의미하는 것은 아니며, 일부는 선택적인 구성요소일 수 있다. 따라서, 일 실시예에서 설명하는 구성요소들의 부분집합으로 구성되는 실시예도 본 개시의 범위에 포함된다. 또한, 다양한 실시예에서 설명하는 구성요소들에 추가적으로 다른 구성요소를 포함하는 실시예도 본 개시의 범위에 포함된다. In the present disclosure, components described in various embodiments do not necessarily mean essential components, and some may be optional components. Accordingly, an embodiment comprising a subset of elements described in one embodiment is also included in the scope of the present disclosure. In addition, embodiments including other components in addition to the components described in various embodiments are also included in the scope of the present disclosure.

본 개시에 있어서, 본 명세서에 사용되는 위치 관계의 표현, 예컨대 상부, 하부, 좌측, 우측 등은 설명의 편의를 위해 기재된 것이고, 본 명세서에 도시된 도면을 역으로 보는 경우에는, 명세서에 기재된 위치 관계는 반대로 해석될 수도 있다.In the present disclosure, expressions of positional relationships used in this specification, such as upper, lower, left, right, etc., are described for convenience of description, and when viewing the drawings shown in this specification in reverse, the positions described in the specification Relationships can also be interpreted in reverse.

본 개시에 있어서, "A 또는 B", "A 및 B 중 적어도 하나", "A 또는 B 중 적어도 하나", "A, B 또는 C", "A, B 및 C 중 적어도 하나", 및 "A, B, 또는 C 중 적어도 하나"와 같은 문구들 각각은 그 문구들 중 해당하는 문구에 함께 나열된 항목들 중 어느 하나, 또는 그들의 모든 가능한 조합을 포함할 수 있다.In the present disclosure, "A or B", "at least one of A and B", "at least one of A or B", "A, B or C", "at least one of A, B and C", and " Each of the phrases such as “at least one of A, B, or C” may include any one of the items listed together in that phrase, or all possible combinations thereof.

3차원 광학 현미경은 다각에서 측정한 시편의 이미지를 하나의 3차원 이미지로 재구성한다. 따라서 다양한 각도에서 시편을 촬영한 이미지를 획득하기 위해 시편에 서로 다른 각도로 광파를 조사하는 광 스캐닝 광학계와 시편을 확대하여 카메라를 통해 촬영하는 이미징 광학계 구성이 중요하다. 광 스캐닝 광학계는 세부적으로 입사된 광을 편향하는 광 스캐너, 광 스캐너의 한정된 편향 각도를 확장하여 시편에 조사하는 튜브 렌즈와 집광 렌즈로 이루어진 전달 광학계로 구성된다.A 3D optical microscope reconstructs the image of a specimen measured from multiple angles into a single 3D image. Therefore, it is important to configure a light scanning optical system that irradiates light waves to the specimen at different angles and an imaging optical system that magnifies the specimen and takes pictures through a camera in order to obtain images of the specimen from various angles. The light scanning optical system consists of an optical scanner that deflects the incident light in detail, a tube lens that expands the limited deflection angle of the optical scanner and irradiates it to the specimen, and a transmission optical system consisting of a condensing lens.

도 1은 종래의 4-f 전달 광학계를 기반으로 한 광 스캐닝 광학계의 광학 구조 개념을 도시한 것이고, 도 2는 4-f 전달 광학계에서 단일 렌즈의 푸리에 변환 기능을 도시한 것이다.1 shows the optical structure concept of a light scanning optical system based on a conventional 4-f transmission optical system, and FIG. 2 shows a Fourier transform function of a single lens in a 4-f transmission optical system.

도 1과 도 2에 도시된 바와 같이, 4-f 전달 광학계를 구성하는 각각의 렌즈는 후면 초점면(output plane)에 입력면(input plane)을 배치하여 전면 초점면으로 푸리에(Fourier) 변환된 광 신호를 출력하는 구조를 기반으로 한다.As shown in FIGS. 1 and 2, each lens constituting the 4-f transfer optical system is Fourier-transformed to the front focal plane by arranging an input plane on the rear focal plane. It is based on a structure that outputs an optical signal.

이때, 4-f 전달 광학계는 도 2에 도시된 바와 같이 푸리에 변환을 거듭 수행하는 구조로 광신호를 출력할 수 있다.At this time, the 4-f transmission optical system may output an optical signal in a structure in which Fourier transform is repeatedly performed as shown in FIG. 2 .

