KR100941062B1 - Image Forming System and Method Using Inverse Spatial Optical Design - Google Patents
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Abstract
광학 이미지 형성 수행을 용이하게 하는 이미지 형성 시스템(10) 및 방법(600)이 제공된다. 시스템(10)은 하나 이상의 수용기를 구비한 센서(20)와, 센서 및 수용기를 물체 FOV(54)에 스케일링하는 이미지 전달 매체(30)를 포함한다. 컴퓨터(824), 메모리(864), 및/또는 센서(20)에 연결된 디스플레이(864)는 이미지를 생성 및/또는 처리하기 위해 수용기로부터의 출력에 관계된 정보의 저장 및/또는 표시를 제공하며, 이미지 전달 매체(30)에 관련하여 복수의 조명원(60)이 이용될 수 있다. 이미지 전달 매체(30)는 수용기에 연관된 피치(116)를 물체 FOV(54) 내 회절 한계 스폿(50)에 상관시키는 k-공간 필터(110)로서 구성될 수 있고, 피치(116)는 물체 FOV(54) 내 회절 한계 스폿(50)의 크기로 매핑될 수 있다.An image forming system 10 and method 600 are provided that facilitate performing optical image formation. System 10 includes a sensor 20 with one or more receivers and an image transfer medium 30 that scales the sensors and receivers to the object FOV 54. Display 864 coupled to computer 824, memory 864, and / or sensor 20 provides storage and / or display of information related to output from the receiver to generate and / or process images, A plurality of illumination sources 60 may be used in connection with the image delivery medium 30. The image transfer medium 30 may be configured as a k-space filter 110 that correlates the pitch 116 associated with the receiver to the diffraction limit spot 50 in the object FOV 54, the pitch 116 being the object FOV. Can be mapped to the size of diffraction limit spot 50 in 54.
Description
본 발명은 일반적으로 이미지 및 광학 시스템에 관한 것으로, 특히 센서의 특성을 물체 FOV(field of view)에 투영시키는 이미지 전달 매체를 통해 이미지 형성 수행을 용이하게 하는 시스템 및 방법에 관한 것이다.TECHNICAL FIELD The present invention relates generally to images and optical systems, and more particularly to systems and methods that facilitate performing image formation through image transfer media that project the characteristics of a sensor to an object field of view.
현미경은 작은 물체에 대한 큰 이미지를 용이하게 생성하게 한다. 물체로부터의 광을 하나의 렌즈를 구비한 단순한 현미경에 비해 두개 이상의 렌즈를 통과하게 하면 보다 큰 배율을 달성할 수 있다. 복합(compound) 현미경은 렌즈를 일렬로 배치한 두개 이상의 수렴렌즈를 구비하고 있어 이들 렌즈는 광을 차례로 굴절시킨다. 결과는 어느 한 렌즈 단독으로 확대시킬 수 있는 것보다 더 확대된 이미지가 생기게 하는 것이다. 물체를 조명한 광은 먼저 대물렌즈라 하는 단 초점거리 렌즈 혹은 렌즈군을 통과한 후, 접안렌즈라 하는 장 초점거리 렌즈 혹은 렌즈군을 통과하기 전에 얼마간의 거리를 지난다. 종종 렌즈군을 간단히 단수표현으로 렌즈라 하기도 한다. 통상 이들 두 개의 렌즈는 서로에 대해 근축(paraxial) 관계로 유지되므로, 한 렌즈의 축은 제2 렌즈의 축과 동일한 방위에 있도록 배열된다. 관찰자의 눈에 고도로 확대된 이미지가 생성되게 하는 방법을 결정하는 것은 렌즈들의 성 질, 렌즈들의 특성, 렌즈들의 관계, 물체에 대한 대물렌즈의 관계이다.Microscopes make it easy to produce large images of small objects. Larger magnifications can be achieved by allowing light from an object to pass through two or more lenses as compared to a simple microscope with one lens. Compound microscopes have two or more converging lenses, arranged in a line of lenses, which in turn refract light. The result is more magnified images than can be magnified with either lens alone. The light illuminating the object first passes through a short focal length lens or lens group called an objective lens, and then passes some distance before passing through a long focal length lens or lens group called an eyepiece. Often a group of lenses is simply called a singular expression. Usually these two lenses are kept in a paraxial relationship with each other, so that the axis of one lens is arranged to be in the same orientation as the axis of the second lens. Determining how a highly magnified image is produced in the observer's eye is the quality of the lenses, the characteristics of the lenses, the relationships of the lenses, and the objectives' relationship to the object.
제1 렌즈 혹은 대물렌즈는 통상 매우 작은 초점길이를 갖는 소형 렌즈이다. 시료 혹은 물체는 원하는 대로 조명하기에 충분한 세기를 갖는 광원의 경로 내에 놓인다. 이어서 시료가 렌즈의 초점이 아닌, 이 초점에 매우 가깝게 될 때까지 대물렌즈를 낮춘다. 시료를 떠나 대물렌즈를 통과한 광은 일반적으로 중간 이미지 평면이라 하는 지점에 현미경 내에서, 렌즈 뒤에 실제의 반전, 확대된 이미지를 생성한다. 제2 대물렌즈 혹은 접안렌즈는 장 초점길이를 가지며, 대물렌즈에 의해 생성된 이미지가 한 초점길이보다 접안렌즈에 더 가까이 오도록(즉, 렌즈의 초점 안쪽에) 현미경 내에 배치된다. 대물렌즈로부터의 이미지는 이제 접안렌즈에 대한 물체가 된다. 이 물체가 한 초점길이 안쪽에 있을 때, 제2 렌즈는 광을 굴절시켜 가상의 반전, 확대된 제2 이미지를 생성하게 된다. 이것이 관찰자의 눈에 의해 보여지는 최종의 이미지이다.The first lens or the objective lens is usually a small lens having a very small focal length. The specimen or object is placed in the path of a light source with sufficient intensity to illuminate as desired. The objective is then lowered until the sample is very close to this focal point, not the focal point of the lens. Light that leaves the sample and passes through the objective lens produces a true inverted, magnified image behind the lens, within the microscope, generally at a point called the intermediate image plane. The second objective or eyepiece has a long focal length and is placed in the microscope such that the image produced by the objective lens is closer to the eyepiece than one focal length (ie, inside the focal point of the lens). The image from the objective is now the object for the eyepiece. When the object is inside one focal length, the second lens refracts the light to produce a virtual inverted, enlarged second image. This is the final image seen by the observer's eye.
대안으로, 공통 무한대 공간 혹은 무한대 보정 설계 현미경들은 대물렌즈를 떠난 광이 초점에 맞게 하는 것이 아니라, 투영된 이미지가 확대 및 관찰을 위한 접안렌즈의 초점에 놓여지게 하는 튜브 렌즈를 통과한 후까지도 수렴하지 않는 평행한 광속이 되게 하는 무한대 공액 특성을 가진 대물렌즈를 사용한다. 전술한 복합 현미경과 같은 많은 현미경들은 접안렌즈를 통해 사람의 눈에 어느 정도의 질의 이미지들을 제공하도록 설계된다. 이미지가 모니터에서 보여질 수 있게 전하결합소자(CCD) 센서와 같은 인공시각 센서(machine vision sensor)를 현미경에 접속하는 데에는 어려움이 있다. 이것은 센서에 의해 제공되어 사람의 눈에 의해 보여지 는 이미지 질은 대물렌즈를 통해 직접 사람의 눈으로 보여지는 이미지에 비해 감소하기 때문이다. 결국, 작은 물건을 확대, 관찰, 검사 및 분석하기 위한 종래의 광학 시스템은 대부분 접안렌즈를 통해 프로세스를 모니터하는 전문가의 주의깊은 주의를 요한다. 모니터 혹은 다른 출력 표시 장치에 표시되는 전술한 이미지 센서로부터의 인공 시각 혹은 컴퓨터 기반의 이미지 표시들은 접안렌즈를 통해 사람 관찰자에 의해 지각되는 질이 아닌 것은, 다른 이유뿐만 아니라 이러한 이유인 것이다. Alternatively, common infinity space or infinity corrected design microscopes do not focus the light leaving the objective, but converge even after passing through a tube lens that causes the projected image to be in focus of the eyepiece for magnification and observation. Use an objective lens with infinite conjugation that results in parallel luminous flux. Many microscopes, such as the compound microscopes described above, are designed to provide some quality images to the human eye through the eyepiece. There is a difficulty in connecting a machine vision sensor, such as a charge coupled device (CCD) sensor, to the microscope so that the image can be seen on a monitor. This is because the image quality provided by the sensor and seen by the human eye is reduced compared to the image seen by the human eye directly through the objective lens. As a result, conventional optical systems for enlarging, observing, inspecting and analyzing small objects mostly require the careful attention of professionals who monitor the process through the eyepiece. Artificial vision or computer-based image displays from the above-described image sensor displayed on a monitor or other output display device are not only the quality perceived by the human observer through the eyepiece, but also for other reasons.
<발명의 요약>Summary of the Invention
다음은 본 발명의 어떤 면들의 기본적인 이해를 제공하기 위해서 본 발명의 간략화한 요약을 제공한다. 이 요약은 본 발명의 광범위한 개략이 아니다. 본 발명의 주요 혹은 결정적인 요소들을 확인하려는 것도 아니고 본 발명의 범위를 기술하려고 하는 것도 아니다. 이의 유일한 목적은 나중에 제공되는 보다 상세한 설명에 대한 전조로서 단순화한 형태로 본 발명의 어떤 개념을 제공하는 것이다.The following presents a simplified summary of the invention in order to provide a basic understanding of certain aspects of the invention. This summary is not an extensive overview of the invention. It is not intended to identify key or critical elements of the invention or to delineate the scope of the invention. Its sole purpose is to present some concepts of the invention in a simplified form as a prelude to the more detailed description that is presented later.
본 발명은 광학 이미지 형성 시스템들의 이미지 형성 수행을 용이하게 하는 시스템 및 방법에 관한 것이다. 몇몇의 광학 및/또는 이미지 형성 시스템 파라미터들에 관해서, 종래의 시스템들에 비해 많은 정도의 성능 향상이 실현될 수 있다(예를 들면, 보다 큰 유효 해상 배율, 보다 큰 작동거리, 증대된 절대 공간 해상도, 증대된 공간 FOV, 증대된 시야 심도, 약 1의 변조 전달 함수, 필요하지 않게 된 유침(oil immersion) 대물렌즈 및 접안렌즈). 이것은 물체 FOV 내에 회절 한계의 포인트 혹은 스폿에 연관된 스케일 혹은 크기로 물체 FOV를 점유하도록 센서의 수용기들이 효과적으로 스케일링되게(예를 들면, "매핑되게", "크기를 정하게", "매칭 되게", "축소되게"), 하나 이상의 수용기를 구비한 센서에 이미지 전달 매체(예를 들면, 하나 이상의 렌즈, 광섬유 매체, 혹은 이외의 다른 매체)를 제작함으로써 달성된다. 이에 따라, 프리에 공간 혹은 "k-공간"으로서 알려진 것에서 공간 주파수의 대역 통과 필터링은 수용기의 투영된 크기(센서에서 물체 공간을 향한 방향으로의 투영)가 k-공간에 채워지도록 달성된다.The present invention relates to a system and method that facilitates performing image formation of optical image forming systems. With respect to some optical and / or image forming system parameters, a significant degree of performance improvement can be realized over conventional systems (eg, greater effective resolution magnification, greater working distance, increased absolute space). Resolution, increased spatial FOV, increased depth of field, modulation transfer function of about 1, obsolete oil immersion objectives and eyepieces). This allows the receptors of the sensor to be effectively scaled (eg, "mapped", "scaled", "matched", "to occupy the object FOV at a scale or magnitude associated with a point or spot of diffraction limit within the object FOV). Reduced ”), by fabricating an image transfer medium (eg, one or more lenses, optical fiber media, or other media) in a sensor having one or more receivers. Accordingly, bandpass filtering of spatial frequencies in what is known as free space or "k-space" is achieved such that the projected size of the receiver (projection from the sensor towards the object space) is filled in the k-space.
즉, 이미지 전달 매체는 k-공간으로의 변환이 달성되게 만들어지거나, 구성되거나 및/또는 선택되는데, 선험적 설계 결정으로 k-공간 혹은 중요한 대역 통과 주파수들은 시종 유지되고 k-공간 주파수들의 위 및 아래의 주파수들은 감소된다. k-공간 주파수의 위 및 아래의 주파수들은 희미함과 콘트라스트 감소를 야기하게 되고 일반적으로 변조 전달 함수 및 "광학 잡음"에 대한 내재된 제약을 정의하는 종래의 광학 시스템 설계에 연관되어 있는 것에 유념한다. 이것은 또한 본 발명의 시스템 및 방법들이 종래의 기하학적 근축 광선 설계에 위배 혹은 반대되는 것임을 보이고 있다. 결국, 종래의 시스템들에 연관된 많은 기지의 광학 설계의 한계는 본 발명에 의해 완화된다.That is, the image transfer medium is made, configured, and / or selected such that the conversion to k-space is achieved, with a priori design decision that k-space or significant bandpass frequencies are maintained throughout and above and below k-space frequencies. Are reduced. Note that frequencies above and below the k-space frequency cause blurring and contrast reduction and are generally associated with conventional optical system designs that define inherent constraints on the modulation transfer function and "optical noise". . This also shows that the systems and methods of the present invention are contrary to or contrary to conventional geometric paraxial beam designs. As a result, the limitations of many known optical designs associated with conventional systems are alleviated by the present invention.
본 발명의 일 면에 따라서, 이미지 평면에 물체 평면의 변조 전달 함수(MTF)의 "단위-매핑"관계를 정의하는 "k-공간" 설계의 시스템 및 방법이 제공된다. k-공간 설계는 최적의 이론적 관계를 조장되게 물체평면으로 이미지 평면의 화소 혹은 수용기를 투영시킨다. 이것은 수용기 크기에 따라 매칭되는 이미지 센서 수용기와 투영된 물체 평면 단위들(예를 들면 단위들은 물체 FOV 내 최소의 해상가능한 포인트 혹은 스폿들로 정의됨) 간 1 대 1 대응으로 정의된다. k-공간 설계는 k-공 간(역-공간이라고도 함)에서 물체 및 이미지의 양 스펙트럼 성분들이 실질적으로 일치 혹은 양자화되는 것을 의미하는 유효 "진성 공간 필터"로서 "단위-매핑" 혹은 "단위-매칭"이 작용한다는 것을 정의한다. k-공간 설계에 의해 제공되는 잇점으로, 시스템 및 방법은 예를 들면 건식 대물렌즈 이미지 형성을 이용하고, 전술한 파라미터들에의 본연의 고유한 한계를 갖는 유침 기술을 사용하지 않고도, 부수적으로 관계되고 훨씬 증가된 FOV, 시야 심도, 절대 공간 해상도, 및 작동거리를 갖는 훨씬 큰 유효 해상된 확대가 가능해진다.In accordance with one aspect of the present invention, a system and method of a "k-space" design is provided that defines a "unit-mapping" relationship of a modulation transfer function (MTF) of an object plane to an image plane. The k-space design projects pixels or receptors in the image plane onto the object plane to encourage optimal theoretical relationships. This is defined as a one-to-one correspondence between the image sensor receiver and projected object plane units (e.g., the units are defined as the minimum resolvable points or spots in the object FOV) that match according to the receiver size. A k-space design is a "unit-mapping" or "unit-" as an effective "intrinsic space filter" that means that both spectral components of an object and image are substantially coincident or quantized in k-space (also called inverse-space). "Matching" works. With the advantages provided by the k-space design, the systems and methods are incidentally related, for example, using dry objective image formation and without the use of an immersion technique having inherent limitations to the aforementioned parameters. And much larger effective resolution magnification with much increased FOV, field of view, absolute spatial resolution, and working distance is possible.
본 발명의 일면은 화소 피치를 갖는 광 수용기 어레이를 구비한 광학 센서를 포함하는 광학 시스템에 관한 것이다. 광학 센서에 광학적으로 연관된 렌즈는 광학 시스템의 피치 및 원하는 해상도에 함수적으로 관계된 광학 파라미터로 구성된다. 결국, 렌즈는 광로를 따라 원하는 해상도를 갖는 물체의 부분을 광 수용기들 연관된 것에 매핑시키도록 동작한다.One aspect of the present invention relates to an optical system comprising an optical sensor having a light receptor array having a pixel pitch. Lenses optically associated with the optical sensor consist of optical parameters that are functionally related to the pitch and desired resolution of the optical system. In turn, the lens operates to map the portion of the object with the desired resolution along the light path to the light receptor associated.
본 발명의 또 다른 면은 광학 시스템을 설계하는 방법에 관한 것이다. 방법은 화소 피치를 갖는 복수의 광 수용기를 구비한 센서를 선택하는 것을 포함한다. 시스템에 대해 바람직한 최소 스폿 크기의 해상도가 선택되고, 화소 피치와 바람직한 최소 스폿 크기에 근거한 광학 파라미터들로 구성된 렌즈 혹은 선택된 현존의 렌즈는 복수의 광 수용기를 바람직한 해상에 따른 이미지의 부분에 매핑시키기 위해 제공된다.Another aspect of the invention is directed to a method of designing an optical system. The method includes selecting a sensor having a plurality of light receptors having a pixel pitch. The resolution of the preferred minimum spot size is selected for the system and a lens consisting of optical parameters based on the pixel pitch and the desired minimum spot size or the selected existing lens is used to map a plurality of light receptors to the portion of the image along the desired resolution. Is provided.
다음의 설명 및 첨부한 도면은 본 발명이 어떤 예시적인 면을 상세히 개시한다. 이들 면들은 본 발명의 원리가 채용될 수 있는 여러 가지 방법을 나타내나 이 들 방법중 일부만 나타내며 본 발명은 모든 이러한 면 및 이들의 등가물을 포괄한다. 본 발명의 다른 잇점 및 신규한 특징은 도면에 관련하여 고찰되었을 때 본 발명의 다음 상세한 설명으로부터 명백하게 될 것이다.The following description and the annexed drawings set forth in detail certain illustrative aspects of the invention. These aspects are indicative of the various ways in which the principles of the invention may be employed, but only some of these methods, and the present invention covers all such aspects and their equivalents. Other advantages and novel features of the invention will become apparent from the following detailed description of the invention when considered in conjunction with the drawings.
도 1은 본 발명의 일면에 따른 이미지 형성 시스템을 예시한 개략적인 블록도이다.1 is a schematic block diagram illustrating an image forming system according to an aspect of the present invention.
도 2는 본 발명의 일면에 따른 k-공간 시스템 설계를 예시한 도면이다.2 is a diagram illustrating a k-space system design in accordance with an aspect of the present invention.
도 3은 본 발명의 일면에 따른 센서 수용기 매칭을 예시한 시스템도이다.3 is a system diagram illustrating sensor receptor matching in accordance with an aspect of the present invention.
도 4는 본 발명의 일면에 따른 센서 매칭 고찰을 예시한 그래프이다.4 is a graph illustrating a sensor matching consideration according to an aspect of the present invention.
도 5는 본 발명의 일면에 따른 변조 전달 함수를 예시한 그래프이다.5 is a graph illustrating a modulation transfer function in accordance with an aspect of the present invention.
도 6은 본 발명의 일면에 따른 공간 필드 지수에 관계된 성능지수를 예시한 그래프이다.6 is a graph illustrating a figure of merit related to the spatial field index according to an aspect of the present invention.
