KR20220037673A - 시료의 형광을 검출하기 위한 시료 검사 장치 - Google Patents

시료의 형광을 검출하기 위한 시료 검사 장치 Download PDF

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KR20220037673A
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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 시료의 형광을 검출하기 위한 시료 검사 장치는 회전축을 중심으로 회전 가능하게 구성되며, 서로 다른 파장영역을 투과하도록 구성되고 상기 회전축을 중심으로 배열되는 복수의 광학필터를 구비하는 필터부, 상기 복수의 광학필터 중 어느 하나에 빛을 조사하는 광원부, 시료가 안착될 수 있는 스테이지, 상기 복수의 광학필터 중 어느 하나를 투과한 빛을 상기 스테이지로 반사시키고, 상기 스테이지의 상기 시료에서 방출된 빛을 복수의 광학필터 중 다른 하나로 반사시키도록 배향된 리플렉터, 상기 복수의 광학 필터 중 상기 다른 하나를 투과한 빛을 통해 상기 스테이지의 상기 시료의 이미지를 획득하는 감지 유닛, 상기 필터부를 회전시키는 액추에이터 및 상기 감지 유닛이 상기 복수의 광학 필터 중 상기 다른 하나를 투과한 상기 빛을 수신할 경우, 상기 필터부가 회전되도록 상기 액추에이터를 제어하는 제어부를 포함하고, 상기 복수의 광학필터 중 어느 하나를 투과한 빛의 파장영역과 다른 하나를 투과한 빛의 파장영역은 서로 다르게 형성될 수 있다.

Description

시료의 형광을 검출하기 위한 시료 검사 장치{SAMPLE INSPECTION DEVICE FOR DETECTING FLUORESCENCE IN THE SAMPLE}
본 발명은 시료의 형광을 검출하기 위한 시료 검사 장치에 대한 발명이다.
일반적으로 형광검출장치는, 박테리아나 단백질과 같은 시료 자체가 특정 파장의 빛을 흡수하면 형광을 발하는 원리를 이용한다. 예를 들어, 형광검출장치는 형광현미경(Fluorescent Microscope)를 포함할 수 있다.
이러한 시료에 형광 물질(형광색소)을 처리한 후, 시료에 형광 물질의 흡수 파장의 빛을 조사하여 시료로부터 발산되는 빛을 통해 시료를 관찰할 수 있다. 이러한 형광검출장치는 일반적인 광학현미경에 비해 선명한 이미지를 얻을 수 있으므로 바이오 칩과 같은 시료를 관찰하는 경우 널리 이용된다.
예를 들어 종래의 형광검출장치는 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 형성될 수 있다.
도 1의 종래의 제1 형광검출장치(10)는 광원(12)에서 발생한 빛이 여기 필터(13)를 투과하고, 편광판(14)에서 시료가 구비된 스테이지(15) 방향으로 반사될 수 있다. 또한, 시료에서 방출된 빛은 편광판(14) 및 방출 필터(16)를 투과한 뒤 카메라(17)에 입사됨에 따라 시료 이미지가 형성될 있다.
도 2의 종래의 제2 형광검출장치(20)는 광원(22)에서 발생한 빛이 제1 필터부(23)에 포함된 여과 필터를 투과하고, 편광판(24)에서 시료가 구비된 스테이지(25)로 반사될 수 있다. 또한, 시료에서 반사된 빛은 편광판(24) 및 제2 필터부(26)에 포함된 방출 필터를 투과한 뒤 카메라(27)에 감지됨에 따라 시료 이미지가 형성될 수 있다.
다만, 상기의 형광검출장치들(10, 20)에는 여과 필터와 방출 필터가 따로 형성됨에 따라 크기가 크게 형성되어, 형광검출장치의 가격이 높아지는 단점이 있다. 또한, 제2 형광검출장치(20)의 경우, 복수의 필터부(23, 26)에 의하여 진동이 심하게 발생될 수 있으므로, 시료의 이미지가 효율적으로 형성되지 않을 수 있다는 문제점이 있다.
본 발명의 실시예들은 상기와 같은 배경에 착안하여 발명된 것으로서, 장치의 크기를 줄이고, 진동을 감소함에 따라 시료 이미지를 효율적으로 얻을 수 있는 시료의 형광을 검출하기 위한 시료 검사 장치를 제공하고자 한다.
본 발명의 실시예에 따른 시료의 형광을 검출하기 위한 시료 검사 장치는 서로 다른 파장영역을 투과하도록 구성되는 복수의 광학필터를 구비하는 필터부, 상기 복수의 광학필터 중 어느 하나에 빛을 조사하는 광원부, 시료가 안착될 수 있는 스테이지, 상기 복수의 광학필터 중 어느 하나를 투과한 빛을 상기 스테이지로 반사시키고, 상기 스테이지의 상기 시료에서 방출된 빛을 복수의 광학필터 중 다른 하나로 반사시키도록 배향된 리플렉터, 상기 복수의 광학 필터 중 상기 다른 하나를 투과한 빛을 통해 상기 스테이지의 상기 시료에서 방출된 빛을 검출하는 감지 유닛, 상기 필터부를 이동시키는 액추에이터 및 상기 감지 유닛이 상기 복수의 광학 필터 중 상기 다른 하나를 투과한 상기 빛을 수신할 경우, 상기 필터부가 이동되도록 상기 액추에이터를 제어하는 제어부를 포함하고, 상기 복수의 광학필터 중 어느 하나를 투과한 빛의 파장영역과 다른 하나를 투과한 빛의 파장영역은 서로 다르게 형성될 수 있다.
