KR101854137B1 - 광 프로브 및 이를 위한 광학계 - Google Patents

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Abstract

광 프로브 및 이를 위한 광하계가 개시된다. 광 프로브는 투명 창(transparent window)을 가지며 관(tube)속으로 삽입될 수 있도록 고안된 하우징(housing)과 하우징 내부에 제공되어 있으며, 콜리메이션 렌즈(collimation lens)와 포커싱 렌즈(focusing)를 구비하는 광학계(optical system)를 포함한다. 여기서, 광학계는 콜리메이션 렌즈의 동공 직경(pupil diameter)과 포커싱 렌즈의 초점 거리(focal distance)를 함께 조절하여 개구수(Numerical Aperture, NA)를 조정할 수 있다. 콜리메이션 렌즈의 동공 직경은 가변 초점 렌즈를 콜리메이션 렌즈로 사용하고 또한 콜리메이션 렌즈와 광 조사 유닛과의 거리를 변화시킬 수 있도록 함으로써 조정하거나 또는 광 조사 유닛의 단부에 제공된 가변 초점 렌즈를 이용하여 조정할 수 있다.

Description

광 프로브 및 이를 위한 광학계{Optical probe and optical system therefor}
광학 장치(optical apparatus)에 관한 것으로, 보다 구체적으로 얇고 긴 관(tube) 등에 삽입되어 영상을 촬영하는데 사용되는 광 프로브(optical probe)에 관한 것이다.
의료 촬상(medical imaging) 분야에서 혈관이나 기타 체내 기관들의 조직 표면(tissue surface)에 대한 정보와 함께 조직 표면의 하부를 고해상도로 단층 촬영하는 기술에 대한 요구가 증가하고 있다. 특히, 대부분의 암(cancer)은 상피 세포 하부에서 발생하여 혈관이 존재하는 진피 세포의 내부로 전파되는데, 암에 의한 피해를 획기적으로 감소시키기 위해서는 상피 세포 하부에서 아주 작은 크기의 초기 암(50~100㎛)을 발견할 수 있어야 하는데, 이를 위해서는 고해상도의 단층 촬영 장치가 필요하다.
기존의 자기 공명 촬영(Magnetic Resonance Imaging, MRI)이나 컴퓨터 단층촬영(Computerized Tomography, CT), 그리고 초음파 촬영 등에 사용되는 촬상 기술은 피부를 관통하여 내부 단층을 촬영할 수 있지만, 해상도가 낮아서 크기가 작은 초기 암세포를 검출하는 것에는 일정한 한계가 있다. 그리고 비교적 최근에 개발된 광간섭성 단층촬영(Optical Coherence Tomography, OCT) 기술은 피부 속 침투 깊이는 2~3mm 정도로 기존의 촬영 기술에 비해 낮지만 해상도가 초음파 촬영 기술의 10배 정도로 높아서, 초기 암을 검출할 수 있는 가능성을 높여 주었다. 하지만, 이러한 OCT 기술도 해상도가 현미경 수준보다는 낮기 때문에, 실제 암의 판별에 사용되는 생검(biopsy) 및 조직 검사(histology)를 대체하지는 못한다.
혈관 등과 같은 관 형상의 체내 기관으로 삽입되어 체내 기관의 조직 표면이나 하부를 단층 촬영하는데 광 프로브(optical probe)가 이용되고 있다. 광 프로브는 의학적인 용도 이외에도 비파괴 내부 검사 등과 같은 다른 여러 가지 용도로 이용될 수 있다. 광 프로브는 그 단부에 광학계를 구비하는데, 생검이나 조직 검사를 대체하기 위해서는 초점 심도(Depth Of Focus, DOF)는 그다지 크지 않지만 수평방향의 해상도가 높은 광학계가 필요하다. 아울러, 광 프로브는 기존의 촬상 장치와 마찬가지로 큰 초점 심도를 가져서 표피 깊숙한 부분까지 단층 촬영이 가능해야 한다. 하지만, 초점 깊이와 수평방향의 해상도는 서로 반비례하는 관계인데, OCT와 같이 초점 깊이를 크게 하기 위해서는 낮은 개구수(Numerical Aperture, NA)의 광학계가 필요한 반면, 수평방향 고해상도를 얻기 위해서는 높은 개구수(NA)의 광학계가 필요하다.
큰 초점 심도(DOF)를 가져서 표피 깊숙한 부분까지 단층 촬영이 가능하고 또한 표피 부근에서는 고해상도의 영상을 촬영할 수 있는 광 프로브 및 이를 위한 개구수 가변형 광학계를 제공한다.
