WO2020101157A1 - 복합 현미경 시스템 - Google Patents

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WO2020101157A1
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이계승
장기수
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한국기초과학지원연구원
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Definitions

  • the description below relates to a composite microscope system.
  • a nonlinear microscope or a multiphoton microscope is a microscope that allows a substance to view a three-dimensional image with excellent resolution using fluorescence emitted by light stimulation. Since it is possible to detect non-linear fluorescence generated by non-linear optical interaction between the sample and the material inside the sample, there is a feature that can image the shape and structure of the sample without a separate fluorescent label.
  • a nonlinear microscope is effective for observing cell tissue in a biological material, but because the transmission depth is determined according to the wavelength of a laser pulse irradiated to a biological sample, and because the wavelength band of light emission differs according to the type of the biological material, It is mainly used to perform imaging of specific biological components in biological samples.
  • a microscope or imaging device that can observe not only imaging of specific cell tissues but also cell structures in a wider area in real time.
  • the purpose of one embodiment is to provide a composite microscope system.
  • a composite microscope system includes a sample holder supporting a sample; An optical interference microscope module that transmits broadband light toward the sample and the reference mirror, and forms a tomographic image of the sample based on a spectral image formed by interference of light reflected from the sample and the reference mirror; And after irradiating a laser pulse toward the sample, it may include a non-linear microscope module to measure the light generated through the multi-photon excitation phenomenon to form a non-linear image of the sample.
  • At least part of the broadband light irradiated toward the sample from the optical interference microscope module and at least part of the laser pulse irradiated toward the sample from the nonlinear microscope module may be irradiated to the sample along the same path.
  • the optical interference microscope module and the nonlinear microscope module may share one objective lens.
  • the sample holder is installed between the optical interference microscope module and the nonlinear microscope module, and light emitted from the optical interference microscope module is irradiated on one surface of the sample holder, and light emitted from the nonlinear microscope module is formed on the other surface of the sample holder. Can be investigated.
  • the sample holder may be movable in three axes between the optical interference microscope module and the nonlinear microscope module.
  • the optical interference microscope module a first light source for emitting broadband light; A sample irradiation unit irradiating a portion of the broadband light emitted from the first light source toward the sample and receiving light reflected from the sample; A reference unit that reflects the remaining part of the broadband light emitted from the first light source; And a spectrometer for measuring a spectral image formed by the light reflected from each other interfering with each other after the broadband light is transmitted to the sample irradiation unit and the reference unit, and the nonlinear microscope module emits a laser pulse.
  • a second light source The broadband light is installed on the optical axis of the broadband light irradiated from the sample irradiating unit toward the sample to reflect components of light having a wavelength greater than or equal to a first set wavelength and transmitting components of light having a wavelength less than the first set wavelength, and emitted from the second light source.
  • a first wavelength separation element that reflects at least a portion of the laser pulse toward the sample holder, and transmits at least a portion of the reflected light after being irradiated to the sample;
  • a photon measurement unit measuring light generated through a multiphoton excitation phenomenon by a laser pulse irradiated to the sample.
  • the composite microscope system may form a light coherence tomography image of the sample through a spectrum image measured by the spectrometer, and a control unit that forms a nonlinear image of the sample through light measured by the photon measurement unit
  • the apparatus may further include a broadband light irradiated toward the sample by detecting a locally refracted portion of the optical interference tomography image of the sample by heating the sample through a laser pulse emitted from the second light source. And the relative position of the optical axis of the laser pulse.
  • the sample irradiation unit may include a first beam scanner that adjusts the position of the optical axis of the broadband light irradiated toward the sample, and the nonlinear microscope module determines the position of the optical axis of the laser pulse irradiated toward the sample.
  • a second beam scanner may be further included, and the control unit may further include the first position based on a relative position between a center coordinate of the optical coherence tomography image of the sample and a coordinate of a specific portion where the optical coherence tomography image is locally refracted.
  • One or more of the beam scanner and the second beam scanner may be driven to align the optical axis of the broadband light irradiated toward the sample and the optical axis of the laser pulse.
  • the reference unit may include a beam splitter that reflects at least a portion of broadband light irradiated from the sample irradiation unit toward the sample holder; A focus adjustment unit installed on a path of broadband light reflected from the beam splitter, and adjusting an optical path length of light passing through; And a reference mirror reflecting light passing through the focus control unit.
  • the focus adjustment unit may include a plurality of optical path adjustment windows that provide different optical path lengths
  • It may include a driving unit for selectively moving any one of the plurality of optical path adjustment windows to be positioned on the path of the broadband light.
  • the photon measurement unit is a second wavelength that transmits light corresponding to any one of the second harmonic wave and the third harmonic wave among the components of the light emitted by irradiation of the laser pulse to the sample and reflects the light corresponding to the other harmonic wave.
  • Separation elements A one photon meter measuring a harmonic wave passing through the second wavelength separation element; And a second photon meter measuring a harmonic wave reflected from the second wavelength separation element.
  • the broadband light irradiated from the sample irradiating unit passes through a first wavelength separation element and is irradiated to a sample holder, and the broadband light and laser pulse between the first wavelength separation element and the sample holder form a common path and irradiate the sample Can be.
  • the optical interference microscope module and the nonlinear microscope module are disposed at positions opposite to each other based on the sample holder, and the broadband light source irradiated from the sample irradiation unit is irradiated perpendicular to one surface of the sample holder, and the first wavelength separation element The laser pulse reflected from may be irradiated perpendicular to the other surface of the sample holder.
  • a sample holder for supporting a sample, a nonlinear microscope module for obtaining a nonlinear image of a sample supported on the sample holder, and a light interference microscope module for obtaining a light coherence tomography image of a sample supported on the sample holder A method of controlling a composite microscope system comprising: a light source driving step of heating a specific portion of the sample using a laser pulse emitted from a light source of the nonlinear microscope module; And an axis of light emitted from each light source of the optical interference module and the nonlinear microscope module and irradiated to the sample based on the relative position of the specific portion detected from the optical interference tomography image obtained from the optical interference microscope module. It may include a step of aligning the optical axis so as to be positioned on a straight line.
  • a periodic pulse type laser is irradiated to the sample through the light source of the nonlinear microscope module to locally change the optical interference tomography image of the sample using a photo thermal effect. It may include.
  • the optical axis alignment step may include: a specific part detection step of calculating a position coordinate of the specific part in an optical coherence tomography image obtained through the optical interference microscope module; A relative position detection step of calculating a relative position between a center coordinate of the optical coherence tomography image and a position coordinate of the specific portion; And an optical axis adjustment step of aligning an optical axis of any one of the nonlinear microscope module and the optical interference microscope module based on the relative position.
  • the method for controlling the composite microscope system selectively selects any one of a plurality of optical path adjustment windows providing different optical path lengths on a path of light irradiated from a light source of the optical interference microscope module toward a reference mirror. By positioning, it may further include a focus adjustment step of adjusting the focus of the optical interference tomography image.
  • a single coherence tomographic image and a nonlinear image can be simultaneously observed for one sample.
  • a photothermal effect generated by irradiating a laser pulse emitted from a light source of a nonlinear microscope module toward a sample can be sensed. .
  • a photothermal effect generated by irradiating a laser pulse emitted from a light source of a nonlinear microscope module toward a sample can be sensed.
  • FIG. 1 is a view showing the optical configuration of a composite microscope system according to an embodiment.
  • FIG. 2 is a view showing the optical configuration of a composite microscope system according to an embodiment.
  • FIG. 3 is a view showing the optical configuration of an optical interference microscope module according to an embodiment.
  • FIG. 4 is a flowchart illustrating a method of controlling a composite microscope system according to an embodiment.
  • FIG. 5 is a flowchart illustrating an optical axis alignment step according to an embodiment.
  • FIG. 7 is an optical coherence tomography image taken through a light interference microscope module according to an embodiment.
  • FIG. 8 is a cross-sectional image taken through a light interference microscope module according to an embodiment of a grain of corn.
  • FIG. 9 is a secondary harmonic image taken through a nonlinear microscope module according to an embodiment of a region A of FIG. 8.
  • FIG. 10 is a third harmonic image taken through a nonlinear microscope module according to an embodiment of region A of FIG. 8.
  • FIG. 12 is an optical coherence tomography image of a clover leaf taken through an optical interference microscope module according to an embodiment.
  • FIG. 13 is a cross-sectional image taken through a light interference microscope module according to an embodiment of a clover leaf.
  • FIG. 14 is a second harmonic image taken through a nonlinear microscope module according to an embodiment of a portion A of FIG. 13.
  • 15 is a third harmonic image taken through a nonlinear microscope module according to an embodiment of a region A of FIG. 13.
  • 16 is a view showing a synchronization process between a light interference microscope module and a nonlinear microscope module according to an embodiment.
  • 17 is a view illustrating an optical coherence tomography image of a sample taken through an optical interference microscope module according to an embodiment.
  • FIG. 18 shows an optical coherence tomography image of a photothermal effect occurring in a portion of a sample to which a laser pulse is irradiated.
  • FIG. 1 is a view showing the optical configuration of a composite microscope system according to an embodiment.
  • the compound microscope system 1 observes an optical coherence tomography image through an optical coherence tomography (OCT) of one sample 8 (11, Optical Coherence Microscope), and simultaneously, a system in which a non-linear microscope module (12, Nonlinear Microscope) for acquiring a stereoscopic structure image of the corresponding sample 8 is integrated.
  • the compound microscope system 1 may include a sample holder 13, an optical interference microscope module 11, a nonlinear microscope module 12 and a control unit 14.
  • the sample holder 13 may support the sample 8 to be measured through the optical interference microscope module 11 and the nonlinear microscope module 12.
  • the sample holder 13 can move along a plane perpendicular to the direction of light irradiation.
  • the sample 8 may be a biological sample formed of a biological material.
  • the optical interference microscope module 11 may observe an optical interference tomography image of the sample 8 through an optical interference tomography technique (OCT).
  • OCT optical interference tomography technique
  • the optical interference microscope module 11 may include a first light source source 111, an optical coupler 113, a reference unit 112, a sample irradiation unit 116, a scan lens 117 and a spectrometer 114. .
  • the first light source source 111 can emit broadband light.
  • the first light source source 111 may emit broadband light having a wavelength that is less than the first set wavelength, which will be described later, and is greater than or equal to the second set wavelength.
  • the broadband light generated from the first light source source 111 may be transmitted through an optical fiber cable between the optical coupler 113, the reference unit 112, the sample irradiation unit 116 and the spectrometer 114. .
  • the optical coupler 113 may be installed between the first light source source 111, the reference unit 112, the sample irradiation unit 116, and the spectrometer 114 to form a movement path of broadband light.
  • the broadband light formed from the first light source source 111 may be transmitted toward the reference unit 112 and the sample irradiation unit 116 while passing through the optical coupler 113, and may pass through the sample irradiation unit 116
  • the reflected broadband light may be transmitted to the spectrometer 114 while passing through the optical coupler 113 again.
  • the broadband light reflected from the reference unit 112 may be transmitted to the spectrometer 114 while passing through the optical coupler 113 again.
  • the reference unit 112 may form a reference light that is reflected without being irradiated to the sample in order to form an optical interference tomography image of the sample 8.
  • the reference unit 112 may include a reference mirror 1121 and a first collimator 1122.
  • the reference mirror 1121 may reflect the broadband light transmitted to the reference unit 112 in the reverse direction.
  • the first collimator 1122 converts the broadband light transmitted to the reference unit 112 into parallel rays and irradiates it toward the reference mirror 1121.
  • the reference unit 112 may further include a dispersion element such as a diffraction grating that separates broadband light for each wavelength.
  • a dispersion element such as a diffraction grating that separates broadband light for each wavelength.
  • the sample irradiator 116 can spectralize the broadband light transmitted from the first light source source 111 and irradiate the spectral light toward the sample holder 13 supporting the sample 8.
  • the sample irradiator 116 may transmit the broadband light irradiated and reflected on the sample 8 in the reverse direction.
  • the sample irradiation unit 116 may include a second collimator 1161 and a first beam scanner 1162.
  • the second collimator 1161 may convert broadband light received from the first light source source 111 into parallel rays and irradiate it toward the first beam scanner 1162.
  • the first beam scanner 1162 may irradiate broadband light toward the sample 8.
  • the first beam scanner 1162 may allow the broadband light to be vertically irradiated to the upper side of the sample holder 13 in which the sample 8 is disposed.
  • the first beam scanner 1162 can adjust the position of the optical axis of the broadband light irradiated to the sample 8.
  • the first beam scanner 1162 may displace the optical axis along two axial directions perpendicular to each other within the plane based on the plane formed by the upper surface of the sample holder 13.
