KR102588157B1 - Led어레이를 이용한 반사형 비결맞음 조명 현미경 - Google Patents

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KR102588157B1
KR102588157B1 KR1020200158984A KR20200158984A KR102588157B1 KR 102588157 B1 KR102588157 B1 KR 102588157B1 KR 1020200158984 A KR1020200158984 A KR 1020200158984A KR 20200158984 A KR20200158984 A KR 20200158984A KR 102588157 B1 KR102588157 B1 KR 102588157B1
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Abstract

본 발명은 LED어레이를 이용한 반사형 비결맞음 조명 현미경 및 그 작동방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 2D이미지 획득 모드가 진행되도록 LED어레이를 구성하는 LED광원 전체가 켜지고, 각각의 LED빔들이 광학계를 거쳐 빔스플리터에 반사되어 대물렌즈를 거쳐 측정대상물에 입사되는 제1단계; 상기 LED어레이가 이미지 릴레이 되어 상기 대물렌즈의 후초점면에 이미징되는 제2단계; 반사빔이 빔스플리터와 집광렌즈를 거쳐 상기 광검출기로 입사되고, 상기 광검출기에서 복수의 LED빔이 상기 측정대상물에서 반사된 2D이미지 정보를 취득하는 제3단계; 구동스테이지를 통해 상기 측정대상물을 z축상으로 이동시키고, 광검출기는 z축상 포커싱 위치를 얻어 상기 측정대상물의 두께정보를 획득하는 제4단계; 및 분석수단이 상기 2D이미지 정보와, 상기 두께정보를 통해 3D이미지를 획득하는 제5단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 LED어레이를 이용한 반사형 비결맞음 조명 현미경의 작동방법에 관한 것이다.

Description

LED어레이를 이용한 반사형 비결맞음 조명 현미경{Reflective incoherent illumination microscopy with LED array}
본 발명은 LED어레이를 이용한 반사형 비결맞음 조명 현미경에 관한 것이다.
Fourier Ptychographic Microscopy(FPM)은 2013년 Guoan Zheng에 의해 개발된 위상복구(phase retrieval) 방법으로 기존의 digital holographic microscopy와 같이 기준(reference)빔을 이용하지 않아도 위상이 계산될 수 있다.
이러한 FPM은 기준빔이 없이 위상계산이 가능하므로 시스템이 컴팩트해 질 수 있고, 신호빔/기준빔이 구분되지 않으므로 진동에 강한 장점이 있다.
또한, 기존의 digital holographic microscopy는 로 고해상도를 얻기위해 높은 NA의 대물렌즈를 사용할 경우 적은 FOV(field of view)와 DOF(depth of focus)를 갖는 반면, FPM은 집광렌즈를 LED 어레이로 대체해서 높은 illumination angle이 가능하게 함으로써 낮은 NA의 대물렌즈로도 고해상도를 얻기 때문에 넓은 FOV와 DOF를 갖는 장점이 있다. 또한, LED어레이로 높은 illumination angle을 얻기 때문에 기계적 구동부가 필요없다.
도 1은 투과타입 FPM 시스템(1)의 구성도를 도시한 것이고, 도 2는 측정대상물의 스펙트럼을 나타낸 것이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 투과타입 FPM시스템(1)은 서로 다른 각도로 측정대상물(2)에 조사되는 다수의 LED 광원(13)으로 구성되는 LED 어레이(12)와, 측정대상물(2)을 투과한 LED 빔이 결상되는 대물렌즈(40)와, 집광렌즈(50) 그리고 측정대상물(2)에 조사된 LED빔의 이미지를 획득하는 광검출기(60) 등을 포함하여 구성된다.
N 개의 LED광원(13)으로 구성된 LED 어레이(12)를 이용해 N 개의 서로 다른 조사 각도의 빔을 순서대로 측정대상물(2)에 조사하고 N 개의 이미지를 광검출기(40)에 저장하게 된다.