상기 광원부, 상기 리플렉터, 상기 필터부 및 상기 감지 유닛은, 상기 광원부로부터 조사되는 빛이 진행하는 방향은 상기 리플렉터로부터 상기 시료를 향해 반사되는 빛이 진행하는 방향에 대하여 제1 경사 각도로 기울어지고, 상기 시료에서 방출되는 빛이 진행하는 방향은 상기 리플렉터로부터 상기 복수의 광학필터 중 상기 다른 하나를 향해 반사되는 빛이 진행하는 방향에 대하여 의 제2 경사 각도로 기울어지도록 배치되고, 상기 제1 경사 각도와 제2 경사 각도는 서로 다르게 형성될 수 있다.
상기 제1 경사 각도는 90도 미만으로 형성되고, 상기 제2 경사 각도는 90도로 형성될 수 있다.
상기 필터부는 상기 액추에이터에 의하여 직선 이동되고, 상기 복수의 광학필터는 상기 지선 이동 방향을 따라 서로 이격되어 배치될 수 있다.
상기 필터부는 회전축을 중심으로 회전 가능하게 구성되며, 상기 복수의 광학 필터는 상기 회전축을 중심으로 배열되고, 상기 필터부는 상기 액추에이터에 의해 회전 이동될 수 있다.
상기 광원부, 상기 리플렉터, 상기 필터부 및 상기 감지 유닛은, 상기 광원부의 빛이 상기 복수의 광학필터 중 상기 어느 하나에 조사되는 방향은, 상기 필터부의 일면에 수직한 방향인 기준축에 대하여 제1 기울임 각도로 기울어지고, 상기 리플렉터에서 반사된 빛이 상기 복수의 광학필터 중 상기 다른 하나로 진행되는 방향은, 상기 필터부의 상기 기준축에 대하여 제2 기울임 각도로 기울어지도록 배치되고, 상기 제1 기울임 각도와 상기 제2 기울임 각도는 동일하게 형성될 수 있다.
상기 기준축을 기준으로 상기 제1 기울임 각도의 형성 방향과 상기 제2 기울임 각도의 형성 방향은 반대 방향으로 형성될 수 있다.
상기 복수의 광학필터는 제1 광학필터, 제2 광학필터 및 제3 광학필터를 포함하고, 상기 제1 광학필터는 상기 제2 광학필터 및 상기 제3 광학필터 사이에 배치되며, 상기 광원부로부터 조사되는 빛 중 제1 파장영역의 빛을 투과시키고, 상기 스테이지의 상기 시료는 상기 제1 파장영역의 빛을 흡수하여 상기 제2 파장영역의 빛을 방출하고, 상기 제2 광학필터는 상기 시료에서 방출되어 상기 리플렉터에서 반사된 상기 제2 파장영역의 빛을 투과시키고, 상기 제2 파장영역의 빛이 상기 감지 유닛에 감지되면, 상기 필터부는 상기 제3 광학필터가 상기 광원부로부터 조사된 빛을 조사받고, 상기 제1 광학필터가 상기 시료에서 방출되어 상기 리플렉터에서 반사된 빛을 조사받도록 이동될 수 있다.
상기 필터부가 이동되었을 때, 상기 제1 광학필터는 상기 시료에서 방출되어 상기 리플렉터로 반사한 빛 중 제1 파장영역과 적어도 일부가 중첩되는 파장영역의 빛을 투과시키고, 상기 제3 광학필터는 상기 광원부로부터 조사되는 빛 중 제3 파장영역의 빛을 투과시킬 수 있다.
상기 복수의 광학 필터 중 상기 어느 하나와 상기 다른 하나는 서로 인접하게 배치될 수 있다.
상기 복수의 광학필터 중 상기 어느 하나가 입사 영역에 위치할 때 상기 광원부로부터 조사된 빛은 상기 복수의 광학필터 중 상기 어느 하나에 조사되고, 상기 복수의 광학필터 중 상기 다른 하나가 방출 영역에 위치할 때 상기 시료에서 방출되어 상기 리플렉터에서 반사된 빛은 상기 복수의 광학필터 중 상기 다른 하나에 조사되며, 상기 입사 영역은 상기 광원부로부터 조사된 빛과 상기 필터부가 교차하는 가상의 영역이고, 상기 방출 영역은 상기 시료에서 방출되어 상기 리플렉터에서 반사된 빛과 상기 필터부가 교차하는 가상의 영역일 수 있다.
외부의 빛에 노출되지 않도록 상기 필터부 중 적어도 일부 및 상기 리플렉터를 수용하는 하우징을 더 포함할 수 있다.
상기 입사 영역 및 상기 방출 영역은 상기 하우징의 내부에 제공될 수 있다.
상기 감지 유닛(150)은 검출된 상기 빛을 통해 상기 시료의 이미지를 획득하고, 기 필터부의 최고회전속도는 상기 감지 유닛의 프레임 레이트가 광학필터 당 100Hz로 형성할 수 있도록 설정될 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 복수의 광학필터가 배치된 하나의 필터부를 통해 여기 필터와 방출 필터를 모두 배치하여 시료의 이미지를 획득함에 따라 종래의 비해 장치의 전체적인 크기를 줄일 수 있고, 진동이 감소될 수 있다.
