KR101769201B1

KR101769201B1 - 분광 이미징 장치, 제어 장치 및 분광 이미징 시스템 및 모바일 기반 분광 이미징의 빛 제어 방법

Info

Publication number: KR101769201B1
Application number: KR1020150088581A
Authority: KR
Inventors: 황재윤; 윤세효
Original assignee: 재단법인대구경북과학기술원
Priority date: 2015-06-22
Filing date: 2015-06-22
Publication date: 2017-08-31
Also published as: US20180192879A1; US10470664B2; WO2016208917A1; KR20170000042A

Abstract

휴대용 분광 장치의 빛 조상 방법 및 그 장치가 제공된다. 본 발명의 실시 예에 따른 모바일 기반 분광 이미징 장치는, 광원으로부터 수집된 빛을 빔 형태로 방출하는 광섬유; 상기 빔 형태의 빛이 조사되는 위치에 따라서 분광 스펙트럼이 선형적으로 변경되는 선형 필터; 상기 선형 필터를 이동시키는 모터; 및 상기 광섬유를 통해서 발산되는 상기 빔을 상기 선형 필터에 조사하고, 상기 선형 필터를 이동하여 상기 빔이 조사되는 위치를 결정하고, 상기 결정된 위치에서 분광된 상기 빔의 일부를 방출하도록 처리하는 프로세서를 포함할 수 있다.

Description

분광 이미징 장치, 제어 장치 및 분광 이미징 시스템 및 모바일 기반 분광 이미징의 빛 제어 방법{SPACTRAL IMAGING DEVICE, CONTROL DEVICE AND SPACTRAL IMAGING SYSTEM AND METHOD FOR CONTROLLING LIGHT OF SPACTRAL IMAGING BASED ON MOBILE}

본 발명은 분광 이미징의 빛 제어 방법에 관한 것으로, 특히 다수의 파장을 포함하는 광원에 대한 분광 이미지를 제공하는 방법 및 그 장치에 관한 것이다.

일반적으로 분광 이미징(spectral imaging) 및 분광(spectral) 이미지 분석 기술은 다양한 건강 상태 확인, 질병 진단 및 바이오 응용에서 유용하게 사용되고 있다. 특히, 이와 같은 분광 이미징 기술은 피부에 발생하는 질병, 예를 들어, 피부암 진단, 중이염 진단 등에서 그 유용성이 검증되어 상용화가 진행되고 있다.

그러나, 기존 분광 이미징 기술의 경우, 이미지 획득을 위한 광원, 광원의 분광 필터링을 위한 필터가 특정 대역폭 별로 구분되어 있어 개별로 구입해야 하고, 필터의 수에 따라서 분광 이미징 시스템의 부피가 커지는 문제점이 발생한다.

KR 19920011368

상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해, 본 발명의 일 실시 예는 분광 시스템의 부피를 늘리지 않고도 분광 분해 성능을 향상 시킬 수 있는 방법 및 그 장치를 제공하고자 한다.

위와 같은 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 측면에 따르면, 모바일 기반 분광 이미징 장치의 선형 분광 필터를 이용한 빛 제어 장치가 제공된다. 상기 분광 이미징 장치에 있어서, 광원으로부터 수집된 빛을 빔 형태로 방출하는 광섬유;

상기 빔 형태의 빛이 조사되는 위치에 따라서 분광 스펙트럼이 선형적으로 변경되는 선형 필터; 상기 선형 필터를 이동시키는 모터; 및 상기 광섬유를 통해서 발산되는 상기 빔을 상기 선형 필터에 조사하고, 상기 선형 필터를 이동하여 상기 빔이 조사되는 위치를 결정하고, 상기 결정된 위치에서 분광된 상기 빔의 일부를 방출하도록 처리하는 프로세서를 포함할 수 있다.

일 실시 예에 따르면, 상기 빔의 사이즈는, 상기 광섬유의 코어 내경을 기반으로 결정될 수 있다.

일 실시 예에 따르면, 상기 빔의 사이즈는, 상기 광섬유의 끝단에 위치한 홀 필터의 홀 내경에 기반하여 결정될 수 있다.

일 실시 예에 따르면, 상기 프로세서는, 상기 빔은, 상기 선형 필터에 상기 빔이 조사되는 위치를 변경하여 상기 빔의 스펙트럼을 선형적으로 변화하도록 처리할 수 있다.

일 실시 예에 따르면, 상기 프로세서는, 상기 분광 이미징 장치와 연결된 적어도 하나의 제어 장치로부터 수신한 제어 명령을 기반으로 상기 빔이 조사되는 위치를 결정할 수 있다.

일 실시 예에 따르면, 상기 빔은, 상기 상기 분광 이미징 장치와 연결된 제어 장치의 상기 광원으로부터 수집될 수 있다.

일 실시 예에 따르면, 상기 프로세서는, 상기 제어 명령을 기반으로 적어도 하나의 상기 모터를 제어하여 상기 빔이 조사되는 위치를 결정할 수 있다.

일 실시 예에 따르면, 상기 분광 이미징 장치는, 상기 선형 필터의 출력단에 위치한 홀 필터를 통해서 상기 분광된 빔의 일부를 방출할 수 있다.

일 실시 예에 따르면, 상기 분광 이미징 장치는 상기 분광된 빔의 일부를 적어도 하나의 렌즈를 통과하여 객체에 조사할 수 있다.

일 실시 예에 따르면, 상기 렌즈는, 오목 렌즈가 적어도 하나 포함될 수 있다.

