KR20230145828A - 방수갈바노미터 광음향 현미경 - Google Patents

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KR20230145828A
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laser beam
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galvanometer
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김지현
전만식
한상엽
이재율
성대운
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경북대학교 산학협력단
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Abstract

본 발명의 일실시예의 방수갈바노미터 현미경은 제어부; 레이저 빔(laser beam)을 방사하는 레이저 발생기와 적어도 하나의 랜즈를 포함하는 광학계; 상기 광학계로부터의 레이저 빔이 통과하는 초점선택 랜즈유닛과, 초점변경을 위해 상기 초점선택 랜즈유닛을 이동시키는 이동유닛을 포함하여, 상기 레이저 빔의 상기 초점선택 랜즈유닛 상의 조사 위치를 검사 진행중 변경할 수 있는 초점선택 변경부; 상기 초점선택 변경부를 통과한 레이저 빔의 방향을 제어하는 광음향 가이드부; 상기 광음향 가이드부로부터의 레이저 빔을 반사시켜 검사대상물로 조사하되, 상기 초점선택 랜즈유닛 상의 조사 위치가 변경되는 경우 상기 검사대상물에 대한 초점이 변경된 레이저 빔을 상기 검사대상물로 조사하는 방수갈바노미터 스캐너; 및 레이저 빔의 조사에 따른 광열효과(photothermal effect)에 의해 상기 검사대상물로부터 발생된 음파를 증폭한 후 상기 제어부로 음파신호를 출력하는 신호변환부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

방수갈바노미터 광음향 현미경{waterproof galvanometer photoacoustic microscope}
본 발명은 방수갈바노미터 광음향 현미경에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 검사중 신속한 초점변경이 가능한 방수갈바노미터 광음향 현미경에 관한 것이다.
광음향 현미경 시스템은 레이저 빔(laser beam)을 검사하고자 하는 대상물의 부위에 조사한 후 레이저 빔이 대상물에 흡수되는 양에 따라 발생되는 초음파를 측정하여 대상물의 원하는 부위에 대한 3차원 영상을 획득하는 시스템이다.
광음향 현미경 시스템에서는 조영제 없이 비침습적으로 생체 내의 혈관이나 조직 등을 빛의 흡수도에 따라 이미징 할 수 있다. 광음향 현미경 시스템은 분해능(Optical-Resolution)에 따라 일정한 초점심도(Depth-of-focus)를 갖게 된다. 광음향 현미경 시스템으로 대상물을 이미징시에 대상물의 원하는 깊이에 초점조절을 한다. 이때, 원하는 깊이에 초점이 형성되도록 조절할 수 있기 위해서는 그 깊이까지 초점심도를 확장할 수 있어야 한다. 즉 그 깊이까지 초점형성이 가능하도록 시스템이 조정될 수 있어야 한다.
일반적으로 2축 방수갈바노미터 프로브를 사용하여 구현한 광음향 현미경(방수갈바노미터 광음향 현미경)은 고해상도 및 넓은 스캐닝 면적을 구현할 수 있다. 방수갈바노미터 광음향 현미경의 경우 통상적으로 레이저 빔을 콜리메이션하는 광학계와 이로부터 출력된 레이저를 가이드하고 갈바노미터 프로브로 대상물(샘플)에 조사하는 구성이 채택되고 있다.
초점심도를 확장하기 위해서는 샘플의 위치를 움직이거나 랜즈가 포함되는 광학계를 이동시켜 포커싱 위치를 변경해야 했다. 그러나 이러한 초점심도 확장 방법은 그 수행에 시간이 상당히 소요되는 문제점이 있다. 또한, 샘플이 생체인 경우 검사중에 이러한 포커싱 조절을 위해 상당시간을 대기하거나, 움직여야 하는 등 불편한 점이 많았다.
