KR20120097237A - Polarization Sensitive-Optical Coherence Imaging System - Google Patents
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Abstract
본 발명은 편광 민감 광결맞음 단층 영상 장치에 관한 것으로, 검사 대상물의 광신호에 대한 수직과 수평 성분 신호를 광대역의 고속 광스위치를 사용하여 각각 한번씩 순차적으로 하나의 검출기로 전송함으로써 단일 검출기 기반의 장치를 구성할 수 있으며, 다양한 운동 자유도를 가짐과 동시에 내부에 일정한 광 경로가 형성되는 레이저 암 유닛을 통해 프로브를 연결함으로써, 광섬유 방식의 프로브와 동일한 유동성을 확보하여 사용자와 피검자에게 매우 우수한 사용 편리성을 제공할 수 있고, 아울러 광섬유 방식의 프로브와는 달리 다양한 신호값을 측정할 수 있는 편광 민감 광결맞음 단층 영상 장치를 제공한다.The present invention relates to a polarization-sensitive optical coherence tomography apparatus, wherein a single detector-based apparatus is transmitted by sequentially transmitting vertical and horizontal component signals of optical signals of an object to one detector using a broadband high-speed optical switch. By connecting the probe through the laser arm unit which has various degrees of freedom and at the same time a constant optical path is formed therein, the same fluidity as the fiber-optic probe is secured, which is very convenient for the user and the subject. The present invention provides a polarization-sensitive photocoherence tomography imaging apparatus capable of measuring various signal values, unlike the optical fiber probe.
Description
본 발명은 편광 민감 광결맞음 단층 영상 장치에 관한 것이다. 보다 상세하게는 검사 대상물의 광신호에 대한 수직과 수평 성분 신호를 광대역의 고속 광스위치를 사용하여 각각 한번씩 순차적으로 하나의 검출기로 전송함으로써 단일 검출기 기반의 장치를 구성할 수 있으며, 다양한 운동 자유도를 가짐과 동시에 내부에 일정한 광 경로가 형성되는 레이저 암 유닛을 통해 프로브를 연결함으로써, 광섬유 방식의 프로브와 동일한 유동성을 확보하여 사용자와 피검자에게 매우 우수한 사용 편리성을 제공할 수 있고, 아울러 광섬유 방식의 프로브와는 달리 다양한 신호값을 측정할 수 있는 편광 민감 광결맞음 단층 영상 장치에 관한 것이다.
The present invention relates to a polarization sensitive photocoherence tomography apparatus. More specifically, a single detector-based device can be configured by transmitting vertical and horizontal component signals of optical signals of an object to one detector one by one using a broadband high-speed optical switch, one at a time. By connecting the probe through the laser arm unit having a constant optical path therein, the same fluidity as that of the fiber-optic probe can be ensured to provide a very convenient user convenience to the user and the examinee. Unlike a probe, the present invention relates to a polarization sensitive photocoherence tomography apparatus capable of measuring various signal values.
최근 광학 및 광기술은 의료용 중이온 가속기, 적응 광학을 이용한 안과 시술, 각종 레이저 시술, 형광을 이용한 암세포의 조기 진단 등 생체 과학 및 의료 공학에 널리 응용되고 있다. 특히, 바이오 포토닉스 영상기술은 생체 분자, 세포 및 생체에서 일어나는 다양한 생명현상을 영상으로 기록하고 분석하는 기술로서, 생명 공학뿐만 아니라 정보기술, 나노기술 및 광학기술 등의 다학제간 연구를 필요로 하는 융합기술로 관련 학문의 발전뿐만 아니라 차세대 국가 성장 동력으로 여겨지고 있다.Recently, optical and optical technologies have been widely applied to biological science and medical engineering such as medical heavy ion accelerators, ophthalmic procedures using adaptive optics, various laser procedures, and early diagnosis of cancer cells using fluorescence. In particular, biophotonics imaging technology is a technology that records and analyzes various life phenomena occurring in biomolecules, cells, and living bodies as an image. Convergence technology is regarded as the next generation national growth engine as well as the development of related disciplines.
광결맞음 단층 영상 장치(OCT: Optical Coherence Tomography)는 인체에 무해한 빛을 이용하여 실시간으로 살아 있는 조직 또는 세포를 고해상도로 촬영하는 장치로서, 생체의 내부를 비접촉, 비침습적으로 관찰할 수 있을 뿐만 아니라 부드러운 조직 간의 차이를 구분 해낼 수 있어 보다 정밀한 영상을 얻을 수 있다.Optical coherence tomography (OCT) is a device that photographs living tissues or cells in high resolution in real time using light that is harmless to the human body, and allows non-contact and non-invasive observation of the inside of a living body. The difference between soft tissues can be distinguished, resulting in more accurate images.
이러한 광결맞음 단층 영상 장치(OCT)는 넓은 대역의 광원과 마이켈슨 간섭계를 기반으로 구성되어 있으며 현재 광원과 기술의 발달로 인해 안과학, 피부학, 소화기학, 치과학 등 응용 범위가 계속 확장되고 있는 기술이다.The optical coherence tomography (OCT) is based on a wide band of light sources and a Michelson interferometer. Due to the development of light sources and technologies, applications such as ophthalmology, dermatology, gastroenterology, and dentistry continue to expand.
편광 민감 광결맞음 단층 영상 장치(PS-OCT: Polarization Sensitive-Optical Coherence Tomography)는 최근 크게 각광받고 있는 첨단 바이오 영상 기술로 OCT 시스템처럼 생체 조직 내부 구조를 비침습적으로 단층 이미징할 수 있으며, 편광에 민감하게 반응하는 콜라겐 섬유와 같은 비대칭 물질에서 반사 또는 산란되어 나오는 빛의 편광 변화, 복굴절에 의한 위상천이, 광 축 정보 등을 얻을 수 있는 기술이다. 인체 대부분의 조직과 기관이 콜라겐으로 이루어져 있으므로 의학 진단에 매우 유용한 기술이다. Polarization Sensitive-Optical Coherence Tomography (PS-OCT) is an advanced bio-imaging technology that has recently been in the spotlight, enabling non-invasive tomographic imaging of the internal structure of biological tissues, like OCT systems. It is a technology that can obtain polarization change, phase shift by birefringence, optical axis information, etc. of light reflected or scattered from an asymmetric material such as collagen fiber which reacts easily. Since most tissues and organs of the human body are made of collagen, this technique is very useful for medical diagnosis.
이 기술은 최근 피부에서 열손상(thermal damage), 손상 치료(wound healing), 광노화(photo-aging)에 관한 연구, 치아에서 충치, 안구에서 망막신경섬유층 및 각막에 관한 연구, 자궁경부암, 대장암, 인후두암 진단 등 의학적으로 다양한 분야에 응용되고 있다. 또한, 임상 적용을 위해서 영상 획득 속도를 빠르게 하는 기술, 고해상도의 영상 획득을 위한 기술, 제작 비용 절감을 위한 기술, 노이즈 영향을 최소화하기 위한 기술 등이 매우 활발하게 진행 중에 있다.The technology has recently been studied on thermal damage, wound healing, photo-aging in the skin, caries in the teeth, retinal nerve fiber layers and corneas in the eye, cervical cancer and colorectal cancer. It is applied to various medical fields such as diagnosis of laryngeal cancer. In addition, technologies for speeding up image acquisition, techniques for obtaining high resolution images, techniques for reducing production costs, and techniques for minimizing noise effects are being actively conducted for clinical applications.
광결맞음 단층 영상 장치(OCT)와는 다르게 편광 민감 광결맞음 단층 영상 장치(PS-OCT)는 검출단에서 편광 분배기(PBS: polarization beam splitter)를 사용하여 2 개의 검출기로 조직 샘플에 대한 편광 정보를 획득한다.
Unlike photocoherence tomography (OCT), polarization-sensitive photocoherence tomography (PS-OCT) uses a polarization beam splitter (PBS) at the detector to acquire polarization information for tissue samples with two detectors. do.
도 1은 종래 기술에 따른 일반적인 편광 민감 광결맞음 단층 영상 장치의 구성을 개략적으로 도시한 블록도이다.1 is a block diagram schematically illustrating a configuration of a general polarization-sensitive photocoherence tomography apparatus according to the prior art.