도 7은 본 발명의 일면에 따른 이미지 형성 방법을 예시한 흐름도이다.7 is a flowchart illustrating an image forming method according to an embodiment of the present invention.
도 8은 본 발명의 일면에 따른 광학 파라미터를 선택하는 방법을 예시한 흐름도이다.8 is a flowchart illustrating a method of selecting an optical parameter in accordance with an aspect of the present invention.
도 9는 본 발명의 일면에 따른 이미지 형성 시스템을 예시한 개략적인 블록도이다.9 is a schematic block diagram illustrating an image forming system according to an aspect of the present invention.
도 10은 본 발명의 일면에 따른 모듈형 이미지 형성 시스템을 예시한 개략적인 블록도이다.10 is a schematic block diagram illustrating a modular image forming system in accordance with an aspect of the present invention.
도 11-13은 본 발명의 일면에 따른 대안으로서의 이미지 형성 시스템을 예시 한 것이다.11-13 illustrate an alternative image forming system in accordance with an aspect of the present invention.
도 14-18은 본 발명의 일면에 따른 애플리케이션 예를 도시한 것이다.14-18 illustrate application examples in accordance with an aspect of the present invention.
본 발명은 광학 및/또는 이미지 형성 시스템 및 방법에 관한 것이다. 본 발명의 일 면에 따라서, 이미지 센서 수용기를 물체 FOV에 상관시키는 광학 매체와 같은 이미지 전달 매체로부터 구성될 수 있는 k-공간 필터가 제공된다. 하나 이상의 동작 목적을 달성하고 애플리케이션의 다양성을 위해서 다양한 조명원이 채용될 수도 있다. 본 발명의 이미지 형성 시스템의 k-공간 설계는 종래의 시스템과 비교되는 실질적으로 높은 유효 해상 배율에서 고 FOV를 갖는 이미지들의 캡처 및 분석(예를 들면, 자동 및/또는 수동)을 조장한다. 이것은 매운 높은 유효 해상 배율을 달성하기 위해 저 배율의 대물렌즈에 연관된 낮은 개구수(NA)를 채용하는 것을 포함할 수 있다. 결국, 매우 높은 유효 해상 배율에서 실질적으로 큰 시야 심도(DOF)가 또한 실현된다. k-공간 설계는 위치 변화에 민감하지 않은 균질 조명원의 사용을 용이하게 하고 그럼으로써 검사 및 분석 방법을 개선시킨다.The present invention relates to optical and / or image forming systems and methods. In accordance with one aspect of the present invention, a k-space filter is provided that can be constructed from an image transfer medium such as an optical medium that correlates an image sensor receiver to an object FOV. Various light sources may be employed to achieve one or more operational goals and for diversity of applications. The k-space design of the image forming system of the present invention facilitates the capture and analysis (eg, automatic and / or manual) of images with high FOV at a substantially higher effective resolution magnification compared to conventional systems. This may include employing a low numerical aperture (NA) associated with a low magnification objective to achieve a very high effective resolution magnification. As a result, substantially large field of view (DOF) is also realized at very high effective resolution magnifications. The k-space design facilitates the use of homogeneous illumination sources that are not sensitive to position changes and thereby improves inspection and analysis methods.
본 발명의 또 다른 면에 따라, 대물렌즈 대 물체간 거리(예를 들면, 작동거리)는 저 고 배율 유효 해상 배율 이미지 형성에서 동작이 유지될 수 있고, 견줄만한(예를 들면, 유사한 정도의 크기) 유효 해상 배율 값들에 대해 현저히 작은(0.01mm만큼 작은) 물체 대 대물렌즈간 거리를 필요로 할 수 있는 종래의 현미경 시스템과는 반대로, 약 0.1mm 혹은 그 이상 및 약 20mm 혹은 그 이하로 전형적인 간격이 달성될 수 있다. 또 다른 면에서, 작동거리는 약 0.5mm 이상 및 약 10mm 이하이다. 본 발명은 상술한 작동거리에서의 동작으로 한정되는 것은 아님을 알 것이다. 많은 경우에 전술한 작동거리가 채용되나, 경우에 따라선 그 이상 혹은 그 이항의 거리가 채용된다. 또한, 본 발명의 1 이상의 유효 이미지 배율 레벨들에서 대물렌즈에 대한 유침 혹은 이외 굴절률 매칭 매체 혹은 유체가 일반적으로 필요하지 않지만(예를 들면, 실질적으로 어떠한 개선도 얻어지지 않는다) 그래도 "무한대 보정" 대물렌즈를 채용하는 시스템을 포함하는 종래의 현미경 광학 설계 변형예에서 달성될 수 있는 유효 해상 배율 레벨을 초과하는 것에 유의한다.According to another aspect of the present invention, the objective-to-object distance (e.g., working distance) can be maintained at low high magnification effective resolution magnification image formation and comparable (e.g. Size) typical of about 0.1 mm or more and about 20 mm or less, as opposed to conventional microscope systems that may require significantly smaller (smaller than 0.01 mm) object-to-objective distances for effective resolution magnification values Spacing can be achieved. In another aspect, the working distance is at least about 0.5 mm and at most about 10 mm. It will be appreciated that the present invention is not limited to operation at the operating distances described above. In many cases the above-mentioned working distances are employed, but in some cases more or more of these binomial distances are employed. In addition, immersion or other refractive index matching media or fluid for the objective lens at one or more effective image magnification levels of the present invention is generally not needed (eg, substantially no improvement is obtained), but is still "infinity correction". Note that it exceeds the effective resolution magnification level that can be achieved in conventional microscopy optical design variants including systems employing objective lenses.
본 발명의 k-공간 설계는 물체평면에 작은 "흐린 원" 혹은 회절 한계 포인트/스폿이, 연관된 물체와 이미지 필드들에 대한 물체와 이미지 공간들의 "단위-매핑"에 의해 실질적으로 1 대 1 대응으로 이미지 센서 수용기들 혹은 화소들을 매칭시키는 설계 파라미터들에 의해 결정되는 것을 정의한다. 이것은 본 발명의 향상된 성능 및 역량을 가능하게 한다. k-공간 설계의 한 가능한 이론은, 물체 및 이미지 양자의 프리에 변환이 k-공간("역 공간"이라고도 함)에 형성되기 때문에 센서는 본 발명에 따라 광학 설계 기술 및 성분 대치를 통해 k-공간에서 물체평면에 매핑될 것이라는 수학적 개념에서 나온 것이다. 본 발명에 따라 하나 이상의 성분들을 구성하고 및/또는 선택하기 위해 복수의 다른 변환 혹은 모델들이 이용될 수 있음을 알 것이다. 예를 들면, 웨이브렛 변환, 라플라스(s-변환), z-변환 및 이외 다른 변환이 유사하게 채용될 수 있다.The k-space design of the present invention allows a small "blurred circle" or diffraction limit point / spot on the object plane to correspond substantially one-to-one by "unit-mapping" of the object and image spaces with respect to the associated object and image fields. It is defined as determined by the design parameters for matching the image sensor receivers or pixels. This enables the improved performance and capabilities of the present invention. One possible theory of k-space design is that, because the free-transformation of both objects and images is formed in k-space (also referred to as "inverse space"), the sensor uses k-space through optical design techniques and component substitution in accordance with the present invention. This is from a mathematical concept that will be mapped to the object plane at. It will be appreciated that a plurality of different transformations or models may be used to construct and / or select one or more components in accordance with the present invention. For example, wavelet transform, Laplace (s-transform), z-transform and other transforms may be similarly employed.
k-공간 설계 방법은 k-공간 최적화로 용이하게 물체(예를 들면, 조직 샘플, 입자, 반도체) 및 이미지의 스펙트럼 성분이 k-공간에 동일하여 이에 따라 양자화 되기 때문에, 기하학적, 근축 광선-추적 및 최적화 이론에 따라 설계되는 종래의 광학 시스템과는 다르다. 그러므로, 본 발명에서 콘트라스트 대 해상도 및 절대 공간 해상도를 기술하는 변조 전달 함수(MTF)에 부과되는 본질적인 제한은 전혀 없다. 예를 들면, k-공간에서 양자화는 종래의 시스템에 의해서는 실현되지 않는 단일의 변조 전달 함수를 제공한다. 고 MTF, 공간 해상도, 유효 해상 이미지 배율은 k-공간 설계에 의해 제공되는 "진성 공간 필터"에서 투영된 화소들의 "단위-매핑"을 통해 바람직한 낮은 개구수를 가진 저 배율의 대물렌즈(예를 들면, 일반적으로 약 0.7 미만의 개구수를 가진 약 50x 미만의)로 달성될 수 있는 것에 유의한다.The k-space design method is geometrical, paraxial ray-tracking, because k-space optimization facilitates the spectral components of objects (e.g., tissue samples, particles, semiconductors) and images that are identical in k-space and thus quantized. And conventional optical systems designed according to optimization theory. Therefore, there is no inherent limitation imposed on the modulation transfer function (MTF) describing the contrast versus resolution and absolute spatial resolution in the present invention. For example, quantization in k-space provides a single modulation transfer function that is not realized by conventional systems. High MTF, spatial resolution, and effective resolution image magnification can be achieved by using a low magnification objective with a low numerical aperture (e.g. a "unit-mapping") of pixels projected in the "intrinsic spatial filter" provided by the k-space design. For example, generally less than about 50x with a numerical aperture less than about 0.7).
원한다면, 스펙트럼 가변 성분, 편광 가변 성분, 및/또는 콘트라스트 또는 상 가변 성분뿐만 아니라, 연관된 광학 성분 및 조명과 함께, "무한대-보정" 대물렌즈가 채용될 수 있다. 이들 성분들은 "무한대 공간"내에서 대물렌즈와 이미지 렌즈 간 광학 경로-길이 내 포함될 수 있다. 이에 따라, 광학 시스템 부속품 및 변종은 이러한 기하구조에서 상호 교체가능한 모듈들로서 배치될 수 있다. "무한대 보정" 대물렌즈를 이용하는 종래의 현미경 이미지 형성기와는 반대로, k-공간 설계는 "단위-매핑" 개념에 의해 무한대 공간 기하구조의 최대 최적화를 가능하게 한다. 이것은 광학적 보정없이 통상 단지 2개의 추가 성분만을 명시하는 종래의 현미경 시스템에서처럼 "무한대 공간" 기하구조에 삽입될 수 있는 추가 성분의 수에 특정한 제한은 없다는 것을 의미한다.If desired, " infinity-corrected " objectives can be employed with spectral variable components, polarization variable components, and / or contrast or phase variable components, as well as associated optical components and illumination. These components can be included in the optical path-length between the objective lens and the image lens in “infinity space”. Accordingly, optical system accessories and variants can be arranged as interchangeable modules in this geometry. In contrast to conventional microscope imagers using "infinity corrected" objectives, the k-space design enables maximum optimization of the infinite space geometry by the concept of "unit-mapping". This means that there is no specific limitation on the number of additional components that can be inserted into the "infinity space" geometry, as in conventional microscope systems, which typically specify only two additional components without optical correction.
본 발명은 또한 필요하다면 복수의 상이한 애플리케이션들의 동작에서 원한다면 투과성이나 반사 조명을 사용하도록 구성 및 재구성될 수 있는 "기본-모듈" 설계를 가능하게 한다. 이것은 실질적으로 모든 전형적인 인공 시각 조명 방식들(예를 들면, 암시야, 명시야, 상-콘트라스트), 및 실질적으로 임의의 오프셋에서, 이외 다른 현미경 투과 기술(쾰러, 아베)를 포함하며, 에피-조명, 및 이의 변형을 포함할 수 있다. 본 발명의 시스템은 k-공간 설계가 환경 및 기계적 진동에 민감하지 않아 일반적으로 무거운 구조적 기계 설계 및 종래의 현미경 이미지 형성 기기에 연관된 진동으로부터 분리를 요하지 않기 때문에 강건한 복수의 광학-기계 설계에 채용될 수 있다. 다른 특징들은 저장장치(예를 들면, 장치내 데이터베이스, 저장/분석을 위해 원격지 컴퓨터에의 이미지 데이터 송신) 및 본 발명에 따라 생성된 이미지들의 표시(예를 들면, 컴퓨터 디스플레이, 프린터, 필름, 및 이와 다른 출력 매체)와 함께, 원한다면, 디지털 이미지 처리를 포함할 수 있다. 예를 들면 네트워크 혹은 그 외 다른 매체를 통해 통신되는 관련된 데이터 패킷들을 통해 이미지 데이터의 통신 및 표시와 더불어, 이미지 데이터의 원격 신호 처리가 제공될 수 있다.The present invention also enables a "base-module" design that can be configured and reconfigured to use transmissive or reflected illumination if desired in the operation of a plurality of different applications, if desired. This includes virtually all typical artificial visual illumination schemes (eg darkfield, brightfield, phase-contrast), and other microscopic transmission techniques (Köhler, Ave) at substantially any offset, and epi- Lighting, and variations thereof. The system of the present invention can be employed in a robust plurality of optical-mechanical designs because the k-space design is not sensitive to environmental and mechanical vibrations and therefore does not generally require separation from heavy structural mechanical designs and vibrations associated with conventional microscope imaging devices. Can be. Other features include storage (e.g., an on-device database, image data transmission to a remote computer for storage / analysis) and display of images generated in accordance with the present invention (e.g., computer display, printer, film, and Other output media), if desired, may include digital image processing. Remote signal processing of the image data may be provided, as well as communication and display of the image data, for example, via associated data packets communicated via a network or other medium.
먼저 도 1에 본 발명의 일면에 따른 이미지 형성 시스템(10)을 도시하였다. 이미지 형성 시스템(10)은 이미지 전달 매체(30)에 동작적으로 결합되는, 이를테면 화소들 혹은 개개의 광 검출기들(예를 들면 도 3 참조)와 같은 하나 이상의 수용기(receptor)를 구비한 센서(20)를 포함한다. 이미지 전달 매체(30)는 센서(20)의 위치에 의해 수립되는 이미지 평면에 센서(20)의 크기를 참조부호 34로 나타낸 물체 FOV(object field of view)로 스케일링하도록 만들어지거나 구성된다. X 및 Y 좌표의 2차원 기준(36)은 센서(20)의 외관 혹은 가상의 크기를 물체 FOV(34)에 스케일링 혹은 축소한 것을 예시하기 위해 제공된 것이다. 방향 화살표(38, 40)는 센서(20)의 외관 크기가 물체 FOV(34) 쪽으로 감소되는 방향을 예시한다.First, FIG. 1 illustrates an
이미지 전달 매체(30)에 의해 수립되는 물체 FOV(34)는 현미경 검사중의 하나 이상의 물건들을 포함하는 물체평면(42)의 위치에 관계된다. 센서(20)는 실질적으로, 물체 FOV(34) 내 검사 중의 물건들로부터 수신되는 광에 응답하도록 각각의 센서에 유사한 크기 혹은 비례로 된, 다양한 크기 및 형상의 하나 이상의 수용기를 포함하는 임의의 크기, 형상 및/또는 기술(예를 들면, 디지털 센서, 아날로그 센서, 전하결합소자(CCD) 센서, CMOS 센서, 전하 주입 소자(CID) 센서, 어레이 센서, 선형 스캔 센서)일 수 있는 것에 유의한다. 광이 물체 FOV(34)로부터 수신되었을 때, 센서(20)는 이를테면 메모리(도시생략)와 같은 장치내 혹은 원격지의 기억장치에 보내져, 예를 들면, 원한다면, 실질적으로 어떠한 중간(intervening) 디지털 처리(예를 들면, 센서 메모리로부터 디스플레이로 직접적인 비트 맵핑)도 없이, 컴퓨터 및 결합된 디스플레이를 통해 메모리로부터 표시될 수 있는 출력(44)을 제공한다. 센서(20)로부터 수신된 이미지 데이터의 장치내 혹은 원격 신호처리도 행해질 수 있는 것에 유의한다. 예를 들면, 출력(44)은 전자 데이터 패킷들로 변환되어, 분석 및/또는 표시를 위해 네트워크 및/또는 무선 송신 시스템 및 프로토콜을 통해 원격지의 시스템에 송신될 수 있다. 유사하게, 출력(44)은 분석 및/또는 표시를 위해 다음 연산 시스템에 송신되기에 앞서 장치내 컴퓨터에 저장될 수 있다.
The
이미지 전달 매질(30)에 의해 제공되는 스케일링은 중요한 소정의 k-공간 주파수들은 증대시키고 소정의 주파수들 밖의 주파수들은 경감시키는 매체 내에 신규의 k-공간 구성 혹은 설계에 의해 결정된다. 이것은 이미지 전달 매체(30) 내에서 공간 주파수들을 통과시키는 대역 통과 필터 효과를 가지며 특히 이미지 형성 시스템(10)을 배율이 아닌 해상도 면에서 정의한다. 이하 상세히 기술하는 바와 같이, k-공간 설계에 의해 결정되는 이미지 형성 시스템(10)의 해상도는, 이를테면, 다른 특징뿐만 아니라 고 유효 해상 배율, 절대 공간 고 해상도, 큰 시야 심도, 보다 큰 작동거리, 및 1값의 변조 전달 함수를 갖는 것 등, 표시 혹은 저장된 이미지에 복수의 특징들을 증대시킨다. k-공간 주파수들을 결정하기 위해서, 센서(20) 상의 인접한 수용기들 간 "피치"또는 간격이 결정되고, 이 피치는 인접한 수용기들의 중심간 거리에 관계된 것이며 거의 단일 수용기의 크기 혹은 직경이다. 센서(20)의 피치는 센서의 나이키스트 "차단" 주파수 대역을 정의한다. 이 주파수 대역이 k-공간 주파수 설계에 의해 증대되고 이외 다른 주파수들은 경감된다. 이미지 형성 시스템(10)에서 스케일링이 어떻게 하여 결정되는가를 예시하기 위해서, 물체평면(42)에 작은 혹은 회절 한계의 스폿 혹은 포인트(50)를 도시하였다. 회절 한계 포인트(50)는 이미지 전달 매체(30) 내 광학 특성에 의해 결정되는 최소 해상가능한 물체를 나타내고 이하 상세히 기술한다. 예시 목적으로 FOV(34) 앞에 도시되고 센서(20)의 피치에 따라 결정된 크기를 갖는 스케일링된 수용기(54)는 물체 FOV(34) 내에서 회절 한계 포인트(50)와 거의 동일한 크기로 일치 혹은 스케일링되었다.