이와 같이, 가파르게 성장하고 있는 기술인 광음향 현미경에서 기존의 광학계를 고정하여 사용함에 있어서, 검사대상에 대한 포커싱 위치나 초점심도의 변경의 방법이 매우 수동적이고, 시간적 측면에서 비효율적인 문제점을 개선하는 대책이 요구된다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 광음향 현미경에서 초점심도를 확장시에 불편함과 시간소요를 감소시키는 방수갈바노미터 광음향 현미경을 제공하는 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 검사 진행중에 신속하고 편리하게 초점변경을 할 수 있는 방수갈바노미터 광음향 현미경을 제공하는 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 다중 초점을 선택 및 변경할 수 있어서 초점심도가 확장된 방수갈바노미터 광음향 현미경을 제공하는 것이다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 일실시예는 방수갈바노미터 광음향 현미경을 제공한다. 방수갈바노미터 현미경은 제어신호를 생성하는 제어부; 상기 제어신호에 따라 레이저 빔(laser beam)을 방사하는 레이저 발생기와 발생된 레이저 빔을 콜리메이션(collimation)하는 적어도 하나의 랜즈를 포함하는 광학계; 상기 광학계로부터의 레이저 빔이 통과하는 초점선택 랜즈유닛과, 초점변경을 위해 상기 초점선택 랜즈유닛을 이동시키는 이동유닛을 포함하여, 상기 레이저 빔의 상기 초점선택 랜즈유닛 상의 조사 위치를 검사 진행중 변경할 수 있는 초점선택 변경부; 상기 초점선택 변경부를 통과한 레이저 빔의 방향을 제어하는 광음향 가이드부; 상기 광음향 가이드부에 의해 가이드된 레이저 빔을 반사시켜 검사대상물로 조사하되, 상기 초점선택 랜즈유닛 상의 조사 위치가 변경되는 경우 상기 검사대상물에 대한 초점이 변경된 레이저 빔을 상기 검사대상물로 조사하는 방수갈바노미터 스캐너; 및 레이저 빔의 조사에 따른 광열효과(photothermal effect)에 의해 상기 검사대상물로부터 발생된 음파가 상기 방수갈바노미터 스캐너에서 반사되고 상기 광음향 가이드부를 통과하며, 상기 광음향 가이드부를 통과한 상기 음파를 증폭한 후 상기 제어부로 음파신호를 출력하는 신호변환부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 초점선택 랜즈유닛은 상기 이동유닛에 배열되는 서로 초점이 다른 복수의 랜즈를 포함하고, 상기 이동유닛은 직선운동 또는 회전운동을 하여 상기 복수의 랜즈 중 초점변경을 위해 선택된 랜즈를 상기 레이저 빔에 정렬시키는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 초점선택 랜즈유닛은 상기 레이저 빔이 조사되는 고리형상의 경사면을 가지는 도넛형 랜즈를 포함하며, 상기 이동유닛은 상기 초점선택 랜즈유닛을 홀딩하고 회전운동을 하여 상기 초점을 변경시킨다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 초점선택 랜즈유닛은 상기 이동유닛에 홀딩되며 상기 레이저가 입사되는 경사면을 가지는 삼각프리즘 랜즈를 포함하고, 상기 이동유닛은 직선운동을 하여 상기 레이저가 조사되는 상기 삼각프리즘 랜즈의 경사면 상의 위치를 변경시킴으로써, 상기 초점을 변경시킨다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 이동유닛은 상기 경사면에 대한 상기 레이저 빔의 입사각이 변경되도록 회전되어 상기 초점을 변경시키거나, 상기 초점의 방향을 변경시킨다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 이동유닛은, 상기 초점선택 랜즈유닛이 안착되는 랜즈 홀더; 및 상기 랜즈 홀더를 상기 레이저 빔이 조사되는 Z축 방향상에서 이동시켜 상기 초점을 변경시키는 Z축 이동스테이지;를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 제어부는, 상기 제어신호로서, 상기 레이저 발생기, 상기 초점선택 변경부 및 상기 방수갈바노미터 스캐너에 대한 동기신호를 생성하는 데이터 수집기(data acquisition); 및 상기 신호변환부로부터 전달된 음파신호를 기반으로 상기 검사대상물의 영상을 생성하는 디지타이저(digitizer);를 포함하고, 상기 동기신호에 따라 제1 모드에서 상기 초점선택 변경부는 정지상태, 상기 방수갈바노미터 스캐너는 스캔상태, 상기 디지타이저는 이미지 생성을 위한 데이터 처리 상태가 되고, 상기 동기신호에 따라 상기 제1 모드에 연속하여 제2 모드에서 상기 초점선택 변경부는 초점변경을 위한 이동상태, 상기 방수갈바노미터 스캐너는 스캔 정지상태, 상기 디지타이저는 정지상태로 제어되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 제어부는, 복수의 상기 제1 모드 및 상기 제2 모드를 수행하여 서로 다른 복수의 초점에서 음파신호를 획득한 이후, 이를 기초로 일괄적으로 상기 검사대상물의 영상을 생성할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 방수갈바노미터 광음향 현미경에서 초점심도를 확장시에 불편함과 시간소요를 감소시키는 방수갈바노미터 광음향 현미경을 제공할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 검사 진행중에 신속하고 편리하게 초점선택 변경부를 제어함으로써 초점을 변경할 수 있고, 그 결과 초점심도를 편리하게 확장시킬 수 있는 방수갈바노미터 광음향 현미경을 제공할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면 검사 진행중 신속하고 편리하게 초점선택 변경부를 제어함으로써 여러 초점을 선택하여 동기화하여 데이터를 획득한 이후에 전체적으로 한꺼번에 영상을 생성할 수 있어서 In vivo 실험시에 마취 시간이나 동물이나 사람과 같은 검사대상의 컨디션에 미치는 영향을 줄일 수 있는 방수갈바노미터 광음향 현미경을 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 방수갈바노미터 광음향 현미경을 나타내는 도면이다.
