KR20100044973A - 빗살무늬 스펙트럼의 광원을 이용한 광 간섭성 단층촬영 시스템 - Google Patents

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KR20100044973A
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Abstract

본 발명은 빗살무늬 스펙트럼의 광원을 이용한 광 간섭성 단층촬영 시스템에 관한 것으로서, 가간섭성 광을 발생시키는 광원부와, 상기 광원부에서 방출광을 입사받아 측정되는 샘플로부터 간섭무늬를 발생시키는 간섭계부와, 상기 간섭계부에서 조사되는 간섭무늬를 수신하여 전기적인 신호로 변환하는 수신부와, 상기 수신부의 신호를 검출하여 수집된 데이터를 영상화하는 처리부를 포함하여 이루어지되, 상기 광원부와 상기 간섭계부 사이에는 빗살무늬 필터부가 설치되어 상기 광원부에서 조사되는 방출광이 다파장 빗살 광원으로 변환되는 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 빗살무늬 스펙트럼의 광원을 이용한 광 간섭성 단층촬영 시스템은 광원이 빗살무늬 필터부에 의해 광 에너지가 낮은 다파장 빗살 광원으로 변환되어 생체 조직에 조사되는 광 에너지는 낮아지지만 상기 생체 조직의 측정 효율은 저하되지 않으므로 생체 조직의 측정 깊이와 신호 대비 잡음비가 향상되는 장점이 있다. 따라서, 생체 조직에 광 에너지를 기존의 안전기준에 비해 더 높게 조사하여도 상기 생체 조직의 손상을 방지할 수 있고, 동시에 상기 생체 조직의 측정 효율을 대폭 향상시킬 수 있는 장점이 있다.
빗살무늬, 사냑루프, 마흐젠더, 마이켈슨, 간섭계, 편광, 지연 광섬유

Description

빗살무늬 스펙트럼의 광원을 이용한 광 간섭성 단층촬영 시스템{OPTICAL COHERENCE TOMOGRAPHY SYSTEM USING MULTI-WAVELENGTH COMB SPECTRUM LIGHT SOURCE}
본 발명은 빗살무늬 스펙트럼의 광원을 이용한 광 간섭성 단층촬영 시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 빗살무늬 필터부를 사용하여 방출광을 다파장 빗살 광원으로 변환할 수 있는 빗살무늬 스펙트럼의 광원을 이용한 광 간섭성 단층촬영 시스템에 관한 것이다.
일반적으로 광 간섭성 단층촬영(Optical Coherence Tomography; OCT) 시스템은 근적외선( 파장 0.6μm ~ 1.3μm ) 광원을 사용하여 비침습적으로 생체 조직의 단면을 영상화하여 볼 수 있는 고해상도의 실시간 이미징 시스템이다.
상기와 같은 OCT 시스템은 생체 조직에 광원을 스캐닝하여 각 조직에서 반사된 근적외선의 세기를 여러 각도에서 측정하여 컴퓨터로 신호 처리하면 조직의 영상을 얻으며, 해상도는 수μm 정도로서 다른 영상장비에 비해 해상도가 높고 가격이 저렴하고, 장치가 단순하고, 신속한 데이터 획득이 가능하다.
상기 OCT 시스템의 영상 기법은 마이켈슨(Michelson) 간섭계에 기반을 두고 낮은 가간성을 갖는 광원의 출력이 간섭계 암(arm)의 두 방향으로 나누어진다. 기준단으로부터 되돌아온 반사광과 샘플단으로부터 후방 산란된 광은 다시 만나 간섭을 일으키고 신호처리를 통해 영상화된다.
최근에는 주파수 영역 OCT 중의 하나인 스펙트럼 영역(Spectral Domain) OCT가 개발되었으며 line scan CCD(Charge Coupled Device)나 area CCD camera를 기반으로 하여, 기존의 시간 영역(Time Domain) OCT보다 생체 표면을 영상화하는데 물리적인 광 경로 스캐닝 장비가 필요치 않아서 데이터 처리속도가 빨라 실시간 영상화가 가능하고 신호 대비 잡음비가 우수하다.