The scaling provided by the
즉, 센서(20)의 어떤 소정의 수용기의 크기는 회절 한계 포인트(50)의 크기에 거의 동일한 크기(혹은 크기가 일치되게)로 되게 이미지 전달 매체(30)를 통해 크기가 효과적으로 감소된다. 이것은 또한 회절 한계 포인트(50)와 크기가 유사하게 되게 적합하게 스케일링되는 센서(20)의 각각의 수용기들 전부로 물체 FOV(34)를 채우는 효과를 갖는다. 후술하는 바와 같이, 물체 FOV(34) 내에 최소 해상가능 물체 혹은 포인트에 센서 특성을 매칭/매핑하는 것은 이미지 형성 시스템(10)을 절대 공간 해상도 면에서 정의하며, 따라서 시스템의 동작 성능을 향상시킨다.That is, the size of any given receiver of the
조명원(illumination source)(60)으로부터의 광자가 센서(20) 내 수용기가 활성화될 수 있게 FOV(34) 내 물체를 통해 전달 및/또는 이들로부터 반사될 수 있도록 본 발명에 이 조명원이 제공될 수 있다. 본 발명은 잠재 자체발광 물체들(예를 들면, 형광 혹은 인광 생물학적 혹은 유기물질 샘플, 금속, 광물, 및/또는 이외 다른 무기 물질 등)이 센서(60)를 활성화시키기에 충분한 방사를 방출한다면 조명원(60) 없이 본 발명이 잠재적으로 채용될 수 있는 것에 유의한다. 그러나, 발광 다이오드가 본 발명에 따라 유효한 조명원(60)을 제공한다. 실질적으로, 코히런트 및 비-코히런트 조명원, 가시 및 비-가시 파장을 포함하여 어떠한 조명원(60)이든 적용될 수 있다. 그러나, 비-가시 파장 조명원의 경우, 센서(20)는 적합하게 이에 맞게 해야 할 것이다. 예를 들면, 적외 혹은 자외 조명원인 경우, 적외 혹은 자외 센서(20)가 각각 채용될 것이다. 이외 다른 조명원(60)은 파장에 특정한 조명, 광대역 조명, 연속 광원, 스트로브 광원, 쾰러 조명, 아베 조명, 상-콘트라스트(phase-contrast) 조명, 암시야(darkfield) 조명, 명시야(brightfield) 조명, 및 에피(Epi) 조명을 포함할 수 있다. 투과 혹은 반사 조명 기술(예를 들면, 반사 및 발산)도 적용될 수 있다.This illumination source is provided in the present invention so that photons from an
도 2에서, 시스템(100)은 본 발명의 일면에 따른 이미지 전달 매체를 예시하고 있다. 도 1에 도시한 이미지 전달 매체(30)는 전술한 k-공간 설계 개념에 따라서, 특히 소정 대역의 k-공간 주파수들(114)은 증진시키고 이 대역 외의 주파수들은 경감시키게 하여, 구성 및/또는 선택된 k-공간 필터(110)를 통해 제공될 수 있다. 이것은 센서(도시생략) 내 인접한 수용기(116)들 간 거리인 피치 "P"를 결정하고 수용기(116)의 피치 "P" 크기가 회절 한계 스폿(120)에 일치하게 필터(110) 내 광학 매체의 크기를 정함으로써 달성된다. 회절 한계 스폿(120)은 필터(110) 내 매체의 광학 특성으로부터 결정될 수 있다. 예를 들면, 렌즈와 같은 광학 매체의 개구수는 렌즈에 의해 해상될 수 있는 최소의 물체 혹은 스폿을 정한다. 필터(110)는 피치의 크기가 회절 한계 스폿(120)의 크기 혹은 스케일에 효과적으로 일치되게, "단위-매핑"되게, 투영되게, 보정되게 및/또는 감소되게 k-공간 변환을 수행한다.In FIG. 2,
k-공간 필터(110)를 달성하도록 복수의 광학 구성이 제공될 수 있음을 알 것이다. 한 이러한 구성은 센서 공간을 물체 공간으로 k-공간 변환 및 축소를 수행하도록 된 비구면 렌즈에 의해 제공될 수 있다. 또 다른 구성은 복수의 렌즈 구성에 의해 제공될 수 있고, 이 렌즈 조합은 필터링 및 스케일링을 제공하도록 선택된다. 또 다른 구성은 광섬유 테이퍼(132) 혹은 이미지 도관(conduit)을 채용할 수 있고, 복수의 광섬유들 혹은 광섬유 어레이는 물체 FOV에의 센서의 매핑을 수행하 도록 펀넬 형상으로 구성된다. 광섬유 테이퍼(132)는 일반적으로 센서와 검사중의 물체 간에 물리적으로 접촉하여 있는 것에(예를 들면, 현미경 슬라이드와의 접촉) 유의한다. 또 다른 가능한 k-공간 필터(110)의 구성은 홀로그래피(혹은 이외 다른 회절 혹은 상 구조) 광학 요소(136)를 채용하는 것으로, 본 발명에 다른 매핑을 제공하기 위해 홀로그램(혹은 이외 다른 회절 혹은 상(phase) 구조)을 통해(예를 들면, 컴퓨터로 생성되는, 광학적으로 생성되는 및/또는 그 외의 방법) 실질적으로 평탄한 광학면이 구성된다.It will be appreciated that multiple optical configurations may be provided to achieve k-
k-공간 필터(110)에 의해 가능하게 되는 k-공간 광학 설계는 센서의 "투영된 유효 화소-피치"에 근거하며, 이것은 센서 어레이 요소들의 물리적 크기가 광학 시스템을 통해 물체평면에 추종하여("투영") 도출되는 값이다. 그러므로, 공액(conjugate) 평면들 및 광학 변환 공간들은 유효 수용기 혹은 화소 크기의 나이키스트 차단 주파수에 일치한다. 이것은 시야 심도 및 절대 공간 해상도만이 아니라 유효 해상된 이미지 배율 및 FOV를 최대화시킨다. 종래의 광학과 이미지 형성의 조합을 결정하는 근축 광선 추적의 종래의 기하학적 광학 설계 파라미터들에 의존하지 않는 신규한 광학 이론 적용이 제공된다. 이를 다음에 후술한다.The k-space optical design enabled by the k-
물체 및 이미지의 프리에 변환이 k-공간("역-공간"이라고도 함)에 형성된다(광학 시스템에 의해서). 예를 들면, 본 발명에 채용되는 광학 매체는 거의 모든 이미지 및 물체 필드들에 대해 물체 및 이미지 공간이 "단위-매핑" 혹은 "단위-매칭"됨을 정의하는 구성을 갖는 비교적 저렴한 표준의 "기성(off-the-shelf)" 성분들로 설계될 수 있다. 물체 평면의 작은 흐릿한 원 혹은 회절 한계 스폿(120)은 거의 일 대 일 대응으로 이미지 평면 내 화소들(예를 들면 최적으로 선택된 이미지 센서의)에 매칭시키는 설계에 의해 정의되며 따라서 화소화된 어레이의 프리에 변환이 매칭될 수 있다. 이것은, 설계에 의해 광학적으로, 흐릿한 원이 수용기 혹은 화소 피치와 거의 동일한 크기로 되게 스케일링됨을 의미한다. 본 발명은 k-공간 필터(110)와 같은 진성 공간 필터를 구성하게 하는 것으로 정의된다. 이러한 설계 정의 및 구현으로 k-공간에서의 물체 및 이미지 모두의 스펙트럼 성분들은 거의 동일하게 되거나 양자화될 수 있다. 이것은 또한 센서의 변조 전달 함수(MFT; Modulation Transfer Function)(콘트라스트 대 공간 해상도의 비교)가 물체 평면의 MTF에 매칭됨을 정의한다.A free transform of objects and images is formed in k-space (also called "inverse-space") (by means of an optical system). For example, the optical media employed in the present invention is a relatively inexpensive standard " offset " having a configuration that defines " unit-mapping " or " unit-matching " for almost all image and object fields. off-the-shelf) "components. The small blurry circles or
도 3은 본 발명의 일면에 따른 광학 시스템(200)을 도시한 것이다. 시스템(200)은 복수의 수용기 혹은 센서 화소(214)를 구비한 센서(212)를 포함한다. 예를 들면, 센서(212)는 M 행과 N 열(예를 들면, 640 x 480, 512 x 52, 1280 x 1024)- M과 N은 각각 정수-을 갖는 M x N 센서 화소 어레이(214)이다. 일반적으로 정사각 화소를 갖는 사각형 센서(212)가 도시되었지만, 센서는 실질적으로 임의의 형상(예를 들면, 원형, 타원형, 육각형, 사각형 등)일 수 있음을 알 것이다. 또한, 어레이 내 각각의 화소(214)는 실질적으로 임의의 형상 혹은 크기일 수 있고 임의의 소정의 어레이(212) 내 화소는 본 발명의 일면에 따라 유사한 크기와 형상임을 알 것이다.3 illustrates an
센서(212)는 하나 이상의 수용기(혹은 화소(214))를 포함하는 어떤 임의의 기술(예를 들면, 디지털 센서, 아날로그 센서, 전하결합소자(CCD) 센서, CMOS 센 서, 전하 주입 소자(CID) 센서, 어레이 센서, 선형 스캔 센서)일 수 있다. 본 발명의 일면에 따라서, 각각의 화소(214)는 유사한 크기 혹은 비례하여 있고, 여기 기술된 바와 같이 검사중의 물건들로부터 수신되는 광(예를 들면, 가시광, 비-가시광)에 응답한다.The
센서(212)는 광학 시스템의 성능 요건 및 센서(212)의 피치 크기에 근거하여 구성되는 렌즈 네트워크(216)에 결합된다. 렌즈 네트워크(216)는 본 발명의 일면에 따라서, 센서(212)의 위치에 의해 수립되는 이미지 평면의 센서의 크기(예를 들면, 화소(214))를 물체 FOV(220)에 스케일링(혹은 투영)하도록 작용한다. 물체 FOV(220)는 검사중의 하나 이상의 물건(도시생략)을 포함하는 물체 평면(222)의 위치에 관계된다.
센서(212)가 물체 FOV(220)로부터 광을 수신할 때, 센서(212)는 이를테면 메모리(도시생략)와 같은 장치내 혹은 원격지의 기억장치에 보내져, 예를 들면, 원한다면, 실질적으로 어떠한 중간(intervening) 디지털 처리(예를 들면, 센서 메모리로부터 디스플레이로 직접적인 비트 매핑)도 없이, 컴퓨터 및 결합된 디스플레이를 통해 메모리로부터 표시될 수 있는 출력(226)을 제공한다. 센서(212)로부터 수신된 이미지 데이터의 장치내 혹은 원격 신호처리도 행해질 수 있는 것에 유의한다. 예를 들면, 출력(226)은 전자 데이터 패킷들로 변환되어, 분석 및/또는 디스플레이를 위해 네트워크를 통해 원격지의 시스템에 송신될 수 있다. 유사하게, 출력(226)은 분석 및/또는 디스플레이를 위해 다음 연산 시스템에 송신되기에 앞서 장치내 컴퓨터에 저장될 수 있다.
When
렌즈 네트워크(216)에 의해 제공되는 화소(214)의 스케일링(혹은 유효 투영)은 본 발명의 일면에 따른 신규한 k-공간 구성 혹은 설계에 의해 결정된다. 렌즈 네트워크(216)의 k-공간 설계는 중요한 소정의 k-공간 주파수들은 증대시키고 소정의 주파수들 밖의 주파수들은 경감시킨다. 이것은 렌즈 네트워크(216) 내에서 공간 주파수들을 통과시키는 대역 통과 필터 효과를 가지며 특히 이미지 형성 시스템(200)을 배율이 아닌 해상도 면에서 정의한다. 이하 상세히 기술하는 바와 같이, k-공간 설계에 의해 결정되는 이미지 형성 시스템(200)의 해상도는, 다른 특징들뿐만 아니라, 이를테면 고 "유효 해상 배율"(다음에 기술되는 성능지수), 관계된 절대 공간 고 해상도, 큰 시야심도, 큰 작동거리, 및 1값의 변조 전달 함수를 갖는 등의, 표시 혹은 저장된 이미지의 복수의 특징들을 증진시킨다.The scaling (or effective projection) of the
k-공간 주파수들을 결정하기 위해서, 센서(212) 상의 인접한 수용기들(214)의 중심간 "피치"또는 간격(228)이 결정된다. 피치(예를 들면, 화소 피치)는, 센서가 모든 동등한 크기의 화소들을 포함할 때 거의 단일 수용기의 크기 혹은 직경인, 228로 나타낸, 인접한 수용기들의 중심간 거리에 해당한다. 피치(228)는 센서(212)의 나이키스트 "차단" 주파수 대역을 정한다. k-공간 주파수 설계에 의해 증대되는 것이 이 주파수 대역이고 이외의 다른 주파수들은 경감된다. 이미지 형성 시스템(10)에서 스케일링이 어떻게 하여 결정되는가를 예시하기 위해서, 바람직한 최소의 해상가능한 스폿 크기의 포인트(230)를 물체평면(222)에 예시하였다. 예를 들면, 포인트(230)는 렌즈 네트워크(216)의 광학 특성에 의해 결정되는 최소 해상가능한 물체를 나타낼 수 있다. 즉, 렌즈 네트워크는 각각의 화소(214)가 포 인트(230)의 바람직한 최소 해상가능한 스폿 크기로서 물체 FOV(220)에서 거의 동일한 크기로 매칭 혹은 스케일링되도록 하는 광학 특성(예를 들면, 배율, 개구수)를 갖도록 구성된다. 예시 목적으로, 스케일링된 수용기(232)는 포인트(230)와 거의 동일한, 센서(212)의 피치(228)에 따라 결정되는 크기를 갖는 것으로서 물체 FOV 앞에 도시되었다.To determine k-space frequencies, a “pitch” or spacing 228 between the centers of
예시에 의해, 렌즈 네트워크(216)는 통상 시스템(210)에 의해 해상가능한 최소의 스폿 크기인, 포인트(230)의 크기에 거의 동일한 크기로 되게 각각의 소정의 수용기(예를 들면 화소(214)의 크기를 효과적으로 축소시키도록 설계된다. 포인트(230)는 회절법칙(예를 들면, 회절 한계 스폿 크기)에 의해 결정되는 렌즈 네트워크 내 광학 특성에 의해 결정되는 최소의 해상가능한 물체를 나타내는 크기가 되게 선택될 수 있다. 따라서, 렌즈 네트워크(216)는 센서(212)의 각각의 화소(214)를 회절 한계 크기 혹은 그 이상인 임의의 크기로 효과적으로 스케일링되도록 설계될 수 있다. 예를 들면, 해상가능 스폿 크기는 이러한 기준을 충족하는 임의의 바람직한 이미지 해상도를 제공하도록 선택될 수 있다.By way of example, the
바람직한 해상도(해상가능한 스폿 크기)를 선택한 후에, 렌즈 네트워크(216)는 그에 따라 물체 FOV(220) 크기로 화소(214)를 스케일링하는 배율을 제공하도록 설계된다. 이것은 바람직한 해상가능한 스폿 크기에 상응하는 포인트(230)와 크기가 유사하게 되도록 적합하게 스케일링되는 센서(212)의 각각의 수용기들 전부로 물체 FOV(220)를 채우는 효과를 갖는다. 물체 FOV(220) 내에 바람직한(예를 들면 최소의) 최소 해상가능 물체 혹은 포인트(230)에 센서 특성을 매칭/매핑하는 것은 이미지 형성 시스템(200)을 절대 공간 해상도 면에서 정의하며, 본 발명의 일 면에 따라 시스템의 동작 성능을 향상시킨다.After selecting the desired resolution (resolution spot size), the
다른 예시에 의해서, 이 예에 따라 단위-매핑을 제공하기 위해서, 센서 어레이(212)가 약 10.0마이크론의 화소 피치(228)을 제공하는 것으로 가정한다. 렌즈 네트워크(216)는 대물렌즈(234) 및 2차 렌즈(236)를 포함한다. 예를 들면, 대물 렌즈(234)는 대물렌즈와 2차 렌즈 간 간격을 유연성있게 하면서, 무한대 공액에서 2차 렌즈로 세팅될 수 있다. 실질적으로 모든 화소들(214)은 대물렌즈(234)에 의해 정해지는 대물 FOV(220)에 투영되는 것에 유의한다. 예를 들면, 각각의 화소(214)는 바람직한 최소 해상가능 스폿 크기와 거의 동일한 크기로 대물렌즈(234)를 통해 스케일링된다. 이 예에서, 이미지 평면(222)에서의 바람직한 해상도는 1마이크론이다. 이에 따라, 10배의 확대가 작용하여 10마이크론 화소를 물체 평면(222)에 다시 투영하여 이를 1마이크론의 크기로 축소시킨다.As another example, assume that the
어레이(212) 및 연관된 화소(214)의 크기 축소는 전달 렌즈(236)를 약 150밀리미터의 초점길이 "D2"(어레이(212)에서 전달 렌즈(236)로)를 갖도록 선택하고, 대물렌즈를 예를 들면 약 15밀리미터의 초점길이 "D1"(대물렌즈(236)에서 물체 평면(222)로)를 갖도록 선택함으로써 달성될 수 있다. 그러므로, 화소(214)는 화소 당 약 1.0마이크론으로 크기가 효과적으로 감소되고, 이에 따라 바람직한 해상가능한 스폿(230)의 크기를 매칭시키게 되고 물체 FOV(220)를 "가상으로 축소된" 화소 어레이로 채우게 된다. 하나 이상의 렌즈의 다른 배열을 바람직한 스케일링을 제공하도록 채용될 수 있음을 알 것이다.
The size reduction of the
전술한 바에 비추어, 이 기술에 숙련된 자들은 본 발명의 일 면에 따라 광학 매질(예를 들면, 렌즈 네트워크(216))를, 실질적으로 모든 이미지 및 물체 FOV에 대해 물체 및 이미지 공간이 "단위-매핑" 혹은 "단위-매칭"됨을 정의하는 구성을 갖는 비교적 저렴한 표준의 "기성" 성분들로 설계할 수 있음을 알 것이다. 렌즈 네트워크(216) 및 특히 대물렌즈(234)는 k-공간에서("역-공간"이라고 함) 물체 및 이미지의 프리에 변환을 수행한다. 본 발명의 k-공간 설계에 의해 이미지 최적화를 위해 취해지는 것이 이 변환이다.In view of the foregoing, those skilled in the art have described optical media (eg, lens network 216) in accordance with an aspect of the present invention, wherein "objects and image spaces are" units "for substantially all images and object FOVs. It will be appreciated that one can design with relatively inexpensive standards of "off-the-shelf" components having a configuration defining "mapping" or "unit-matching".
