KR102780376B1 - 층밀림 위상차 영상 획득 모듈 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 층밀림 위상차 영상 획득 모듈 장치에 관한 것으로서, 광원으로부터 출력되는 광을 측정대상물에 조사시켜, 해당 측정대상물로부터 반사되는 반사광을 획득하는 광학모듈과, 상기 광학모듈에서 획득한 반사광을 층밀림시키기 위해 해당 반사광을 편광시켜 미러부에 조사하고, 상기 미러부에서 반사되는 광을 통해 광간섭 신호를 생성하는 신호생성부를 구비한다.
본 발명에 따른 층밀림 위상차 영상 획득 모듈 장치는 측정대상체로부터 반사된 반사광을 편광부를 이용하여 층밀림하여 광 간섭신호를 획득할 수 있으므로 구조가 비교적 단순하여 제조에 소요되는 비용 및 인력을 절감할 수 있다.
또한, 본 발명은 종래의 일반적인 간섭계와 달리 기준광이 요구되지 않으므로 외부로부터 진동이 인가되더라도 보다 신뢰성이 높은 광 간섭신호를 획득할 수 있다.
그리고, 본 발명은 기존의 광학 현미경의 광검출부를 대신하여 층밀림 간섭계를 이용한 광검출모듈을 장착하여 구성할 수 있으므로 광강도 영상과 위상 영상을 동시에 획득하는 것이 가능하다.

Description

층밀림 위상차 영상 획득 모듈 장치{Apparatus of lateral shearing phase contrast imaging device}
본 발명은 층밀림 위상차 영상 획득 모듈 장치에 관한 것으로서, 측정대상물에 반사된 반사광을 편광 및 회절시켜 획득한 광을 토대로 광간섭 신호를 획득할 수 있는 층밀림 위상차 영상 획득 모듈 장치에 관한 것이다.
오늘날 현미경 결상광학계 기술은 광학, 생명공학 및 여러 분야에서 널리 활용되고 있다. 특히, 생명공학에서 다루는 조직 관찰은 살아있는 세포의 구조 및 특성을 분석하기 위해 현미경 사용이 필수적이지만, 세포의 투명한 특징으로 인해 기본 광학 현미경 사용시 세포의 관찰 및 분석에 한계점이 존재하기에 위상차 현미경(phase contrast microscopy) 및 미분 간섭 현미경(Differential interference contrast microscopy)를 사용한다.
이 중에서 위상차 현미경은 물질을 통과한 빛이 투명한 시편의 굴절률에 의해 위상차를 갖게 되었을 때 이를 명암으로 바꾸어 시편을 입체적으로 관찰하는 기술이 활용되고 있다. 또한, 미분 간섭 현미경은 복굴절 물질을 통해 빛의 간섭을 발생시켜 관찰하는 시편 이미지의 대비를 극대화하는 기술을 활용한다.
특히, 살아있는 세포를 관찰할 때, 투명한 세포의 설징에 의해 광학 현미경으로는 관찰이 어려워 위상사 현미경을 사용한다. 위상차 현미경은 세포의 굴절률을 통해 나뉘어지는 산란광과 배경광의 간섭을 통해 세포의 위상을 검출하여 명암의 대비를 극대화시켜 세포의 영상을 얻는다. 그러나, 종래의 위상차 현미경은 구조가 복잡하고, 제조에 소요되는 비용 및 인력이 비교적 높다는 단점이 있다. 또한, 종래의 위상차 현미경은 일반적인 현미경에서 획득되는 광강도 영상 획득이 어렵다.
등록특허공보 제10-1595858호: 광학부품 및 광학부품을 이용한 위상차 현미경
본 발명은 상기와 같은 문제점을 개선하기 위해 창안된 것으로서, 측정대상체로부터 반사된 반사광을 편광부를 이용하여 층밀림하여 광 간섭신호를 발생시킬 수 있는 층밀림 간섭계를 이용한 층밀림 위상차 영상 획득 모듈 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 층밀림 위상차 영상 획득 모듈 장치는 광원으로부터 출력되는 광을 측정대상물에 조사시켜, 해당 측정대상물로부터 반사되는 반사광을 획득하는 광학모듈과, 상기 광학모듈에서 획득한 반사광을 층밀림시키기 위해 해당 반사광을 편광시켜 미러부에 조사하고, 상기 미러부에서 반사되는 광을 통해 광간섭 신호를 생성하는 신호생성부를 구비한다.