그러나, 상기와 같은 스펙트럼 영역 OCT는 충분한 다이나믹 레인지(Dynamic Range, DR)를 확보하기 위해 높은 에너지를 갖는 광대역 광원을 조사하여 생체 조직으로부터 반사되는 신호를 높여야 하는데, 이 경우 측정 생체의 손상 방지에 대한 레이저 안전기준에 의해서 조사할 수 있는 광의 세기가 제한되는 문제점이 있었다. 이에 따라, 생체 조직의 측정 깊이와 신호 대비 잡음비 향상에 제약이 발생하게 되어 생체 조직을 측정함에 있어서 검출 신호의 민감도가 떨어져 상기 생체 조직의 측정 효율이 저하되는 문제점이 있었다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위해서, 본 발명의 목적은 생체 조직에 조사되는 광 에너지는 낮지만 상기 생체 조직의 측정 효율은 저하되지 않는 빗살무늬 스펙트럼의 광원을 이용한 광 간섭성 단층촬영 시스템을 제공하는 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위해서, 본 발명의 빗살무늬 스펙트럼의 광원을 이용한 광 간섭성 단층촬영 시스템은 가간섭성 광을 발생시키는 광원부와, 상기 광원부에서 방출광을 입사받아 측정되는 샘플로부터 간섭무늬를 발생시키는 간섭계부와, 상기 간섭계부에서 조사되는 간섭무늬를 수신하여 전기적인 신호로 변환하는 수신부와, 상기 수신부의 신호를 검출하여 수집된 데이터를 영상화하는 처리부를 포함하여 이루어지되, 상기 광원부와 상기 간섭계부 사이에는 빗살무늬 필터부가 설치되어 상기 광원부에서 조사되는 방출광이 다파장 빗살 광원으로 변환되는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 빗살무늬 필터부는 상기 광원부의 광원을 50:50으로 분할하는 광분할 커플러와, 상기 분할된 광원이 복굴절 되도록 굴절율이 다른 2개의 굴절축을 가지는 편광유지광섬유와, 상기 분할된 광원의 편광상태를 조절하여 파장간격 및 채널간격을 조절하는 편광조절기를 포함하여 이루어지는 사냑루프 간섭계 필터인 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위해서, 본 발명의 빗살무늬 스펙트럼의 광원 을 이용한 광 간섭성 단층촬영 시스템은 가간섭성 광을 발생시키는 광원부와, 상기 광원부에서 방출광을 입사받아 측정되는 샘플로부터 간섭무늬를 발생시키는 간섭계부와, 상기 간섭계부에서 조사되는 간섭무늬를 수신하여 전기적인 신호로 변환하는 수신부와, 상기 수신부의 신호를 검출하여 수집된 데이터를 영상화하는 처리부를 포함하여 이루어지되, 상기 광원부는 링 형성의 공진기 내에 광 이득을 제공하는 광증폭기와, 상기 광증폭기가 작동됨에 따라 광의 투과 대 반사를 소정 비율로 연속 발진시키는 광출력 커플러와, 상기 광증폭기에서 제공된 광을 에너지가 낮은 다파장 빗살 광원으로 변환시키는 빗살무늬 필터부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 빗살무늬 필터부는 상기 광증폭기에서 제공된 광을 50:50으로 분할하는 광분할 커플러와, 상기 광분할 커플러에 의해 분할된 어느 한 쪽의 광을 지연시켜 분할된 두 광 사이에 위상차를 발생시키는 지연 광섬유와, 상기 지연 광섬유에 의해 위상차가 발생한 두 광을 결합시켜 간섭현상을 발생시키는 광결합 커플러를 포함하여 이루어지는 마흐젠더 간섭계 필터인 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위해서, 본 발명의 빗살무늬 스펙트럼의 광원을 이용한 광 간섭성 단층촬영 시스템은 가간섭성 광을 발생시키는 광원부와, 상기 광원부에서 방출광을 입사받아 측정되는 샘플로부터 간섭무늬를 발생시키는 간섭계부와, 상기 간섭계부에서 조사되는 간섭무늬를 수신하여 전기적인 신호로 변환하는 수신부와, 상기 수신부의 신호를 검출하여 수집된 데이터를 영상화하는 처리부를 포함하여 이루어지되, 상기 광원부는 양쪽 끝단에 미러가 형성된 선 형상의 공진기 내에 광 이득을 제공하는 광증폭기와, 상기 광증폭기가 작동됨에 따라 광의 투과 대 반사를 소정 비율로 연속 발진시키는 광출력 커플러와, 상기 광증폭기에서 제공된 광을 에너지가 낮은 다파장 빗살 광원으로 변환시키는 빗살무늬 필터부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 빗살무늬 필터부는 상기 광증폭기에서 제공된 광을 50:50으로 분할하는 광분할 커플러와, 상기 광분할 커플러에 의해 분할된 어느 한 쪽의 광을 지연시켜 분할된 두 광 사이에 위상차를 발생시키는 지연 광섬유와, 상기 광분할 커플러에 의해 분할된 두 광이 전송되는 광섬유 끝단에 각각 형성되어 분할된 두 광을 반사시키는 미러를 포함하여 이루어지는 마이켈슨 간섭계 필터인 것을 특징으로 한다.
상기와 같이 구성되고 작용하는 본 발명의 빗살무늬 스펙트럼의 광원을 이용한 광 간섭성 단층촬영 시스템은 광원이 빗살무늬 필터부에 의해 광 에너지가 낮은 다파장 빗살 광원으로 변환되어 생체 조직에 조사되는 광 에너지는 낮아지지만 상기 생체 조직의 측정 효율은 저하되지 않으므로 생체 조직의 측정 깊이와 신호 대비 잡음비가 향상되는 장점이 있다.