도 1은 종래의 제1 형광현미경을 도시한 도면이다.
도 2는 종래의 제2 형광현미경을 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 시료의 형광을 검출하기 위한 시료 검사 장치의 블록도를 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 시료의 형광을 검출하기 위한 시료 검사 장치의 단면도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 시료의 형광을 검출하기 위한 시료 검사 장치의 전면도이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 시료의 형광을 검출하기 위한 시료 검사 장치의 광원부에서 발생한 빛의 파장영역을 나타낸 도면이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 시료의 형광을 검출하기 위한 시료 검사 장치의 감지 유닛이 감지한 빛의 파장영역을 나타낸 도면이다.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 시료의 형광을 검출하기 위한 시료 검사 장치의 단면도이다.
이하에서는 본 발명의 기술적 사상을 구현하기 위한 구체적인 실시예에 대하여 도면을 참조하여 상세히 설명하도록 한다.
아울러 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.
또한, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 '수용'된다고 언급된 때에는 그 다른 구성요소에 직접적으로 수용될 수도 있지만 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
본 명세서에서 사용된 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로 본 발명을 한정하려는 의도로 사용된 것은 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함한다.
또한, 제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 해당 구성요소들은 이와 같은 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 이 용어들은 하나의 구성요소들을 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
명세서에서 사용되는 "포함하는"의 의미는 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소 및/또는 성분을 구체화하며, 다른 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소, 성분 및/또는 군의 존재나 부가를 제외시키는 것은 아니다.
이하, 도 3 내지 도 7을 참고하여, 본 발명의 실시예에 따른 시료의 형광을 검출하기 위한 시료 검사 장치(100)에 대해 설명한다.
도 3 내지 도 5를 참고하면, 본 발명의 실시예에 따른 시료의 형광을 검출하기 위한 시료 검사 장치(100)는 광원부(110)에서 발생된 빛을 이용하여 시료의 이미지를 얻을 수 있다. 이러한, 시료의 형광을 검출하기 위한 시료 검사 장치(100)는 광원부(110), 스테이지(120), 리플렉터(130), 필터부(140), 감지 유닛(150), 액추에이터(160), 제어부(170) 및 하우징(180)을 포함할 수 있다.
광원부(110)는 광을 발생시키는 역할을 한다. 예를 들어, 광원부(110)는 LED(Light Emitting Diode), LD(Laser Diode), 할로겐 램프, 수은 램프, 제논 램프 등을 포함할 수 있다. 광원부(110)로부터 방출되는 빛은 도 6에 도시된 바와 같이 300nm 이상 800nm 이하의 파장영역을 가질 수 있다. 이러한 광원부(110)에서 발생된 광은 필터부(140)를 향하여 조사될 수 있다.
스테이지(120)는 시료가 안착될 수 있다. 시료는 시료 검사 장치(100)에 의해 관찰될 대상체일 수 있다. 이러한 시료는 특정 범위의 파장영역을 가지는 빛을 흡수할 수 있으며, 흡수한 빛을 다시 방출할 수 있다. 시료에는 형광 염료가 도료될 수 있다. 시료는 생체 조직 등 관찰 타겟과 형광 염료를 포함하는 개념일 수 있다. 이러한 형광 염료가 도료된 시료에 자외선과 단파장의 가시광선을 조사하면 시료의 염료 분자는 발광할 수 있다. 이처럼, 형광 물질에 소정 범위의 파장영역을 가지는 빛을 조사하면, 시료의 염료 분자가 발광할 때 방출되는 가시광선 또는 근적외선 범위의 형광이 방출될 수 있다. 이러한 시료는 이방성(異方性, anisotropy)의 광학적 특징을 가질 수 있으며, 입사되는 빛을 복굴절시켜 도 7에 도시된 바와 같이, 소정 범위의 파장영역을 가지는 빛을 방출시킬 수 있다.
도 4를 다시 참고하면, 리플렉터(130)는 필터부(140)에 포함된 복수의 광학필터(141, 142, 143) 중 어느 하나(예를 들어, 후술할 제1 광학필터(141))에서 투과한 빛을 시료로 반사시키고, 시료에서 방출된 빛을 복수의 광학필터(141, 142, 143) 중 다른 하나(예를 들어, 후술할 제2 광학필터(142))로 반사시킬 수 있다.
리플렉터(130)는 빛을 효율적으로 반사시키기 위하여 배향될 수 있다.
이러한 리플렉터(130)의 형상에 의해, 광원부(110), 리플렉터(130), 필터부(140) 및 감지 유닛(150)은, 광원부(110)부로부터 조사되는 빛이 진행하는 방향이 리플렉터(130)로부터 시료를 향해 반사되는 빛이 진행하는 방향에 대하여 제1 경사 각도(a1)로 기울어지도록 배치될 수 있다. 또한, 광원부(110), 리플렉터(130), 필터부(140) 및 감지 유닛(150)은, 시료에서 방출되는 빛이 진행하는 방향이 리플렉터(130)로부터 복수의 광학필터 중 다른 하나를 향해 반사되는 빛이 진행하는 방향에 대하여 제2 경사 각도(a2)로 기울어지도록 배치될 수 있다.
제1 경사각도(a1)와 제2 경사 각도(a2)는 서로 다르게 형성될 수 있다. 예를 들어, 제1 경사각도(a1)는 90도 미만으로 형성될 수 있고, 제2 경사 각도(a2)는 90도로 형성될 수 있다.
