KR101584430B1 - 단층 촬영 장치 - Google Patents
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Abstract
일 실시예에 따른 단층 촬영 장치는 광원, 상기 광원과 광섬유에 의해 연결되며, 상기 광원으로부터 입사된 광을 측정광과 기준광으로 분기시키는 제1 광 커플러, 상기 측정광을 측정 대상체를 구비하는 샘플부에 대하여 순환시키는 제1 광 순환기, 상기 기준광을 비교 대상인 기준부에 대하여 순환시키는 제2 광 순환기 및 상기 제1 광 순환기와 제2 광 순환기를 통과한 상기 기준광과 측정광을 결합시키는 제2 광 커플러를 포함하고, 상기 측정광과 기준광의 광 경로 차에 의해 발생한 간섭현상을 통해 상기 측정 대상체의 단층 정보를 획득할 수 있다.
Description
본 발명은 단층 촬영 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 광 순환기를 이용하여 측정광과 기준광의 광 경로차에 의해 발생하는 간섭현상을 광 손실 없이 획득할 수 있는 단층 촬영 장치에 관한 것이다.
최근 들어, 과학기술의 발달로 인하여 생물체 및 재료의 내부 구조를 비파괴적, 비침습적인 방법으로 관찰할 수 있는 엑스레이 촬영기, 초음파 영상 촬영기, 전산화 단층 촬영기, 자기공명 영상 장치(MRI) 등 다양한 내부 투과 영상 및 단층 영상 획득 장비들이 연구되어 왔으며 또한 다양한 분야에 활용되고 있다.
그러나, 이러한 기존의 다양한 매체를 이용한 생체 단층 촬영기는 생체에 대한 유해성 및 고분해능 구현의 어려움이 있을 수 있다. 특히, X-선 촬영기 또는 MRI와 같은 장비는 비싼 가격, 큰 부피 및 높은 위험성으로 인하여 장비 관리 전문 인력을 필요로 할 수 있다.
광간섭 단층 촬영(Optical Coherence Tomography; OCT)은 광을 이용하여 실시간으로 생체 조직 및 재료의 내부에 아무런 손상을 주지 않고 내부 영상을 얻을 수 있도록 하는 차세대 단층 영상 촬영 기술이다. 특히, 파장이 짧은 간섭 광원을 사용함으로써 조직 내의 보다 미세한 부분의 단층 영상을 서브 마이크로(sub-micro) 영역까지 고분해능으로 얻을 수 있으며, 다른 단층 영상 촬영 장치로는 분석해내기 어려운 부드러운 조직 간의 차이를 구분해 낼 수 있으므로, 보다 정밀한 영상을 얻을 수 있다는 장점을 갖고 있다.
따라서, 단층 촬영 기술에 대하여 다양하게 연구가 되고 있으며, 예를 들어 2011년 2월 2일에 출원된 선행문헌 KR2012-7022859에서는 치과용 컴퓨터 단층촬영 장치에 대하여 개시된다.
일 실시예에 따른 목적은 광 순환기를 이용하여 광 손실 없이 고효율로 광 경로 차에 의해 발생하는 간섭현상을 획득할 수 있는 단층 촬영 장치를 제공하는 것이다.
일 실시예에 따른 목적은 샘플부 또는 기준부에 이동요소를 구비하여, 측정광과 기준광의 광 경로 차를 조절할 수 있는 단층 촬영 장치를 제공하는 것이다.
일 실시예에 따른 목적은 광 도파로 소자를 사용하여 소형으로 제작 가능하여 휴대가 가능한 단층 촬영 장치를 제공하는 것이다.
일 실시예에 따른 목적은 비교적 작은 사이즈를 구비하여 대량 생산에 용이하고, 생산 단가를 저렴하게 할 수 있는 단층 촬영 장치에 관한 것이다.
일 실시예에 따른 목적은 의공학, 생체공학, 화학 등 연구 분야뿐만 아니라 가정마다 공급하여 원격 진단 시 검사 장비로 적용될 수 있는 단층 촬영 장치를 제공하는 것이다.
일 실시예에 따른 목적은 실시간으로 눈, 피부 또는 내장 기관의 질병을 손상 없이 관측할 수 있는 단층 촬영 장치를 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 일 실시예에 따른 단층 촬영 장치는 광원, 상기 광원과 광섬유에 의해 연결되며, 상기 광원으로부터 입사된 광을 측정광과 기준광으로 분기시키는 제1 광 커플러, 상기 측정광을 측정 대상체를 구비하는 샘플부에 대하여 순환시키는 제1 광 순환기, 상기 기준광을 비교 대상인 기준부에 대하여 순환시키는 제2 광 순환기, 및 상기 제1 광 순환기와 제2 광 순환기를 통과한 상기 측정광과 기준광을 결합시키는 제2 광 커플러를 포함하고, 상기 측정광과 기준광의 광 경로 차에 의해 발생한 간섭현상을 통해 상기 측정 대상체의 단층 정보를 획득할 수 있다.
일 측에 의하면, 상기 측정광과 기준광은 상기 제1 광 커플러로부터 상기 제2 광 커플러로의 방향성을 가지고 상기 광섬유를 통과할 수 있다.
일 측에 의하면, 상기 제2 광 커플러에 연결된 분광기를 더 포함하고, 상기 분광기에 의해 결합된 상기 측정광과 기준광의 스펙트럼 정보를 검출하여 신호를 발생시킬 수 있다.
일 측에 의하면, 상기 제2 광 커플러에 연결된 광 검출기를 더 포함하고, 상기 광 검출기에 의해 결합된 상기 측정광과 기준광의 시간에 따른 광 세기를 검출하여 신호를 발생시킬 수 있다.
일 측에 의하면, 상기 분광기 또는 상기 광 검출기에 연결되고, 상기 분광기 또는 상기 광 검출기에서 발생된 신호를 영상 정보로 변환하여 처리하는 신호처리기 및 상기 신호처리기에 의해 획득된 영상 정보를 표시하는 디스플레이를 더 포함할 수 있다.