도 2는 방수갈바노미터 광음향 현미경의 초점선택 변경부의 제1 실시예를 나타내는 도면이다.
도 3은 방수갈바노미터 광음향 현미경의 초점선택 변경부의 제2 실시예를 나타내는 도면이다.
도 4는 방수갈바노미터 광음향 현미경의 초점선택 변경부의 제3 실시예를 나타내는 도면이다.
도 5는 방수갈바노미터 광음향 현미경의 초점선택 변경부의 제4 실시예를 나타내는 도면이다.
도 6은 방수갈바노미터 광음향 현미경의 초점선택 변경부의 제5 실시예를 나타내는 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 방수갈바노미터 광음향 현미경의 동작시퀀스를 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 방수갈바노미터 광음향 현미경의 향상된 초점심도를 설명하기 위한 도면이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 방수갈바노미터 광음향 현미경을 나타내는 도면이다.
본 실시예의 방수갈바노미터 광음향 현미경(이하, “광음향 현미경”으로 칭함)은 생체 조직에 대해 마이크로미터 해상도와 높은 대조도로 조직 구조를 볼 수 있는 광음향 현미경 시스템에 적용될 수 있다. 광음향 현미경은 검사대상에 대한 검사 진행중 초점변경을 편리하고 신속하게 할 수 있다. 따라서, 별도의 다른 부분의 번거러운 조정이나 시간소요가 필요 없이 신속하게 초점을 변경해 가면서 복수의 위치를 촬영 내지 검사하고, 이들 복수의 위치로부터 획득된 데이터를 일괄적으로 사용하여 영상을 생성할 수 있다. 따라서, 검사대상에 대한 촬영시간이 단축되고, 고품질의 영상을 신속히 획득할 수 있다.
광음향 현미경은 제어부(100), 광학계(200), 초점선택 변경부(300), 광음향 가이드부(400), 방수갈바노미터 스캐너(500) 및 신호변환부(600)를 포함할 수 있다.
제어부(100)는 광음향 현미경의 각 부분을 제어하는 제어신호를 출력하고, 신호변환부(600)로부터 전달된 음파신호를 사용하여 검사대상의 영상을 생성할 수 있다.
광학계(200)는 제어신호에 따라 레이저 빔을 방사하는 레이저 발생기(210)와 발생된 레이저 빔이 통과하는 적어도 하나의 랜즈를 포함하는 광학계(200)를 포함할 수 있다.
레이저 발생기(210)는 검사대상과 검사목적에 따라 선택된 레이저 빔을 생성할 수 있다. 예를 들어, 레이저는 Q-switched Nd:YAG 레이저(532nm, 1064nm), dye 레이저(500nm~650nm), Ti: Sapphire 레이저(700nm~900nm) 등의 펄스 레이저일 수 있으며, 이에 한정되는 것은 아니다.
광학계(200)는 레이저 발생기(210)로부터 방사된 레이저 빔을 콜리메이션(collimation)하여 후술하는 초점선택 변경부(300)로 조사할 수 있다. 광학계(200)는 하나 이상의 랜즈를 포함할 수 있다. 도 1에서 광학계(200)는 레이저 발생기(210)로부터 방사된 레이저 빔을 핀홀(230)로 모아주는 전방 랜즈(220) 및 핀홀(230)을 통과한 레이저 빔의 경로를 조정하는 후방 랜즈(240)를 포함할 수 있다.
초점선택 변경부(300)는 제어부(100)로부터의 제어신호에 따라 현재의 검사대상물(3)에 대한 초점을 유지하거나, 변경할 수 있다. 이를 위해 초점선택 변경부(300)는 초점선택 랜즈유닛(310) 및 이동유닛(320)을 포함할 수 있다.
광학계(200)로부터 출사된 레이저 빔이 초점선택 랜즈유닛(310)을 통과하며, 초점선택 랜즈유닛(310)의 레이저 조사 위치에 따라 초점이 변경될 수 있다. 이동유닛(320)은 초점선택 랜즈유닛(310)을 초점변경을 위해 이동시킬 수 있는 기구를 포함할 수 있다. 예를 들어, 이동유닛(320)은 제어신호에 따라 구동되는 엑츄에이터에 의해 직선운동 및 회전운동 중 적어도 하나를 수행하며 초점선택 랜즈유닛(310)의 레이저 조사 위치가 변경될 수 있다. 이에 따라 촬영대상물 내지 검사대상물(3)에 대한 초점이 검사 진행중 변경될 수 있다.