필터부(140)는 서로 다른 파장영역 투과 특성을 구비하는 복수의 광학필터(141, 142, 143, 144, 145, 146)가 삽입되도록 형성될 수 있으며, 액추에이터(160)에 의해 이동될 수 있다. 필터부(140)는 다양한 방법으로 이동될 수 있다. 예를 들어, 필터부(140)는 도 5에 도시된 바와 같이, 원판으로 형성되어 액추에이터(160)에 의해 회전축(Bx)을 중심으로 회전되도록 구성될 수 있다. 이 경우, 복수의 광학필터(141, 142, 143, 144, 145, 146))는 회전축(Bx)을 중심으로 소정 원주각만큼 서로 이격되어 필터부(140)에 배열될 수 있다. 반대로, 필터부(140)는 액추에이터(160)에 의하여 직선 이동되도록 구성될 수 있고, 복수의 광학필터(141, 142, 143, 144, 145, 146)는 직선 이동 방향을 따라 서로 이격되어 배치될 수 있다. 이하, 필터부(140)의 일면에서 수직한 방향으로 연장되는 방향을 기준축이라 하겠다. 또한, 필터부(140)가 회전축(Bx)을 기준으로 회전될 경우, 기준축은 회전축(Bx) 연장 방향과 동일 또는 평행할 수 있다.
필터부(140)에 의해 광원부(110)에서 발생한 빛은 복수의 광학필터(141, 142, 143, 144, 145, 146) 중 어느 하나를 투과하고 리플렉터(130)에서 시료로 반사될 수 있다. 이후, 시료에서 방출된 빛은 리플렉터(130)에 의해 반사되어 복수의 광학필터(141, 142, 143, 144, 145, 146) 중 다른 하나를 투과할 수 있다. 복수의 광학필터(141, 142, 143, 144, 145, 146) 중 어느 하나와 다른 하나는 서로 인접하게 배치될 수 있다.
복수의 광학필터(141, 142, 143, 144, 145, 146)에 의해, 광원부(120)의 빛이 복수의 광학필터(141, 142, 143, 144, 145, 146) 중 어느 하나에 조사되는 방향은 필터부(140)의 기준축이 연장되는 방향에 대하여 제1 기울임 각도(b1)로 기울어지도록 형성될 수 있다. 또한, 리플렉터(130)에서 반사된 빛이 복수의 광학필터 중 다른 하나로 진행되는 방향은 기준축에 대하여 제2 기울임 각도(b2)로 기울어지도록 형성될 수 있다. 이러한, 제1 기울임 각도(b1)와 제2 기울임 각도(b2)는 동일하게 형성될 수 있다.
또한, 제1 기울임 각도(b1)의 형성 방향과 제2 기울임 각도(b2)의 형성 방향은 기준축을 기준으로 서로 반대 방향으로 형성될 수 있다.
이러한, 제1 기울임 각도(b1) 및 제2 기울임 각도(b2)에 의해 시료에서 방출된 빛이 진행하는 방향은 리플렉터(130)로부터 시료를 향해 반사되는 빛이 진행하는 방향에 대하여 제3 기울임 각도(b3)로 기울어지도록 형성될 수 있다. 예를 들어, 제3 기울임 각도(b3)는 제1 기울임 각도(b1)의 2배로 형성될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 또한, 복수의 광학필터(141, 142, 143, 144, 145, 146) 중 어느 하나를 투과한 빛과 다른 하나를 투과한 빛은 서로 다른 파장영역을 가질 수 있다. 예를 들어, 도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이, 복수의 광학필터(141, 142, 143, 144, 145, 146) 중 다른 하나를 투과하는 빛의 파장영역은 복수의 광학필터(141, 142, 143, 144, 145, 146) 중 어느 하나를 투과한 빛의 파장영역이 시프트(shift)된 값으로 형성될 수 있다.
복수의 광학필터(141, 142, 143, 144, 145, 146)는 각각의 파장 특성에 맞게 소정의 범위의 파장영역을 가지는 빛을 통과시키고, 다른 범위의 파장영역을 가지는 빛을 차단할 수 있다.
또한, 복수의 광학필터(141, 142, 143, 144, 145, 146) 중 어느 하나가 입사 영역에 위치할 때 광원부(120)로부터 조사된 빛은 복수의 광학필터 중 어느 하나에 조사될 수 있다. 복수의 광학필터 중 다른 하나가 방출 영역에 위치할 때 시료에서 방출되어 리플렉터(130)에서 반사된 빛은 복수의 광학필터 중 다른 하나에 조사될 수 있다.
이러한, 입사 영역은 광원부(120)로부터 조사된 빛과 필터부(110)이 교차하는 가상의 영역일 수 있고, 방출 영역은 시료에서 방출되어 리플렉터(130)에서 반사된 빛과 필터부(110)이 교차하는 가상의 영역일 수 있다.
예를 들어, 복수의 광학필터는 도 5에 도시된 바와 같이 제1 광학필터(141), 제2 광학필터(142), 제3 광학필터(143), 제4 광학필터(144), 제5 광학필터(145) 및 제6 광학필터(146)를 포함할 수 있으나 이에 한정되는 것이 아니며 복수의 광학필터는 6개 이상 또는 6개 이하로 형성될 수도 있다.