일 측에 의하면, 상기 샘플부 또는 기준부를 이동시키는 이동요소를 더 포함하고, 상기 이동요소에 의해 상기 측정광과 기준광의 광 경로 차를 조절할 수 있다.
일 측에 의하면, 상기 제1 광 순환기와 샘플부 사이 또는 상기 제2 순환기와 기준부 사이에는 시준기가 더 포함되고, 상기 시준기에 의해 상기 측정광 또는 기준광이 평행 광선으로 형성될 수 있다.
일 측에 의하면, 상기 광원은 광대역 광원 또는 파장가변 레이저를 포함할 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 일 실시예에 따른 단층 촬영 장치는 광원, 상기 광원과 광 도파로에 의해 연결되며, 상기 광원으로부터 입사된 광을 측정광과 기준광으로 분기시키는 제3 광 커플러, 상기 측정광을 측정 대상체를 구비하는 샘플부에 대하여 순환시키는 제3 광 순환기, 상기 기준광을 비교 대상인 기준부에 대하여 순환시키는 제4 광 순환기 및 상기 제3 광 순환기와 제4 광 순환기를 통과한 상기 측정광과 기준광을 결합시키는 제4 광 커플러를 포함하고, 상기 측정광과 기준광은 상기 제3 광 커플러로부터 상기 제4 광 커플러로의 방향성을 가지고 상기 광 도파로를 통해 도파될 수 있다.
일 측에 의하면, 상기 샘플부에는 프로브가 구비되고, 상기 제3 광 순환기와 상기 프로브는 광섬유에 의해 연결될 수 있다.
일 측에 의하면, 상기 제4 광 커플러에 연결되어, 결합된 상기 측정광과 기준광을 파장 별로 분리시킬 수 있는 분광용 격자 또는 배열 도파로 격자를 더 포함하고, 상기 파장 별로 분리된 광은 광 검출 어레이 또는 라인 CCD 카메라에 의해 검출될 수 있다.
일 측에 의하면, 상기 제4 광 커플러에 연결된 광 검출기를 더 포함하고, 상기 광 검출기에 의해 결합된 상기 측정광과 기준광의 시간에 따른 광 세기를 전기 신호로 변환시킬 수 있다.
일 측에 의하면, 상기 기준부를 이동시킬 수 있는 이동요소를 더 포함하고, 상기 이동요소에 의해 상기 측정광과 기준광의 광 경로 차를 조절할 수 있다.
일 실시예에 따른 단층 촬영 장치에 의하면, 광 순환기를 이용하여 광 손실 없이 고효율로 광 경로 차에 의해 발생하는 간섭현상을 획득할 수 있다.
일 실시예에 따른 단층 촬영 장치에 의하면, 샘플부 또는 기준부에 이동요소를 구비하여, 측정광과 기준광의 광 경로 차를 조절할 수 있다.
일 실시예에 따른 단층 촬영 장치에 의하면, 광 도파로 소자를 사용하여 소형으로 제작 가능하여 휴대가 가능하다.
일 실시예에 따른 단층 촬영 장치에 의하면, 비교적 작은 사이즈를 구비하여 대량 생산에 용이하고, 생산 단가를 저렴하게 할 수 있다.
일 실시예에 따른 단층 촬영 장치에 의하면, 의공학, 생체공학, 화학 등 연구 분야뿐만 아니라 가정마다 공급하여 원격 진단 시 검사 장비로 적용될 수 있다.
일 실시예에 따른 단층 촬영 장치에 의하면, 실시간으로 눈, 피부 또는 내장 기관의 질병을 손상 없이 관측할 수 있다.
도 1은 일 실시예에 따른 단층 촬영 장치를 도시한다.
도 2는 일 실시예에 따른 단층 촬영 장치에서 광대역 광원과 분광기 대신 파장가변 레이저와 광 검출기가 구비된 모습을 도시한다.
도 3은 일 실시예에 따른 단층 촬영 장치에서 이동요소와 시준기가 구비된 모습을 도시한다.
도 4는 다른 실시예에 따른 단층 촬영 장치를 도시한다.
도 5는 다른 실시예에 따른 단층 촬영 장치에서 분광용 격자 대신 배열 도파로 격자가 도시된 모습을 도시한다.
도 6은 다른 실시예에 따른 단층 촬영 장치에서 광대역 광원과 분광용 격자 대신 파장가변 레이저와 광 검출기가 구비된 모습을 도시한다.
도 7은 다른 실시예에 따른 단층 촬영 장치에서 이동요소가 구비된 모습을 도시한다.
도 2는 일 실시예에 따른 단층 촬영 장치에서 광대역 광원과 분광기 대신 파장가변 레이저와 광 검출기가 구비된 모습을 도시한다.
도 3은 일 실시예에 따른 단층 촬영 장치에서 이동요소와 시준기가 구비된 모습을 도시한다.
도 4는 다른 실시예에 따른 단층 촬영 장치를 도시한다.
도 5는 다른 실시예에 따른 단층 촬영 장치에서 분광용 격자 대신 배열 도파로 격자가 도시된 모습을 도시한다.
도 6은 다른 실시예에 따른 단층 촬영 장치에서 광대역 광원과 분광용 격자 대신 파장가변 레이저와 광 검출기가 구비된 모습을 도시한다.
도 7은 다른 실시예에 따른 단층 촬영 장치에서 이동요소가 구비된 모습을 도시한다.
이하에서, 본 발명에 따른 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 그러나, 본 발명이 실시예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 각 도면에 제시된 동일한 참조 부호는 동일한 부재를 나타낸다.
도 1은 일 실시예에 따른 단층 촬영 장치를 도시하고, 도 2는 일 실시예에 따른 단층 촬영 장치에서 광대역 광원과 분광기 대신 파장가변 레이저와 광 검출기가 구비된 모습을 도시하고, 도 3은 일 실시예에 따른 단층 촬영 장치에서 이동요소와 시준기가 구비된 모습을 도시한다.