4-f 전달 광학계 기반의 광 스캐닝 광학계는 튜브 렌즈의 후면 초점면에 광 스캐너를 배치하며, 튜브 렌즈(110)로부터 튜브 렌즈(110)와 집광 렌즈(120)의 초점거리 합(f_t1+f_c) 만큼 이격한 거리에 집광 렌즈(120)를 배치한다. 이와 같이 4-f 전달 광학계를 통해 구성되는 전달 광학계의 전체 광로 길이 즉, 광 스캐너(optical scanner)와 시편(specimen) 사이 거리는 2×(f_t1+f_c)이다. 최초 편향없이 입력된 광파는 1차적으로 광 스캐너에 의해 일정 각도 예를 들어, θ_ci 만큼 편향된 후, 전달 광학계의 배율 M_c=f_c/f_t1에 의해 θ_co=θ_ci×(1/M_c)의 각도로 확대되어 출력함으로써 집광 렌즈(120)의 전면 초점면에 배치된 시편에 다양한 각도의 광파가 입사된다.The light scanning optical system based on the 4-f transmission optical system places an optical scanner on the rear focal plane of the tube lens, and the sum of the focal lengths of the tube lens 110 and the condensing lens 120 from the tube lens 110 (f _t1 +f The condensing lens 120 is disposed at a distance separated by _c ). In this way, the total optical path length of the transmission optical system configured through the 4-f transmission optical system, that is, the distance between the optical scanner and the specimen is 2×(f _t1 +f _c ). The light wave input without initial deflection is first deflected by a certain angle, for example, θ _ci by the optical scanner, and then _θ _co = θ _ci _× ( ₁ /M _c ), light waves of various angles are incident on the specimen disposed on the front focal plane of the condensing lens 120 by outputting the magnified image at an angle of c ).

본 개시의 실시예들은, 기존의 4-f 전달 광학계 기능을 보다 짧은 광로에서 수행함으로써, 소형 폼팩터의 광학 현미경을 구현하는 것을 그 요지로 한다.The gist of embodiments of the present disclosure is to implement a small form factor optical microscope by performing the function of a conventional 4-f transmission optical system in a shorter optical path.

도 3은 본 개시의 일 실시예에 따른 전달 광학계 구조의 개념도를 도시한 것이고, 도 4는 도 3의 전달 광학계에 적용된 푸리에 변환 광학 구조를 도시한 것이다.FIG. 3 illustrates a conceptual diagram of a structure of a transfer optical system according to an embodiment of the present disclosure, and FIG. 4 illustrates a Fourier transform optical structure applied to the transfer optical system of FIG. 3 .

도 3과 도 4를 참조하면, 본 개시의 일 실시예에 따른 전달 광학계 구조는 도 1의 4-f 전달 광학계를 구성하는 단일 렌즈가 수행하는 Fourier 변환 기능을 도 4에 도시된 바와 같이 동일 초점거리를 가지는 한 쌍의 렌즈(410, 420)로 대체하여 수행함을 특징으로 한다.3 and 4, the transmission optical system structure according to an embodiment of the present disclosure performs a Fourier transform function performed by a single lens constituting the 4-f transmission optical system of FIG. 1 at the same focus as shown in FIG. It is characterized in that it is performed by replacing with a pair of lenses (410, 420) having a distance.

도 4의 구조에서 입력면은 첫 번째 렌즈(410)의 좌측면에 접하여 위치하며, Fourier 면인 후면 초점면(output plane)은 두 렌즈(410, 420)의 초점 거리(f)만큼 이격된 두 번째 렌즈(420)의 우측면에 접하여 위치한다. 도 3의 구조에서 렌즈 2(320)와 렌즈 3(330)은 물리적으로 이격없이 배치하는 것이 이상적이므로 이를 결합하여 도 5에 도시된 바와 같이 단일 렌즈(520)로 구성이 가능할 수 있으며, 단일 렌즈(520)의 초점거리 f_u는 f_a×f_b/(f_a+f_b)와 같을 수 있다. In the structure of FIG. 4, the input plane is located in contact with the left side of the first lens 410, and the rear focal plane (output plane), which is a Fourier plane, is the second lens 410, 420 spaced apart by the focal distance f. It is located in contact with the right side of the lens 420 . In the structure of FIG. 3, it is ideal that the lens 2 320 and the lens 3 330 are physically disposed without being spaced apart from each other, so that a single lens 520 may be configured as shown in FIG. 5 by combining them, and a single lens The focal length f _u of (520) may be equal to f _a × f _b /(f _a +f _b ).