종래 기술에 따른 편광 민감 광결맞음 단층 영상 장치(PS-OCT)는 일반적으로 광원(50), 광학부(10), 프로브(60), 2개의 검출부(30a,30b) 및 컴퓨터(40) 등을 하나의 시스템으로 묶어서 구성된다. 광학부(10)에는 선형 편광기(Linear Polarizer, 13), 광분배기(11), 편광 분배기(12) 및 2개의 1/4 파장판(QWP: quarter wave plate, 14,15)이 구비되며, 프로브(60)는 일반적으로 광학 스캐너(62)와 대물 렌즈(63)로 구성된다.In the prior art, a polarization-sensitive optical coherence tomography (PS-OCT) apparatus generally includes a
광원(50)으로부터 발생된 빛은 광학부(10)의 선형 편광기(13)를 통과하여 수평 편광된 빛만 광 분배기(11)를 통과하면서 기준 거울(R1)이 있는 기준단(R)과 검사 대상물(P)이 있는 샘플단(T)으로 분배된다. 기준단(R)으로 가는 빛은 22.5°기울어진 제1의 1/4 파장판(QWP)(14)을 통과한 후 기준 거울(R1)에서 반사되어 다시 제1의 1/4 파장판(QWP)(14)을 통과하여 45°선형 편광된다. 이때, 빛의 수직 성분과 수평 성분의 크기는 같다. 샘플단(T)으로 향하는 빛은 45°기울어진 제2의 1/4 파장판(QWP)(15)을 통과하여 원형 편광되고, 프로브(60)의 광학스캐너(62)와 대물렌즈(63)를 지나 검사 대상물(P)로 조사된다. 검사 대상물(P)이 완벽한 반사체인 거울이라면 원형 편광된 빛은 다시 반사되어 대물렌즈(63)와 광학스캐너(62)를 지나 제2의 1/4 파장판(QWP)(15)을 통과하게 되고, 빛은 수직 성분만 존재하게 된다. 광 분배기(11)에서부터 기준단(R)의 기준 거울(R1)까지의 광의 이동거리와 광 분배기(11)에서부터 샘플단(T)의 검사 대상물(P)까지의 광의 이동거리가 같을 때 기준 거울(R1)에서 반사되어 나온 빛과 검사 대상물(P)에서 반사되어 나온 빛은 광분배기(11)에서 다시 만나 간섭신호를 생성하게 된다. 생성된 간섭신호는 편광 분배기(PBS)(12)를 지나면서 수직과 수평 성분으로 분리되고, 수직 성분의 빛은 제 1 검출기(30a)로 수평 성분의 빛은 제 2 검출기(30b)로 수광되어 각각 최종 검출된다. 스펙트럼 영역 편광 민감 광결맞음 단층 영상 장치(PS-OCT)의 경우 검출기(30a,30b)는 투과회절격자(transmisssion grating), 렌즈 및 선주사카메라(Line scan camera)로 이루어진 분광기(spectrometer)가 적용된다. 검출기(30a,30b)에 의해 검출된 검출 신호는 컴퓨터(40)로 전송되어 컴퓨터(40) 내의 연산 프로그램에 의해 연산 처리되어 실시간 영상 정보로 구현된다.The light generated from the
종래 기술에 따른 편광 민감 광결맞음 단층 영상 장치(PS-OCT)는 이와 같은 기본 시스템으로 구성되며, 검출단에서 2개의 검출기(30a,30b)를 통해 검사 대상물(P) 내부로부터 나오는 빛의 수직과 수평 성분을 각각 검출하여 검사 대상물(P)에 대한 편광 정보를 획득하게 되는데, 2개의 검출기를 사용함에 따라 다음과 같은 심각한 문제점이 발생하게 된다.The polarization sensitive photocoherence tomography (PS-OCT) device according to the prior art is composed of such a basic system. The horizontal components are respectively detected to obtain polarization information for the inspection object P. As two detectors are used, the following serious problem occurs.
1) 두 개의 검출기(분광기) 제작에 대한 고비용의 문제 1) High cost problem for making two detectors
2) 두 개의 검출기가 완벽하게 일치하지 않는 것에 의한 검출 신호의 왜곡 문제2) The problem of distortion of the detection signal due to the inconsistency of the two detectors
3) 검출 신호의 왜곡에 대한 소프트웨어 기반의 보정 알고리즘의 필요성으로 인한 영상구현의 시간 지연 및 알고리즘의 복잡성 문제3) Time delay of image implementation and complexity of algorithm due to need of software-based correction algorithm for distortion of detection signal
4) 하드웨어 시스템 구성 및 얼라인먼트, 트리거 구성의 어려움 등
4) Difficulties in hardware system configuration, alignment, and trigger configuration
한편, 종래 기술에 따른 일반적인 편광 민감 광결맞음 단층 영상 장치(PS-OCT)의 프로브(60)는 샘플단(T)이 고정된 현미경 타입으로 구성되거나 또는 의료 진단 및 바이오 샘플 측정의 용이성을 위해 자유 이동이 가능한 형태의 유동성이 큰 광섬유 기반의 프로브로 구성된다. 그러나 현미경 타입의 프로브는 고정된 형태로 유동성이 없어 사용 범위가 매우 제한적이고, 광섬유 기반의 프로브는 광섬유의 특성상 편광에 민감하여 샘플단(T)에 사용하기가 어렵고, 그 특성상 편광 민감 광결맞음 단층 영상 장치(PS-OCT)의 신호인 복굴절 신호에 대한 절대값이 아닌 상대값만을 측정할 수밖에 없으며, 진단의 유용한 정보 중 하나인 편광 소멸도(DOP) 역시 측정할 수 없다는 문제점이 있었다.
On the other hand, the
본 발명은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 발명한 것으로서, 본 발명의 목적은 검사 대상물의 광신호에 대한 수직과 수평 성분 신호를 광대역의 고속 광스위치를 사용하여 각각 한번씩 순차적으로 하나의 검출기로 전송함으로써 단일 검출기 기반의 장치를 구성할 수 있고, 이에 따라 검출기 1개 제거에 따른 비용 절감을 달성할 수 있고, 두 개의 검출기 제작으로 인한 영상 신호의 왜곡 현상을 극복할 수 있으며, 트리거 신호를 간편화할 수 있고, 소프트웨어/하드웨어 기반의 영상 신호 보정 알고리즘이 불필요하다는 점에서 측정 시간을 최소화할 수 있는 편광 민감 광결맞음 단층 영상 장치를 제공하는 것이다.The present invention has been invented to solve the problems of the prior art, and an object of the present invention is to transmit vertical and horizontal component signals for optical signals of an object to one detector sequentially one by one using a broadband high-speed optical switch. This enables the construction of a single detector-based device, thereby reducing the cost of eliminating one detector, overcoming distortion of the video signal due to the manufacture of two detectors, and simplifying the trigger signal. The present invention provides a polarization-sensitive photocoherence tomography imaging apparatus capable of minimizing measurement time in that a software / hardware-based image signal correction algorithm is unnecessary.
본 발명의 다른 목적은 다양한 운동 자유도를 가짐과 동시에 내부에 일정한 광 경로가 형성되는 레이저 암 유닛을 통해 프로브를 연결함으로써, 광섬유 방식의 프로브와 동일한 유동성을 확보하여 프로브를 자유 이동시킬 수 있어 사용자와 피검자에게 매우 우수한 사용 편리성을 제공할 수 있고, 아울러 광섬유 방식의 프로브와는 달리 편광 소멸도(DOP) 및 원형 편광 소멸도(DOCP)와, 복굴절 신호의 절대값을 측정할 수 있는 편광 민감 광결맞음 단층 영상 장치를 제공하는 것이다.
Another object of the present invention is to connect the probe through a laser arm unit having a variety of degrees of freedom and at the same time a constant optical path is formed therein, to secure the same fluidity as the probe of the optical fiber-type probe can be moved freely with the user Polarization-sensitive light that can provide the subject with excellent usability and can measure the polarization extinction (DOP) and circular polarization extinction (DOCP) and the absolute value of the birefringence signal, unlike the optical fiber probe. A coherence tomography imaging device is provided.
본 발명은, 검사 대상물의 내부를 비침습적으로 검사할 수 있는 편광 민감 광결맞음 단층 영상 장치에 있어서, 광원으로부터 발생된 빛이 편광 상태로 분배되어 일부는 프로브를 통해 샘플단의 검사 대상물로 진행하고 일부는 기준단으로 진행한 후 상기 기준단 및 샘플단으로부터 각각 반사된 빛이 다시 모여 상호 간섭되고, 상호 간섭된 빛이 수직 및 수평 성분으로 분리되는 광학부; 상기 광학부를 통과하며 분리된 수직 및 수평 성분의 빛을 순차적으로 수광하여 검출하는 하나의 검출부; 상기 광학부를 통과하며 분리된 수직 및 수평 성분의 빛이 각각 순차적으로 상기 검출부에 입사되도록 스위칭 동작하는 광 스위칭부; 및 상기 검출부에 의한 검출 신호를 전송받아 연산 처리하여 상기 샘플단의 검사 대상물에 대한 영상 신호로 출력하는 컴퓨터를 포함하는 것을 특징으로 하는 편광 민감 광결맞음 단층 영상 장치를 제공한다.According to the present invention, in the polarization-sensitive photocoherence tomography apparatus capable of non-invasive inspection of the inside of the inspection object, the light generated from the light source is distributed in a polarized state, and a part of the inspection object proceeds to the inspection object of the sample stage through the probe. A part of the optical unit in which the reflected light from the reference stage and the sample stage is gathered again and then interfered with each other, and the mutually interfered light is separated into vertical and horizontal components; A detection unit which sequentially receives and detects light of vertical and horizontal components separated through the optical unit; An optical switching unit which switches through the optical unit such that the separated vertical and horizontal components are sequentially incident on the detection unit; And a computer that receives the detection signal from the detection unit and arithmizes and processes the detection signal and outputs the signal as an image signal of an object to be inspected in the sample stage.