그리고 분석수단은 N 개의 이미지를 FFT하여 도 2에 도시된 바와 같이(도 2에서 ○은 하나의 LED에서 나오는 빔을 통해 대물렌즈가 집속하는 신호의 스펙트럼이다), 스펙트럼 도메인에서 θx, θy의 각 위치에 해당하는 것에 위치시키면서 스티칭(stitching)하여 위상을 산출하게 된다. 도 3은 종래 반사형 FPM 시스템의 구성도를 도시한 것이다. 도 4a는 도 3에서 다크필드 LED 어레이 패널 부분의 확대도를 도시한 것이고, 도 4b는 다크필드 LED 어레이 패널 사진을 도시한 것이다.
투과형 FPM은 생물 시료 등 투과형 시료 측정에 많이 사용되므로 연구가 많이 진행된 반면, 반사형 FPM은 불투명한 산업용 시료 측정 수요가 많음에도 불구하고 셋업의 어려움으로 연구가 더딘 상태에 해당한다.
또한 종래의 반사형 FPM시스템은 thin sample approximation에 제한을 받으므로, 두께(depth)가 커지면 얻어지는 2D장보와 위상(z축) 정보에 에러가 발생하여 작은 두께에서만 측정이 가능하다는 단점이 존재한다.
그리고 이러한 FPM시스템은 앞서 언급한 바와 같이, LED어레이에서 LED광원을 순차적으로 켜면서 진행하고, 광검출기에서 획득한 각각의 이미지를 FFT한 후, 푸리에 도메인에서 각각의 이미지들을 스티칭한 후 역 FFT를 진행하여야 하므로 데이터 분석시간이 과도하게 되는 단점이 존재한다.
일본 공개특허 2016-530567 일본 공개특허 2018-504627
따라서 본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 실시예에 따르면, 푸리에 도메인(Fourier domain)에서 신호를 incoherent하게 병합하여 고해상도 2D이미지를 얻고, z축 scanning을 통해 z축 정보를 결합, 3D 이미징이 얻어지므로 다양한 두께의 측정대상물에 대한 3D 이미징이 가능하며 LED를 사용해 illumination이 간편해 질 수 있는, LED어레이를 이용한 반사형 비결맞음 조명 현미경을 제공하는데 그 목적이 있다.
그리고 본 발명의 실시예에 따르면, 다양한 두께의 측정대상물에 대한 2D 이미징이 가능하며, 반사형 비결맞음 조명 현미경의 수직 섹셔닝(sectioning)을 통해 z축 정보를 얻을 수 있으며. 또한 LED를 사용해 조명이 간편해질 수 있는, LED어레이를 이용한 반사형 비결맞음 조명 현미경을 제공하는데 그 목적이 있다.
기존의 반사형 Fourier ptychography는 thin sample approximation에 제한을 받으므로 depth가 커지면 얻어지는 2D 정보와 위상(z축) 정보에 error가 발생하여, 작은 depth에서만 측정이 가능하다는 단점이 있고, 본 발명의 실시예에 따르면, z축 구동스테이지를 이용해 z축 값을 얻으므로 두께(depth)에 제한이 없고, LED를 순차적으로 일정시간을 켠 후 측정할 필요 없이 전부 켜기 때문에 데이터 획득 시간이 대폭 줄어들 수 있는, LED어레이를 이용한 반사형 비결맞음 조명 현미경을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 위상을 얻을 필요가 없으므로 FFT한 후 푸리에 도메인에서 각각의 이미지들을 스티칭(stitching)한 후 역 FFT하는 계산이 전혀 필요없어, 데이터 분석 시간이 대폭 줄어 들수 있고, LED어레이 상의 LED광원 전체를 켜게 됨으로써, 측방향(x,y평명방향) 분해능(lateral resolution)을 크게 향상시킬 수 있는, LED어레이를 이용한 반사형 비결맞음 조명 현미경을 제공하는데 그 목적이 있다.
한편, 본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 제1목적은, 반사형 비결맞음 조명 현미경에 있어서, 다수의 제1LED광원이 구비되며, 대물렌즈를 투과하여 서로 다른 각도로 측정대상물에 복수의 LED빔을 조사하는 제1LED 어레이로 구성된 제1패널을 갖는 제1조명기; LED빔이 조사된 측정대상물에서 반사되어 나오는 빔을 수집하도록 구성된 집광렌즈; 및 상기 집광렌즈로부터 광을 수광하고 복수의 LED빔이 상기 측정대상물에서 반사된 2D이미지 정보를 취득하는 광검출기;를 포함하는 것을 특징으로 하는 LED어레이를 이용한 반사형 비결맞음 조명 현미경로서 달성될 수 있다.