실시예에 따라, 도 4에 도시된 바와 같이, 전달 광학계 구조는, 두 쌍의 렌즈(310, 320, 330, 340)를 이용하여 두 번의 푸리에 변환을 수행하는 구조를 가질 수 있으며, 동일한 초점 거리(f_a)를 가지는 렌즈 1(310)과 렌즈 2(320)를 한 쌍으로 하여 입력면 1의 광파 또는 광 신호를 푸리에 변환하여 렌즈 2(320)의 후면 초점면(output plane1)으로 출력하고, 동일한 초점 거리(f_b)를 가지는 렌즈 3(330)과 렌즈 4(340)를 한 쌍으로 하여 입력면 2의 광파 또는 광 신호를 푸리에 변환하여 렌즈 4(340)의 후면 초점면(output plane2)으로 출력할 수 있다. 여기서, 도 4의 전달 광학계 구조는, 기존 전달 광학계 구조에서 4-f-의 광로 길이를 f_a+f_b로 줄일 수 있다.According to an embodiment, as shown in FIG. 4 , the transmission optical system structure may have a structure in which Fourier transform is performed twice using two pairs of lenses 310, 320, 330, and 340, and the same focal length. Lens 1 (310) and Lens 2 (320) having (f _a ) are paired to Fourier transform the light wave or optical signal of input plane 1 and output to the rear focal plane (output plane 1) of lens 2 (320) , Lens 3 (330) and Lens 4 (340) having the same focal length (f _b ) are paired, and the light wave or light signal of input plane 2 is Fourier-transformed to obtain the rear focal plane of Lens 4 (340) (output plane 2 ) can be output. Here, the transmission optical system structure of FIG. 4 can reduce the optical path length of 4-f- to f _a +f _b in the existing transmission optical system structure.

실시예에 따라, 도 5에 도시된 바와 같이, 전달 광학계 구조는, 도 3의 렌즈 2와 렌즈 3을 하나의 단일 렌즈로 구성할 수 있다. 즉, 도 5의 전달 광학계 구조는, f_a의 초점 거리를 가지는 렌즈 1(510)의 좌측면이 입력면에 배치되고, 렌즈 1(510)의 초점 거리(f_a)만큼 이격된 위치에 배치되는 렌즈 2(520) 및 렌즈 2(520)로부터 일정 초점 거리(예를 들어, 렌즈 3의 초점 거리)(f_b)만큼 이격된 위치에 배치되는 렌즈 3(530)으로 구성될 수 있다. 여기서, 전달 광학계 구조는 렌즈 1(510)과 렌즈 2(520)에 의해 푸리에 변환되고, 렌즈 2(520)와 렌즈 3(530)에 의해 푸리에 변환되는 것으로, 렌즈 2(520)에 첫번째 푸리에 변환에 대한 푸리에 면 또는 후방 초점면과 두번째 푸리에 변환에 대한 입력면이 같을 수 있다. 그리고, 렌즈 2(520)의 초점거리 f_u는 f_a×f_b/(f_a+f_b)와 같을 수 있다. According to an embodiment, as shown in FIG. 5 , the transmission optical system structure may include lenses 2 and 3 of FIG. 3 as a single lens. That is, in the transmission optical system structure of FIG. 5, the left surface of lens 1 510 having a focal length of f _a is disposed on the input surface, and is disposed at a position spaced apart by the focal length f _a of lens 1 510. It may be composed of a lens 2 520 and a lens 3 530 disposed at a position spaced apart from the lens 2 520 by a predetermined focal distance (eg, the focal length of the lens 3) (f _b ). Here, the transmission optical system structure is Fourier transformed by lens 1 (510) and lens 2 (520) and Fourier transformed by lens 2 (520) and lens 3 (530), and the first Fourier transform is applied to lens 2 (520). The Fourier plane or back focal plane for and the input plane for the second Fourier transform may be the same. Also, the focal length f _u of the lens 2 520 may be equal to f _a ×f _b /(f _a +f _b ).