상기 신호생성부는 상기 광학모듈에서 입사되는 반사광의 광 경로 상에 설치되어 해당 반사광을 편광시키는 선형편광기와, 상기 선형편광기에서 편광된 반사광을 상기 미러부에 조사하는 빔스플리터와, 상기 빔스플리터 및 미러부 사이에 설치되며, 상기 미러부로 입사되는 상기 반사광을 편광시키되, 해당 반사광을 상호 상이한 방향으로 회절되는 복수의 편광으로 분할하며, 상기 미러부에서 반사되는 상기 편광들을 재차 회절시키는 제1편광부와, 상기 편광부에서 출사되는 편광들을 검출하고, 검출된 편광들을 토대로 광간섭 신호를 생성하는 광검출 모듈을 구비한다.
상기 제1편광부는 상기 빔스플리터로부터 입사되는 반사광을, 해당 반사광의 광축 선에 대해 소정의 각도를 갖고 상호 상이한 방향으로 회절되어 상기 미러부로 출력되는 좌원 편광 및 우원 편광으로 분할하고, 상기 미러부에서 반사된 상기 좌원 편광 및 우원 편광을 상기 반사광의 광축 선과 나란한 방향으로 상기 빔스플리터에 출사한다.
상기 빔스플리터는 상기 선광 편광기에서 입사되는 반사광을 상호 교차되는 방향으로 출사되는 제1 및 제2분할광으로 분할하고, 상기 미러부는 해당 제1분할광의 광 경로 상에 설치되는 제1미러와, 해당 제2분할광의 광 경로 상에 설치되는 제2미러를 구비하고, 상기 제1편광부는 상기 빔스플리터 및 제1미러 사이에 설치되어 상기 제1분할광을 편광시키되, 해당 제1분할광을 복수의 편광으로 회절 및 분할하여 상기 제1미러로 출사하고, 상기 제1미러에서 반사된 편광을 재차 회절시켜 출사하는 제1편광부재와, 상기 빔스플리터 및 제2미러 사이에 설치되어 상기 제2분할광을 편광시키되, 해당 제2분할광을 복수의 편광으로 회절 및 분할하여 상기 제2미러로 출사하고, 상기 제2미러에서 반사된 편광을 재차 회절시켜 출사하는 제2편광부재를 구비한다.
상기 제1편광부재는 상기 빔스플리터로부터 입사되는 제1분할광을, 해당 제1분할광의 광축 선에 대해 소정의 각도를 갖고 상호 상이한 방향으로 회절되어 상기 기준미러로 출력되는 제1좌원 편광 및 제1우원 편광으로 분할하고, 상기 기준미러에서 반사된 상기 제1좌원 편광 및 제1우원 편광을 상기 제1분할광의 광축 선과 나란한 방향으로 상기 빔스플리터에 출사한다.
상기 제2편광부재는 상기 빔스플리터로부터 입사되는 제2분할광을, 해당 제2분할광의 광축 선에 대해 소정의 각도를 갖고 상호 상이한 방향으로 회전되어 상기 고정미러로 출력되는 제2좌원 편광 및 제2우원 편광으로 분할하고, 상기 고정미러에서 반사된 상기 제2좌원 편광 및 제2우원 편광을 상기 제2분할광의 광축 선과 나란한 방향으로 상기 빔스플리터에 출사한다.
상기 신호생성부는 상기 미러부에 설치되며, 상기 반사광의 층밀림량을 조절할 수 있도록 상기 미러부를 상기 편광부에 인접되거나 멀어지게 이동시키는 구동기를 더 구비할 수 있다.
상기 빔스플리터는 상기 미러부에서 반사된 광을 상기 광검출모듈로 출사하고, 상기 광검출 모듈은 상기 빔스플리터에서 출사되는 광을 검출하는 광검출부와, 상기 빔스플리터 및 카메라 사이에 설치되며, 해당 카메라로 입사되는 광을 편광시키는 제2편광부를 구비한다.
상기 광학모듈은 상기 광원에서 출력되는 광을 반사하여 상기 측정대상물에 입사시키되, 해당 측정대상물로부터 반사되는 반사광을 투과시켜 상기 신호생성부로 출사하는 광분배기를 구비한다.