그리고 상기 LED빔은 상기 제1조명기에서 조사되어 광학계를 통과하여 빔스플리터에 의해 반사된 후, 대물렌즈를 거쳐 측정대상물에 입사되고, 2D이미지 획득 모드와 두께정보획득모드에서, 복수의 상기 제1LED광원 전체가 켜지도록 제어하는 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한 상기 대물렌즈와 상기 측정대상물 사이에 구비되어 상기 측정대상물 측으로 각각이 LED빔을 조사하는 복수의 제2LED광원을 갖는 제2LED어레이를 포함하는 제2조명기;를 더 포함하고, 제어부는 2D이미지 획득 모드와 두께정보획득모드에서, 복수의 상기 제2LED광원 전체가 켜지도록 제어하며, 두께정보 획득 모드시, 제어부는 구동스테이지를 통해 상기 측정대상물을 z축상으로 이동시키고, 광검출기는 z축상 포커싱 위치를 얻어 상기 측정대상물의 두께정보를 획득하고, 상기 2D이미지 정보와, 상기 두께정보를 통해 3D이미지를 획득하는 분석수단을 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
그리고 상기 패널은 원판형태이고, 상기 제1LED어레이를 형성하는 제1LED광원은 패널의 중심점과, 상기 중심점을 기준으로 서로 원주방향으로 소정간격 이격되어 배열되고, x,y 평면방향 분해능은 상기 제1LED광원의 가장 큰 조사각에 해당하는 NAill과 상기 대물렌즈의 NAobj에 따라 결정되는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 제2목적은, 반사형 비결맞음 조명 현미경의 작동방법에 있어서, 2D이미지 획득 모드가 진행되도록 LED어레이를 구성하는 LED광원 전체가 켜지고, 각각의 LED빔들이 광학계를 거쳐 빔스플리터에 반사되어 대물렌즈를 거쳐 측정대상물에 입사되는 제1단계; 상기 LED어레이가 이미지 릴레이 되어 상기 대물렌즈의 후초점면에 이미징되는 제2단계; 반사빔이 빔스플리터와 집광렌즈를 거쳐 상기 광검출기로 입사되고, 상기 광검출기에서 복수의 LED빔이 상기 측정대상물에서 반사된 2D이미지 정보를 취득하는 제3단계; 구동스테이지를 통해 상기 측정대상물을 z축상으로 이동시키고, 광검출기는 z축상 포커싱 위치를 얻어 상기 측정대상물의 두께정보를 획득하는 두께정보 획득 모드가 진행되는 제4단계; 및 분석수단이 상기 2D이미지 정보와, 상기 두께정보를 통해 3D이미지를 획득하는 제5단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 LED어레이를 이용한 반사형 비결맞음 조명 현미경의 작동방법으로서 달성될 수 있다.
그리고 상기 제5단계 후에, 구동스테이지를 통해 상기 측정대상물을 x,y방향으로 이동시키고, 상기 제1 내지 제5단계를 반복하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 LED어레이를 이용한 반사형 비결맞음 조명 현미경에 따르면, 푸리에 도메인(Fourier domain)에서 신호를 incoherent하게 병합하여 고해상도 2D이미지를 얻고, z축 scanning을 통해 z축 정보를 결합, 3D 이미징이 얻어지므로 다양한 두께의 측정대상물에 대한 3D 이미징이 가능하며 LED를 사용해 illumination이 간편해 질 수 있는 효과를 갖는다.
그리고 본 발명의 실시예에 따른 LED어레이를 이용한 반사형 비결맞음 조명 현미경에 따르면, 다양한 두께의 측정대상물에 대한 2D 이미징이 가능하며, 반사형 비결맞음 조명 현미경의 수직 섹셔닝(sectioning)을 통해 z축 정보를 얻을 수 있으며, 또한 LED를 사용해 조명이 간편해질 수 있는, LED어레이를 이용한 반사형 비결맞음 조명 현미경을 제공하는데 그 목적이 있다.
