KR101797353B1 - 직렬로 배열된 광섬유를 이용한 힘 센서, 이의 제조방법, 이를 포함하는 의료기기 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 직렬로 배열된 광섬유를 이용한 힘 센서에 관한 것으로써, 한쪽 단부에 첨단부가 형성된 제1 광섬유; 한쪽 단부에 상기 첨단부에 대응되는 홈이 형성되며, 상기 홈과 상기 첨단부가 마주하게 배치됨으로써 상기 홈과 상기 첨단부 사이에 광커플링에 의해 광신호 전달이 가능한 제2 광섬유; 및 외력에 의해서 상기 홈과 상기 첨단부 사이의 간격이 발생할 경우 상기 제1 광섬유 또는 제2 광섬유 중 한쪽에 인가된 광신호 중 다시 반사되어 돌아오는 광신호를 이용하여 상기 외력을 연산하는 연산부를 포함하여 이루어진다.
Description
본 발명은 직렬로 배열된 광섬유를 이용한 힘 센서, 이의 제조방법, 이를 포함하는 의료기기에 관한 것으로써, 제1 광섬유의 단부가 제2 광섬유의 단부에 마주보게 직렬로 배치하되 제1 광섬유의 단부에 형성되는 첨단부를 제2 광섬유의 단부에 형성되는 홈에 배치함으로써 광커플링을 발생시킬 수 있는 힘 센서, 이의 제조방법, 이를 포함하는 의료기기에 관한 것이다.
일반적으로 카테터는 환자의 체내로 튜브를 삽입하여 환부에 고주파 치료를 하거나, 의료용 물질을 체내로 주입하고 체내의 체액 등을 외부로 배출하기 위하여 사용되는 의료기기이다.
상기와 같은 카테터를 이용하여 시술을 행하는데 있어서 카테터의 첨두가 환자의 환부에 과다한 압력을 가할 경우 환부를 손상시키는 경우가 발생하였으며, 압력이 너무 작을 경우 환부가 제대로 치료되지 않는 경우가 발생하므로 카테터가 환부에 가하는 압력을 측정하고 그에 따라 시술을 행할 필요가 있었다.
특히, 혈관과 같이 섬세한 부분을 시술하는 카테터의 경우 상기 카테터가 혈관에 가하는 압력을 정밀하게 측정하지 못할 경우 혈관을 관통하면서 의료사고가 발생하는 경우도 있었다.
따라서, 카테터의 첨두에 가해지는 압력을 측정하기 위한 다양한 형태의 센서들이 제시되고 있다.
현재 일반적으로 사용되는 센서는 외부에서 가해지는 힘에 따라 출력되는 전류가 달라지는 전기적 압력 감지식 소자를 이용한 힘 센서가 주로 사용된다.
하지만, 상기 전기적 압력 감지식 소자를 이용한 힘 센서는 미세한 외력이 가해졌을 때 출력되는 전류의 변화가 크지 않고, 상기 전류 변화를 정밀하게 측정하기 위해서는 고가의 장비가 필요하며, 전기적 압력 감지식 소자의 크기를 늘려 전류량을 늘릴 경우 카테터의 크기가 커지는 문제점이 있으므로 상기와 같은 문제점을 해결할 수 있는 힘 센서와 이를 이용한 카테터가 요구되었다.
한국등록특허공보 제10-1509397호는 광섬유를 이용한 힘 센서 및 이를 이용한 카테터를 개시하고 있다.
한국등록특허공보 제10-1509397호에 따르면, 외력은 제1광섬유와 제2광섬유를 나란하게 배치한 다음, 외력이 가해질 때, 제1광섬유와 제2광섬유가 상호 중첩되는 길이의 변화에 따라 광신호가 변화되는 것을 이용함으로써 연산된다.
그러나 제1광섬유와 제2광섬유는 ㎛ 스케일로 마련되므로, 반데르발스 힘과 정전기력 등에 의한 인력 때문에 이들을 나란하게 배치하는 것은 매우 어렵다.
이러한 문제 때문에, 한국등록특허공보 제10-1509397호에 따른 힘 센서는 제조가 어려울 뿐만 아니라, 제조된다 하더라도, 힘 측정의 오차가 매우 크다는 문제가 있다.
또한 피복과 클래드가 제거된 코어가 피복과 클래드가 제거되지 않은 영역 사이 경계에서 받는 응력 때문에 파손되는 문제점이 있었다.