  • the first beam scanner 1162 may adjust the angle at which broadband light is irradiated to the sample 8.
  • the sample irradiation unit 116 may further include a dispersion element such as a diffraction grating that separates broadband light for each wavelength.
  • a dispersion element such as a diffraction grating that separates broadband light for each wavelength.
  • the first scan lens 117 is installed on the path of the broadband light irradiated toward the sample 8 from the sample irradiator 116 to focus the broadband light irradiated toward the sample 8.
  • Spectrometer 114 is a spectrum that is classified by wavelength by measuring the broadband light formed by the interference of each other and the broadband light reflected from the reference unit 112 and the broadband light irradiated and reflected on the sample 8 through the sample irradiation unit 116 You can form an image.
  • the nonlinear microscope module 12 can irradiate a plurality of photons (hereinafter, multiphotons) non-linearly by irradiating a laser pulse to the sample 8, and is generated through a multiphoton excitation phenomenon. By measuring the excitation light, the nonlinear image of the sample 8 can be observed.
  • the nonlinear microscope module 12 includes a second light source source 121, a second beam scanner 122, a first wavelength separation element 124, an objective lens 123, a second wavelength separation element 125, and a photon measurement unit 126 and a plurality of lenses.
  • the second light source source 121 may form a laser pulse for irradiating the sample 8.
  • a pulse laser having a femtosecond peak output may be used as the second light source source 121.
  • the second light source source 121 may form a laser pulse having a wavelength of 1560 nm.
  • the second beam scanner 122 may irradiate a laser pulse generated from the second light source source 121 toward the first wavelength separation element 124.
  • the second beam scanner 122 irradiates a laser pulse toward the first wavelength separation element 124 disposed on the optical axis of the broadband light irradiated toward the sample 8 from the sample irradiator 116, but the laser The direction in which the pulse is irradiated toward the first wavelength separation element 124 may be formed perpendicular to the direction in which the broadband light is irradiated toward the sample 8.
  • the second beam scanner 122 may adjust the optical axis position of the laser pulse irradiated to the first wavelength separation element 124.
  • the second beam scanner 122 may displace the optical axis of the laser pulse.
  • the second beam scanner 122 may irradiate the laser pulse in a direction perpendicular to the optical axis of the broadband light, but may displace the optical axis of the laser pulse along two axial directions perpendicular to the plane perpendicular to the irradiation direction. have.
  • the second beam scanner 122 may adjust the irradiation angle of the laser pulse.
  • the first wavelength separation element 124 is installed on the optical axis of the broadband light from which the sample light is irradiated from the sample irradiator 116 toward the sample 8, reflects components of light having a wavelength greater than or equal to the first set wavelength, and
  • the component can be a dichroic mirror that can transmit.
  • the first set wavelength may be 1400 nm.
  • the first wavelength separation element 124 may be disposed in a state inclined at an angle of 45 ° to the irradiation direction of the broadband light on the path of the broadband light irradiated toward the sample 8. Therefore, at least a portion of the laser pulses emitted from the second light source source 121 is reflected toward the sample holder 13, and at least a portion of the reflected light after being irradiated to the sample can be transmitted.
  • an optical axis in which broadband light and laser pulses are irradiated to the sample 8 between the first wavelength separation element 124 and the sample holder 13 may be parallel or form a common path.
  • the objective lens 123 is installed on the path of the broadband light and the laser pulse irradiated toward the sample holder 13 to collect the broadband light and the laser pulse on the sample 8.
  • the excitation light formed by the multiphoton excitation phenomenon in which a plurality of photons of the sample 8 are nonlinearly excited is directed in the opposite direction to the irradiation direction Can be released.
  • the second wavelength separation element 125 is installed in a path of broadband light transmitted between the sample irradiator 116 and the first wavelength separation element 124 so that components of light above the second set wavelength are transmitted and light of less than the second set wavelength is
  • the component can be a dichroic mirror that can reflect.
  • the second set wavelength may be 1000 nm.
  • the second wavelength separation element 125 may be disposed in a state inclined at an angle of 45 ° to the irradiation direction of the broadband light on the path of the broadband light irradiated toward the sample 8. Therefore, at least a portion of the laser pulses reflected after being irradiated to the sample 8 is reflected toward the photon measurement unit 126, but the broadband light irradiated from the sample irradiation unit 116 can be transmitted toward the sample holder 13. have.
  • the photon measurement unit 126 can measure excitation light generated by being irradiated to the sample 8 of the sample holder 13.
  • the photon measurement unit 126 may include a third wavelength separation element 1261, a first filter 1262, a first photon meter 1264, a second filter 1263, and a second photon meter 1265. have.
  • the third wavelength separation element 1261 is installed on a path through which the excitation light is reflected by the second wavelength separation element 125, and components of light having a wavelength greater than or equal to the third set wavelength are reflected or transmitted, and less than the third wavelength set.
  • the component of light can be a dichroic mirror that can transmit or reflect.
  • the third wavelength separation element 1261 may transmit light corresponding to any one of the second harmonic wave and the third harmonic wave among components of the light, and reflect light corresponding to the other harmonic waves.
  • the components of the light corresponding to the second harmonic wave may be transmitted to the third wavelength separation element 1261 and irradiated to the first photon meter 1264, and the second harmonic wave among the components of the excitation light
  • the component of light corresponding to may be reflected by the third wavelength separation element 1261 and irradiated to the second photon meter 1265.
  • the first filter 1262 is installed in front of the first photon meter 1264 and can transmit the selected excitation light incident on the first photon meter 1264 according to the wavelength.
  • the first photon meter 1264 may be a photomultiplier tube (PMT) that measures photon energy of incident excitation light and converts it into an electrical signal.
  • PMT photomultiplier tube
  • the second filter 1263 is installed in front of the second photon meter 1265 and can transmit the selected excitation light incident on the second photon meter 1265 according to the wavelength.
  • the second photon meter 1265 may be a photoelectric amplification tube that measures photon energy of incident excitation light and converts it into an electrical signal.
  • each of the photon meters 1234 and 1265 is at the wavelength. Accordingly, it is possible to separate and measure excitation light emitting harmonic waves of different wavelength bands for each cell material through the measured signal.
  • a plurality of lenses may be installed on a path of a broadband light source, a laser pulse or excitation light to extend the image of each light or change the light flux.
  • a plurality of lenses are installed on a path of a laser pulse emitted from the second beam scanner 122 to focus light, and a second scan lens 127 and a rear path of the second scan lens 127
  • the first tube lens 128a installed on the image to convert the light beam in parallel again, and installed between the second wavelength separation element 125 and the first wavelength separation element 124 to convert the light flux of the focused broadband light in parallel
  • the second tube lens (128b) to be installed on the path of the excitation light reflected from the second wavelength separation element (125) and irradiated toward the photon measurement unit (126) condensing lens (129) for focusing the light flux of the excitation light It can contain.
  • the control unit 14 may form an optical coherence tomography image of the sample 8 through the spectrum image measured by the spectrometer 114, and measure the photon energy of the excitation light measured by the photon measurement unit 126 to sample The nonlinear image of (8) can be obtained.
  • control unit 14 may output the optical coherence tomography image and the nonlinear image of the sample 8 obtained through the respective microscope modules 11 and 12 through separate displays.
  • control unit 14 may adjust the first beam scanner 1162 or the second beam scanner 122, through which the position of the irradiation point of the broadband light or laser pulse irradiated onto the sample 8 or The position of the optical axis can be adjusted.
  • the control unit 14 detects a locally refracted portion of the optical coherence tomography image of the sample 8 in the process of heating the sample 8 through a laser pulse emitted from the second light source source 121, and the sample ( 8) It is possible to detect the relative position of the optical axis of each of the broadband light and the laser pulse irradiated toward.
  • the portion of the sample 8 to which the laser pulse is irradiated can be heated due to the photothermal effect, so that it is obtained through the optical interference microscope module 11
  • the optical coherence tomography image of the sample 8 to be observed is observed, a specific portion of the sample 8 that is locally refracted can be detected. Accordingly, it can be confirmed that a specific portion refracted on the optical coherence tomography image is an observation region of the nonlinear microscope module 12.
  • control unit 14 may detect the relative position between the center coordinates of the optical coherence tomography image of the sample 8 and the coordinates of a specific portion where the optical coherence tomography image is locally refracted. Accordingly, the controller 14 drives any one of the first beam scanner 1162 and the second beam scanner 122 based on the measured relative position, and the optical axis of the broadband light irradiated toward the sample 8 and The optical axis of the laser pulse can be aligned to form a straight line. Through this process, it is possible to quickly check which part of the entire sample 8 is located in the observation area of the nonlinear microscope module 12 that can observe a very narrow area at a high resolution, thereby improving user convenience. Can be.
  • control unit 14 moves the sample holder 13 in a direction parallel to the irradiation direction of light, thereby displaying the observation regions of the optical coherence tomographic image and the nonlinear image. It can be moved at the same time.
  • one objective lens 123 may be shared to simultaneously observe the optical coherence tomography image and the nonlinear image of the sample 8, and the optical coherence tomography image and the nonlinear image
  • the reference point of the field of view can be easily matched.
  • FIG. 2 is a view showing the optical configuration of a composite microscope system according to an embodiment.
  • FIG. 2 shows a composite microscope system 2 having a different embodiment configuration from the composite microscope system 1 shown in FIG. 1.
  • the composite microscope system 2 according to an embodiment, light emitted from the light sources of the optical interference microscope module 21 and the nonlinear microscope module 22 is irradiated to both sides of the sample holder 23, respectively, and thus one sample 8
  • the optical coherence tomography and nonlinear images for can be observed.
  • the compound microscope system 2 may include a sample holder 23, an optical interference microscope module 21, a nonlinear microscope module 22, and a control unit 24.
  • the sample holder 23 may be installed between the optical interference microscope module 21 and the nonlinear microscope module 22. Light emitted from the optical interference microscope module 21 is vertically irradiated on one surface of the sample holder 23, and light emitted from the nonlinear microscope module 22 is irradiated vertically on the other surface of the sample holder 23. .
  • the sample holder 23 may be movable in three axes between the optical interference microscope module 21 and the nonlinear microscope module 22.
  • the sample holder when simultaneously observing the optical coherence tomography image and the nonlinear image of the sample 8 while observing other areas of the sample 8, the sample holder without having to simultaneously adjust the optical axis of the broadband light and the optical axis of the laser pulse By moving (23) in the desired direction, it is possible to simply adjust the observation regions of the optical coherence tomographic image and the nonlinear image simultaneously.
  • the optical interference microscope module 21 includes a reference unit 212 including a first light source source 211 that emits broadband light, an optical coupler 213, a reference mirror 2121, and a first collimator 2122. And, a sample irradiator 216 having a second collimator 2161 and a first beam scanner 2162, a spectrometer 214, a first scan lens 217, a first tube lens 218 and a first It may include an objective lens 219.
  • the first beam scanner 2162 may irradiate the received broadband light toward one surface of the sample holder 23.
  • the first beam scanner 2162 may allow broadband light to be incident perpendicularly to the sample holder 23.
  • the first scan lens 217 is installed on the path of the broadband light irradiated from the sample irradiator 216 toward one surface of the sample holder 23 to focus the light flux of the broadband light.
  • the first tube lens 218 may irradiate toward the first objective lens 219 by converting the light flux of the broadband light condensed through the first scan lens 217 again in parallel.
  • the first objective lens 219 is installed on a path of broadband light irradiated toward one surface of the sample holder 23 to converge the broadband light toward one surface of the sample 8.
  • the nonlinear microscope module 22 includes a second light source 221 that emits laser pulses, a second beam scanner 222, a first wavelength separation element 224, a second objective lens 223, and a second wavelength separation. It may include an element 225, a photon measurement unit 226 and a plurality of lenses.
  • the second beam scanner 222 may irradiate a laser pulse generated from the second light source source 221 toward the first wavelength separation element 224.
  • the second beam scanner 222 may irradiate a laser pulse in a direction parallel to the sample holder 23.
  • the first wavelength separation element 224 may reflect components of light above the first set wavelength and transmit components of light below the first set wavelength.
  • the first wavelength separation element 224 may reflect a portion of the laser pulse transmitted from the second beam scanner 222 to be irradiated to the other surface of the sample holder 23, and irradiate the sample 8 Part of the reflected light can be transmitted.
  • the first wavelength separation element 224 may be arranged to form a 45 ° angle with the irradiation direction of the laser pulse emitted from the second beam scanner 222.
  • the broadband light and laser pulses irradiated to each of the one surface and the other surface of the sample holder 23 may be parallel to each other, and simultaneously irradiated perpendicularly to both surfaces of the sample holder 23, respectively.