기존의 반사형 Fourier ptychography는 thin sample approximation에 제한을 받으므로 depth가 커지면 얻어지는 2D 정보와 위상(z축) 정보에 error가 발생하여, 작은 depth에서만 측정이 가능하다는 단점이 있고, 본 발명의 실시예에 따른 LED어레이를 이용한 반사형 비결맞음 조명 현미경에 따르면, z축 구동스테이지를 이용해 z축 값을 얻으므로 두께(depth)에 제한이 없고, LED를 순차적으로 일정시간을 켠 후 측정할 필요 없이 전부 켜기 때문에 데이터 획득 시간이 대폭 줄어들 수 있는, LED어레이를 이용한 반사형 비결맞음 조명 현미경을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 위상을 얻을 필요가 없으므로 FFT한 후 푸리에 도메인에서 각각의 이미지들을 스티칭(stitching)한 후 역 FFT하는 계산이 전혀 필요없어, 데이터 분석 시간이 대폭 줄어 들수 있고, LED어레이 상의 LED광원 전체를 켜게 됨으로써, 측방향(x,y평명방향) 분해능(lateral resolution)을 크게 향상시킬 수 있는, LED어레이를 이용한 반사형 비결맞음 조명 현미경을 제공하는데 그 목적이 있다.
한편, 본 발명에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술적 사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석 되어서는 아니 된다.
도 1은 투과타입 FPM 시스템의 구성도,
도 2는 측정대상물의 스펙트럼,
도 3은 종래 투과형 FPM 시스템의 구성도,
도 4a는 도 3에서 다크필드 LED 어레이 패널 부분의 확대도,
도 4b는 다크필드 LED 어레이 패널 사진,
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 LED어레이를 이용한 반사형 비결맞음 조명 현미경의 작동방법의 흐름도,
도 6은 2D이미지 획득모드시, 본 발명의 실시예에 따른 LED어레이를 이용한 반사형 비결맞음 조명 현미경의 구성도,
도 7은 2D이미지 획득모드시, 대물렌즈 후초점면(back focal plane, BFP)로 이미지 릴레이된 LED 어레이를 공간도메인(spatial domain(x,y 평면 방향)),
도 8a는 중심점 상의 LED광원만을 킨 경우의 푸리에 도메인,
도 8b는 본 발명의 실시예에 따라 LED광원 전체를 킨 경우의 푸리에 도메인,
도 9는 z축 depth 모드 획득모드시, 본 발명의 실시예에 따른 LED어레이를 이용한 반사형 비결맞음 조명 현미경의 구성도,
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 제어부의 신호흐름을 나타낸 블록도를 도시한 것이다.
이상의 본 발명의 목적들, 다른 목적들, 특징들 및 이점들은 첨부된 도면과 관련된 이하의 바람직한 실시예들을 통해서 쉽게 이해될 것이다. 그러나 본 발명은 여기서 설명되는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 통상의 기술자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.
본 명세서에서, 어떤 구성요소가 다른 구성요소 상에 있다고 언급되는 경우에 그것은 다른 구성요소 상에 직접 형성될 수 있거나 또는 그들 사이에 제 3의 구성요소가 개재될 수도 있다는 것을 의미한다. 또한 도면들에 있어서, 구성요소들의 두께는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다.