도 1을 참조하여, 일 실시예에 따른 단층 촬영 장치(10)는 광원(100), 제1 광 커플러(110), 제1 광 순환기(120), 제2 광 순환기(130) 및 제2 광 커플러(140)를 포함할 수 있다.
상기 광원(100)은 예를 들어, 광대역 광원(102) 또는 파장가변 레이저(104)를 포함할 수 있다.
상기 광대역 광원(102)은 반도체 광증폭기(semiconductor optical amplifier), 초발광 다이오드(superluminescent diode), 발광 다이오드(light emitting diode)와 같은 반도체 기반의 광원과 제논 램프, 텅스텐 램프, 글로 램프, 네온 램프, 파일럿 램프와 같은 램프 기반 광원 등을 포함할 수 있다.
또한, 상기 파장가변 레이저(104)는 광섬유 페브릿 페럿 가변필터 기반 파장가변 레이저, 파장가변 레이저 다이오드, 분산조절 기반 파장가변 레이저, 폴리머 격자 기반 파장가변 레이저 등을 포함할 수 있다.
특히, 광원(100)이 결맞음 길이(coherence length)가 짧은 광원으로 마련될 경우, 일 실시예에 따른 단층 촬영 장치(10)는 저 결맞음 간섭계로 이루어질 수 있다.
상기 광원(100)에는 광섬유(F)에 의해 제1 광 커플러(110)가 연결될 수 있다.
상기 제1 광 커플러(110)는 광원(100)으로부터 입사된 광을 측정광과 기준광으로 분기시킬 수 있다.
이와 같이, 제1 광 커플러(110)에서 분기된 측정광과 기준광은 서로 다른 광 경로를 구비할 수 있다.
제1 광 커플러(110)에는 제1 광 순환기(120) 및 제2 광 순환기(130)가 연결될 수 있다.
상기 제1 광 순환기(120)는 측정광을 측정 대상체를 구비하는 샘플부(S)에 대하여 순환시킬 수 있다. 이때, 샘플부(S)에는 측정 대상체을 향하도록 구비되고, 측정광을 입사 및 반사시킬 수 있는 미러(mirror)가 장착될 수 있다.
구체적으로, 제1 광 커플러(110)로부터 분기된 측정광은 제1 광 순환기(120)를 통해서 샘플부(S)에 입사되고, 샘플부(S)로부터 반사될 수 있다.
상기 제2 광 순환기(130)는 기준광을 측정 대상체의 비교 대상인 기준부(P)에 대하여 순환시킬 수 있다. 이때, 기준부(P)에는 비교 대상을 향하도록 구비되고, 기준광을 입사 및 반사시킬 수 있는 미러(mirror)가 장착될 수 있다.
구체적으로, 제1 광 커플러(110)로부터 분기된 기준광은 제2 광 순환기(130)를 통해서 기준부(P)에 입사되고, 기준부(P)로부터 반사될 수 있다.
이와 같이 제1 광 순환기(120)와 제2 광 순환기(130)를 통해 순환되는 측정광과 기준광은 각각 샘플부(S)와 기준부(P)에 대하여 입사 및 반사될 수 있다.
또한, 제1 광 순환기(120)와 제2 광 순환기(130)에는 제2 광 커플러(140)가 연결될 수 있다.
상기 제2 광 커플러(140)는 제1 광 커플러(110)에 의해 분기된 측정광과 기준광을 결합시킬 수 있다.
이때, 제1 광 순환기(120)를 통과한 측정광과 제2 광 순환기(130)를 통과한 기준광은 간섭 현상이 일어날 수 있다.
또한, 측정광과 기준광은 제1 광 커플러(110)로부터 제2 광 커플러(140)로의 일정한 방향성을 가지고 광섬유(F)를 통과할 수 있다.
구체적으로, 제1 광 커플러(110)로부터 분기된 측정광은 제1 광 순환기(120)를 통해 샘플부(S)에 입사 및 반사되어 제2 광 커플러(140)에 전달될 수 있다.
그리고 제1 광 커플러(110)로부터 분기된 기준광은 제2 광 순환기(130)를 통해 기준부(P)에 입사 및 반사되어 제2 광 커플러(140)에 전달될 수 있다.
이때, 측정광과 기준광은 각각 샘플부(S)와 기준부(P)에 대하여 순환된 후에 다시 제1 광 커플러(110)를 향하여 전달될 수 없다.
측정광과 기준광은 오로지 제1 광 커플러(110)로부터 제2 광 커플러(140)로의 일정한 방향성을 가지기 때문에, 샘플부(S)와 기준부(P)에 대하여 순환되면서 발생할 수 있는 광 손실을 방지할 수 있다.
이에 의해, 제2 광 커플러(140)에서 결합된 측정광과 기준광은 광원(100)으로부터 제1 광 커플러(110)에 입사된 광과 동일한 양이거나, 약간 적은 양일 수 있다.
이와 같이, 일 실시예에 따른 단층 촬영 장치(10)는 제1 광 순환기(120)와 제2 광 순환기(130)에 의해 광원(100)으로부터 입사된 광의 손실이 방지되므로, 보다 높은 효율이 될 수 있다.
또한, 제1 광 커플러(110), 제1 광 순환기(120), 제2 광 순환기(130) 및 제2 광 커플러(140)는 광섬유(F)에 의해 연결될 수 있으며, 더 나아가 샘플부(S) 및 기준부(P) 또한 각각 제1 광 순환기(120) 및 제2 광 순환기(130)와 광섬유(F)에 의해 연결될 수 있다.
특히, 광원(100)이 광대역 광원(102)으로 마련된 경우, 제2 광 커플러(140)에는 분광기(150)가 연결될 수 있다.
상기 분광기(150)는 제2 광 커플러(140)에서 결합된 측정광과 기준광의 스펙트럼 정보를 검출할 수 있다.