상기 광학모듈은 상기 광원 및 광분배기 사이에 설치되어 상기 광원에서 출력되는 광을 평행광으로 시준시키는 콜리메이팅 렌즈를 더 구비할 수 있다.
상기 신호생성부는 상기 선형 편광기와 빔스플리터 사이에 설치되어 상기 선형 편광기에서 편광된 반사광을 집속시켜 상기 빔스플리터로 출사하는 튜브렌즈를 더 구비할 수 있다.
본 발명에 따른 층밀림 위상차 영상 획득 모듈 장치는 측정대상체로부터 반사된 반사광을 편광부를 이용하여 층밀림하여 광 간섭신호를 획득할 수 있으므로 구조가 비교적 단순하여 제조에 소요되는 비용 및 인력을 절감할 수 있다.
또한, 본 발명은 종래의 일반적인 간섭계와 달리 기준광이 요구되지 않으므로 외부로부터 진동이 인가되더라도 보다 신뢰성이 높은 광 간섭신호를 획득할 수 있다.
그리고, 본 발명은 기존의 광학 현미경의 광검출부를 대신하여 층밀림 간섭계를 이용한 광검출모듈을 장착하여 구성할 수 있으므로 광강도 영상과 위상 영상을 동시에 획득하는 것이 가능하다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 층밀림 위상차 영상 획득 모듈 장치에 대한 개념도이고,
도 2 및 도 3은 도 1의 층밀림 위상차 영상 획득 모듈 장치의 제1편광부에 대한 개념도이고,
도 4는 도 1의 층밀림 위상차 영상 획득 모듈 장치의 광검출 모듈에 대한 도면이고,
도 5는 도 1의 층밀림 위상차 영상 획득 모듈 장치의 광검출 모듈에서 획득한 광 간섭신호에 대한 예시도이고,
도 6 내지 도 13은 혈관에 대한 본 발명의 층밀링 위상차 영상 획득 모듈 장치에서 획득한 분석 영상이고,
도 14 및 도 15은 간에 대한 본 발명의 층밀링 위상차 영상 획득 모듈 장치에서 획득한 분석 영상이고,
도 16 내지 도 20은 신장에 대한 본 발명의 층밀링 위상차 영상 획득 모듈 장치에서 획득한 분석 영상이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 층밀림 위상차 영상 획득 모듈 장치에 대해 상세히 설명한다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. 첨부된 도면에 있어서, 구조물들의 치수는 본 발명의 명확성을 기하기 위하여 실제보다 확대하여 도시한 것이다.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
도 1 내지 도 4에는 본 발명에 따른 층밀림 위상차 영상 획득 모듈 장치(100)가 도시되어 있다.
도면을 참조하면, 상기 층밀림 위상차 영상 획득 모듈 장치(100)는 광원(200)으로부터 출력되는 광을 측정대상물(10)에 조사시켜, 해당 측정대상물(10)로부터 반사되는 반사광(11)을 획득하는 광학모듈(300)과, 상기 광학모듈(300)에서 획득한 반사광(11)을 층밀림시키기 위해 해당 반사광(11)을 편광시켜 미러부(500)에 조사하고, 상기 미러부(500)에서 반사되는 광을 통해 광간섭 신호를 생성하는 신호생성부(400)를 구비한다.
광원(200)은 측정대상물(10)을 촬상하는데 이용하게 될 광을 생성한다. 즉, 해당 광원(200)은 측정대상물(10)에 입사될 광을 생성하며, 후술되는 광학모듈(300)의 시준기로 광을 조사한다. 상기 광원(200)은 fiber-coupled LED가 적용되며, 554nm 파장의 광을 출력한다.
광학모듈(300)은 광분배기(310), 콜리메이팅 렌즈(320), 대물렌즈(330)를 구비한다.
광분배기(310)는 광원(200)에서 입사되는 광의 광 경로 상에 설치되며, 광원(200)에서 입사되는 광을 측정대상물(10)로 반사하고, 측정대상물(10)에서 반사되는 반사광(11)을 투과시킨다. 해당 광분배기(310)는 입사되는 광을 분배하기 위해 종래에 일반적으로 사용되는 스플리터가 적용되므로 상세한 설명은 생략한다.