본 발명의 목적은 상술한 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로써, 제1 광섬유의 단부가 제2 광섬유의 단부에 마주보게 직렬로 배치하되 제1 광섬유의 단부에 형성되는 첨단부를 제2 광섬유의 단부에 형성되는 홈에 배치함으로써, 제1 코어에 응력이 집중되는 현상을 원천적으로 제거하면서도 제1 광섬유와 제2 광섬유의 정렬이 용이한 힘 센서, 이의 제조방법, 이를 포함하는 의료기기를 제공함에 있다.
상기 목적은, 본 발명에 따른 광섬유를 이용한 힘 센서, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 의료기기에 의해 모두 달성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 광섬유를 이용한 힘 센서는, 한쪽 단부에 첨단부가 형성된 제1 광섬유; 한쪽 단부에 상기 첨단부에 대응되는 홈이 형성되며, 상기 홈과 상기 첨단부가 마주하게 배치됨으로써 상기 홈과 상기 첨단부 사이에 광커플링에 의해 광신호 전달이 가능한 제2 광섬유; 및 외력에 의해서 상기 홈과 상기 첨단부 사이의 간격이 발생할 경우 상기 제1 광섬유 또는 제2 광섬유 중 한쪽에 인가된 광신호 중 다시 반사되어 돌아오는 광신호를 이용하여 상기 외력을 연산하는 연산부를 포함한다.
상기 제1 광섬유의 제1 코어는 이를 둘러싸는 제1 클래드보다 식각 속도가 느린 소재로 형성되고, 상기 첨단부는 제1 코어와 제1 클래드의 식각 속도 차이에 의해 콘모양으로 형성되며, 상기 제2 광섬유의 제2 코어는 이를 둘러싸는 제2 클래드보다 식각 속도가 빠른 소재로 형성되고, 상기 홈은 제2 코어와 제2 클래드의 식각 속도 차이에 의해 음의 콘모양으로 형성된다.
상기 제1 코어는 순수 실리카(Pure SiO2)로 마련되고, 상기 제2코어는 게르마늄 도핑 실리카(GE-SiO2)로 마련되며, 상기 제1클래드와 상기 제2클래드는 불소 도핑 실리카(F-SiO2)로 마련될 수 있다.
상기 제1 광섬유가 상기 제2 광섬유에 직렬로 연결되도록, 상기 제1 피복과 상기 제2 피복을 접착시키는 접착부를 더 포함할 수 있다.
상기 접착부는 탄성접착제로 마련될 수 있다.
상기 제1 광섬유와 제2 광섬유 중 어느 하나의 한쪽 단부의 피복이 제거되고, 피복이 제거된 광섬유의 한쪽 단부가 피복이 제거되지 않은 광섬유의 피복에 삽입되어 상기 홈과 상기 첨단부가 마주하게 배치될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 힘 센서 제조방법은, 제1 광섬유의 단부에 첨단부가 형성되도록 상기 제1광섬유의 단부를 식각하고 제2 광섬유의 단부에 홈이 형성되도록 상기 제2 광섬유의 단부를 식각하는 식각단계; 상기 첨단부가 상기 홈에 배치되도록 상기 제1 광섬유와 상기 제2 광섬유를 마주보게 배치하는 배치단계; 및 접착부를 이용하여 상기 제1 광섬유와 상기 제2 광섬유를 접착시키는 접착단계를 포함한다.,
상기 식각단계에서 상기 제1 광섬유는 제1 코어가 이를 둘러싸는 제1 클래드보다 식각 속도가 느려 콘 모양의 첨단부가 형성되고, 상기 제2 광섬유는 제2 코어가 이를 둘러싸는 제2 클래드보다 식각 속도가 빨라 음의 콘 모양의 홈이 형성될 수 있다.
상기 식각단계 이후, 상기 제1 광섬유 또는 상기 제2 광섬유의 단부에 형성된 피복을 제거하는 피복제거단계를 더 포함할 수 있다.
상기 배치단계에서, 피복이 제거된 광섬유의 단부가 피복이 제거되지 않은 광섬유의 피복 내에 삽입되도록 배치할 수 있다.
상기 접착단계는 상기 제1 광섬유의 피복과 상기 제2 광섬유의 피복을 탄성 접착제로 접착할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 의료기기는 본 발명의 일 실시예에 따른 힘 센서를 단부에 구비함으로써 상기 단부에 가해지는 힘을 측정할 수 있다.
본 발명에 따르면, 제1 광섬유의 제1 코어에 응력이 집중되는 현상이 원천적으로 제거된다.