이때, 상기 광 스위칭부는 상기 광학부를 통과하며 분리된 수직 및 수평 성분의 빛이 각각 별도로 통과하도록 구비되는 제 1 및 제 2 평행광 렌즈; 상기 제 1 및 제 2 평행광 렌즈를 각각 통과한 빛의 편광 상태를 조절하는 제 1 및 제 2 편광 조절기; 및 상기 제 1 및 제 2 편광 조절기를 통과한 빛이 각각 순차적으로 진행하도록 스위칭 동작하는 광 스위치를 포함하여 구성될 수 있다.In this case, the light switching unit includes a first and a second parallel light lens which passes through the optical unit and is provided so that the light of the vertical and horizontal components separated separately; First and second polarization adjusters for adjusting the polarization states of the light passing through the first and second parallel light lenses, respectively; And an optical switch for switching so that the light passing through the first and second polarization controllers may proceed sequentially.
또한, 상기 광 스위치부는 상기 광 스위치를 통과한 빛의 편광 상태를 조절하는 제 3 편광 조절기를 더 포함하여 구성될 수 있다.The optical switch unit may further include a third polarization controller for adjusting the polarization state of the light passing through the optical switch.
또한, 상기 검출부는 하나의 분광기로 적용될 수 있다.In addition, the detector may be applied to one spectrometer.
또한, 상기 광학부는 상기 광원으로부터 발생된 빛을 수평 편광 상태로 변환시키는 선형 편광기; 상기 선형 편광기를 통과한 빛이 상기 기준단 및 샘플단으로 진행하도록 분배하고, 상기 기준단 및 샘플단으로부터 재반사된 빛이 다시 모여 상호 간섭되는 광 분배기; 상기 광 분배기로부터 상기 기준단으로 진행하는 빛과 상기 기준단으로부터 반사되어 상기 광 분배기로 진행하는 빛이 통과하며 선형 편광되도록 배치되는 제1의 1/4 파장판; 상기 광 분배기로부터 상기 샘플단으로 진행하는 빛과 상기 샘플단으로부터 반사되어 상기 광 분배기로 진행하는 빛이 통과하며 원형 편광되도록 배치되는 제2의 1/4 파장판; 및 상기 광 분배기에서 상호 간섭된 빛을 수직 및 수평 성분으로 분리하는 편광 분배기를 포함하여 구성될 수 있다.The optical unit may further include a linear polarizer for converting light generated from the light source into a horizontal polarization state; A light splitter configured to distribute the light passing through the linear polarizer to the reference stage and the sample stage, and the light re-reflected from the reference stage and the sample stage gather again and interfere with each other; A first quarter wave plate disposed to linearly polarize light passing through the light splitter from the light splitter to the reference stage and reflected from the reference splitter to the light splitter; A second quarter wave plate disposed to circularly polarize light passing through the light splitter from the light splitter to the sample stage and reflected from the sample splitter to the light splitter; And a polarization splitter that separates light interfering with each other in the light splitter into vertical and horizontal components.
또한, 상기 기준단은 완전 반사체인 기준 미러로 적용될 수 있다.In addition, the reference stage may be applied as a reference mirror that is a complete reflector.
한편, 상기 프로브는 상기 광학부와 독립적으로 자유 이동할 수 있도록 별도의 레이저 암 유닛을 통해 상기 광학부와 연결 결합될 수 있다.On the other hand, the probe may be coupled to the optical unit through a separate laser arm unit to be free to move independently of the optical unit.
이때, 상기 레이저 암 유닛은 내부 공간에 상기 광학부와 상기 프로브 사이의 광 경로가 형성되도록 구성될 수 있다.In this case, the laser arm unit may be configured to form an optical path between the optical unit and the probe in an internal space.
또한, 상기 레이저 암 유닛은 각각 중공 파이프 형태로 형성되어 상호 회전 가능하게 순차적으로 결합되는 다수개의 관절암; 및 상기 관절암의 내부에 각각 결합되며 상기 관절암 내부 공간을 통해 빛이 진행하도록 빛을 반사하는 반사 미러를 포함하여 구성될 수 있다.In addition, the laser arm unit is formed in the form of a hollow pipe, each of the plurality of joint arms are sequentially coupled to each other rotatably; And a reflection mirror coupled to the inside of the joint cancer and reflecting light to propagate light through the joint cancer internal space.
이때, 상기 다수개의 관절암은 상호 인접한 관절암이 직각을 이루며 배치되도록 순차적으로 결합되고, 상호 인접한 관절암 중 어느 하나에 대한 길이 방향 회전축을 중심으로 회전 가능하게 결합될 수 있다.In this case, the plurality of joint cancers may be sequentially coupled such that mutually adjacent joint arms are disposed at a right angle, and may be rotatably coupled around a longitudinal rotation axis with respect to any one of mutually adjacent joint arms.
또한, 상기 다수개의 관절암 중 상기 광학부와 연결되는 관절암과 상기 프로브와 연결되는 관절암에는 각각 상기 광학부 및 프로브에 탈착 가능하게 연결되도록 별도의 연결관이 결합될 수 있다.In addition, a separate connecting tube may be coupled to the joint arm connected to the optical unit and the joint arm connected to the probe among the plurality of joint arms to be detachably connected to the optical unit and the probe, respectively.
또한, 상기 프로브는 상기 레이저 암 유닛의 일단에 결합되는 프로브 케이스; 상기 프로브 케이스 내부에 장착되어 빛을 상기 레이저 암 유닛 또는 상기 검사 대상물로 반사하는 광학 스캐너; 및 상기 프로브 케이스의 일측에 결합되는 대물 렌즈를 포함하고, 상기 광학부로부터 상기 레이저 암 유닛을 통해 출사되는 빛은 상기 광학 스캐너에 의해 반사되어 상기 대물 렌즈를 통해 상기 검사 대상물로 조사되고, 상기 검사 대상물로부터 반사되는 빛은 상기 대물 렌즈를 통해 상기 광학 스캐너로 입사된 후 상기 레이저 암 유닛으로 반사되어 상기 광학부로 진행하도록 구성될 수 있다.The probe may further include a probe case coupled to one end of the laser arm unit; An optical scanner mounted inside the probe case to reflect light to the laser arm unit or the inspection object; And an objective lens coupled to one side of the probe case, wherein light emitted from the optical unit through the laser arm unit is reflected by the optical scanner and irradiated to the inspection object through the objective lens, and the inspection Light reflected from an object may be configured to be incident to the optical scanner through the objective lens and then reflected to the laser arm unit to travel to the optical unit.
또한, 상기 광 스위칭부는 상기 광학부를 통과하며 분리된 수직 및 수평 성분의 빛이 각각 별도로 통과하도록 구비되는 제 1 및 제 2 평행광 렌즈; 상기 수직 및 수평 성분의 빛이 순차적으로 출력되도록 스위칭 동작하는 광 스위치; 상기 광스위치의 전단 및 후단 중의 하나 이상에 배치되고 입력되는 빛의 편광 상태를 조정하는 편광 조절기를 구비하고, 상기 편광 조절기는, 상기 수직 및 수평 성분 빛의 스펙트럼과, 상기 수직 및 수평 성분 빛의 신호를 상기 컴퓨터를 통한 고속 퓨리에 변환을 통한 깊이 성분이 0이 되도록 조정될 수도 있다.
The light switching unit may further include: first and second parallel light lenses passing through the optical part and separately provided with separate vertical and horizontal components of light; An optical switch for switching to sequentially output light of the vertical and horizontal components; And a polarization controller for adjusting a polarization state of light input and disposed at at least one of the front end and the rear end of the optical switch, wherein the polarization adjuster comprises a spectrum of the vertical and horizontal component light and the vertical and horizontal component light. The signal may be adjusted such that the depth component through fast Fourier transform through the computer is zero.