본 명세서에서 기술하는 실시예들은 본 발명의 이상적인 예시도인 단면도 및/또는 평면도들을 참고하여 설명될 것이다. 도면들에 있어서, 막 및 영역들의 두께는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다. 따라서 제조 기술 및/또는 허용 오차 등에 의해 예시도의 형태가 변형될 수 있다. 따라서 본 발명의 실시예들은 도시된 특정 형태로 제한되는 것이 아니라 제조 공정에 따라 생성되는 형태의 변화도 포함하는 것이다. 예를 들면, 직각으로 도시된 영역은 라운드지거나 소정 곡률을 가지는 형태일 수 있다. 따라서 도면에서 예시된 영역들은 속성을 가지며, 도면에서 예시된 영역들의 모양은 소자의 영역의 특정 형태를 예시하기 위한 것이며 발명의 범주를 제한하기 위한 것이 아니다. 본 명세서의 다양한 실시예들에서 제1, 제2 등의 용어가 다양한 구성요소들을 기술하기 위해서 사용되었지만, 이들 구성요소들이 이 같은 용어들에 의해서 한정되어서는 안 된다. 이들 용어들은 단지 어느 구성요소를 다른 구성요소와 구별시키기 위해서 사용되었을 뿐이다. 여기에 설명되고 예시되는 실시예들은 그것의 상보적인 실시예들도 포함한다.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 '포함한다(comprises)' 및/또는 '포함하는(comprising)'은 언급된 구성요소는 하나 이상의 다른 구성요소의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
아래의 특정 실시예들을 기술하는데 있어서, 여러 가지의 특정적인 내용들은 발명을 더 구체적으로 설명하고 이해를 돕기 위해 작성되었다. 하지만 본 발명을 이해할 수 있을 정도로 이 분야의 지식을 갖고 있는 독자는 이러한 여러 가지의 특정적인 내용들이 없어도 사용될 수 있다는 것을 인지할 수 있다. 어떤 경우에는, 발명을 기술하는 데 있어서 흔히 알려졌으면서 발명과 크게 관련 없는 부분들은 본 발명을 설명하는데 있어 별 이유 없이 혼돈이 오는 것을 막기 위해 기술하지 않음을 미리 언급해 둔다.
이하에서는 본 발명의 실시예에 따른 LED어레이를 이용한 반사형 비결맞음 조명 현미경의 구성, 및 작동방법에 대해 설명하도록 한다.
먼저, 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 LED어레이를 이용한 반사형 비결맞음 조명 현미경의 작동방법의 흐름도를 도시한 것이다.
그리고 도 6은 2D이미지 획득모드시, 본 발명의 실시예에 따른 LED어레이를 이용한 반사형 비결맞음 조명 현미경의 구성도를 도시한 것이다.
도 7은 D이미지 획득모드시, 대물렌즈(40) 후초점면(back focal plane, BFP)(41)로 이미지 릴레이된 LED 어레이(12)를 공간도메인(spatial domain(x,y 평면 방향)) 상에 도시한 것이다.
도 8a는 중심점 상의 LED광원만을 킨 경우의 푸리에 도메인을 도시한 것이고, 도 8b는 본 발명의 실시예에 따라 LED광원 전체를 킨 경우의 푸리에 도메인을 도시한 것이다.
또한 도 9는 z축 depth 모드 획득모드시, 본 발명의 실시예에 따른 LED어레이를 이용한 반사형 비결맞음 조명 현미경의 구성도를 도시한 것이다.
그리고 도 10은 본 발명의 실시예에 따른 제어부의 신호흐름을 나타낸 블록도를 도시한 것이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 LED어레이를 이용한 반사형 비결맞음 조명 현미경(100)는 전체적으로, 2D 이미지 획득모드와 두께정보 획득모드에서, 제1조명기(110)의 복수의 제1LED광원(122)과 제2조명기(150)의 복수의 제2LED광원(162) 전체를 켜서 측정대상물(2)에 반사된 LED빔을 광검출기(60)를 통해 검출하고, 두께 정보획득모드에서, 측정대상물(2)을 z축상으로 스캐닝하며 광검출기(60)에서 측정대상물(2)의 두께정보를 획득하며, 이러한 2D 이미지정보와 두께정보를 기반으로 측정대상물(2)에 대한 3D 이미지를 얻게 되는 과정으로 작동됨을 알 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 LED어레이를 이용한 반사형 비결맞음 조명 현미경(100)의 구성은, 제1LED어레이(122)를 갖는 제1조명기(110)와, 제1렌즈와 제2렌즈로 구성된 광학계(20), 제2LED어레이(161)를 갖는 제2조명기(150) 빔스플리터(30), 대물렌즈(40), 구동스테이지(80), 집광렌즈(50), 광검출기(60), 제어부(90) 등을 포함하여 구성된다.
제1조명기(110)는 제1패널(120)상에 다수의 제1LED광원(122)으로 구비된 LED어레이(121)가 설치된 형태로 구성된다. 제1LED광원(122)을 통한 제1LED빔은 대물렌즈(40)를 투과하여 서로 다른 각도로 측정대상물(2)에 복수의 LED빔을 조사하도록 구성된다.