따라서, 생체 조직에 광 에너지를 기존의 안전기준에 비해 더 높게 조사하여도 상기 빗살무늬 필터부에 의해 광 에너지가 낮아지므로 생체 조직의 손상을 방지할 수 있고, 동시에 상기 생체 조직의 측정 효율을 대폭 향상시킬 수 있는 장점이 있다.
이하 첨부된 도면을 참조로 하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 대해 보다 상세히 설명하기로 한다.
본 발명의 특징 및 이점들은 첨부도면에 의거한 다음의 바람직한 실시 예에 대한 상세한 설명으로 더욱 명백해질 것이다.
이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 발명자가 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
또한, 하기 설명에서 구체적인 회로의 구성소자 등과 같은 특정 사항들 없이도, 본 발명이 실시될 수 있음은 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게는 자명하다 할 것이다.
<제1실시 예>
도 1은 본 발명의 제1실시 예에 따른 빗살무늬 스펙트럼의 광원을 이용한 광 간섭성 단층촬영 시스템을 도시하는 개략도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 빗살무늬 스펙트럼의 광원을 이용한 광 간섭성 단층촬영 시스템은 가간섭성(coherence) 광을 발생시키는 광원부(20)와, 상기 광원부(20)에서 방출광을 입사받아 측정되는 샘플(S)로부터 간섭무늬를 발생시키는 간섭계부(40)와, 상기 간섭계부(40)에서 조사되는 간섭무늬를 수신하여 전기적인 신호로 변환하는 수신부(60)와, 상기 수신부(60)의 신호를 검출하여 수집된 데이터를 영상화하는 처리부(80)를 포함하여 이루어지되, 상기 광원부(20)와 상기 간섭계부(40) 사이에는 빗살무늬 필터부(120)가 설치되어 상기 광원부(20)에서 조사되는 방출광이 다파장 빗살(comb) 광원으로 변환되는 것을 특징으로 한다.
상기 광원부(20)는 가간섭성 광을 발생시키며, 충분한 다이나믹 레인지(Dynamic Range, DR)를 확보하기 위해 높은 에너지를 갖는 광대역 광원을 조사하여 생체 조직으로부터 반사되는 신호를 높여야 하는데, 이 경우 측정 생체의 손상 방지에 대한 레이저 안전기준에 의해서 조사할 수 있는 광의 세기가 제한되어 있다.
상기 간섭계부(40)는 방출광을 입사받아 소정 비율로 선택적 투과하여 출광하는 광분할 커플러(42a)와, 상기 광분할 커플러(42a)에 의해 투과된 광의 일부분을 입사받아 평행광으로 출광하는 제1렌즈(45a)와, 상기 제1렌즈(45a)를 거친 광의 세기를 감쇠시키는 ND필터(47)와, 상기 ND필터(47)를 거친 광에 대하여 간섭현상을 일으키도록 광의 길이를 맞추어주는 기준거울(48)과, 상기 광분할 커플러(42a)에 의해 투과된 광의 다른 부분을 입사받아 평행광으로 출광하는 제2렌즈(45b)와, 상기 제2렌즈(45b)를 거친 광을 입사받아 측정 대상의 샘플(S)에 촛점을 맞추어주는 대물렌즈(46)와, 상기 샘플(S)의 일정 부분을 스캐닝하는 칼바노미터 거울(49)과, 상기 기준거울(48)로부터의 반사광과 상기 샘플(S)로부터의 반사광을 일정 방향으로 흐르게 하는 제1서큘레이터(44a) 및 제2서큘레이터(44b)와, 상기 제1서큘레이터(44a) 및 제2서큘레이터(44b)를 통과한 각각의 반사광을 결합시키는 광결합 커플러(42b)와, 상기 광결합 커플러(42b)에 의해 결합된 광을 입사받아 평행광으로 출 광하는 제3렌즈(45c)를 포함하여 구성된다.
상기와 같이 구성되는 간섭계부(40)는 광원부(20)에서 나온 광이 광분할 커플러(42a)에서 양분되고, 한쪽은 대물렌즈(46)를 통해 샘플(S)의 조직에 집중된다. 상기 샘플(S)의 조직에 입사된 광은 조직 내부에 존재하는 세포나 상이한 조직 층 사이에 발생하는 굴절률 차이에 의해 산란이나 반사를 일으키게 된다. 조직에 의해 산란된 광 중에서 대물렌즈(46)의 초점 심도안에서 산란된 광만이 시스템으로 역입사되며, 광분할 커플러(42a)에 의해 기준거울(48)에서 반사된 빛과 결합한다. 이때, 사용된 광원의 저가간섭성에 의해 상기 기준거울(48)에 의해 반사되어 나온 광과 산란광 사이에 광 경로차가 가간섭거리 안에 있는 경우에만 두 광이 보강 또는 상쇄 간섭을 일으킨다. 기준거울(48)을 이송하여 기준광의 광경로를 선형적으로 증가시킬 경우 조직 내부의 미세구조에 의해 반사되는 광에 의한 간섭무늬를 깊이 별로 얻어낼 수 있다.