즉, 초점변경을 위해 광학계(200)나 검사대상물(3)을 이동시키거나 조절함으로 인해 시간이 많이 소요되고 번거로움을 유발하지 않고, 초점선택 변경부(300)를 검사 진행중이라도 신속히 조정함으로써 1회의 검사중에도 신속하게 초점을 여러 차례 변경해 가면서 여러 위치를 촬영할 수 있다.
광음향 가이드부(400)는 초점선택 변경부(300)를 통과한 레이저 빔의 방향을 제어하여 후술될 방수갈바노미터 스캐너(500)측으로 조사한다. 광음향 가이드부(400)는 코렉션 랜즈(410: correction lens), 음향필름(420: acoustic film), 음향랜즈(430: acoustic lens)를 포함할 수 있다.
방수갈바노미터 스캐너(500)(waterproof galvanometer scanner)는 하우징(510), 유체, 스캐닝부(520), 음향맴브레인(530)(acoustic membrane)을 포함할 수 있다.
광음향 가이드부(400)가 유체를 수용하고 있는 하우징(510)의 일측에 통하도록 설치되고 광음향 가이드부(400)로부터 출사되는 레이저 빔이 스캐닝부(520)에 조사될 수 있다. 스캐닝부(520)는 소정의 각도로 움직일 수 있으며, 레이저 빔을 하측의 음향맴브레인(530)을 향해 조사한다. 음향맴브레인(530)에는 검사대상물(3)이 위치하고 있다. 검사대상물, 예를 들어 생체조직에 레이저 빔이 조사되어 광열효과(photothermal effect)에 의해 생체조직으로부터 음파(예: 초음파)가 발생한다. 발생된 음파는 스캐닝부(520)에서 반사되어 광음향 가이드부(400)를 통과하여 신호변환부(600)로 입력될 수 있다.
신호변환부(600)는 초음파 트랜스듀서(610) 및 증폭기(620)를 포함할 수 있다. 초음파 트랜스듀서(610)에서 음파가 전기신호(음파신호)로 변환되고 증폭기(620)를 거쳐서 제어부(100)로 제공될 수 있다.
제어부(100)는 데이터 획득부(110)(data acquisition board) 및 디지타이저(120)(digitizer)를 포함할 수 있다.
데이터 획득부(110)는 레이저 발생기(210), 초점선택 변경부(300) 및 방수갈바노미터 스캐너 드라이버(540)를 제어하는 제어신호로서 동기신호를 생성할 수 있다.
디지타이저(120)는 신호변환부(600)로부터 전달되는 증폭된 음파신호를 수신하며 이를 디지털 신호로 변환하고 처리하여 검사대상물의 영상을 생성할 수 있다.
제어부(100)는 전술한 바와 같이, 검사중에 복수 회 초점을 실시간으로 변경하여 촬영하고, 이 복수의 초점에 대한 데이터에 기초하여 검사대상물의 영상을 생성할 수 있다.
이하, 초점선택 변경부(300)에 대해 더 상세히 설명한다.
도 2는 방수갈바노미터 광음향 현미경의 초점선택 변경부(300)의 제1 실시예를 나타내는 도면이다.
도 2에 제지된 예에서, 초점선택 변경부(300)는 랜즈유닛(310) 및 이동유닛(320)을 포함한다.
랜즈유닛(310)은 이동유닛(320)에 배열되는 서로 초점이 다른 복수의 랜즈를 포함한다. 이동유닛(320)은 복수의 랜즈를 홀딩하고 제어부(100)에 의해 통제되는 엑츄에이터에 의해 직선운동될 수 있다. 복수의 랜즈는 서로 초점이 다른 랜즈로서 맞춤제작될 수 있다. 도 2에서는 일 예로 제1 내지 제5 랜즈(311, 312, 313, 314, 315)가 일렬로 이동유닛(320)에 홀딩되어 있다.
제1 초점을 위한 제1 랜즈(311)로 촬영 진행 중에, 제어부(100)로부터 초점변경을 위한 제어신호가 수신되면, 이동유닛(320)이 이동되어 제2 초점을 위한 제2 랜즈(312)가 레이저 빔(211)을 받도록 정렬될 수 있다. 이에 따라, 방수갈바노미터 스캐너(500)의 스캐닝부(520)로부터 검사대상물(3)로 조사되는 레이저 빔의 초점이 제1 초점으로부터 제2 초점으로 변경될 수 있다.
이와 같은 초점변경 동작은 스캐닝부(520)의 스캐닝이 일시 정지되고, 이동유닛(320)이 신속히 이동되어 다른 초점을 가지는 랜즈가 얼라인된 후 다시 스캐닝부(520)가 검사대상물을 향해 레이저 빔을 스캐닝할 수 있다. 이와 같이 제3 초점, 제4 초점 및 제5 초점을 위해 각각 제3 랜즈(313), 제4 랜즈(314) 및 제5 랜즈(315)로 순차로 또는 건너 띄는 등의 방법으로 초점이 검사 과정 중 내지 검사 진행 중에 간편하게 신속히 변경될 수 있다. 따라서, 광음향 현미경의 검사대상물에 대한 초점이 변경될 수 있는 폭, 즉 초점심도(DOF)가 확장된다.
