WO2019190002A1 - 엑스레이를 이용한 영상 촬영 장치 - Google Patents

엑스레이를 이용한 영상 촬영 장치 Download PDF

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박재연
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    • G01N23/20008—Constructional details of analysers, e.g. characterised by X-ray source, detector or optical system; Accessories therefor; Preparing specimens therefor

Definitions

  • the present invention relates to an imaging apparatus using an X-ray for imaging a sample of several hundred microns size at nanometer resolution using X-ray radiation.
  • Radiated light nano-imaging is an imaging technique that focuses strong radiant light and simultaneously observes the surface and inside of a sample. Radiation focusing uses a concentric diffraction plate (Zone Plate), a glass capillarity tube, or a compound refractive lens.
  • Zone Plate concentric diffraction plate
  • glass capillarity tube or a compound refractive lens.
  • Non-Patent Document 1 discloses a method of avoiding zero-order diffracted light by placing an x-ray at a portion other than the center of a lens.
  • the emission light nano-image using the method disclosed in Non-Patent Document 1 has a problem that it is difficult to take a sample having a size of 200 ⁇ m or more in one image.
  • Lim, et al. Large-field high-contrast hard X-ray Zernike phase-contrast nano-imaging beamline at Pohang Light Source. Review of Scientific Instruments 84 (1) (2013) 013707]
  • Non-Patent Document 2 discloses a method of photographing each image while moving a sample, and pasting each photographed image. Although the method disclosed in Non-Patent Document 2 can take a sample having a size of 200 ⁇ m or more, since the image is taken while changing the position of the sample, there is a problem that the image of the attached sample can be distorted.
  • Non-Patent Document 2 Lider, X-ray microscopy, Physics-Uspekhi, 60 (2) 187-203 (2017)]
  • Non Patent Literature 2 is a diagram illustrating an example of an image obtained by stitching images of portions of a sample photographed by a conventional method (Non Patent Literature 2). Referring to FIG. 1, it can be seen that distortion occurs at a boundary portion in which images of portions of a sample are connected.
  • the present invention relates to an image photographing apparatus using an X-ray for capturing a nanometer resolution radiated light image without moving a sample having a size of several hundred ⁇ m by blocking the zero-order diffracted light of the X-ray using the first and second shielding films.
  • the imaging apparatus using the x-ray according to an embodiment of the present invention is located in the traveling direction of the x-rays emitted toward the fixed sample, and the progress of the other half of the x-rays so that only the x-rays of the emitted x-rays reach the sample.
  • a first blocking film for blocking A concentric diffraction plate centered on an optical axis of the emitted X-rays and diffracting X-rays passing through a portion of the sample; A phase plate positioned at a focal length of the concentric diffraction plate in a traveling direction of the emitted X-rays, and having an X-ray passing through the concentric diffraction plate; A second shielding film positioned in the traveling direction of the emitted X-rays and blocking the progress of X-rays not diffracted by the concentric diffraction plate among the X-rays passing through the phase plate; A photographing unit positioned in a traveling direction of the emitted X-ray and photographing an image of a sample projected by an X-ray which is not blocked by the second blocking film among the X-rays passing through the phase plate; And a controller configured to move the first and second masks and to control the photographing unit to photograph an image of a sample projected by the X-ray.
  • the controller may move the first and second shielding films in a direction perpendicular to the optical axis.
  • the first blocking film and the second blocking film may be disposed in parallel.
  • the controller may be configured to capture a first image, which is an image of a sample projected by the X-ray when the first mask and the second mask are positioned at an initial position, and then, the first mask and the first mask in a direction perpendicular to the optical axis. 2, the photographing unit may be controlled to move the mask and photograph the second image of the remaining portion of the sample which is not photographed in the first image.
  • the controller may move each of the first and second shielding films to a position symmetrical to the optical axis.
  • the controller may move the first screen to block the progress of the half of the emitted X-rays reaching the sample, and move the second screen in a direction opposite to the direction in which the first screen is moved. have.
  • the second mask is moved to a position that blocks the progress of the X-ray that is not blocked by the concentric diffraction plate among the X-rays that are not blocked by the moved first mask and that pass through the phase plate when the second image is taken. Can be.
  • the method may further include an x-ray generating an x-ray and emitting the generated x-ray in a straight line toward the sample.
  • the controller moves the first and second screens, and then emits new X-rays, and the image of the sample projected by the emitted new X-rays.
  • the photographing unit may be controlled to photograph the photograph.
  • the controller may generate one image of the entire sample by stitching the images of the photographed sample.
  • the phase plate may be centered on an optical axis of the emitted X-ray at a focal length of the concentric diffraction plate.
  • the first and second shields may be parallel to each other.
  • the photographing unit may include: a scintillator configured to convert X-rays passing through the phase plate into visible light; An optical lens for enlarging the converted visible light; A detection plate on which the enlarged visible light is projected; And a camera for capturing an image of visible light projected on the detection plate.
  • the scintillator, the optical lens, the detection plate, and the camera may be centered on the optical axis.
  • the apparatus may further include a sample fixing part positioned between the first blocking film and the concentric diffraction plate in the traveling direction of the emitted X-ray and fixing the sample.
  • the control unit may rotate the sample by rotating the sample fixing unit.
  • the second shielding film may be positioned between the phase plate and the photographing unit to block only the X-rays not diffracted by the concentric diffraction plate among the X-rays passing through the phase plate.
  • An imaging apparatus using x-rays has an advantage of capturing an image of a sample after blocking the zero-order diffracted light of the x-rays by using shielding films.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating an example of an image obtained by stitching images of portions of a sample photographed by a conventional method.