실시예에 따라, 도 1의 4-f 기반 전달 광학계를 도 3에 도시된 본 개시의 일 실시예에 따른 전달 광학계로 구성하면, 광학계 구성에는 도 1에 이용된 렌즈 각각 한 쌍이 필요하다. 이를 통해 시스템을 구축하면, 도 3의 구조를 통해 출력되는 광파는 도 1의 4-f 기반 전달 광학계와 동일한 배율로 입력된 광파의 편향각을 확대하여 출력하며, 이 경우 도 3의 전달 광학계 전체 광로 길이 즉, 광 스캐너에서 시편 사이 거리는 도 1의 전달 광학계의 절반인 f_t1+f_c이 된다. 이는 도 5에 도시된 전달 광학계 또한 동일한 광로 길이를 가질 수 있다.According to an embodiment, if the 4-f-based transfer optical system of FIG. 1 is configured with the transfer optical system according to an embodiment of the present disclosure shown in FIG. 3, each pair of lenses used in FIG. 1 is required for the optical system configuration. When the system is built through this, the light wave output through the structure of FIG. 3 enlarges the deflection angle of the input light wave at the same magnification as the 4-f-based transfer optical system of FIG. 1 and outputs it. In this case, the entire transfer optical system of FIG. The optical path length, that is, the distance between the specimens in the optical scanner becomes f _t1 +f _c , which is half of the transmission optical system of FIG. This means that the transfer optical system shown in FIG. 5 may also have the same optical path length.

광학적 배율은 전달 광학계를 구성하는 두 렌즈의 초점 거리 비에 의해 결정된다. 통상 현미경의 광 스캐닝 광학계의 경우 광 스캐너의 제한적인 각도 편향 성능에 따라 각도 확대 배율이 수 십에서 수 백 배 정도이다. 집광 렌즈의 초점거리 대비 튜브 렌즈의 초점 거리가 수 십에서 수 백 배 정도로 매우 길다. 따라서, 광 스캐닝 광학계의 전체 광 경로 길이를 결정하는데 튜브 렌즈가 높은 영향을 미치므로 튜브 렌즈에만 도 4에 도시된 푸리에 변환 구조를 적용함으로써, 광 경로를 단축하는 방법이 가능하고, 이에 대한 광학적 개념도는 도 6에 도시된 바와 같다. 도 7은 도 6의 광학적 개념도를 적용한 광 스캐닝 광학계 구조를 도시한 것으로, 도 7에 도시된 바와 같이 튜브 렌즈에만 푸리에 변환 구조를 적용함으로써, 광 경로를 단축할 수 있다.Optical magnification is determined by the focal length ratio of the two lenses constituting the transmission optical system. In the case of an optical scanning optical system of a microscope, the angular magnification is tens to hundreds of times depending on the limited angular deflection performance of the optical scanner. The focal length of a tube lens is tens to hundreds of times longer than the focal length of a condensing lens. Therefore, since the tube lens has a high effect on determining the total optical path length of the light scanning optical system, a method of shortening the optical path is possible by applying the Fourier transform structure shown in FIG. 4 only to the tube lens, and an optical conceptual diagram thereof. is as shown in Figure 6. FIG. 7 shows a light scanning optical system structure to which the optical conceptual diagram of FIG. 6 is applied. As shown in FIG. 7 , by applying a Fourier transform structure only to a tube lens, an optical path can be shortened.

예컨대, 도 6에 도시된 바와 같이, 전달 광학계 구조는, 동일한 초점 거리(f_a)를 가지는 렌즈 1(610)과 렌즈 2(620)를 한 쌍으로 하여 입력면 1의 광파 또는 광 신호를 푸리에 변환하여 렌즈 2(620)의 후면 초점면(output plane1)으로 출력하고, 도 2에 도시된 구조 즉, 초점 거리(f_b)를 가지는 렌즈 3(630)을 입력면 2와 렌즈 3(630)의 후면 초점면(output plane2)의 중간 위치에 배치함으로써, 두 번째 푸리에 변환을 수행할 수 있다. 즉, 도 6의 전달 광학계 구조는, 도 4의 푸리에 변환 구조와 도 2의 푸리에 변환 구조를 결합한 구조이다. 이러한 도 6의 전달 광학계 구조를 도 7과 같은 광 스캐닝 광학적 구조에 적용하게 되면, 튜브 렌즈1(710)의 좌측면이 입력면에 해당하는 광 스캐너(optical scanner)의 출력면에 배치되고, 튜브 렌즈1(710)의 초점 거리(f_t1)만큼 이격된 위치에 동일한 초점 거리를 가지는 튜브 렌즈2(720)를 배치함으로써, 첫번째 푸리에 변환을 수행하고, 집광 렌즈(730)를 튜브 렌즈2(720)로부터 집광 렌즈(730)의 초점 거리(f_c)만큼 이격된 위치에 배치하여 시편(specimen)으로 입력되는 광 신호 또는 광파에 대한 두번째 푸리에 변환을 수행할 수 있다. 도 7의 전달 광학계 구조는, 집광 렌즈(730)의 초점 거리(f_c)가 튜브 렌즈의 초점 거리(f_t1)에 비하여 작기 때문에 광로 길이를 줄일 수 있다.For example, as shown in FIG. 6, the transmission optical system structure is a pair of lens 1 (610) and lens 2 (620) having the same focal length (f _a ), and the light wave or light signal of the input surface 1 is Fourier It is converted and output to the rear focal plane (output plane 1) of lens 2 (620), and the structure shown in FIG. 2, that is, lens 3 (630) having a focal length (f _b ) A second Fourier transform can be performed by arranging at an intermediate position of the back focal plane (output plane2) of . That is, the transmission optical system structure of FIG. 6 is a structure in which the Fourier transform structure of FIG. 4 and the Fourier transform structure of FIG. 2 are combined. When the transmission optical system structure of FIG. 6 is applied to the light scanning optical structure of FIG. 7, the left surface of the tube lens 1 710 is disposed on the output surface of the optical scanner corresponding to the input surface, By disposing the tube lens 2 720 having the same focal length at a position spaced apart by the focal distance f _t1 of the lens 1 710, a first Fourier transform is performed, and the condensing lens 730 is replaced with the tube lens 2 720 ) at a position spaced apart by the focal distance (f _c ) of the condensing lens 730 to perform a second Fourier transform on an optical signal or light wave input to a specimen. In the transmission optical system structure of FIG. 7 , since the focal length f _c of the condensing lens 730 is smaller than the focal length f _t1 of the tube lens, the optical path length can be reduced.