제1 광학 필터(141)는 제1 파장영역(W1)의 빛을 투과시키고, 제2 광학필터(142)는 제2 파장영역(W2)의 빛을 투과시킬 수 있다. 또한, 제3 광학필터(143)는 제3 파장영역(W3)의 빛을 투과시킬 수 있고, 제4 광학필터(144)는 제4 파장영역(W4)의 빛을 투과시킬 수 있고, 제5 광학필터(145)는 제5 파장영역(W5)의 빛을 투과시킬 수 있고, 제6 광학필터(146)는 제6 파장영역(W6)을 투과시킬 수 있다.
또한, 제1 파장영역(W1)은 670nm ~ 690nm로 형성될 수 있고, 제2 파장영역(W2)은 700nm ~ 730nm로 형성될 수 있고, 제3 파장영역(W3)은 600nm ~ 650nm로 형성될 수 있고, 제4 파장영역(W4)는 550nm ~ 590nm으로 형성될 수 있고, 제5 파장영역(W5)는 510nm ~ 540nm로 형성될 수 있고, 제6 파장영역(W6)은 450nm ~ 490nm로 형성될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
이러한, 제1 광학필터(141)는 제2 광학필터(142) 및 제3 광학필터(143) 사이에 위치되고, 제4 광학필터(144), 제5 광학필터(145) 및 제6 광학필터(146)는 순차적으로 나열될 수 있다. 예를 들어, 필터부(140)가 직선 이동되도록 형성될 경우, 직선 방향을 따라 제2 광학필터(142), 제1 광학필터(141), 제3 광학필터(143), 제4 광학필터(144), 제5 광학필터(145) 및 제6 광학필터(146) 순으로 서로 소정의 길이만큼 서로 이격되어 나열될 수 있다.
복수의 광학필터가 회전축(Bx)을 기준으로 배치될 경우에는, 제1 광학필터(141)는 회전축(Bx)에 대해 제2 광학필터(142) 및 제3 광학필터(143)와 소정 원주각으로 이격되어 배치될 수 있다. 또한, 제3 광학필터(143)는 제1 광학필터(141)와 제4 광학필터(144) 사이에서 회전축(Bx)에 대하여 제1 광학필터(141)와 제4 광학필터(144)와 소정 원주각으로 이격되어 배치될 수 있다. 또한, 제4 광학필터(144)는 제3 광학필터(143)와 제5 광학필터(145)사이에서 회전축(Bx)에 대하여 제3 광학필터(143)와 제5 광학필터(145)와 소정 원주각으로 이격되어 배치될 수 있다. 또한, 제5 광학필터(145)은 제4 광학필터(144)와 제6 광학필터(146)사이에서 회전축(Bx)에 대하여 제4 광학필터(144)와 제6 광학필터(146)와 소정 원주각으로 이격되어 배치될 수 있다.
제1 광학필터(141)는 광원부(120)의 광이 투과될 수 있는 입사 영역에 위치할 수 있으며, 제1 광학필터(141)는 광원부(110)에서 조사되는 제1 파장영역(W1)의 빛을 투과시킬 수 있다. 스테이지(130)의 시료는 제1 파장영역(W1)의 빛을 흡수하여 제2 파장영역(W2)의 빛을 방출할 수 있다. 방출된 제2 파장영역(W2)의 빛은 제1 파장영역(W1)의 빛으로부터 시프트된 값일 수 있다.
또한, 제2 광학필터(142)는 시료에서 방출되어 리플렉터(130)에서 반사된 제2 파장영역(W2)의 빛을 투과시킬 수 있다.
제2 파장영역(W2)의 빛이 감지 유닛(150)에 감지되면, 필터부(110)은 제3 광학필터(116)가 광원부(120)로부터 조사된 빛을 조사받고, 제1 광학필터(112)가 시료에서 방출되어 리플렉터(130)에서 반사된 빛을 조사받도록 이동될 수 있다. 예를 들어, 필터부(110)는 소정 원주각만큼 회전되거나 직선 방향으로 소정의 길이만큼 이동될 수 있다. 필터부(110)가 이동되면, 제1 광학필터(141)는 방출 영역으로 이동될 수 있다.
제3 광학필터(143)는 필터부(110)의 이동에 따라 입사 영역 위치로 이동되어 광원부(110)의 빛 중 제3 파장영역(W3)의 빛을 투과시킬 수 있다. 이러한, 제3 파장영역(W3)의 빛에 의해 시료에서 방출되어 리플렉터(130)에서 반사된 제7 파장영역(W7)의 빛은 제1 광학필터(112)를 투과할 수 있다. 제7 파장 영역(W7)의 빛은 675nm ~ 690nm로 형성될 수 있어 제1 광학필터(112)를 투과할 수 있다. 다시 말해, 시료에서 방출된 빛의 파장영역은 시료 방향으로 전달되는 빛의 파장영역이 쉬프트된 값으로 형성될 수 있으므로, 도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이 제7 파장영역(W7)의 빛과 제1 파장영역(W1)의 빛은 적어도 일부가 중첩될 수 있다.
이후, 감지 유닛(150)이 제1 광학필터(141)를 투과한 빛을 감지할 경우, 필터부(140)가 이동됨에 따라 제3 광학필터(143)는 방출 영역에 위치되고, 제4 광학필터(144)는 입사 영역에 위치될 수 있다. 다시, 감지 유닛(150)이 제3 광학필터(143)를 투과한 빛을 감지할 경우, 제4 광학필터(144)는 방출 영역에 위치되고, 제5 광학필터(145)는 입사 영역에 위치될 수 있다. 이후, 감지 유닛(150)이 제4 광학필터를 투과한 빛을 감지할 경우, 제5 광학필터(145)이 방출 영역에 위치되고, 제6 광학필터(146)는 입사 영역에 위치될 수 있다.