  • FIG. 2 is a block diagram schematically illustrating a configuration of an image photographing apparatus using X-rays according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating an example of an image photographing apparatus using X-rays according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a diagram illustrating an example of an image captured by an image capturing apparatus using X-rays according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a block diagram schematically illustrating a configuration of an image capturing apparatus using X-rays according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 3 is a view illustrating an image capturing apparatus using X-rays according to an embodiment of the present invention. to be.
  • the image photographing apparatus 100 using the X-ray includes an X-ray unit 101, a first beam stopper 103, a sample holder, 105), a concentric diffraction plate (Zone Plate 107), a phase plate (Zernike Phase Contrast Plate, 109), a second screening film (2nd Beam Stopper 111), a photographing unit 113, and a controller 115 may be included. .
  • the X-ray unit 101 may be operated by the controller 115 to generate an X-ray and emit the generated X-ray in the direction of the sample.
  • the controller 115 may generate an X-ray and control the X-ray unit 101 to emit the generated X-rays.
  • the X-ray emitted by the X-ray unit 101 proceeds in a straight line toward the sample fixed to the sample fixing part 105, and the centers of the concentric diffraction plate 107 and the phase plate 109 are positioned on the optical axis of the emitted X-ray. can do. That is, the centers of the concentric diffraction plate 107 and the phase plate 109 may be arranged side by side on the optical axis of the emitted X-rays.
  • the first shielding film 103 may be positioned between the X-ray unit 101 and the sample fixing unit 105 in the traveling direction of the X-rays emitted toward the sample fixed to the sample fixing unit 105.
  • the first shielding film 103 may be located between the X-ray unit 101 and the sample fixing unit 105 closer to the sample fixing unit 105 than the X-ray unit 101.
  • the first blocking film 103 may block the progress of the other half of the X-rays so that only half of the X-rays emitted reach the sample.
  • the progress of the X-rays of the lower half of the optical axis of the X-rays emitted by the first blocking layer 103 may be blocked.
  • the first shielding film 103 is blocked from the progress of the X-ray of the lower half of the emitted X-ray, but is not limited thereto, and may be located without limitation as long as it can block the progress of the half of the emitted X-rays. .
  • the sample fixing part 105 fixes the sample, and may rotate or move up, down, left, and right under the control of the controller 115 to rotate or move up, down, left, and right to change the position of the fixed sample as necessary.
  • Half of the x-rays of which the progress is not blocked by the first blocking layer 103 may pass through the sample 201.
  • the X-rays of the upper half of the X-rays of the X-rays whose progress is not blocked by the first blocking film 103 may reach the sample 201 and pass through the sample 201.
  • the concentric diffraction plate 107 may be positioned in the traveling direction of the X-rays emitted between the sample fixing part 105 and the phase plate 109 to diffract the X-rays passing through the sample 201.
  • the center of the concentric diffraction plate 107 is located on the optical axis of the emitted X-ray, and the phase plate 109 is positioned at the focal length of the concentric diffraction plate 107, and the X-rays passing through the concentric diffraction plate 107 are phased. It may be focused on the plate 109.
  • the 0th order diffracted light proceeds in the direction of travel of the emitted X-ray, but the diffracted light except for the 0th order diffracted light is different from the direction of travel of the X-ray emitted by diffraction. Proceed in the direction.
  • the light continues to move in the direction of travel of the emitted X-rays above the optical axis of the emitted X-rays.
  • the phase plate 109 is positioned at the focal length of the concentric diffraction plate 107 in the traveling direction of the emitted X-ray, and the X-rays passing through the concentric diffraction plate 107 may be focused on the phase plate 109.
  • the second shielding film 111 is positioned between the phase plate 109 and the photographing unit 113 to block the progress of the X-ray proceeding in the traveling direction of the X-rays emitted without being diffracted among the X-rays passing through the phase plate 109. Can be.
  • the second shielding film 111 blocks only the X-rays that are not diffracted by the concentric diffraction plate 107 among the X-rays passing through the phase plate 109 between the phase plate 109 and the imaging unit 113. It can be located somewhere.
  • the second blocking film 111 blocks the progress of the remaining diffracted light as well as the zero-order diffracted light, which is not diffracted, the second blocking film 111 may affect the first image of the sample photographed by the imaging unit 113,
  • the shielding film 111 is preferably positioned where only the zero diffraction light that is not diffracted is blocked.
  • the image capturing apparatus 100 blocks some of the X-rays emitted by using the first mask layer 103, and zeroth order of the X-rays diffracted by using the second mask layer 111.
  • the diffracted light can be blocked. Therefore, since the zero-order diffracted light is blocked, the imaging apparatus 100 does not need to limit the size of the sample or change the position of the sample 201 to avoid the zero-order diffracted light, thereby providing a high resolution for the sample 201. You can shoot a large-scale enlarged image of.
  • the photographing unit 113 may be positioned on a straight line through which the emitted X-rays progress, and may photograph the first image of the sample 201 projected by the X-rays whose progress is not blocked by the second blocking layer 111.
  • the photographing unit 113 may be positioned in a traveling direction of the emitted X-ray, and may include a scintillator 203, an optical lens 205, a detector 207, and a camera (not shown). have.
  • the X-ray passing through the phase plate 109 passes through the scintillator 203 and is converted into visible light, and the converted visible light is enlarged through the optical lens 205, and the enlarged visible light is transmitted to the detection plate 207.
  • the camera (not shown) may take an image of the projected visible light.
  • the controller 115 orthogonal to the optical axis of the emitted X-ray the position of the first mask 103 and the second mask 111. Can be moved in the direction of
  • the controller 115 may move the first blocking layer 103 to a position that blocks the progress of half of the X-rays that have reached the sample.