본 발명에 의하면, 검사 대상물의 광신호에 대한 수직과 수평 성분 신호를 광대역의 고속 광스위치를 사용하여 각각 한번씩 순차적으로 하나의 검출기로 전송하도록 구성함으로써 단일 검출기 기반의 장치를 구성할 수 있으며, 이에 따라 검출기를 1개 제거할 수 있어 현저한 비용 절감 효과를 달성할 수 있고, 두 개의 검출기 제작으로 인한 영상 신호의 왜곡 현상을 극복할 수 있으며, 트리거 신호를 간편화할 수 있고, 소프트웨어/하드웨어 기반의 영상 신호 보정 알고리즘이 불필요하다는 점에서 측정 시간을 최소화할 수 있는 효과가 있다.According to the present invention, a single detector-based device may be configured by transmitting vertical and horizontal component signals of an optical signal of an object to be sequentially transmitted to one detector one by one using a broadband high-speed optical switch. As a result, one detector can be eliminated, resulting in significant cost savings, overcoming the distortion of the video signal caused by two detectors, simplified trigger signals, and software / hardware-based video. Since the signal correction algorithm is unnecessary, the measurement time can be minimized.
또한, 다양한 운동 자유도를 가짐과 동시에 내부에 일정한 광 경로가 형성되는 레이저 암 유닛을 통해 프로브를 연결함으로써, 광섬유 방식의 프로브와 동일한 유동성을 확보하여 프로브를 자유 이동시킬 수 있고, 이에 따라 사용자와 피검자에게 매우 우수한 사용 편리성을 제공할 수 있으며, 아울러 광섬유 방식의 프로브와는 달리 편광 소멸도(DOP) 및 원형 편광 소멸도(DOCP)와, 복굴절 신호의 절대값을 측정할 수 있어 검사 대상물에 대한 더욱 정확하고 다양한 특성을 파악할 수 있는 효과가 있다.
In addition, by connecting the probe through a laser arm unit having a variety of degrees of freedom of movement and a constant optical path therein, it is possible to freely move the probe by securing the same fluidity as the probe of the optical fiber type, according to the user and the subject It is very easy to use, and unlike the optical fiber probe, it can measure the polarization extinction (DOP) and circular polarization extinction (DOCP) and the absolute value of the birefringence signal. It is effective to identify more accurate and various characteristics.
도 1은 종래 기술에 따른 일반적인 편광 민감 광결맞음 단층 영상 장치의 구성을 개략적으로 도시한 블록도,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 편광 민감 광결맞음 단층 영상 장치의 구성을 개략적으로 도시한 블록도,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 광스위치부 및 검출부의 상세한 구성을 개략적으로 도시한 블록도,
도 4는 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 편광 민감 광결맞음 단층 영상 장치의 구성을 개략적으로 도시한 블록도,
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 암 유닛 및 프로브의 구성을 개략적으로 도시한 개념도이다.1 is a block diagram schematically illustrating a configuration of a general polarization sensitive photocoherence tomography apparatus according to the prior art;
2 is a block diagram schematically illustrating a configuration of a polarization sensitive photocoherence tomography imaging apparatus according to an embodiment of the present invention;
3 is a block diagram schematically illustrating a detailed configuration of an optical switch unit and a detection unit according to an embodiment of the present invention;
4 is a block diagram schematically illustrating a configuration of a polarization sensitive photocoherence tomography imaging apparatus according to another embodiment of the present invention;
5 is a conceptual diagram schematically showing the configuration of a laser arm unit and a probe according to an embodiment of the present invention.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the drawings, the same reference numerals are used to designate the same or similar components throughout the drawings. In the following description of the present invention, a detailed description of known functions and configurations incorporated herein will be omitted when it may make the subject matter of the present invention rather unclear.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 편광 민감 광결맞음 단층 영상 장치의 구성을 개략적으로 도시한 블록도이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 광 스위치부 및 검출부의 상세한 구성을 개략적으로 도시한 블록도이다.2 is a block diagram schematically illustrating a configuration of a polarization sensitive photocoherence tomography imaging apparatus according to an embodiment of the present invention, and FIG. 3 schematically illustrates a detailed configuration of an optical switch unit and a detection unit according to an embodiment of the present invention. It is a block diagram shown by.
본 발명의 일 실시예에 따른 편광 민감 광결맞음 단층 영상 장치(PS-OCT)는 광 스위치를 이용하여 수직 및 수평 성분으로 분리된 빛을 순차적으로 하나의 검출기에서 모두 검출할 수 있도록 구성되며, 광원(500)으로부터 발생된 빛을 분배하는 광학부(100)와, 하나의 검출부(300)와, 광 스위칭부(200)와, 컴퓨터(400)를 포함하여 구성된다. 또한, 검사 대상물(P)이 있는 샘플단(T)에는 검사 대상물(P)로부터 편광 정보를 획득할 수 있도록 프로브(600)가 광학부(100)와 연결되게 장착된다.The polarization-sensitive optical coherence tomography apparatus (PS-OCT) according to the embodiment of the present invention is configured to detect light separated into vertical and horizontal components sequentially in one detector using an optical switch. And an
광학부(100)에는 광원(500)으로부터 발생된 빛을 편광 상태로 변환하는 선형 편광기(130)와, 편광된 빛을 기준단(R) 및 샘플단(T)으로 분배하는 광 분배기(110)와, 광 분배기(110)로부터 분배되어 진행하는 빛이 각각 통과하도록 배치되는 제1의 1/4 파장판(140) 및 제2의 1/4 파장판(150)과, 기준단(R) 및 샘플단(T)으로부터 반사된 후 다시 모여 상호 간섭된 빛을 수직 및 수평 성분으로 분리하는 편광 분배기(110)가 구비된다. 따라서, 광학부(100)에서는 광원(500)으로부터 발생된 빛이 편광 상태로 분배되어 일부는 프로브(600)를 통해 샘플단(T)의 검사 대상물(P)로 진행하고 일부는 기준단(R)으로 진행하며, 각각 기준단(R) 및 샘플단(T)으로 진행한 빛은 기준단(R) 및 샘플단(T)으로부터 반사되어 다시 광학부(100)에서 모여 상호 간섭되며, 상호 간섭된 빛은 수직 및 수평 성분의 빛으로 분리된다.The
이와 같이 광학부(100)를 통과하며 분리된 수직 및 수평 성분의 빛은 광 스위칭부(200)의 스위칭 동작에 의해 각각 순차적으로 하나의 검출부(300)에 입사되어 검출되고, 검출부(300)에 의한 검출 신호는 컴퓨터(400)로 전송되어 컴퓨터(400)에 의해 연산 처리되어 검사 대상물(P)에 대한 영상 신호로 출력된다.As described above, light having vertical and horizontal components separated through the
이하에서는 이러한 편광 민감 광결맞음 단층 영상 장치에 대한 세부 구성 및 동작 흐름에 대해 상세히 살펴본다.Hereinafter, a detailed configuration and operation flow of the polarization sensitive photocoherence tomography apparatus will be described in detail.
빛을 발생시키는 광원(500)은 고속 파장변환 저결맞음(low coherence) 광원이 적용되어 광학부(100)로 빛을 전송한다. 임의의 공간상의 한점에 도달하는 광파가 예측 가능하게 진동하여 위상 변화없이 사인함수 형태를 유지하는 평균 시간간격을 가간섭시간(coherence time)이라고 하는데, 이것은 광파의 시간 가간섭성(temporal coherence)을 결정하는 척도가 된다. 공간상에 고정된 한 점에서 관찰하면 진행하는 광파는 위상이 일정하게 유지되는 시간간격 동안만 사인함수 형태로 진동한다. 임의대로 위상이 변화하기 전까지 규칙적으로 진동하는 광파의 공간적 길이를 가간섭거리(coherence length)라고 하고 광파가 분광학적으로 얼마나 순수한가를 나타내는 척도가 된다. 저 결맞음 광원은 광파의 가간섭거리가 짧은 광원으로 넓은 스펙트럼 대역을 갖는 이유로 최근 광결맞음 단층 영상 장치에서 널리 사용되고 있다.The
이러한 광원(500)으로부터 발생된 빛은 광학부(100)의 선형 편광기(LP)(130)(또는 편광 분배기(PBS))를 통과하여 수평 방향으로 편광된 빛으로 변환된다.The light generated from the
순수하게 수평 편광된 빛은 광분배기(Beam Splitter, BS)(110)를 통과하면서 분배되어 한쪽 경로로는 기준단(R)으로 다른 한쪽 경로로는 샘플단(T)으로 각각 진행하게 된다. 여기서, 기준단(R)은 완전 반사체인 기준 미러(R1)로 적용될 수 있다.The purely horizontally polarized light is distributed while passing through a beam splitter (BS) 110 to travel to the reference stage R in one path and to the sample stage T in the other path. Here, the reference stage R may be applied to the reference mirror R1 which is a complete reflector.