  • the second objective lens 223 is provided on the path of the laser pulse irradiated toward the other surface of the sample holder 23 to condense the laser pulse toward the other surface of the sample 8.
  • the second wavelength separation element 225 may reflect a portion of the excitation light formed from the sample 8 toward the photon measurement unit 226.
  • the second wavelength separation element 225 is installed on a path through which the excitation light generated when the laser pulse is irradiated to the sample 8 passes through the first wavelength separation element 224, and is second. Components of light above the set wavelength can be transmitted, and components of light below the second set wavelength can be reflected.
  • the photon measurement unit 226 can measure the excitation light generated by being irradiated to the sample holder 23.
  • the photon measurement unit 226 may include a third wavelength separation element 2161, a first filter 2262, a first photon meter 2264, a second filter 2263, and a second photon meter 2265. It can contain.
  • a plurality of lenses can be installed on the path of the laser pulse or excitation light to extend the image of each light or change the light flux.
  • a plurality of lenses are installed on the path of the laser pulse emitted from the second beam scanner 222 to focus the light on the second scan lens 227 and on the rear path of the second scan lens 227 It is installed on the second tube lens 228 for converting the light beam in parallel again, and the light flux of the excitation light is installed on the path of the excitation light reflected from the second wavelength separation element 225 and irradiated toward the photon measurement unit 226 It may include a condensing lens 229 to focus.
  • the control unit 24 can easily grasp the relative position of the optical axis of each of the broadband light and the laser pulse irradiated by the sample 8 by detecting the photothermal effect observed on the optical interference tomography image.
  • control unit 24 may align the optical axes of the broadband light and laser pulses irradiated to the sample 8 by controlling any one or more of the first beam scanner 2162 and the second beam scanner. .
  • the optical interference microscope module 21 and the nonlinear microscope module 22 are installed at positions opposite to each other relative to the sample holder 23, at least one of the modules 21, 22 is displaced. By doing so, it is also possible to align the optical axes of the broadband light and the laser pulse.
  • control unit 24 moves the sample holder 23 in a direction parallel to the irradiation direction of light, thereby displaying an observation region of a coherent tomographic image and a nonlinear image. It can be moved at the same time.
  • FIG. 3 is a view showing the optical configuration of an optical interference microscope module according to an embodiment
  • FIG. 3 shows a composite microscope system 3 having a configuration of a light interference microscope module 31 different from the composite microscope systems 1 and 2 shown in FIGS. 1 and 2.
  • the compound microscope system 3 according to an embodiment may be understood to have a configuration of a reference unit 315 different from the compound microscope system 2 shown in FIG. 2.
  • the reference part 315 of the optical interference microscope module 31 includes a beam splitter 3154 reflecting at least a portion of broadband light emitted from the sample irradiation part 316 toward the sample holder 33, and a beam splitter It is installed on the path of the broadband light reflected from (3154), and the focus adjustment unit (3151, 3152) for adjusting the optical path length of the light passing through, and reflecting the light passing through the focus adjustment unit (3151, 3152) Reference mirror 3153 may be included.
  • the focus adjustment units 3151 and 3152 may include a plurality of optical path adjustment windows 3151 providing different optical path lengths, and an optical path adjustment window 3151 of the plurality of optical path adjustment windows 3151 ) May be selectively moved to be positioned on a path of broadband light.
  • the plurality of optical path adjustment windows 3151 may have different thicknesses and / or materials.
  • the plurality of optical path adjustment windows 3151 may be arranged on the driving unit 3152 in a state spaced apart from each other, and the driving unit 3152 slides the plurality of optical path adjustment windows 3151 along one direction. By doing so, the desired optical path adjustment window 3151 can be positioned on the path of the broadband light.
  • the plurality of optical path adjustment windows 3151 may have a flip mount structure that is radially spaced on a circular plate.
  • the driving unit 3152 may position the desired optical path adjustment window 3151 on a path of broadband light by rotating the circular plate.
  • the optical coherence tomography is due to a change in the thickness of the biological sample 8 or the influence of water contained therein.
  • the optical path to which the coherent tomographic image is best observed is adjusted. Window 3151 may be selected.
  • FIG. 4 is a flowchart illustrating a method of controlling a complex microscope system according to an embodiment
  • FIG. 5 is a flowchart illustrating an optical axis alignment step according to an embodiment.
  • the method for controlling the composite microscope system may include a light source driving step 41, an optical axis alignment step 42, and a focus adjustment step 43.
  • the light source driving step 41 may be a step of heating a specific portion of the sample 8 using laser pulses emitted from the light source of the nonlinear microscope module 22.
  • a periodic pulse type laser pulse is irradiated to the sample 8 through the second light source source 221 of the nonlinear microscope module 22, thereby causing a photothermal effect.
  • the optical axis alignment step 42 is based on the relative position of a specific part detected from the optical coherence tomography image formed from the optical coherence microscope module 31, the light source source of each of the optical coherence microscope module 31 and the nonlinear microscope module 22 It may be a step of adjusting the optical axis irradiated to the sample 8 from (311, 221).
  • the control unit 34 in the optical coherence tomography image obtained through the optical interference microscope module 31, the control unit 34 refracts to calculate the position coordinates of a specific portion that is locally refracted by the photothermal effect.
  • Based on the non-linear microscope module 22 and the optical interference microscope module 31 may include an optical axis adjustment step 423 to align the optical axis of any one of the modules.
  • control unit 34 controls any one or more beam scanners of the first beam scanner 3162 and the second beam scanner 222, and the broadband light irradiated to the sample 8 and And aligning the optical axis of the laser pulse.
  • the focus adjustment step 43 includes a plurality of optical path adjustment windows 3151 in which the control unit 34 provides different optical path lengths on the path of light irradiated from the light source of the optical interference microscope module 31 toward the reference mirror 312. ) By selectively positioning any one of them, a focus adjustment step 43 for adjusting the focus of the optical coherence tomography image may be included.
  • FIG. 6 is an image of corn grains
  • FIG. 7 is a light coherence tomography image of corn grains taken through an optical interference microscope module according to an embodiment
  • FIG. 8 is a light interference microscope module according to an embodiment 9 is a second harmonic image taken through a nonlinear microscope module according to an embodiment
  • FIG. 10 is an example of a portion of area A of FIG. 8 This is a third harmonic image taken through a nonlinear microscope module.
  • an image obtained by simultaneously photographing a coherent tomography image and a nonlinear image of corn grains (corn, ZEA MAYS) through a composite microscope system according to an embodiment may be confirmed.
  • an optical interference tomography image and a cross-sectional image of corn grains may be obtained through the optical interference microscope module according to an embodiment.
  • FIG. 11 is an image of a clover leaf
  • FIG. 12 is an optical coherence tomography image of a clover leaf taken through an optical interference microscopy module according to an embodiment
  • FIG. 13 is a light interference microscopy module according to an embodiment 14 is a secondary harmonic image taken through a nonlinear microscope module according to an embodiment
  • FIG. 15 is a portion of area A of FIG. 13 according to an embodiment This is a third harmonic image taken through the nonlinear microscope module.
  • an image obtained by simultaneously photographing a coherent tomographic image and a nonlinear image of a clover leaf through a composite microscope system according to an embodiment may be confirmed.
  • an optical coherence tomography image and a cross-sectional image of a clover leaf may be obtained through the optical interference microscope module according to an embodiment.
  • 16 is a view showing a synchronization process between a light interference microscope module and a nonlinear microscope module according to an embodiment.
  • an imaging sampling signal of the optical interference microscope module and a laser pulse emitted from a light source source of the nonlinear microscope module Signals can be synchronized.
  • FIG. 17 is a view showing an optical coherence tomography image of a sample taken through an optical interference microscope module according to an embodiment
  • FIG. 18 is an optical coherence tomography taking a photothermal effect occurring in a portion of a sample to which a laser pulse is irradiated. It is a diagram showing an image
  • FIG. 19 is a diagram showing a secondary harmonic image and a third harmonic image of a sample photographed through a nonlinear microscope module.
  • a 3D focal position of a nonlinear microscope module can be identified on an optical interference tomography image of tissue paper photographed through an optical interference microscope module.
  • the left image of FIG. 18 is a light coherence tomography image when the power of the light source of the nonlinear microscope module is cut off, and the right image shows a light coherence tomography image when power is applied to the light source of the nonlinear microscope module. Shows.
  • a portion of a sample irradiated with a laser pulse in FIG. 18 may be confirmed by a second harmonic image and a third harmonic image captured through a nonlinear microscope module according to an embodiment.

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Abstract

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

Description

복합 현미경 시스템
아래의 설명은 복합 현미경 시스템에 관한 것이다.
비선형 현미경(nonlinear microscope) 또는 다광자 현미경(multiphoton microscope)은 물질이 빛의 자극에 의하여 발광하는 형광(fluorescence)을 이용하여 해상도가 뛰어난 3차원의 영상을 볼 수 있게 하는 현미경으로서, 시료에 조사한 빛과 시료 내부 물질 간의 비선형 광학적 상호작용으로 발생된 비선형광을 검출할 수 있기 때문에, 별도의 형광 표지 없이 시료의 형태 및 구조를 이미징할 수 있는 특징이 있다.
비선형 현미경은 생체 물질 내 세포 조직 관찰에 효과적이지만, 생체 시료에 조사되는 레이저 펄스의 파장에 따라 투과 깊이가 결정된다는 점과 생체 물질의 종류에 따라 빛을 발산하는 파장의 대역이 상이하다는 점 때문에, 생체 시료 중 특정 생체 성분의 이미징을 수행하는데 주로 사용된다.
따라서, 생체 시료의 구조 및 세포의 거동을 보다 효과적으로 분석하기 위해서는 특정 세포 조직의 이미징뿐만 아니라 보다 넓은 영역에서의 세포 구조를 실시간으로 관찰할 수 있는 현미경 또는 영상 장치가 병용되는 것이 효과적일 수 있다.
전술한 배경기술은 발명자가 본 발명의 도출과정에서 보유하거나 습득한 것으로서, 반드시 본 발명의 출원 전에 일반 공중에 공개된 공지기술이라고 할 수는 없다.
일 실시 예의 목적은 복합 현미경 시스템을 제공하는 것이다.
일 실시 예에 따른 복합 현미경 시스템은 시료를 지지하는 시료 홀더; 상기 시료 및 기준 미러를 향해 광대역 광을 전달하고, 상기 시료 및 기준 미러로부터 반사되는 광이 서로 간섭되어 형성되는 스펙트럼 이미지에 기초하여 상기 시료의 단층 이미지를 형성하는 광간섭 현미경 모듈; 및 상기 시료를 향해 레이저 펄스를 조사한 이후, 다광자 여기 현상을 통해 발생되는 광을 계측하여 상기 시료의 비선형 이미지를 형성하는 비선형 현미경 모듈을 포함할 수 있다.
상기 광간섭 현미경 모듈에서 상기 시료를 향해 조사되는 광대역 광의 적어도 일부와, 상기 비선형 현미경 모듈에서 상기 시료를 향해 조사되는 레이저 펄스의 적어도 일부는 동일한 경로를 따라서 상기 시료에 조사될 수 있다.
상기 광간섭 현미경 모듈 및 상기 비선형 현미경 모듈은 하나의 대물 렌즈를 공유할 수 있다.
상기 시료 홀더는 상기 광간섭 현미경 모듈 및 비선형 현미경 모듈 사이에 설치되어 상기 시료 홀더의 일면에는 상기 광간섭 현미경 모듈로부터 방출되는 광이 조사되고 상기 시료 홀더의 타면에는 상기 비선형 현미경 모듈로부터 방출되는 광이 조사될 수 있다.
상기 시료 홀더는 상기 광간섭 현미경 모듈 및 비선형 현미경 모듈 사이에서 3축으로 이동 가능할 수 있다.