구체적으로, 제2 광 커플러(140)에서 결합된 측정광과 기준광을 분산시켜서 스펙트럼을 측정할 수 있다.
또한, 분광기(150)에는 신호처리기(160)가 연결될 수 있다.
상기 신호처리기(160)에서는 분광기(150)에서 측정된 스펙트럼 정보가 영상 정보로 변환하여 처리될 수 있다.
예를 들어, 신호처리기(160)에서는 시간 영역의 신호를 스펙트럼 영역의 신호로 변환하는 푸리에 변환과 영상을 구현하기 위한 연산이 실행될 수 있다.
도 1에는 구체적으로 도시되지 않았으나, 분광기(150)와 신호처리기(160) 사이에는 CCD 카메라가 배치될 수 있으며, 상기 CCD 카메라에 의해 스펙트럼 정보를 전기 신호로 검출할 수 있다.
이와 같이 CCD 카메라에 의해 검출된 전기 신호는 신호처리기(160)에서 영상 정보로 처리될 수 있다.
또한, 신호처리기(160)에는 디스플레이(170)가 연결될 수 있다.
상기 디스플레이(170)는 신호처리기(160)에 의해 획득된 영상 정보 또는 측정 대상체의 단층 정보를 표시할 수 있다.
예를 들어, 디스플레이(170)에서는 측정 대상체의 단층 촬영 영상이 표시될 수 있다. 구체적으로, 측정 대상체의 일정한 깊이에서 촬영한 영상이 2차원적으로 표시될 수 있다.
또한, 도 2를 참조하여, 일 실시예에 따른 단층 촬영 장치(10)에는 광대역 광원(102)과 분광기(150) 대신 파장가변 레이저(104)와 광 검출기(152)가 구비될 수 있다.
광원(100)이 파장가변 레이저(104)로 마련된 경우, 제2 광 커플러(140)에는 광 검출기(152)가 연결될 수 있다.
상기 파장가변 레이저(104)는 파장을 변화시킬 수 있는 레이저라는 점에서, 도 1에 도시된 광대역 광원(102)과 차이가 있다. 이러한 차이에 의해 광원(100)이 파장가변 레이저(104)로 마련된 경우, 분광기(152)가 필요하지 않을 수 있다.
구체적으로, 파장가변 레이저(104)에서 입사된 광은 제1 광 커플러(110)에서 측정광과 기준광으로 분기될 수 있다.
제1 광 커플러(110)에서 분기된 측정광은 제1 광 순환기(120)를 통해서 샘플부(S)에 입사되고, 샘플부(S)로부터 반사될 수 있고, 제1 광 커플러(110)에서 분기된 기준광은 제2 광 순환기(130)를 통해서 기준부(P)에 입사되고, 기준부(P)로부터 반사될 수 있다.
제1 광 순환기(120)를 통과한 측정광과 제2 광 순환기(130)를 통과한 기준광은 제2 광 커플러(140)에서 결합할 수 있다.
이때, 측정광과 기준광은 일정한 방향성을 가지고 광섬유(F)를 통과할 수 있다.
이와 같이 결합된 측정광과 기준광은 광 검출기(152)에 전달될 수 있다.
상기 광 검출기(152)는 제2 광 커플러(140)에서 결합된 측정광과 기준광의 시간에 따른 광 세기를 전기 신호로 변환시킬 수 있다.
또한, 광 검출기(152)에는 신호처리기(160)와 디스플레이(170)가 연결되어, 광 검출기(152)에서 변환된 전기 신호는 신호처리기(160)에서 시간 영역의 신호를 스펙트럼 영역의 신호로 변환하는 푸리에 변환과 영상을 구현하기 위한 연산을 통해 영상 정보로 변환되고, 신호처리기(160)에 의해 획득된 영상 정보는 디스플레이(170)에서 표시될 수 있다.
전술된 도 1 및 2의 구성에 의하여, 일 실시예에 따른 단층 촬영 장치(10)는 광대역 광원(102) 또는 파장가변 레이저(104)를 사용하여 측정 대상체를 측정하고 돌아오는 광의 스펙트럼 정보를 이용하여 단층 정보를 획득하는 스펙트럼 영역의 저 결맞음 간섭계 기술을 활용할 수 있다.
또한, 도 3을 참조하여, 일 실시예에 따른 단층 촬영 장치(10)에는 이동요소(180)와 시준기(190)가 구비될 수 있다.
구체적으로, 광원(100)은 광대역 광원(102)으로 마련될 수 있다.
상기 광대역 광원(102)으로부터 입사된 광은 제1 광 커플러(110)에서 측정광과 기준광으로 분기될 수 있다.
제1 광 커플러(110)에서 분기된 측정광은 제1 광 순환기(120)를 통해 샘플부(S)에 대하여 순환될 수 있다.
또한, 제1 광 커플러(110)에서 분기된 기준광은 제2 광 순환기(130)를 통해 기준부(P)에 대하여 순환될 수 있다.
이때, 기준부(P)에는 이동요소(180)가 구비될 수 있다.
상기 이동요소(180)는 기준부(P)를 화살표 방향으로 이동시킬 수 있다.
구체적으로, 이동요소(180)는 기준부(P)와 제2 광 순환기(130) 사이의 거리를 멀게 함으로써, 기준광의 광 경로를 길게 할 수 있다. 또는, 이동요소(180)는 기준부(P)와 제2 광 순환기(130) 사이의 거리를 가깝게 함으로써, 기준광의 광 경로를 짧게 할 수 있다.
예를 들어, 샘플부(S)의 깊은 층을 촬영할 경우, 측정광의 광 경로는 더욱 길어질 수 있으며, 측정광과 기준광이 결맞음 길이 이내에서만 간섭신호가 생성되게 하기 위해서는, 기준광의 광 경로 또한 길어질 필요가 있다.
이때, 이동요소(180)에 의해 기준부(P)를 제2 광 순환기(130)로부터 멀리 이동시킴으로써, 기준광의 광 경로를 길게 할 수 있다.