일 실시 예에 따르면, 상기 프로세서는, 상기 빔 형태의 빛이 조사되는 위치 및 상기 선형 필터의 기준점이 일치하도록 제어할 수 있다.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 모바일 기반 분광 이미징 장치의 선형 분광 필터를 이용한 빛 제어 방법이 제공된다. 상기 분광 이미징 장치의 동작 방법에 있어서, 광섬유를 통해서 발산되는 빔을 선형 필터에 조사하는 단계; 상기 선형 필터를 이동하여 상기 빔이 조사되는 위치를 결정하는 단계; 및 상기 결정된 위치에서 분광된 상기 빔의 일부를 방출하는 단계를 포함할 수 있다.

일 실시 예에 따르면, 상기 선형 필터를 이동하여 상기 빔이 조사되는 위치를 결정하는 단계는, 상기 선형 필터에 상기 빔이 조사되는 위치를 변경함에 따라서 스펙트럼을 선형적으로 변화시키는 것을 포함할 수 있다.

일 실시 예에 따르면, 상기 선형 필터를 이동하여 상기 빔이 조사되는 위치를 결정하는 단계는, 상기 분광 이미징 장치와 연결된 적어도 하나의 제어 장치로부터 수신한 제어 명령을 기반으로 결정할 수 있다.

일 실시 예에 따르면, 상기 빔은, 상기 제어 장치의 광원으로부터 수집될 수 있다.

일 실시 예에 따르면, 상기 선형 필터를 이동하여 상기 빔이 조사되는 위치를 결정하는 단계는, 상기 제어 명령을 기반으로 적어도 하나의 상기 모터를 제어하여 결정할 수 있다.

일 실시 예에 따르면, 상기 결정된 위치에서 분광된 상기 빔의 일부를 방출하는 단계는, 상기 선형 필터의 출력단에 위치한 홀 필터를 통해서 상기 분광된 빔의 일부를 방출할 수 있다.

일 실시 예에 따르면, 상기 분광된 빔의 일부를 적어도 하나의 렌즈를 통과하여 객체에 조사하는 단계를 더 포함할 수 있다.

일 실시 예에 따르면, 상기 광섬유를 통해서 발산되는 빔을 선형 필터에 조사하는 단계는, 상기 빔 형태의 빛이 조사되는 위치 및 상기 선형 필터의 기준점이 일치하도록 제어하는 단계를 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시 예에 따른 분광 이미지의 빛 조사 방법은, 광섬유를 사용하여 선형 분광 필터에 조사되는 빔의 사이즈를 결정함으로써, 분광 장치의 구조를 단순화할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예는, 선형 필터를 통하여 연속적인 분광 스펙트럼을 제공함으로써, 분광 분해 성능을 높이고, 또한 분광 이미지를 획득하기 위하여 사용되는 필터의 수를 줄여, 시스템을 소형화할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예는, 스마트 폰과 같은 사용자 기기를 제어 장치로 사용함으로써, 입력 장치, 디스플레이, 광원 등의 장치를 안정적으로 확보하여 범용성 및 장치 호환성을 높일 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 모바일 기반 분광 이미징 시스템의 개략적인 도면을 도시한다.
도 2는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 모바일 기반 분광 이미징 장치의 개략적인 도면을 도시한다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 분광 이미징 장치의 블록도를 도시한다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 선형 필터를 통해서 분광된 빛의 스펙트럼의 일 예이다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 분광 이미징 장치에서 수집된 광을 분광하는 동작의 흐름도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 분광 이미징 장치에서 선형 필터를 이동하는 동작의 흐름도이다.

이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 다양한 실시 예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 특정 실시 예가 도면에 예시되고, 관련된 상세한 설명이 기재될 수 있다, 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대하여 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경 및/또는 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략할 수 있고, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 사용할 수 있다.

본 발명의 다양한 실시 예에서, ‘또는’, ‘적어도 하나’ 등의 표현은 함께 나열된 단어들 중 하나를 나타내거나, 또는 둘 이상의 조합을 나타낼 수 있다. 예를 들어, ‘A 또는 B’, ’A 및 B 중 적어도 하나’는 A 또는 B 중 하나만을 포함할 수도 있고, A와 B를 모두 포함할 수도 있다.

존 발명의 다양한 실시 예에서, ‘제1’, ‘제2’, ‘첫째’, ‘둘째’ 등의 표현은 다양한 구성 요소들을 수식할 수 있지만, 반드시 해당 구성 요소의 순서, 또는 중요도 등을 의미하는 것으로 한정하지 않는다. 예를 들어, 제1 장치와 제2 장치는 모두 장치이며 서로 다른 장치를 나타낼 수 있다. 또한, 본 발명의 다양한 실시 예의 권리범위를 벗어나지 않는 경우, 제1 장치의 구성, 기능, 동작 등의 요소가 제2 장치와 동일 또는 유사한 경우, 제1 장치는 제2 장치로 명명될 수 있고, 유사하게, 제2 장치 또한 제1 장치로 명명될 수 있다.

본 발명의 다양한 실시 예에서 어떤 구성 요소가 다른 구성 요소에 ‘연결’되어 있다거나 ‘접속’되어 있다고 언급된 경우, 구성 요소들은 직접적으로 연결되어 있거나 접속되어 있을 수 있지만, 구성 요소들 사이에 적어도 하나의 다른 구성 요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면, 어떤 구성 요소가 다른 구성 요소에 ‘직접 연결’되어 있다거나, ‘직접 접속’되어 있다고 언급된 경우, 구성 요소들 사이는 다른 구성 요소가 존재하지 않는 것으로 이해될 수 있어야 할 것이다.