상기 광간섭 현미경 모듈은, 광대역 광을 방출하는 제 1 광원; 상기 제 1 광원으로부터 방출된 광대역 광의 일부를 상기 시료를 향해 조사하고, 상기 시료로부터 반사되는 광을 입력 받는 시료 조사부; 상기 제 1 광원으로부터 방출된 광대역 광의 나머지 일부를 반사시키는 레퍼런스부; 및 상기 광대역 광이 상기 시료 조사부 및 레퍼런스부에 전달된 이후, 각각으로부터 반사되는 광이 서로 간섭되어 형성하는 스펙트럼 이미지를 계측하는 스펙트로미터를 포함할 수 있고, 상기 비선형 현미경 모듈은, 레이저 펄스를 방출하는 제 2 광원; 상기 광대역 광이 상기 시료 조사부로부터 상기 시료를 향해 조사되는 광대역 광의 광축에 설치되어 제 1 설정 파장 이상의 광의 성분은 반사하고 상기 제 1 설정 파장 미만의 광의 성분은 투과하여, 상기 제 2 광원으로부터 방출된 레이저 펄스 중 적어도 일부를 상기 시료 홀더를 향해 반사하되, 상기 시료에 조사된 이후 반사된 광의 적어도 일부를 투과시키는 제 1 파장 분리 요소; 및 상기 시료에 조사된 레이저 펄스에 의해 다광자 여기 현상을 통해 발생되는 광을 계측하는 광자 측정부를 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따른 복합 현미경 시스템은, 상기 스펙트로미터에서 계측된 스펙트럼 이미지를 통해 상기 시료의 광간섭 단층 이미지를 형성하고, 상기 광자 측정부에서 계측된 광을 통해 상기 시료의 비선형 이미지를 형성하는 제어부를 더 포함할 수 있고, 상기 제어부는 상기 제 2 광원에서 방출되는 레이저 펄스를 통해 상기 시료를 가열하여 상기 시료의 광간섭 단층 이미지 중 국부적으로 굴절되는 부분을 감지하여 상기 시료를 향해 조사되는 광대역 광 및 레이저 펄스의 광축의 상대 위치를 감지할 수 있다.
상기 시료 조사부는, 상기 시료를 향해 조사되는 상기 광대역 광의 광축의 위치를 조절하는 제 1 빔 스캐너를 포함할 수 있고, 상기 비선형 현미경 모듈은, 상기 시료를 향해 조사되는 상기 레이저 펄스의 광축의 위치를 조절하는 제 2 빔 스캐너를 더 포함할 수 있고, 상기 제어부는 상기 시료의 광간섭 단층 이미지의 중심 좌표와 상기 광간섭 단층 이미지가 국부적으로 굴절되는 특정 부분의 좌표간의 상대 위치에 기초하여 상기 제 1 빔 스캐너 및 제 2 빔 스캐너 중 어느 하나 이상의 스캐너를 구동하여 상기 시료를 향해 조사되는 광대역 광의 광축 및 레이저 펄스의 광축을 정렬할 수 있다.
상기 레퍼런스부는, 상기 시료 조사부로부터 상기 시료 홀더를 향해 조사되는 광대역 광의 적어도 일부를 반사시키는 빔 스플리터; 상기 빔 스플리터로부터 반사된 광대역 광의 경로 상에 설치되고, 통과되는 광의 광 경로 길이를 조절하기 위한 초점 조절부; 및 상기 초점 조절부를 통과하는 광을 반사시키는 기준 거울을 포함할 수 있다.
상기 초점 조절부는, 각각 다른 광 경로 길이를 제공하는 복수 개의 광로 조절 윈도우; 및
상기 복수 개의 광로 조절 윈도우 중 어느 하나의 광로 조절 윈도우를 선택적으로 상기 광대역 광의 경로상에 위치시키도록 이동시키는 구동부를 포함할 수 있다.
상기 광자 측정부는 상기 시료에 레이저 펄스가 조사되어 방출되는 광의 성분 중 이차 조화파 및 삼차 조화파 중 어느 하나의 조화파에 해당하는 광은 투과하고 나머지 조화파에 해당하는 광은 반사하는 제 2 파장 분리 요소; 상기 제 2 파장 분리 요소를 투과하는 조화파를 계측하는 1 광자 계측기; 및 상기 제 2 파장 분리 요소로부터 반사되는 조화파를 계측하는 제 2 광자 계측기를 포함할 수 있다.
상기 시료 조사부로부터 조사되는 광대역 광은 제 1 파장 분리 요소를 투과하여 시료 홀더에 조사되고, 상기 제 1 파장 분리 요소 및 시료 홀더 사이에서 상기 광대역 광 및 레이저 펄스는 공통 경로를 형성하며 상기 시료에 조사될 수 있다.
상기 광간섭 현미경 모듈 및 비선형 현미경 모듈은 상기 시료 홀더를 기준으로 서로 대향하는 위치에 배치되고, 상기 시료 조사부로부터 조사되는 광대역 광원은 상기 시료 홀더의 일면에 수직하게 조사되고, 상기 제 1 파장 분리 요소에서 반사되는 레이저 펄스는 상기 시료 홀더의 타면에 수직하게 조사될 수 있다.
시료를 지지하기 위한 시료 홀더와, 상기 시료 홀더 상에 지지된 시료의 비선형 이미지를 획득하기 위한 비선형 현미경 모듈과, 상기 시료 홀더 상에 지지된 시료의 광간섭 단층 이미지를 획득하기 위한 광간섭 현미경 모듈을 구비하는 복합 현미경 시스템을 제어하는 방법은, 상기 비선형 현미경 모듈의 광원으로부터 조사되는 레이저 펄스를 이용하여 상기 시료의 특정 부분을 가열하는 광원 구동 단계; 및 상기 광간섭 현미경 모듈로부터 획득된 광간섭 단층 이미지로부터 감지되는 상기 특정 부분의 상대적인 위치에 기초하여 상기 광간섭 현미경 모듈 및 비선형 현미경 모듈 각각의 광원으로부터 발생되어 상기 시료에 조사되는 광의 축이 서로 일 직선 상에 위치하도록 정렬하는 광축 정렬 단계를 포함할 수 있다.
상기 광원 구동 단계는, 상기 비선형 현미경 모듈의 광원을 통해 주기적인 펄스 형태의 레이저를 상기 시료에 조사함으로써, 광열 효과(photo thermal effect)를 이용하여 상기 시료의 광간섭 단층 이미지를 국부적으로 변화시키는 단계를 포함할 수 있다.
상기 광축 정렬 단계는, 상기 광간섭 현미경 모듈을 통해 획득한 광간섭 단층 이미지에서 상기 특정 부분의 위치 좌표를 계산하는 특정 부분 감지 단계; 상기 광간섭 단층 이미지의 중심 좌표와 상기 특정 부분의 위치 좌표의 상대 위치를 계산하는 상대 위치 감지 단계; 및 상기 상대 위치에 기초하여 상기 비선형 현미경 모듈 및 상기 광간섭 현미경 모듈 중 어느 하나의 모듈의 광축을 정렬하는 광축 조절 단계를 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따른 복합 현미경 시스템을 제어하는 방법은, 상기 광간섭 현미경 모듈의 광원으로부터 기준 미러를 향해 조사되는 광의 경로 상에서 각각 다른 광 경로 길이를 제공하는 복수 개의 광로 조절 윈도우 중 어느 하나를 선택적으로 위치시킴으로써, 광간섭 단층 이미지의 초점을 조절하는 초점 조절 단계를 더 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따른 복합 현미경 시스템에 의하면 하나의 시료에 대해서 광간섭 단층 이미지와 비선형 이미지를 동시에 관측할 수 있다.
일 실시 예에 따른 복합 현미경 시스템에 의하면 광간섭 현미경 모듈로부터 획득되는 시료의 광간섭 단층 이미지 상에서, 비선형 현미경 모듈의 광원으로부터 시료를 향해 방출되는 레이저 펄스를 조사함으로써 발생하는 광열 효과를 감지할 수 있고, 이를 통해, 상기 광간섭 현미경 모듈 및 상기 비선형 현미경 모듈의 광축을 정렬시킬 수 있다.
도 1은 일 실시 예에 따른 복합 현미경 시스템의 광학 구성을 나타내는 도면이다.
도 2는 일 실시 예에 따른 복합 현미경 시스템의 광학 구성을 나타내는 도면이다.
도 3은 일 실시 예에 따른 광간섭 현미경 모듈의 광학 구성을 나타내는 도면이다.
도 4는 일 실시 예에 따른 복합 현미경 시스템을 제어하는 방법을 나타내는 순서도이다.
도 5는 일 실시 예에 따른 광축 정렬 단계를 나타내는 순서도이다.
도 6은 옥수수 낱알의 이미지이다.
도 7은 옥수수 낱알을 일 실시 예에 따른 광간섭 현미경 모듈을 통해 촬영한 광간섭 단층 이미지이다.
도 8은 옥수수 낱알을 일 실시 예에 따른 광간섭 현미경 모듈을 통해 촬영한 횡단면 이미지이다.
도 9는 도 8의 영역 A의 부분을 일 실시 예에 따른 비선형 현미경 모듈을 통해 촬영한 이차 조화파 이미지이다.
도 10은 도 8의 영역 A의 부분을 일 실시 예에 따른 비선형 현미경 모듈을 통해 촬영한 삼차 조화파 이미지이다.
도 11은 클로버 잎의 이미지이다.
도 12는 클로버 잎을 일 실시 예에 따른 광간섭 현미경 모듈을 통해 촬영한 광간섭 단층 이미지이다.
도 13은 클로버 잎을 일 실시 예에 따른 광간섭 현미경 모듈을 통해 촬영한 횡단면 이미지이다.
도 14는 도 13의 영역 A의 부분을 일 실시 예에 따른 비선형 현미경 모듈을 통해 촬영한 이차 조화파 이미지이다.
도 15는 도 13의 영역 A의 부분을 일 실시 예에 따른 비선형 현미경 모듈을 통해 촬영한 삼차 조화파 이미지이다.
도 16은 일 실시 예에 따른 광간섭 현미경 모듈과 비선형 현미경 모듈 사이의 동기화 과정을 나타내는 도면이다.
도 17은 일 실시 예에 따른 광간섭 현미경 모듈을 통해 촬영한 시료의 광간섭 단층 이미지를 도시한다.
도 18은 레이저 펄스가 조사되는 시료의 부분에서 발생하는 광열 효과를 촬영한 광간섭 단층 이미지를 도시한다.
도 19는 비선형 현미경 모듈을 통해 촬영한 시료의 이차 조화파 이미지 및 삼차 조화파 이미지를 도시한다.
이하, 실시 예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 실시 예를 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 실시 예에 대한 이해를 방해한다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
또한, 실시 예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 또 다른 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
어느 하나의 실시 예에 포함된 구성요소와, 공통적인 기능을 포함하는 구성요소는, 다른 실시 예에서 동일한 명칭을 사용하여 설명하기로 한다. 반대되는 기재가 없는 이상, 어느 하나의 실시 예에 기재한 설명은 다른 실시 예에도 적용될 수 있으며, 중복되는 범위에서 구체적인 설명은 생략하기로 한다.
도 1은 일 실시 예에 따른 복합 현미경 시스템의 광학 구성을 나타내는 도면이다.
도 1을 참조하면, 일 실시 예에 따른 복합 현미경 시스템(1)은 하나의 시료(8)를 광간섭 단층 촬영 기법(Optical Coherence Tomography, OCT)을 통해 광간섭 단층 이미지를 관찰하는 광간섭 현미경 모듈(11, Optical Coherence Microscope)과, 동시에 해당 시료(8)의 입체 구조 이미지를 획득하기 위한 비선형 현미경 모듈(12, Nonlinear Microscope)이 복합적으로 통합되어 있는 시스템이다. 복합 현미경 시스템(1)은 시료 홀더(13), 광간섭 현미경 모듈(11), 비선형 현미경 모듈(12) 및 제어부(14)를 포함할 수 있다.
시료 홀더(13)는 광간섭 현미경 모듈(11) 및 비선형 현미경 모듈(12)을 통해 측정할 시료(8)를 지지할 수 있다. 예를 들어, 시료 홀더(13)는 광의 조사 방향에 수직한 평면을 따라서 이동할 수 있다. 예를 들어, 시료(8)는 생체 물질로 형성된 생체 시료일 수 있다.
광간섭 현미경 모듈(11)은, 광간섭 단층 촬영 기법(OCT)을 통해 시료(8)의 광간섭 단층 이미지를 관찰할 수 있다. 광간섭 현미경 모듈(11)은 제 1 광원 소스(111), 광 커플러(113), 레퍼런스부(112), 시료 조사부(116), 스캔 렌즈(117) 및 스펙트로미터(114)를 포함할 수 있다.
제 1 광원 소스(111)는, 광대역 광을 방출할 수 있다. 예를 들어, 제 1 광원 소스(111)는, 후술할 제 1 설정 파장 미만이고, 제 2 설정 파장 이상인 파장을 포함하는 광대역 광을 방출할 수 있다. 예를 들어, 제 1 광원 소스(111)로부터 발생한 광대역 광은 광 커플러(113), 레퍼런스부(112), 시료 조사부(116) 및 스펙트로미터(114) 사이에서 광 섬유 케이블을 통해 전달될 수 있다.