상기 수신부(60)는 상기 제3렌즈(45c)를 투과한 간섭무늬를 각각의 성분에 따라 배열시키는 회절격자(62)와, 상기 회절격자(62)를 투과하여 배열된 간섭무늬를 전기적인 신호로 변환하는 CCD센서(64)를 포함하여 구성된다.
상기 처리부(80)는 상기 CCD센서(64)의 신호를 검출하는 검출기(82)와, 상기 검출기(82)에 의해 수집된 데이터를 영상화하는 컴퓨터(84)를 포함하여 구성된다.
상기와 같이 구성되는 수신부(60) 및 처리부(80)에서는 샘플(S) 내부의 각 지점의 반사계수 차이에 의해서 발생한 간섭무늬의 세기에 대하여 신호처리 기법을 적용함으로써 샘플(S) 내부의 단층 영상을 얻을 수 있게 된다.
본 원에서는 SD(Spectral Domain)-OCT에 관하여 일 실시 예를 들어 상술하고 있으며, 상기 SD(Spectral Domain)-OCT는 주파수 영역에서 간섭신호를 바탕으로 샘플 내부의 단층 영상을 얻을 수 있는 방법 중의 하나이다. 이 방법은 2개의 빔으로부터 반사되어 간섭된 광은 회절격자(62)에 의해서 광을 파장에 따른 간섭신호로 회절한 후, CCD(Charge Coupled Device)에 의해서 샘플 내부의 단층 영상을 얻을 수 있게 되는 방법이다.
하지만, 상기와 같은 방법의 SD(Spectral Domain)-OCT는 충분한 다이나믹 레인지(Dynamic Range, DR)를 확보하기 위해 높은 에너지를 갖는 광대역 광원을 조사하여 생체 조직으로부터 반사되는 신호를 높여야 하는데, 이 경우 측정 생체의 손상 방지에 대한 레이저 안전기준에 의해서 조사할 수 있는 광의 세기가 제한되어 검출 신호의 민감도가 떨어져 상기 생체 조직의 측정 효율이 저하되는 문제점이 있었다. 따라서, 본 발명에서는 상기와 같은 문제점을 해결하고자 본 발명의 광원부(20)과 간섭계부(40) 사이에 빗살무늬 필터부(120)를 설치하였으며, 하기에서 상기 빗살무늬 필터부(120)에 대해 상세히 설명하도록 한다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 빗살무늬 필터부(120)를 도시하는 개략도이다.
도 2를 참조하면, 빗살무늬 필터부(120)는 상기 광원부(20)의 광원을 50:50으로 분할하는 광분할 커플러(122)와, 상기 분할된 광원이 복굴절 되도록 굴절율이 다른 2개의 굴절축을 가지는 편광유지광섬유(124)와, 상기 분할된 광원의 편광상태를 조절하여 파장간격 및 채널간격을 조절하는 편광조절기(126)를 포함하여 이루어 지는 사냑루프 간섭계 필터인 것을 특징으로 한다.
상기와 같이 구성되는 빗살무늬 필터부(120)는 광분할 커플러(122)에 넓은 대역의 광이 입사되고, 입사된 광은 상기 광분할 커플러(122)에 의해 50:50으로 나누어진다. 반으로 나누어진 광의 하나는 시계 방향으로 진행하고, 다른 하나의 광은 반시계 방향으로 진행하게 된다. 상기 각각의 광은 편광유지광섬유(124)와 편광조절기(126)를 통하여 유효 굴절 및 유효 길이의 조합이 조절되기 때문에 광분할 커플러(122)에서 다시 만나 빠른 축의 굴절율과 느린 축의 굴절율 차이로 인해 간섭을 일으키게 되고, 간섭된 광은 에너지가 낮은 다파장 빗살(comb) 광원으로 변환된다. 이때, 빗살 광원의 채널 간격은 다음 식과 같다.
Figure 112008073513045-PAT00001
여기서 △λ는 간섭 광의 comb 채널 간격, λ는 입력광원의 중심파장, △neo는 편광유지광섬유(124)의 복굴절율, L은 편광유지광섬유(124)의 길이이다.