따라서, 초점변경을 위해 검사대상물을 이동시켜 스캐닝부(520)와의 거리를 변경하거나, 광학계(200)의 위치를 조정하는 등의 작업으로 인해 시간이 많이 걸리고 검사대상물에 불편을 초래하는 종래의 방수갈바노미터 광음향 현미경의 문제점을 해소할 수 있다.
도 3은 방수갈바노미터 광음향 현미경의 초점선택 변경부(300)의 제2 실시예를 나타내는 도면이다.
도 3에 제시된 예에서, 초점선택 변경부(300)는 랜즈유닛(310) 및 이동유닛(320)을 포함한다. 랜즈유닛(310)은 이동유닛(320)에 원형으로 배열되는 서로 초점이 다른 복수의 랜즈(311, 312, 313, 314, 315)를 포함한다. 복수의 랜즈는 서로 초점이 다른 랜즈로서 맞춤제작될 수 있다. 이동유닛(320)은 복수의 랜즈를 홀딩하고 제어부(100)에 의해 통제되는 엑쥬에이터에 의해 회전운동될 수 있다.
도 3에서는 일 예로 다섯개의 랜즈(311, 312, 313, 314, 315)가 원형으로 이동유닛(320)에 홀딩되어 있다. 따라서 공간적으로 콤팩트하게 설치가 가능하여 유리한 점이 있다. 제1 초점을 위한 제1 랜즈로 촬영 진행 중에, 제어부(100)로부터 초점변경을 위한 제어신호가 수신되면, 이동유닛(320)이 회전되어 제2 초점을 위한 제2 랜즈가 레이저 빔을 받도록 정렬될 수 있다. 이에 따라, 방수갈바노미터 스캐너(500)의 스캐닝부(520)로부터 검사대상물로 조사되는 레이저 빔의 초점이 제1 초점으로부터 제2 초점으로 변경될 수 있다.
이와 같은 초점변경 동작에 있어서, 스캐닝부(520)의 스캐닝이 일시 정지되고, 이동유닛(320)이 신속히 회전되어 다른 초점을 가지는 랜즈가 레이저 빔 위치에 얼라인된 후 레이저 빔이 다시 방사되고 다시 스캐닝부(520)가 검사대상물을 향해 레이저 빔을 스캐닝할 수 있다. 이와 같이 복수의 랜즈를 순차로 또는 건너 띄거나, 시계방향 또는 반시계 방향 회전등의 방법으로 초점이 검사 과정 중에 변경될 수 있다.
도 4는 방수갈바노미터 광음향 현미경의 초점선택 변경부(300)의 제3 실시예를 나타내는 도면이다.
도 4에 제시된 예에서, 초점선택 변경부(300)는 랜즈유닛(310) 및 이동유닛(320)을 포함한다.
랜즈유닛(310)은 레이저 빔이 조사되는 고리형상의 경사면을 가지는 도넛형 랜즈(316) 및 정렬 랜즈(317)를 포함할 수 있다. 고리형상의 경사면(3161)으로 인해 도넛형 랜즈(316)는 위치에 따라 두께가 달라진다. 장치의 특성과 요구되는 초점심도에 맞춤으로 도넛형 랜즈(316)가 제작될 수 있다.
이동유닛(320)은 회전운동을 하며, 이에 따라 도넛형 랜즈(316)가 회전된다. 레이저 빔(211)이 통과하는 정렬 랜즈(317)는 고정되어 있으므로, 레이저 빔이 조사되는 고리형상의 경사면(3161) 상의 위치가 변경된다. 이에 따라 스캐닝부(520)로부터 검사대상에 조사되는 레이저 빔의 초점이 변경될 수 있다.
경사면(3161)의 경사각이 일정하여 경사면이 기울어진 평탄한 면일 수 있다. 또는, 경사면(3161)은 곡면으로 이루어져서 경사각이 위치마다 다를 수도 있다. 이동유닛(320)의 현재의 회전된 위치를 감지하는 센서가 이동유닛(320)에 구비될 수 있다. 제어부(100)는 현재의 위치와 경사각을 사용하여 변경될 초점이 달성되도록 이동유닛(320)의 회전각을 산출하고, 이동유닛(320)의 회전을 제어할 수 있다.
도 5는 방수갈바노미터 광음향 현미경의 초점선택 변경부(300)의 제4 실시예를 나타내는 도면이다.