  • the controller 115 moves the second screen 111 in a direction opposite to the direction in which the first screen 103 moves, so that the phase is not blocked by the moved first screen 103 during the second image capture.
  • One of the X-rays passing through the plate may be moved to a position that blocks the progress of the non-diffraction X-rays by the concentric diffraction plate.
  • the controller 115 may vertically move the first shielding film 103 to a position that blocks the progress of the X-rays of the lower half of the emitted X-rays from the X-rays of the emitted X-rays. Can be.
  • the controller 115 vertically moves the second shielding film 111 to a position that blocks the progress of the 0th order diffracted light traveling above the optical axis of the emitted X-ray, and blocks the progress of the lower half of the emitted X-ray. You can.
  • the control unit 115 moves the first shielding film 103 and the second shielding film 111 to a position symmetrical to the optical axis of the emitted X-ray, and then operates the X-ray unit 101 to generate a new X-ray, and generates new X-rays may be emitted.
  • the controller 115 may control the photographing unit 113 to photograph the second image of the sample 201 projected by the new x-rays emitted.
  • the controller 115 moves the positions of the first and second blocking films 111 and 111 vertically. Thereafter, the X-ray unit 101 may be operated to generate a second X-ray that is the same as the first X-ray, and emit the generated second X-rays.
  • the controller 115 operates the photographing unit 113, and the photographing unit 113 is projected by the emitted second X-rays based on the first mask layer 103 and the second mask layer 111 whose positions are changed. A second image of the rest of the sample 201 may be taken.
  • the controller 115 stitches the first image and the second image, One large area enlarged image of the whole 201 may be generated.
  • the controller 115 may move the first mask 103 and the second mask 111 to an initial position (a position when the first image is photographed). .
  • the controller 115 moves the first blocking film 103 to a position to block the progress of the X-ray of the lower half of the optical axis among the emitted X-rays, and moves the second blocking film 111 above the optical axis of the emitted X-rays. It can be moved to a position that blocks the progress of the diffracted light.
  • the image of the lower half of the sample 201 and the half of the sample 201 are determined according to the positions of the first mask 103 and the second mask 111.
  • high resolution images may be obtained, and the obtained images may be combined (stitched) to obtain a high resolution large area enlarged image of the sample.
  • FIG. 4 is a diagram illustrating an example of an image captured by an image capturing apparatus using X-rays according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 4A is a diagram illustrating a first image 301 photographed
  • FIG. 4B is a diagram of a second image 303 photographed
  • FIG. 4C is a diagram of a first image 301 and second photographed image. The entire image 305 which joins the image 303 is shown.
  • the first and second images 301 and 2 may be formed according to positions of the first and second blocking films 103 and 111. 303) can be taken.
  • the first image 301 corresponds to an upper half of the entire image 305, and is positioned at a position that blocks the progress of the lower half of the x-rays from which the first shielding film 103 is emitted, and the second shielding film 111. It is an image photographed when it is in the position which blocks the progress of the 0th order diffracted light which progresses above the optical axis of the emitted X-ray.
  • the second image 303 is an image corresponding to half of the lower part of the entire image 305, and the positions of the first mask layer 103 and the second mask layer 111 are vertically moved by the controller 115.
  • the first shielding film 103 is positioned to block the progression of the upper half of the emitted X-ray
  • the second shielding film 111 is positioned to block the progression of the 0th order diffracted light traveling below the optical axis of the emitted X-rays.
  • the entire image 305 is an image obtained by capturing a sample having a size of 360 ⁇ m, and is obtained by the controller 115 joining the first image 301 and the second image 303.
  • the image of the specimen photographed by the imaging apparatus 100 has a higher resolution and almost no distortion compared to the images of the specimen photographed using conventional techniques. It can be seen that there is no.
  • the image capturing apparatus 100 has an advantage of not limiting a sample size and capturing a high resolution image having almost no distortion.

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Abstract

본 발명은 제1 및 제2 가림막을 이용하여 엑스레이의 0차 회절광을 차단함으로써, 수백 ㎛ 크기의 시료를 움직이지 않으면서, 나노미터 해상도의 방사광 영상을 촬영하는 엑스레이를 이용한 영상 촬영 장치에 관한 것이다.

Description

엑스레이를 이용한 영상 촬영 장치
본 발명은 엑스레이(X-ray) 방사광을 이용하여 수백 미크론 크기의 시료를 나노미터 해상도에서 영상화하는 엑스레이를 이용한 영상 촬영 장치에 관한 것이다.
방사광 나노영상은 강한 방사광을 집속시켜 시료의 표면과 내부를 동시에 관찰하는 영상기술이다. 방사광 집속은 동심원 회절판(Zone Plate), 유리모세관(Glass Capillarity Tube) 또는 복합굴절렌즈(Compound Refractive Lens) 등을 이용한다.
강한 방사광은 여러 회절광으로 퍼져나가며, 0차 회절광은 세기가 강하여 영상을 촬영하는 데에 방해가 되기 때문에, 이러한 문제점을 해결하기 위하여, 종래에는 동심원 회절판을 이용하는 엑스레이 영상 촬영 장치에 있어서 0차 회절광을 회피하기 위한 기술들이 개발되었다.