광 커플러(113)는 제 1 광원 소스(111), 레퍼런스부(112), 시료 조사부(116) 및 스펙트로미터(114) 사이에 설치되어 광대역 광의 이동 경로를 형성할 수 있다. 예를 들어, 제 1 광원 소스(111)로부터 형성된 광대역 광은 광 커플러(113)를 통과하면서 레퍼런스부(112) 및 시료 조사부(116)를 향해 전달될 수 있고, 시료 조사부(116)를 통과하여 시료(8)를 조사한 이후, 반사된 광대역 광은 다시 광 커플러(113)를 통과하면서 스펙트로미터(114)로 전달될 수 있다. 마찬가지로, 레퍼런스부(112)로부터 반사된 광대역 광은 다시 광 커플러(113)를 통과하면서 스펙트로미터(114)로 전달될 수 있다.
레퍼런스부(112)는 시료(8)의 광간섭 단층 이미지를 형성하기 위해 시료에 조사되지 않고 반사되는 기준 광을 형성할 수 있다. 레퍼런스부(112)는 기준 거울(1121) 및 제 1 콜리메이터(1122)를 포함할 수 있다.
기준 거울(1121)은 레퍼런스부(112)에 전달된 광대역 광을 역방향으로 반사할 수 있다.
제 1 콜리메이터(1122)는 레퍼런스부(112)로 전달된 광대역 광을 평행 광선으로 변환하여 기준 거울(1121)을 향해 조사할 수 있다.
예를 들어, 레퍼런스부(112)는 광대역 광을 파장 별로 분리하는 회절 격자(diffraction grating)와 같은 분산 요소를 더 포함할 수 있다.
시료 조사부(116)는, 제 1 광원 소스(111)로부터 전달받은 광대역 광을 분광할 수 있고, 분광된 광을 시료(8)를 지지하는 시료 홀더(13)를 향해 조사할 수 있다. 시료 조사부(116)는 시료(8)에 조사되고 반사된 광대역 광을 역 방향으로 전달할 수 있다. 시료 조사부(116)는 제 2 콜리메이터(1161) 및 제 1 빔 스캐너(1162)를 포함할 수 있다.
제 2 콜리메이터(1161)는 제 1 광원 소스(111)로부터 전달받은 광대역 광을 평행 광선으로 변환하여 제 1 빔 스캐너(1162)를 향해 조사할 수 있다.
제 1 빔 스캐너(1162)는 광대역 광을 시료(8)를 향해 조사할 수 있다. 예를 들어, 제 1 빔 스캐너(1162)는 시료(8)가 배치되는 시료 홀더(13)의 상측으로 광대역 광이 수직하게 조사되도록 할 수 있다. 제 1 빔 스캐너(1162)는 시료(8)에 조사되는 광대역 광의 광축의 위치를 조절할 수 있다. 예를 들어, 제 1 빔 스캐너(1162)는 시료 홀더(13)의 상면이 형성하는 평면을 기준으로 상기 평면 내에서 서로 수직한 2개의 축 방향을 따라서 광축을 변위시킬 수 있다. 예를 들어, 제 1 빔 스캐너(1162)는 광대역 광이 시료(8) 조사되는 각도를 조절할 수도 있다.
예를 들어, 시료 조사부(116)는 광대역 광을 파장 별로 분리하는 회절 격자(diffraction grating)와 같은 분산 요소를 더 포함할 수 있다.
제 1 스캔 렌즈(117)는 시료 조사부(116)로부터 시료(8)를 향해 조사되는 광대역 광의 경로 상에 설치되어 시료(8)를 향해 조사되는 광대역 광을 집속할 수 있다.
스펙트로미터(114)는 시료 조사부(116)를 통해 시료(8)에 조사되고 반사되는 광대역 광 및 레퍼런스부(112)에서 반사되는 광대역 광이 서로 간섭되어 형성된 광대역 광을 계측하여 파장별로 구분되는 스펙트럼 이미지를 형성할 수 있다.
비선형 현미경 모듈(12)은, 시료(8)에 레이저 펄스를 조사함으로써 복수의 광자(이하, 다광자)를 비선형적으로 여기(excitation)시킬 수 있고, 다광자 여기(multiphoton excitation) 현상을 통해 발생하는 여기 광을 계측하여 시료(8)의 비선형 이미지를 관찰할 수 있다. 비선형 현미경 모듈(12)은 제 2 광원 소스(121), 제 2 빔 스캐너(122), 제 1 파장 분리 요소(124), 대물 렌즈(123), 제 2 파장 분리 요소(125), 광자 측정부(126) 및 복수 개의 렌즈를 포함할 수 있다.
제 2 광원 소스(121)는 시료(8)를 조사하기 위한 레이저 펄스를 형성할 수 있다. 예를 들어, 제 2 광원 소스(121)로는 펨토초의 첨두 출력을 갖는 펄스 레이저를 사용할 수 있다. 예를 들어, 제 2 광원 소스(121)는, 1560nm 의 파장을 갖는 레이저 펄스를 형성할 수 있다.
제 2 빔 스캐너(122)는 제 2 광원 소스(121)로부터 발생된 레이저 펄스를 제 1 파장 분리 요소(124)를 향해 조사할 수 있다.
예를 들어, 제 2 빔 스캐너(122)는 시료 조사부(116)로부터 시료(8)를 향해 조사되는 광대역 광의 광축 상에 배치된 제 1 파장 분리 요소(124)를 향해 레이저 펄스를 조사하되, 레이저 펄스가 제 1 파장 분리 요소(124)를 향해 조사되는 방향은 시료(8)를 향해 조사되는 광대역 광의 조사 방향에 수직하게 형성될 수 있다.
예를 들어, 제 2 빔 스캐너(122)는 제 1 파장 분리 요소(124)에 조사되는 레이저 펄스의 광축 위치를 조절할 수 있다. 예를 들어, 제 2 빔 스캐너(122)는 레이저 펄스의 광축을 변위시킬 수 있다. 예를 들어, 제 2 빔 스캐너(122)는 레이저 펄스를 광대역 광의 광축에 수직한 방향으로 조사하되, 상기 조사 방향에 수직한 평면의 수직한 2개의 축 방향으로 따라서 레이저 펄스의 광축을 변위시킬 수 있다. 예를 들어, 제 2 빔 스캐너(122)는 레이저 펄스의 조사 각도를 조절할 수도 있다.
제 1 파장 분리 요소(124)는, 광대역 광이 시료 조사부(116)로부터 시료(8)를 향해 조사되는 광대역 광의 광축에 설치되어 제 1 설정 파장 이상의 광의 성분은 반사하고 제 1 설정 파장 미만의 광의 성분은 투과할 수 있는 다이크로익 미러(dichroic mirror)일 수 있다. 예를 들어, 제 1 설정 파장은 1400nm 일 수 있다.
예를 들어, 제 1 파장 분리 요소(124)는, 시료(8)를 향해 조사되는 광대역 광의 경로상에서, 광대역 광의 조사 방향에 45° 각도로 기울어진 상태로 배치될 수 있다. 따라서, 제 2 광원 소스(121)으로부터 방출된 레이저 펄스 중 적어도 일부를 시료 홀더(13)를 향해 반사하되, 시료에 조사된 이후 반사되는 광의 적어도 일부를 투과시킬 수 있다.
위의 구조에 의하면, 제 1 파장 분리 요소(124) 및 시료 홀더(13) 사이에서 광대역 광 및 레이저 펄스가 시료(8)에 조사되는 광축은 평행하거나 공통 경로를 형성할 수 있다.
대물 렌즈(123)는 시료 홀더(13)를 향해 조사되는 광대역 광 및 레이저 펄스의 경로 상에 설치되어 광대역 광 및 레이저 펄스를 시료(8)에 집광할 수 있다.
대물 렌즈(123)를 통해 집속된 레이저 펄스가 시료(8)에 조사되면, 시료(8)의 복수 개의 광자가 비선형적으로 여기되는 다광자 여기 현상에 의해 형성된 여기 광이 조사 방향의 반대 방향으로 방출될 수 있다.
제 2 파장 분리 요소(125)는 시료 조사부(116) 및 제 1 파장 분리 요소(124) 사이에서 전달되는 광대역 광의 경로에 설치되어 제 2 설정 파장 이상의 광의 성분은 투과하고 제 2 설정 파장 미만의 광의 성분은 반사할 수 있는 다이크로익 미러일 수 있다. 예를 들어, 제 2 설정 파장은 1000nm 일 수 있다.
예를 들어, 제 2 파장 분리 요소(125)는, 시료(8)를 향해 조사되는 광대역 광의 경로상에서 광대역 광의 조사 방향에 45° 각도로 기울어진 상태로 배치될 수 있다. 따라서, 시료(8)에 조사된 후 반사되는 레이저 펄스 중 적어도 일부를 광자 측정부(126)를 향해 반사하되, 시료 조사부(116)로부터 조사되는 광대역 광을 시료 홀더(13)를 향해 투과시킬 수 있다.
광자 측정부(126)는 시료 홀더(13)의 시료(8)에 조사되어 발생하는 여기 광을 계측할 수 있다. 광자 측정부(126)는, 제 3 파장 분리 요소(1261), 제 1 필터(1262), 제 1 광자 계측기(1264), 제 2 필터(1263), 제 2 광자 계측기(1265)를 포함할 수 있다.
제 3 파장 분리 요소(1261)는, 여기 광이 제 2 파장 분리 요소(125)에서 반사되어 진행하는 경로 상에 설치되어 제 3 설정 파장 이상의 광의 성분은 반사 또는 투과하고, 제 3 설정 파장 미만의 광의 성분은 투과 또는 반사할 수 있는 다이크로익 미러(dichroic mirror)일 수 있다.
예를 들어, 제 3 파장 분리 요소(1261)는 광의 성분 중 이차 조화파 및 삼차 조화파 중 어느 하나의 조화파에 해당하는 광은 투과하고 나머지 조화파에 해당하는 광은 반사할 수 있다.
예를 들어, 여기 광의 성분 중 2차 조화파에 해당하는 광의 성분은 제 3 파장 분리 요소(1261)를 투과하여 제 1 광자 계측기(1264)에 조사될 수 있고, 여기 광의 성분 중 2차 조화파에 해당하는 광의 성분은 제 3 파장 분리 요소(1261)에 의해 반사되어 제 2 광자 계측기(1265)에 조사될 수 있다.
제 1 필터(1262)는, 제 1 광자 계측기(1264)의 전방에 설치되어 제 1 광자 계측기(1264)에 입사되는 여기 광을 파장에 따라 선별하여 투과할 수 있다.
제 1 광자 계측기(1264)는, 입사되는 여기 광의 광자 에너지를 계측하여 이를 전기 신호로 변환하는 광전 증폭관(Photo Multiplier Tube, PMT)일 수 있다.
제 2 필터(1263)는, 제 2 광자 계측기(1265)의 전방에 설치되어 제 2 광자 계측기(1265)에 입사되는 여기 광을 파장에 따라 선별하여 투과할 수 있다.
제 2 광자 계측기(1265)는, 입사되는 여기 광의 광자 에너지를 계측하여 이를 전기 신호로 변환하는 광전 증폭관일 수 있다.
예를 들어, 제 1 광자 계측기(1264)에는 2차 조화파가 입사되고, 제 2 광자 계측기(1265)에는 3차 조화파가 입사되는 경우, 각각의 광자 계측기(1234, 1265)는 그 파장에 따라 계측되는 신호를 통해 세포 물질마다 상이한 파장 대역의 조화파를 방출하는 여기 광을 분리하여 계측할 수 있다.
복수 개의 렌즈는 광대역 광원, 레이저 펄스 또는 여기 광의 경로 상에 설치되어 각각의 광의 상을 연장하거나 광속을 변화시킬 수 있다.
예를 들어, 복수 개의 렌즈는 제 2 빔 스캐너(122)로부터 조사되는 레이저 펄스의 경로 상에 설치되어 광을 집속시키는 제 2 스캔 렌즈(127)와, 상기 제 2 스캔 렌즈(127)의 후방 경로 상에 설치되어 광속을 다시 평행하게 변환시키는 제 1 튜브 렌즈(128a)와, 제 2 파장 분리 요소(125) 및 제 1 파장 분리 요소(124) 사이에 설치되어 집속된 광대역 광의 광속을 평행하게 변환하는 제 2 튜브 렌즈(128b)와, 제 2 파장 분리 요소(125)에서 반사되어 광자 측정부(126)를 향해 조사되는 여기 광의 경로 상에 설치되어 여기 광의 광속을 집속 시키는 집광 렌즈(129)를 포함할 수 있다.
제어부(14)는, 스펙트로미터(114)에서 계측된 스펙트럼 이미지를 통해 시료(8)의 광간섭 단층 이미지를 형성할 수 있고, 광자 측정부(126)에서 계측된 여기 광의 광자 에너지를 계측하여 시료(8)의 비선형 이미지를 획득할 수 있다.