도 5에 제시된 예에서, 랜즈유닛(310)은 이동유닛(320)에 배치되며 레이저 빔이 입사되는 경사면(3181)을 가지는 삼각프리즘 랜즈(318) 및 레이저 빔이 통과되는 정렬 랜즈(319)를 포함할 수 있다. 장치의 특성과 구현할 초점심도에 따라 삼각프리즘 랜즈(318)의 사이즈 및 경사면(3181)의 경사각이 맞춤되어 제작될 수 있다. 삼각프리즘 랜즈(318)를 사용함으로써, 후술되는 바와 같이, 초점이 연속적으로 변경될 수 있고, 다수의 랜즈를 사용할 필요가 없어서 맞춤제작의 비용도 절감될 수 있다.
이동유닛(320)은 도 5(a)에 도시된 바와 같이, 직선운동을 하여 삼각프리즘 랜즈(318)의 경사면(3181) 상의 레이저 빔의 조사 위치를 변경시킬 수 있다. 이에 따라 스캐닝부(520)로부터 검사대상에 조사되는 레이저 빔의 초점이 변경될 수 있다.
즉, 이동유닛(320)이 전진 및 후진함에 따라 레이저 빔이 통과하는 삼각프리즘 랜즈(318)의 두께가 달라지고, 이로 인해 검사대상물(3)에 대해 스캐닝부(520)로부터 조사되는 레이저 빔의 초점이 연속적으로 변경될 수 있다. 이동유닛(320)의 직선상의 위치를 감지하는 센서에 의해 현재위치가 제어부(100)에 의해 파악될 수 있다. 제어부(100)는 현재 위치에서 삼각프리즘 랜즈(318)의 두께를 미리 입력된 정보로부터 확인할 수 있다. 이에 따라 전진 및 후진의 거리를 연산하고 이동유닛(320)을 제어하여 원하는 초점이 달성되도록 제어할 수 있다.
한편, 이동유닛(320)은 도 5(b)에 도시된 바와 같이, 모터 등의 수단으로 경사면에 대한 레이저 빔 입사각이 변경되도록 회전될 수 있다. 경사면(3181)에 대한 레이저 빔(211)의 입사각이 변경됨에 따라 레이저 빔이 삼각프리즘 랜즈(318)를 통과하는 거리가 변경될 수 있고, 그 결과, 스캐닝부(520)에서 검사대상으로 조사되는 레이저 빔의 초점이 변경될 수 있다.
한편, 경사면이 회전됨에 따라 삼각프리즘 랜즈(318)를 통과한 레이저 빔의 방향이 변경될 수도 있다. 이러한 레이저 빔의 방향의 변경을 반영하여 광음향 가이드부(400)와 스캐닝부(520)의 각도도 변경될 수 있고, 그 결과 검사대상으로 레이저 빔이 조사되도록 할 수 있다. 이로 인해 또한 초점이 변경될 수 있다.
도 6은 방수갈바노미터 광음향 현미경의 초점선택 변경부(300)의 제5 실시예를 나타내는 도면이다.
도 6에 제시된 예에서, 이동유닛(320)은 랜즈유닛(310)이 안착되는 랜즈 홀더(321)와, 랜즈 홀더(321)를 레이저 빔이 조사되는 방향상에서 상하로(Z축) 이동시켜 설정된 초점을 달성하도록 이동시키는 Z축 스테이지(322)를 포함할 수 있다. 장치의 특성이나 요구되는 초점심도 맞춤되도록 Z축 스테이지(322)를 구성할 수 있다. Z축 스테이지(322)와 랜즈 홀더(321) 간의 기어결합이나, Z축 스테이지로부터 구동되는 벨트나 레일구조가 랜즈 홀더(321)를 이동시키는 구조가 적용될 수 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 방수갈바노미터 광음향 현미경의 동작시퀀스를 설명하기 위한 도면이다.
도 7에는 초점변경에 있어서, 이동유닛(320)의 이동, 데이터의 획득 등의 동기화 시퀀스가 나타나 있다.
제어부(100)가 출력하는 동기신호(제어신호)에 따라 제1 모드에서 초점선택 변경부(300)는 정지상태, 갈바노미터 스캐너(500)는 스캔상태, 디지타이저(120)는 영상 생성을 위한 데이터처리 상태일 수 있다. 동기신호에 따라 제1 모드에 연속하여 제2 모드에서 초점선택 변경부(300)는 초점변경을 위한 이동상태, 갈바노미터 스캐너(500)는 스캔 정지상태, 디지타이저(120)는 정지상태로 제어될 수 있다.
이러한 제1 모드 및 제2 모드는 복수회 사이클로 간격을 동일하게 또는 다르게 설정하여 진행될 수 있다. 즉 본 발명의 광음향 현미경에 의하면, 복수의 초점을 검사 진행중에 매우 신속하고 편리하게 변경할 수 있으며, 도 7에 도시된 동시신호 방식 이외에도 다양한 촬영 기법과 데이터 획득 방식을 적용할 수 있을 것이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 방수갈바노미터 광음향 현미경의 향상된 초점심도를 설명하기 위한 도면이다.