상기 편광유지광섬유(124)는 굴절율 축이 ne, no 2개가 존재하는데, ne, no의 첨자 o, e는 각각 Extraordinary와 Ordinary의 앞글자로부터 왔다. ne는 진행광의 전계가 e축에 평행하게 편광되어 있을 때 느끼는 굴절율이고, no는 o축에 평행하게 편광되어 있을 때 느끼는 굴절율이다. 이와 같이 편광유지광섬유(124)를 통과한 각각의 광은 상기 편광유지광섬유(124)의 다른 굴절율(ne, no) 때문에 진행하는 광 사이에 위상차가 발생하게 되는 것이다. 따라서, 광분할 커플러(122)에서 합쳐진 광은 간섭무늬가 되는 것이다.
<제2실시 예>
도 3은 본 발명의 제2실시 예에 따른 빗살무늬 스펙트럼의 광원을 이용한 광 간섭성 단층촬영 시스템을 도시하는 개략도이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 빗살무늬 스펙트럼의 광원을 이용한 광 간섭성 단층촬영 시스템은 가간섭성(coherence) 광을 발생시키는 광원부(20)와, 상기 광원부(20)에서 방출광을 입사받아 측정되는 샘플(S)로부터 간섭무늬를 발생시키는 간섭계부(40)와, 상기 간섭계부(40)에서 조사되는 간섭무늬를 수신하여 전기적인 신호로 변환하는 수신부(60)와, 상기 수신부(60)의 신호를 검출하여 수집된 데이터를 영상화하는 처리부(80)를 포함하여 이루어지되, 상기 광원부(20)는 링 형성의 공진기 내에 광 이득을 제공하는 광증폭기(24)와, 상기 광증폭기(24)가 작동됨에 따라 광의 투과 대 반사를 소정 비율로 연속 발진시키는 광출력 커플러(28)와, 상기 광증폭기(24)에서 제공된 광을 에너지가 낮은 다파장 빗살 광원으로 변환시키는 빗살무늬 필터부(140)를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 광원부(20)의 광증폭기(24)에는 전원공급기(도시하지 않음)에 의해 소정의 전원이 인가되는데, 이때 상기 광증폭기(24)에 공급되는 전원은 공진기의 내부 손실율에 상응하여 결정된다. 즉, 상기 공진기에 구비되는 각종 소자로 인해 발생되는 내부 손실량을 보상해주기 위해서는 상기 전원공급장치의 공급전원으로 작동되는 광증폭기(24)가 이득체 역할을 하므로 광출력 커플러(26)에서 충분한 광세기가 관측되도록 상기 전원공급기를 조절해주는 것이 바람직하다.
그런데, 상기 광증폭기(24)의 광 세기를 결정하는 것이 상기 전원공급기의 전원공급 레벨이므로 항상 상기 전원공급기의 전력을 적절히 결정하여 일정 이득을 갖게 해야 한다. 즉, 상기 광증폭기(24)의 이득율을 공진기의 내부 손실율보다 높게 해주어야만 유효한 광 펄스열을 얻을 수 있다.
상기 광증폭기(24)에 소정 전압이 인가되면 상기 전원공급기로부터 제공받은 전기에너지를 빛에너지로 변환시켜 광을 발생시키게 된다.
이와 같이 상기 광증폭기(24)가 작동되면 극히 짧은 시간 내에 광출력 커플러(26)에서 연속 발진이 일어나게 되는데, 이때 상기 광출력 커플러(26)는 반사경의 역할을 하게 되며, 소정의 비율로 투과 대 반사시켜 광을 발진시키게 된다.
상기 광원부(20)를 제외한 나머지 구성은 상기 <제1실시 예>에서 상술한 내용과 동일한 사항이므로 생략하도록 하며, 하기에서는 <제2실시 예>의 특징인 광원부(60)의 빗살무늬 필터부(140)에 대해 상세히 설명하도록 한다.
도 4는 본 발명의 제2실시 예에 따른 빗살무늬 필터부(140)를 도시하는 개략도이다.
도 4를 참조하면, 상기 빗살무늬 필터부(140)는 상기 광증폭기(24)에서 제공된 광을 50:50으로 분할하는 광분할 커플러(142)와, 상기 광분할 커플러(142)에 의해 분할된 어느 한 쪽의 광을 지연시켜 분할된 두 광 사이에 위상차를 발생시키는 지연 광섬유(144)와, 상기 지연 광섬유(144)에 의해 위상차가 발생한 두 광을 결합시켜 간섭현상을 발생시키는 광결합 커플러(146)를 포함하여 이루어지는 마흐젠더 간섭계 필터인 것을 특징으로 한다.