따라서, 복수의 광학필터(141, 142, 143, 144, 145, 146)는 종래의 광학필터와 달리 영역(입사 영역, 방출 영역)에 따라 여기 필터(excitation filter)와 방출 필터(emission filter) 기능을 모두 수행할 수 있다. 또한, 복수의 광학필터(141, 142, 143, 144, 145, 146)는 하나의 필터부(140)에 구비됨에 따라 종래 대비 시료 검사 장치(100)의 크기가 작아질 수 있고, 진동이 감소될 수 있다.
감지 유닛(150)은 시료에서 방출된 빛을 검출하고, 검출된 빛을 통해 시료의 이미지를 획득할 수 있다. 이러한, 감지 유닛(150)은 복수의 광학 필터(141, 142, 143) 중 다른 하나를 투과한 빛을 통해 시료의 이미지를 획득할 수 있다. 예를 들어, 제2 파장영역(W2)의 빛 또는 제7 파장여역(W7)의 빛이 감지 유닛(150)이 검출함에 따라 감지 유닛(150)이 시료의 이미지를 획득할 수 있다. 이러한 감지 유닛(150)은 효율적으로 이미지를 형성하기 위하여 렌즈와 카메라를 포함할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
또한, 감지 유닛(150)이 빛을 검출할 경우, 감지 신호를 제어부(170)로 전송할 수 있다.
액추에이터(160)는 필터부(140)을 이동시킬 수 있다. 액추에이터(160)는 필터부(140)로 구동력을 전달하는 모터를 포함할 수 있다.
예를 들어, 액추에이터(160)는 필터부(140)를 회전축을 기준으로 회전시키거나, 직선 방향으로 이동시킬 수 있다.
액추에이터(160)가 필터부(140)를 회전시킬 경우, 필터부(140)의 최고회전속도는 감지 유닛(150)의 프레임 레이트가 광학필터 당 100Hz로 형성할 수 있도록 설정될 수 있다. 필터부(140)는 연속적으로 회전되는 것으로 관찰될 수 있다.
다시 말해, 감지 유닛(150)의 이미지 획득 주기는 최대 1/100초로 형성될 수 있고, 액추에이터(160)는 1/100초 동안 소정의 길이 또는 소정 원주각만큼 필터부(140)를 회전시킬 수 있다.
제어부(170)는 액추에이터(160) 및 광원부(110)를 제어할 수 있다. 이러한 제어부(170)는 감지 유닛(150)이 빛을 수신할 경우, 필터부(140)이 회전되도록 액추에이터(160)를 구동시킬 수 있다.
예를 들어, 제2 광학필터(142)를 투과한 제2 파장영역(W2)을 감지 유닛(150)이 감지할 경우, 감지 유닛(150)은 감지 신호를 제어부(170)로 전송하고 제어부(170)는 감지 신호에 의해 액추에이터(160)를 구동시킬 수 있다.
또한, 제어부(170)는 필터부(140)이 최고회전속도로 회전되도록 액추에이터(160)를 제어할 수 있다. 또한, 제어부(170)는 액추에이터(160)의 회전속도를 제어함에 따라 감지 유닛(150)의 이미지 획득 주기를 제어할 수 있다.
하우징(180)은 외부의 빛에 노출되지 않도록 필터부(140) 중 적어도 일부 및 리플렉터(130)를 수용할 수 있으며, 입사 영역 및 방출 영역은 하우징(180)에 수용될 수 있다. 이러한 하우징(180)에 의해 필터부(140)의 적어도 일부는 하우징(180) 내부에서 회전될 수 있으며, 복수의 광학필터(141, 142, 143, 144, 145, 146) 중 어느 하나와 다른 하나는 하우징(180)에 수용될 수 있다.
또한, 하우징(180)에는 액추에이터(160) 및 제어부(170)도 수용될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 스테이지(120)는 하우징(180) 외부에 위치할 수 있다. 하우징(180)의 전면은 광원부(110)와 감지 유닛(150)이 관통할 수 있다.
이하, 도 8을 참고하여, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 시료의 형광을 검출하기 위한 시료 검사 장치(100)에 대해 설명한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 시료의 형광을 검출하기 위한 시료 검사 장치(100)의 필터부(140)의 일면 중 입사 영역에 위치한 부분과 광원부(110)에서 조사되는 빛의 진행 방향이 이루는 입사 각도(c1)는 90도로 형성될 수 있다. 또한, 필터부(140)의 일면 중 방출 영역에 위치한 부분과 시료에서 방출되어 리플렉터(130)에서 반사된 빛의 진행 방향이 이루는 방출 각도(c2)는 90도로 형성할 수 있다.
예를 들어, 필터부(140)는 도 8에 도시된 바와 같이 필터부(140)의 회전축(Bx)이 구비된 중심부가 둘레면보다 돌출되도록 형성됨에 따라 입사 각도(c1)와 방출 각도(c2)는 90도로 형성될 수 있다.