본 발명의 다양한 실시 예에서 사용되는 용어들은 특정일 실시 예를 설명하기 위한 것으로, 본 발명을 한정하는 것으로 해석되어서는 안되며, 예를 들어, 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다른 것으로 명시되지 않는 한 복수의 표현을 포함할 수 있을 것이다.

본 발명의 다양한 실시 예에 따른 장치(또는 전자 장치)는 명백한 한정 사항을 기재하고 있지 않는 한 동일 또는 유사한 다른 형태의 장치로 대체될 수 있음은 자명하다, 예를 들어, 장치로 스마트 폰을 기재하는 경우, 동일 또는 유사한 기능 및/또는 구성인 스마트 패드, 노트 패드로 대체가 가능한 것은 자명할 것이다. 또한, 전자 장치로 손목 밴드를 기재하는 경우, 동일 또는 유사한 기능 및/또는 구성인 손목 시계로 대체 가능한 것은 자명할 것이다. 또한, 본 발명의 다양한 실시 예에 따른 전자 장치는 기재된 다양한 장치들 중 하나 또는 그 이상의 조합으로 구성될 수 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 다양한 실시 예에 따른 전자 장치에 대해서 살펴본다. 다양한 실시 예에서 ‘사용자’라는 용어를 기재하는 경우, 전자 장치를 사용하는 사람 또는 전자 장치를 사용하는 장치(예: 인공지능 전자 장치)를 지칭할 수 있다. 더하여, 전자 장치는 사용자의 신체 일부에 부착되거나 착용될 수 있고, 이 상태에서 사용자는 사용자 또는 착용자로 지칭될 수 있다. 전자 장치는 사용자의 신체 일부에 부착되거나 착용되는 장치인 경우, 웨어러블 전자 장치(또는 웨어러블 장치)로 지칭할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 모바일 기반 분광 이미징 시스템의 개략적인 도면을 도시한다.

도 1을 참조하면, 분광 이미징 시스템(10)은 분광 이미징 장치(101-1) 및 분광 이미지 장치(101-1)에 광원을 제공하고 분광 이미징 장치(101-1)를 제어하기 위한 제어 장치(103)를 포함하여 구성될 수 있다.

본 발명의 일 실시 예에 따르면, 분광 이미징 장치(101-1)는 제어 장치(103)의 광원(105)으로부터 수신(또는 수집)하는 빛을 선형 가변 필터(linear variable filter, 123, 또는, 선형 분광 필터, 이하 선형 필터)를 통과하여 분광 처리한 후 분광된 빛을 방출할 수 있다. 여기에서, 선형 가변 필터(123)는 선형 필터를 통과하는 빔의 위치가 선형적으로 변화함에 대응하여 스펙트럼이 선형적으로 변화하는 특성을 가질 수 있다. 예를 들어, 선형 가변 대역 통과 필터(Linear Variable Bandpass Filter)는 코팅된 광학 필터로서 필터 전체 길이에 걸쳐 선형으로 변화하는 스펙트럼 특성을 가질 수 있다. 선형 가변 대역 필터는 좁은 대역폭에서의 높은 투과율과 원치 않는 빛에 대한 deep blocking 성능을 갖고 있어 필요한 파장에서 시스템 성능을 극대화할 수 있다. 따라서, 빔이 조사되는 위치를 기준으로 선형 필터(123)의 위치를 옮기기만 하면 스펙트럼 응답을 조절할 수 있습니다. 다른 실시 예에 따르면, 선형 가변 엣지 필터(Linear Variable Edge Filter)는 개별적으로 사용하거나 쌍으로 사용해 특정 파장을 선별적으로 차단하거나 통과시킬 수 있다. 선형 가변 엣지 필터는 longpass, shortpass 또는 dichroic filter로 사용될 수 있다. Longpass edge filter는 cut-on 파장보다 긴 파장을 투과시키고 Shortpass edge filter는 cut-off 파장보다 짧은 파장을 투과시킬 수 있다. Dichroic edge filter는 longpass edge filter와 유사한 특성을 가질 수 있고, 원치 않는 파장은 반사시키는 특징을 가지고 있습니다. 즉, 선형 가변 엣지 필터는 둘 이상 조합하여 사용되는 경우, laser line filter 또는 variable bandpass filter 역할을 할 수 있으며 중심 파장 및 대역폭을 조절할 수 있다.

분광 이미징 장치(101-1)의 구조를 살펴보면, 광원(105)으로부터 빛을 수신하는 광 입력부는 광섬유(110)로 제공될 수 있다. 광섬유(110)는 광원(105)으로부터 빛을 수신하여 선형 필터(123)로 방출할 수 있다. 여기에서 광원 방향의 광섬유(110) 말단에는 광원(105)으로부터 발산되는 빛을 수집하기 위하여 적어도 하나의 렌즈(113, 예: 집광 렌즈)가 부착될 수 있다. 이 때, 광섬유(110)로부터 출력되는 빛의 광도는 광섬유(110)에 부착되는 렌즈(113)의 회절 한계에 기반하여 결정될 수 있다. 렌즈(113)을 통해서 수신된 빛은 빔의 형태로 광섬유(110)의 선형 필터(123) 방향의 끝단(115)으로 출력될 수 있다.