현미경의 이미징 광학계 또한 전달 광학 구조를 기반으로 한다. 따라서, 광 스캐닝 광학계에 적용한 광로 단축을 위한 본 개시의 실시예에 따른 전달 광학계 구조는, 현미경의 이미징 광학계에 동일하게 적용할 수 있다. 현미경의 이미징 광학계는 도 8에 도시된 바와 같이, 시편(specimen)으로부터 전달된 광파를 대물 렌즈(810)의 초점 거리 f_o와 튜브 렌즈(820)의 초점 거리 f_t2에 의해 결정된 배율 M_o=f_t2/f_o 만큼 확대된 이미지를 후면 초점면으로 전달하고, 동 위치에 카메라 센서(image sensor)를 배치하여 촬영하는 구조를 가진다. 이러한 현미경의 이미지 광학계에 본 개시의 실시예에 따른 전달 광학계 구조 예를 들어, 도 6의 전달 광학계 구조를 적용하면 도 9와 같은 현미경의 이미지 광학계 구조를 제공할 수 있다. 도 9에 도시된 바와 같이, 현미경의 이미지 광학계는, 초점 거리 f_t2만큼 이격된 위치에 제1 튜브 렌즈(920)와 제2 튜브 렌즈(930)를 배치함으로써, 도 4와 같은 푸리에 변환 구조를 적용하고, 이를 통해 시편으로부터 카메라 센서까지의 광로를 단축시킬 수 있다. 여기서, 제2 큐브 렌즈(930)는 이미지 센서의 입력면에 인접 배치될 수 있다. 즉, 시편의 광 신호 또는 광파에 대하여 대물 렌즈(910)를 이용하여 첫번째 푸리에 변환하고, 한 쌍의 튜브 렌즈(920, 920)를 통해 두번째 푸리에 변환을 수행함으로써, 시편에서 카메라 센서까지의 광로를 단축시킬 수 있다.The microscope's imaging optics are also based on the transmission optical structure. Therefore, the transmission optical system structure according to the embodiment of the present disclosure for optical path shortening applied to the light scanning optical system can be equally applied to the imaging optical system of the microscope. As shown in FIG. 8, the imaging optical system of the microscope converts the light wave transmitted from the specimen into a magnification M _o = determined by the focal length f _o of the objective lens 810 and the focal length f _t2 of the tube lens 820. It has a structure in which an image enlarged by f _t2 /f _o is transferred to the rear focal plane and a camera sensor is disposed at the same position to take a picture. When the transmission optical system structure according to the embodiment of the present disclosure, for example, the transmission optical system structure of FIG. 6 is applied to the image optical system of the microscope, the image optical system structure of the microscope as shown in FIG. 9 can be provided. As shown in FIG. 9, the image optical system of the microscope has a _Fourier transform structure as shown in FIG. applied, and through this, the light path from the specimen to the camera sensor can be shortened. Here, the second cube lens 930 may be disposed adjacent to the input surface of the image sensor. That is, the first Fourier transform is performed on the optical signal or light wave of the specimen using the objective lens 910, and the second Fourier transform is performed through a pair of tube lenses 920 and 920 to determine the optical path from the specimen to the camera sensor. can be shortened