반면, 샘플부(S)의 상대적으로 얕은 층을 촬영할 경우, 측정광의 광 경로는 상대적으로 짧아질 수 있으며, 측정광과 기준광이 결맞음 길이 이내에서만 간섭신호가 생성되게 하기 위해서는, 기준광의 광 경로 또한 상대적으로 짧아질 필요가 있다.
이때, 이동요소(180)에 의해 기준부(P)를 제2 광 순환기(130)를 향해 이동시킴으로써, 기준광의 광 경로를 상대적으로 짧게 할 수 있다.
이와 같이, 이동요소(180)를 구비함으로써, 측정광과 기준광의 광 경로 차를 조절할 수 있으므로, 측정광과 기준광은 결맞음 길이 이내에서만 간섭신호가 발생될 수 있다.
일 실시예에 따른 단층 촬영 장치(10)가 저 결맞음 간섭계로 마련된 경우, 결맞음 길이는 짧으며, 측정광과 기준광의 광 경로 차가 결맞음 길이 이내에서만 간섭신호가 발생될 수 있다.
또한, 이동요소(180)에 의해 기준부(P)를 이동시키면서 단층 정보를 획득할 경우, 시간의 경과에 따라 단층 정보를 획득할 수 있다.
도 3에는 기준부(P)에 이동요소(180)가 구비되는 것으로 도시되었으나, 이에 국한되지 아니하며, 경우에 따라서는, 샘플부(S)에 이동요소(180)가 구비될 수 있음은 당연하다.
이와 같이 이동요소(180)에 의해 광 경로 차가 조절된 측정광과 기준광은 제2 광 커플러(140)에서 결합하게 되고, 측정광과 기준광은 간섭 현상이 일어나게 될 수 있다.
또한, 제2 광 순환기(130)와 기준부(P) 사이에는 시준기(190)가 연결될 수 있다.
상기 시준기(190)에 의해 기준광은 평행 광선으로 형성될 수 있다.
도 3에는 제2 광 순환기(130)와 기준부(P) 사이에만 시준기(190)가 연결되는 것으로 도시되었으나, 제1 광 순환기(120)와 샘플부(S) 사이에 시준기(190)가 연결될 수 있음은 당연하다.
제2 광 커플러(140)에는 광 검출기(152)가 연결되어, 제2 광 커플러(140)에서 결합된 측정광과 기준광의 시간에 따른 광 세기를 전기 신호로 변환시킬 수 있다.
또한, 광 검출기(152)에는 신호처리기(160)와 디스플레이(170)가 연결되어, 광 검출기(152)에서 변환된 전기 신호가 신호처리기(160)에서 푸리에 변환과 영상을 구현하기 위한 연산을 통해 영상 정보로 변환되고, 신호처리기(160)에 의해 획득된 영상 정보가 디스플레이(170)에서 표시될 수 있다.
전술된 도 3의 구성에 의하여, 일 실시예에 따른 단층 촬영 장치(10)는 광대역 광원(102)을 사용하고 기준부(P)를 이동시켜 단층 정보를 획득하는 시간 영역 저 결맞음 간섭계 기술을 활용할 수 있다.
이와 같이 일 실시예에 따른 단층 촬영 장치는 광 순환기를 이용하여 광 손실 없이 고효율로 광 경로 차에 의해 발생하는 간섭현상을 획득할 수 있으며, 샘플부 또는 기준부에 이동요소를 구비하여, 측정광과 기준광의 광 경로 차를 조절할 수 있다.
이하에서는 다른 실시예에 따른 단층 촬영 장치에 대하여 설명되며, 일 실시예에 따른 단층 촬영 장치와 실질적으로 유사한 구성에 대해서는 설명을 생략하기로 한다.
도 4는 다른 실시예에 따른 단층 촬영 장치를 도시하고, 도 5는 다른 실시예에 따른 단층 촬영 장치에서 분광용 격자 대신 배열 도파로 격자가 도시된 모습을 도시하고, 도 6은 다른 실시예에 따른 단층 촬영 장치에서 광대역 광원과 분광용 격자 대신 파장가변 레이저와 광 검출기가 구비된 모습을 도시하고, 도 7은 다른 실시예에 따른 단층 촬영 장치에서 이동요소가 구비된 모습을 도시한다.
도 4를 참조하여, 다른 실시예에 따른 단층 촬영 장치(20)는 광원(200), 제3 광 커플러(210), 제3 광 순환기(220), 제4 광 순환기(230) 및 제4 광 커플러(240)를 포함할 수 있다.
상기 광원(200)은 예를 들어, 광대역 광원(202) 또는 파장가변 레이저(204)를 포함할 수 있다.
특히, 광원(200)은 결맞음 길이(coherence length)가 짧은 광원으로 마련될 경우, 다른 실시예에 따른 단층 촬영 장치(20)는 저 결맞음 간섭계로 이루어질 수 있다.
상기 광원(200)에는 광 도파로(W)에 의해 제3 광 커플러(210)가 연결될 수 있다.
상기 제3 광 커플러(210)는 광원(200)으로부터 입사된 광을 측정광과 기준광으로 분기시킬 수 있다.
이와 같이, 제3 광 커플러(210)에서 분기된 측정광과 기준광은 서로 다른 광 경로를 구비할 수 있다.
제3 광 커플러(210)에는 제3 광 순환기(220) 및 제4 광 순환기(240)가 연결될 수 있다.
상기 제3 광 순환기(220)는 측정광을 측정 대상체를 구비하는 샘플부(S)에 대하여 순환시킬 수 있다.
이때, 샘플부(S)에는 측정 대상체를 계측할 수 있는 프로브(SA)가 구비될 수 있으며, 제3 광 순환기(220)는 프로브(SA)와 광섬유(F)로 연결될 수 있다.
구체적으로, 제3 광 커플러(210)로부터 분기된 측정광은 제3 광 순환기(220)를 통해서 샘플부(S)의 프로브(SA)에 입사되고, 샘플부(S)의 프로브(SA)로부터 반사될 수 있다.