비특허문헌 1에는 엑스레이를 렌즈의 중심이 아닌 부분에 위치시켜 0차 회절광을 피하는 방법이 개시되었다. 다만, 비특허문헌 1에 개시된 방법을 이용한 방사광 나노영상은 200㎛ 이상의 크기를 가진 시료를 하나의 영상에서 촬영하기 어렵다는 문제가 있다. [(비특허문헌 1) Lim, et al., Large-field high-contrast hard X-ray Zernike phase-contrast nano-imaging beamline at Pohang Light Source. Review of Scientific Instruments 84(1) (2013) 013707]
비특허문헌 2에는 시료를 움직이면서 각각의 영상을 촬영하고, 촬영된 각 영상을 이어 붙이는 방법이 개시되었다. 비특허문헌 2에 개시된 방법은 200㎛ 이상의 크기를 가진 시료를 촬영할 수 있지만, 시료의 위치를 변경하면서 영상을 촬영하기 때문에, 이어 붙여진 시료의 영상이 왜곡될 수 있는 문제가 있다. [(비특허문헌 2) Lider, X-ray microscopy, Physics-Uspekhi, 60(2) 187-203 (2017)]
도 1은 종래의 방법(비특허문헌 2)으로 촬영된 시료의 부분별 영상들을 스티칭하여 획득된 영상의 예시를 도시한 도면이다. 도 1을 참조하면, 시료의 부분별 영상들이 이어 붙여진 경계 부분에서 왜곡이 생기는 것을 알 수 있다.
따라서 종래의 기술들의 문제점을 해결하기 위한 영상 촬영 장치의 개발이 필요하다.
본 발명은 제1 및 제2 가림막을 이용하여 엑스레이의 0차 회절광을 차단함으로써, 수백 ㎛ 크기의 시료를 움직이지 않으면서, 나노미터 해상도의 방사광 영상을 촬영하는 엑스레이를 이용한 영상 촬영 장치에 관한 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 엑스레이를 이용한 영상 촬영 장치는 고정된 시료를 향해 방출된 엑스레이의 진행방향에 위치하고, 상기 방출된 엑스레이 중 절반의 엑스레이만 상기 시료에 도달하도록 나머지 절반의 엑스레이의 진행을 차단하는 제1 가림막; 상기 방출된 엑스레이의 광축상에 중심이 위치하고, 상기 시료의 일부분을 통과한 엑스레이를 회절시키는 동심원 회절판; 상기 방출된 엑스레이의 진행방향에서 상기 동심원 회절판의 초점거리에 위치하고, 상기 동심원 회절판을 통과한 엑스레이가 통과되는 위상판; 상기 방출된 엑스레이의 진행방향에 위치하고, 상기 위상판을 통과한 엑스레이 중 상기 동심원 회절판에 의해 회절되지 않은 엑스레이의 진행을 차단하는 제2 가림막; 상기 방출된 엑스레이의 진행방향에 위치하고, 상기 위상판을 통과한 엑스레이 중 상기 제2 가림막에 의해 차단되지 않은 엑스레이에 의해 투영된 시료의 영상을 촬영하는 촬영부; 및 상기 제1 가림막 및 제2 가림막을 이동시키고, 상기 엑스레이에 의해 투영된 시료의 영상을 촬영하도록 상기 촬영부를 제어하는 제어부를 포함할 수 있다.
상기 제어부는, 상기 제1 가림막과 제2 가림막을 상기 광축에 직교하는 방향으로 이동시킬 수 있다.
상기 제1 가림막과 제2 가림막은 평행하게 배치될 수 있다.
상기 제어부는, 상기 제1 가림막과 제2 가림막이 초기 위치에 위치할 때 상기 엑스레이에 의해 투영된 시료의 영상인 제1 영상을 촬영한 이후, 상기 광축에 수직인 방향으로 상기 제1 가림막 및 제2 가림막을 이동시키고, 상기 제1 영상에서 촬영되지 않은 시료의 나머지 부분에 대한 제2 영상을 촬영하도록 상기 촬영부를 제어할 수 있다.
상기 제어부는, 상기 제1 가림막과 제2 가림막 각각을 상기 광축에 대칭되는 위치로 이동시킬 수 있다.
상기 제어부는, 상기 방출된 엑스레이 중 상기 시료에 도달한 절반의 엑스레이의 진행을 차단하도록 상기 제1 가림막을 이동시키고, 상기 제1 가림막이 이동한 방향과 반대 방향으로 상기 제2 가림막을 이동시킬 수 있다.
상기 제2 가림막은, 상기 제2 영상 촬영 시, 상기 이동된 제1 가림막에 의해 차단되지 않고 상기 위상판을 통과한 엑스레이 중 상기 동심원 회절판에 의해 회절되지 않은 엑스레이의 진행을 차단하는 위치로 이동될 수 있다.
엑스레이를 생성하고, 상기 생성된 엑스레이를 상기 시료를 향해 일직선으로 방출하는 엑스레이부를 더 포함할 수 있다.
상기 제어부는, 상기 방출된 엑스레이에 의해 투영된 시료의 영상이 촬영되면, 상기 제1 가림막 및 제2 가림막을 이동시킨 후, 새로운 엑스레이를 방출시키고, 상기 방출된 새로운 엑스레이에 의해 투영된 시료의 영상을 촬영하도록 상기 촬영부를 제어할 수 있다.
상기 제어부는, 상기 촬영된 시료의 영상들을 스티칭(Stitching)하여 상기 시료 전체에 대한 하나의 영상을 생성할 수 있다.
상기 위상판은, 상기 동심원 회절판의 초점거리에서 상기 방출된 엑스레이의 광축상에 중심이 위치할 수 있다.
상기 제1 가림막 및 제2 가림막은 서로 평행할 수 있다.