또한, 제1 광섬유에 형성되는 첨단부와 제2 광섬유에 형성되는 홈이 마주보게 배치되는 것에 의해, 두 개의 광섬유를 직렬로 배치하면서도 소산장(Evanescent Filed)에 의한 광커플링이 구현될 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 식각 속도의 차이를 이용하여 제1 광섬유와 제2 광섬유를 식각함으로써 제1 광섬유의 첨단부와 제2 광섬유의 홈을 용이하게 생성시킬 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 제1 광섬유의 첨단부와 제2 광섬유의 홈을 이용하여 두 개의 광섬유를 용이하게 정렬할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 힘 센서를 전체적으로 도시한 것이고,
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 힘 센서의 제 1광섬유와 제2 광섬유와 접착부의 결합관계를 도시한 단면도이고,
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 힘 센서를 포함하는 카테터를 도시한 것이고,
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 힘 센서 제조방법의 순서도이고,
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 힘 센서 제조방법의 식각단계를 도시한 것이고,
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 힘 센서 제조방법의 피복제거단계를 도시한 것이고,
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 힘 센서 제조방법의 배치단계를 도시한 것이고,
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 힘 센서 제조방법의 접착단계를 도시한 것이고,
도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 힘 센서의 비교 실시예를 도시한 것이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 힘 센서의 제 1광섬유와 제2 광섬유와 접착부의 결합관계를 도시한 단면도이고,
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 힘 센서를 포함하는 카테터를 도시한 것이고,
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 힘 센서 제조방법의 순서도이고,
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 힘 센서 제조방법의 식각단계를 도시한 것이고,
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 힘 센서 제조방법의 피복제거단계를 도시한 것이고,
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 힘 센서 제조방법의 배치단계를 도시한 것이고,
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 힘 센서 제조방법의 접착단계를 도시한 것이고,
도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 힘 센서의 비교 실시예를 도시한 것이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 일실시예에 따른 응력집중 현상이 방지되는 광섬유를 이용한 힘 센서에 대해서 상세히 설명한다.
하기의 설명에서는 본 발명을 이해하는데 필요한 부분만이 설명되며 그 이외 부분의 설명은 본 발명의 요지를 흩뜨리지 않도록 생략될 수 있다.
또한, 이하에서 설명되는 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 본 발명을 가장 적절하게 표현할 수 있도록 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 응력집중 현상이 방지되는 광섬유를 이용한 힘 센서를 전체적으로 도시한 것이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 응력집중 현상이 방지되는 광섬유를 이용한 힘 센서의 제1광섬유와 제2광섬유와 접착부의 결합관계를 단면도로 도시한 것이다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 응력집중 현상이 방지되는 광섬유를 이용한 힘 센서(100)는 제1 광섬유(110), 제2 광섬유(120), 연산부(130), 및 접착부(140)를 포함한다.
제1 광섬유(110)는 광신호(s1)가 출력되는 첨단부(110a)를 형성하는 것으로써, 제1 코어(111)와 제1 클래드(112)와 제1 피복(113)을 포함한다.
제1 코어(111)는 광 밀도가 높은 재료로 마련되는 것으로써, 일단부에서 광신호를 입력받아 타단부로 출력한다. 이러한 제1 코어(111)는 순수 실리카(Pure SiO2)로 마련될 수 있다.
제1 클래드(112)는 광 밀도가 상대적으로 낮은 재료로 마련되는 것으로써, 상술한 제1 코어(111)를 둘러싼다. 이러한 제1 클래드(112)는 광신호가 제1 코어(111)의 내부에서 이동되도록 제1 코어(111)의 외면에서 방출되는 광신호를 제1 코어(111)의 내부로 반사시킨다. 이러한 제1 클래드(112)는 불소 도핑 실리카(F-SiO2)로 마련될 수 있다.
제1 피복(113)은 상술한 제1 클래드(112)를 둘러싸는 것으로써, 제1 코어(111) 및 제1 클래드(112)를 보호하도록 폴리머로 마련된다.
한편, 첨단부(110a)는 이러한 제1 광섬유(110)를 식각함에 따라 형성되는데, 이때, 불소 도핑 실리카(F-SiO2)로 마련되는 제1 클래드(112)의 식각 속도는 순수 실리카(Pure SiO2)로 마련되는 제1 코어(111)의 식각 속도 보다 빠르기 때문에, 이러한 식각 속도의 차이에 의해서 첨단부(110a)가 형성된다. 즉, 순수 실리카(Pure SiO2)로 마련되는 제1 코어(111)는 불소 도핑 실리카(F-SiO2)로 마련되는 제1 클래드(112) 보다 식각이 느리게 진행되기 때문에, 제1 코어(111)의 중심부는 첨단을 형성하고, 제1 코어(111)의 가장자리부는 식각이 빨리 진행되어 제1 코어(111)의 중심을 축으로 첨단이 형성된다.