상기 제4 광 순환기(230)는 기준광을 측정 대상체의 비교 대상인 기준부(P)에 대하여 순환시킬 수 있다. 이때, 기준부(P)에는 비교 대상을 향하도록 구비되고, 기준광을 입사 및 반사시킬 수 있는 미러가 장착될 수 있다.
구체적으로, 제3 광 커플러(210)로부터 분기된 기준광은 제4 광 순환기(230)를 통해서 기준부(P)에 입사되고, 기준부(P)로부터 반사될 수 있다.
이와 같이 제3 광 순환기(220)와 제4 광 순환기(230)를 통해 순환되는 측정광과 기준광은 각각 샘플부(S)와 기준부(P)에 대하여 입사 및 반사될 수 있다.
또한, 제3 광 순환기(220)와 제4 광 순환기(230)에는 제4 광 커플러(240)가 연결될 수 있다.
상기 제4 광 커플러(240)는 제3 광 커플러(210)에 의해 분기된 측정광과 기준광을 결합시킬 수 있다.
이때, 제3 광 순환기(220)를 통과한 측정광과 제4 광 순환기(230)를 통과한 기준광은 간섭 현상이 일어날 수 있다.
또한, 측정광과 기준광은 제3 광 커플러(210)로부터 제4 광 커플러(240)로의 일정한 방향성을 가지고 광 도파로(W)를 통해 도파될 수 있다.
구체적으로, 제3 광 커플러(210)로부터 분기된 측정광은 제3 광 순환기(220)를 통해 샘플부(S)에 입사 및 반사되어 제4 광 커플러(240)로 전달될 수 있다. 그리고 제3 광 커플러(210)로부터 분기된 기준광은 제4 광 순환기(230)를 통해 기준부(P)에 입사 및 반사되어 제4 광 커플러(240)로 전달될 수 있다.
이때, 측정광과 기준광은 각각 샘플부(S)와 기준부(P)에 대하여 순환된 후에 다시 제3 광 커플러(210)를 향하여 전달될 수 없다.
측정광과 기준광은 오로지 제3 광 커플러(210)로부터 제4 광 커플러(240)로의 일정한 방향성을 가지기 때문에, 샘플부(S)와 기준부(P)에서 순환된 후에 발생할 수 있는 광 손실을 방지할 수 있다.
이와 같이, 다른 실시예에 따른 단층 촬영 장치(20)는 제3 광 순환기(220)와 제4 광 순환기(230)에 의해 광원(200)으로부터 입사된 광의 손실이 방지되므로, 보다 높은 효율이 될 수 있다.
또한, 제3 광 커플러(210), 제3 광 순환기(220), 제4 광 순환기(230) 및 제4 광 커플러(240)는 광 도파로(W)에 의해 연결될 수 있으며, 더 나아가 기준부(P) 또한 제4 광 순환기(230)와 광 도파로(W)에 의해 연결될 수 있다.
이때, 광 도파로(W)는 LiNbO3 도파로, SiO2/Si 도파로, 폴리머 도파로(polymer waveguide)로 마련될 수 있으며, 제3 광 커플러(210) 또는 제4 광 커플러(240)는 이온 교환 글래스 커플러(Ion exchanged glass coupler)와 같은 광 도파로 기반의 소자를 사용할 수 있다. 게다가, 제3 광 순환기(220) 또는 제4 광 순환기(230) 또한 광 도파로 기반의 소자를 사용할 수 있다.
이에 의해 다른 실시예에 따른 단층 촬영 장치(20)를 소형화시킬 수 있다.
특히, 광원(200)이 광대역 광원(202)으로 마련된 경우, 제4 광 커플러(240)에는 분광용 격자(250)가 연결될 수 있다.
상기 분광용 격자(250)는 제4 광 커플러(240)에서 결합된 측정광과 기준광을 파장 별로 분리시킬 수 있다.
이와 같이 파장 별로 분리된 광은 광검출 어레이(260) 또는 라인 CCD 카메라에 의해 검출될 수 있다.
예를 들어, 광검출 어레이(260) 또는 라인 CCD 카메라는 분광용 격자(250)에 의해 분리된 광을 전기 신호로 검출할 수 있다.
이때, 광검출 어레이(260)는 다수의 광검출기(photodiode(PD))를 나란히 배열하여 제작될 수 있다.
상기 광검출 어레이(260) 또는 라인 CCD 카메라에는 신호처리기(270)와 디스플레이(280)가 연결될 수 있다.
광검출 어레이(260)에서 검출된 신호는 신호처리기(270)에서 푸리에 변환과 영상을 구현하기 위한 연산을 통해 영상 정보로 변환되고, 신호처리기(270)에 의해 획득된 영상 정보는 디스플레이(280)에서 표시될 수 있다. 이에 의해 측정 대상체의 단층 정보를 획득할 수 있다.
특히, 도 5를 참조하여, 다른 실시예에 따른 단층 촬영 장치(20)에는 분광용 격자(250) 대신 배열 도파로 격자(252)가 구비될 수 있다.
상기 배열 도파로 격자(Arrayed waveguide grating; 252)는 전술된 분광용 격자(250)와 마찬가지로 제4 광 커플러(240)에서 결합된 측정광과 기준광을 파장 별로 분리시킬 수 있다.
또한, 배열 도파로 격자(252)에서 파장 별로 분리된 광은 광검출 어레이(260) 또는 라인 CCD 카메라에 의해 검출될 수 있다.
이때, 광검출 어레이(260)는 배열 도파로 격자(252)의 출력단에 접합될 수 있다.
또한, 광검출 어레이(260)에서 검출된 신호는 신호처리기(270)에서 푸리에 변환과 영상을 구현하기 위한 연산을 통해 영상 정보로 변환되고, 신호처리기(270)에 의해 획득된 영상 정보는 디스플레이(280)에서 표시될 수 있다. 이에 의해 측정 대상체의 단층 정보를 획득할 수 있다.