상기 촬영부는, 상기 위상판을 통과한 엑스레이가 통과되어 가시광선으로 전환되는 신틸레이터; 상기 전환된 가시광선을 확대하는 광학 렌즈; 상기 확대된 가시광선이 투영되는 검출판; 및 상기 검출판에 투영된 가시광선의 영상을 촬영하는 카메라를 포함할 수 있다.
상기 신틸레이터, 광학 렌즈, 검출판 및 카메라는, 중심이 상기 광축상에 배열될 수 있다.
상기 방출된 엑스레이의 진행방향에서 상기 제1 가림막과 동심원 회절판 사이에 위치하고, 상기 시료를 고정시키는 시료고정부를 더 포함할 수 있다.
상기 제어부는, 상기 시료고정부를 회전시켜 상기 시료를 회전시킬 수 있다.
상기 제2 가림막은, 상기 위상판과 촬영부 사이에서, 상기 위상판을 통과한 엑스레이 중 상기 동심원 회절판에 의해 회절되지 않은 엑스레이만을 차단하는 곳에 위치할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 엑스레이를 이용한 영상 촬영 장치는 가림막들을 이용하여 엑스레이의 0차 회절광을 차단한 후 시료의 영상을 촬영하는 장점이 있다.
또한, 가림막들을 이용하여 엑스레이의 0차 회절광을 차단하기 때문에, 200㎛ 이상 1㎜ 이하의 시료의 영상을 고해상도로 촬영할 수 있는 장점이 있다.
또한, 시료를 움직이지 않고 촬영하기 때문에 왜곡되지 않은 대면적 확대영상을 획득할 수 있는 장점이 있다.
본 발명에 관한 이해를 돕기 위해 상세한 설명의 일부로 포함되는, 첨부 도면은 본 발명에 대한 실시예를 제공하고, 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술적 특징을 설명한다.
도 1은 종래의 방법으로 촬영된 시료의 부분별 영상들을 스티칭하여 획득된 영상의 예시를 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 엑스레이를 이용한 영상 촬영 장치의 구성을 간략히 도시한 블록도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 엑스레이를 이용한 영상 촬영 장치의 예시를 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 엑스레이를 이용한 영상 촬영 장치를 통해 촬영된 영상의 예시를 도시한 도면이다.
본 명세서에서 제1 및/또는 제2 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 즉, 구성요소들을 상기 용어들에 의해 한정하고자 함이 아니다.
본 명세서에서 '포함하다' 라는 표현으로 언급되는 구성요소, 특징, 및 단계는 해당 구성요소, 특징 및 단계가 존재함을 의미하며, 하나 이상의 다른 구성요소, 특징, 단계 및 이와 동등한 것을 배제하고자 함이 아니다.
본 명세서에서 단수형으로 특정되어 언급되지 아니하는 한, 복수의 형태를 포함한다. 즉, 본 명세서에서 언급된 구성요소 등은 하나 이상의 다른 구성요소 등의 존재나 추가를 의미할 수 있다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함하여, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자(통상의 기술자)에 의하여 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미이다.
즉, 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미인 것으로 해석되어야 하며, 본 명세서에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하에서는, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 엑스레이를 이용한 영상 촬영 장치에 대해 상세하게 설명한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 엑스레이를 이용한 영상 촬영 장치의 구성을 간략히 도시한 블록도이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 엑스레이를 이용한 영상 촬영 장치의 예시를 도시한 도면이다.
도 2 및 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 엑스레이를 이용한 영상 촬영 장치(100)는 엑스레이부(101), 제1 가림막(1st Beam Stopper, 103), 시료고정부(Sample Holder, 105), 동심원 회절판(Zone Plate, 107), 위상판(Zernike Phase Contrast Plate, 109), 제2 가림막(2nd Beam Stopper, 111), 촬영부(113) 및 제어부(115)를 포함할 수 있다.
엑스레이부(101)는 제어부(115)에 의해 동작되며, 엑스레이(X-ray)를 발생시키고, 발생된 엑스레이를 시료의 방향으로 방출할 수 있다.
예컨대, 제어부(115)에 엑스레이 방출 신호가 입력되면, 제어부(115)는 엑스레이를 발생시키고, 발생된 엑스레이를 방출하도록 엑스레이부(101)를 제어할 수 있다.
엑스레이부(101)가 방출한 엑스레이는 시료고정부(105)에 고정된 시료를 향해 일직선으로 진행하며, 방출된 엑스레이의 광축상에 동심원 회절판(107) 및 위상판(109)의 중심이 위치할 수 있다. 즉, 동심원 회절판(107) 및 위상판(109)의 중심은 방출된 엑스레이의 광축상에 나란하게 배열될 수 있다.
제1 가림막(103)은 엑스레이부(101)와 시료고정부(105) 사이에서 시료고정부(105)에 고정된 시료를 향해 방출된 엑스레이의 진행방향에 위치할 수 있다. 바람직하게는, 제1 가림막(103)은 엑스레이부(101)와 시료고정부(105) 사이에서, 엑스레이부(101)보다 시료고정부(105)에 더 가까운 곳에 위치할 수 있다.
제1 가림막(103)은 방출된 엑스레이 중 절반의 엑스레이만 시료에 도달하도록 나머지 절반의 엑스레이의 진행을 차단할 수 있다.
예컨대, 제1 가림막(103)에 의해서 방출된 엑스레이의 광축 아래쪽 절반의 엑스레이의 진행이 차단될 수 있다. 본 예시에서는 제1 가림막(103)은 방출된 엑스레이의 광축 아래쪽 절반의 엑스레이의 진행이 차단되었으나, 이에 국한되는 것은 아니고, 방출된 엑스레이의 절반의 진행을 차단할 수 있는 위치라면 제한 없이 위치할 수 있다.