예를 들어, 제어부(14)는 각각의 현미경 모듈(11, 12)을 통해 획득한 시료(8)의 광간섭 단층 이미지 및 비선형 이미지를 별도의 디스플레이를 통해 출력할 수 있다.
예를 들어, 제어부(14)는 제 1 빔 스캐너(1162) 또는 제 2 빔 스캐너(122)를 조절할 수 있고, 이를 통해 시료(8) 상으로 조사되는 광대역 광 또는 레이저 펄스의 조사 지점의 위치 또는 광축의 위치를 조절할 수 있다.
제어부(14)는, 제 2 광원 소스(121)에서 방출되는 레이저 펄스를 통해 시료(8)를 가열하는 과정에서 시료(8)의 광간섭 단층 이미지 중 국부적으로 굴절되는 부분을 감지하여, 시료(8)를 향해 조사되는 광대역 광 및 레이저 펄스 각각의 광축의 상대적인 위치를 감지할 수 있다.
예를 들어, 레이저 펄스가 시료(8)에 조사되면, 레이저 펄스가 조사되는 시료(8)의 부분이 광열 효과(Photothermal effect)로 인해 가열될 수 있어서, 광간섭 현미경 모듈(11)을 통해 획득되는 시료(8)의 광간섭 단층 이미지를 관찰할 경우, 시료(8)의 부분 중 국부적으로 굴절되는 특정 부분을 감지할 수 있다. 따라서, 광간섭 단층 이미지 상에서 굴절되는 특정 부분은 비선형 현미경 모듈(12)의 관측 영역이라는 것을 확인할 수 있다.
예를 들어, 제어부(14)는 시료(8)의 광간섭 단층 이미지의 중심 좌표와 상기 광간섭 단층 이미지가 국부적으로 굴절되는 특정 부분의 좌표간의 상대 위치를 감지할 수 있다. 이에 따라, 제어부(14)는 측정된 상대 위치에 기초하여 제 1 빔 스캐너(1162) 및 제 2 빔 스캐너(122) 중 어느 하나의 스캐너를 구동하여 시료(8)를 향해 조사되는 광대역 광의 광축 및 레이저 펄스의 광축이 일직선 상에 형성되도록 정렬시킬 수 있다. 이와 같은 과정을 통하여, 고해상도로 매우 좁은 영역을 관찰할 수 있는 비선형 현미경 모듈(12)의 관측 영역이, 전체 시료(8) 중 어느 부분에 위치하는지 신속하게 확인할 수 있으므로, 사용자의 편의성을 향상시킬 수 있다.
예를 들어, 광대역 광 및 레이저 펄스의 광축이 서로 정렬된 이후, 제어부(14)는 시료 홀더(13)를 광의 조사 방향과 평행한 방향으로 이동시킴으로써, 광간섭 단층 이미지 및 비선형 이미지의 관측 영역을 동시에 이동시킬 수 있다.
일 실시 예에 따른 복합 현미경 시스템(1)에 의하면, 하나의 대물 렌즈(123)를 공유하여 동시에 시료(8)의 광간섭 단층 이미지 및 비선형 이미지를 관찰할 수 있고, 광간섭 단층 이미지 및 비선형 이미지의 관측 영역(field of view)의 기준점을 용이하게 일치시킬 수 있다.
도 2는 일 실시 예에 따른 복합 현미경 시스템의 광학 구성을 나타내는 도면이다.
도 2는 도 1에 도시된 복합 현미경 시스템(1)과는 다른 실시 예의 구성을 갖는 복합 현미경 시스템(2)이 도시된다. 일 실시 예에 따른 복합 현미경 시스템(2)은 광간섭 현미경 모듈(21) 및 비선형 현미경 모듈(22)의 광원으로부터 방출되는 광이 시료 홀더(23)의 양면에 각각 조사되어 하나의 시료(8)에 대한 광간섭 단층 이미지 및 비선형 이미지를 관찰할 수 있다. 복합 현미경 시스템(2)은 시료 홀더(23), 광간섭 현미경 모듈(21), 비선형 현미경 모듈(22) 및 제어부(24)를 포함할 수 있다.
시료 홀더(23)는 광간섭 현미경 모듈(21) 및 비선형 현미경 모듈(22) 사이에 설치될 수 있다. 시료 홀더(23)의 일면에는 광간섭 현미경 모듈(21)로부터 방출되는 광이 수직하게 조사되고, 시료 홀더(23)의 타면에는 비선형 현미경 모듈(22)로부터 방출되는 광이 수직하게 조사될 수 있다.
예를 들어, 시료 홀더(23)는 광간섭 현미경 모듈(21) 및 비선형 현미경 모듈(22) 사이에서 3축으로 이동 가능할 수 있다. 이와 같은 구조에 의하면, 시료(8)의 광간섭 단층 이미지 및 비선형 이미지를 동시에 관찰하면서 시료(8)의 다른 영역을 관측하고자 하는 경우, 광대역 광의 광축 및 레이저 펄스의 광축을 동시에 조절할 필요없이 시료 홀더(23)를 원하는 방향으로 이동시킴으로써, 간단히 광간섭 단층 이미지 및 비선형 이미지의 관측 영역을 동시에 조절하는 것이 가능하다.
광간섭 현미경 모듈(21)은, 광대역 광을 방출하는 제 1 광원 소스(211)와, 광 커플러(213)와, 기준 거울(2121) 및 제 1 콜리메이터(2122)를 구비하는 레퍼런스부(212)와, 제 2 콜리메이터(2161) 및 제 1 빔 스캐너(2162)를 구비하는 시료 조사부(216)와, 스펙트로미터(214), 제 1 스캔 렌즈(217), 제 1 튜브 렌즈(218) 및 제 1 대물 렌즈(219)를 포함할 수 있다.
제 1 빔 스캐너(2162)는 전달받은 광대역 광을 시료 홀더(23)의 일면을 향해 조사할 수 있다. 예를 들어, 제 1 빔 스캐너(2162)는 광대역 광이 시료 홀더(23)에 수직하게 입사되도록 할 수 있다.
제 1 스캔 렌즈(217)는 시료 조사부(216)로부터 시료 홀더(23)의 일면으로 향해 조사되는 광대역 광의 경로상에 설치되어 광대역 광의 광속을 집속 시킬 수 있다.
제 1 튜브 렌즈(218)는 제 1 스캔 렌즈(217)를 통과하며 집광되는 광대역 광의 광속을 다시 평행하게 변환하여 제 1 대물 렌즈(219)를 향해 조사할 수 있다.
제 1 대물 렌즈(219)는 시료 홀더(23)의 일면을 향해 조사되는 광대역 광의 경로 상에 설치되어 광대역 광을 시료(8)의 일면을 향해 집광할 수 있다.
비선형 현미경 모듈(22)은, 레이저 펄스를 방출하는 제 2 광원 소스(221), 제 2 빔 스캐너(222), 제 1 파장 분리 요소(224), 제 2 대물 렌즈(223), 제 2 파장 분리 요소(225), 광자 측정부(226) 및 복수 개의 렌즈를 포함할 수 있다.
제 2 빔 스캐너(222)는 제 2 광원 소스(221)로부터 발생된 레이저 펄스를 제 1 파장 분리 요소(224)를 향해 조사할 수 있다. 예를 들어, 제 2 빔 스캐너(222)는 시료 홀더(23)에 평행한 방향으로 레이저 펄스를 조사할 수 있다.
제 1 파장 분리 요소(224)는, 제 1 설정 파장 이상의 광의 성분은 반사하고, 제 1 설정 파장 미만의 광의 성분은 투과할 수 있다. 예를 들어, 제 1 파장 분리 요소(224)는, 제 2 빔 스캐너(222)로부터 전달된 레이저 펄스의 일부를 시료 홀더(23)의 타면에 조사되도록 반사할 수 있고, 시료(8)에 조사되어 반사되는 광의 일부는 투과시킬 수 있다.
예를 들어, 제 1 파장 분리 요소(224)는 제 2 빔 스캐너(222)로부터 조사되는 레이저 펄스의 조사 방향과 45°각도를 이루도록 배치될 수 있다. 위의 구조에 의하면, 시료 홀더(23)의 일면 및 타면 각각에 조사되는 광대역 광 및 레이저 펄스는 서로 평행할 수 있고, 동시에 시료 홀더(23)의 양면에 각각 수직하게 조사될 수 있다.
제 2 대물 렌즈(223)는, 시료 홀더(23)의 타면을 향해 조사되는 레이저 펄스의 경로 상에 설치되어 레이저 펄스를 시료(8)의 타면을 향해 집광시킬 수 있다.
제 2 파장 분리 요소(225)는, 시료(8)로부터 형성된 여기 광의 일부를 광자 측정부(226)를 향해 반사시킬 수 있다. 예를 들어, 제 2 파장 분리 요소(225)는, 레이저 펄스가 시료(8)에 조사되어 발생하는 여기 광이 제 1 파장 분리 요소(224)를 투과하여 진행하는 경로 상에 설치되어, 제 2 설정 파장 이상의 광의 성분은 투과하고, 제 2 설정 파장 미만의 광의 성분은 반사할 수 있다.
광자 측정부(226)는, 시료 홀더(23)에 조사되어 발생하는 여기 광을 계측할 수 있다. 예를 들어, 광자 측정부(226)는 제 3 파장 분리 요소(2261), 제 1 필터(2262), 제 1 광자 계측기(2264), 제 2 필터(2263), 제 2 광자 계측기(2265)를 포함할 수 있다.
복수 개의 렌즈는, 레이저 펄스 또는 여기 광의 경로 상에 설치되어 각각의 광의 상을 연장하거나 광속을 변화시킬 수 있다.
예를 들어, 복수 개의 렌즈는 제 2 빔 스캐너(222)로부터 조사되는 레이저 펄스의 경로 상에 설치되어 광을 집속시키는 제 2 스캔 렌즈(227)와, 제 2 스캔 렌즈(227)의 후방 경로 상에 설치되어 광속을 다시 평행하게 변환시키는 제 2 튜브 렌즈(228)와, 제 2 파장 분리 요소(225)에서 반사되어 광자 측정부(226)를 향해 조사되는 여기 광의 경로 상에 설치되어 여기 광의 광속을 집속 시키는 집광 렌즈(229)를 포함할 수 있다.
제어부(24)는, 광간섭 단층 이미지 상에서 관측되는 광열 효과를 감지함으로써 시료(8) 조사되는 광대역 광 및 레이저 펄스 각각의 광축의 상대 위치를 용이하게 파악할 수 있다.
예를 들어, 제어부(24)는 제 1 빔 스캐너(2162) 및 제 2 빔 스캐너 중 어느 하나 이상의 빔 스캐너를 제어함으로써, 시료(8)에 조사되는 광대역 광 및 레이저 펄스의 광축을 정렬시킬 수 있다.
다른 예로, 광간섭 현미경 모듈(21) 및 비선형 현미경 모듈(22)이 서로 시료 홀더(23)를 기준으로 대향하는 위치에 설치됨에 따라서, 각각의 모듈(21, 22) 중 적어도 하나 이상의 모듈을 변위시킴으로써, 광대역 광 및 레이저 펄스의 광축을 정렬시킬 수도 있다.
예를 들어, 광대역 광 및 레이저 펄스의 광축이 서로 정렬된 이후, 제어부(24)는 시료 홀더(23)를 광의 조사 방향과 평행한 방향으로 이동시킴으로써, 광간섭 단층 이미지 및 비선형 이미지의 관측 영역을 동시에 이동시킬 수 있다.
도 3은 일 실시 예에 따른 광간섭 현미경 모듈의 광학 구성을 나타내는 도면이다
도 3에는 도 1 및 도 2에 도시된 복합 현미경 시스템(1, 2)과는 다른 광간섭 현미경 모듈(31)의 구성을 갖는 복합 현미경 시스템(3)이 도시되어 있다. 일 실시 예에 따른 복합 현미경 시스템(3)은 도 2에 도시된 복합 현미경 시스템(2)과는 다른 레퍼런스부(315)의 구성을 갖는 것으로 이해될 수 있다.
일 실시 예에 따른 광간섭 현미경 모듈(31)의 레퍼런스부(315)는 시료 조사부(316)로부터 시료 홀더(33)를 향해 조사되는 광대역 광의 적어도 일부를 반사시키는 빔 스플리터(3154)와, 빔 스플리터(3154)로부터 반사된 광대역 광의 경로 상에 설치되고, 통과되는 광의 광 경로 길이를 조절하기 위한 초점 조절부(3151, 3152)와, 상기 초점 조절부(3151, 3152)를 통과하는 광을 반사시키는 기준 거울(3153)을 포함할 수 있다.