기준단(R)으로 진행하는 빛은 수평에 대해 22.5°경사진 제1의 1/4 파장판(QWP)(140)을 통과한다. 22.5°경사진 제1의 1/4 파장판(140)을 통과한 빛은 기준 미러(R1)에 의해 반사되어 다시 22.5°의 1/4 파장판(140)를 통과하여 광 분배기(110)로 돌아오게 된다. 이때, 광분배기(110)로 돌아온 빛은 45°선형 편광된 상태로 수직 성분과 수평 성분의 크기 및 위상이 같게 되는데, 이는 광학 분야에서 이론적으로 실험적으로 증명된 것이므로, 이에 대한 상세한 설명은 생략한다. Light traveling to the reference stage R passes through a first quarter wave plate (QWP) 140 inclined at 22.5 ° with respect to the horizontal. Light passing through the first
샘플단(T)으로 진행하는 빛은 수평에 대해 45°경사진 제2의 1/4 파장판(QWP)(150)을 통과하여 프로브(600)를 통해 샘플단(T)의 검사 대상물(P)에 입사하게 된다. 이때, 프로브(600)에는 입사되는 빛을 반사하는 광학 스캐너(620)와, 빛을 집속하는 대물 렌즈(630)가 구비되며, 광 분배기(110)로부터 분배되어 샘플단(T)으로 진행하는 빛은 광학 스캐너(620)에 의해 반사되어 대물 렌즈(630)에 의해 집속된 후 샘플단(T)의 검사 대상물(P)로 입사된다. 이때, 빛은 수평성분을 기준으로 우원형 편광되어 있으며, 우원형 편광 성분의 빛은 검사 대상물(P)에서 산란되거나 역반사되고 검사 대상물(P)의 광학적 특성에 따라 타원 편광으로 변화를 일으키게 된다. 검사 대상물(P) 조직에서 산란되거나 역반사된 빛은 다시 같은 경로로 되돌아가며, 다시 45°경사진 제2의 1/4 파장판(150)을 통과하여 광 분배기(110)로 돌아오게 된다. 이때, 광 분배기(110)로 돌아오는 빛은 수직 성분만 존재하게 된다. 이때, 샘플이 콜라겐과 같은 복굴절 물질이 없는 반사체라면 광 분배기(110)로 돌아오는 빛은 수직 성분만 존재하게 된다.The light traveling to the sample stage T passes through the second quarter
이때, 광 분배기(110)에서부터 기준단(R)의 기준 미러(R1)까지의 광의 이동거리와 광 분배기(110)에서부터 샘플단(T)의 검사 대상물(P)까지의 광의 이동거리가 같을 때 기준 미러(R1)에서 반사되어 나온 빛과 검사 대상물(P)에서부터 반사되어 나온 빛은 광 분배기(110)에서 다시 만나 간섭신호를 생성하게 된다. 이렇게 생성된 간섭신호는 편광 분배기(110)를 통과하면서 수직과 수평 성분으로 분리된다.At this time, when the moving distance of the light from the
이와 같이 수직과 수평 성분으로 분리된 빛은 광 스위칭부(200)를 통해 순차적으로 검출부(300)로 입사되어 검출되는데, 광 스위칭부(200)는 도 3에 도시된 바와 같이 편광 분배기(110)를 통과하며 분리된 수직 및 수평 성분의 빛이 각각 별도로 통과하도록 구비되는 제 1 및 제 2 평행광 렌즈(210a,210b)와, 제 1 및 제 2 평행광 렌즈(210a,210b)를 각각 통과한 빛의 편광 상태를 조절하는 제 1 및 제 2 편광 조절기(220a,220b)와, 제 1 및 제 2 편광 조절기(220a,220b)를 통과한 빛이 각각 순차적으로 진행하도록 스위칭 동작하는 광 스위치(230)을 포함하여 구성된다. 이때, 광 스위치(230)는 신속한 동작이 가능한 고속 광 스위치가 적용되는 것이 바람직하다. 또한, 광 스위칭부(200)에는 광 스위치(230)를 통과한 빛의 편광 상태를 조절할 수 있도록 별도의 제 3 편광 조절기(220c)가 더 구비될 수 있다.As described above, light separated into vertical and horizontal components is detected by being sequentially incident to the
따라서, 광학부(100)의 편광 분배기(110)를 통해 분리된 수직 및 수평 성분의 빛은 각각 제 1 및 제 2 평행광 렌즈(210a,210b)와 제 1 및 제 2 편광 조절기(220a,220b)를 통과한 후, 광 스위치(230)에 의해 순차적으로 검출부(300)로 입사된다.Accordingly, the light of the vertical and horizontal components separated through the
검출부(300)는 수직 및 수평 분리된 빛을 순차적으로 검출하기 때문에 종래 기술과 달리 1개만 구비되는데, 사용 환경에 따라 포토 다이오드로 적용될 수도 있고 분광기로 적용될 수도 있다. 분광기로 적용되는 경우, 분광기는 도 3에 도시된 바와 같이 콜리메이터(310), 투과회절격자(320), 렌즈(330) 및 선주사카메라(340)로 구성될 수 있으며, 이에 따라 광 스위치(230)를 통과한 빛은 콜리메이터(310)에 의해 평행광이 되고, 투과회절격자(320)에 의해 파장에 대한 스펙트럼 정보로 변환되고, 렌즈(330)에 의해 선주사카메라(340)로 초점 입사된 후, 컴퓨터(400)로 전송된다.Since the
이때, 검출부(300)에서 검출된 수직 및 수평 성분의 광신호 정보는 광 스위칭부(200)의 편광 조절기(220a,220b,220c) 및 검출부 시스템의 기술적인 보정을 통해 최대한 일치하도록 조절되어야 한다. 즉, 수직과 수평 성분의 빛에 대해 고속 퓨리에 변환(FFT: Fast Fourier Transform)을 통한 깊이 정보로의 변환시 깊이 0인 지점에서 두 신호가 모두 깊이 0인 신호가 되도록 조절되어야 하며, 이는 광 스위칭부(200)에 구비된 편광 조절기(220a,220b,220c)의 보정을 통해 수행될 수 있다.At this time, the optical signal information of the vertical and horizontal components detected by the
즉, 수직과 수평 성분의 빛에 대한 스펙트럼의 위상과 크기를 일치시키고, 고속 퓨리에 변환을 통하여 얻어진 깊이 정보를 이용하여 수직과 수평 성분의 신호의 깊이 위치값인 깊이 정보가 깊이 0이 되도록 편광 조절기 내지 검출단을 조정한다.
That is, the polarization controller matches the phase and magnitude of the spectrum with respect to the light of the vertical and horizontal components, and the depth information, which is the depth position value of the signal of the vertical and horizontal components, is 0 using the depth information obtained through the fast Fourier transform. To adjust the detection stage.
컴퓨터(400)는 검출부(300)의 검출 신호를 디지털 신호로 변환하여 수신하며, 수신된 디지털 신호를 컴퓨터(400) 내의 연산 프로그램에 의해 K-도메인 보정(K-domain Calibration) 및 IFFT(Inverse fast fourier transform) 등을 거쳐 실시간 영상 정보로 구현한다. 또한, 고속 퓨리에 변환을 통해 수직 및 수평 성분의 빛에 대한 크기와 위상 값을 구하고, 고속 퓨리에 변환에 의해 얻은 값들로부터 스톡스 변수값을 구하여 이로부터 편광 소멸도(DOP: Degree of polarization) 및 원형 편광 소멸도(DOCP: Degree of circular polarization)를 측정할 수 있다. The
검사 대상물(P)로부터 나오는 광신호인 빛을 전자기장에서 Ex를 수평 성분, Ey를 수직 성분이라 할 때, 각 성분은 다음과 같이 표현할 수 있다.The object to be inspected horizontal component Ex of the optical signal is a light emitted from the (P) in the electromagnetic field, as when the vertical component Ey, each component can be expressed as follows.
이를 이용하여 스톡스 변수(S0, S1, S2, S3) 값은 다음과 같이 구할 수 있다.Using this, Stokes variables (S 0 , S 1 , S 2 , S 3 ) can be obtained as follows.
이때, 편광 소멸도(DOP) 및 원형 편광 소멸도(DOCP)는 다음 식을 통해 구할 수 있다.At this time, the polarization extinction (DOP) and circular polarization extinction (DOCP) can be obtained through the following equation.
이때, 편광 소멸도(DOP)는 빛에 대한 편광 성분의 변화 상태를 나타내는 것이고, 원형 편광 소멸도(DOCP)는 원형 편광된 빛의 편광 변화를 나타내는 것으로, 이를 이용하여 검사 대상물(P)의 조직 내부 상태를 파악할 수 있다. In this case, the polarization extinction degree (DOP) indicates the change state of the polarization component with respect to light, and the circular polarization extinction degree (DOCP) indicates the change in polarization of the circularly polarized light, by using the tissue of the test object (P) Understand the internal condition.