광섬유(110)의 끝단(115)로부터 방출된 빛은 필터부(119)의 제1 홀 필터(125)를 통해서 선형 필터(123)로 방출될 수 있다. 여기에서 제1 홀 필터(125)는 홀 내경에 기반하여 광섬유(110)에서 방출된 빔의 사이즈를 가공하는 역할을 수행할 수 있다. 이후, 가공된 빔은 선형 필터(123)를 통해서 분광되어 제2 홀 필터(121)로 방출될 수 있다. 여기에서, 선형 필터(123)는 빛이 조사되는 위치 변화에 따라서 선형 필터(123)를 통과하는 빛의 중심 파장이 선형적으로 변경되도록 제작될 수 있다. 예를 들어, 제1 홀 필터(125)를 통해서 가공된 빔이 조사되는 선형 필터(123)의 위치를 변경하는 경우 통과되는 변경된 위치에 따라서 통과되는 빛의 중심 파장이 결정될 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 제1 홀 필터(125)를 통해서 방출된 빔으로부터 선형 필터(123)를 통과하는 빛의 중심 파장은 선형 필터(123)의 위치(예: 도 1에 도시된 선형 필터(123)의 y축 값)를 변경하는 경우, 선형적으로 변경될 수 있다.

선형 필터(123)를 통해서 분광된 빛은 제2 홀 필터를 통해서 중심 파장의 범위가 결정될 수 있다. 예를 들어, 선형 필터(123)를 통해서 분광된 빛은, 필터의 특성에 따라서 다양한 파장으로 분광된 상태일 수 있다. 분광된 빛은 제2 홀 필터의 홀 내경에 기반하여 출력되는 중심 파장의 범위가 결정될 수 있다. 상술한 방법과 같이 제2 홀 필터의 홀 내경을 제어함으로써, 분광된 빛으로부터 최종 출력되는 빛의 파장 범위를 제어할 수 있다. 필터부(119)의 출력단에는 오목 렌즈(117)를 배치하여 객체에 조사되는 빛의 범위를 확장할 수 있다.

본 발명의 일 실시 예에 따르면, 필터부(119)에 포함된 선형 필터(123)의 위치를 변경하는 방법 및 장치를 제공할 수 있다. 예를 들어, 선형 필터(123)는 모터(141)에 연결되어 모터(141)의 동작을 기반으로, 이동(예: 도 1에 도시된 선형 필터(123)의 y축 값 이동)할 수 있다. 이 때, 선형 필터(123)를 움직이는 모터(141)는 제어 장치(103)로부터 수신한 제어 정보에 기반하여 선형 필터(123)를 이동할 수 있다. 설명하면, 분광 이미징 장치(101-1) 및 제어 장치(103)는 각각 통신부를 포함할 수 있고, 분광 이미징 장치(101-1)는 통신부를 통해서 제어 장치(103)로부터 모터(141)를 움직이기 위한 제어 정보를 수신할 수 있다. 예를 들어, 제어 정보는, 선형 필터(123)가 이동할 좌표 정보를 포함할 수 있다. 모터(141)는 수신한 제어 정보에 기반하여 선형 필터(123)의 이동을 결정할 수 있다. 여기에서 제어 정보는 제어 장치(103)와 연결된 통신 방식에서 사용되는 포맷(format)의 데이터(또는 패킷)일 수 있다. 도 1 및 이하 설명에서 제어 장치(103)에 상술한 장치의 정의가 적용될 수 있음은 자명하다. 예를 들어, 제어 장치(103)은 통신부 및 광원(예: 플래쉬, flash)를 포함하는 스마트 폰일 수 있다.

도 2는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 모바일 기반 분광 이미징 장치의 개략적인 도면을 도시한다.

도 2를 참조하면, 이미지 장치(101-2)의 필터부(219)는 도 1의 필터부(119)의 구성 일부를 변경한 것일 수 있다. 예를 들어, 필터부(219)는 도 1의 필터부(119)에서 제1 홀 필터(125)를 제거한 것일 수 있다. 설명하면, 필터부(219)는 광섬유(210)의 끝단(215)으로부터 방출되는 빔을 분광하기 위한 선형 필터(223) 및 하나의 홀 필터(221)로 구성될 수 있다.

본 발명의 일 실시 예에 따르면, 도 1에 기재된 필터부(119)의 경우, 광섬유(110)로부터 방출되는 빔 사이즈를 제1 홀 필터(125)를 통하여 가공하여 선형 필터(123)에 조사하는 구성을 도시하고 있다. 반면, 도 2에 기재된 필터부(219)의 경우 광섬유(210)에 기반하여 선형 필터(223)에 조사되는 빔 사이즈를 결정할 수 있다. 예를 들어, 선형 필터(223)에 조사되는 빔 사이즈는 광섬유(210)의 코어 내경에 따라서 결정될 수 있다. 즉, 분광 이미징 장치(101-2)는 내경이 다른 광섬유를 선택적으로 적용할 수 있고, 적용된 광섬유의 코어 내경에 따라서 선형 필터(210)에 조사되는 빔 사이즈가 제어될 수 있다. 이 때, 광섬유(110)로부터 출력되는 빔 사이즈와 광도는 광섬유(210)에 부착되는 렌즈(213)의 회절 한계 및/또는 광섬유(210)의 코어(231) 내경에 기반하여 결정될 수 있다.

도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 분광 이미징 장치의 블록도를 도시한다.