이하에서는 제1 가림막(103)에 의해 방출된 엑스레이의 광축 아래쪽 절반의 엑스레이의 진행이 차단된 경우의 예시를 들어 설명한다.
시료고정부(105)는 시료를 고정하며, 필요에 따라 고정된 시료의 위치를 변경시키기 위하여 회전하거나 상하좌우로 움직이도록 제어부(115)의 제어를 받아 회전하거나 상하좌우로 움직일 수 있다.
방출된 엑스레이 중 제1 가림막(103)에 의해 진행이 차단되지 않은 절반의 엑스레이는 시료(201)를 통과할 수 있다. 예컨대, 제1 가림막(103)에 의해 진행이 차단되지 않은 엑스레이의 광축 위쪽 절반의 엑스레이가 시료(201)에 도달하여, 시료(201)를 통과할 수 있다.
동심원 회절판(107)은 시료고정부(105)와 위상판(109)사이에서 방출된 엑스레이의 진행방향에 위치하여, 시료(201)를 통과한 엑스레이를 회절시킬 수 있다.
동심원 회절판(107)의 중심은 방출된 엑스레이의 광축상에 위치하며, 동심원 회절판(107)의 초점거리에는 위상판(109)이 위치하여, 동심원 회절판(107)을 통과한 엑스레이는 위상판(109)에 집속될 수 있다.
동심원 회절판(107)을 통과한 엑스레이에 회절이 일어나면, 0차 회절광은 방출된 엑스레이의 진행방향으로 진행하지만, 0차 회절광을 제외한 회절광들은 회절에 의해 방출된 엑스레이의 진행방향과 상이한 방향으로 진행한다.
예컨대, 0차 회절광은 회절되지 않으므로 방출된 엑스레이의 광축 위쪽에서 방출된 엑스레이의 진행방향으로 계속 진행되지만, 0차 회절광을 제외한 나머지 회절광들은 방출된 엑스레이의 광축 아래쪽으로 회절되어 진행한다.
위상판(109)은 방출된 엑스레이의 진행방향에서 동심원 회절판(107)의 초점거리에 위치하며, 동심원 회절판(107)을 통과한 엑스레이는 위상판(109)에 집속될 수 있다.
제2 가림막(111)은 위상판(109)과 촬영부(113) 사이에 위치하여, 위상판(109)을 통과한 엑스레이 중 회절되지 않고 방출된 엑스레이의 진행방향으로 진행하는 엑스레이의 진행을 차단할 수 있다.
바람직하게는, 제2 가림막(111)은 위상판(109)과 촬영부(113) 사이에서, 위상판(109)을 통과한 엑스레이 중 동심원 회절판(107)에 의해 회절되지 않은 엑스레이만을 차단하는 곳에 위치할 수 있다.
예컨대, 제2 가림막(111)이 회절되지 않은 0차 회절광뿐만 아니라 나머지 회절광들의 진행을 차단하면, 촬영부(113)에서 촬영된 시료의 제1 영상에 영향을 미칠 수 있기 때문에, 제2 가림막(111)은 회절되지 않은 0차 회절광만을 차단하는 곳에 위치하는 것이 바람직하다.
즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 영상 촬영 장치(100)는 제1 가림막(103)을 이용하여 방출된 엑스레이 중 일부를 차단하고, 제2 가림막(111)을 이용하여 회절된 엑스레이의 0차 회절광을 차단할 수 있다. 따라서 0차 회절광이 차단되기 때문에, 영상 촬영 장치(100)는 시료의 크기 제한이나 0차 회절광을 회피하기 위한 시료(201)의 위치 변경이 필요하지 않게 되어, 시료(201)에 대한 고해상도의 대면적 확대 영상을 촬영할 수 있다.
촬영부(113)는 방출된 엑스레이가 진행하는 일직선상에 위치하고, 제2 차단막(111)에 의해 진행이 차단되지 않은 엑스레이에 의해 투영된 시료(201)의 제1 영상을 촬영할 수 있다.
촬영부(113)는 방출된 엑스레이의 진행방향에 위치하며, 신틸레이터(Scintillator, 203), 광학 렌즈(Optical lens, 205), 검출판(Detector, 207) 및 카메라(미도시)를 포함할 수 있다.
위상판(109)을 통과한 엑스레이는 신틸레이터(203)를 통과하여 가시광선으로 전환되고, 전환된 가시광선은 광학 렌즈(205)를 통해 확대되고, 확대된 가시광선은 검출판(207)에 투영되며, 카메라(미도시)는 투영된 가시광선의 영상을 촬영할 수 있다.
제어부(115)는 촬영부(113)의 카메라에서 엑스레이에 의해 투영된 시료의 제1 영상이 촬영되면, 제1 가림막(103) 및 제2 가림막(111)의 위치를 방출된 엑스레이의 광축에 직교하는 방향으로 이동시킬 수 있다.
즉, 제어부(115)는 제1 영상이 촬영되면, 제1 가림막(103)을 방출된 엑스레이 중 시료에 도달했던 절반의 엑스레이의 진행을 차단하는 위치로 이동시킬 수 있다. 그리고 제어부(115)는 제2 가림막(111)을 제1 가림막(103)이 이동한 방향과 반대 방향으로 이동시켜, 제2 영상 촬영 시, 이동된 제1 가림막(103)에 의해 차단되지 않고 위상판을 통과한 엑스레이 중 동심원 회절판에 의해 회절되지 않은 엑스레이의 진행을 차단하는 위치로 이동시킬 수 있다.