즉, 일정하게 편광된 빛이 콜라겐과 같이 비대칭 분자구조를 갖는 생체 조직과 같은 산란계수가 높은 매질을 통과하게 되면 물질의 분산정도 그리고 밀도의 요소들에 의해 편광성분이 변하게 된다. 편광성분의 변화는 생체조직의 광학적 이미징 방법에서 우수한 대조 메커니즘의 하나로 간주된다. 일반적으로 편광의 변화는 입사된 빛의 파장과 매질의 크기와 상관관계가 있다. 산란자의 크기가 파장의 범위보다 크면 선형편광의 성질이 원형편광보다 길게 유지되며 파장의 범위가 산란자보다 크면 원형 편광된 빛이 선형 편광된 빛보다 더 오래 편광 성분을 유지하게 된다. That is, when the uniformly polarized light passes through a medium having a high scattering coefficient such as a biological tissue having an asymmetric molecular structure such as collagen, the polarization component is changed by factors of dispersion and density of materials. The change in polarization component is regarded as one of the excellent control mechanisms in the optical imaging method of living tissue. In general, the change in polarization is correlated with the wavelength of the incident light and the size of the medium. If the size of the scatterer is larger than the wavelength range, the linear polarization property is maintained longer than the circular polarization. If the wavelength range is larger than the scatterer, the circularly polarized light maintains the polarization component longer than the linearly polarized light.
이와 같은 편광 소멸도(DOP)와 원형 편광 소멸도(DOCP)는 예를 들어 생체 조직 내부에 종양과 같은 세포 변화가 발생하게 되면, 입사된 빛에 대한 산란 계수가 변화하게 되어 결국 편광 소멸도(DOP) 및 원형 편광 소멸도(DOCP)에 변화를 발생시키므로, 이는 생체 조직의 특성을 구분할 수 있는 중요한 근거로 작용한다.Such polarization extinction (DOP) and circular polarization extinction (DOCP), for example, when a cell change such as a tumor occurs inside the living tissue, the scattering coefficient for the incident light is changed and eventually the polarization extinction ( Changes in DOP) and circular polarization extinction (DOCP), which serves as an important basis for distinguishing characteristics of biological tissues.
이러한 편광 소멸도(DOP) 및 원형 편광 소멸도(DOCP)는 광학부(100)와 프로브(600)가 광섬유를 통해 연결된 경우에는 광섬유의 특성상 그 값을 측정할 수 없으나, 본 발명의 일 실시예에 따른 프로브(600)는 광섬유를 통해 광학부(100)와 연결된 방식이 아니므로, 이러한 편광 소멸도(DOP) 및 원형 편광 소멸도(DOCP)를 구할 수 있다. 또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 프로브(600)는 광섬유를 이용하지 않는 방식임에도 유동성이 크게 유지될 수 있는 방식으로 구성되는데, 이에 대한 설명은 도 4 및 도 5를 중심으로 설명한다.The polarization extinction degree (DOP) and circular polarization extinction degree (DOCP) can not measure the value due to the characteristics of the optical fiber when the
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 편광 민감 광결맞음 단층 영상 장치는 이상에서 설명한 바와 같이 광학부(100)를 통해 수직 및 수평 성분으로 분리된 빛을 광 스위치(230)를 이용하여 순차적으로 검출부(300)에 입사되도록 함으로써, 종래 기술과 달리 2개의 검출기가 필요하지 않고 1개의 검출기만으로 전체 시스템을 구성할 수 있다. 따라서, 종래 기술에 비해 약 2배의 비용 절감 효과가 있고, 두 개의 검출기 제작으로 인한 영상 신호의 왜곡 현상을 극복할 수 있으며, 트리거 신호를 간편화할 수 있고, 소프트웨어/하드웨어 기반의 영상 신호 보정 알고리즘이 불필요하다는 점에서 측정 시간을 최소화할 수 있는 장점이 있다.
Meanwhile, in the polarization-sensitive optical coherence tomography imaging apparatus according to the exemplary embodiment of the present invention, as described above, light separated into vertical and horizontal components through the
도 4는 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 편광 민감 광결맞음 단층 영상 장치의 구성을 개략적으로 도시한 블록도이고, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 암 유닛 및 프로브의 구성을 개략적으로 도시한 개념도이다.4 is a block diagram schematically illustrating a configuration of a polarization-sensitive photo coherence tomography imaging apparatus according to another embodiment of the present invention, and FIG. 5 illustrates a configuration of a laser arm unit and a probe according to an embodiment of the present invention. It is a conceptual diagram schematically shown.
본 발명의 일 실시예에 따른 편광 민감 광결맞음 단층 영상 장치는 전술한 바와 같이 프로브(600)가 광학부(100)와 독립적으로 자유 이동할 수 있도록 유동성이 큰 방식으로 구성되는데, 이러한 프로브(600)는 광섬유를 이용하여 광학부(100)와 연결되는 구조가 아니라 별도의 레이저 암 유닛(700)을 통해 광학부(100)와 연결되는 구조로 구성된다. As described above, the polarization-sensitive photocoherence tomography imaging apparatus according to the embodiment of the present invention is configured in such a way that the fluidity is large so that the
이때, 레이저 암 유닛(700)은 내부 공간에 광학부(100)와 프로브(600) 사이의 광 경로가 형성되도록 구성되며, 따라서, 광학부(100)와 프로브(600) 사이를 흐르는 빛이 광섬유를 통해 이동하지 않고 레이저 암 유닛(700)의 내부 공간을 통과하도록 구성되기 때문에, 전술한 바와 같이 광섬유 방식의 프로브를 통해서는 측정할 수 없는 편광 소멸도(DOP) 및 원형 편광 소멸도(DOCP)를 측정할 수 있을 뿐만 아니라 편광 민감 광결맞음 단층 영상 장치의 신호인 복굴절 신호의 절대값을 측정할 수 있다. 아울러, 레이저 암 유닛(700)을 통해 프로브(600)의 유동성이 확보되므로 프로브(600)가 광섬유 방식의 프로브와 거의 동일한 정도로 자유 이동할 수 있어 사용자 및 피검자에게 우수한 사용 편리성을 제공한다.In this case, the
다시 말하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 프로브(600)는 내부에 광 경로가 형성되는 레이저 암 유닛(700)을 통해 광섬유 방식의 프로브와 동일한 유동성을 확보함과 동시에 광섬유 방식의 프로브를 통해서는 측정할 수 없는 다양한 신호값을 측정할 수 있다.In other words, the
좀 더 자세히 살펴보면, 레이저 암 유닛(700)은 도 5에 도시된 바와 같이 상호 회전 가능하게 순차적으로 결합되는 다수개의 관절암(710)과, 관절암(710)의 내부에 각각 결합되는 반사 미러(720)를 포함하여 구성된다.In more detail, as shown in FIG. 5, the
관절암(710)은 내부 공간으로 빛이 통과할 수 있도록 중공 파이프 형태로 형성되며, 다수개가 서로 절곡된 형태로 배치되어 상호 회전 가능하게 순차적으로 결합된다. 이때, 다수개의 관절암(710)은 상호 인접한 관절암(710)이 직각을 이루며 배치되도록 순차적으로 결합될 수 있고, 상호 인접한 관절암(710) 중 어느 하나에 대한 길이 방향 회전축을 중심으로 회전 가능하게 결합될 수 있다. 또한, 다수개의 관절암(710) 중 어느 하나는 광학부(100)와 연결되고 또 다른 하나는 프로브(600)와 연결되는데, 광학부(100) 및 프로브(600)와 연결되는 관절암(710)에는 각각 광학부(100)와 프로브(600)에 연결되도록 별도의 연결관(701)이 장착되며, 연결관(701)은 광학부(100) 및 프로브(600)에 탈착 가능하게 연결되도록 나사산(S)이 형성되어 나사 결합될 수 있다.The joint arm 710 is formed in the form of a hollow pipe to allow light to pass through the inner space, and a plurality of joint arms 710 are sequentially arranged to be rotatable with each other. In this case, the plurality of joint arms 710 may be sequentially coupled such that mutually adjacent joint arms 710 are disposed at a right angle, and may be rotated about a longitudinal rotation axis with respect to any one of the mutually adjacent joint arms 710. Can be combined. In addition, any one of the plurality of joint arms 710 is connected to the
반사 미러(720)는 이러한 관절암(710) 내부에 각각 장착되며 서로 절곡된 형태로 배치되는 다수개의 관절암(710) 내부 공간을 통해 연속적으로 빛이 통과할 수 있도록 빛을 광 경로에 따라 반사한다. 따라서, 반사 미러(720)는 관절암(710)의 배치 형태에 따라 그 배치 각도가 다르게 형성되는데, 관절암(710)이 상호 회전하며 그 배치 상태가 변화하더라도 연속적으로 빛이 통과할 수 있도록 관절암(710) 내부에 장착된다.The reflection mirror 720 is mounted inside each of the joint arms 710 and reflects the light along the optical path so that light can continuously pass through the interior spaces of the plurality of joint arms 710 arranged in a bent form. do. Accordingly, the reflection mirror 720 is formed differently depending on the arrangement of the joint arm 710, the joint arm 710 is rotated to each other so that the light can continuously pass even if the arrangement state changes It is mounted inside the arm 710.