본 발명의 실시예에 따른 제1패널(120)은 원판형태이고, 제1LED어레이(121)를 형성하는 제1LED광원(122)은 패널(11)의 중심점과, 중심점을 기준으로 서로 원주방향으로 소정간격 이격되어 배열되게 된다.
후에 설명되는 바와 같이, x,y 평면방향 분해능(lateral resolution)은 제1LED광원(122)의 가장 큰 조사각에 해당하는 NAill과 대물렌즈(40)의 NAobj에 따라 결정되게 된다. 따라서 복수의 제1LED광원(122) 전체가 조사됨에 따라 x,y 평면방향 분해능을 크게 향상시킬 수 있다.
그리고 제2조명기(150)는 대물렌즈(40)와 측정대상물(2) 사이에 위치될 수 있으며, 링판형의 제2패널(160)이 구비되며, 제2패널(160)의 하부면 외주면 원주방향을 따라 서로 특정간격 이격되게 배치되는 복수의 제2LED광원(162)을 갖는 제2LED어레이(161)를 포함하여 구성된다. 이러한 제2조명기(150) 역시 2D이미지 획득모드, 두께정보 획득모드에서 제2LED광원(162) 전체가 켜지게 된다.
집광렌즈(50)는 LED빔이 조사된 측정대상물(2)에서 반사되어 나오는 빔을 수집하도록 구성되며, 광검출기(60)는 집광렌즈(50)로부터 광을 수광하고 복수의 LED빔이 상기 측정대상물(2)에서 반사된 2D이미지 정보를 취득하도록 구성된다.
그리고 LED빔은 조명기(10)에서 조사되어 광학계(20)를 통과하여 빔스플리터(30)에 의해 반사된 후, 대물렌즈(40)를 거쳐 측정대상물(2)에 입사되게 된다.
또한 제어부(90)는 두께정보 획득모드 시에, 구동스테이지(80)를 통해 측정대상물(2)을 z축상으로 이동시키도록 제어하고, 광검출기(60)는 z축상 포커싱 위치를 얻어 측정대상물(2)의 두께정보를 획득하게 된다.
그리고 분석수단(70)은 획득된 2D이미지 정보와, 두께정보를 통해 3D이미지를 획득한다.
이하에서는 LED어레이를 이용한 반사형 비결맞음 조명 현미경(100)의 작동방법에 대해 보다 상세하게 설명하도록 한다.
먼저, 2D이미지 획득 모드가 진행되도록 제어부(90)는 LED어레이(12)를 구성하는 LED광원(13) 전체가 켜지도록 제어한다(S1).
이러한 2D이미지 획득모드에는 도 6에 도시된 바와 같이, 제1LED광원(122) 각각의 LED빔들이 제1렌즈(21)와 제2렌즈(22)로 구성된 광학계(20)를 거쳐(S2) 빔스플리터(30)에 반사되어(S3) 대물렌즈(40)를 거쳐(S4) 측정대상물(2)에 입사되어 반사되게 되고, 제2조명기(150)의 제2LED광원(162) 역시 전체가 켜진상태로 측정대상물(2) 측으로 조사되게 된다(S5).
그리고 LED어레이가 이미지 릴레이되어 대물렌즈(40)의 후초점면(BFP)(41)에 이미징되게 된다(S6). 그리고 반사빔은 빔스플리터(30)와 집광렌즈(50)를 거쳐 광검출기(60)로 입사되고,(S7) 광검출기(60)에서 복수의 LED빔이 측정대상물(2)에서 반사된 2D이미지 정보를 취득하게 된다. 즉, 광검출기(60)는 LED어레이가 측정대상물(2)에 반사된 2D이미지 정보를 획득하게 된다(S8).
도 7는 2D이미지 획득모드시, 대물렌즈(40) 후초점면(back focal plane, BFP)(41)로 이미지 릴레이된 LED 어레이(12)를 공간도메인(spatial domain(x,y 평면 방향))을 도시한 것이다. 본 발명의 실시예에서, x,y 평면방향 분해능(lateral resolution)은 제2LED광원(162)의 가장 큰 조사각에 해당하는 NAill과 대물렌즈(40)의 NAobj에 따라 결정되게 된다.