이러한, 필터부(140)의 형상에 의해, 광원부(110)에서 조사되는 빛은 입사 영역에 위치한 제1 광원필터(141)에 대하여 수직한 방향으로 투과할 수 있다. 또한, 시료에서 방출되어 리플렉터(130)에서 반사된 빛은 방출 영역에 위치한 제2 광학필터(142)에 대하여 수직한 방향으로 투과할 수 있다.
이하에서는 상술한 바와 같은 구성을 갖는 시료의 형광을 검출하기 위한 시료 검사 장치(100)의 작용 및 효과에 대하여 설명한다.
광원부(110)로부터 조사되어 시료에 입사하는 빛은 '여기광'으로 명명되고, 시료로부터 방출되어 감지 유닛(150)에 도달하는 빛은 '방출광'으로 명명될 수 있다.
리플렉터(130)는 복수의 광학필터 중 어느 하나를 투과한 여기광은 시료로 반사시키고, 시료에서 방출된 방출광을 복수의 광학필터 중 다른 하나로 반사시킬 수 있다.
또한, 필터부(140)는 복수의 광학필터를 구비하며, 감지 유닛(150)이 방출광을 감지할 경우, 액추에이터(160)에 의하여 회전되도록 형성될 수 있다. 복수의 광학필터는 각각의 파장 특성에 맞게 소정의 범위의 파장영역을 가지는 빛을 통과시키고, 다른 범위의 파장영역을 가지는 빛을 차단할 수 있다.
복수의 광학필터 중 어느 하나는 입사 영역에 위치할 때, 여기광을 투과시킬 수 있고, 복수의 광학필터 중 다른 하나는 방출 영역에 위치할 때 방출광을 투과시킬 수 있다.
이러한 복수의 광학필터는 종래의 광학필터와 달리 위치에 따라 여기 필터(excitation filter)와 방출 필터(emission filter) 기능을 모두 수행할 수 있다.
또한, 복수의 광학필터에 의해, 광원부(120)의 빛이 복수의 광학필터 중 어느 하나에 조사되는 방향은 필터부(140)의 회전축(Bx)이 연장되는 방향에 대하여 제1 기울임 각도(b1)로 기울어지도록 형성될 수 있다. 또한, 리플렉터(130)에서 반사된 빛이 복수의 광학필터 중 다른 하나로 진행되는 방향은 필터부(140)의 회전축이 연장되는 방향에 대하여 제2 기울임 각도(b2)로 기울어지도록 형성될 수 있다. 이러한, 제1 기울임 각도(b1)와 제2 기울임 각도(b2)는 동일하게 형성되고, 시료의 이미지를 획득 시 노이즈를 줄일 수 있다.
또한, 복수의 광학필터는 하나의 필터부(140)에 구비됨에 따라 종래 대비 시료 검사 장치(100)의 크기가 작아질 수 있고, 진동이 감소될 수 있다.
이상 본 발명의 실시예들을 구체적인 실시 형태로서 설명하였으나, 이는 예시에 불과한 것으로서, 본 발명은 이에 한정되지 않는 것이며, 본 명세서에 개시된 기술적 사상에 따르는 최상의 범위를 갖는 것으로 해석되어야 한다. 당업자는 개시된 실시형태들을 조합/치환하여 적시되지 않은 형상의 패턴을 실시할 수 있으나, 이 역시 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 것이다. 이외에도 당업자는 본 명세서에 기초하여 개시된 실시형태를 용이하게 변경 또는 변형할 수 있으며, 이러한 변경 또는 변형도 본 발명의 권리범위에 속함은 명백하다.
100: 시료 검사 장치 110: 광원부
120: 스테이지 130: 리플렉터
140: 필터부 141: 제1 광학필터
142: 제2 광학필터 143: 제3 광학필터
144: 제4 광학필터 145: 제5 광학필터
146: 제6 광학필터
150: 감지 유닛 160: 액추에이터
170: 제어부 180: 하우징

Claims (14)

  1. 서로 다른 파장영역을 투과하도록 구성되는 복수의 광학필터를 구비하는 필터부;
    상기 복수의 광학필터 중 어느 하나에 빛을 조사하는 광원부;
    시료가 안착될 수 있는 스테이지;
    상기 복수의 광학필터 중 상기 어느 하나를 투과한 빛을 상기 스테이지로 반사시키고, 상기 스테이지의 상기 시료에서 방출된 빛을 복수의 광학필터 중 다른 하나로 반사시키도록 배향된 리플렉터;
    상기 복수의 광학 필터 중 상기 다른 하나를 투과한 빛을 통해 상기 스테이지의 상기 시료에서 방출된 빛을 검출하는 감지 유닛;
    상기 필터부를 이동시키는 액추에이터; 및
    상기 감지 유닛이 상기 복수의 광학 필터 중 상기 다른 하나를 투과한 상기 빛을 수신할 경우, 상기 필터부가 이동되도록 상기 액추에이터를 제어하는 제어부를 포함하고,
    상기 복수의 광학필터 중 상기 어느 하나를 투과한 빛의 파장영역과 상기 다른 하나를 투과한 빛의 파장영역은 서로 다르게 형성되는,
    시료의 형광을 검출하기 위한 시료 검사 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 광원부, 상기 리플렉터, 상기 필터부 및 상기 감지 유닛은,
    상기 광원부로부터 조사되는 빛이 진행하는 방향은 상기 리플렉터로부터 상기 시료를 향해 반사되는 빛이 진행하는 방향에 대하여 제1 경사 각도로 기울어지고, 상기 시료에서 방출되는 빛이 진행하는 방향은 상기 리플렉터로부터 상기 복수의 광학필터 중 상기 다른 하나를 향해 반사되는 빛이 진행하는 방향에 대하여 의 제2 경사 각도로 기울어지도록 배치되고,
    상기 제1 경사 각도와 제2 경사 각도는 서로 다르게 형성되는,