예를 들면, 레이저 암 유닛(700)은 도 5에 도시된 바와 같이 6개의 관절암(710a,710b,710c,710d,710e,710f)이 서로 직각을 이루도록 순차적으로 결합되고, 각 관절암(710a,710b,710c,710d,710e,710f)은 상호 연결부위에 별도의 관절 회전링(702)을 통해 상호 회전하도록 결합될 수 있다. 제 1 관절암(710a)은 광학부(100)와 연결되도록 일측에 연결관(701)이 결합되어 광학부(100)와 나사 결합되고, 제 1 관절암(710a)은 연결관(701)에 대해 회전축 C1을 중심으로 회전하도록 결합된다. 이때, 제 1 관절암(710a)의 내부에는 연결관(701)을 통해 입사된 빛이 제 1 관절암(710a)의 내부 공간에서 길이 방향을 따라 진행하도록 빛을 반사하는 각도로 반사 미러(720a)가 장착된다. 제 2 관절암(710b)은 제 1 관절암(710a)의 일단에 직각 방향으로 배치되고, 제 1 관절암(710a)의 길이 방향 회전축 C2를 중심으로 회전하도록 결합된다. 제 2 관절암(710b)의 내부에는 제 1 관절암(710a)을 통과한 빛이 제 2 관절암(710b)의 내부 공간에서 길이 방향으로 진행하도록 빛을 반사하는 각도로 반사 미러(720b)가 장착된다. 마찬가지 방식으로, 제 3 관절암(710c)은 빛을 길이 방향으로 반사하도록 내부에 반사 미러(720c)가 장착되어 제 2 관절암(710b)의 일단에 직각 방향으로 결합되며, 회전축 C3을 중심으로 회전하도록 결합되고, 계속해서, 내부에 각각 반사 미러(720ㅇ,720e,720f)가 장착된 제 4 관절암(710d), 제 5 관절암(710e) 및 제 6 관절암(710f)가 마찬가지 방식으로 순차적으로 결합되며, 각각 회전축 C4, C5, C6를 중심으로 회전하도록 결합된다. 제 6 관절암(710f)의 일측에는 프로브(600)와 연결 결합되도록 연결관(701)가 결합되며, 이를 통해 프로브(600)와 탈착 가능하게 연결 결합된다. For example, the
이러한 구조에 따라 레이저 암 유닛(700)은 각 관절암(710)이 다수개의 회전축을 중심으로 회전할 수 있기 때문에, 제 6 관절암(710f)에 연결된 프로브(600)는 다양한 방향의 자유도를 가지며 자유 이동할 수 있다. 또한, 이와 같이 다수개 관절암(710)의 회전에 의해 프로브(600)를 자유 이동시키더라도, 각 관절암(710)을 통한 빛의 광 경로는 반사 미러(720)를 통해 계속해서 각 관절암(710)을 통과하도록 구성되기 때문에, 광학부(100)와 프로브(600) 사이의 광 경로는 일정하게 유지된다.According to this structure, since the
따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 편광 민감 광결맞음 단층 영상 장치의 프로브(600)는 광섬유를 이용하지 않는 방식으로 전술한 바와 같이 편광 소멸도(DOP) 및 원형 편광 소멸도(DOCP)와, 복굴절 신호의 절대값을 측정할 수 있을 뿐만 아니라 프로브(600)를 자유 이동시킬 수 있어 사용자와 피검사에게 매우 우수한 사용 편리성을 제공할 수 있다.Accordingly, the
한편, 이러한 레이저 암 유닛(700)에 결합되는 프로브(600)는 도 5에 도시된 바와 같이 레이저 암 유닛(700)의 일단에 결합되는 프로브 케이스(610)와, 프로브 케이스(610) 내부에 장착되어 빛을 레이저 암 유닛(700) 및 검사 대상물(P)로 반사하는 광학 스캐너(620)와, 프로브 케이스(610)의 일측에 결합되는 대물 렌즈(630)를 포함하여 구성될 수 있다. 이때, 프로브 케이스(610)는 레이저 암 유닛(700)의 제 6 관절암(710f)에 결합된 연결관(701)과 나사 결합되도록 일측에 나사홀(611)이 형성되고, 또 다른 일측에는 대물 렌즈(630)가 결합되도록 결합홀(612)이 형성된다.Meanwhile, the
이러한 구조에 따라, 광학부(100)의 광 분배기(110)로부터 분배되어 샘플단(T)으로 진행하는 빛은 레이저 암 유닛(700)을 통해 프로브(600)의 광학 스캐너(620)로 입사되어 반사되고, 이는 대물 렌즈(630)를 통해 집속되어 검사 대상물(P)로 조사된다. 검사 대상물(P)로 조사된 빛은 다시 반사되어 대물 렌즈(630)를 통과한 후 광학 스캐너(620)로 입사되어 반사되고, 이는 레이저 암 유닛(700)을 통과하여 광학부(100)의 광 분배기(110)로 다시 입사되며, 기준단(R)으로부터 반사된 빛과 간섭되어 편광 분배기(110)를 통해 수직 및 수평 성분으로 분리된다. 수직 및 수평 성분으로 분리된 빛은 전술한 바와 같이 광 스위칭부(200)를 통해 순차적으로 하나의 검출부(300)로 입사되어 최종 검출되며, 검출부(300)에 의한 검출 신호는 컴퓨터(400)로 전송되어 연산 처리된 후 영상 정보로 구현된다.
According to this structure, light that is distributed from the
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
The above description is merely illustrative of the technical idea of the present invention, and those skilled in the art to which the present invention pertains may make various modifications and changes without departing from the essential characteristics of the present invention. Therefore, the embodiments disclosed in the present invention are intended to illustrate rather than limit the scope of the present invention, and the scope of the technical idea of the present invention is not limited by these embodiments. The scope of protection of the present invention should be construed according to the following claims, and all technical ideas falling within the scope of the same shall be construed as falling within the scope of the present invention.
100: 광학부 110: 광 분배기
120: 편광 분배기 200: 광 스위칭부
220a,220b,220c: 편광 조절기 230: 광 스위치
300: 검출부 400; 컴퓨터
500: 광원 600: 프로브
700: 레이저 암 유닛 710: 관절암
720: 반사 미러100: optical unit 110: optical splitter
120: polarization splitter 200: light switching unit
220a, 220b, 220c: polarization controller 230: optical switch
300:
500: light source 600: probe
700: laser arm unit 710: joint cancer
720: reflective mirror
Claims (13)
광원으로부터 발생된 빛이 편광 상태로 분배되어 일부는 프로브를 통해 샘플단의 검사 대상물로 진행하고 일부는 기준단으로 진행한 후 상기 기준단 및 샘플단으로부터 각각 반사된 빛이 다시 모여 상호 간섭되고, 상호 간섭된 빛이 수직 및 수평 성분으로 분리되는 광학부;
상기 광학부를 통과하며 분리된 수직 및 수평 성분의 빛을 순차적으로 수광하여 검출하는 하나의 검출부;
상기 광학부를 통과하며 분리된 수직 및 수평 성분의 빛이 각각 순차적으로 상기 검출부에 입사되도록 스위칭 동작하는 광 스위칭부; 및
상기 검출부에 의한 검출 신호를 전송받아 연산 처리하여 상기 샘플단의 검사 대상물에 대한 영상 신호로 출력하는 컴퓨터
를 포함하는 것을 특징으로 하는 편광 민감 광결맞음 단층 영상 장치.
A polarization-sensitive photocoherence tomography apparatus capable of non-invasive inspection of the inside of an inspection object,
The light generated from the light source is distributed in the polarized state, and partly proceeds to the test object of the sample stage through the probe, and partly proceeds to the reference stage, and then the light reflected from the reference stage and the sample stage, respectively, gathers again and interferes with each other. An optical unit in which mutually interfering light is separated into vertical and horizontal components;
A detection unit which sequentially receives and detects light of vertical and horizontal components separated through the optical unit;
An optical switching unit which switches through the optical unit such that the separated vertical and horizontal components are sequentially incident on the detection unit; And
Receives the detection signal by the detection unit and arithmetic processing to output the image signal for the test object of the sample stage
Polarization sensitive photocoherence tomography imaging device comprising a.