그리고, 도 10에 도시된 바와 같이, 도 7의 광 스캐닝 광학계 구조와 도 9의 이미징 광학계 구조를 결합함으로써, 현미경 광학계를 구현할 수도 있다. 즉, 본 개시의 실시예에 따른 전달 광학계 구조를 광 스캐너와 시편 사이에 구현하고, 시편과 카메라 센서 사이에 구현함으로써, 광학 현미경 장치를 구현할 수 있다. 물론, 카메라 센서만을 구비하는 광학 현미경 장치에는 도 9와 같은 전달 광학계 구조가 적용될 수 있으며, 3D 광학 현미경 장치와 같이 광 스캐닝 광학계 구조를 포함하는 경우에는 도 10과 같이 각각의 광학계 구조에 본 개시의 실시예들의 전달 광학계 구조를 적용할 수 있다.Also, as shown in FIG. 10 , a microscope optical system may be implemented by combining the light scanning optical system structure of FIG. 7 and the imaging optical system structure of FIG. 9 . That is, an optical microscope device may be implemented by implementing the transmission optical system structure according to an embodiment of the present disclosure between the optical scanner and the specimen and between the specimen and the camera sensor. Of course, the transmission optical system structure as shown in FIG. 9 may be applied to an optical microscope device having only a camera sensor, and in the case of including a light scanning optical system structure, such as a 3D optical microscope device, each optical system structure of the present disclosure as shown in FIG. The transmission optical system structure of the embodiments can be applied.

이때, 광 스캐닝 광학계 구조와 이미징 광학계 구조 각각에 적용되는 전달 광학계 구조는, 도 6의 전달 광학계 구조 뿐만 아니라 도 3의 전달 광학계 구조, 도 5의 전달 광학계 구조도 포함할 수 있다.At this time, the transmission optical system structure applied to each of the light scanning optical system structure and the imaging optical system structure may include not only the transmission optical system structure of FIG. 6 but also the transmission optical system structure of FIG. 3 and the transmission optical system structure of FIG. 5 .

나아가, 본 개시의 실시예에 따른 전달 광학계 구조는 다른 현미경 광학 구조에도 적용할 수 있다. 일례로, 도 11에 도시된 바와 같이, 도 10의 광학계를 토모그래픽 홀로그램 현미경 광학 장치에 적용할 수도 있다. 토모그래픽 홀로그램 현미경 광학 장치는 여러 각(angle) 방향에서 시편의 복소장을 획득하기 위해 다양한 각도로 가간섭성 광원을 조명하는 광 스캐닝 광학계와 간섭을 통해 복소장을 획득하기 위한 간섭계의 구성이 요구된다. 도 10의 광학 현미경 구조와 전반적으로 유사하나, 간섭에 기반하므로 가간섭성 광원이 이용되며, 이를 분기하여 각 갈래의 광학계를 통해 참조파와 신호파를 생성하고, 이는 빔 스플리터(BS)를 통해 이미징 광학계의 이미지 센서(image sensor) 면에서 간섭하여 간섭 패턴을 생성하는 부분이 상이하다.Furthermore, the transmission optical system structure according to the embodiment of the present disclosure can be applied to other microscope optical structures. As an example, as shown in FIG. 11 , the optical system of FIG. 10 may be applied to an optical device for a tomographic hologram microscope. The tomographic holographic microscope optical device requires the configuration of a light scanning optical system that illuminates a coherent light source at various angles to acquire the complex field of a specimen in various angular directions and an interferometer to obtain the complex field through interference. do. It is generally similar to the optical microscope structure of FIG. 10, but since it is based on interference, a coherent light source is used, and by branching it, a reference wave and a signal wave are generated through each branch of the optical system, which is imaged through a beam splitter (BS) The part that creates the interference pattern by interfering with the image sensor surface of the optical system is different.