    시료의 형광을 검출하기 위한 시료 검사 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제1 경사 각도는 90도 미만으로 형성되고, 상기 제2 경사 각도는 90도로 형성되는,
    시료의 형광을 검출하기 위한 시료 검사 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 필터부는 상기 액추에이터에 의하여 직선 이동되고,
    상기 복수의 광학필터는 직선 이동 방향을 따라 서로 이격되어 배치되는,
    시료의 형광을 검출하기 위한 시료 검사 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 필터부는 회전축을 중심으로 회전 가능하게 구성되며, 상기 복수의 광학 필터는 상기 회전축을 중심으로 배열되고,
    상기 필터부는 상기 액추에이터에 의해 회전 이동되는,
    시료의 형광을 검출하기 위한 시료 검사 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 광원부, 상기 리플렉터, 상기 필터부 및 상기 감지 유닛은,
    상기 광원부의 빛이 상기 복수의 광학필터 중 상기 어느 하나에 조사되는 방향은, 상기 필터부의 일면에 수직한 방향인 기준축에 대하여 제1 기울임 각도로 기울어지고, 상기 리플렉터에서 반사된 빛이 상기 복수의 광학필터 중 상기 다른 하나로 진행되는 방향은, 상기 필터부의 상기 기준축에 대하여 제2 기울임 각도로 기울어지도록 배치되고,
    상기 제1 기울임 각도와 상기 제2 기울임 각도는 동일하게 형성되는,
    시료의 형광을 검출하기 위한 시료 검사 장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 기준축을 기준으로 상기 제1 기울임 각도의 형성 방향과 상기 제2 기울임 각도의 형성 방향은 반대 방향으로 형성되는,
    시료의 형광을 검출하기 위한 시료 검사 장치.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 광학필터는 제1 광학필터, 제2 광학필터 및 제3 광학필터를 포함하고,
    상기 제1 광학필터는 상기 제2 광학필터 및 상기 제3 광학필터 사이에 배치되며, 상기 광원부로부터 조사되는 빛 중 제1 파장영역의 빛을 투과시키고,
    상기 스테이지의 상기 시료는 상기 제1 파장영역의 빛을 흡수하여 상기 제2 파장영역의 빛을 방출하고,
    상기 제2 광학필터는 상기 시료에서 방출되어 상기 리플렉터에서 반사된 상기 제2 파장영역의 빛을 투과시키고,
    상기 제2 파장영역의 빛이 상기 감지 유닛에 감지되면, 상기 필터부는 상기 제3 광학필터가 상기 광원부로부터 조사된 빛을 조사받고, 상기 제1 광학필터가 상기 시료에서 방출되어 상기 리플렉터에서 반사된 빛을 조사받도록 이동되는,
    시료의 형광을 검출하기 위한 시료 검사 장치.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 필터부가 이동되었을 때, 상기 제1 광학필터는 상기 시료에서 방출되어 상기 리플렉터로 반사한 빛 중 상기 제1 파장영역과 적어도 일부가 중첩되는 파장영역의 빛을 투과시키고, 상기 제3 광학필터는 상기 광원부로부터 조사되는 빛 중 제3 파장영역의 빛을 투과시키는,
    시료의 형광을 검출하기 위한 시료 검사 장치.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 광학 필터 중 상기 어느 하나와 상기 다른 하나는 서로 인접하게 배치되는,
    시료의 형광을 검출하기 위한 시료 검사 장치.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 광학필터 중 상기 어느 하나가 입사 영역에 위치할 때 상기 광원부로부터 조사된 빛은 상기 복수의 광학필터 중 상기 어느 하나에 조사되고,
    상기 복수의 광학필터 중 상기 다른 하나가 방출 영역에 위치할 때 상기 시료에서 방출되어 상기 리플렉터에서 반사된 빛은 상기 복수의 광학필터 중 상기 다른 하나에 조사되며,
    상기 입사 영역은 상기 광원부로부터 조사된 빛과 상기 필터부가 교차하는 가상의 영역이고,
    상기 방출 영역은 상기 시료에서 방출되어 상기 리플렉터에서 반사된 빛과 상기 필터부가 교차하는 가상의 영역인,
    시료의 형광을 검출하기 위한 시료 검사 장치.
  12. 제 11 항에 있어서,
    외부의 빛에 노출되지 않도록 상기 필터부 중 적어도 일부 및 상기 리플렉터를 수용하는 하우징을 더 포함하는,
    시료의 형광을 검출하기 위한 시료 검사 장치.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 입사 영역 및 상기 방출 영역은 상기 하우징의 내부에 제공되는,
    시료의 형광을 검출하기 위한 시료 검사 장치.
  14. 제 1 항에 있어서,
    상기 감지 유닛은 검출된 상기 빛을 통해 상기 시료의 이미지를 획득하고,
    상기 필터부의 최고회전속도는 상기 감지 유닛의 프레임 레이트가 광학필터 당 100Hz로 형성할 수 있도록 설정되는,
    시료의 형광을 검출하기 위한 시료 검사 장치.
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