상기 광 스위칭부는
상기 광학부를 통과하며 분리된 수직 및 수평 성분의 빛이 각각 별도로 통과하도록 구비되는 제 1 및 제 2 평행광 렌즈;
상기 제 1 및 제 2 평행광 렌즈를 각각 통과한 빛의 편광 상태를 조절하는 제 1 및 제 2 편광 조절기; 및
상기 제 1 및 제 2 편광 조절기를 통과한 빛이 각각 순차적으로 진행하도록 스위칭 동작하는 광 스위치
를 포함하는 것을 특징으로 하는 편광 민감 광결맞음 단층 영상 장치.
The method of claim 1,
The optical switching unit
First and second parallel light lenses that pass through the optical unit and are provided to separately pass light of vertical and horizontal components separated from each other;
First and second polarization adjusters for adjusting the polarization states of the light passing through the first and second parallel light lenses, respectively; And
An optical switch for switching so that the light passing through the first and second polarization controllers proceeds sequentially
Polarization sensitive photocoherence tomography imaging device comprising a.
상기 광 스위치부는
상기 광 스위치를 통과한 빛의 편광 상태를 조절하는 제 3 편광 조절기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 편광 민감 광결맞음 단층 영상 장치.
The method of claim 2,
The optical switch unit
And a third polarization controller for adjusting the polarization state of the light passing through the optical switch.
상기 검출부는 하나의 분광기로 적용되는 것을 특징으로 하는 편광 민감 광결맞음 단층 영상 장치.
The method of claim 1,
The detector is applied to one spectroscopic polarization-sensitive photocoherence tomography apparatus.
상기 광학부는
상기 광원으로부터 발생된 빛을 수평 편광 상태로 변환시키는 선형 편광기;
상기 선형 편광기를 통과한 빛이 상기 기준단 및 샘플단으로 진행하도록 분배하고, 상기 기준단 및 샘플단으로부터 재반사된 빛이 다시 모여 상호 간섭되는 광 분배기;
상기 광 분배기로부터 상기 기준단으로 진행하는 빛과 상기 기준단으로부터 반사되어 상기 광 분배기로 진행하는 빛이 통과하며 선형 편광되도록 배치되는 제1의 1/4 파장판;
상기 광 분배기로부터 상기 샘플단으로 진행하는 빛과 상기 샘플단으로부터 반사되어 상기 광 분배기로 진행하는 빛이 통과하며 원형 편광되도록 배치되는 제2의 1/4 파장판; 및
상기 광 분배기에서 상호 간섭된 빛을 수직 및 수평 성분으로 분리하는 편광 분배기
를 포함하는 것을 특징으로 하는 편광 민감 광결맞음 단층 영상 장치.
The method of claim 1,
The optical unit
A linear polarizer for converting light generated from the light source into a horizontal polarization state;
A light splitter configured to distribute the light passing through the linear polarizer to the reference stage and the sample stage, and the light re-reflected from the reference stage and the sample stage gather again and interfere with each other;
A first quarter wave plate arranged to linearly polarize light passing through the light splitter from the light splitter to the reference stage and reflected from the reference stage to the light splitter;
A second quarter wave plate disposed to circularly polarize light passing through the light splitter from the light splitter to the sample stage and reflected from the sample splitter to the light splitter; And
Polarization splitter for separating the mutually interfering light into vertical and horizontal components in the optical splitter
Polarization sensitive photocoherence tomography imaging device comprising a.
상기 기준단은 완전 반사체인 기준 미러로 적용되는 것을 특징으로 하는 편광 민감 광결맞음 단층 영상 장치.
The method of claim 5, wherein
And the reference stage is applied as a reference mirror which is a complete reflector.
상기 프로브는 상기 광학부와 독립적으로 자유 이동할 수 있도록 별도의 레이저 암 유닛을 통해 상기 광학부와 연결 결합되는 것을 특징으로 하는 편광 민감 광결맞음 단층 영상 장치.
7. The method according to any one of claims 1 to 6,
And the probe is coupled to the optical unit through a separate laser arm unit to freely move independently of the optical unit.
상기 레이저 암 유닛은 내부 공간에 상기 광학부와 상기 프로브 사이의 광 경로가 형성되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 편광 민감 광결맞음 단층 영상 장치.
The method of claim 7, wherein
And the laser arm unit is configured to form an optical path between the optical unit and the probe in an internal space.
상기 레이저 암 유닛은
각각 중공 파이프 형태로 형성되어 상호 회전 가능하게 순차적으로 결합되는 다수개의 관절암; 및
상기 관절암의 내부에 각각 결합되며 상기 관절암 내부 공간을 통해 빛이 진행하도록 빛을 반사하는 반사 미러
를 포함하는 것을 특징으로 하는 편광 민감 광결맞음 단층 영상 장치.
The method of claim 8,
The laser arm unit
A plurality of joint arms each formed in the form of a hollow pipe and sequentially coupled to each other rotatably; And
Reflecting mirrors respectively coupled to the inside of the joint cancer and reflecting light to propagate light through the inner space of the joint arm
Polarization sensitive photocoherence tomography imaging device comprising a.
상기 다수개의 관절암은 상호 인접한 관절암이 직각을 이루며 배치되도록 순차적으로 결합되고, 상호 인접한 관절암 중 어느 하나에 대한 길이 방향 회전축을 중심으로 회전 가능하게 결합되는 것을 특징으로 하는 편광 민감 광결맞음 단층 영상 장치.
The method of claim 9,
The plurality of joint cancers are sequentially coupled so that mutually adjacent joint cancers are disposed at a right angle, and are rotatably coupled around a longitudinal rotation axis with respect to any one of the mutually adjacent joint cancers. Imaging device.
상기 다수개의 관절암 중 상기 광학부와 연결되는 관절암과 상기 프로브와 연결되는 관절암에는 각각 상기 광학부 및 프로브에 탈착 가능하게 연결되도록 별도의 연결관이 결합되는 것을 특징으로 하는 편광 민감 광결맞음 단층 영상 장치.
11. The method of claim 10,
Polarization-sensitive optical coherence, characterized in that a separate connector is coupled to each of the joint arm and the joint arm connected to the probe of the plurality of joint cancer to be detachably connected to the optical unit and the probe, respectively. Tomographic Imaging Device.
상기 프로브는
상기 레이저 암 유닛의 일단에 결합되는 프로브 케이스;
상기 프로브 케이스 내부에 장착되어 빛을 상기 레이저 암 유닛 또는 상기 검사 대상물로 반사하는 광학 스캐너; 및
상기 프로브 케이스의 일측에 결합되는 대물 렌즈
를 포함하고, 상기 광학부로부터 상기 레이저 암 유닛을 통해 출사되는 빛은 상기 광학 스캐너에 의해 반사되어 상기 대물 렌즈를 통해 상기 검사 대상물로 조사되고, 상기 검사 대상물로부터 반사되는 빛은 상기 대물 렌즈를 통해 상기 광학 스캐너로 입사된 후 상기 레이저 암 유닛으로 반사되어 상기 광학부로 진행하는 것을 특징으로 하는 편광 민감 광결맞음 단층 영상 장치.
The method of claim 8,
The probe is
A probe case coupled to one end of the laser arm unit;
An optical scanner mounted inside the probe case to reflect light to the laser arm unit or the inspection object; And
An objective lens coupled to one side of the probe case
Includes, the light emitted from the optical unit through the laser arm unit is reflected by the optical scanner is irradiated to the inspection object through the objective lens, the light reflected from the inspection object through the objective lens And incident on the optical scanner and then reflected by the laser arm unit to advance to the optical unit.
상기 광 스위칭부는
상기 광학부를 통과하며 분리된 수직 및 수평 성분의 빛이 각각 별도로 통과하도록 구비되는 제 1 및 제 2 평행광 렌즈;
상기 수직 및 수평 성분의 빛이 순차적으로 출력되도록 스위칭 동작하는 광 스위치; 및
상기 광스위치의 전단 및 후단 중의 하나 이상에 배치되고 입력되는 빛의 편광 상태를 조정하는 편광 조절기를 구비하고,
상기 편광 조절기는, 상기 수직 및 수평 성분 빛의 스펙트럼과, 상기 수직 및 수평 성분 빛의 신호를 상기 컴퓨터를 통한 고속 퓨리에 변환을 통한 깊이 성분이 0이 되도록 조정되는 것을 특징으로 하는 편광 민감 광결맞음 단층 영상 장치.
The method of claim 1,
The optical switching unit
First and second parallel light lenses that pass through the optical unit and are provided to separately pass light of vertical and horizontal components separated from each other;
An optical switch for switching to sequentially output light of the vertical and horizontal components; And
A polarization controller arranged at one or more of the front and rear ends of the optical switch and configured to adjust the polarization state of the input light,
The polarization regulator is polarized light sensitive photocoherence tomography, characterized in that the vertical and horizontal component light spectrum and the vertical and horizontal component light signal is adjusted so that the depth component through the fast Fourier transform through the computer is zero. Imaging device.
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