도 8a는 중심점 상의 LED광원만을 킨 경우의 푸리에 도메인을 도시한 것이다. 그리고 도 8b는 본 발명의 실시예에 따라 LED광원 전체를 킨 경우의 푸리에 도메인을 도시한 것이다.
도 8b에 도시된 바와 같이, 2D이미지 정보 획득모드에서, 본 발명의 실시예에서는, 복수의 LED광원 전체가 조사됨에 따라 강도를 감소시키지 않고, fx,fy 평면방향 분해능을 크게 향상시킬 수 있게 됨을 알 수 있다.
2D이미지 정보를 획득한 후, 두께정보 획득모드가 진행되게 된다. 두께정보 획득모드에서도 제어부(90)는 제1조명기(110)의 제1LED광원(122)과, 제2조명기(150)의 제2LED광원(162) 전체가 켜지도록 제어하게 된다.
이러한 상태에서 피에조 액추에이터 등으로 구성된 구동스테이지(80)의 Z축 스테이지(81)를 통해 측정대상물(2)을 Z축상으로 이동, 스캐닝하게 된다(S9).
Z축 이동, 스캐닝 과정에서 광검출기(60)는 Z축상의 포커싱 위치를 파악하여 측정대상물(2)의 Z축 두께 정보를 획득하게 된다(S10).
그리고 분석수단(70)은 2D 이미지 획득모드에서 획득된 2D이미지 정보와 두께정보 획득모드에서 획득된 두께정보를 합쳐 3D이미지를 획득하게 된다(S11).
그리고 구동스테이지(80)의 x,y 스테이지(82)를 통해 측정대상물(2)을 x,y 스캐닝하면서(S12), 앞서 언급한 2D이미지 획득모드와, 두께정보 획득모드는 반복하여 대면적의 3D이미지를 얻을 수 있게 된다.
또한, 상기와 같이 설명된 장치 및 방법은 상기 설명된 실시예들의 구성과 방법이 한정되게 적용될 수 있는 것이 아니라, 상기 실시예들은 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수도 있다.
1:종래 투과형 FPM
2:측정대상물
3:종래 반사형 FPM
20:광학계
21:제1렌즈
22:제2렌즈
30:빔스플리터
40:대물렌즈
41:후초점면
50:집광렌즈
60:광검출기
70:분석수단
80:구동스테이지
81:Z축 스테이지
82:X,Y 스페이지
90:제어부
100:LED어레이를 이용한 반사형 비결맞음 조명 현미경
110:제1조명기
120:제1패널
121:제1LED어레이
122:제1LED광원
150:제2조명기
160:제2패널
161:제2LED어레이
162:제2LED광원

Claims (6)

  1. 반사형 비결맞음 조명 현미경에 있어서,
    다수의 제1LED광원이 구비되며, 대물렌즈를 투과하여 서로 다른 각도로 측정대상물에 복수의 LED빔을 조사하는 제1LED 어레이로 구성된 제1패널을 갖는 제1조명기; LED빔이 조사된 측정대상물에서 반사되어 나오는 빔을 수집하도록 구성된 집광렌즈; 및 상기 집광렌즈로부터 광을 수광하고 복수의 LED빔이 상기 측정대상물에서 반사된 2D이미지 정보를 취득하는 광검출기;
    상기 대물렌즈와 상기 측정대상물 사이에 구비되어 상기 측정대상물 측으로 각각이 LED빔을 조사하는 복수의 제2LED광원을 갖는 제2LED어레이를 포함하는 제2조명기;및
    2D이미지 획득 모드와 두께정보획득모드에서, 복수의 상기 제1LED광원 전체가 켜지도록 제어하고, 2D이미지 획득 모드와 두께정보획득모드에서, 복수의 상기 제2LED광원 전체가 켜지도록 제어하는 제어부;를 포함하고,
    상기 LED빔은 상기 제1조명기에서 조사되어 광학계를 통과하여 빔스플리터에 의해 반사된 후, 대물렌즈를 거쳐 측정대상물에 입사되고,
    두께정보 획득 모드시,
    제어부는 구동스테이지를 통해 상기 측정대상물을 z축상으로 이동시키고, 광검출기는 z축상 포커싱 위치를 얻어 상기 측정대상물의 두께정보를 획득하고,
    상기 2D이미지 정보와, 상기 두께정보를 통해 3D이미지를 획득하는 분석수단을 포함하고,
    상기 제1패널은 원판형태이고,
    상기 제1LED어레이를 형성하는 제1LED광원은 패널의 중심점과, 상기 중심점을 기준으로 서로 원주방향으로 소정간격 이격되어 배열되고,
    x,y 평면방향 분해능은 상기 제1LED광원의 가장 큰 조사각에 해당하는 NAill과 상기 대물렌즈의 NAobj에 따라 결정되며,