상기와 같이 구성되는 빗살무늬 필터부(140)는 광분할 커플러(142)에 의해 넓은 대역의 광이 입사되고, 입사된 광은 50:50으로 분할된다. 분할된 어느 한 쪽의 광은 지연 광섬유(144)가 있는 방향으로 진행하고, 다른한 쪽의 광은 상기 지연 광섬유(144)가 없는 방향으로 진행하게 된다. 분할되어 진행된 각각의 광은 다시 광결합 커플러(146)에서 결합되고, 결합된 광은 상기 지연 광섬유(144)의 길이 차이로 인해 간섭을 일으키게 되어 에너지가 낮은 다파장 빗살 광원으로 변환된다. 이때, 빗살 광원의 채널 간격은 다음과 같다.
Figure 112008073513045-PAT00002
여기서 △λ는 간섭 광의 comb 채널 간격, λ는 입력광원의 중심파장, ｃ 는 진공중에서 빛의 속도, τ는 분할된 각각의 광이 합쳐졌을 때 두 광의 시간차이다.
이와 같이 두 광은 지연 광섬유(144)로 인해서 광 사이에 위상차가 발생하게 되며, 광결합 커플러(146)에서 합쳐진 광이 간섭무늬가 되는 것이다.
<제3실시 예>
도 5는 본 발명의 제3실시 예에 따른 빗살무늬 스펙트럼의 광원을 이용한 광 간섭성 단층촬영 시스템을 도시하는 개략도이다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 빗살무늬 스펙트럼의 광원을 이용한 광 간섭성 단층촬영 시스템은 가간섭성(coherence) 광을 발생시키는 광원부(20)와, 상기 광원부(20)에서 방출광을 입사받아 측정되는 샘플(S)로부터 간섭무늬를 발생시키는 간섭계부(40)와, 상기 간섭계부(40)에서 조사되는 간섭무늬를 수신하여 전기적인 신호로 변환하는 수신부(60)와, 상기 수신부(60)의 신호를 검출하여 수집된 데이터를 영상화하는 처리부(80)를 포함하여 이루어지되, 상기 광원부(20)는 양쪽 끝단에 미러(22)가 형성된 선 형상의 공진기 내에 광 이득을 제공하는 광증폭기(24)와, 상기 광증폭기(24)가 작동됨에 따라 광의 투과 대 반사를 소정 비율로 연속 발진시키는 광출력 커플러(26)와, 상기 광증폭기(24)에서 제공된 광을 에너지가 낮은 다파장 빗살 광원으로 변환시키는 빗살무늬 필터부(160)를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 광원부(20)는 양쪽 끝단에 미러(22)가 형성된 선 형상의 공진기만 상기 <제2실시 예>와 차이가 있을 뿐, 나머지 구성요소는 상기에서 상세히 설명한 <제1실시 예>와 <제2실시 예>와 중복되는 내용이므로 상세한 설명은 생략하도록 하며, 하기에서는 <제3실시 예>의 특징인 광원부(60)의 빗살무늬 필터부(160)에 대해 상세히 설명하도록 한다.
도 6은 본 발명의 제3실시 예에 따른 빗살무늬 필터부(160)를 도시하는 개략도이다.
도 6을 참조하면, 상기 빗살무늬 필터부(160)는 상기 광증폭기(24)에서 제공된 광을 50:50으로 분할하는 광분할 커플러(162)와, 상기 광분할 커플러(162)에 의 해 분할된 어느 한 쪽의 광을 지연시켜 분할된 두 광 사이에 위상차를 발생시키는 지연 광섬유(164)와, 상기 광분할 커플러(162)에 의해 분할된 두 광이 전송되는 광섬유 끝단에 각각 형성되어 분할된 두 광을 반사시키는 미러(166)를 포함하여 이루어지는 마이켈슨 간섭계 필터인 것을 특징으로 한다.
상기와 같이 구성되는 빗살무늬 필터부(160)는 광분할 커플러(162)에 의해 넓은 대역의 광이 입사되고, 입사된 광은 50:50으로 분할된다. 분할된 어느 한 쪽의 광은 지연 광섬유(164)가 있는 방향으로 진행하고, 다른한 쪽의 광은 상기 지연 광섬유(164)가 없는 방향으로 진행하게 된다. 분할되어 진행된 각각의 광은 분할된 광섬유의 끝단에 각각 위치한 미러(166)를 통해 반사되어 다시 광분할 커플러(162)에서 결합되고, 결합된 광은 상기 지연 광섬유(164)의 길이 차이로 인해 간섭을 일으키게 되어 에너지가 낮은 다파장 빗살 광원으로 변환된다. 이때, 빗살 광원의 채널 간격은 다음과 같다.
Figure 112008073513045-PAT00003
여기서 △λ는 간섭 광의 comb 채널 간격, λ는 입력광원의 중심파장, ｃ 는 진공중에서 빛의 속도, τ는 분할된 각각의 광이 합쳐졌을 때 두 광의 시간차이다.
이와 같이 두 광은 지연 광섬유(164)로 인해서 광 사이에 위상차가 발생하게 되며, 광분할 커플러(162)에서 합쳐진 광이 간섭무늬가 되는 것이다.