또한, 도 6을 참조하여, 다른 실시예에 따른 단층 촬영 장치(20)에는 광대역 광원(202)과 분광용 격자(250) 대신 파장가변 레이저(204)와 광 검출기(254)가 구비될 수 있다.
광원(200)이 파장가변 레이저(204)로 마련된 경우, 제4 광 커플러(240)에는 광 검출기(254)가 연결될 수 있다.
구체적으로, 파장가변 레이저(204)에서 입사된 광은 제3 광 커플러(210)에서 측정광과 기준광으로 분기될 수 있다.
제3 광 커플러(210)에서 분기된 측정광은 제3 광 순환기(220)를 통해서 샘플부(S)의 프로브(SA)에 입사되고, 측정 대상체에 의해 샘플부(S)의 프로브(SA)로부터 반사될 수 있고, 제3 광 커플러(210)에서 분기된 기준광은 제4 광 순환기(230)를 통해서 기준부(P)에 입사되고, 기준부(P)로부터 반사될 수 있다.
제3 광 순환기(220)를 통과한 측정광과 제4 광 순환기(230)를 통과한 기준광은 제4 광 커플러(240)에서 결합할 수 있다.
이때, 측정광과 기준광은 일정한 방향성을 가지고 광 도파로(W)를 통과할 수 있다.
이와 같이 결합된 측정광과 기준광은 광 검출기(254)에 전달될 수 있다.
상기 광 검출기(254)는 제4 광 커플러(240)에서 결합된 측정광과 기준광의 시간에 따른 광 세기를 검출할 수 있다.
또한, 광 검출기(254)에는 신호처리기(270)와 디스플레이(280)가 연결되어, 광 검출기(254)에서 검출된 신호는 신호처리기(270)에서 시간 영역의 신호를 스펙트럼 영역의 신호로 변환하는 푸리에 변환과 영상을 구현하기 위한 연산을 통해 영상 정보로 변환되고, 신호처리기(270)에 의해 획득된 영상 정보가 디스플레이(280)에서 표시될 수 있다.
전술된 도 4 내지 6의 구성에 의하여, 다른 실시예에 따른 단층 촬영 장치(20)는 광대역 광원(202) 또는 파장가변 레이저(204)를 사용하여 측정 대상체를 측정하고 돌아오는 광을 검출하고, 이를 푸리에 변환하여 측정 대상체의 단층 정보를 획득할 수 있다.
도 7을 참조하여, 다른 실시예에 따른 단층 촬영 장치(20)에는 이동요소(290)가 구비될 수 있다.
구체적으로, 광원(200)은 광대역 광원(202)으로 마련될 수 있다.
상기 광대역 광원(202)으로부터 입사된 광은 제3 광 커플러(210)에서 측정광과 기준광으로 분기될 수 있다.
제3 광 커플러(210)에서 분기된 측정광은 제3 광 순환기(220)를 통해 샘플부(S)에 대하여 순환될 수 있다.
또한, 제3 광 커플러(210)에서 분기된 기준광은 제4 광 순환기(230)를 통해 기준부(P)에 대하여 순환될 수 있다.
이때, 기준부(P)에는 이동요소(290)가 연결될 수 있다.
상기 이동요소(290)는 기준부(P)를 화살표 방향으로 이동시킬 수 있다.
구체적으로, 이동요소(290)는 기준부(P)와 제4 광 순환기(230) 사이의 거리를 멀게 함으로써, 기준광의 광 경로를 길게 할 수 있다. 또는, 이동요소(290)는 기준부(P)와 제4 광 순환기(230) 사이의 거리를 가깝게 함으로써, 기준광의 광 경로를 짧게 할 수 있다.
예를 들어, 샘플부(S)의 깊은 층을 촬영할 경우, 측정광의 광 경로는 더욱 길어질 수 있으며, 측정광과 기준광이 결맞음 길이 이내에서만 간섭신호가 생성되게 하기 위해서는, 기준광의 광 경로 또한 길어질 필요가 있다.
이때, 이동요소(290)에 의해 기준부(P)를 제4 광 순환기(230)로부터 멀리 이동시킴으로써, 기준광의 광 경로를 길게 할 수 있다.
반면, 샘플부(S)의 상대적으로 얕은 층을 촬영할 경우, 측정광의 광 경로는 상대적으로 짧아질 수 있으며, 측정광과 기준광이 결맞음 길이 이내에서만 간섭신호가 생성되게 하기 위해서는, 기준광의 광 경로 또한 상대적으로 짧아질 필요가 있다.
이때, 이동요소(290)에 의해 기준부(P)를 제4 광 순환기(230)를 향해 이동시킴으로써, 기준광의 광 경로를 상대적으로 짧게 할 수 있다.
이와 같이, 이동요소(290)를 구비함으로써, 측정광과 기준광의 광 경로 차를 조절할 수 있으므로, 측정광과 기준광은 결맞음 길이 이내에서만 간섭신호가 발생될 수 있다.
그러므로 다른 실시예에 따른 단층 촬영 장치는 광 도파로 소자를 사용하여 소형으로 제작 가능하여 휴대가 가능하고, 비교적 작은 사이즈를 구비하여 대량 생산에 용이하고, 생산 단가를 저렴하게 할 수 있다. 게다가, 의공학, 생체공학, 화학 등 연구 분야뿐만 아니라 가정마다 공급하여 원격 진단 시 검사 장비로 적용될 수 있으며, 실시간으로 눈, 피부 또는 내장 기관의 질병을 손상 없이 관측할 수 있다.
이상과 같이 본 발명의 실시예에서는 구체적인 구성 요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.