도 8(a)는 종래의 광음향 현미경의 초점과 초점심도(DOF)를 나타낸다. 종래에는 초점변경을 위해 샘플의 위치변경이나 광학계(200)의 조정에 의해 달성되는 초점심도는 매우 제한적이고 작은 것을 알 수 있다.
반면, 도 8(b)에는 본 발명의 전술된 실시예들에 의해 달성되는 초점심도를 나타낸다. 5개의 랜즈를 사용하는 경우 5개의 초점(DOF1, DOF2, DOF3, DOF4, DOF5)을 달성하므로 결과적으로 초점심도가 확장된 것을 보이고 있다. DOF 개선효과를 얻기 위해서 기존에 상용화된 렌즈를 사용하기에는 초점 위치 차이가 크기 때문에, 초점 위치를 수십~수백마이크로 스케일(Micro-scale)로 변경하여 렌즈를 맞춤 제작하여 적용할 수 있다.
본 발명의 실시예들에 의하면, 초점선택 변경부(300)에서 랜즈유닛(310)과 이동유닛(320)의 동작으로 간편하게 스캐닝부(520)로부터 검사대상물에 조사되는 레이저 빔의 초점을 여러 개로 변경할 수 있다. 이에 따라 광음향 현미경의 사용할 수 있는 초점깊이의 범위, 즉 초점심도가 종래에 비해서 현저히 확장 내지 향상된다.
또한, 전술된 바와 같이, 동기신호에 따라 복수의 제1 모드 및 제2 모드를 수행하여 복수의 초점심도에서 음파신호를 획득한 이후, 제어부(100)는 이를 기초로 일괄적으로 대상물의 이미지를 생성할 수 있다. 따라서, 영상생성의 속도가 빨라질 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 방수갈바노미터 광음향 현미경에서 초점심도를 확장시에 불편함과 시간소요를 감소시키는 방수갈바노미터 광음향 현미경을 제공할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 검사 진행중에 신속하고 편리하게 초점선택 변경부(300)를 제어함으로써 초점을 변경할 수 있고, 그 결과 초점심도를 편리하게 확장시킬 수 있는 방수갈바노미터 광음향 현미경을 제공할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면 검사 진행중 신속하고 편리하게 초점선택 변경부(300)를 제어함으로써 여러 초점을 선택하여 동기화하여 데이터를 획득한 이후에 전체적으로 한꺼번에 영상을 생성할 수 있어서 In vivo 실험시에 마취 시간이나 동물이나 사람과 같은 검사대상의 컨디션에 미치는 영향을 줄일 수 있는 방수갈바노미터 광음향 현미경을 제공할 수 있다.
본 발명의 실시예는 광음향 현미경 시스템을 상용화하는 여러 벤처 기업 또는 이를 적용하는 바이오 메디컬 연구 관련 산업 등에 사용될 수 있을 것으로 전망된다. 특히, 빠른 시간 내에 깊이 방향 초점심도를 변형 또는 개선해야 되는 어플리케이션(Application)에 적용 가능성이 높다.
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.
본 발명의 범위는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
100 : 제어부
110 : 데이터 획득부
120 : 디지타이저
200 : 광학계
210 : 레이저 발생기
220 : 전방 랜즈
230 : 핀홀
240 : 후방 랜즈
300 : 초점선택 변경부
310 : 랜즈유닛
311,312,313,314,315 : 제1 내지 제5 랜즈
320 : 이동유닛
400 : 광음향 가이드부
500 : 스캐너
510 : 하우징
520 : 스캐닝부
600 : 신호변환부

Claims (8)

  1. 방수갈바노미터 광음향 현미경에 있어서,
    제어신호를 생성하는 제어부;
    상기 제어신호에 따라 레이저 빔(laser beam)을 방사하는 레이저 발생기와 발생된 레이저 빔을 콜리메이션(collimation)하는 적어도 하나의 랜즈를 포함하는 광학계;
    상기 광학계로부터의 레이저 빔이 통과하는 초점선택 랜즈유닛과, 초점변경을 위해 상기 초점선택 랜즈유닛을 이동시키는 이동유닛을 포함하여, 상기 레이저 빔의 상기 초점선택 랜즈유닛 상의 조사 위치를 검사 진행중 변경할 수 있는 초점선택 변경부;
    상기 초점선택 변경부를 통과한 레이저 빔의 방향을 제어하는 광음향 가이드부;
    상기 광음향 가이드부에 의해 가이드된 레이저 빔을 반사시켜 검사대상물로 조사하되, 상기 초점선택 랜즈유닛 상의 조사 위치가 변경되는 경우 상기 검사대상물에 대한 초점이 변경된 레이저 빔을 상기 검사대상물로 조사하는 방수갈바노미터 스캐너; 및