본 발명의 일 실시 예에 따르면, 분광 이미징 장치(101)는 제어부(301), 구동부(303), 및 광학부(311) 및 통신부(313) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 이하 설명에서 분광 이미징 장치(101)는 특별히 구분하지 않는 경우, 도1의 분광 이미징 장치(101-1) 및 도 2의 분광 이미징 장치(101-2)를 통칭하는 의미로 사용될 수 있다.

제어부(301)는 구동부(303)를 통하여 필터부(305)에 포함된 선형 필터의 위치 제어를 처리할 수 있다. 예를 들어, 제어부(301)은 통신부(313)을 통해서 적어도 하나의 제어 정보를 수신할 수 있고, 수신된 제어 정보는 적어도 하나의 위치 정보를 포함할 수 있다. 여기에서, 제어 정보에 포함된 위치 정보는 필터부(305)에 포함된 선형 필터의 좌표 정보일 수 있다. 제어부(301)은 확인된 위치 정보에 기반하여 구동부(303)를 통해서 선형 필터의 위치를 이동하도록 제어할 수 있다. 예를 들어, 제어부(301)는 통신부(313)를 통해서 수신한 제어 정보에 포함된 좌표 정보(및/또는 제어 명령)를 확인할 수 있다. 제어부(301)는 필터부(305)의 선형 필터에 설정된 좌표계에서 좌표 정보에 기반하여 선형 필터를 이동하도록 구동부(303)을 제어할 수 있다. 예를 들어, 선형 필터의 좌표계에 기반하여 특정 파장을 통과하도록 제공되는 선형 필터의 위치에 적어도 하나의 좌표가 설정된 상태일 수 있다.

구동부(303)는 적어도 하나의 모터(예: 도 1의 모터(141), 또는 도 2의 모터(241))를 포함할 수 있고, 제어부(301)의 제어 정보에 따라서 모터를 구동하여 필터부(305)에 포함된 선형 필터를 이동할 수 있다. 여기에서, 선형 필터를 이동하는 것은, 도 1의 선형 필터(123)에 대하여 설정된 좌표계에서 y축 및/또는 x축 방향으로 평행 이동하는 것일 수 있다.

광학부(311)는 광 입력부(307), 필터부(305) 및 광 출력부(309) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 도 1을 참조하면, 광 입력부(307)는 렌즈(113) 및/또는 광섬유(110)를 포함할 수 있고, 필터부(305)는 적어도 하나의 홀 필터(123) 및/또는 선형 필터(123)를 포함할 수 있고, 광 출력부(309)는 오목렌즈를 포함할 수 있다.

광 입력부(307)의 렌즈(113)는 광원(105)으로부터 빛을 수집하여 광섬유(110)로 전송할 수 있고 광섬유(110)의 끝단(예: 도 1의 115)를 통해서 빔 형태의 빛을 방출할 수 있다. 광섬유(110)의 끝단으로부터 방출되는 빔은 필터부(305)의 제1 홀 필터(예: 도 1의 125)를 통해서 사이즈가 가공되어 선형 필터(123)에 조사될 수 있다. 여기에서, 도 1의 필터부(119)에서 제1 홀 필터(125)가 제거된 경우, 선형 필터(123)에 조사되는 빔 사이즈는 광섬유(110)의 코어 직경에 따라서 결정될 수 있다. 예를 들어, 도 2를 참조하면, 필터부(219)에 조사되는 빔의 사이즈는 광섬유(210)의 코어(231) 직경에 따라서 결정될 수 있다.

필터부(305)는 조사되는 빔을 분광하는 선형 필터 및 적어도 하나의 홀 필터를 포함할 수 있다. 여기에서 광섬유의 끝단에 홀 필터가 위치하는 경우, 선형 필터에 조사되는 빔 사이즈는 광섬유 끝단에 위치한 홀 필터를 통해서 가공되어 결정될 수 있다. 또는, 광섬유의 끝단에 홀 피라터가 위치하지 않는 경우, 선형 필터에 조사되는 빔 사이즈는 광섬유 코어의 직경에 따라서 결정될 수 있다.

필터부(305)의 선형 필터는 광섬유 또는 광섬유 끝단의 홀 필터를 통해서 방출된 빔을 분광할 수 있다. 여기에서 선형 필터는 구동부(303)의 적어도 하나의 모터에 연결되어 제어부(301)의 제어 정보에 따라서 위치가 이동될 수 있다. 예를 들면, 필터부(305)의 선형 필터에는 좌표계가 설정된 상태일 수 있다. 구동부(303)의 모터는 제어부(301)에서 결정된 좌표에 광섬유로부터 방출된 빔이 조사되도록 선형 필터를 이동할 수 있다. 선형 필터를 통해서 분광된 빔(예: 스펙트럼)은, 선형 필터의 출력단에 위치한 홀 필터를 통해서 지정된 범위의 중심 파장만을 광 출력부(309)로 방출할 수 있다. 여기에서, 광 출력부(309)로 방출되는 빔의 중심 파장 범위는 선형 필터 출력단에 위치한 홀 필터의 홀 내경 크기에 따라서 결정될 수 있다.

광 출력부(309)로 조사된 빔(예: 분광된 스펙트럼)은 오목 렌즈의 굴절율에 따라서 확대되어 분광 이미징 장치(101)의 외부로 방출될 수 있다.