예컨대, 제어부(115)는 제1 가림막(103)을 방출된 엑스레이의 광축 아래쪽 절반의 엑스레이의 진행을 차단하는 위치에서, 방출된 엑스레이의 광축 위쪽 절반의 엑스레이의 진행을 차단하는 위치로 수직 이동시킬 수 있다. 또한, 제어부(115)는 제2 가림막(111)을 방출된 엑스레이의 광축 위쪽에서 진행하는 0차 회절광의 진행을 차단하는 위치에서, 방출된 엑스레이의 광축 아래쪽 절반의 진행을 차단하는 위치로 수직 이동시킬 수 있다.
제어부(115)는 제1 가림막(103) 및 제2 가림막(111)을 방출된 엑스레이의 광축에 대칭되는 위치로 이동시킨 후, 엑스레이부(101)를 동작시켜 새로운 엑스레이를 발생시키고, 발생된 새로운 엑스레이를 방출시킬 수 있다.
그 후, 제어부(115)는 촬영부(113)를 제어하여 방출된 새로운 엑스레이에 의해 투영된 시료(201)의 제2 영상을 촬영시킬 수 있다.
예컨대, 방출된 제1 엑스레이에 의해 투영된 시료(201)의 일부분의 제1 영상이 촬영된 후, 제어부(115)는 제1 가림막(103) 및 제2 가림막(111)의 위치를 수직 이동시킨 후, 엑스레이부(101)를 동작시켜 제1 엑스레이와 동일한 제2 엑스레이를 발생시키고, 발생된 제2 엑스레이를 방출시킬 수 있다. 그리고 제어부(115)는 촬영부(113)를 동작시키고, 촬영부(113)는 위치가 변경된 제1 가림막(103) 및 제2 가림막(111)에 기반하여, 방출된 제2 엑스레이에 의해 투영된 시료(201)의 나머지 부분의 제2 영상을 촬영할 수 있다.
촬영된 시료(201)의 제1 영상 및 제2 영상은 시료(201)의 일부분과 나머지 부분이 각각 촬영된 것이므로, 제어부(115)는 제1 영상 및 제2 영상을 스티칭(Stitching)하여, 시료(201) 전체에 대한 하나의 대면적 확대 영상을 생성할 수 있다.
제어부(115)는 시료(201)의 제2 영상이 촬영된 후, 제1 가림막(103) 및 제2 가림막(111)을 초기 위치(제1 영상이 촬영될 때의 위치)로 이동시킬 수 있다.
예컨대, 제어부(115)는 제1 가림막(103)을 방출된 엑스레이 중 광축 아래쪽 절반의 엑스레이의 진행을 차단하는 위치로 이동시키고, 제2 가림막(111)을 방출된 엑스레이의 광축 위쪽에서 진행하는 0차 회절광의 진행을 차단하는 위치로 이동시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 영상 촬영 장치(100)는 제1 가림막(103) 및 제2 가림막(111)의 위치에 따라, 시료(201)의 절반 아랫부분의 영상 및 시료(201)의 절반 윗부분의 영상들을 각각 촬영함으로써, 고해상도의 영상들을 각각 획득한 후, 획득된 영상들을 결합(스티칭)하여 시료에 대한 고해상도 대면적 확대 영상을 획득할 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 엑스레이를 이용한 영상 촬영 장치를 통해 촬영된 영상의 예시를 도시한 도면이다.
구체적으로 도 4a는 촬영된 제1 영상(301)을 도시한 도면이고, 도 4b는 촬영된 제2 영상(303)을 도시한 도면이고, 도 4c는 촬영된 제1 영상(301) 및 제2 영상(303)을 이어 붙인 전체 영상(305)을 도시한 도면이다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 영상 촬영 장치(100)는 제1 가림막(103) 및 제2 가림막(111)의 위치에 따라, 제1 영상(301) 및 제2 영상(303)을 촬영할 수 있다.
제1 영상(301)은 전체 영상(305)에서 절반 윗부분에 해당하는 영상으로, 제1 가림막(103)이 방출된 엑스레이 중 광축 아래쪽 절반의 진행을 차단하는 위치에 있고, 제2 가림막(111)이 방출된 엑스레이의 광축 위쪽에서 진행하는 0차 회절광의 진행을 차단하는 위치에 있을 때 촬영된 영상이다.
반대로, 제2 영상(303)은 전체 영상(305)에서 절반 아랫부분에 해당하는 영상으로, 제1 가림막(103) 및 제2 가림막(111)의 위치가 제어부(115)에 의해 수직 이동되어, 제1 가림막(103)이 방출된 엑스레이의 광축 위쪽 절반의 진행을 차단하는 위치에 있고, 제2 가림막(111)이 방출된 엑스레이의 광축 아래쪽에서 진행하는 0차 회절광의 진행을 차단하는 위치에 있을 때 촬영된 영상이다.
전체 영상(305)은 360㎛ 크기의 시료를 촬영한 영상으로, 제어부(115)가 제1 영상(301) 및 제2 영상(303)을 이어 붙임으로써, 획득된 영상이다.
전체 영상(305)과 도 1의 촬영된 영상들을 비교하면, 영상 촬영 장치(100)를 통해 촬영된 시료의 영상은 종래의 기술들을 이용하여 촬영된 시료의 영상들에 비해 고해상도이며, 왜곡이 거의 없는 것을 알 수 있다.
따라서 본 발명의 일 실시예에 따른 영상 촬영 장치(100)는 시료 크기의 제한이 없고, 왜곡이 거의 없는 고해상도의 영상을 촬영할 수 있는 장점이 있다.