콜리메이팅 렌즈(320)는 광원(200)과 광분배기(310) 사이에 설치되어 광원(200)에서 출력되는 광을 평행광으로 시준시킨다. 콜리메이팅 렌즈(320)를 통과한 광은 광분배기(310)에 입사되고, 해당 광분배기(310)에 의해 측정대상물(10)로 입사된다.
대물렌즈(330)는 측정대상물(10)과 광분배기(310) 사이에 설치되어 광분배기(310)에서 입사되는 광을 굴절시켜 초점을 맞추어 측정대상물(10)에 입사시킨다. 측정대상물(10)에 반사되는 반사광(11)은 대물렌즈(330)로 입사되는데, 해당 대물렌즈(330)는 해당 반사광(11)을 굴절시켜 평행광으로 시준시켜 광분배기(310)로 출력한다. 해당 반사광(11)은 광분배기(310)를 통해 신호생성부(400)로 출사된다.
신호생성부(400)는 선형편광기(410), 튜브렌즈(420), 빔스플리터(430), 제1편광부(440) 및 광검출 모듈(450)을 구비한다.
상기 선형편광기(410)는 광분배기(310)를 투과한 반사광(11)을 편광시켜 빔스플리터(430)로 출사한다. 해당 선형편광기(410)는 입사되는 광의 편광 상태를 선형 편광 상태로 조정하여 출력하기 위해 종래에 일반적으로 사용되는 편광수단이 적용되므로 상세한 설명은 생략한다.
튜브렌즈(420)는 선형편광기(410) 및 빔스플리터(430) 사이의 반사광(11)의 광 경로 상에 설치되며, 상기 선형 편광기에서 편광된 반사광(11)을 집속시켜 상기 빔스플리터(430)로 출사한다.
빔스플리터(430)는 상기 선형편광기(410)에서 편광된 반사광(11)을 상기 미러부(500)에 조사하고, 해당 미러부(500)에서 반사된 광을 광검출 모듈(450)에 출사한다. 여기서, 빔스플리터(430)는 상기 선광 편광기에서 입사되는 반사광(11)을 상호 교차되는 방향으로 출사되는 제1 및 제2분할광(12,13)으로 분할하여 출사한다.
여기서, 빔스플리터(430)는 입사되는 반사광(11) 중 일부를 직선편광시켜 입사방향과 직교되는 90˚방향으로 반사시키고, 반사광(11) 중 나머지를 직선편광시켜 입사방향을 따라 투과시킬 수 있는 편광 빔 스플리터(PBS)가 적용될 수도 있다. 여기서, 빔스플리터(430)에 의해 입사방향과 직교되는 90˚방향으로 반사되는 광이 제1분할광(12)이고, 입사방향을 따라 투과되는 광이 제2분할광(13)으로 설정된다.
상기 미러부(500)는 해당 제1분할광(12)의 광 경로 상에 설치되어 입사되는 광을 빔스플리터(430)로 반사하는 제1미러(510)와, 해당 제2분할광(13)의 광 경로 상에 설치되어 입사되는 광을 빔스플리터(430)로 반사하는 제2미러(520)를 구비한다. 한편, 도면에 도시되진 않았지만, 미러부(500) 즉, 제1미러(510) 및 제2미러(520)의 하부에는 해당 제1미러(510) 및 제2미러(520)를 이동시키기 위한 구동기(미도시)가 각각 설치되어 있다. 해당 구동기는 상기 제1미러(510) 또는 제2미러(520)를 제1분할광(12) 또는 제2분할광(13)의 광 경로를 따라 편광부에 인접되거나 멀어지게 이동시킨다. 상기 구동기를 통해 미러부(500)와 제1편광부(440) 사이의 이격거리를 조절하여 반사광(11)의 층밀림량을 조절할 수 있다.
제1편광부(440)는 상기 빔스플리터(430)로부터 입사되는 반사광(11)을, 해당 반사광(11)의 광축 선(14)에 대해 소정의 각도를 갖고 상호 상이한 방향으로 회절되어 상기 미러부(500)로 출력되는 좌원 편광 및 우원 편광으로 분할하고, 상기 미러부(500)에서 반사된 상기 좌원 편광 및 우원 편광을 상기 반사광(11)의 광축 선(14)과 나란한 방향으로 상기 빔스플리터(430)에 출사한다. 여기서, 제1편광부(440)는 편광격자로 이루어진 제1편광부재(441) 및 제2편광부재(442)를 구비한다.