    상기 2D 이미지 획득모드와 두께정보 획득모드에서, 제1조명기의 복수의 제1LED광원과 제2조명기의 복수의 제2LED광원 전체를 켜서 측정대상물에 반사된 LED빔을 광검출기를 통해 2D이미지 정보 검출하고, 두께 정보획득모드에서 측정대상물을 z축상으로 스캐닝하며 광검출기에서 측정대상물의 두께정보를 획득하며, 상기 2D 이미지정보와 두께정보를 기반으로 측정대상물에 대한 3D 이미지를 얻게 되는 것을 특징으로 하는 LED어레이를 이용한 반사형 비결맞음 조명 현미경.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제 1항에 따른 반사형 비결맞음 조명 현미경의 작동방법에 있어서,
    2D이미지 획득 모드가 진행되도록 LED어레이를 구성하는 LED광원 전체가 켜지고, 각각의 LED빔들이 광학계를 거쳐 빔스플리터에 반사되어 대물렌즈를 거쳐 측정대상물에 입사되는 제1단계;
    상기 LED어레이가 이미지 릴레이 되어 상기 대물렌즈의 후초점면에 이미징되는 제2단계;
    반사빔이 빔스플리터와 집광렌즈를 거쳐 광검출기로 입사되고, 상기 광검출기에서 복수의 LED빔이 상기 측정대상물에서 반사된 2D이미지 정보를 취득하는 제3단계;
    구동스테이지를 통해 상기 측정대상물을 z축상으로 이동시키고, 광검출기는 z축상 포커싱 위치를 얻어 상기 측정대상물의 두께정보를 획득하는 두께정보 획득 모드가 진행되는 제4단계; 및
    분석수단이 상기 2D이미지 정보와, 상기 두께정보를 통해 3D이미지를 획득하는 제5단계;를 포함하고,
    상기 제5단계 후에, 구동스테이지를 통해 상기 측정대상물을 x,y방향으로 이동시키고, 상기 제1 내지 제5단계를 반복하는 것을 특징으로 하는 LED어레이를 이용한 반사형 비결맞음 조명 현미경의 작동방법.



  6. 삭제
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN116989693B (zh) * 2022-11-23 2024-06-04 深圳市中图仪器股份有限公司 聚焦曲线的评价方法

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2014056060A (ja) * 2012-09-11 2014-03-27 Keyence Corp 光学顕微鏡
KR102082747B1 (ko) * 2019-01-23 2020-02-28 연세대학교 산학협력단 초점거리 조절이 가능한 ｌｅｄ 어레이 기반 3차원 이미징 장치 및 방법

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9497379B2 (en) 2013-08-22 2016-11-15 California Institute Of Technology Variable-illumination fourier ptychographic imaging devices, systems, and methods
AU2015357537A1 (en) 2014-12-04 2017-06-29 California Institute Of Technology Multiplexed fourier ptychography imaging systems and methods
KR101878214B1 (ko) * 2016-08-31 2018-08-17 경희대학교 산학협력단 최소세제곱 알고리즘을 기반으로 하는 암시야 조명을 이용한 비형광 나노 입자의 3차원 초고분해 영상 이미지의 획득 방법 및 시스템

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2014056060A (ja) * 2012-09-11 2014-03-27 Keyence Corp 光学顕微鏡
KR102082747B1 (ko) * 2019-01-23 2020-02-28 연세대학교 산학협력단 초점거리 조절이 가능한 ｌｅｄ 어레이 기반 3차원 이미징 장치 및 방법

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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