비록 본 명세서에서의 설명은 예시적인 몇 가지 양상으로 나타났지만, 다양한 수정이나 변경이 후술되는 특허청구범위에 의해 정의되는 범주로부터 이루어질 수 있으며, 본 발명의 기술적인 보호범위는 다음의 특허청구범위에 의하여 정해져야 할 것이다.

Claims (16)

  1. 고정된 시료를 향해 방출된 엑스레이의 진행방향에 위치하고, 상기 방출된 엑스레이 중 절반의 엑스레이만 상기 시료에 도달하도록 나머지 절반의 엑스레이의 진행을 차단하는 제1 가림막;
    상기 방출된 엑스레이의 광축상에 중심이 위치하고, 상기 시료의 일부분을 통과한 엑스레이를 회절시키는 동심원 회절판;
    상기 방출된 엑스레이의 진행방향에서 상기 동심원 회절판의 초점거리에 위치하고, 상기 동심원 회절판을 통과한 엑스레이가 통과되는 위상판;
    상기 방출된 엑스레이의 진행방향에 위치하고, 상기 위상판을 통과한 엑스레이 중 상기 동심원 회절판에 의해 회절되지 않은 엑스레이의 진행을 차단하는 제2 가림막;
    상기 방출된 엑스레이의 진행방향에 위치하고, 상기 위상판을 통과한 엑스레이 중 상기 제2 가림막에 의해 차단되지 않은 엑스레이에 의해 투영된 시료의 영상을 촬영하는 촬영부; 및
    상기 제1 가림막 및 제2 가림막을 이동시키고, 상기 엑스레이에 의해 투영된 시료의 영상을 촬영하도록 상기 촬영부를 제어하는 제어부를 포함하는,
    엑스레이를 이용한 영상 촬영 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 제1 가림막과 제2 가림막을 상기 광축에 직교하는 방향으로 이동시키고,
    상기 제1 가림막과 제2 가림막은 평행하게 배치된,
    엑스레이를 이용한 영상 촬영 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 제1 가림막과 제2 가림막이 초기 위치에 위치할 때 상기 엑스레이에 의해 투영된 시료의 영상인 제1 영상을 촬영한 이후,
    상기 광축에 수직인 방향으로 상기 제1 가림막 및 제2 가림막을 이동시키고, 상기 제1 영상에서 촬영되지 않은 시료의 나머지 부분에 대한 제2 영상을 촬영하도록 상기 촬영부를 제어하는,
    엑스레이를 이용한 영상 촬영 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 제1 가림막과 제2 가림막 각각을 상기 광축에 대칭되는 위치로 이동시키는,
    엑스레이를 이용한 영상 촬영 장치.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 방출된 엑스레이 중 상기 시료에 도달한 절반의 엑스레이의 진행을 차단하도록 상기 제1 가림막을 이동시키고,
    상기 제1 가림막이 이동한 방향과 반대 방향으로 상기 제2 가림막을 이동시키는,
    엑스레이를 이용한 영상 촬영 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제2 가림막은,
    상기 제2 영상 촬영 시, 상기 이동된 제1 가림막에 의해 차단되지 않고 상기 위상판을 통과한 엑스레이 중 상기 동심원 회절판에 의해 회절되지 않은 엑스레이의 진행을 차단하는 위치로 이동된,
    엑스레이를 이용한 영상 촬영 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    엑스레이를 생성하고, 상기 생성된 엑스레이를 상기 시료를 향해 일직선으로 방출하는 엑스레이부를 더 포함하는,
    엑스레이를 이용한 영상 촬영 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 방출된 엑스레이에 의해 투영된 시료의 영상이 촬영되면, 상기 제1 가림막 및 제2 가림막을 이동시킨 후,
    새로운 엑스레이를 방출시키고, 상기 방출된 새로운 엑스레이에 의해 투영된 시료의 영상을 촬영하도록 상기 촬영부를 제어하는,
    엑스레이를 이용한 영상 촬영 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 촬영된 시료의 영상들을 스티칭(Stitching)하여 상기 시료 전체에 대한 하나의 영상을 생성하는,
    엑스레이를 이용한 영상 촬영 장치.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 위상판은,
    상기 동심원 회절판의 초점거리에서 상기 방출된 엑스레이의 광축상에 중심이 위치한,
    엑스레이를 이용한 영상 촬영 장치.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 제1 가림막 및 제2 가림막은 서로 평행한,
    엑스레이를 이용한 영상 촬영 장치.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 촬영부는,
    상기 위상판을 통과한 엑스레이가 통과되어 가시광선으로 전환되는 신틸레이터;
    상기 전환된 가시광선을 확대하는 광학 렌즈;
    상기 확대된 가시광선이 투영되는 검출판; 및
    상기 검출판에 투영된 가시광선의 영상을 촬영하는 카메라를 포함하는,
    엑스레이를 이용한 영상 촬영 장치.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 신틸레이터, 광학 렌즈, 검출판 및 카메라는,
    중심이 상기 광축상에 배열된,
    엑스레이를 이용한 영상 촬영 장치.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 방출된 엑스레이의 진행방향에서 상기 제1 가림막과 동심원 회절판 사이에 위치하고, 상기 시료를 고정시키는 시료고정부를 더 포함하는,
    엑스레이를 이용한 영상 촬영 장치.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 시료고정부를 회전 및 이동시키는,
    엑스레이를 이용한 영상 촬영 장치.
  16. 제1항에 있어서,
    상기 제2 가림막은,
    상기 위상판과 촬영부 사이에서, 상기 위상판을 통과한 엑스레이 중 상기 동심원 회절판에 의해 회절되지 않은 엑스레이만을 차단하는 곳에 위치한,
    엑스레이를 이용한 영상 촬영 장치.
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