이러한 첨단부(110a)는 후술하는 홈(120a)의 내부에 배치된다. 이에 의해서, 제1 코어(111)와 제2 코어(121)가 수직으로 마주하지 않고, 소정의 각도를 가지면서 마주되는 면을 공유하게되며, 이에 의해서, 제1 코어(111)와 제2 코어(121)의 소산장(Evanescent Filed)에 의한 광커플링이 구현된다.
제2 광섬유(120)는 첨단부(110a)에 대응되는 홈(120a)이 단부에 형성되며, 홈(120a)을 형성하는 단부가 첨단부(110a)와 마주하게 배치됨으로써 홈(120a)의 내부에 첨단부(110a)가 위치되며, 첨단부(110a)와의 광커플링에 의해 제1 광섬유로 입력된 광신호의 일부인 제1광신호(s1)가 제2 광섬유로 전달되며, 제2 코어(121), 제2 클래드(122) 및 제2 피복(123)을 포함한다.
제2 코어(121)는 광 밀도가 높은 재료로 마련되는 것으로써, 제1코어(111)와 광커플링되는 단부에서 제1 코어(111)로부터 제1 광신호(s1)를 입력받아 반대쪽 단부로 출력한다. 이러한 제2코어(121)는 게르마늄 도핑 실리카(GE-SiO2)로 마련될 수 있다.
제2 클래드(122)는 광 밀도가 상대적으로 낮은 재료로 마련되는 것으로써, 상술한 제2 코어(121)를 둘러싼다. 이러한 제2 클래드(122)는 광신호가 코어의 내부에서 이동되도록 제2 코어(121)의 외면에서 방출되는 광신호를 제2코어(121)의 내부로 반사시킨다. 이러한 제1클래드(112)는 불소 도핑 실리카(F-SiO2)로 마련될 수 있다.
제2 피복(123)은 상술한 제2 클래드(122)를 둘러싸는 것으로써, 제2 코어(121) 및 제2 클래드(122)를 보호하도록 폴리머로 마련된다.
한편, 홈(120a)은 상술한 제2 광섬유(120)를 식각함으로써 형성되는데, 이때, 게르마늄 도핑 실리카(GE-SiO2)로 마련되는 제2 코어(121)의 식각 속도는 불소 도핑 실리카(F-SiO2)로 마련되는 제2 클래드(122)의 식각 속도 보다 빠르기 때문에, 이러한 식각 속도의 차이에 의해서 제2 광섬유(120)의 단부에 홈(120a)이 형성된다. 즉, 불소 도핑 실리카(F-SiO2)로 마련되는 제2클래드(122)는 게르마늄 도핑 실리카(GE-SiO2)로 마련되는 제2코어(121) 보다 식각이 느리게 진행되기 때문에, 제2코어(121)를 중심으로 홈(120a)이 형성된다.
이러한 홈(120a)의 내부에는 상술한 첨단부(110a)가 배치된다. 이에 의해서, 제1 코어(111)와 제2 코어(121)가 직렬로 배치되면서도 서로 나란한 코어면을 가지게 되며, 이에 의해서, 제1 코어(111)와 제 2코어(121)의 소산장(Evanescent Filed)에 의한 광커플링이 구현된다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 광섬유(110)와 제2 광섬유(120)의 커플링 구조에 따르면, 제1 코어(111)의 측면을 길게 노출시킬 필요가 없고 경계가 직각으로 형성되지 않기 때문에, 제1코어(111)에 외력이 가해지더라도, 응력이 집중되는 현상이 원천적으로 차단되는 효과가 있다.
연산부(130)는 외력에 의해서 제1 광섬유(110)와 제2 광섬유(120) 사이의 거리에 변위가 발생하는 경우, 제1 광섬유에 제공한 광신호(s) 및 반사되어 수신된 제2 광신호(s2)를 기초로 홈(120a)을 형성하는 제1 광섬유와 제2 광섬유 사이의 간격을 연산하고, 이를 이용하여 외력을 연산할 수 있다.