이상과 같이 본 발명의 각 실시 예에서는 사냑루프 간섭계 필터와, 마흐젠더 간섭계 필터와, 마이켈슨 간섭계 필터를 각각 사용하여 일반 광원이 다파장 빗살 광원으로 변환되는 원리를 상세히 설명하였으며, 하기에서는 도 7을 참조하여 변환 전의 일반 광원과, 변환 후의 다파장 빗살 광원에 대해 설명하도록 한다.
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 빗살무늬 필터부에 의해 일반 광원이 다파장 빗살 광원으로 변환되는 것을 그래프로 도시하는 개략도이다.
도 3을 참조하면, 원래의 광원이 빗살무늬 필터부(120, 140, 160)를 거치면서 파장이 분할되어 총 광량은 분할된 면적만큼 줄어드는 것을 알 수 있다. 반면에 총 광량은 줄어들게 되지만 파장의 최대점(peak)은 원래의 광원과 동일하게 유지되기 때문에 총 광량은 낮지만 생체 조직에 대한 측정 효율은 저하되지 않으므로 생체 조직의 측정 깊이와 신호 대비 잡음비가 향상되는 이점이 있다.
따라서, 생체 조직에 광 에너지를 기존의 안전기준에 비해 더 높게 조사하여도 상기 빗살무늬 필터부에 의해 광 에너지가 낮아지므로 생체 조직의 손상을 방지할 수 있고, 동시에 상기 생체 조직의 측정 효율을 대폭 향상시킬 수 있다.
전술한 내용은 후술할 발명의 특허청구범위를 더욱 잘 이해할 수 있도록 본 발명의 특징과 기술적 장점을 다소 폭넓게 상술하였다. 상술한 본 발명의 개념과 특정 실시 예는 본 발명과 유사 목적을 수행하기 위한 다른 구조의 설계나 수정의 기본으로서 즉시 사용될 수 있음이 당해 기술분야의 숙련된 사람들에 의해 인식되어야 한다.
또한, 상기에서 기술된 실시 예는 본 발명에 따른 하나의 실시 예일 뿐이며, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술적 사상의 범위에서 다양한 수정 및 변경이 가능할 것이다. 이러한 다양한 수정 및 변경 또한 본 발명의 기술적 사상의 범위 내라면 하기에서 기술되는 본 발명의 청구범위에 속한다 할 것이다.
도 1은 본 발명의 제1실시 예에 따른 빗살무늬 스펙트럼의 광원을 이용한 광 간섭성 단층촬영 시스템을 도시하는 개략도.
도 2는 본 발명의 제1실시 예에 따른 빗살무늬 필터부를 도시하는 개략도.
도 3은 본 발명의 제2실시 예에 따른 빗살무늬 스펙트럼의 광원을 이용한 광 간섭성 단층촬영 시스템을 도시하는 개략도.
도 4는 본 발명의 제2실시 예에 따른 빗살무늬 필터부를 도시하는 개략도.
도 5는 본 발명의 제3실시 예에 따른 빗살무늬 스펙트럼의 광원을 이용한 광 간섭성 단층촬영 시스템을 도시하는 개략도.
도 6은 본 발명의 제3실시 예에 따른 빗살무늬 필터부를 도시하는 개략도.
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 빗살무늬 필터부에 의해 일반 광원이 다파장 빗살 광원으로 변환되는 것을 그래프로 도시하는 개략도.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*
S: 샘플 20: 광원부
22: 미러 24: 광증폭기
26: 광출력 커플러 28: 광출력 커플러
40: 간섭계부 42a: 광분할 커플러
42b: 광결합 커플러 44a: 제1서큘레이터
44b: 제2서큘레이터 45a: 제1렌즈
45b: 제2렌즈 45c: 제3렌즈
46: 대물렌즈 47: ND필터
48: 기준거울 49: 갈바노미터 거울
60: 수신부 62: 회절격자
64: CCD센서 80: 처리부
82: 검출기 84: 컴퓨터
120: 빗살무늬 필터부 122: 광분할 커플러
124: 편광유지 광섬유 126: 편광조절기
140: 빗살무늬 필터부 142: 광분할 커플러
144: 지연 광섬유 146: 광결합 커플러
160: 빗살무늬 필터부 162: 광분할 커플러
164: 지연 광섬유 166: 미러

Claims (6)

  1. 가간섭성 광을 발생시키는 광원부(20)와, 상기 광원부(20)에서 방출광을 입사받아 측정되는 샘플(S)로부터 간섭무늬를 발생시키는 간섭계부(40)와, 상기 간섭계부(40)에서 조사되는 간섭무늬를 수신하여 전기적인 신호로 변환하는 수신부(60)와, 상기 수신부(60)의 신호를 검출하여 수집된 데이터를 영상화하는 처리부(80)를 포함하여 이루어지는 광 간섭성 단층촬영 시스템에 있어서,
    상기 광원부(20)와 상기 간섭계부(40) 사이에는 빗살무늬 필터부(120)가 설치되어 상기 광원부(20)에서 조사되는 방출광이 다파장 빗살 광원으로 변환되는 것을 특징으로 하는 빗살무늬 스펙트럼의 광원을 이용한 광 간섭성 단층촬영 시스템.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 빗살무늬 필터부(120)는
    상기 광원부(20)의 광원을 50:50으로 분할하는 광분할 커플러(122)와,
    상기 분할된 광원이 복굴절 되도록 굴절율이 다른 2개의 굴절축을 가지는 편광유지광섬유(124)와,
    상기 분할된 광원의 편광상태를 조절하여 파장간격 및 채널간격을 조절하는 편광조절기(126)를 포함하여 이루어지는 사냑루프 간섭계 필터인 것을 특징으로 하는 빗살무늬 스펙트럼의 광원을 이용한 광 간섭성 단층촬영 시스템.