물체 평면의 작은 흐릿한 원 혹은 에어리 디스크(airy disk)는 거의 일 대 일 대응으로 이미지 평면 내 화소들(예를 들면 최적으로 선택된 이미지 센서의)을 에어리 디스크에 매칭시키는 설계에 의해 정의되며 따라서 화소화된 어레이의 프리에 변환이 매칭될 수 있다. 이것은, 설계에 의해 광학적으로, 에어리 디스크가 수용기 혹은 화소 피치와 거의 동일한 크기로 되게 렌즈 네트워크(216)를 통해 스케일링됨을 의미한다. 전술한 바와 같이, 렌즈 네트워크(216)는 진성 공간 필터(예를 들면, k-공간 필터)를 구성하기 위해 정의된다. 이러한 설계 정의 및 구현으로 k-공간에서의 물체 및 이미지 모두의 스펙트럼 성분들은 거의 동일하게 되거나 양자화될 수 있다. 이것은 또한 센서의 MTF(Modulation Transfer Function)(콘트라스트 대 공간 해상도의 비교)가 본 발명의 일 면에 따라 물체 평면의 MTF에 매칭될 수 있다.Small blurry circles or airy disks on the object plane are defined by a design that matches the pixels in the image plane (e.g., of the optimally selected image sensor) to the airy disk in a nearly one-to-one correspondence and thus pixelation. The transform can be matched to the free of the array. This means, by design, that the airy disk is scaled through the
도 3에 도시한 바와 같이, k-공간은 대물렌즈(234)와 2차 렌즈(236) 사이의 영역으로서 정의된다. 여기 기술된 바와 같이 단위 혹은 k-공간 매핑에 따라 물체 FOV(220)에 센서 어레이(212)를 축소시켜, 매핑 및/또는 투영하는 어떠한 광학 매질, 렌즈 유형 및/또는 렌즈 조합이든 본 발명의 범위 내에 있음을 알 것이다.As shown in FIG. 3, k-space is defined as the area between the
도 3에 도시한 예시한 렌즈/센서 조합의 신규성을 예시하기 위해서, 종래의 기하학적 근축 광선 기술에 따른 크기의 종래의 대물렌즈는 일반적으로 확대, 개구수, 및 초점길이 및 이외 대물렌즈에 의해 제공되는 파라미터에 따라 크기가 정해지는 것에 유의한다. 따라서, 대물렌즈는 작은 물체들의 확대를 제공하기 위해서 센서(종래의 현미경에서 접안렌즈)에 접근시키거나 가깝게 하는 후속 렌즈보다 긴 초점길이를 갖는 크기가 될 것이다. 이에 따라, 물체 평면에 작은 물체의 확대가 센서의 "부분들"에 걸쳐 물체들의 확대된 이미지로서 투영될 수 있게 되고 센서의 다른 문제들중에서도, 알려진 상세 흐림(예를 들면, 광학에 레일레이 회절 및 이외 한계), 공 배율 문제, 나이키스트 얼라이어싱이 초래된다. 본 발명의 k-공간 설계는 종래의 기하학적 근축 광선 설계 원리에 대한 대안으로서 작용한다. 즉, 대물렌즈(234) 및 2차 렌즈(236)는 렌즈들의 관계에 의해 나타난 바와 같이, 물체 FOV(220)에 센서 어레이(212)의 크기 축소를 제공하도록 작용한다.To illustrate the novelty of the illustrated lens / sensor combination shown in FIG. 3, conventional objectives of size according to conventional geometric paraxial beam techniques are generally provided by magnification, numerical aperture, and focal length and other objective lenses. Note that the size is determined according to the parameter. Thus, the objective lens will be sized to have a longer focal length than the subsequent lens that approaches or approaches the sensor (eyepiece in a conventional microscope) to provide magnification of small objects. This allows the magnification of a small object on the object plane to be projected as an enlarged image of the objects over the "parts" of the sensor and, among other problems of the sensor, known detail blur (e.g. Ray-ray diffraction on optics) And other limitations), co-power problems, and Nyquist aliasing. The k-space design of the present invention serves as an alternative to conventional geometric paraxial beam design principles. That is, the
조명원(240)으로부터의 광자가 센서(212) 내 수용기가 활성화될 수 있게 FOV(234) 내 물체를 통해 전달 및/또는 이들 물체로부터 반사될 수 있도록 본 발명에 이 조명원(240)이 제공될 수 있다. 본 발명은 잠재 자체발광 물체들(예를 들면, 전술한 바와 같이 방출 특성을 가진 물체 혹은 시료)이 센서(12)를 활성화시키기에 충분한 방사를 방출한다면 조명원(240) 없이 본 발명이 잠재적으로 채용될 수 있는 것에 유의한다. 실질적으로, 코히런트 및 비-코히런트 조명원, 가시 및 비- 가시 파장을 포함하여 어떠한 조명원(240)이든 적용될 수 있다. 그러나, 비-가시 파장 조명원의 경우, 이에 맞는 센서(212)가 사용될 것이다. 예를 들면, 적외 혹은 자외 조명원인 경우, 적외 혹은 자외 센서(212)가 각각 채용될 것이다. 이외 다른 조명원(240)은 파장에 특정한 조명, 광대역 조명, 연속 광원, 스트로브 광원, 쾰러 조명, 아베 조명, 상-콘트라스트 조명, 암시야 조명, 명시야 조명, 및 에피 조명을 포함할 수 있다. 투과 혹은 반사 조명 기술도 적용될 수 있다.The
도 4는 매핑 특성 및, X축에 투영된 화소 크기와 Y축에 회절 한계 스폿 해상 크기 "R" 간의 비교 그래프(300)를 도시한 것이다. 그래프(300)의 정점(310)은 투영된 화소 크기와 회절 한계 스폿 크기 간 단위 매핑에 상응하는 것으로, 본 발명에 따른 렌즈 네트워크와 센서 간의 최적의 관계를 나타낸다.4 shows a mapping graph and a
일반적으로 대물렌즈(234)(도 3)는 최소 해상가능 물체들의 회절 한계 크기 "R"이 투영된 화소 크기보다 작게 되게 선택되어서는 안 되는 것을 알 것이다. 그와 같이 한다면, "경제적인 낭비"가 발생할 수 있어 보다 정밀한 정보가 손실된다(예를 들면, 이를테면 더 큰 개구수를 갖는 것 같은, 필요한 것보다 비싼 대물렌즈를 선택하는 것). 이것을 분할선(320) 우측에 참조부호 330로 도시하였고 참조부호 330은 투영된 화소(340)를 두개의 작은 회절 스폿(350)보다 크게 도시하고 있다. 반대로, 회절 한계 수행을 투영된 화소 크기보다 크게 되게 대물렌즈가 선택된 경우, 흐릿함 및 공 배율이 일어날 수 있다. 이것은 참조부호 360으로 선(320) 좌측에 도시하였으며, 여기서 투영된 화소(370)는 회절 한계 물체(380)보다 작다. 그러나, 실질적으로 1 대 1 대응이 투영된 화소 크기와 회절 한계 스폿 간에 달성 되지 않을지라도, 시스템은 매칭이 최적 이하로(예를 들면, 그래프(300) 상의 정점(310)으로부터 선(320)의 좌측 혹은 우측 아래로 가는 0.1%, 1%, 2%, 5%, 20%, 95%) 구성될 수 있고 그래도 본 발명의 일 면에 따라 적합한 성능을 제공함을 알 것이다. 따라서, 최적 매칭 이하는 본 발명의 정신 및 범위 내에 포함되는 것이다.It will generally be appreciated that objective lens 234 (FIG. 3) should not be chosen such that the diffraction limit magnitude "R" of the minimum resolution objects is smaller than the projected pixel size. Doing so may result in "economic waste" resulting in more accurate information being lost (eg, choosing an objective lens that is more expensive than necessary, such as having a larger numerical aperture). This is shown to the right of the
예를 들면, 도 3에 도시한 바와 같이 시스템에서 렌즈의 직경은, 물체 공간에서 센서 공간까지 프리에 변환이 수행되었을 때 전술한 대역 통과 영역 내에 있는 중요한 공간 주파수들(예를 들면, 화소의 크기 및 형상을 정의하는데 사용되는 주파수들)이 실질적으로 감쇄되지 않게 하는 크기이어야 함을 알 것이다. 일반적으로 이것은 중요한 공간 주파수들이 감쇄되지 않게 하기 위해서는 직경이 보다 큰 렌즈(예를 들면 10 내지 100밀리미터)가 선택되어야 함을 의미한다.For example, as shown in FIG. 3, the diameter of the lens in the system is determined by the critical spatial frequencies (e.g., pixel size and It will be appreciated that the frequencies used to define the shape must be of a magnitude that does not substantially attenuate. In general this means that a larger diameter lens (
도 5에 본 발명에 따른 변조 전달 함수(400)를 도시하였다. Y축에는 블랙 내지 화이트의 콘트라스트의 백분율을 정의하는 0 내지 100%의 변조 백분율이 도시되었다. X축에는 마이크론 간격으로 절대 공간 해상도가 도시되었다. 선(410)은 가변하는 공간 해상도에 대해 변조 백분율이 약 100%로 일정하게 있는 것을 나타낸다. 따라서, 변조 전달 함수는 센서의 신호 대 잡음 감도에 의해 부과된 한계까지는 본 발명의 경우 약 1이다. 예시 목적으로, 종래의 광학 설계의 변조 전달 함수는, 대체로 점근적 범위가 일반적으로 공간 해상도 감소에 변조 백분율(콘트라스트)가 감소하는 것이 특징인 지수함수적인 곡선일 수 있는 선(420)으로 도시되었다.
5 shows a
도 6은 그래프(500)의 Y축에 도시한 절대 공간 해상도(마이크론 단위의 RA) 및 X축에 도시한 FOV(마이크론 단위의 F)의 두 주요 인자에 종속하는 본 발명의 양자화 가능한 성능지수(FOM)를 도시한 것이다. "공간 필드 지수(spatial Field Number)"(S)라 하는 적합한 FOM은 이들 2개의 이전의 양들의 비로서 표현될 수 있고, 보다 큰 S 값들이 다음과 같이 이미지 형성엔 바람직하다.FIG. 6 shows the quantizable figure of merit of the present invention dependent on two main factors: absolute spatial resolution (RA in microns) on the Y axis of the
S = F/RAS = F / RA
선(510)은 FOV에 걸쳐, 그리고 종래의 시스템들에 비해 향상된 절대 공간 해상도의 서로 다른 값들에 대해 거의 일정한 상태에 있음을 나타내고 있다.
도 7 도 8, 도 14, 도 15, 도 16은 본 발명에 따른 이미지 형성 수행을 용이하게 하는 방법들을 도시한 것이다. 설명을 간단하게 할 목적으로, 방법들은 일련의 단계들로 도시하고 기술될 수도 있는데, 본 발명은 단계들의 순서에 의해 한정되지 않고 본 발명에 따라 일부 단계들은 다른 순서들로 및/또는 여기 도시 및 기술된 바와는 다른 단계들과 동시에 행해질 수 있음을 알 것이다. 예를 들면, 이 기술에 숙련된 자들은 대안으로 방법을, 이를테면 상태도에서처럼 일련의 서로 관계된 상태 혹은 이벤트들로서 대안적으로 나타낼 수도 있을 것임을 알 것이다. 또한, 전부를 도시하진 않은 단계들을 본 발명에 따른 방법을 구현하는데 필요할 수도 있다.8, 14, 15, and 16 illustrate methods for facilitating image forming according to the present invention. For the purpose of simplicity of explanation, the methods may be shown and described in a series of steps, the invention being not limited by the order of the steps and in accordance with the invention some steps in different orders and / or shown and It will be appreciated that the same may be done with other steps as described. For example, those skilled in the art will appreciate that alternatively the method may alternatively be represented as a series of interrelated states or events, such as in a state diagram. In addition, steps not shown in the entirety may be necessary to implement the method according to the invention.
도 7의 610으로 진행하여, k-공간 설계의 단위-매핑 및 최적화를 제공하기 위해서 화소의 거의 동일한 크기에서 회절 한계 특성을 갖는 렌즈들이 선택된다. 614에서, k-공간 내에서 공간 주파수들이 감소되지 않도록 렌즈 특성이 또한 선택 된다. 전술한 바와 같이, 이것은 일반적으로 중요한 바람직한 k-공간 주파수들의 감쇄를 완화시키기 위해 보다 큰 직경의 광학들이 선택됨을 의미한다. 618에서, 센서의 위치에 의해 형성되는 이미지 평면에서 피치 "P"를 갖는 화소들이, 피치에 따라, 물체 FOV 내에서 거의 회절 한계 스폿(예를 들면, 단위-매핑되는) 크기로 물체 FOV에 맞게 스케일링되도록 하는 렌즈 구성이 선택된다. 622에서, 이미지는 실시간 모니터링을 위해 센서로부터 데이터를 출력하고 및/또는 컴퓨터 디스플레이에 직접적인 표시 및/또는 이에 이어 장치내에서 혹은 원격에서 이미지 치리 및/또는 메모리에서 분석을 위해 데이터를 메모리에 저장함으로써 발생된다.Proceeding to 610 of FIG. 7, lenses having diffraction limit characteristics at approximately the same size of pixels are selected to provide unit-mapping and optimization of the k-space design. At 614, the lens characteristic is also selected so that spatial frequencies are not reduced in k-space. As mentioned above, this generally means that larger diameter optics are selected to mitigate the attenuation of the desired k-space frequencies, which is important. At 618, pixels with a pitch "P" in the image plane formed by the position of the sensor fit the object FOV to a size that is nearly diffraction limit spot (eg, unit-mapped) within the object FOV, depending on the pitch. The lens configuration to be scaled is selected. At 622, the image outputs data from the sensor for real-time monitoring and / or displays the data directly on a computer display and / or subsequently stores the data in memory for analysis in image processing and / or memory in the device or remotely. Is generated.
도 8은 본 발명의 일 면에 따라서 광학/이미지 형성 시스템을 설계하기 위해 채용될 수 있는 방법을 도시한 것이다. 방법은 시스템용으로 적합한 센서 어레이를 선택하는 700에서 시작한다. 센서 어레이는 통상 제조업자에 의해 정해지는 기지의 피치 크기를 갖는 수용기 화소 매트릭스를 포함한다. 센서는 실질적으로 임의의 형상(예를 들면, 사각형, 원형, 정사각형, 삼각형, 등)일 수 있다. 예시에 의해서, 10㎛의 피치 크기를 갖는 640 x 480 화소들의 센서를 선택한 것으로 가정한다. 광학 시스템은 본 발명의 일면에 따라 센서 어레이의 임의의 유형 및/또는 크기에 대해 설계될 수 있음을 알 것이다.8 illustrates a method that may be employed to design an optical / image forming system in accordance with an aspect of the present invention. The method starts at 700 selecting a suitable sensor array for the system. The sensor array typically includes a receiver pixel matrix having a known pitch size as determined by the manufacturer. The sensor can be substantially any shape (eg, square, round, square, triangular, etc.). By way of example, assume that a sensor of 640 x 480 pixels with a pitch size of 10 μm is selected. It will be appreciated that the optical system may be designed for any type and / or size of sensor array in accordance with an aspect of the present invention.
다음에 710에서, 이미지 해상도를 정한다. 이미지 해상도는 이미지 평면에서 최소의 바람직한 해상가능한 스폿 크기에 해당한다. 이미지 해상도는 이를테면 최소 회절 한계의 크기 이상인 임의의 해상도와 같이, 광학 시스템이 설계되고 있는 애플리케이션(들)에 근거해서 정해질 수 있다. 따라서, 실질적으로 임의의 유 형의 애플리케이션에 대해 바람직한 이미지 해상도를 제공하는데 맞추어 정할 수 있는 선택가능한 설계 파라미터가 된다는 것을 알 것이다. 대조적으로, 대부분의 종래의 시스템들은, 렌즈 본연의 공간 해상도는 주어진 파장에 대해 회절 한계를 초과할 수 없다는 것인 레일레이 회절에 따라 해상도를 한정하는 경향이 있다.Next, at 710, the image resolution is determined. Image resolution corresponds to the minimum desired resolution spot size in the image plane. Image resolution may be determined based on the application (s) the optical system is being designed, such as any resolution that is at least the magnitude of the minimum diffraction limit. Thus, it will be appreciated that there are selectable design parameters that can be tailored to provide the desired image resolution for virtually any type of application. In contrast, most conventional systems tend to limit the resolution in accordance with Rayleigh diffraction, which means that the lens's native spatial resolution cannot exceed the diffraction limit for a given wavelength.
바람직한 해상도를 선택한 후에(710), 이러한 해상도를 달성하기 위해서 720에서 적합한 양의 배율을 결정한다. 예를 들면, 배율은 함수적으로 센서 어레이의 화소 피치와 최소 해상가능한 스폿 크기에 관계된다. 배율(M)은 다음과 같이 표현될 수 있다.After selecting the desired resolution (710), a suitable amount of magnification is determined at 720 to achieve this resolution. For example, the magnification is functionally related to the pixel pitch of the sensor array and the minimum resolvable spot size. The magnification M can be expressed as follows.
M = x/y 식(1)M = x / y equation (1)
x는 센서 어레이의 화소 피치,x is the pixel pitch of the sensor array,
y는 바람직한 이미지 해상도(최소 스폿 크기)이다.y is the preferred image resolution (minimum spot size).
따라서, 화소 피치가 10㎛이고 바람직한 이미지 해상도를 1㎛로 가정한 위의 예에 있어서, 식(1)은 10배율의 광학 시스템을 제공한다. 즉, 각각의 10㎛ 화소를 물체 평면에 역 투영하여 각각의 화소들을 1마이크론의 해상가능한 스폿 크기로 축소시키도록 구성된다.Thus, in the above example assuming that the pixel pitch is 10 mu m and the preferred image resolution is 1 mu m, equation (1) provides an optical system of 10 magnification. That is, it is configured to reverse project each 10 μm pixel onto the object plane to reduce each pixel to a 1 micron resolution spot size.
도 8의 방법은 또한 730에서 개구수의 결정을 포함한다. 개구수(NA)는 광학 시스템에 대해 710에서 결정된 최소 해상가능 스폿 크기에 대물렌즈의 NA를 관계시키는 확립된 회절법칙에 따라 결정된다. 예에 의해서, NA의 계산은 다음 식에 근거할 수 있다.The method of FIG. 8 also includes the determination of the numerical aperture at 730. The numerical aperture NA is determined according to the established diffraction law which relates the NA of the objective lens to the minimum resolvable spot size determined at 710 for the optical system. By way of example, the calculation of NA may be based on the following equation.
NA = 0.5 x λ/y 식(2) NA = 0.5 x λ / y equation (2)
λ는 센서 어레이의 화소 피치,λ is the pixel pitch of the sensor array,
y는 바람직한 이미지 해상도(최소 스폿 크기)이다.y is the preferred image resolution (minimum spot size).
광학 시스템이 y = 1마이크론의 해상된 스폿 크기를 갖는 예를 계속하고, 약 500nm의 파장(예를 들면, 녹색광)을 가정하면, NA=0.25가 식(2)를 만족시킨다. 비교적 저렴한 시판중의 10배율의 대물렌즈는 0.25의 개구수를 제공하는 것에 유의한다.If the optical system continues the example with a resolved spot size of y = 1 micron, assuming a wavelength of about 500 nm (eg green light), NA = 0.25 satisfies equation (2). Note that a relatively inexpensive 10x objective lens on the market provides a numerical aperture of 0.25.