즉, 외력에 의해 제1 광섬유(110)와 제2 광섬유(120) 사이의 간격이 변하면, 제1 코어(111)의 단부로 반사되어 돌아오는 제2 광신호(s2)의 광량이 변한다. 연산부(130)는 미리 저장된 제2 광신호(s2) 광량에 따른 간격 테이블에 센싱된 제2 광신호(s2)의 광량을 대입함으로써 간격을 구하며, 미리 저장된 변화되는 간격에 따른 외력 테이블에 연산된 간격을 대입함으로써 현재 가해지는 외력을 연산한다. 물론 제2 광신호 광량에 따른 외력 테이블을 이용하여 간격을 연산하지 않고 바로 외력을 연산할 수도 있다.
비록 도 1에서 연산부(130)는 제1 광섬유(110) 측에 연결되어 있지만 외부에서 제2 광섬유로 광신호를 제공하는 경우 연산부(130)가 제2 광섬유(120) 측에 연결되어 있을 수 있다.
접착부(140)는 제1 광섬유(110)와 제2광섬유(120)를 연결시키는 것으로써, 제1 피복(113)과 제2 피복(123)을 접착시킨다. 이러한 접착부(140)는 광경화수지 또는 PDMS와 같은 탄성 접착제로 마련되기 때문에, 접착부(140)를 이용하면 제1 광섬유(110)와 제2 광섬유(120)를 결합시키면서도 외력에 의해 제1 광섬유와 제2 광섬유 사이의 간격이 변화될 수 있고, 외력이 제거되었을 때 다시 처음의 간격으로 되돌아갈 수 있다.
이러한 본 발명에 따른 힘 센서(100)에 따르면 두 개의 광섬유를 직렬로 배치하면서도 제1 광섬유의 첨단부(110a)과 제2 광섬유의 홈(120a)의 경사면이 서로 마주봄으로써 소산장(Evanescent Filed)에 의한 광커플링이 구현될 뿐만 아니라, 제1광섬유(110)의 제1코어(111)에 응력이 집중되는 현상이 원천적으로 제거된다.
지금부터는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 일실시예에 따른 힘 센서를 포함하는 의료기기를 카테터를 예로 들어 상세히 설명한다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 힘 센서를 포함하는 카테터를 도시한 것이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 힘 센서를 포함하는 카테터(1000)는 팁(1100)과 배관(1200)과 본 발명의 일실시예에 따른 응력집중 현상이 방지되는 광섬유를 이용하는 힘 센서(100)를 포함한다.
팁(1100)은 후술하는 배관(1200)의 상단부에 연결되는 것으로써, 금속제로 마련된다. 이러한 팁(1100)의 내부에는 본 발명의 일실시예에 따른 응력집중 현상이 방지되는 광섬유를 이용한 힘 센서(100)의 일측 즉, 제1 광섬유(110) 또는 제2 광섬유(120)가 설치된다.
배관(1200)은 상술한 팁(1100)의 하단부에 연결되는 것으로써, 탄성재로 마련된다. 이러한 배관(1200)의 내부에는 본 발명의 일실시예에 따른 응력집중 현상이 방지되는 광섬유를 이용한 힘 센서(100)의 다른 일측 즉, 제2 광섬유(120) 또는 제1 광섬유가 설치된다.
상술한 팁(1100)에 수직력(F)이 인가되면, 팁(1100)과 배관(1200)의 상대적인 변위에 의해서, 제1 코어(111)와 제2 코어(121)의 간격이 변화된다. 이러한 간격의 변화는 제1 코어(111)와 제2 코어 사이에서 전달되는 제1 광신호(s1)의 광량을 변화시키고, 이에 따라 반사되어 돌아오는 제2 광신호(s2)의 광량도 변화시키며, 연산부(130)는 이를 이용하여 수직력, 즉, 외력을 연산한다.
따라서, 팁(1100)과 배관(1200), 그리고 본 발명의 일실시예에 따른 힘 센서(100)를 포함하는 카테터(1000)는 카테터 단부에 인가되는 힘을 측정할 수 있게 된다.
지금부터는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 일실시예에 따른 힘 센서의 제조방법에 대해서 상세히 설명한다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 힘 센서의 제조방법 순서도이고, 도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 힘 센서 제조방법의 식각단계를 도시한 것이고, 도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 힘 센서 제조방법의 피복제거단계를 도시한 것이고, 도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 힘 센서 제조방법의 배치단계를 도시한 것이고, 도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 힘 센서 제조방법의 접착단계를 도시한 것이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 힘 센서의 제조방법(S100)은 식각단계(S110), 피복제거단계(S120), 배치단계(S130) 및 접착단계(S140)를 포함한다.