예를 들어, 초점 조절부(3151, 3152)는, 각각 다른 광 경로 길이를 제공하는 복수 개의 광로 조절 윈도우(3151)와, 상기 복수 개의 광로 조절 윈도우(3151) 중 어느 하나의 광로 조절 윈도우(3151)를 선택적으로 광대역 광의 경로상에 위치시키도록 이동시키는 구동부(3152)를 포함할 수 있다. 여기서, 복수 개의 광로 조절 윈도우(3151)는, 서로 다른 두께 및/또는 재질을 가질 수 있다.
예를 들어, 복수 개의 광로 조절 윈도우(3151)는 서로 나란히 이격된 상태로 구동부(3152) 상에 배열되어 있을 수 있고, 구동부(3152)는 일 방향을 따라서 복수 개의 광로 조절 윈도우(3151)를 슬라이딩시킴으로써, 원하는 광로 조절 윈도우(3151)를 광대역 광의 경로 상에 위치시킬 수 있다.
다른 예로, 복수 개의 광로 조절 윈도우(3151)는 원형의 플레이트 상에 방사상으로 이격되어 배치되는 플립 마운트 구조를 가질 수도 있다. 이 경우, 구동부(3152)는 상기 원형 플레이트를 회전시킴으로써, 원하는 광로 조절 윈도우(3151)를 광대역 광의 경로 상에 위치시킬 수 있다.
이상의 구조에 의하면, 광간섭 현미경 모듈(21)을 통해 생체 시료(8)의 광간섭 단층 이미지를 관측하는 경우, 생체 시료(8)의 두께의 변화 또는 내부에 함유된 물의 영향으로 인해 광간섭 단층 이미지가 제대로 관측되지 않는 문제를 해결하기 위해, 레퍼런스부(315) 상에 구비된 복수 개의 광로 조절 윈도우(3151)를 교체해가면서 광의 진행 거리를 조절함으로써, 광간섭 단층 이미지가 가장 잘 관측되는 광로 조절 윈도우(3151)를 선택할 수 있다.
도 4는 일 실시 예에 따른 복합 현미경 시스템을 제어하는 방법을 나타내는 순서도이고, 도 5는 일 실시 예에 따른 광축 정렬 단계를 나타내는 순서도이다.
도 4 및 도 5를 참조하여, 도 1 내지 도 3에 도시된 복합 현미경 시스템(1, 2, 3)을 비롯한 복합 현미경 시스템을 제어하는 방법을 설명한다.
설명의 편의상 도 3에 도시된 실시 예에 따른 복합 현미경 시스템(3)을 참조하여 복합 현미경 시스템을 제어하는 방법을 설명할 것이지만, 후술하는 복합 현미경 시스템을 제어하는 방법은 도 3의 복합 현미경 시스템(3)에만 국한되는 것으로 이해되어서는 안되며, 그 외의 실시 예에 따른 복합 현미경 시스템(1, 2) 또는 이들 과의 조합을 통해 달성되는 복합 현미경 시스템 모두에 공통적으로 적용될 수 있다는 점을 밝혀둔다.
일 실시 예에 따른 복합 현미경 시스템을 제어하는 방법은 광원 구동 단계(41), 광축 정렬 단계(42) 및 초점 조절 단계(43)를 포함할 수 있다.
광원 구동 단계(41)는, 비선형 현미경 모듈(22)의 광원으로부터 조사되는 레이저 펄스를 이용하여 시료(8)의 특정 부분을 가열하는 단계일 수 있다.
예를 들어, 광원 구동 단계(41)는, 비선형 현미경 모듈(22)의 제 2 광원 소스(221)를 통해 주기적인 펄스 형태의 레이저 펄스를 시료(8)에 조사함으로써, 광열 효과(photo thermal effect)를 이용하여 상기 시료(8)의 광간섭 단층 이미지를 국부적으로 변화시키는 단계를 포함할 수 있다.
광축 정렬 단계(42)는, 광간섭 현미경 모듈(31)로부터 형성된 광간섭 단층 이미지로부터 감지되는 특정 부분의 상대 위치에 기초하여 광간섭 현미경 모듈(31) 및 비선형 현미경 모듈(22) 각각의 광원 소스(311, 221)으로부터 시료(8)에 조사되는 광축을 조절하는 단계일 수 있다.
예를 들어, 광축 정렬 단계(42)는, 광간섭 현미경 모듈(31)을 통해 획득한 광간섭 단층 이미지에서 제어부(34)가 광열 효과에 의해 국부적으로 굴절되는 특정 부분의 위치 좌표를 계산하는 굴절 부분 감지 단계(421)와, 제어부(34)가 광간섭 단층 이미지의 중심 좌표와 특정 부분의 위치 좌표간의 상대 위치를 계산하는 상대 위치 감지 단계(422)와, 제어부(34)가 계산된 상대 위치에 기초하여 비선형 현미경 모듈(22) 및 광간섭 현미경 모듈(31) 중 어느 하나의 모듈의 광축을 정렬하는 광축 조절 단계(423)를 포함할 수 있다.
예를 들어, 광축 조절 단계(423)는 제어부(34)가 제 1 빔 스캐너(3162) 및 제 2 빔 스캐너(222) 중 어느 하나 이상의 빔 스캐너를 제어하여 시료(8)에 조사되는 광대역 광 및 레이저 펄스의 광축을 정렬하는 단계를 포함할 수 있다.
초점 조절 단계(43)는, 제어부(34)가 광간섭 현미경 모듈(31)의 광원으로부터 기준 미러(312)를 향해 조사되는 광의 경로 상에서 각각 다른 광 경로 길이를 제공하는 복수 개의 광로 조절 윈도우(3151) 중 어느 하나를 선택적으로 위치시킴으로써, 광간섭 단층 이미지의 초점을 조절하는 초점 조절 단계(43)를 포함할 수 있다.
도 6은 옥수수 낱알의 이미지이고, 도 7은 옥수수 낱알을 일 실시 예에 따른 광간섭 현미경 모듈을 통해 촬영한 광간섭 단층 이미지이고, 도 8은 옥수수 낱알을 일 실시 예에 따른 광간섭 현미경 모듈을 통해 촬영한 횡단면 이미지이고, 도 9는 도 8의 영역 A의 부분을 일 실시 예에 따른 비선형 현미경 모듈을 통해 촬영한 이차 조화파 이미지이고, 도 10은 도 8의 영역 A의 부분을 일 실시 예에 따른 비선형 현미경 모듈을 통해 촬영한 삼차 조화파 이미지이다.
도 6 내지 도 10을 참조하면, 일 실시 예에 따른 복합 현미경 시스템을 통해 옥수수 낱알(corn, ZEA MAYS)에 대한 광간섭 단층 이미지와 비선형 이미지를 동시에 촬영한 이미지를 확인할 수 있다.
먼저 도 7 및 도 8과 같이 일 실시 예에 따른 광간섭 현미경 모듈을 통해 옥수수 낱알에 대한 광간섭 단층 이미지와 횡단면의 이미지를 획득할 수 있다.
이후, 도 8의 영역 A에 대한 고해상도 단면 이미지를 촬영하기 위해 일 실시 예에 따른 비선형 현미경 모듈의 광축을 영역 A에 정렬시킨 이후, 레이저 펄스의 이차 조화파(Second harmonic generation, SHG)를 이용하여 촬영한 이미지와 삼차 조화파(Third harmonic generation, THG)를 이용하여 촬영한 이미지가 각각 도 9 및 도 10에 도시된 이미지와 같이 나타나는 것을 확인할 수 있다.
도 11은 클로버 잎의 이미지이고, 도 12는 클로버 잎을 일 실시 예에 따른 광간섭 현미경 모듈을 통해 촬영한 광간섭 단층 이미지이고, 도 13은 클로버 잎을 일 실시 예에 따른 광간섭 현미경 모듈을 통해 촬영한 이미지이고, 도 14는 도 13의 영역 A의 부분을 일 실시 예에 따른 비선형 현미경 모듈을 통해 촬영한 이차 조화파 이미지이고, 도 15는 도 13의 영역 A의 부분을 일 실시 예에 따른 비선형 현미경 모듈을 통해 촬영한 삼차 조화파 이미지이다.
도 11 내지 도 15를 참조하면, 일 실시 예에 따른 복합 현미경 시스템을 통해 클로버 잎(clover leaf)에 대한 광간섭 단층 이미지와 비선형 이미지를 동시에 촬영한 이미지를 확인할 수 있다.
먼저 도 12 및 도 13과 같이 일 실시 예에 따른 광간섭 현미경 모듈을 통해 클로버 잎에 대한 광간섭 단층 이미지와 횡단면의 이미지를 획득할 수 있다.
이후, 도 13의 영역 A에 대한 고해상도 단면 이미지를 촬영하기 위해 일 실시 예에 따른 비선형 현미경 모듈의 광축을 영역 A에 정렬시킨 이후, 레이저 펄스의 이차 조화파(Second harmonic generation, SHG)를 이용하여 촬영한 이미지와 삼차 조화파(Third harmonic generation, THG)를 이용하여 촬영한 이미지가 각각 도 14 및 도 15에 도시된 이미지와 같이 나타나는 것을 확인할 수 있다.
도 6 내지 도 15를 참조하면, 일 실시 예에 따른 따른 복합 현미경 시스템을 통해 하나의 시료에 대해서 광간섭 단층 이미지와 비선형 이미지를 동시에 촬영하는 것이 가능하며, 광간섭 현미경 모듈과 비선형 현미경 모듈 상호간의 광축을 정렬함으로써 사용자가 원하는 영역의 고해상도의 단면 이미지를 획득하는 것이 가능할 수 있다.
도 16은 일 실시 예에 따른 광간섭 현미경 모듈과 비선형 현미경 모듈 사이의 동기화 과정을 나타내는 도면이다.
도 16을 참조하면, 일 실시 예에 따른 광간섭 현미경 모듈 및 비선형 현미경 모듈 사이의 동기화 과정을 확인할 수 있다.
예를 들어, 광간섭 단층 이미지 상에서 비선형 현미경 모듈로부터 조사되는 레이저 펄스에 의해 시료에 발생하는 광열 효과를 관측하기 위해, 광간섭 현미경 모듈의 이미징 샘플링 신호와 비선형 현미경 모듈의 광원 소스에서 방출되는 레이저 펄스 신호를 동기화시킬 수 있다.
도 17은 일 실시 예에 따른 광간섭 현미경 모듈을 통해 촬영한 시료의 광간섭 단층 이미지를 도시하는 도면이고, 도 18은 레이저 펄스가 조사되는 시료의 부분에서 발생하는 광열 효과를 촬영한 광간섭 단층 이미지를 도시하는 도면이고, 도 19는 비선형 현미경 모듈을 통해 촬영한 시료의 이차 조화파 이미지 및 삼차 조화파 이미지를 도시하는 도면이다.
도 17 내지 도 19를 참조하면, 일 실시 예에 따른 복합 현미경 시스템을 통해 티슈 종이를 촬영한 실험 결과를 확인할 수 있다.
도 18을 참조하면, 광간섭 현미경 모듈을 통해 촬영한 티슈 종이의 광간섭 단층 이미지 상에서 비선형 현미경 모듈의 3차원 초점 위치를 파악할 수 있다는 점을 확인할 수 있다.
구체적으로, 도 18의 좌측 이미지는 비선형 현미경 모듈의 광원 소스의 전원을 차단하였을 경우의 광간섭 단층 이미지이고, 우측의 이미지는 비선형 현미경 모듈의 광원 소스에 전원을 인가하였을 경우의 광간섭 단층 이미지를 나타낸다.
양쪽 이미지를 비교하였을 경우, 비선형 현미경 모듈의 광원 소스를 통해 시료에 레이저 펄스가 조사된 우측의 이미지 상에서, 광열 효과에 의해 시료의 국부적인 부분이 밝게 표시되는 것을 확인할 수 있다.
따라서, 시료의 광간섭 단층 이미지 상에서 광열 효과에 의해 국부적으로 변형되는 부분을 감지함으로써, 비선형 현미경 모듈의 3차원 초점 위치를 파악할 수 있다.
도 19를 참조하면, 도 18에서 레이저 펄스가 조사된 시료의 부분을, 일 실시 예에 따른 비선형 현미경 모듈을 통해 촬영한 이차 조화파 이미지와 삼차 조화파 이미지를 확인할 수 있다.
결과적으로, 일 실시 예에 따른 복합 현미경 시스템을 통해 광간섭 단층 이미지를 획득할 수 있는 것은 물론, 동시에 비선형 현미경 모듈을 통해 원하는 지점의 고해상도 이미지를 정확하고 빠르게 획득할 수 있다.