통신부(313)은 적어도 하나의 제어 장치(예: 도 1의 제어 장치(103))에 포함된 통신부와 연결되어 데이터를 송수신할 수 있다. 예를 들어, 통신부(313)은 제어 장치(103)의 통신부로부터 제어 정보를 수신할 수 있고, 제어부(301)에서 제어 정보에 기반하여 처리된 선형 필터의 이동 결과를 피드백할 수 있다. 통신부(131)는 무선 통신 및/또는 유선 통신을 통해서 제어 장치(103)에 포함된 통신부와 연결될 수 있다. 무선 통신을 사용하는 경우, 무선 통신은 와이파이(Wireless Fidelity, Wi-Fi) 통신, 저전력 블루투스(Bluetooth Low Energy, BLE) 통신, 블루투스(Bluetooth, BT) 통신, NFC(near field communication), GPS(global positioning system) 또는 셀룰러(cellular) 통신(예: LTE, LTE-A, CDMA, WCDMA, UMTS, WiBro 또는 GSM 등) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 유선 통신을 사용하는 경우, 유선 통신은 USB(universal serial bus), HDMI(high definition multimedia interface), RS-232(recommended standard 232) 또는 POTS(plain old telephone service) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.

도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 선형 필터를 통해서 분광된 빛의 스펙트럼의 일 예이다. 도 4를 참조하면, 도 3에서 상술한 바와 같이 선형 필터에 설정된 좌표계에 기반하여, 빔이 조사되는 선형 필터의 위치(예: 좌표)를 변경함으로써, 복수개의 대역 통과 필터를 교체하는 효과를 제공할 수 있다.

도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 분광 이미징 장치에서 수집된 광을 분광하는 동작의 흐름도이다.

단계 S501을 참조하면, 분광 이미징 장치(101)은 집광 렌즈로 수신한 빛을 광섬유를 통해서 방출할 수 있다. 예를 들어, 도 1을 참조하면. 집광 렌즈(113)은 광원(105)로부터 방출된 빛을 수집하여 광섬유(110)로 전달할 수 있다. 여기에서, 광섬유(110)의 끝단(115)로 방출되는 빛의 광도는 광섬유(110)에 부착되는 렌즈(113)의 회절 한계 및/또는 광섬유(110)의 코어 내경에 기반하여 결정될 수 있다. 또한, 방출되는 빔의 사이즈는 도 1의 필터부(119)와 같이 광섬유(110)의 끝단(115)에 제1 홀 필터(125)가 위치하는 경우 제1 홀 필터(125)의 홀 내경에 따라서 결정될 수 있고, 도 2의 필터부(219)와 같이 광섬유(210)의 끝단(215)에 홀 필터가 위치하지 않는 경우 광섬유(210)의 코어(231) 내경에 따라서 결정될 수 있다.

단계 S503을 참조하면, 분광 이미징 장치(101)는 선형 필터에 조사되는 빔을 기반으로, 선형 필터를 이용하여, 특정 파장의 빛으로 분광 처리할 수 있다. 예를 들어, 도 1을 참조하면, 광섬유(110)의 끝단(115)으로 출력되는 빔은 선형 필터(123)로 조사될 수 있다. 이 경우, 빔이 조사되는 위치는 고정된 상태일 수 있고, 선형 필터는 모터(141)과 연결되어 모터의 구동으로 선형 필터의 위치가 이동될 수 있다. 선형 필터(123)은 빔이 조사되는 필터의 특징에 따라서, 특정 파장 대역의 빛을 통과 시킬 수 있다.

단계 S505를 참조하면, 분광 이미징 장치(101)는 선형 필터(123)로부터 방출된 특정 파장 대역의 빛 중에서 중심 파장 일부를 선택적으로 방출할 수 있다. 예를 들어, 도 1을 참조하면, 필터부(119)의 선형 필터(123) 출력단에 홀 필터를 포함할 수 있고, 홀 필터의 내경에 따라서 선형 필터(123)로부터 방출된 특정 파장 대역의 빛 중 일부를 통과시킬 수 있다. 홀 필터를 통과한 빛은 오목 렌즈를 통하여 빛이 조사되는 범위를 확장하여 분광 이미징 장치(101)의 외부로 방출할 수 있다.

분광 이미징 장치(101)는 단계 S505를 수행하면 도 5의 실시 예를 종료할 수 있다.

도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 분광 이미징 장치에서 선형 필터를 이동하는 동작의 흐름도이다.

단계 S601을 참조하면, 분광 이미징 장치(101)는 선형 필터의 기준점(예: 영(0)점)을 조정할 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 분광 이미징 장치(101)의 제어부(301)는 선형 필터(예: 도 1의 선형 필터(123))에 설정된 좌표계의 영(0)점을 확인할 수 있고, 광섬유의 끝단을 통해서 방출되는 빔이 조사되는 선형 필터의 위치(예: 좌표)를 확인할 수 있다. 제어부(301)는 빔이 조사되는 위치 및 선형 필터의 0점을 일치시킬 수 있다. 또는 제어부(301)는 빔이 조사되는 선형 필터의 위치에 기반하여, 선형 필터(123)의 좌표계를 생성할 수 있다. 이때, 선형 필터(123)에 기 설정된 좌표계가 존재하는 경우, 제어부(301)는 기존의 좌표계를 수정할 수 있다. 도 6의 실시 예에 있어서, 단계 S601은 반드시 수행해야 하는 동작일 필요는 없을 것이다. 예를 들어, 도 6의 실시 예를 실행함에 있어서, 선형 필터(123)의 기준점이 수동으로 조작되는 경우, 분광 이미징 장치(101)는 단계 S601을 수행하지 않고, 단계 S603을 수행할 수 있다.