식각단계(S110)는 제1 광섬유(110)와 제2 광섬유(120)의 단부를 식각하여 제1 광섬유의 단부에 첨단부(110a)를 형성하고, 제2 광섬유(120)의 단부에 홈(120a)을 형성하는 단계이다.
보다 구체적으로 도 5에 도시된 바와 같이, PDMS 홀더에 광섬유를 고정시키고 단부만 식각용액에 담기도록 한다. 식각용액은 예를 들어 불화수소산(HF : Hydrofluoric Acid) 용액이나 불화암모늄(NH4F : Ammonium Fluoride) 수용액을 완충용액으로 혼합한 BOE(Buffered Oxide Etch)용액을 사용할 수 있다.
이러한 식각단계(S110)에서, 제1 광섬유(110)는 제1 코어(111)가 제1 클래드(112) 보다 늦게 식각되어 도 5의 확대된 원 A에 도시된 바와 같이 제1 코어(111)의 중심을 축으로 콘모양의 첨단이 형성된다. 이러한 제1 광섬유(110)의 코어는 예를 들어 순수 실리카(Pure SiO2)로 마련되고 클래드는 불소 도핑 실리카(F-SiO2)로 마련될 수 있으며, 이러한 소재 이외에도 코어보다 클래드의 식각속도가 빠른 어떠한 소재도 사용될 수 있다.
또한 식각단계(S110)에서, 제2 광섬유(120)는 제2 코어(121)가 제2 클래드(122) 보다 빨리 식각되어 도 5의 확대된 원 B에 도시된 바와 같이 제2 코어(121)의 중심을 축으로 음의 콘모양의 홈이 형성된다. 이러한 제2 광섬유(120)의 제2 코어(121)는 게르마늄 도핑 실리카(GE-SiO2)로 마련되고, 제2 클래드(122)는 불소 도핑 실리카(F-SiO2)로 마련될 수 있으며, 이러한 소재 이외에도 클래드보다 코어의 식각속도가 빠른 어떠한 소재도 사용될 수 있다.
비록 도 5에는 제1 광섬유와 제2 광섬유를 동시에 식각하는 것으로 도시되어 있으나 콘모양 첨단 및 음의 콘모양 홈을 더 잘 형성하기 위해 제1 광섬유와 제2 광섬유의 식각을 위한 용액을 각각 달리 준비(BOE의 경우 NH4F와 HF의 혼합비율 다르게 조절)하여 각각 별도로 식각단계를 진행할 수도 있다.
다음은 피복제거단계(S120)로서 제1 광섬유와 제2 광섬유 중 어느 한 쪽의 피복을 제거하는 단계이다. 도 6에는 제1 광섬유(110)의 피복을 제거하는 것이 도시되어 있으며, 도 6에 도시된 바와 같이 콘모양 첨단부가 형성되지 않은 영역의 피복까지 연장하여 제거함으로써 제2 광섬유의 피복 공간 안으로 제1 광섬유가 삽입되어 끼워맞춤될 수 있도록 하는 것이 바람직하다.
다음은 배치단계(S130)로서, 첨단부(110a)가 홈(120a)에 배치되도록 제1 광섬유(110)와 제2 광섬유(120)를 마주보게 배치하는 단계이다. 도 7에 도시된 바와 같이 피복제거단계에서 피복이 제거되지 않은 광섬유의 피복 안으로 피복이 제거된 광섬유를 끼워 제1 광섬유의 첨단부와 제2 광섬유의 홈이 용이하게 광정렬될 수 있다.
다음은, 접착단계(S140)로서, 접착부(140)를 이용하여 제1 광섬유(110)와 제2 광섬유(120)를 접착시키는 단계이다.
이러한 접착단계(S140)에 따르면, 접착부(140)가 제1 피복(113)과 제2 피복(123)을 결합시키며, 이에 의해서, 제1광섬유(110)와 제2광섬유(120)가 물리적으로 결합된다.
또한 접착부(140)는 광경화수지 또는 PDMS와 같은 탄성 접착제로 마련되기 때문에 제1 광섬유(110)와 제2 광섬유(120)를 결합시키면서도 외력이 가해졌을 때 제1 광섬유와 제2 광섬유 사이의 간격이 변화될 수 있도록 하고, 외력이 제거되었을 때 다시 처음의 간격으로 되돌아갈 수 있도록 한다.