상기 제1편광부재(441)는 상기 빔스플리터(430) 및 제1미러(510) 사이에 설치되어 상기 제1분할광(12)을 편광시키되, 해당 제1분할광(12)을 복수의 편광으로 회절 및 분할하여 상기 제1미러(510)로 출사한다. 또한, 제1편광부재(441)는 제1미러(510)에서 반사된 편광을 재차 회절시켜 출사한다.
도 3을 참조하여 상기 제1편광부재(441)를 보다 상세하게 설명하면 다음과 같다.
빔스플리터(430)에서 제1편광부재(441)로 입사되는 제1분할광(12)은 해당 제1편광부재(441)에 의해 편광된 상태로 제1좌원 편광(15) 및 제1우원 편광(16)으로 분할되어 제1미러(510)로 출사된다. 이때, 제1좌원 편광(15) 및 제1우원 편광(16)은 해당 제1편광부재(441)의 회절 격자 특성에 의해 해당 제1분할광(12)의 광축 선(14)에 대해 소정의 회절 각도(θ)를 갖고 상호 상이한 방향으로 출사된다. 한편, 제1미러(510)에 의해 반사된 제1좌원 편광(15) 및 제1우원 편광(16)은 제1편광부재(441)로 재입사되는데, 상기 제1편광부재(441)의 회절격자 특성에 의해 반사된 제1좌원 편광(15) 및 제1우원 편광(16)은 제1분할광(12)의 광축 선(14)과 나란한 방향 즉, 제1분할광(12)과 평행하게 빔스플리터(430)에 출사된다. 여기서, 제1좌원 편광(15) 및 제1우원 편광(16)은 제1편광부재(441)와 제1미러(510) 사이의 이격거리와, 제1편광부재(441)에서 발생하는 회절 각도(θ)에 의해 하기의 수학식 1과 같은 층밀림이 발생한다.
Figure 112022120792155-pat00001
여기서, △s 는 제1좌원 편광(15) 및 제1우원 편광(16)에서 발생되는 층밀림 값이고, d는 제1편광부재(441)와 제1미러(510) 사이의 이격거리이고, θ는 제1좌원 편광(15) 및 제1우원 편광(16)의 회절 각도이다. 즉, 수학식 1에 의하면, 제1미러(510)와 제1편광부재(441) 사이의 이격거리가 변경되면 제1좌원 편광(15) 및 제1우원 편광(16)에서 발생되는 층밀림 값이 변경됨을 알 수 있다.
제1편광부재(441)에서 출사된 제1좌원 편광(15) 및 제1우원 편광(16)은 빔스플리터(430)에 의해 광검출 모듈(450)로 입사된다.
상기 제2편광부재(442)는 상기 빔스플리터(430) 및 제2미러(520) 사이에 설치되어 제2분할광(13)을 편광시키되, 해당 제1분할광(12)을 복수의 편광으로 회절 및 분할하여 제2미러(520)로 출사한다. 또한, 제2편광부재(442)는 제2미러(520)에서 반사된 편광을 재차 회절시켜 출사한다.
상기 제2편광부재(442)를 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.
빔스플리터(430)에서 제2편광부재(442)로 입사되는 제2분할광(13)은 해당 제2편광부재(442)에 의해 편광된 상태로 제2좌원 편광 및 제2우원 편광으로 분할되어 제2미러(520)로 출사된다. 이때, 제2좌원 편광 및 제2우원 편광은 해당 제2편광부재(442)의 회절 격자 특성에 의해 해당 제2분할광(13)의 광축 선(14)에 대해 소정의 회절 각도(θ)를 갖고 상호 상이한 방향으로 출사된다. 한편, 제2미러(520)에 의해 반사된 제2좌원 편광 및 제2우원 편광은 제2편광부재(442)로 재입사되는데, 상기 제2편광부재(442)의 회절격자 특성에 의해 반사된 제2좌원 편광 및 제2우원 편광은 제2분할광(13)의 광축 선(14)과 나란한 방향 즉, 제2분할광(13)과 평행하게 빔스플리터(430)에 출사된다. 여기서, 제2좌원 편광 및 제2우원 편광은 제2편광부재(442)와 제2미러(520) 사이의 이격거리와, 제2편광부재(442)에서 발생하는 회절 각도(θ)에 의해 층밀림이 발생한다. 이때, 제1편광부재(441) 및 제1미러(510)와 같이 제2미러(520)와 제2편광부재(442) 사이의 이격거리가 변경되면 제2좌원 편광 및 제2우원 편광에서 발생되는 층밀림 값이 변경된다. 제2편광부재(442)에서 출사된 제2좌원 편광 및 제2우원 편광은 빔스플리터(430)에 의해 광검출 모듈(450)로 입사된다.