식(2)에 나타낸 NA, 파장과 해상도 간 관계는 대물렌즈 및 집광렌즈의 작용를 밝히는 여러 가지 인자들에 따라 다른 방법으로 표현될 수 있음을 알 것이다. 따라서, 본 발명의 일면에 따라 730에서의 결정은 어떤 특정한 식으로 한정되는 것이 아니라, 단순히, NA가 함수적으로 파장 및 해상도에 관계된다는 기지의 일반적인 물리법칙에 따른다. 렌즈 파라미터가 선택된 센서(700)에 따라 설계된 후에, 본 발명의 일면에 따른 광학 시스템(740)을 제공하도록, 대응하는 광학 성분들이 배열될 수 있다.It will be appreciated that the relationship between NA, wavelength and resolution shown in equation (2) can be expressed in different ways depending on various factors that reveal the action of the objective lens and the condenser lens. Thus, in accordance with an aspect of the present invention, the crystal at 730 is not limited to any particular formula, but merely follows known general physical laws that the NA is functionally related to wavelength and resolution. After the lens parameters are designed according to the selected
예시 목적으로, 도 8의 방법에 따라 제작되는 예로서의 광학 시스템은 현미경 디지털 이미지 형성용으로 채용되는 것으로 가정한다. 비교로, 통상의 현미경 사용에서, 1마이크론( 및 그 미만)에 이르는 크기의 구조물들을 이미지화하고 해상하기 위해서, 보통 수백의 배율이 필요하다. 이에 대한 기본적인 이유는 통상 광학들은 선택된 센서가 사람의 눈일 때의 상황을 위해 설계되었기 때문이다. 대조적으로, 도 8의 방법은 센서에 관하여 광학 시스템을 설계하며, 이는 감소된 비용으로 현저한 성능 향상을 가능하게 한다. For illustrative purposes, it is assumed that an example optical system made according to the method of FIG. 8 is employed for microscopic digital image formation. In comparison, in conventional microscopy, hundreds of magnifications are usually required to image and resolve structures up to 1 micron (and less) in size. The basic reason for this is that optics are typically designed for situations when the selected sensor is the human eye. In contrast, the method of FIG. 8 designs an optical system with respect to the sensor, which allows for significant performance improvements at reduced cost.
k-공간 설계 방법에서, 본 발명의 일면에 따라서, 광학 시스템은 기지의 고정된 크기를 갖는 개개의 센서에 대해 설계된다. 결국, 방법은 센서 크기를 물체평면에 "역 투영"시키고 배율을 계산하는 훨씬 더 수월하고, 강건하고 저렴한 광학 시스템 설계 방법을 제공할 수 있다. 방법의 제2 부분은 배율을 제공하는 광학이 역 투영된 화소와 유사한 크기의 스폿을 광학적으로 해상하기에 충분한 NA를 용이하게 갖게 한다. 본 발명의 일면에 따라 설계된 광학 시스템은 전용(cumtom) 및/또는 기성 성분들을 이용할 수 있는 잇점이 있다. 따라서, 이 예에서, 적합한 결과를 얻는데 있어 본 발명의 일면에 따라 저렴한 광학을 사용할 수 있는데, 보정된 현미경 광학이 비교적 저렴하다. 본 발명에 따라, 맞춤 설계된 광학이 이용되면, 허용가능한 배율 및 개구수의 범위는 상당히 커지게 되고, 기성 광학 성분 사용에 비해 어떤 성능 이득이 실현될 수 있다.In the k-space design method, according to one aspect of the invention, the optical system is designed for individual sensors having a known fixed size. As a result, the method can provide a much easier, robust and inexpensive optical system design method of “back projecting” the sensor size into the object plane and calculating the magnification. The second part of the method allows the optics providing the magnification to easily have a NA sufficient to optically resolve spots of similar size as the back projected pixels. Optical systems designed according to one aspect of the present invention have the advantage of using cumtom and / or ready-made components. Thus, in this example, inexpensive optics can be used in accordance with an aspect of the present invention in obtaining a suitable result, with the corrected microscope optics being relatively inexpensive. According to the present invention, when custom designed optics is used, the range of acceptable magnifications and numerical apertures becomes quite large, and certain performance gains can be realized over the use of ready-made optical components.
도 1-8에 관련하여 전술한 개념에 비추어, 복수의 관계된 이미지 형성 애플리케이션이 본 발명에 의해 가능해질 수 있고 향상될 수 있다. 예를 들면, 이들 애플리케이션들은 다음의 것들로 한정되는 것은 아니나, 이미지 형성, 제어, 조사, 현미경 및/또는 이와 다른 자동화된 분석, 이를테면,In view of the concepts described above with respect to FIGS. 1-8, a plurality of related image forming applications may be enabled and improved by the present invention. For example, these applications are not limited to the following, but include, but are not limited to, image forming, control, inspection, microscopy and / or other automated analysis, such as
(1) 생물의학 분석(예를 들면, 세포 군체 카운팅, 조직학, 냉동실, 세포학, 혈액암, 병리학, 종양학, 형광, 간섭, 상 및 이외 많은 다른 임상 현미경 애플리케이션); (1) biomedical analysis (eg, cell colony counting, histology, freezer, cytology, hematology, pathology, oncology, fluorescence, interference, phase and many other clinical microscopy applications);
(2) 입자 크기 측정 애플리케이션(예를 들면, 약 제조자, 페인트 제조업자, 화장품 제조업자, 음식 프로세스 엔지니어링, 및 그 외); (2) particle size measurement applications (eg, drug manufacturers, paint manufacturers, cosmetic manufacturers, food process engineering, and others);
(3) 공기 질 모니터링 및 부유 미립자 측정(예를 들면, 청정실 증명, 환경 증명, 등);(3) air quality monitoring and suspended particulate measurement (eg, cleanroom proof, environmental proof, etc.);
(4) 광학적 결함 분석, 및 투과성 및 불투명 물질들(야금, 자동 반도체 검사 및 분석, 자동 시각 시스템, 3-D 이미지 형성 등에서처럼)의 고 해상 현미경 검사를 위한 다른 요건; 및(4) other requirements for optical defect analysis and high resolution microscopy of transmissive and opaque materials (such as in metallurgy, automated semiconductor inspection and analysis, automatic vision systems, 3-D image formation, etc.); And
(5) 카메라, 복사기, FAX기, 및 의료 시스템과 같은 이미지 형성 기술(5) image forming technologies such as cameras, copiers, fax machines, and medical systems
등을 포함할 수 있다.And the like.
도 9, 도 10, 도 11, 도 12, 도 13은 도 1-8에 관련하여 전술한 개념들을 채용하여 구성될 수 있는 가능한 예의 시스템들을 도시한 것이다. 도 9는 본 발명에 따라 구성된 이미지 형성 시스템(800)에서의 광로 흐름도이다.9, 10, 11, 12, and 13 illustrate possible example systems that may be configured employing the concepts described above with respect to FIGS. 1-8. 9 is an optical path flow diagram in an
시스템(800)은 집광기(808)에 의해 수신되는 조명광을 방사하는 광원(804)을 채용한다. 집광기(808)로부터의 출력은 폴드 미러(fold mirror)(812)에 의해 현미경 집광렌즈(816)로 보내질 수 있고 집광렌즈(816)는 조명광을 슬라이드 스테이지(820)에 투영시키며, 물체(도시생략, 슬라이드 스테이지 위에 혹은 내에 위치함)가 본 발명에 따라 이미지화될 수 있다. 슬라이드 스테이지(820)는 대물렌즈(832)에 의해 형성되는 FOV 내에 하나 이상의 물체들을 이미지화하기 위해서 컴퓨터(824) 및 연관된 슬라이드 피드(828)를 통해 자동으로 위치가 정해진다. 시스템(800)에 도시된 대물렌즈(832) 및/또는 이외 성분들은 상이한 및/또는 원하는 이미지 특성(예를 들면, 배율, 초점, FOV 내 나타낼 물체, 시야 심도 등)을 달성하기 위해서 수동으로 조정될 수도 있고 및/또는 컴퓨터(824) 및 관련된 제어(도시생략)(예를 들면, 서보 모터, 튜브 슬라이드, 선형 및/또는 회전식 위치 엔코더, 광학, 자기, 전자, 혹은 이외 피드백 메카니즘, 제어 소프트웨어 등)를 통해 자동으로 조정될 수도 있는 것에 유의한다.
대물렌즈(832)로 출력된 광은 선택적인 빔 스플리터(840)를 통해 보내질 수 있는데, 이 빔 스플리터(840)는 광 정형 광학(844) 및 연관된 광원(848)을 포함하는 택일적 에피-조명부(842)(슬라이드 스테이지(820) 위로부터 물체들을 조명하기 위한)와 더불어 동작한다. 빔 스플리터(840)를 통과한 광은 이미지 형성 렌즈(850)에 의해 수신된다. 이미지 형성 렌즈(850)로부터의 출력은 폴드 미러(860)를 통해 CCD 혹은 이외 다른 이미지 형성 센서 혹은 장치(854)에 보내질 수 있다. CCD 혹은 이외 다른 이미지 형성 센서 혹은 장치(854)는 물체로부터 수신된 광을 컴퓨터(824)에 전송하기 위한 디지털 정보로 변환하고, 물체 이미지가 실시간으로 사용자에게 표시될 수 있고 및/또는 864에서 메모리에 저장될 수 있다. 전술한 바와 같이, CCD 혹은 이외 다른 이미지 형성 센서 혹은 장치(854)에 의해 캡처된 이미지를 형성하는 디지털 정보는 비트-맵 정보로서 컴퓨터(824)에 의해 디스플레이/메모리(864)에 보내질 수 있다. 원한다면, 소정의 샘플 혹은 이미지와의 자동 비교와 같은 이미지 처리를 수행하여 검사중의 물체의 신원을 결정 및/또는 이를 분석할 수 있다. 이것은 메모리(864) 내에 포획된 이미지 데이터에 적용될 수 있는 실질적으로 임의의 유형의 이미지 처리 기술 혹은 소프트웨어의 채용을 포함할 수도 있다.Light output to the
도 10은 본 발명의 일면에 따라 이미지 형성 설계에 모듈형 방식을 나타낸 시스템(900)이다. 시스템(900)은 대략 8마이크론(혹은 이외의 크기)의 화소 피치를 갖는 센서 어레이(910)(예를 들면, 기성의 카메라 내 설치된)에 근거할 수 있고, 여기서 어레이 크기들은 640 x 480 내지 1280 x 1024(혹은 위와 같이 이외의 크기)로 다를 수 있다. 시스템(900)은 각각의 모듈이 다른 모듈로부터 실질적으로 분리되는 것인 모듀형 설계를 포함하고, 딸서, 정렬 공차가 완화된다.10 is a
모듈들은,Modules are
. 이미지 형성 렌즈(916) 및/또는 폴드 미러(918)를 포함하는 카메라/센서 모듈(914);. A camera /
. k-공간 영역(922)에의 삽입을 위한 에피-조명 모듈(920);. epi-
. 샘플 유지 제공 모듈(924);. Sample
. 집광기(924)를 포함하는 광 정형 모듈(930);. A
. 서브-스테이지 조명 모듈(940)을 포함할 수 있다..
시스템(900)은 예를 들면 다음과 같은 시판중의 성분들을 채용할 수 있는 잇점이 있는 것에 유의하다.Note that the
. 광 제공을 위한 집광기 광학(934)(NA<=1).
. (예를 들면, 올림푸스 U-SC-2) . (E.g. Olympus U-SC-2)
. 소정의 배율에 대해서, 물체 평면에 투영된 화소 피치가 광학의 회절 한계로 해상된 스폿과 크기가 유사한 바람직한 특성을 만족시키도록 선택된 배율 및 개구수, 예를 들면 (4x, 0.10), (10x, 0.25), (20x, 0.40), (40x, 0.65)인 표준 플란/아크로마틱(plan/achromatic) 대물렌즈(944).
. For a given magnification, the magnification and numerical aperture selected such that the pixel pitch projected on the object plane satisfies the desired characteristic, which is similar in size to the spot resolved by the diffraction limit of the optics, for example (4x, 0.10), (10x, 0.25), (20x, 0.40), (40x, 0.65) standard plan /
시스템(900)은, 예를 들면, 이미지 형성 렌즈(916)를 f=150mm 수색성 3중 렌즈(achromatic triplet)로 하였을 때와 같이, 보조 및/또는 추가 광학 성분들, 모듈들, 필터들, 등을 922에서 k-공간 영역에 용이하게 삽입시키기 위해서 대물렌즈(944)와 이미지 형성 렌즈(916) 간의 무한대-공간(k-공간)을 이용한다. 또한, 대물렌즈(944)와 이미지 형성 렌즈(916) 간 무한대-공간(k-공간)은 에피-조명을 위해 광(광 형성 경로를 통해)을 광학 경로에 용이하게 주입하기 위해서 제공될 수 있다. 예를 들면, 에피-조명을 위한 광 형성 경로는,The
. 안정 전류 서플라이로부터 구동되는 LED와 같은 광원(950);. A
. (예를 들면, HP HLMP-CW30) . (For example, HP HLMP-CW30)
. 소스 균질화를 및 공간 가상원(950)의 부과를 위한 전송 홀로그램;. A transmission hologram for source homogenization and for imposing a spatial
. (예를 들면, POC 광 정형 확산기 폴리에스터 막 30도 FWHM) . (E.g., POC optical form
. 소스(950)의 NA를 이미지 형성 광학의 NA로 제한시켜 이미지 형성 광로에 들어가는 산란광의 효과를 줄이기 위한 가변 애퍼처(960);. A
. (예를 들면, 도어랩스 아이리스 다이어프램 SM1D12 05-12.0mm 애퍼처) . (E.g. Door Lapse Iris Diaphragm SM1D12 05-12.0mm Aperture)
. 가상원(950)으로부터 모아지는 광을 최대화하고, 가상원의 k-공간 특성을 이미지 형성 광학의 것에 매칭시키기 위해 채용되는 수집렌즈(960); 및. A collecting
. (예를 들면, f=50mm 비구면 렌즈, f=50mm 수색성 2중렌즈) . (E.g. f = 50mm aspherical lens, f = 50mm achromatic bifocal lens)
. 동축의 광로와 이미지 경로를 형성하기 위해 채용되는 부분 반사형 빔 스플리터(964). 예를 들면, 광학(964)은 제1 면(45도 경사의)에서 50%의 반사율을 제공하며), 제2 면에는 광대역 굴절률 조절 코팅이 되어 있다.
. Partially
서브-스테이지 조명 모듈(940)은 예를 들면 전술한 에피-조명 구성과 유사한 구성에 의해 제공된다.The
. 광원(970)(안정 전류 서플라이로부터 구동되는 LED);. A light source 970 (LED driven from a stable current supply);
(예를 들면, HP HLMP-CW30) (For example, HP HLMP-CW30)
. 소스 균질화 및 공간 가상원의 부과 목적의 전송 홀로그램(광원(970)에 결합됨);. Transmission holograms (coupled to light source 970) for source homogenization and imposition of spatial virtual sources;
(예를 들면, POC 광 정형 확산기 폴리에스터 막 30도 FWHM) (E.g., POC optical form
. 가상원(950)으로부터 모아지는 광을 최대화하고, 가상원의 k-공간 특성을 이미지 형성 광학의 것에 매칭시키기 위해 채용되는 수집렌즈(974);. A collecting
. (예를 들면, f=50mm 비구면 렌즈, f=50mm 수색성 2중렌즈) . (E.g. f = 50mm aspherical lens, f = 50mm achromatic bifocal lens)
. 소스(970)의 NA를 이미지 형성 광학의 NA로 제한시켜 이미지 형성 광로에 들어가는 산란광의 효과를 줄이기 위한 가변 애퍼처(980);. A
. (예를 들면, 도어랩스 아이리스 다이어프램 SM1D12 05-12.0mm 애퍼처) . (E.g. Door Lapse Iris Diaphragm SM1D12 05-12.0mm Aperture)
. 광로를 90도 전환시켜 광학 모듈들을 정확하게 정렬시키기 위한 미세 조절을 제공하는 거울(988); 및. A
. 가변 애퍼처(980)의 이미지를 물체 평면(슬라이드(990)에)에 정확하게 위치가 정해지게 하여, 홀로그래픽 확산기를 적합하게 배치함과 더불어 쾰러 조명을 달성하도록 채용되는 릴레이 렌즈(도시생략).. A relay lens (not shown) which is employed to accurately position the image of the
. (예를 들면, f=100nm 단순 평철(plano-convex) 렌즈). . (E.g. f = 100 nm plano-convex lens).
전술한 바와 같이, 컴퓨터(994) 및 연관된 디스플레이/메모리(998)는 실시간 으로 표시하고 및/또는 본 발명에 따라 캡처된 디지털 이미지 데이터를 저장/처리하도록 제공된다.As noted above,
도 11은 본 발명의 일면에 따른 시스템(1000)을 도시한 것이다. 이 일면에서, 서브-스테이지 조명 모듈(1010)(예를 들면, 쾰러, 아베)은 투과성 슬라이드(1020)(도시하지 않은 검사중의 물체)를 통해 광을 투영시킬 수 있고, 수색성 대물렌즈(1030)는 슬라이드로부터 광을 수신하여 광을 이미지 캡처 모듈(1040)에 보낸다.11 illustrates a
도 12는 본 발명의 일면에 따른 시스템(1100)을 도시한 것이다. 이 일면에서, 최상위-스테이지 혹은 에피-조명 모듈(1110)은 광을 불투명 슬라이드(1120)(도시하지 않은 검사중의 물체)에 투영시킬 수 있고, 대물렌즈(1130)(복합 렌즈장치 혹은 다른 유형일 수 있음)는 슬라이드로부터 광을 받아 광을 이미지 캡처 모듈(1040)에 보낸다. 전술한 바와 같이, 대물렌즈(1130) 및/또는 슬라이드(1120)는 검사되는 물체(들)의 위치를 정하고 및/또는 대물렌즈의 위치를 정하기 위해 수동으로 및/또는 자동으로 제어될 수 있다. 도 13은 복합 대물렌즈(1210)가 수색성 렌즈 대신 채용된 것을 제외하고 도 11에 시스템(1000)과 유사한 시스템(1200)을 도시한 것이다.12 illustrates a
도 1-13에 관련하여 전술한 이미지 형성 시스템 및 처리들은 샘플의 이미지를 캡처/처리하도록 채용될 수 있고, 이미지 형성 시스템들은 이미지 형성 시스템들에 의해 생성된 이미지를 읽어 이 이미지를 많은 현 메모리 기술들로 탑재된 데이터 저장장치 내 다양한 이미지들과 비교하는 프로세서 혹은 컴퓨터에 결합된다. The image forming systems and processes described above with respect to FIGS. 1-13 may be employed to capture / process an image of a sample, where the image forming systems read the image generated by the image forming systems and read this image into many current memory technologies. They are coupled to a processor or computer to compare the various images in the onboard data storage.
예를 들면, 컴퓨터는 비교를 수행하는 분석 성분을 포함할 수 있다. 이미지 처리에 사용되는 많은 알고리즘들 중 일부는 이들로 한정되는 것은 아니나, 콘볼루션(이외 많은 다른 것들이 이에 근거함), FFT, DCT, 시닝(thining)(혹은 골격화), 에지 검출 및 콘트라스트 강조를 포함한다. 이들은 통상 소프트웨어로 구현되나 속도를 위해 전용 하드웨어를 사용할 수도 있다. FFT(고속 프리에 변환)은 한 세트의 이산 데이터 값들의 프리에 변환을 계산하는 알고리즘이다. 예를 들면, 실제 신호로부터 취해진 주기적 샘플링인, 유한 세트의 데이터 점들이 주어졌을 때, FFT는 데이터를 이의 성분 주파수들로 나타낸다. 이것은 또한 주파수 데이터로부터 신호를 재구성하는 근본적으로 동일한 역 관계를 다룬다. DCT(이산 코사인 변환)은 파형을 가중치를 부여한 코사인들의 합으로서 나타내는 기술이다. 이를테면, IDL, 이미지 프로, 매트랩, 및 이외 많은 다른 것들로 한정되진 않으나 이들을 포함하는 이미지 처리용으로 설계된 다양한 현존하는 프로그래밍 언어가 있다. 기능적인 이미지 조작 및 분석을 수행하도록 작성될 수 있는 특별한 맞춤 이미지 처리 알고리즘에 특별한 제한은 없다.For example, the computer may include analytical components to perform the comparison. Some of the many algorithms used in image processing are not limited to these, but convolution (and many others based thereon), FFT, DCT, thinning (or skeletal), edge detection, and contrast enhancement Include. They are typically implemented in software but may use dedicated hardware for speed. Fast Fourier Transform (FFT) is an algorithm that calculates a Fourier transform of a set of discrete data values. For example, given a finite set of data points, a periodic sampling taken from an actual signal, the FFT represents the data in its component frequencies. It also deals with essentially the same inverse relationship to reconstruct a signal from frequency data. Discrete cosine transform (DCT) is a technique for representing a waveform as a sum of weighted cosines. For example, there are a variety of existing programming languages designed for image processing, including but not limited to IDL, Image Pro, Matlab, and many others. There is no particular limitation on particular custom image processing algorithms that can be written to perform functional image manipulation and analysis.