    레이저 빔의 조사에 따른 광열효과(photothermal effect)에 의해 상기 검사대상물로부터 발생된 음파가 상기 방수갈바노미터 스캐너에서 반사되고 상기 광음향 가이드부를 통과하며, 상기 광음향 가이드부를 통과한 상기 음파를 증폭한 후 상기 제어부로 음파신호를 출력하는 신호변환부;를 포함하는 것을 특징으로 하는, 방수갈바노미터 광음향 현미경.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 초점선택 랜즈유닛은 상기 이동유닛에 배열되는 서로 초점이 다른 복수의 랜즈를 포함하고,
    상기 이동유닛은 직선운동 또는 회전운동을 하여 상기 복수의 랜즈 중 초점변경을 위해 선택된 랜즈를 상기 레이저 빔에 정렬시키는 것을 특징으로 하는, 방수갈바노미터 광음향 현미경.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 초점선택 랜즈유닛은 상기 레이저 빔이 조사되는 고리형상의 경사면을 가지는 도넛형 랜즈를 포함하며,
    상기 이동유닛은 상기 초점선택 랜즈유닛을 홀딩하고 회전운동을 하여 상기 초점을 변경시키는 것을 특징으로 하는, 방수갈바노미터 광음향 현미경.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 초점선택 랜즈유닛은 상기 이동유닛에 홀딩되며 상기 레이저가 입사되는 경사면을 가지는 삼각프리즘 랜즈를 포함하고,
    상기 이동유닛은 직선운동을 하여 상기 레이저가 조사되는 상기 삼각프리즘 랜즈의 경사면 상의 위치를 변경시킴으로써, 상기 초점을 변경시키는 것을 특징으로 하는, 방수갈바노미터 광음향 현미경.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 이동유닛은 상기 경사면에 대한 상기 레이저 빔의 입사각이 변경되도록 회전되어 상기 초점을 변경시키거나, 상기 초점의 방향을 변경시키는 것을 특징으로 하는, 방수갈바노미터 광음향 현미경.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 이동유닛은,
    상기 초점선택 랜즈유닛이 안착되는 랜즈 홀더; 및
    상기 랜즈 홀더를 상기 레이저 빔이 조사되는 Z축상에서 이동시켜 상기 초점을 변경시키는 Z축 이동스테이지;를 포함하는 것을 특징으로 하는, 방수갈바노미터 광음향 현미경.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 제어신호로서, 상기 레이저 발생기, 상기 초점선택 변경부 및 상기 방수갈바노미터 스캐너에 대한 동기신호를 생성하는 데이터 수집기(data acquisition); 및
    상기 신호변환부로부터 전달된 음파신호를 기반으로 상기 검사대상물의 영상을 생성하는 디지타이저(digitizer);를 포함하고,
    상기 동기신호에 따라 제1 모드에서 상기 초점선택 변경부는 정지상태, 상기 방수갈바노미터 스캐너는 스캔상태, 상기 디지타이저는 영상생성을 위한 데이터 처리상태가 되고,
    상기 동기신호에 따라 상기 제1 모드에 연속하여 제2 모드에서 상기 초점선택 변경부는 초점변경을 위한 이동상태, 상기 방수갈바노미터 스캐너는 스캔 정지상태, 상기 디지타이저는 정지상태로 제어되는 것을 특징으로 하는, 방수갈바노미터 광음향 현미경.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 제어부는,
    복수의 상기 제1 모드 및 상기 제2 모드를 수행하여 서로 다른 복수의 초점에서 음파신호를 획득한 이후, 이를 기초로 일괄적으로 상기 검사대상물의 영상을 생성하는 것을 특징으로 하는, 방수갈바노미터 광음향 현미경.
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JP6522361B2 (ja) * 2015-02-18 2019-05-29 オリンパス株式会社 蛍光顕微鏡
KR101749602B1 (ko) * 2016-04-05 2017-06-21 포항공과대학교 산학협력단 비전도성 유체를 이용한 광해상도 광음향 현미경, 및 이를 이용한 광음향 영상 획득 시스템 및 방법
KR101852560B1 (ko) * 2016-12-01 2018-04-26 포항공과대학교 산학협력단 방수형 pdms 스캐너를 이용한 광음향 수술중 조직검사 장치 및 그를 이용한 광음향 영상 획득 방법
KR102281635B1 (ko) * 2018-08-28 2021-07-26 포항공과대학교 산학협력단 갈바노미터 스캐너 장치를 구비한 광음향 현미경 시스템
KR102148167B1 (ko) * 2019-08-26 2020-08-26 주식회사 윈텍오토메이션 직교로봇을 이용한 초경인서트 고속 검사장비의 mgt 및 밀링용 초경인서트 상면 검사 카메라 심도 자동 조절장치

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