도 11에 도시된 광학 구조는 1X2 광섬유 커플러를 이용하여 가간섭성 광원을 두 갈래의 분기하여 이를 점 광원(point light source)으로 출력하는 광학 구조를 가정한 것으로, 이 때, 이미지 센서에 입사되는 참조파는 점 광원 형태이나 튜브 렌즈 2-2에 의해 평면파로 시준 될 수 있도록 튜브 렌즈 2-2의 후면 초점에 점 광원을 배치하는 구조를 가질 수 있다. 이때, 점 광원은, 빔 스플리터에 의해 반사된 광을 고려하여 배치될 수 있다. The optical structure shown in FIG. 11 assumes an optical structure in which a coherent light source is branched into two branches using a 1X2 optical fiber coupler and output as a point light source. At this time, the light incident on the image sensor The reference wave may be in the form of a point light source, but may have a structure in which a point light source is disposed at a rear focal point of the tube lens 2-2 so that it can be collimated into a plane wave by the tube lens 2-2. In this case, the point light source may be disposed in consideration of light reflected by the beam splitter.

마찬가지로, 토모그래픽 홀로그램 현미경 광학 장치에 적용되는 전달 광학계 구조는, 도 6의 전달 광학계 구조 뿐만 아니라 도 3의 전달 광학계 구조, 도 5의 전달 광학계 구조도 포함할 수 있다.Similarly, the transmission optical system structure applied to the tomographic holographic microscope optical device may include not only the transmission optical system structure of FIG. 6 but also the transmission optical system structure of FIG. 3 and the transmission optical system structure of FIG. 5 .

통상의 3D 광학 현미경의 광학계는 4-f 전달 광학계에 기반한 광학 구성을 가지므로 광학계 광 경로가 전달 광학계 배율에 비례하게 길어져 긴 광 경로를 가지고, 이로 인하여 장비가 비대하다. 이에 따라 현미경 장치의 이동성이 저하돼 긴요하게 활용이 필요한 현장에서의 이용이 제한된다. 예를 들어, 광학 현미경은 비침습적 특성을 가지므로 생물 의학 응용 분야에서 주요하게 사용되는 장치이나, 기존의 광학 현미경은 장비의 비대한 부피로 인하여 휴대성에 제약이 있어 긴요하게 활용이 필요한 현장에 이용이 제한되는 반면, 본 개시의 실시예들에 따른 전달 광학계 구조는, 광로 길이를 줄여 비교적 소형 폼팩터의 광학 현미경 구현을 가능하게 하므로 조기에 정확한 진단을 요하는 현장에서 활용 가능한 휴대성 있는 의료 도구 및 기기 구현에 유효하다. Since the optical system of a conventional 3D optical microscope has an optical configuration based on a 4-f transmission optical system, the optical system has a long optical path in proportion to the magnification of the transmission optical system, and thus the equipment is bulky. As a result, the mobility of the microscope device is reduced, limiting its use in the field where it is critically needed. For example, an optical microscope is a device that is mainly used in biomedical applications because it has non-invasive characteristics, but conventional optical microscopes have limitations in portability due to their large volume, so they are used in the field where they are critically needed. While this is limited, the delivery optical system structure according to the embodiments of the present disclosure enables the implementation of a relatively small form factor optical microscope by reducing the optical path length, so it is a portable medical tool that can be used in the field requiring early and accurate diagnosis, and Valid for device implementations.

또한, 본 개시의 실시예에 따른 전달 광학계 구조는, 광학 현미경 장치, 3D 광학 현미경 장치, 토모그래픽 홀로그램 현미경 광학 장치 등과 같이 전달 광학계 구조가 사용될 수 있는 모든 분야와 제품에 적용되어, 전달 광학계 구조에 의한 광로 길이를 줄임으로써, 제품을 소형화시키기 용이하고, 따라서 제품의 휴대성 기능을 향상시킬 수 있다.In addition, the transmission optical system structure according to an embodiment of the present disclosure is applied to all fields and products in which the transmission optical system structure can be used, such as an optical microscope device, a 3D optical microscope device, a tomographic hologram microscope optical device, etc. By reducing the optical path length of the product, it is easy to miniaturize the product, and thus the portability function of the product can be improved.

본 개시의 다양한 실시예는 모든 가능한 조합을 나열한 것이 아니고 본 개시의 대표적인 양상을 설명하기 위한 것이며, 다양한 실시예에서 설명하는 사항들은 독립적으로 적용되거나 또는 둘 이상의 조합으로 적용될 수도 있다.Various embodiments of the present disclosure are intended to explain representative aspects of the present disclosure, rather than listing all possible combinations, and matters described in various embodiments may be applied independently or in combination of two or more.

Claims

a first lens disposed with a left surface in contact with the input surface; and
A second lens disposed at a position spaced apart by the focal length of the first lens and having the first output surface in contact with the right side
including,
The first lens and the second lens,
have the same focal length,
Fourier transforming the optical signal incident on the input surface and outputting it to the output surface;
transmission optics device.