이상과 같이 비록 한정된 도면에 의해 실시 예들이 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 구조, 장치 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.

Claims (17)

  1. 시료를 지지하는 시료 홀더;
    상기 시료 및 기준 미러를 향해 광대역 광을 전달하고, 상기 시료 및 기준 미러로부터 반사되는 광이 서로 간섭되어 형성되는 스펙트럼 이미지에 기초하여 상기 시료의 단층 이미지를 형성하는 광간섭 현미경 모듈; 및
    상기 시료를 향해 레이저 펄스를 조사한 이후, 다광자 여기 현상을 통해 발생되는 광을 계측하여 상기 시료의 비선형 이미지를 형성하는 비선형 현미경 모듈을 포함하는 복합 현미경 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 광간섭 현미경 모듈에서 상기 시료를 향해 조사되는 광대역 광의 적어도 일부와, 상기 비선형 현미경 모듈에서 상기 시료를 향해 조사되는 레이저 펄스의 적어도 일부는 동일한 경로를 따라서 상기 시료에 조사되는 것을 특징으로 하는 복합 현미경 시스템.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 광간섭 현미경 모듈 및 상기 비선형 현미경 모듈은 하나의 대물 렌즈를 공유하는 것을 특징으로 하는 복합 현미경 시스템.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 시료 홀더는 상기 광간섭 현미경 모듈 및 비선형 현미경 모듈 사이에 설치되어 상기 시료 홀더의 일면에는 상기 광간섭 현미경 모듈로부터 방출되는 광이 조사되고 상기 시료 홀더의 타면에는 상기 비선형 현미경 모듈로부터 방출되는 광이 조사되는 복합 현미경 시스템.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 시료 홀더는 상기 광간섭 현미경 모듈 및 비선형 현미경 모듈 사이에서 3축으로 이동 가능한 것을 특징으로 하는 복합 현미경 시스템.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 광간섭 현미경 모듈은,
    광대역 광을 방출하는 제 1 광원;
    상기 제 1 광원으로부터 방출된 광대역 광의 일부를 상기 시료를 향해 조사하고, 상기 시료로부터 반사되는 광을 입력 받는 시료 조사부;
    상기 제 1 광원으로부터 방출된 광대역 광의 나머지 일부를 반사시키는 레퍼런스부; 및
    상기 광대역 광이 상기 시료 조사부 및 레퍼런스부에 전달된 이후, 각각으로부터 반사되는 광이 서로 간섭되어 형성하는 스펙트럼 이미지를 계측하는 스펙트로미터를 포함하고,
    상기 비선형 현미경 모듈은,
    레이저 펄스를 방출하는 제 2 광원;
    상기 광대역 광이 상기 시료 조사부로부터 상기 시료를 향해 조사되는 광대역 광의 광축에 설치되어 제 1 설정 파장 이상의 광의 성분은 반사하고 상기 제 1 설정 파장 미만의 광의 성분은 투과하여, 상기 제 2 광원으로부터 방출된 레이저 펄스 중 적어도 일부를 상기 시료 홀더를 향해 반사하되, 상기 시료에 조사된 이후 반사된 광의 적어도 일부를 투과시키는 제 1 파장 분리 요소; 및
    상기 시료에 조사된 레이저 펄스에 의해 다광자 여기 현상을 통해 발생되는 광을 계측하는 광자 측정부를 포함하는 복합 현미경 시스템.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 스펙트로미터에서 계측된 스펙트럼 이미지를 통해 상기 시료의 광간섭 단층 이미지를 형성하고, 상기 광자 측정부에서 계측된 광을 통해 상기 시료의 비선형 이미지를 형성하는 제어부를 더 포함하고,
    상기 제어부는 상기 제 2 광원에서 방출되는 레이저 펄스를 통해 상기 시료를 가열하여 상기 시료의 광간섭 단층 이미지 중 국부적으로 굴절되는 부분을 감지하여 상기 시료를 향해 조사되는 광대역 광 및 레이저 펄스의 광축의 상대 위치를 감지하는 복합 현미경 시스템.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 시료 조사부는, 상기 시료를 향해 조사되는 상기 광대역 광의 광축의 위치를 조절하는 제 1 빔 스캐너를 포함하고,
    상기 비선형 현미경 모듈은, 상기 시료를 향해 조사되는 상기 레이저 펄스의 광축의 위치를 조절하는 제 2 빔 스캐너를 더 포함하고,
    상기 제어부는 상기 시료의 광간섭 단층 이미지의 중심 좌표와 상기 광간섭 단층 이미지가 국부적으로 굴절되는 특정 부분의 좌표간의 상대 위치에 기초하여 상기 제 1 빔 스캐너 및 제 2 빔 스캐너 중 어느 하나 이상의 스캐너를 구동하여 상기 시료를 향해 조사되는 광대역 광의 광축 및 레이저 펄스의 광축을 정렬하는 복합 현미경 시스템.
  9. 제 6 항에 있어서,
    상기 레퍼런스부는,
    상기 시료 조사부로부터 상기 시료 홀더를 향해 조사되는 광대역 광의 적어도 일부를 반사시키는 빔 스플리터;
    상기 빔 스플리터로부터 반사된 광대역 광의 경로 상에 설치되고, 통과되는 광의 광 경로 길이를 조절하기 위한 초점 조절부; 및
    상기 초점 조절부를 통과하는 광을 반사시키는 기준 거울을 포함하는 복합 현미경 시스템.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 초점 조절부는,
    각각 다른 광 경로 길이를 제공하는 복수 개의 광로 조절 윈도우; 및
    상기 복수 개의 광로 조절 윈도우 중 어느 하나의 광로 조절 윈도우를 선택적으로 상기 광대역 광의 경로상에 위치시키도록 이동시키는 구동부를 포함하는 복합 현미경 시스템.
  11. 제 6 항에 있어서,
    상기 광자 측정부는
    상기 시료에 레이저 펄스가 조사되어 방출되는 광의 성분 중 이차 조화파 및 삼차 조화파 중 어느 하나의 조화파에 해당하는 광은 투과하고 나머지 조화파에 해당하는 광은 반사하는 제 2 파장 분리 요소;
    상기 제 2 파장 분리 요소를 투과하는 조화파를 계측하는 1 광자 계측기; 및
    상기 제 2 파장 분리 요소로부터 반사되는 조화파를 계측하는 제 2 광자 계측기를 포함하는 복합 현미경 시스템.
  12. 제 6 항에 있어서,
    상기 시료 조사부로부터 조사되는 광대역 광은 제 1 파장 분리 요소를 투과하여 시료 홀더에 조사되고,
    상기 제 1 파장 분리 요소 및 시료 홀더 사이에서 상기 광대역 광 및 레이저 펄스는 공통 경로를 형성하며 상기 시료에 조사되는 것을 특징으로 하는 복합 현미경 시스템.
  13. 제 6 항에 있어서,
    상기 광간섭 현미경 모듈 및 비선형 현미경 모듈은 상기 시료 홀더를 기준으로 서로 대향하는 위치에 배치되고,
    상기 시료 조사부로부터 조사되는 광대역 광원은 상기 시료 홀더의 일면에 수직하게 조사되고, 상기 제 1 파장 분리 요소에서 반사되는 레이저 펄스는 상기 시료 홀더의 타면에 수직하게 조사되는 것을 특징으로 하는 복합 현미경 시스템.
  14. 시료를 지지하기 위한 시료 홀더와, 상기 시료 홀더 상에 지지된 시료의 비선형 이미지를 획득하기 위한 비선형 현미경 모듈과, 상기 시료 홀더 상에 지지된 시료의 광간섭 단층 이미지를 획득하기 위한 광간섭 현미경 모듈을 구비하는 복합 현미경 시스템을 제어하는 방법에 있어서,
    상기 비선형 현미경 모듈의 광원으로부터 조사되는 레이저 펄스를 이용하여 상기 시료의 특정 부분을 가열하는 광원 구동 단계; 및
    상기 광간섭 현미경 모듈로부터 획득된 광간섭 단층 이미지로부터 감지되는 상기 특정 부분의 상대적인 위치에 기초하여 상기 광간섭 현미경 모듈 및 비선형 현미경 모듈 각각의 광원으로부터 발생되어 상기 시료에 조사되는 광의 축이 서로 일 직선 상에 위치하도록 정렬하는 광축 정렬 단계를 포함하는 복합 현미경 시스템을 제어하는 방법.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 광원 구동 단계는,
    상기 비선형 현미경 모듈의 광원을 통해 주기적인 펄스 형태의 레이저를 상기 시료에 조사함으로써, 광열 효과(photo thermal effect)를 이용하여 상기 시료의 광간섭 단층 이미지를 국부적으로 변화시키는 단계를 포함하는 복합 현미경 시스템을 제어하는 방법.
  16. 제 14 항에 있어서,
    상기 광축 정렬 단계는,
    상기 광간섭 현미경 모듈을 통해 획득한 광간섭 단층 이미지에서 상기 특정 부분의 위치 좌표를 계산하는 특정 부분 감지 단계;
    상기 광간섭 단층 이미지의 중심 좌표와 상기 특정 부분의 위치 좌표의 상대 위치를 계산하는 상대 위치 감지 단계; 및
    상기 상대 위치에 기초하여 상기 비선형 현미경 모듈 및 상기 광간섭 현미경 모듈 중 어느 하나의 모듈의 광축을 정렬하는 광축 조절 단계를 포함하는 복합 현미경 시스템을 제어하는 방법.
  17. 제 14 항에 있어서,
    상기 광간섭 현미경 모듈의 광원으로부터 기준 미러를 향해 조사되는 광의 경로 상에서 각각 다른 광 경로 길이를 제공하는 복수 개의 광로 조절 윈도우 중 어느 하나를 선택적으로 위치시킴으로써, 광간섭 단층 이미지의 초점을 조절하는 초점 조절 단계를 더 포함하는 복합 현미경 시스템을 제어하는 방법.
PCT/KR2019/011052 2018-11-12 2019-08-29 복합 현미경 시스템 WO2020101157A1 (ko)

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Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20220046168A (ko) * 2020-10-07 2022-04-14 삼성전자주식회사 분석 물질의 농도 추정 장치 및 방법과, 신호 측정 장치
KR102677920B1 (ko) * 2021-04-29 2024-06-25 한국기초과학지원연구원 현미경 시스템
KR20240066762A (ko) 2022-11-08 2024-05-16 울산과학기술원 연속파동 레이저를 이용하는 비선형 현미경 기반의 3차원 이미징 시스템 및 방법

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010085826A (ja) * 2008-10-01 2010-04-15 Olympus Corp レーザ顕微鏡装置
US20140354950A1 (en) * 2013-06-04 2014-12-04 Bioptigen, Inc. Hybrid Telescope for Optical Beam Delivery and Related Systems and Methods
KR20150031874A (ko) * 2013-09-17 2015-03-25 경북대학교 산학협력단 현미경 시스템 및 현미경 시스템의 증강 현실 이미지 제공 방법
US20160370167A1 (en) * 2011-06-15 2016-12-22 University Of Southern California Optical coherence photoacoustic microscopy
KR20180059820A (ko) * 2015-09-11 2018-06-05 시몬 프레이저 유니버스티 코히런스-게이트 파면-센서리스 적응 광학계 다중-광자 현미경 및 관련 시스템 및 방법

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9581497B2 (en) * 2012-10-19 2017-02-28 Hitachi, Ltd. Cars microscope
WO2014152961A2 (en) * 2013-03-14 2014-09-25 Research Development Foundation Apparatus and methods for optical coherence tomography and two-photon luminescence imaging
WO2016040775A2 (en) * 2014-09-12 2016-03-17 Research Development Foundation Apparatus and methods for identifyhing and evaluating bright spot indications observed through optical coherence tomography

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010085826A (ja) * 2008-10-01 2010-04-15 Olympus Corp レーザ顕微鏡装置
US20160370167A1 (en) * 2011-06-15 2016-12-22 University Of Southern California Optical coherence photoacoustic microscopy
US20140354950A1 (en) * 2013-06-04 2014-12-04 Bioptigen, Inc. Hybrid Telescope for Optical Beam Delivery and Related Systems and Methods
KR20150031874A (ko) * 2013-09-17 2015-03-25 경북대학교 산학협력단 현미경 시스템 및 현미경 시스템의 증강 현실 이미지 제공 방법
KR20180059820A (ko) * 2015-09-11 2018-06-05 시몬 프레이저 유니버스티 코히런스-게이트 파면-센서리스 적응 광학계 다중-광자 현미경 및 관련 시스템 및 방법

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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