광검출 모듈(450)은 상기 빔스플리터(430)에서 출사되는 광을 검출하는 광검출부(451)와, 상기 빔스플리터(430) 및 광검출부(451) 사이에 설치되며, 해당 카메라로 입사되는 광을 편광시키는 제2편광부(452)를 구비한다.
광검출부(451)는 빔스플리터(430)에서 출사되는 제1좌원 편광(15), 제1우원 편광(16), 제2좌원 편광 및 제2우원 편광을 검출하기 위한 다수의 이미지 센서(453)를 구비한다. 상기 이미지 센서(453)들은 격자형태로 배열되는 것이 바람직하다. 상기 광검출부(451)는 입사되는 좌원 편광 및 우원 편광에 의한 광간섭 신호를 획득할 수 있다.
제2편광부(452)는 광이 입사되는 영상소자들의 입사면에 각각 설치되는 다수의 제3편광부재(454)를 구비한다. 상기 제3편광부재(454)는 0˚,45˚,90˚,135˚의 투과축을 가진 선형 편광기가 적용된다. 해당 제3편광부재(454)들은 영상소자들에 대응되게 격자형태로 배열되는 것이 바람직하다. 또한, 빔스플리터(430)에서 광이 입사되는 제3편광부재(454)의 입사면에는, 마이크로 렌즈(455)가 설치될 수도 있다.
상술된 제2편광부(452)에 의해 상기 광검출부(451)는 도 5에 도시된 바와 같이 4장의 위상 천이된 광 간섭신호를 동시에 획득할 수 있다. 여기서, 'X'는 제2분할광(13) 즉, 제2좌원 편광 및 제2우원 편광에 의해 획득된 광간섭신호에 대한 이미지이고, 'Y'는 제1분할광(12) 즉, 제1좌원 편광(15) 및 제1우원 편광(16)에 의해 획득된 광간섭 신호에 대한 이미지이고, 'X+Y'는 'X'의 이미지와 'Y'의 이미지를 합성한 이미지이다.
상기 광검출 모듈(450)은 이에 한정하는 것이 아니라 입사되는 광을 토대로 광 간섭 신호를 획득할 수 있는 편광 카메라이면 무엇이든 적용 가능하다.
한편, 광검출 모듈(450)은 광검출부(451)에서 획득한 광간섭 신호를 토대로 측정대상물(10)의 이미지를 생성하는 이미지 분석모듈을 더 구비할 수 있다. 여기서, 이미지 분석모듈은 구동기를 제어하여 제1미러(510)와 제1편광부재(441) 사이의 이격거리 또는 제2미러(520)와 제2편광부재(442) 사이의 이격거리를 조절하여 반사광(11) 즉, 제1 및 제2분할광(12,13)의 층밀림량을 조절할 수 있다.
여기서, 이미지 분석모듈은 위상 천이된 광간섭 신호들을 이용하여 하기의 수학식 2를 통해 상기 광 간섭신호의 위상 추출할 수 있다.
Figure 112022120792155-pat00002
여기서, Φ는 측정하는 시편의 위상이고, I0˚,I45˚,I90˚,I135˚는 각 편광 방향에 따른 광강도이다.
또한, 이미지 분석모듈은 하기의 수학식 3과 같이 가시도 검출을 통해 종래의 현미경에서 측정되는 광강도 기반의 영상도 획득할 수도 있다.