본 발명의 k-공간 설계는 주어진 샘플 물체를 광학적으로 상관된 이미지 처리된 분석을 실시간으로 수행하기 위해서 이미지 내 포함된 프리에 주파수 정보를 저장된 정보에 직접적으로 광학적으로 상관시킬 수 있게 한다.The k-space design of the present invention makes it possible to optically correlate pre-frequency information contained in an image directly to stored information in order to perform optically correlated image processed analysis of a given sample object in real time.
도 14는 앞에서 기술한 시스템 및 처리에 사용될 수 있는 입자 크기를 측정하는 애플리케이션(1300)을 도시한 것이다. 입자 크기 측정은 앞에서 기술한 k-공간 설계 개념에 따라 자동으로 결정되는 입자 크기에 대해 실시간으로 입자의 폐/ 개 루프 모니터링, 제조 및 제어를 포함할 수 있다. 이것은 유사한 혹은 상이한 크기들(n개의 상이한 크기들, n은 정수)을 갖는 여러 입자들 및 m가지 형상/크기의 입자들(m은 정수)의 입자 식별을 위한 자동화된 분석 및 검출 기술을 포함할 수 있다. 본 발명의 일면에서, 원하는 입자 크기 검출 및 분석은 직접 측정 방식을 통해 달성될 수 있다. 이것은 입자 매질 및 연관된 입자 분포의 실질적 고려없이, 화소 당 절대 공간 해상도가 이미지화 된 입자들에, 선형 측정 단위로, 직접적으로 관계됨을 의미한다. 일반적으로 직접 측정은 모델을 생성하는 것이 아니라 어떤 주어진 샘플 내 이미지화된 입자들의 계측(metrology) 및 형태(morphology)를 제공한다. 이것은 모델화 알고리즘, 통계 알고리즘, 및 이외의 현 기술에 의해 나타나는 모델화 한계의 처리를 줄여준다. 이에 따라, 문제는, 원한다면, 입자 데이터가 모델화되기보다는 직접 이미지화되어 측정되기 때문에 측정의 정확성 및 정밀성을 향상시키는 샘플 취급 및 형태 중 하나가 된다.14 illustrates an
입자 크기 측정 애플리케이션(1300)의 1310으로 진행해서, 입자 크기 이미지 파라미터들이 결정된다. 예를 들면, 기본적인 장치 설계는 전술한 바와 같이 바람직한 화소 당 절대 공간 해상도 및 유효 해상 배율로 이미지를 형성하도록 구성될 수 있다. 이들 파라미터들은 예를 들면 FOV, 시야 심도(DOF), 및 작동거리(WD)를 결정한다. 실시간 측정은 실시간으로 공통의 비디오 레이트, 및/또는 원하는 이미지 캡처 레이트로, 선택된 타이밍 간격으로 매체의 비동기 이미지 형성에 의해 달성될 수 있다. 실시간 이미지 형성은 후속 이미지 처리를 위해, 선택된 시간에 이미지들을 캡처함으로써 달성될 수도 있다. 비동기 이미지 형성은 후속 이미지 처 리를 위해 선택된 시간에 기기 조명과 듀티 사이클 펄스를 보냄으로써 선택된 시간에 이미지들을 포획하여 달성될 수 있다.Proceeding to 1310 of the particle
1320에서, 자동(혹은 수동) 분석을 위해 샘플 도입 프로세스가 선택된다. 본 발명에 따라 제작된 이미지 형성 장치에 다음의(이들로 한정되는 것은 아님) 이미지 형성 프로세스들 중 어느 하나로 샘플들이 도입될 수 있다.At 1320, a sample introduction process is selected for automated (or manual) analysis. Samples may be introduced into any of the following image forming processes in (but not limited to) the image forming apparatus fabricated in accordance with the present invention.
1) 앞서 기술한 모든 방법들 및 투과성 매체.1) All the methods and permeable media described above.
2) 큐벳, 슬라이드, 및/또는 투과성 매체 내 개개의 수공 샘플.2) Individual hand samples in cuvettes, slides, and / or permeable media.
3) 예를 들면, 가스 혹은 액체 스트림 내 입자들의 연속한 흐름.3) for example, a continuous flow of particles in a gas or liquid stream.
4) 이미지 형성 장치가 반사형 이미지 형성 장치로 구성된 경우, 샘플들은 불투명할 수 있고 분석되는 물질에 관계없이 불투명 "캐리어"(자동 및/또는 수동) 상에 있을 수 있다.4) If the image forming apparatus is configured as a reflective image forming apparatus, the samples may be opaque and may be on an opaque "carrier" (automatic and / or manual) regardless of the material being analyzed.
1330에서, 프로세스 제어 및/또는 모니터링 시스템을 구성한다. 실시간, 폐 루프 및/또는 개 루프 모니터링, 제조(예를 들면, 입자 크기에 입각한 폐 루프), 및 입자 특성(예를 들면, 크기, 형상, 형태, 단면, 분포, 밀도, 비질량 편차, 및 그외 다른 파라미터들이 자동으로 결정될 수 있다)의 직접적인 측정에 의한 프로세스의 제어. 직접적인 특정 기술들이 소정의 입자 샘플에 관해 수행될지라도, 이 자동 알고리즘 및/또는 프로세스는 원한다면 이미지화된 샘플에 적용될 수 있음을 알 것이다. 또한, 직접 측정에 기초한 입자 특성화 장치는, 직접 측정에 의한 프로세스 제어, 품질제어 등을 위해 입자특성을 모니터하고 통신하기 위해 제조 프로세스의 임의의 소정의 지점에 설치될 수 있다. At 1330, configure a process control and / or monitoring system. Real-time, closed loop and / or open loop monitoring, manufacturing (eg, closed loop based on particle size), and particle characteristics (eg, size, shape, shape, cross section, distribution, density, specific mass deviation, And control of the process by direct measurement of other parameters can be determined automatically). Although direct specific techniques may be performed on a given particle sample, it will be appreciated that this automated algorithm and / or process may be applied to the imaged sample if desired. In addition, particle characterization apparatus based on direct measurement can be installed at any given point in the manufacturing process to monitor and communicate particle properties for process control, quality control, and the like by direct measurement.
1340에서, 분석을 위해 복수의 서로 상이한 샘플 유형들이 선택될 수 있다. 예를 들면, 전술한 형태들 중 어느 한 형태로 입자 샘플들은, 소정의 샘플 유형의 입자 특성을 제어, 기록, 및/또는 통신하기 위해 프로세스의 폐-피드백-루프 시스템의 일부로서(원한다면 개 루프 기술들을 포함할 수도 있다) 장치에 직접 측정을 위해 연속 흐름, 주기적, 및/또는 비동기 프로세스들로 도입될 수 있다. 비동기 및/또는 동기에서, 비동기는 이벤트에 의해 보내진 트리거링 신호나, 이벤트 혹은 이미지 형성을 개시하도록 트리거 신호를 발생하는 물체에 의해 개시되는 트리거 신호에 의한 이미지 형성을 정의하며, 동기는 조명을 트리거하도록 보내진 타이밍 신호에 의한 이미지 형성을 정의한다. 비동기 및/또는 동기 이미지 형성은 실질적으로 임의의 입자 흐름 레이트의 원하는 이미지 필드에 일치되게 조명원에 펄스를 보냄으로써 달성될 수 있다. 이것은 이미지 센서가 처리 및 분석을 위한 이미지를 캡처하고, 표시하고 기록하도록 소정의 듀티 사이클로 고체 상태 조명을 "플래시" 온 오프하기 위해, 예를 들면 컴퓨터에 의해서, 및/또는 기계식, 광학식 및/또는 전자식의 "트리거" 메카니즘에 의해 제어될 수 있다. 이것은 매체 내 흐르는 입자의 활동을 중지시키기 위해서 아니면 그보다는 입자의 운동을 정지시키기 위해 효과적으로 시간이 맞추어질 수 있다면 수월한 조명 및 이미지 형성 프로세스를 제공한다. 또한, 이것은 이미지 필드 내 샘플이 후속 이미지 처리 및 분석을 위해 필드 내 입자들을 포획할 수 있게 한다. At 1340, a plurality of different sample types can be selected for analysis. For example, particle samples in any of the above-described forms may be used as part of a closed-feedback-loop system of a process (open loop if desired) to control, record, and / or communicate particle properties of a given sample type. Techniques may be incorporated) into the device in continuous flow, periodic, and / or asynchronous processes for direct measurement. In asynchronous and / or synchronous, asynchronous defines an image formation by a triggering signal sent by an event or by a trigger signal initiated by an object generating a trigger signal to initiate an event or image formation, whereby synchronization is used to trigger illumination. Defines the image formation by the sent timing signal. Asynchronous and / or synchronous image formation can be accomplished by pulsed to the illumination source to substantially match the desired image field of any particle flow rate. This allows the image sensor to “flash” on and off solid state illumination at a predetermined duty cycle so as to capture, display and record an image for processing and analysis, for example by a computer and / or mechanical, optical and / or It can be controlled by an electronic "trigger" mechanism. This provides an easy illumination and image forming process if it can be effectively timed to stop the activity of the flowing particles in the medium or rather to stop the movement of the particles. This also allows the sample in the image field to capture particles in the field for subsequent image processing and analysis.
1340에서 입자 특성화의 k-공간 기반의 직접 측정에 의한 프로세스들의 실시간(혹은 거의 실시간), 폐 루프 및/또는 개 루프 모니터링, 제조, 및 제어는 이들 로 한정되는 것은 아니라, 세라믹스, 금속분말, 제약, 시멘트, 광물, 광석, 코팅, 접착제, 안료, 염료, 카본블랙, 필터 물질, 폭발물, 음식 준비, 건강 및 화장 에멀션, 폴리머, 플라스틱, 미셀, 음료, 및 모니터링 및 제어를 요하는 많은 입자 기반의 물질을 포함하는 광범위한 프로세스들에 적용할 수 있다.Real-time (or near real-time), closed-loop and / or open-loop monitoring, fabrication, and control of processes by k-space based direct measurement of particle characterization at 1340 are not limited to, but are not limited to, ceramics, metal powder, pharmaceuticals. Based on cement, minerals, ores, coatings, adhesives, pigments, dyes, carbon blacks, filter materials, explosives, food preparation, health and cosmetic emulsions, polymers, plastics, micelles, beverages, and many particle-required monitoring and control Applicable to a wide range of processes involving materials.
이외 애플리케이션을 다음의 것으로 한정되는 것은 아니나 다음을 포함한다.Other applications include, but are not limited to:
. 기기 캘리블레이션 및 표준;. Instrument calibration and standards;
. 산업-위생 연구;. Industrial-sanitary research;
. 물질 연구;. Substance research;
. 에너지 및 연소 연구;. Energy and combustion studies;
. 디젤 및 가솔린 엔진 배기 측정;. Diesel and gasoline engine exhaust measurement;
. 산업 배출물 샘플링;. Industrial emissions sampling;
. 기본 에어로졸 연구;. Basic aerosol studies;
. 환경 연구;. Environmental research;
. 바이오-에어로졸 검출;. Bio-aerosol detection;
. 제약 연구;. Pharmaceutical research;
. 건강 및 농경 실험;. Health and agricultural experiments;
. 흡입독물; 및/또는. Inhalation poison; And / or
. 필터 테스팅.. Filter Testing.
1350에서, 소프트웨어 및/또는 하드웨어 기반의 컴퓨터화된 이미지 처리/분석이 행해질 수 있다. 본 발명에 따라 제작된 장치로부터의 이미지들은 실질적으 로 임의의 하드웨어 및/또는 소프트웨어 프로세스에 따라 처리될 수 있다. 소프트웨어 기반의 이미지 처리는 전용 소프트웨어 및/또는 이미지 파일 포맷들이 디지털 포맷들(예를 들면, 캡처된 입자들의 비트 맵들)이므로 시판중의 소프트웨어로 달성될 수 있다. 분석, 특성화, 등은 다음에 의해 제공될 수도 있다. 예를 들면, 분석은 계측(직접 측정을 기반으로 함) 및/또는 비교(데이터베이스)에 기반을 둘 수 있다. 비교분석은 기지의 입자들 및/또는 이의 별체에 대한 이미지 데이터의 데이터베이스와의 비교를 포함할 수 있다. 진보된 이미지 처리는 실시간으로 및/또는 주기적 샘플 측정으로 이미지들을 특징화하여 분류할 수 있다. 데이터는 원할 때 폐기 및/또는 기록될 수 있고, 기지의 샘플 특성과 일치하는 데이터는 예를 들면 적합한 선택된 응답을 시작할 수 있다. 더구나, 본 발명에 따라 제작된 장치는 임의의 데이터 전송 프로세스로 통신을 위해 링크될 수 있다. 이것은 무선, 광대역, 전화 모뎀, 표준 텔레컴, 이서넷 혹은 이외의 네트워크 프로토콜들(예를 들면, 인터넷, TCP/IP, 블루투스, 케이블 TV 전송 및 이외의 것들)을 포함할 수 있다.At 1350, software and / or hardware based computerized image processing / analysis may be performed. Images from a device made in accordance with the present invention may be processed according to virtually any hardware and / or software process. Software-based image processing can be accomplished with commercially available software because dedicated software and / or image file formats are digital formats (eg, bitmaps of captured particles). Analysis, characterization, and the like may be provided by: For example, the analysis can be based on measurements (based on direct measurements) and / or comparisons (databases). Comparative analysis may include a comparison with a database of image data for known particles and / or their separate bodies. Advanced image processing can characterize and classify images in real time and / or with periodic sample measurements. The data can be discarded and / or recorded when desired, and data matching the known sample characteristics can, for example, initiate a suitable selected response. Moreover, devices constructed in accordance with the present invention can be linked for communication in any data transfer process. This may include wireless, broadband, telephone modem, standard telecom, Ethernet or other network protocols (eg, the Internet, TCP / IP, Bluetooth, cable TV transmission, and the like).
도 15는 전술한 시스템 및 프로세스에 채용될 수 있는 본 발명의 일면에 따른 형광 애플리케이션(1400)을 도시한 것이다. k-공간 시스템은 약 200 내지 400nm(예를 들면, 자외광)의 파장을 갖는 광을 방출하는 발광 다이오드(LED)와 같은 저 세기의 광원(1410)을 포함하는 광 시스템을 구비하여 본 발명에 따라 제작된다. LED는 여기 기술된 바와 같이(혹은 다른 유형) 에피-조명, 투조(transillumination)를 제공하기 위해 채용될 수 있다. LED(혹은 이외의 저 파워의 UV 광원)의 사용으로도, UV광의 순간 파 결합이 물체 내 형광단(fluorophore)을 여기시킬 수 있게 1420에서 테스트 중의 물체를 지지하는 평탄면에 UV 여기 파장을 도입시키는 도파관 조명이 가능해질 수 있다. 예를 들면, UV 광은 물체가 놓인 기판에 거의 직각으로 제공될 수 있다. 1430에서, LED(혹은 이외의 광원 혹은 이들의 조합)는 소정 시간 동안 광을 방출할 수 있고 및/또는 원하는 레이트로 펄스를 방출하는 스트로브처럼 제어될 수 있다. 1440에서는 1430에서 결정된 시간 동안 물체가 여기된다. 1450에서, 여기 기간 동안 물체에 자동 및/또는 수동 분석이 수행된다.FIG. 15 illustrates a
예시에 의해서, 자외선에 감응하는 물체는 광원으로부터의 UV광의 여기에 응답하여 형광을 낸다. 형광은 여기 광을 흡수하는 동안 물질이 광을 계속하여 방출하는 물질(유기 혹은 무기)의 상태이다. 형광은 물질의 본연의 특성일 수 있고, 혹은 이를테면 형광색소 스트레인이나 염료를 채용함으로써 유도될 수 있다. 염료는 물체에 연관된 다른 상태들을 용이하게 발견하기 위해서 특정의 단백질 혹은 이외 다른 수용물질에의 친화력을 가질 수 있다. 한 특정한 예에서, 형광 검경 및/또는 디지털 이미지 형성으로, 2차 형광을 나타내는 여러 물질들을 연구할 방법이 제공된다. By way of example, the ultraviolet sensitive object fluoresces in response to excitation of the UV light from the light source. Fluorescence is the state of a substance (organic or inorganic) in which a substance continues to emit light while absorbing excitation light. Fluorescence may be an inherent property of the material, or may be induced by employing a fluorescent dye strain or dye, for example. The dye may have an affinity for a particular protein or other receptor to facilitate the discovery of other states associated with the object. In one particular example, by fluorescence spectroscopy and / or digital image formation, methods are provided for studying various materials exhibiting secondary fluorescence.
다른 예에 의해서, UV LED(혹은 이외의 다른 소스)는 짧은 시간 동안 강한 UV 방사 플래시를 낼 수 있어, 즉후(예를 들면, 수 밀리초 내지 수 초)에 센서에 의해 이미지가 구성된다. 이 모드는 테스트 중의 물체의 형광성분의 시간적 소멸 특성을 조사하는데 사용될 수 있다. 이것은 물체의 두 부분(혹은 서로 다른 샘플들)이 응답하지만(예를 들면, 연속한 조명 하에 거의 동일한 형광을 내는) 상이한 방출 소멸 특성을 가질 수 있는 경우엔 중요할 수 있다.By another example, a UV LED (or other source) may produce a strong UV radiation flash for a short time, so that the image is constructed by the sensor immediately (eg, from a few milliseconds to several seconds). This mode can be used to investigate the temporal decay characteristics of the fluorescent component of an object under test. This may be important if two parts of the object (or different samples) may have different emission decay characteristics, but respond (eg, emit almost the same fluorescence under continuous illumination).
저 파워의 UV 광원을 사용한 결과로서, 광원으로부터의 광은, 일반적으로 자외 파장에서는 아니지만, 테스트되는 물체의 적어도 일부가 광을 방출하게 할 수 있다. 적어도 물체의 일부가 형광을 내기 때문에, 물체의 서로 다른 특성들을 확인하기 위해서 물체의 형광 중에 얻어진 이미지들에 대해 사전 혹은 사후 형광 이미지들을 상관시킬 수 있다.As a result of using a low power UV light source, the light from the light source can cause at least a portion of the object being tested to emit light, although not generally at ultraviolet wavelengths. Since at least part of the object fluoresces, it is possible to correlate the pre or post fluorescence images with respect to the images obtained during the fluorescence of the object to identify the different properties of the object.