지금까지 본 발명의 일 실시예에 따른 힘 센서, 이를 구비한 의료기기, 및 힘 센서 제조방법에 대해 상세히 설명하였다.
도 8에 도시된 바와 같이 직렬로 배치된 제1 광섬유와 제2 광섬유의 코어 단부가 단순히 절단된 형태라면 제1 광섬유와 제2 광섬유 사이에는 소산장(Evanescent Filed)에 의한 광커플링이 발생하지 않는다.
하지만 본 발명의 일 실시예에 따른 힘 센서는 도 2에 도시된 바와 같이 제1 광섬유의 단면은 콘 형태로 형성되고, 제2 광섬유의 단면은 음의 콘 형태로 형성되어 한국등록특허 제10-1509397호와 같이 병렬 정렬하지 않더라도 코어의 측면이 마주하는 것과 같이 소산장(Evanescent Filed)에 의한 광커플링이 발생한다.
또한 외력에 의해 제1 광섬유와 제2 광섬유 사이의 간격이 달라짐에 따라 반사되어 돌아오는 제2 광신호(s2)의 광량이 달려지며, 이를 이용하여 외력을 측정할 수 있게 된다.
또한 본 발명의 일 실시예에 따른 힘 센서는 코어와 클래드가 식각되어 빈 공간이 생긴 한 쪽 광섬유의 피복 내 피복이 제거된 다른 광섬유를 끼워넣어 제조함으로써 두 개의 마주하는 광섬유의 코어가 서로 마주하도록 용이하게 광정렬할 수 있다.
또한 코어와 클래드의 식각속도의 차이로 콘 또는 음의 콘 모양으로 단부가 식각됨으로써 식각된 일부 영역에 응력이 집중되는 현상도 방지할 수 있다.
지금까지 구체적인 실시예를 참조로 본 발명에 따른 힘 센서, 이를 구비한 의료기기, 및 힘 센서 제조방법에 대해 상세히 설명하였으나 본 발명의 권리범위는 상술한 실시예에 한정되는 것이 아니라 첨부된 특허청구범위 내에서 다양한 형태의 실시예로 구현될 수 있다. 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 변형 가능한 다양한 범위까지 본 발명의 청구범위 기재의 범위 내에 있는 것으로 본다.
100 : 힘 센서 110 : 제1 광섬유
110a : 첨단부 111 : 제1 코어
112 : 제1 클래드 113 : 제1 피복
120 : 제2 광섬유 120a : 홈
121 : 제2 코어 122 : 제2 클래드
123 : 제2 피복 130 : 연산부
140 : 접착부 s1 : 제1 광신호
s2 : 제2 광신호 1000 : 의료기기
1100 : 팁 1200 : 배관
S100 : 힘 센서의 제조방법 S110 : 식각단계
S120 : 피복제거단계 S130 : 배치단계
S140 : 접착단계
110a : 첨단부 111 : 제1 코어
112 : 제1 클래드 113 : 제1 피복
120 : 제2 광섬유 120a : 홈
121 : 제2 코어 122 : 제2 클래드
123 : 제2 피복 130 : 연산부
140 : 접착부 s1 : 제1 광신호
s2 : 제2 광신호 1000 : 의료기기
1100 : 팁 1200 : 배관
S100 : 힘 센서의 제조방법 S110 : 식각단계
S120 : 피복제거단계 S130 : 배치단계
S140 : 접착단계
Claims (12)
- 한쪽 단부에 첨단부가 형성된 제1 광섬유;
한쪽 단부에 상기 첨단부에 대응되는 홈이 형성되며, 상기 홈과 상기 첨단부가 마주하게 배치됨으로써 상기 홈과 상기 첨단부 사이에 광커플링에 의해 광신호 전달이 가능한 제2 광섬유;
상기 제1 광섬유가 상기 제2 광섬유에 직렬로 연결되도록 하되 외력에 의해 상기 홈과 상기 첨단부 사이의 간격이 변화될 수 있도록 상기 제1 광섬유의 피복과 상기 제2 광섬유의 피복을 탄성접착제로 접착시키는 접착부; 및
상기 제1 광섬유 또는 제2 광섬유 중 한쪽에 인가된 광신호 중 다시 반사되어 돌아오는 광신호를 이용하여 상기 외력을 연산하는 연산부;
를 포함하는 광섬유를 이용한 힘 센서. - 제1항에 있어서,
상기 제1 광섬유의 제1 코어는 이를 둘러싸는 제1 클래드보다 식각 속도가 느린 소재로 형성되고, 상기 첨단부는 제1 코어와 제1 클래드의 식각 속도 차이에 의해 콘모양으로 형성되며,
상기 제2 광섬유의 제2 코어는 이를 둘러싸는 제2 클래드보다 식각 속도가 빠른 소재로 형성되고, 상기 홈은 제2 코어와 제2 클래드의 식각 속도 차이에 의해 음의 콘모양으로 형성된, 광섬유를 이용한 힘 센서. - 제2항에 있어서,