단계 S603을 참조하면, 분광 이미징 장치(101)는 분광 이미징 장치(101)과 유선/무선으로 연결된 제어 장치(103)로부터 제어 정보를 수신할 수 있다. 예를 들어, 분광 이미징 장치(101)는 블루투스 통신으로 제어 장치(103)로 연결될 수 있고, 제어 장치(103)와 연동되는 적어도 하나의 프로그램(또는 애플리케이션)을 통해서 모터를 제어하기 위한 명령을 포함한 제어 정보를 수신할 수 있다.

단계 S605를 참조하면, 분광 이미징 장치(101)는 수신된 제어 정보에서 제어 명령을 확인할 수 있고, 확인된 제어 명령에 따라서 모터를 제어하여 선형 필터의 위치를 이동할 수 있다. 예를 들어, 분광 이미징 장치(101)는 무선 통신 및/또는 유선 통신을 통해서 제어 장치(103)에 포함된 통신부와 연결될 수 있다. 무선 통신을 사용하는 경우, 무선 통신은 와이파이(Wireless Fidelity, Wi-Fi) 통신, 저전력 블루투스(Bluetooth Low Energy, BLE) 통신, 블루투스(Bluetooth, BT) 통신, NFC(near field communication), GPS(global positioning system) 또는 셀룰러(cellular) 통신(예: LTE, LTE-A, CDMA, WCDMA, UMTS, WiBro 또는 GSM 등) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 유선 통신을 사용하는 경우, 유선 통신은 USB(universal serial bus), HDMI(high definition multimedia interface), RS-232(recommended standard 232) 또는 POTS(plain old telephone service) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.

분광 이미징 장치(101)는 수신한 제어 정보의 데이터 필드로부터 분광 이미징 장치(101)의 모터를 구동할 수 있는 제어 명령을 획득할 수 있고, 획득한 제어 명령에 따라서 선형 필터의 위치를 이동할 수 있다. 분광 이미징 장치(101)는 이동된 선형 필터의 위치를 확인하여 제어 장치(103)에 전송(예: 피드백)할 수 있다.

단계 S607을 참조하면, 분광 이미징 장치(101)는 연결된 제어 장치(103)로부터 제어 정보를 수신하는지 여부를 확인할 수 있다. 예를 들어, 단계 S607의 동작은, 단계 S503에서 수신한 제어 정보에 기반하여 선형 필터의 위치를 변경하고, 변경된 선형 필터의 위치를 보정하기 위한 제어 정보를 수신하는 것일 수 있고, 또는 광섬유(예: 도 1의 110)으로부터 방출되는 빔이 조사되는 선형 필터의 위치를 변경하기 위한 제어 정보일 수 있다.

분광 이미징 장치(101)는 제어 정보를 수신하는 경우 단계 S605를 수행할 수 있고, 제어 정보를 수신하지 않는 경우 도 6의 실시 예를 종료할 수 있다.

상기와 같은 방법 및/또는 장치들은 도 1에 도시된 바와 같이 분광 이미징 장치(101), 제어 장치(103) 중 적어도 하나를 통해서 구현될 수 있고, 특히, 이러한 동작들을 수행하는 소프트웨어 프로그램(또는 애플리케이션)으로 구현될 수 있으며, 이 경우 이러한 프로그램들은 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체에 저장되거나 전송 매체 또는 통신망에서 반송파와 결합된 컴퓨터 데이터 신호에 의하여 전송될 수 있다.

이 때, 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체는 컴퓨터 시스템에 의해 판독 가능한 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록 장치를 포함하며, 예를 들면, ROM, RAM, CD-ROM, DVD-ROM, DVD-RAM, 자기 테이프, 플로피 디스크, 하드 디스크, 광 데이터 저장장치 등일 수 있다.

이상에서 본 발명의 일 실시 예에 대하여 설명하였으나, 본 발명의 사상은 본 명세서에 제시되는 실시 예에 제한되지 아니하며, 본 발명의 사상을 이해하는 당업자는 동일한 사상의 범위 내에서, 구성요소의 부가, 변경, 삭제, 추가 등에 의해서 다른 실시 예를 용이하게 제안할 수 있을 것이나, 이 또한 본 발명의 사상범위 내에 든다고 할 것이다.

10: 분광 이미징 시스템 101: 분광 이미징 장치
110: 광섬유 113: 집광 렌즈
123: 선형 필터 103: 제어 장치
301: 제어부 303: 구동부
305: 필터부 307: 광 입력부
309: 광 출력부 311: 광학부