반대로, 대부분의 종래의 형광 시스템들은 시료에 조사하여 통상 필터들을 통해 훨씬 약한 재-방사 형광광을 보다 밝은 여기 광과 분리시키도록 구성된다. 검출가능한 형광이 가능하게 되도록, 이러한 종래의 시스템들은 통상 강력한 광원을 요한다. 예를 들면, 광원은 수은 혹은 크세논 아크(버너) 램프일 수 있고, 이들은 형광 시료의 이미지를 취하기에 충분히 강력한 고 강도의 조명을 낼 수 있다. 고온으로 동작하는 것에 더하여(예를 들면, 통상 100-250 와트의 램프), 이들 유형이 광원들은 통상 짧은 동작 수명을 갖는다(예를 들면, 10-100 시간). 또한, 이러한 종래의 광원용의 전원장치는 아크 램프가 이들의 정격 수명을 넘어 사용된 경우, 효력이 없어지게 되고 파괴되기 쉬어지기 때문에, 사용 시간 회수를 추적하는데 도움이 되게 타이머를 포함한다. 또한, 수은 버너는 수은 버너의 강도 대부분이 자외 근처에 걸쳐 있기 때문에, 일반적으로 자외 내지 적외에 이른 스펙트럼에 걸쳐 고른 세기를 제공하지 못한다. 이것은 종종 원하지 않는 광 파장을 제거하기 위해 정밀한 필터링을 요한다. 따라서, 본 발명의 일면에 따라서, UV LED를 사용하는 것이 원하는 UV 파장에서 거의 고른 세기를 제공하여 이의 사용을 통해 발생 된 전력소모 및 열을 경감시킨다는 것을 알 것이다. 또한, LED 광원 교체비용이 종래의 램프보다 현저히 낮다.In contrast, most conventional fluorescence systems are configured to irradiate a sample to separate the much weaker re-emission fluorescent light from the brighter excitation light, typically through filters. In order to enable detectable fluorescence, these conventional systems usually require a powerful light source. For example, the light source can be a mercury or xenon arc (burner) lamp, which can give a high intensity illumination that is powerful enough to take an image of the fluorescent sample. In addition to operating at high temperatures (eg, typically 100-250 watts of lamps), these types of light sources typically have a short operating life (eg, 10-100 hours). In addition, such conventional power sources for light sources include timers to help track the number of hours of use, since arc lamps become ineffective and susceptible to destruction when used beyond their rated life. In addition, mercury burners generally do not provide even intensity across the spectrum, ranging from ultraviolet to infrared, since most of the mercury burner's intensity is near ultraviolet. This often requires precise filtering to remove unwanted light wavelengths. Thus, in accordance with one aspect of the present invention, it will be appreciated that the use of UV LEDs provides nearly even intensity at the desired UV wavelength, thereby reducing the power consumption and heat generated through its use. In addition, the LED light source replacement cost is significantly lower than conventional lamps.
도 16은 본 발명의 일면에 따른 박막 애플리케이션(1500)을 도시한 것이다. 막들 및 박막들은 일반적으로 박층들(여러 선택된 기판들에 각각의 물질들에 적합하게 피착된, 어떤 물질, 혹은 복수의 물질들의 분자 두께 내지 초박막 두께(significant microscopic thickness)에 걸친 것으로서, 금속코팅(예를 들면, 부분적인 것을 포함하여, 반사의, 불투명한, 투과성의), 광학 코팅(예를 들면, 간섭, 투과, 굴절률 조절, 대역통과, 차단, 보호, 복수 코팅, 등), 도금(예를 들면, 금속, 산화, 화학, 산화방지, 열, 등), 전기적 전도(예를 들면, 매크로 및 마이크로-회로 피착 및 구성된), 광학 전도(예를 들면, 가변 굴절률의 피착된 광학 물질, 마이크로- 및 매크로-광학 "회로") 중 어느 하나(이것으로 한정되는 것은 아님)를 포함할 수 있다)로서 특징화될 수 있다. 이것은 기판 상의 어떤 물질(들)의 원하는 층이 원하는 두께, 밀도, 연속성, 균일성, 부착성, 및 어떤 소정의 피착된 막에 연관된 이외 다른 파라미터들을 갖고 있도록 하는 여러 가지 방법으로 피착에 의해 특징화될 수 있는 임의의 기판 상의 다른 코팅들 및 층 형상 막 및 막 형상 물질들을 포함할 수도 있다. 관련된 박막 분석은 마이크로 버블, 보이드, 미세 분진, 피착 결함(flaw), 등의 검출을 포함할 수 있다.16 illustrates a
1510로 진행하여, k-공간 시스템은 본 발명의 일면에 따라 박막 분석을 위해 구성된다. 박막 검사 및 특징화에의 k-공간 이미지 형성 장치의 애플리케이션은 예를 들면 박막 혹은 박막들 내 결함을 확인하고 특징짓는데 사용될 수 있다. 이 러한 시스템은 다음이 용이하게 되게 한 것이다.Proceeding to 1510, a k-space system is configured for thin film analysis in accordance with an aspect of the present invention. Applications of k-space image forming apparatus for thin film inspection and characterization can be used, for example, to identify and characterize defects in thin films or films. Such a system makes it easy to:
1) 모든 유형들의 피착된 박막을 가진 기판의 수동 관찰;1) passive observation of the substrate with all types of deposited thin films;
2) 합격-불합격 검사를 위해 모든 유형들의 피착된 박막을 가진 기판의 자동 관찰/분석 및 특징화;2) automatic observation / analysis and characterization of substrates with all types of deposited thin films for pass-fail inspection;
3) 컴퓨터로 제어되는 상대적 피착을 위해 모든 유형들의 피착된 박막을 가진 기판의 자동 관찰 및 특징화, 이것은 검증, 증명, 등을 위해, 선택된 기록 매체(예를 들면, CD-ROM, DVD-ROM)에 기입된 이미지 데이터를 포함할 수 있다.3) Automatic observation and characterization of substrates with all types of deposited thin films for computer controlled relative deposition, which is selected for verification, verification, etc., for example, CD-ROM, DVD-ROM ) May include image data written in the.
k-공간 장치는 화소당 바람직한 절대 공간 해상도(ASR) 및 바람직한 유효 해상 배율(ERM)로 이미지를 형성하도록 구성될 수 있다. 이들 파라미터들은 예를 들면, FOV, DOF, 및 WD를 용이하게 결정할 수 있다. 이것은 대물렌즈 기반의 설계 구성 및/또는 수색성-설계 구성(예를 들면, 넓은 FOV 및 적당한 ERM, 및 ASR에 대한). 조명은 예를 들면 트랜스-조명 및/또는 에피-조명으로서 검사 파라미터들에 근거하여 선택될 수 있다.The k-space apparatus can be configured to form an image at a preferred absolute spatial resolution (ASR) and a preferred effective resolution magnification (ERM) per pixel. These parameters can easily determine FOV, DOF, and WD, for example. This can be objective-based design and / or chromaticity-design configuration (eg for wide FOV and appropriate ERM, and ASR). The illumination can be selected based on inspection parameters, for example as trans-lighting and / or epi-lighting.
1520에서, 기판은,At 1520, the substrate is
1) 광학 스캐닝 방법에 의해 광학 이미지 형성 경로-길이의 이동; 및/또는1) shift of the optical image forming path-length by an optical scanning method; And / or
2) 기계적 이동 및 제어(예를 들면 컴퓨터에 의해 자동으로 혹은 조작자에 의해 수동으로) 프로세스에 의해 직접적으로 테스트되는 물체를 인덱싱함으로써 스캔되도록 이미지 형성기(imager)에 장착된다. 이것은 전체 표면 혹은 원하는 표면의 부분의 검사를 용이하게 한다.2) mounted to an imager to be scanned by indexing an object directly tested by a process of mechanical movement and control (e.g., automatically by a computer or manually by an operator). This facilitates inspection of the entire surface or portions of the desired surface.
입자 크기 측정 맥락에서 전술한 바와 같이, 공통의 비디오 레이트 및/또는 이미지 캡처 레이트로 기판의 각각의 스캐닝된 영역들(예를 들면, FOV에 의해 결정됨)에 대해 선택된 타이밍 간격 및/또는 실시간으로 비동기 이미지 형성이 제공될 수 있다. 인덱스 및/또는 스캐닝된 영역들의 이미지들은 후속 이미지 처리를 위해 원하는 빈도로 캡처될 수 있다. 또한, 샘플들은 수동으로 및/또는 이를테면 컨베이어 시스템으로부터 "피드"에서 자동으로 장치에 도입될 수 있다.As described above in the context of particle size measurement, the timing interval selected and / or asynchronous in real time for each scanned region of the substrate (e.g., determined by the FOV) at a common video rate and / or image capture rate. Image formation may be provided. Images of the index and / or scanned regions can be captured at a desired frequency for subsequent image processing. In addition, samples may be introduced into the device manually and / or automatically at a "feed" such as from a conveyor system.
1530에서, 박막 애플리케이션들을 위한 조작 파라미터들이 결정되어 적용된다. 전형적인 조작 파라미터들은, (다음의 것들로 한정되는 것은 아님),At 1530, operating parameters for thin film applications are determined and applied. Typical operating parameters (not limited to the following),
1) 이들로 한정되는 것은 아니나 박막의 표면(들)(혹은 표면 내) 입자들 및 홀들을 포함하는 각종의 결함 및 특성의 이미지화;1) imaging of various defects and characteristics including but not limited to surface (s) (or within the surface) particles and holes of the thin film;
2) 반사 및 투명 기판 모두에 대해 필요시 바뀔 수 있는 모듈형 설계;2) modular design that can be changed as needed for both reflective and transparent substrates;
3) 연속적으로 인덱스된(및/또는 "스캐닝된") 이미지 영역들상의 표면 결함들을 크기, 위치, 및/또는 개수별로 자동 카운팅 및 분류(각각의 샘플 표면들에 대해 인덱스 식별 및 총계와 함께);3) Automatic counting and classification of surface defects on successively indexed (and / or "scanned") image areas by size, location, and / or number (with index identification and totaling for each sample surface) ;
4) 후속의 수동 검사를 위한 결함의 레지스터 위치;4) register location of the fault for subsequent manual inspection;
5) 후속의 포트 송신(porting)(예를 들면, 이서넷 혹은 이외 다른 프로토콜을 통해서), 혹은 컴퓨터, 서버, 및/또는 클라이언트 상의 아카이브(archive) 및 문서에 대한 수동 및/또는 자동 이미지 처리를 위해 표준 포맷(들)로 이미지를 제공; 및/또는5) subsequent porting (eg, via Ethernet or other protocols), or manual and / or automatic image processing of archives and documents on computers, servers, and / or clients. Provide images in standard format (s); And / or
6) 전체 영역에 따라 수초 내지 수분의 표면 당 공칭 스캔 시간. 스캔 및 인덱싱 속도는 일반적으로 샘플 영역 및 후속 처리에 따라 달라지는 것으로 이해된 다.6) Nominal scan time per surface of several seconds to several minutes, depending on the total area. Scan and indexing rates are generally understood to depend on the sample area and subsequent processing.
1540에서, 소프트웨어 및/또는 하드웨어 기반의 컴퓨터화된 이미지 처리/분석이 행해질 수 있다. 본 발명에 따라 제작된 장치로부터의 이미지들은 실질적으로 임의의 하드웨어 및/또는 소프트웨어 프로세스에 따라 처리될 수 있다. 소프트웨어 기반의 이미지 처리는 이미지 파일 포맷이 디지털 포맷(예를 들면, 캡처된 막의 비트 맵)이므로 전용 소프트웨어 및/또는 시판중의 소프트웨어에 의해 달성될 수 있다. 분석, 특성화 등은 다음에 의해 제공될 수도 있다. 예를 들면, 분석은 계측(직접 측정을 기반으로 함) 및/또는 비교(데이터베이스)에 기반을 둘 수 있다. 비교분석은 기지의 막들 및/또는 이의 변이체에 대한 이미지 데이터의 데이터베이스와의 비교를 포함할 수 있다. 진보된 이미지 처리는 실시간으로 및/또는 주기적 샘플 측정으로 이미지들을 특징화하여 분류할 수 있다. 데이터는 원할 때 폐기 및/또는 기록될 수 있고, 기지의 샘플 특성과 일치하는 데이터는 예를 들면 적합한 선택된 응답을 시작할 수 있다. 더구나, 본 발명에 따라 제작된 장치는 임의의 데이터 전송 프로세스로 통신을 위해 링크될 수 있다. 이것은 무선, 광대역, 전화 모뎀, 표준 텔레컴, 이서넷 혹은 이외의 네트워크 프로토콜들(예를 들면, 인터넷, TCP/IP, 블루투스, 케이블 TV 전송 및 이외의 것들)을 포함할 수 있다.At 1540, software and / or hardware based computerized image processing / analysis may be performed. Images from a device made in accordance with the present invention may be processed according to virtually any hardware and / or software process. Software-based image processing can be accomplished by dedicated software and / or commercially available software because the image file format is a digital format (eg, a bitmap of captured films). Analysis, characterization, etc. may be provided by: For example, the analysis can be based on measurements (based on direct measurements) and / or comparisons (databases). Comparative analysis may include a comparison with a database of image data for known membranes and / or variants thereof. Advanced image processing can characterize and classify images in real time and / or with periodic sample measurements. The data can be discarded and / or recorded when desired, and data matching the known sample characteristics can, for example, initiate a suitable selected response. Moreover, devices constructed in accordance with the present invention can be linked for communication in any data transfer process. This may include wireless, broadband, telephone modem, standard telecom, Ethernet or other network protocols (eg, the Internet, TCP / IP, Bluetooth, cable TV transmission, and the like).
본 발명의 또 다른 면에서, 전술한 바와 같이 제작된 이미지 형성 시스템은 생물학적 물질의 특징들 중 고 유효 해상 배율 및 공간 고 해상도와, 향상된 생물학적 물질 이미지 형성 시스템들 및 방법들을 제공하도록 결합될 수 있는 방법들을 제공한다. 본 발명의 생물학적 물질 이미지 형성 시스템들 및 방법들은 생물학적 물질의 식별만이 아니라 생물학적 물질들의 분류(예를 들면 정상 혹은 비정상)를 할 수 있게 하는 향상된 이미지들(보다 큰 유효 배율, 향상된 해상도, 향상된 시야심도 등)을 생성할 수 있게 한다.In another aspect of the present invention, an image forming system constructed as described above may be combined to provide enhanced biological material image forming systems and methods with high effective resolution magnification and spatial high resolution among features of a biological material. Provide methods. The biological material imaging systems and methods of the present invention provide enhanced images (larger effective magnification, improved resolution, improved field of view) that enable not only the identification of biological material but also the classification (eg normal or abnormal) of biological materials. Depth, etc.).
생물학적 물질은 미생물(너무 작아 육안으로 관찰될 수 없는 유기체), 이를테면 박테리아, 바이러스, 원생동물, 균류, 및 섬모충; 예를 들면 세포들(용해(lysed), 세포내 물질, 혹은 전체 세포)로부터의 세포 물질, 단백질, 항체, 지질, 및 탄수화물, 태그 혹은 언태그(tagged or untagged) 등의 유기체로부터의 세포 물질; 및 세포들의 덩어리(조직 샘플들), 혈액, 동공, 홍채, 손가락 끝, 치아, 피부의 일부, 머리카락, 점막, 방광, 유방, 수/암의 생식계 요소들, 근육, 혈관요소들, 중추 신경계 요소들, 간, 뼈, 결장, 췌장, 등의 유기체의 부분을 포함한다. 본 발명의 생물학적 물질 이미지 형성 시스템 비교적 큰 작동거리를 채용할 수 있기 때문에, 신체의 부분들은 조직 샘플을 취할 필요 없이 직접 검사될 수 있다.Biological materials include microorganisms (organisms that are too small to be observed with the naked eye), such as bacteria, viruses, protozoa, fungi, and ciliary insects; For example, cellular material from cells (lysed, intracellular material, or whole cells), cellular material from an organism such as proteins, antibodies, lipids, and carbohydrates, tagged or untagged; And clumps of tissue (tissue samples), blood, pupils, irises, fingertips, teeth, parts of skin, hair, mucous membranes, bladder, breasts, reproductive system elements of muscle / cancer, muscle, vascular elements, central nervous system elements Field, liver, bone, colon, pancreas, and other parts of the organism. Since the biological material imaging system of the present invention can employ a relatively large working distance, parts of the body can be inspected directly without having to take a tissue sample.
세포들은 사람의 세포, 사람이 아닌 동물세포, 식물세포, 및 함성/연구 세포를 포함한다. 세포들은 원핵 및 진핵 세포들을 포함한다. 세포들은 건강하거나, 암에 걸려 있거나, 돌연변이된 것이거나, 손상되었거나, 병에 걸린 것일 수 있다.Cells include human cells, non-human animal cells, plant cells, and shout / study cells. Cells include prokaryotic and eukaryotic cells. The cells may be healthy, cancerous, mutated, damaged or diseased.
사람 세포가 아닌 예는 탄저병, 방선균, 아조토박터, 탄저균, 바실러스 세레우스, 박테로이데스 종, 백일해, 보렐리아 부르그도페리, 비브리오균, 클라미디아 종, 클로스트리듐속 세균, 시아노 박테리아, 디이노코큐스 라디오두란스, 대장균, 장구균, 해모필루스 인플루엔자, 헬리코박터 파이로리, 폐렴간균, 유산균, 로소니 아 인트라셀루라리스, 레지오넬라, 리스테리아, 미구균, 나균, 마이코박테리움 튜버큐로시스, 점액세균, 나이세리아 임균, 수막염균, 프레보텔라 spp., 슈도모나스속, 살로넬라균, 셀라 환호, 이질균, 포도상구균, 연쇄상구균, 티오마가리타 나미비엔시스, 트레포네마, 비브리오 콜레라, 여시니아 엔테로콜리티카, 여시니아 페스티스, 등을 포함한다.Examples of non-human cells are anthrax, actinomycetes, azotobacters, anthrax, Bacillus cereus, bacteroides, pertussis, Borrelia burgdorferi, Vibrio, chlamydia, Clostridium bacteria, cyanobacteria, Di Inococcus radiodurans, Escherichia coli, Enterococci, Haemophilus influenzae, Helicobacter pylori, Pneumococcal bacterium, Lactobacillus, Rossonia intracellularis, Legionella, Listeria, Mycobacterium, Nacobacteria, Mycobacterium tuberculosis, Mycobacteria , Neisseria gonococcus, meningobacteria, prebotella spp., Pseudomonas, Salonella, Sella cheers, dysentery, Staphylococcus aureus, Streptococcus, Tiomargarita namibiensis, Treponema, Vibrio cholera, Yexinia enterocollitica , Estonia festis, and so on.
생물학적 물질의 다른 예는, 감기, 전염, 말라리아, 클라미디아, 매독, 임질, 결막염, 탄저병, 뇌막염, 보툴리누스 중독, 설사, 브루셀라병, 캠필로박터, 칸디다증, 칸디다증, 콜레라, 콕시디오이데스 진균증, 효모균증, 디프테리아, 폐렴, 식중독, 글랜더스(브루크홀데리아 말레이), 인프루엔자, 한센병, 히스토플라스마증, 레지오넬리시스병, 렙토스피라병, 리스테리아병, 유비저, 노카르디아증, 논튜버큘로시스 미코박테리움, 소화성 궤양, 백일해, 폐렴, 앵무병, 살모넬라 장염, 세균성 이질, 스포르트라쿰증, 연쇄구균 감염, 독성쇼크증후군, 트라코마, 장티푸스, 요로 감염증, 라임병 등과 같은 병을 일으키는 것들이다. 후술하는 바와 같이, 본 발명은 또한 전술한 병들 중 어느 하나를 진단하는 방법에 관한 것이다.Other examples of biological substances include colds, infections, malaria, chlamydia, syphilis, gonorrhea, conjunctivitis, anthrax, meningitis, botulism, diarrhea, brucellosis, campylobacter, candidiasis, candidiasis, cholera, coccidiosis fungi, yeast fungus, Diphtheria, Pneumonia, Food Poisoning, Glanders (Bruckholdereria Malay), Influenza, Hansen's Disease, Histoplasmosis, Legionellisis Disease, Leptospirosis, Listeria Disease, Ubiger, Nocardiasis, Nontubulolytic Mycoxia It causes diseases such as bacterium, peptic ulcer, whooping cough, pneumonia, parrot disease, salmonella enteritis, bacterial dysentery, sforthcum, streptococcal infection, toxic shock syndrome, trachoma, typhoid, urinary tract infection and Lyme disease. As described below, the present invention also relates to a method of diagnosing any one of the aforementioned diseases.