According to claim 1,
a third lens disposed with a left surface in contact with the first output surface; and
A fourth lens disposed at a position spaced apart by the focal length of the third lens and having the second output surface in contact with the right side
Including more,
The third lens and the fourth lens,
have the same focal length,
A transmission optical system device for performing Fourier transform on an optical signal incident on the third lens and outputting the signal to the second output surface.

According to claim 2,
The magnification M, which transmits the light wave of the input surface of the first lens to the second output surface of the fourth lens,
Determined by f _b /f _a set by the focal length f _a of the third lens or the fourth lens relative to the focal length f _a of the first lens or the second lens.

According to claim 3,
A fifth lens replacing the second lens and the third lens, disposed at the location of the second lens, and having a focal length of f _a ×f _b /(f _a +f _b )
Including, transmission optical system device.

According to claim 1,
A sixth lens having a focal length f ₆
Including more,
The sixth lens,
A front focal plane is located on a rear output plane in contact with the right side of the second lens, and the optical signal is Fourier-transformed and output to the rear focal plane.

According to claim 5,
The magnification M, which transmits the light wave of the input surface of the first lens to the rear focal plane of the sixth lens,
Determined by f ₆ / _f _a set by the focal length f ₆ of the sixth lens compared to the focal length f a of the first lens.

According to claim 1,
A seventh lens having a focal length f ₇
Including more,
The seventh lens,
A front focal plane is located on the second input plane, and a rear focal plane is located on the left side of the first lens to Fourier transform an optical signal on the input plane and output the optical signal.

According to claim 7,
Magnification M for transmitting the light wave of the second input surface to the first output surface of the second lens,
Determined by f _a /f ₇ set by the focal length f _a of the first lens versus the focal length f ₇ of the seventh lens, the transmission optical system device.

According to claim 2,
The input surface is
Corresponding to the beam deflection surface of an optical scanner, a transmission optical system device.

According to claim 4,
The input surface is
Corresponding to the beam deflection surface of an optical scanner, a transmission optical system device.

According to claim 5,
The input surface is
Corresponding to the beam deflection surface of an optical scanner, a transmission optical system device.

According to claim 7,
The second input surface,
Corresponding to the beam deflection surface of an optical scanner, a transmission optical system device.

According to claim 2,
The second output surface,
Corresponding to the input surface of the image sensor, transmission optical system device.

According to claim 4,
The second output surface,
Corresponding to the input surface of the image sensor, transmission optical system device.

According to claim 5,
The rear focal plane of the sixth lens,
Corresponding to the input surface of the image sensor, transmission optical system device.

According to claim 7,
The first output surface,
Corresponding to the input surface of the image sensor, transmission optical system device.

An image sensor for sensing an image of a specimen; and
transfer optics device
including,
The transmission optical system device,
a first lens in which the specimen is positioned on the front focal plane and outputs the Fourier transform signal to the rear focal plane;
a second lens disposed in contact with a first output plane corresponding to the rear focal plane; and
A third lens disposed at a position spaced apart by the focal length of the second lens and having the second output surface in contact with the right side
including,
The second lens and the third lens,
have the same focal length,
An optical microscope device for performing a Fourier transform on an optical signal incident on the second lens and outputting the signal to the second output surface.

According to claim 17,
The transmission optical system device,
a fourth lens disposed to replace the first lens and having a left surface in contact with an input surface where the specimen is located; and
A fifth lens disposed at a position spaced apart by the focal length of the fourth lens and having the first output surface in contact with the right side.
Including, an optical microscope device.

According to claim 18,
The transmission optical system device,
It replaces the fifth lens and the second lens and is disposed at the position of the fifth lens, and when the focal length of the second lens is f _a and the focal length of the fifth lens is f _b , the focal length is A sixth lens with f _a ×f _b /(f _a +f _b )
Including, an optical microscope device.

a beam splitter that splits an optical signal of a point light source; and
transfer optics device
including,
The transmission optical system device,
A first lens having a specimen positioned on the front focal plane and outputting a Fourier-transformed optical signal to the rear focal plane;
a second lens disposed in contact with a first output plane corresponding to the rear focal plane; and
A third lens disposed at a position spaced apart by the focal length of the second lens and having the second output surface in contact with the right side
including,
The second lens and the third lens,
have the same focal length,
Fourier transforming an optical signal incident on the second lens and outputting the signal to the second output surface;
wherein a reference light is generated by arranging an optical signal of the point light source on a front focal plane of the third lens in contact with an optical sensor of the imaging optical device using the beam splitter.