Claims

모바일 기반 분광 이미징 장치에 있어서,
광원으로부터 빛을 수집하고, 회절 한계에 기반하여 광도를 조절하는 집속 렌즈;
상기 집속 렌즈를 통항 광도가 제어된 빛을 빔 형태로 방출하는 광섬유;
이동 가능하도록 설치되며, 상기 광섬유로부터 방출되는 빛이 조사되는 위치에 따라서 분광된 빛의 파장 대역이 선형적으로 변경되는 선형 필터;
상기 광섬유와 상기 선형 필터의 사이에 배치되며, 홀의 내경에 따라 통과되는 상기 빔의 사이즈를 변경시키는 제1 홀 필터;
홀의 내경에 따라 상기 선형 필터로부터 방출되는 빛의 상기 파장 대역의 중심 파장 범위를 가공하고, 가공된 중심 파장 범위의 빛을 출력하는 제2 홀 필터; 및
빛이 통과하는 선형 필터의 위치를 제어하여 확인된 좌표에 빛이 조사되도록 상기 선형 필터의 위치를 제어하는 제어부를 포함하는, 모바일 기반 분광 이미징 장치.
제1항에 있어서,
상기 선형 필터는 길이방향을 따라서 이동 가능하게 설치되는, 모바일 기반 분광 이미징 장치.
제1항에 있어서,
상기 선형 필터의 위치 이동시 구동력을 인가하는 모터를 더 포함하는, 모바일 기반 분광 이미징 장치.
제1항에 있어서,
상기 빔의 사이즈는, 상기 광섬유의 코어 내경을 기반으로 결정되는, 모바일 기반 분광 이미징 장치.
제1항에 있어서,
상기 제어부는, 상기 선형 필터의 위치를 변경하여 상기 빛의 스펙트럼이 변화되도록 처리하는, 모바일 기반 분광 이미징 장치.
제1항에 있어서,
상기 제어부는, 외부의 제어 장치로부터 수신한 제어 명령을 기반으로 상기 빛이 조사되는 상기 선형 필터 상의 위치를 결정하는, 모바일 기반 분광 이미징 장치.
제6항에 있어서,
상기 빛은, 상기 제어 장치에 포함된 광원으로부터 수집되는, 모바일 기반 분광 이미징 장치.
제3항에 있어서,
상기 제어부는, 상기 모터를 제어하여 상기 빔이 조사되는 위치를 제어하는, 모바일 기반 분광 이미징 장치.
삭제
제1항에 있어서,
상기 분광된 빛의 범위를 확산시켜 객체에 조사하는 렌즈를 더 포함하는, 모바일 기반 분광 이미징 장치.
제10항에 있어서,
상기 렌즈는, 오목 렌즈가 적어도 하나 포함되는, 모바일 기반 분광 이미징 장치.
제1항에 있어서,
상기 제어부는, 상기 빔 형태의 빛이 조사되는 위치 및 상기 선형 필터의 기준점이 일치하도록 제어하는, 모바일 기반 분광 이미징 장치.
모바일 기반 분광 이미징 장치의 동작 방법에 있어서,
광원으로부터 빛을 수집하고, 집속 렌즈의 회절 한계에 기반하여 빛의 광도를 조절하는 단계;
광섬유를 통해서 방출되는, 상기 광도가 조절된 빛의 빔 사이즈를 조절하는 단계;
상기 빔 사이즈가 조절된 빛을 빛이 조사되는 위치에 따라서 분광된 빛의 파장 대역이 선형적으로 변경되는 선형 필터에 조사하는 단계;
확인된 좌표에 빛이 조사되도록 상기 선형 필터를 이동하는 단계;
상기 선형 필터를 통하여 분광된 빛의 파장 대역에서 중심 파장 대역을 가공하여 출력하는 단계;를 포함하며
상기 빔 사이즈는, 상기 광섬유와 상기 선형 필터 사이에 위치한 제1 홀 필터의 홀 내경에 기반하여 결정되고, 상기 중심 파장 대역은 상기 선형 필터의 출력단에 위치한 제2 홀 필터의 홀 내경에 기반하여 결정되는, 모바일 기반 분광 이미징 장치의 동작 방법.
삭제
제13항에 있어서,
상기 빔의 사이즈는, 상기 광섬유의 코어 내경을 기반으로 결정되는, 모바일 기반 분광 이미징 장치의 동작 방법.
제13항에 있어서
상기 선형 필터를 이동하는 단계에서, 상기 선형 필터의 위치를 제어함으로써 상기 선형 필터를 통과하는 빛의 스펙트럼을 선형적으로 변화시키는 것을 포함하는, 모바일 기반 분광 이미징 장치의 동작 방법.
제16항에 있어서,
상기 선형 필터를 이동하는 단계에서는 상기 선형 필터를 길이방향을 따라 이동시키는, 모바일 기반 분광 이미징 장치의 동작 방법.
제13항에 있어서,
상기 선형 필터를 이동하는 단계는, 상기 분광 이미징 장치와 연결된 제어 장치로부터 수신한 제어 명령을 기반으로 결정하는, 모바일 기반 분광 이미징 장치의 동작 방법.
제18항에 있어서,
상기 빛은, 상기 제어 장치의 광원으로부터 수집되는, 모바일 기반 분광 이미징 장치의 동작 방법.
제18항에 있어서,
상기 선형 필터를 이동하는 단계는, 상기 제어 명령을 기반으로 모터를 제어하는, 모바일 기반 분광 이미징 장치의 동작 방법.
삭제
제13항에 있어서,
상기 분광된 빛의 일부를 렌즈를 통과시켜 빛을 확산시키고 객체에 조사하는 단계를 더 포함하는, 모바일 기반 분광 이미징 장치의 동작 방법.
제22항에 있어서,
상기 렌즈는, 오목 렌즈를 적어도 하나 포함하는, 모바일 기반 분광 이미징 장치의 동작 방법.
제13항에 있어서,
상기 광섬유를 통해서 발산되는 빔 형태의 빛을 선형 필터에 조사하는 단계는, 상기 빔 형태의 빛이 조사되는 위치 및 상기 선형 필터의 기준점이 일치하도록 제어하는 단계를 포함하는, 모바일 기반 분광 이미징 장치의 동작 방법.