사람 세포의 예는 섬유아 세포, 뼈대근육세포, 호중성백혈구, 임파구 백혈구 세포, 적아구 적혈구 세포, 조골세포, 연골세포, 호염기성백혈구, 호산성백혈구, 지방세포, 무척추 뉴론(헬릭스 아스페라), 포유류 뉴론, 아드레노멜둘라리 세포, 멜라닌 세포, 상피세포, 내피세포, 모든 종류의 종양세포(특히 흑색종, 골수성 백혈병, 폐, 유방, 난소, 결장, 신장, 전립선, 췌장 및 고환 암종증), 심장근세포, 내복세포, 상피세포, 임파구 세포(T-세포 및 B 세포), 비만세포, 호산구, 혈관 세 포, 간세포, 단분자 백혈구를 포함하는 백혈구, 헤모포틱, 신경, 피부, 폐, 신장, 간과 같은 줄기세포 및 근세포 줄기세포, 용골세포, 콘드로사이트 및 이외 다른 조직 연결세포, 각질세포, 멜라닌 세포, 간세포, 신장세포, 및 지방세포를 포함한다. 연구 세포의 예는 변형된 세포, Jurket T 세포, NIH3T3 세포, CHO, COC 등을 포함한다. Examples of human cells include fibroblasts, skeletal muscle cells, neutrophils, lymphocytes, erythrocytes, erythrocytes, osteoblasts, chondrocytes, basophils, eosinophilic leukocytes, adipocytes, invertebrate neurons (Helix aspera) , Mammalian neurons, adrenomeldulari cells, melanocytes, epithelial cells, endothelial cells, all kinds of tumor cells (especially melanoma, myeloid leukemia, lung, breast, ovary, colon, kidney, prostate, pancreatic and testicular carcinoma) , Leukocytes, including hematopoietic cells, nerve cells, lung cells, Stem cells such as kidneys, liver and myocyte stem cells, keel cells, chondrocytes and other tissue connective cells, keratinocytes, melanin cells, hepatocytes, kidney cells, and adipocytes. Examples of study cells include modified cells, Jurket T cells, NIH3T3 cells, CHO, COC, and the like.
셀 라인(cell line) 및 이외의 생물학적 물질의 유용한 소스는, 여기 참고로 포함시키는 것인, ATCC 셀 라인 및 하이브리도마, 박테리아 및 박테리오파지, 이스트, 균류학, 및 식물학, 및 원생생물: Algae 및 Protozea, 및 Americal Type Culture Co.(Rockville, Md.)에서 구할 수 있는 이외의 것들에서 볼 수 있다. 이들은 세포 및 이외 생물학적 물질이 장황하게 열거될 수 있으므로 비제한적 예들이다.Useful sources of cell lines and other biological materials include ATCC cell lines and hybridomas, bacteria and bacteriophages, yeast, fungus, and botany, and protozoa: Algae and Protozea, and others available from Americal Type Culture Co. (Rockville, Md.). These are non-limiting examples as cells and other biological materials may be listed in length.
생물학적 물질의 식별 혹은 분류는 경우에 따라서는 질병을 진단할 수 있게 한다. 따라서, 본 발명은 또한 향상된 진단 시스템 및 방법을 제공한다. 예를 들면, 본 발명은, 아테롬성 동맥 경화증, 맥관형성, 동맥 경화증, 염증, 아테롬성 동맥 경화 심장병, 심근경색, 외상 내지 동맥 혹은 정맥 벽, 신경변성 장애, 및 심폐 장애 외에, 이를테면 암, 골격근육계 병리학, 소화기 계통, 생식계, 및 소화관과 같은 의 병리의 검출 및 특징화 방법들을 제공한다. 본 발명은 또한 바이러스성 및 박테리아 감영의 검출 및 특징화 방법을 제공한다. 본 발명은 또한 생체밖 및 생체내 계 모두에서, 생물학적 물질들에 대한 다양한 약제 혹은 생리적 활동 효과를 평가할 수 있게 한다. 예를 들면, 본 발명은 배양에서 성장된 세포 혹은 조직 의 개체에 대해 이를테면 약과 같은 생리적 약제의 효과를 평가할 수 있게 한다.Identification or classification of biological material may in some cases allow diagnosis of the disease. Accordingly, the present invention also provides improved diagnostic systems and methods. For example, the invention relates to atherosclerosis, angiogenesis, atherosclerosis, inflammation, atherosclerosis heart disease, myocardial infarction, traumatic to arterial or venous wall, neurodegenerative disorders, and cardiopulmonary disorders, such as cancer, skeletal muscle pathology. Methods of detecting and characterizing pathologies of such as the digestive system, the reproductive system, and the digestive tract are provided. The invention also provides methods for the detection and characterization of viral and bacterial sensitization. The invention also makes it possible to evaluate the effects of various pharmaceutical or physiological activities on biological materials, both in vitro and in vivo. For example, the present invention makes it possible to assess the effect of a physiological agent, such as a drug, on an individual of cells or tissue grown in culture.
본 발명의 생물학적 물질 이미지 형성 시스템은 컴퓨터로 구동되는 제어 혹은 자동 프로세스 제어로 생물학적 물질 샘플로부터 데이터를 얻을 수 있게 한다. 이러한 맥락에서, 생물학적 물질 이미지 형성 시스템에 결합된 컴퓨터 혹은 프로세서는 여러 유형의 질병을 가진 세포와 같은 생물학적 물질의 이미지들을 갖고 있는 메모리 혹은 데이터베이스를 포함하거나 이에 결합된다. 이러한 상황에서, 생물학적 물질의 정상 및 비정상이 자동으로 지정될 수 있다. 생물학적 물질 이미지 형성 시스템은 소정의 생물학적 물질 샘플로부터의 이미지들을 확보하여, 이미지들이, 메모리 내 질병이 있는 세포들의 이미지와 같은 메모리 내 이미지들과 비교된다. 일 면에서, 컴퓨터/프로세서는 수집된 이미지 데이터 및 저장된 이미지 데이터의 비교분석을 수행하고, 분석결과에 근거하여, 소정의 생물학적 물질의 신원, 소정의 생물학적 물질의 분류(정상/비정상, 암이 있는/암이 없는, 양성/악성, 감염된/감염도지 않은, 등), 및/또는 상태(진단)의 결정을 공식화한다.The biological material imaging system of the present invention makes it possible to obtain data from biological material samples with computer driven control or automated process control. In this context, a computer or processor coupled to a biological material imaging system includes or is coupled to a memory or database containing images of biological material, such as cells with various types of disease. In this situation, the normal and abnormal of the biological material can be automatically assigned. The biological material imaging system obtains images from a given biological material sample so that the images are compared with images in memory, such as images of diseased cells in memory. In one aspect, the computer / processor performs a comparative analysis of the collected image data and the stored image data, and based on the results of the analysis, the identity of the given biological material, the classification of the given biological material (normal / abnormal, cancerous) Formulate a determination of cancer free, benign / malignant, infected / non-infected, etc.) and / or status (diagnosis).
컴퓨터/프로세서에서 생물학적 물질 샘플로부터의 특정의 이미지들과 저장되어 있는 이미지들(이를테면, 질병이 있는 세포들 혹은 동일 생물학적 물질의) 간에 충분한 유사도가 있는 것으로 판정되면, 이 이미지를 저장하고 이 이미지에 연관된 데이터가 생성될 수 있다. 컴퓨터/프로세서에서 생물학적 물질 샘플로부터의 특정의 이미지와 질병이 있는 세포들/특정 생물학적 물질의 저장되어 있는 이미지들 간에 충분한 유사도가 없는 것으로 판정되면, 생물학적 물질 샘플을 재위치시키고 추가 이미지들을 메모리 내 이미지들과 비교한다. 생물학적 물질 샘플로부터의 특정 의 이미지들과 생물학적 물질의 저장되어 있는 이미지들 간에 충분한 유사도가 있다는 판정에 도움이 되도록 컴퓨터/프로세서에 의해 통계적 방법들이 적용될 수 있음을 알 것이다. 임의의 적합한 상관 수단, 메모리, 운영 시스템, 해석 성분, 및 소프트웨어/하드웨어가 컴퓨터/프로세서에 의해 채용될 수 있다.If the computer / processor determines that there is sufficient similarity between the particular images from the biological material sample and the stored images (such as diseased cells or of the same biological material), the image is stored and stored in this image. Associated data can be generated. If the computer / processor determines that there is not enough similarity between the specific image from the biological material sample and the stored cells / stored images of the specific biological material, the biological material sample is repositioned and the additional images in the memory. Compare with them. It will be appreciated that statistical methods may be applied by the computer / processor to assist in determining that there are sufficient similarities between certain images from the biological material sample and stored images of the biological material. Any suitable correlation means, memory, operating system, interpretive components, and software / hardware may be employed by the computer / processor.
도 17은 컴퓨터로 구동되는 제어 혹은 자동 프로세스 제어로 생물학적 물질 샘플들로부터 데이터를 얻을 수 있게 하는 본 발명의 일면에 따른 자동 생물학적 물질 이미지 형성 시스템(1600)의 바람직한 면을 도시한 것이다. 위의 도 1-16에 관련하여 기술/구성된 이미지 형성 시스템(1602)은 생물학적 물질(1604)의 이미지를 캡처하기 위해 채용될 수 있다. 이미지 형성 시스템(1602)은 이미지 형성 시스템(1602)에 의해 생성된 이미지를 읽어 데이터 저장장치(1608) 내 다양한 이미지들에 이미지를 비교하는 프로세서(1606) 및/또는 컴퓨터에 결합된다.FIG. 17 illustrates a preferred aspect of an automated biological material
프로세서(1606)는 비교를 행하기 위한 분석성분을 포함한다. 이미지 처리에 사용되는 많은 알고리즘들 중 일부는 콘볼루션(많은 다른 것들이 이에 근거함), FFT, DCT, 시닝(thining)(혹은 골격화), 에지 검출 및 콘트라스트 강조를 포함한다. 이들은 통상 소프트웨어로 구현되나 속도를 위해 전용 하드웨어를 사용할 수도 있다. FFT(고속 프리에 변환)은 한 세트의 이산 데이터 값들의 프리에 변환을 계산하는 알고리즘이다. 예를 들면, 실제 신호로부터 취해진 주기적 샘플링인, 유한 세트의 데이터 점들이 주어졌을 때, FFT는 데이터를 이의 성분 주파수들로 나타낸다. 이것은 또한 주파수 데이터로부터 신호를 재구성하는 근본적으로 동일한 역 관계를 다룬다. DCT(이산 코사인 변환)은 파형을 가중치를 부여한 코사인들의 합 으로서 나타내는 기술이다. 예를 들면, CELIP(cellular language for image processing) 및 VLP(visual programming language)와 같이 이미지 처리를 위해 설계된 몇 가지 애플리케이션들이 있다.
데이터 저장장치(1608)는 하나 이상의 세트의 소정의 이미지들을 포함한다. 이미지들은 여러 생물학적 물질들의 정상 이미지들 및/또는 여러 생물학적 물질들의 비정상 이미지들(질병이 있는, 돌연변이된, 물리적으로 파괴된, 등)을 포함할 수 있다. 데이터 저장장치(1608)에 저장된 이미지들은 캡처된 이미지가 저장되어 있는 이미지들과 유사한지 여부(유사도)를 판정하는 토대를 제공한다. 일면에서, 자동 생물학적 물질 이미지 형성 시스템(1600)은 생물학적 물질 샘플이 정상인지 아니면 비정상인지를 판정하기 위해 채용될 수 있다. 예를 들면, 자동 생물학적 물질 이미지 형성 시스템(1600)은 생물학적 물질 샘플 내에, 암 세포와 같은 질병 세포의 존재를 식별함으로써 주어진 질병 혹은 상태의 진단을 용이하게 할 수 있게 한다. 또 다른 면에서, 자동 생물학적 물질 이미지 형성 시스템(1600)은 생물학적 물질(이를테면 전술한 박테리아를 유발시키는 병)을 유발시키는 병의 존재를 식별하고 및/또는 주어진 생물학적 물질이 이를테면 박테리아와 같은 실체를 야기시키는 병에 감염된 것을 판정하거나 주어진 생물학적 물질이 비정상(암)임을 판정함으로서 위에 열거된 병/질병을 진단할 수 있다.
또 다른 면에서, 자동 생물학적 물질 이미지 형성 시스템(1600)은 출처를 알 수 없는 생물학적 물질의 신원을 결정하기 위해 채용될 수 있다. 예를 들면, 자동 생물학적 물질 이미지 형성 시스템(1600)은 탄저병을 포함하는 백색분말을 식별할 수 있다. 자동 생물학적 물질 이미지 형성 시스템(1600)은 또한 생물학적 물질 처리, 이를테면 혈액 샘플에 백혈구 혹은 적혈구 수를 세는 것을 용이하게 할 수 있게 한다.In another aspect, automated biological
컴퓨터/프로세서(1606)는 원격의/핸즈프리 이미지 형성이 용이하게 되도록 물체평면 내에서 생물학적 물질 샘플을 이동시키는 서보 모터 혹은 이외 다른 수단을 제어하는 제어기에 결합될 수도 있다. 즉, 물체 FOV 내에서 생물학적 물질 샘플 슬라이드를 이동시키기 위해 모터, 조정기, 및/또는 이외 기구적 수단이 채용될 수 있다.The computer /
또한, 생물학적 물질 검사 프로세스의 이미지들은 컴퓨터 화면 및/또는 폐 회로 모니터로 볼 수 있게 최적화되므로, 원격 및 웹 기반의 뷰잉 및 제어가 구현될 수 있다. 실시간 이미지 형성으로 신속한 진단, 데이터 수집/생성 등 중 적어도 하나가 용이해진다.In addition, images of the biological material inspection process are optimized for viewing on computer screens and / or closed circuit monitors, so that remote and web-based viewing and control can be implemented. Real-time image formation facilitates at least one of rapid diagnosis, data collection / generation, and the like.
또 다른 면에서, 자동 생물학적 물질 이미지 형성 시스템은 사람의 부분(이를테면 팔의 장애, 각막의 흐림, 등)으로 보내 이미지들이 형성된다. 이미지들은 컴퓨터/프로세서(이를테면 인터넷과 같은 네트워크를 통해)로 보내질 수 있고, 이에 특정 유형의 질병 세포(이의 이미지는 메모리에 저장된다)의 가능한 존재를 식별하도록 명령이 내려진다. 질병 세포가 확인되었을 때, 컴퓨터/프로세서는 예를 들면 레이저, 액체질소, 절단기기, 및/또는 등을 사용하여 질병 세포를 제거/파괴하도록 시스템에 명령을 내린다.In another aspect, an automatic biological material imaging system sends images to parts of a person (such as arm disorders, corneal blur, etc.). The images can be sent to a computer / processor (such as over a network such as the Internet), which is instructed to identify possible presence of certain types of disease cells (images of which are stored in memory). When diseased cells are identified, the computer / processor instructs the system to remove / destroy diseased cells using, for example, lasers, liquid nitrogen, cutters, and / or the like.
도 18은 본 발명에 따른 고 수준의 인공 시각 시스템(1800)을 도시한 것이 다. 시스템(1800)은 본 발명에 따른 이미지 형성 시스템(10)(도 1)을 포함한다. 이미지 형성 시스템(10)은 위에 상세히 다루었으므로 이에 관련된 상세에 대해선 간략하게 위해 생략한다. 이미지 형성 시스템(10)은 제품 혹은 프로세스(1810)에 관한 데이터를 수집하도록 채용될 수 있고, 예를 들면, 생산, 프로세스 제어, 품질제어, 시험, 검사 등에 관해, 제품 혹은 프로세스(1810)를 조절할 수 있는 제어기(1820)에 이미지 정보를 제공한다. 전술한 이미지 형성 시스템(10)은 많은 종래의 시스템들에 의해 달성될 수 없는 입도의 이미지 데이터 수집을 제공한다. 또한, 본 이미지 형성 시스템(10)에 의해 제공되는 확실한 이미지 데이터로 제품 혹은 프로세스(1810)의 고도로 효과적인 인공 시각 검사가 제공될 수 있다. 예를 들면, 많은 종래의 인공 시각 시스템에 의해 통상 검출될 수 없는 미세한 제품 결함이 이미지 형성 시스템(10)에 의해 수집된 이미지 데이터의 결과로서 본 시스템(1800)에 의해 검출될 수 있다. 제어기(1810)는 예를 들면 제조방식에 관련하여 채용되는 임의의 적합한 제어기 혹은 제어 시스템일 수 있다. 제어기(1810)는 인공 시각을 기반으로 하는 제어 시스템들에 공통인 것으로, 결함있는 제품 혹은 프로세스를 제거하거나, 제품 혹은 프로세스를 재검사하거나, 제품 혹은 프로세스를 수락하는 등을 행하기 위해서, 수집된 이미지 데이터를 사용할 수 있다. 시스템(1800)은 임의의 적합한 인공 시각 기반의 환경에 채용될 수 있고, 본 발명의 모든 이러한 애플리케이션들은 여기 첨부한 청구범위 내에 들게 한 것이다.18 illustrates a high level
예를 들면, 본 시스템(1800)은 일관된 신뢰성 있는 반도체 기반의 제품들을 제조하는데 있어 장치 및/또는 프로세스 허용오차가 결정적인 반도체 제조에 관련 하여 채용될 수도 있을 것이다. 따라서, 제품(1810)은 예를 들면 반도체 웨이퍼일 수도 있고, 이미지 형성 시스템(1800)은 웨이퍼 상에 형성되는 장치들에 관한 데이터(예를 들면, 임계 크기, 두께, 잠재적 결합, 이외 물리적 면들...)를 수집하기 위해 채용될 수 있을 것이다. 제어기(1820)는 다양한 결합에 기인한 웨이퍼를 제거하거나, 웨이퍼 상에 장치 제조에 관련하여 프로세스를 수정하거나, 웨이퍼를 수락하는 등을 행하기 위해서, 수집된 데이터를 사용할 수 있다.For example, the
위에 기술된 바는 본 발명의 바람직한 면들이다. 물론, 본 발명의 설명의 목적으로 성분들 혹은 방법들의 모든 생각 가능한 조합을 기술하는 것이 가능하진 않으나, 이 기술에 숙련자는 본 발명의 많은 다른 조합 및 치환이 가능함을 알 것이다. 따라서, 본 발명은 첨부한 청구항의 정식 및 범위 내에 드는 이러한 모든 변경, 수정 및 변형을 포괄한다. What has been described above are preferred aspects of the present invention. Of course, it is not possible to describe every conceivable combination of components or methods for the purpose of describing the invention, but one skilled in the art will recognize that many other combinations and substitutions of the invention are possible. Accordingly, the invention is intended to embrace all such alterations, modifications and variations that fall within the spirit and scope of the appended claims.
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