Figure 112022120792155-pat00003
한편, 도 6 내지 도 13에는 혈관에 대한 본 발명의 층밀링 위상차 영상 획득 모듈 장치(100)에서 획득한 분석 영상 즉, Bright field image, Phase contrast image, Image visibility가 게시되어 있다. 또한, 도 14 및 도 15에는 간에 대한 본 발명의 층밀링 위상차 영상 획득 모듈 장치(100)에서 획득한 Bright field image, Phase contrast image, Image visibility가 게시되어 있다. 그리고, 도 16 내지 도 20에는 신장에 대한 본 발명의 층밀링 위상차 영상 획득 모듈 장치(100)에서 획득한 Bright field image, Phase contrast image, Image visibility가 게시되어 있다. 도면을 참조하면, 본 발명에 따른 층밀림 위상차 영상 획득 모듈 장치(100)은 측정대상물이 미세하거나 투명도가 높더라도 신뢰성 및 정확도가 높은 분석영상을 획득할 수 있음을 알 수 있다.
상술된 바와 같이 구성된 본 발명에 따른 층밀림 위상차 영상 획득 모듈 장치(100)는 측정대상물(10)로부터 반사된 반사광(11)을 편광부를 이용하여 층밀림하여 광 간섭신호를 획득할 수 있으므로 구조가 비교적 단순하여 제조에 소요되는 비용 및 인력을 절감할 수 있다.
또한, 본 발명은 종래의 일반적인 간섭계와 달리 기준광이 요구되지 않으므로 외부로부터 진동이 인가되더라도 보다 신뢰성이 높은 광 간섭신호를 획득할 수 있다.
그리고, 본 발명은 기존의 광학 현미경의 광검출부를 대신하여 층밀림 간섭계를 이용한 광검출모듈을 장착하여 구성할 수 있으므로 광강도 영상과 위상 영상을 동시에 획득하는 것이 가능하다.
제시된 실시예들에 대한 설명은 임의의 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 이용하거나 또는 실시할 수 있도록 제공된다. 이러한 실시예들에 대한 다양한 변형들은 본 발명의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진자에게 명백할 것이며, 여기에 정의된 일반적인 원리들은 본 발명의 범위를 벗어남이 없이 다른 실시예들에 적용될 수 있다. 그리하여, 본 발명은 여기에 제시된 실시예들로 한정되는 것이 아니라, 여기에 제시된 원리들 및 신규한 특징들과 일관되는 최광의의 범위에서 해석되어야 할 것이다.
100: 층밀림 위상차 영상 획득 모듈 장치 200: 광원
300: 광학모듈 310: 광분배기
320: 콜리메이팅 렌즈 330: 대물렌즈
400: 신호생성부 410: 선형편광기
420: 튜브렌즈 430: 빔스플리터
440: 제1편광부 441: 제1편광부재
442: 제2편광부재 450: 광검출 모듈
451: 광검출부 452: 제2편광부
500: 미러부 510: 제1미러
520: 제2미러

Claims (11)

  1. 광원으로부터 출력되는 광을 측정대상물에 조사시켜, 해당 측정대상물로부터 반사되는 반사광을 획득하는 광학모듈; 및
    상기 광학모듈에서 획득한 반사광을 층밀림시키기 위해 해당 반사광을 편광시켜 미러부에 조사하고, 상기 미러부에서 반사되는 광을 통해 광간섭 신호를 생성하는 신호생성부;를 구비하고,
    상기 신호생성부는
    상기 광학모듈에서 입사되는 반사광의 광 경로 상에 설치되어 해당 반사광을 편광시키는 선형편광기;
    상기 선형편광기에서 편광된 반사광을 상기 미러부에 조사하는 빔스플리터;
    상기 빔스플리터 및 미러부 사이에 설치되며, 상기 미러부로 입사되는 상기 반사광을 편광시키되, 해당 반사광을 상호 상이한 방향으로 회절되는 복수의 편광으로 분할하며, 상기 미러부에서 반사되는 상기 편광들을 재차 회절시키는 제1편광부;
    상기 제1편광부에서 출사되는 편광들을 검출하고, 검출된 편광들을 토대로 광간섭 신호를 생성하는 광검출 모듈;을 구비하는,
    층밀림 위상차 영상 획득 모듈 장치.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1편광부는 상기 빔스플리터로부터 입사되는 반사광을, 해당 반사광의 광축 선에 대해 소정의 각도를 갖고 상호 상이한 방향으로 회절되어 상기 미러부로 출력되는 좌원 편광 및 우원 편광으로 분할하고, 상기 미러부에서 반사된 상기 좌원 편광 및 우원 편광을 상기 반사광의 광축 선과 나란한 방향으로 상기 빔스플리터에 출사하는,