  3. 가간섭성 광을 발생시키는 광원부(20)와, 상기 광원부(20)에서 방출광을 입사받아 측정되는 샘플(S)로부터 간섭무늬를 발생시키는 간섭계부(40)와, 상기 간섭계부(40)에서 조사되는 간섭무늬를 수신하여 전기적인 신호로 변환하는 수신부(60)와, 상기 수신부(60)의 신호를 검출하여 수집된 데이터를 영상화하는 처리부(80)를 포함하여 이루어지는 광 간섭성 단층촬영 시스템에 있어서,
    상기 광원부(20)는 링 형성의 공진기 내에 광 이득을 제공하는 광증폭기(24)와, 상기 광증폭기(24)가 작동됨에 따라 광의 투과 대 반사를 소정 비율로 연속 발진시키는 광출력 커플러(28)와, 상기 광증폭기(24)에서 제공된 광을 에너지가 낮은 다파장 빗살 광원으로 변환시키는 빗살무늬 필터부(140)를 포함하는 것을 특징으로 하는 빗살무늬 스펙트럼의 광원을 이용한 광 간섭성 단층촬영 시스템.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 빗살무늬 필터부(140)는
    상기 광증폭기(24)에서 제공된 광을 50:50으로 분할하는 광분할 커플러(142)와,
    상기 광분할 커플러(142)에 의해 분할된 어느 한 쪽의 광을 지연시켜 분할된 두 광 사이에 위상차를 발생시키는 지연 광섬유(144)와,
    상기 지연 광섬유(144)에 의해 위상차가 발생한 두 광을 결합시켜 간섭현상을 발생시키는 광결합 커플러(146)를 포함하여 이루어지는 마흐젠더 간섭계 필터인 것을 특징으로 하는 빗살무늬 스펙트럼의 광원을 이용한 광 간섭성 단층촬영 시스 템.
  5. 가간섭성 광을 발생시키는 광원부(20)와, 상기 광원부(20)에서 방출광을 입사받아 측정되는 샘플(S)로부터 간섭무늬를 발생시키는 간섭계부(40)와, 상기 간섭계부(40)에서 조사되는 간섭무늬를 수신하여 전기적인 신호로 변환하는 수신부(60)와, 상기 수신부(60)의 신호를 검출하여 수집된 데이터를 영상화하는 처리부(80)를 포함하여 이루어지는 광 간섭성 단층촬영 시스템에 있어서,
    상기 광원부(20)는 양쪽 끝단에 미러(22)가 형성된 선 형상의 공진기 내에 광 이득을 제공하는 광증폭기(24)와, 상기 광증폭기(24)가 작동됨에 따라 광의 투과 대 반사를 소정 비율로 연속 발진시키는 광출력 커플러(26)와, 상기 광증폭기(24)에서 제공된 광을 에너지가 낮은 다파장 빗살 광원으로 변환시키는 빗살무늬 필터부(160)를 포함하는 것을 특징으로 하는 빗살무늬 스펙트럼의 광원을 이용한 광 간섭성 단층촬영 시스템.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 빗살무늬 필터부(160)는
    상기 광증폭기(24)에서 제공된 광을 50:50으로 분할하는 광분할 커플러(162)와,
    상기 광분할 커플러(162)에 의해 분할된 어느 한 쪽의 광을 지연시켜 분할된 두 광 사이에 위상차를 발생시키는 지연 광섬유(164)와,
    상기 광분할 커플러(162)에 의해 분할된 두 광이 전송되는 광섬유 끝단에 각각 형성되어 분할된 두 광을 반사시키는 미러(166)를 포함하여 이루어지는 마이켈슨 간섭계 필터인 것을 특징으로 하는 빗살무늬 스펙트럼의 광원을 이용한 광 간섭성 단층촬영 시스템.
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