상기 제1 코어는 순수 실리카(Pure SiO2)로 마련되고, 상기 제2코어는 게르마늄 도핑 실리카(GE-SiO2)로 마련되며, 상기 제1클래드와 상기 제2클래드는 불소 도핑 실리카(F-SiO2)로 마련되는, 광섬유를 이용한 힘 센서. - 삭제
- 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 제1 광섬유와 제2 광섬유 중 어느 하나의 한쪽 단부의 피복이 제거되고, 피복이 제거된 광섬유의 한쪽 단부가 피복이 제거되지 않은 광섬유의 피복에 삽입되어 상기 홈과 상기 첨단부가 마주하게 배치된, 광섬유를 이용한 힘 센서. - 제1 광섬유의 단부에 첨단부가 형성되도록 상기 제1광섬유의 단부를 식각하고 제2 광섬유의 단부에 홈이 형성되도록 상기 제2 광섬유의 단부를 식각하는 식각단계;
상기 첨단부가 상기 홈에 배치되도록 상기 제1 광섬유와 상기 제2 광섬유를 마주보게 배치하는 배치단계; 및
외력에 의해 상기 홈과 상기 첨단부 사이의 간격이 변화될 수 있도록 탄성접착제를 이용하여 상기 제1 광섬유와 상기 제2 광섬유를 접착시키는 접착단계;
를 포함하는 힘 센서의 제조방법. - 제7항에 있어서,
상기 식각단계에서 상기 제1 광섬유는 제1 코어가 이를 둘러싸는 제1 클래드보다 식각 속도가 느려 콘 모양의 첨단부가 형성되고, 상기 제2 광섬유는 제2 코어가 이를 둘러싸는 제2 클래드보다 식각 속도가 빨라 음의 콘 모양의 홈이 형성되는, 힘 센서의 제조방법. - 제7항에 있어서,
상기 식각단계 이후, 상기 제1 광섬유 또는 상기 제2 광섬유의 단부에 형성된 피복을 제거하는 피복제거단계를 더 포함하는 광섬유를 이용한 힘 센서의 제조방법. - 제9항에 있어서,
상기 배치단계에서, 피복이 제거된 광섬유의 단부가 피복이 제거되지 않은 광섬유의 피복 내에 삽입되도록 배치하는, 광섬유를 이용한 힘 센서의 제조방법. - 제10항에 있어서,
상기 접착단계는 상기 제1 광섬유의 피복과 상기 제2 광섬유의 피복을 탄성 접착제로 접착하는, 광섬유를 이용한 힘 센서의 제조방법. - 제1항 내지 제3항 및 제6항 중 어느 한 항에 따른 광섬유를 이용한 힘 센서를 단부에 구비하여 상기 단부에 가해지는 힘을 측정할 수 있는, 힘 센서를 포함하는 의료기기.
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|---|---|---|---|
| KR1020160039113A KR101797353B1 (ko) | 2016-03-31 | 2016-03-31 | 직렬로 배열된 광섬유를 이용한 힘 센서, 이의 제조방법, 이를 포함하는 의료기기 |
Applications Claiming Priority (1)
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|---|---|---|---|
| KR1020160039113A KR101797353B1 (ko) | 2016-03-31 | 2016-03-31 | 직렬로 배열된 광섬유를 이용한 힘 센서, 이의 제조방법, 이를 포함하는 의료기기 |
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| JP2004205662A (ja) * | 2002-12-24 | 2004-07-22 | Matsushita Electric Works Ltd | 光デバイスと光ファイバの結合方法及び光デバイス |
| JP2014517740A (ja) | 2011-04-14 | 2014-07-24 | エンドーセンス エスアー | カテーテル用の小型力センサ |
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2016
- 2016-03-31 KR KR1020160039113A patent/KR101797353B1/ko active IP Right Grant
Patent Citations (2)
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|---|---|---|---|---|
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| JP2014517740A (ja) | 2011-04-14 | 2014-07-24 | エンドーセンス エスアー | カテーテル用の小型力センサ |
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