    층밀림 위상차 영상 획득 모듈 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 빔스플리터는 상기 선형편광기에서 입사되는 반사광을 상호 교차되는 방향으로 출사되는 제1 및 제2분할광으로 분할하고,
    상기 미러부는 해당 제1분할광의 광 경로 상에 설치되는 제1미러와, 해당 제2분할광의 광 경로 상에 설치되는 제2미러를 구비하고,
    상기 제1편광부는
    상기 빔스플리터 및 제1미러 사이에 설치되어 상기 제1분할광을 편광시키되, 해당 제1분할광을 복수의 편광으로 회절 및 분할하여 상기 제1미러로 출사하고, 상기 제1미러에서 반사된 편광을 재차 회절시켜 출사하는 제1편광부재; 및
    상기 빔스플리터 및 제2미러 사이에 설치되어 상기 제2분할광을 편광시키되, 해당 제2분할광을 복수의 편광으로 회절 및 분할하여 상기 제2미러로 출사하고, 상기 제2미러에서 반사된 편광을 재차 회절시켜 출사하는 제2편광부재;를 구비하는,
    층밀림 위상차 영상 획득 모듈 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제1편광부재는 상기 빔스플리터로부터 입사되는 제1분할광을, 해당 제1분할광의 광축 선에 대해 소정의 각도를 갖고 상호 상이한 방향으로 회절되어 상기 제1미러로 출력되는 제1좌원 편광 및 제1우원 편광으로 분할하고, 상기 제1미러에서 반사된 상기 제1좌원 편광 및 제1우원 편광을 상기 제1분할광의 광축 선과 나란한 방향으로 상기 빔스플리터에 출사하는,
    층밀림 위상차 영상 획득 모듈 장치.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 제2편광부재는 상기 빔스플리터로부터 입사되는 제2분할광을, 해당 제2분할광의 광축 선에 대해 소정의 각도를 갖고 상호 상이한 방향으로 회전되어 상기 제2미러로 출력되는 제2좌원 편광 및 제2우원 편광으로 분할하고, 상기 제2미러에서 반사된 상기 제2좌원 편광 및 제2우원 편광을 상기 제2분할광의 광축 선과 나란한 방향으로 상기 빔스플리터에 출사하는,
    층밀림 위상차 영상 획득 모듈 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 신호생성부는 상기 미러부에 설치되며, 상기 반사광의 층밀림량을 조절할 수 있도록 상기 미러부를 상기 제1편광부에 인접되거나 멀어지게 이동시키는 구동기;를 더 구비하는,
    층밀림 위상차 영상 획득 모듈 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 빔스플리터는 상기 미러부에서 반사된 광을 상기 광검출모듈로 출사하고,
    상기 광검출 모듈은
    상기 빔스플리터에서 출사되는 광을 검출하는 광검출부; 및
    상기 빔스플리터 및 카메라 사이에 설치되며, 해당 카메라로 입사되는 광을 편광시키는 제2편광부;를 구비하는,
    층밀림 위상차 영상 획득 모듈 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 광학모듈은 상기 광원에서 출력되는 광을 반사하여 상기 측정대상물에 입사시키되, 해당 측정대상물로부터 반사되는 반사광을 투과시켜 상기 신호생성부로 출사하는 광분배기;를 구비하는,
    층밀림 위상차 영상 획득 모듈 장치.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 광학모듈은 상기 광원 및 광분배기 사이에 설치되어 상기 광원에서 출력되는 광을 평행광으로 시준시키는 콜리메이팅 렌즈;를 더 구비하는,
    층밀림 위상차 영상 획득 모듈 장치.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 신호생성부는 상기 선형 편광기와 빔스플리터 사이에 설치되어 상기 선형 편광기에서 편광된 반사광을 집속시켜 상기 빔스플리터로 출사하는 튜브렌즈;를 더 구비하는,
    층밀림 위상차 영상 획득 모듈 장치.
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