10, 20: 단층 촬영 장치
100, 200: 광원
102, 202: 광대역 광원
104, 204: 파장가변 레이저
110: 제1 광 커플러
120: 제1 광 순환기
130: 제2 광 순환기
140: 제2 광 커플러150: 분광기
152: 광 검출기
210: 제3 광 커플러
220: 제3 광 순환기
230: 제4 광 순환기
240: 제4 광 커플러
250: 분광용 격자
252: 배열 도파로 격자
254: 광 검출기
260: 광 검출 어레이
160, 270: 신호처리기
170, 280: 디스플레이
180, 290: 이동요소
190: 시준기
F: 광섬유
W: 광 도파로
S: 샘플부
SA: 프로브
P: 기준부
100, 200: 광원
102, 202: 광대역 광원
104, 204: 파장가변 레이저
110: 제1 광 커플러
120: 제1 광 순환기
130: 제2 광 순환기
140: 제2 광 커플러150: 분광기
152: 광 검출기
210: 제3 광 커플러
220: 제3 광 순환기
230: 제4 광 순환기
240: 제4 광 커플러
250: 분광용 격자
252: 배열 도파로 격자
254: 광 검출기
260: 광 검출 어레이
160, 270: 신호처리기
170, 280: 디스플레이
180, 290: 이동요소
190: 시준기
F: 광섬유
W: 광 도파로
S: 샘플부
SA: 프로브
P: 기준부
Claims (13)
- 광원;
상기 광원과 광섬유에 의해 연결되며, 상기 광원으로부터 입사된 광을 측정광과 기준광으로 분기시키는 제1 광 커플러;
상기 측정광을 측정 대상체를 구비하는 샘플부에 대하여 순환시키는 제1 광 순환기;
상기 기준광을 비교 대상인 기준부에 대하여 순환시키는 제2 광 순환기; 및
상기 제1 광 순환기와 제2 광 순환기를 통과한 상기 측정광과 기준광을 결합시키는 제2 광 커플러;
를 포함하고,
상기 측정광과 기준광의 광 경로 차에 의해 발생한 간섭현상을 통해 상기 측정 대상체의 단층 정보를 획득할 수 있고,
상기 샘플부 또는 기준부를 이동시키는 이동요소를 더 포함하고, 상기 이동요소에 의해 상기 측정광과 기준광의 광 경로 차를 조절할 수 있는 단층 촬영 장치.
- 제1항에 있어서,
상기 측정광과 기준광은 상기 제1 광 커플러로부터 상기 제2 광 커플러로의 방향성을 가지고 상기 광섬유를 통과하는 단층 촬영 장치.
- 제1항에 있어서,
상기 제2 광 커플러에 연결된 분광기를 더 포함하고, 상기 분광기에 의해 결합된 상기 측정광과 기준광의 스펙트럼 정보를 검출하여 신호를 발생시키는 단층 촬영 장치.
- 제1항에 있어서,
상기 제2 광 커플러에 연결된 광 검출기를 더 포함하고, 상기 광 검출기에 의해 결합된 상기 측정광과 기준광의 시간에 따른 광 세기를 검출하여 신호를 발생시키는 단층 촬영 장치.
- 제1항에 있어서,
상기 제2 광 커플러에 연결된 분광기를 더 포함하고, 상기 분광기에 의해 결합된 상기 측정광과 기준광의 스펙트럼 정보를 검출하여 신호를 발생시키며,
상기 제2 광 커플러에 연결된 광 검출기를 더 포함하고, 상기 광 검출기에 의해 결합된 상기 측정광과 기준광의 시간에 따른 광 세기를 검출하여 신호를 발생시키며,
상기 분광기 또는 상기 광 검출기에 연결되고, 상기 분광기 또는 상기 광 검출기에서 발생된 신호를 영상 정보로 변환하여 처리하는 신호처리기; 및
상기 신호처리기에 의해 획득된 영상 정보를 표시하는 디스플레이;
를 더 포함하는 단층 촬영 장치.
- 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 제1 광 순환기와 샘플부 사이 또는 상기 제2 광 순환기와 기준부 사이에는 시준기가 더 포함되고, 상기 시준기에 의해 상기 측정광 또는 기준광이 평행 광선으로 형성될 수 있는 단층 촬영 장치.
- 제1항에 있어서,
상기 광원은 광대역 광원 또는 파장가변 레이저를 포함하는 단층 촬영 장치.
- 광원;
상기 광원과 광 도파로에 의해 연결되며, 상기 광원으로부터 입사된 광을 측정광과 기준광으로 분기시키는 제3 광 커플러;
상기 측정광을 측정 대상체를 구비하는 샘플부에 대하여 순환시키는 제3 광 순환기;
상기 기준광을 비교 대상인 기준부에 대하여 순환시키는 제4 광 순환기; 및
상기 제3 광 순환기와 제4 광 순환기를 통과한 상기 측정광과 기준광을 결합시키는 제4 광 커플러;
를 포함하고,
상기 측정광과 기준광은 상기 제3 광 커플러로부터 상기 제4 광 커플러로의 방향성을 가지고 상기 광 도파로를 통해 도파될 수 있고,
상기 기준부를 이동시킬 수 있는 이동요소를 더 포함하고, 상기 이동요소에 의해 상기 측정광과 기준광의 광 경로 차를 조절할 수 있는 단층 촬영 장치.
- 제9항에 있어서,
상기 샘플부에는 프로브가 구비되고, 상기 제3 광 순환기와 상기 프로브는 광섬유에 의해 연결되는 단층 촬영 장치.
- 제9항에 있어서,
상기 제4 광 커플러에 연결되어, 결합된 상기 측정광과 기준광을 파장 별로 분리시킬 수 있는 분광용 격자 또는 배열 도파로 격자를 더 포함하고, 상기 파장 별로 분리된 광은 광 검출 어레이 또는 라인 CCD 카메라에 의해 검출될 수 있는 단층 촬영 장치.
- 제9항에 있어서,
상기 제4 광 커플러에 연결된 광 검출기를 더 포함하고, 상기 광 검출기에 의해 결합된 상기 측정광과 기준광의 시간에 따른 광 세기를 전기 신호로 변환시키는 단층 촬영 장치.
- 삭제
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