초점 심도의 변화 및/또는 해상도의 변화를 극대화할 수 있는 광 프로브 및 이를 위한 개구수 가변형 광학계를 제공한다.
일 실시예에 따른 광 프로브를 위한 광하계는 광 조사 유닛(light emitting unit), 콜리메이션 렌즈(collimation lens), 동공직경 조정수단(pupil diameter adjusting means), 및 포커싱 렌즈(focusing lens)를 포함한다. 광 조사 유닛은 광원으로부터 전달되는 광을 조사하기 위한 것으로, 광원과 연결된 광 섬유를 포함할 수 있다. 그리고 콜리메이션 렌즈는 광 조사 유닛으로부터 조사되는 광을 평행광으로 만들기 위한 것이다. 동공직경 조정수단은 콜리메이션 렌즈의 동공 직경(pupil diameter)을 조절하기 위한 수단으로, 예를 들어 콜리메이션 렌즈가 가변 초점 렌즈를 포함하도록 구성하고 콜리메이션 렌즈와 광 조사 유닛 사이의 거리를 조절하기 위한 거리조정 수단을 포함하거나 또는 광 조사 유닛의 단부에 가변 초점 렌즈가 제공될 수 있다. 그리고 포커싱 렌즈는 콜리메이션 렌즈로부터 전달되는 평행광을 피사체에 조사하되, 초점 거리(focal length)를 변화시킬 수 있다.
일 실시예에 따른 광 프로브는 투명 창(transparent window)을 가지며 관(tube)속으로 삽입될 수 있도록 고안된 하우징(housing)과 하우징 내부에 제공되어 있으며, 콜리메이션 렌즈(collimation lens)와 포커싱 렌즈(focusing)를 구비하는 광학계(optical system)를 포함한다. 여기서, 광학계는 콜리메이션 렌즈의 동공 직경(pupil diameter)과 포커싱 렌즈의 초점 거리(focal distance)를 함께 조절하여 개구수(Numerical Aperture, NA)를 조정할 수 있다. 콜리메이션 렌즈의 동공 직경은 가변 초점 렌즈를 콜리메이션 렌즈로 사용하고 또한 콜리메이션 렌즈와 광 조사 유닛과의 거리를 변화시킬 수 있도록 함으로써 조정하거나 또는 광 조사 유닛의 단부에 제공된 가변 초점 렌즈를 이용하여 조정할 수 있다.
일 실시예에 따른 광학계나 이를 구비한 광 프로브를 이용하면, OCT 장치 등과 같이 표피 속 깊숙한 부분에 대한 수직 방향으로 해상도가 높은 영상은 물론 현미경과 같이 상대적으로 표피 속으로의 침투 깊이는 크지 않지만 수평 방향으로 해상도가 높은 영상도 촬영할 수가 있다.
도 1은 개구수(Numerical Aperture, NA)의 정의를 설명하기 위한 도면이다.
도 2a는 개구수(NA)가 큰 경우의 초점 심도(Depth Of Focus, DOF)와 해상도의 관계를 설명하기 위한 도면이다.
도 2b는 개구수(NA)가 작은 경우의 초점 심도(DOF)와 해상도의 관계를 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 일 실시예에 따른 광 프로브를 위한 광학계의 구성을 도식적으로 보여 주는 도면이다.
도 4는 다른 실시예에 따른 광 프로브를 위한 광학계의 구성을 도식적으로 보여 주는 도면이다.
도 5a는 도 4의 광학계의 광 조사 유닛에 구비된 가변 초점 렌즈의 형상의 일례를 보여 주는 도면이다.
도 5b는 도 4의 광학계의 광 조사 유닛에 구비된 가변 초점 렌즈의 형상의 다른 예를 보여 주는 도면이다.
도 6a는 일 실시예에 따른 광 프로브의 구성의 일 상태를 도식적으로 보여 주는 도면이다.
도 6b는 도 6a의 광 프로브의 구성의 다른 상태를 도식적으로 보여 주는 도면이다.
도 7a는 다른 실시예에 따른 광 프로브의 구성의 일 상태 도식적으로 보여 주는 도면이다.
도 7b는 도 7a의 광 프로브의 구성의 다른 상태를 도식적으로 보여 주는 도면이다.
도 8a는 또 다른 실시예에 따른 광 프로브의 구성의 일 상태 도식적으로 보여 주는 도면이다.
도 8b는 도 8a의 광 프로브의 구성의 다른 상태를 도식적으로 보여 주는 도면이다.
도 9는 또 다른 실시예에 따른 광 프로브의 구성을 도식적으로 보여 주는 도면이다.
도 10은 또 다른 실시예에 따른 광 프로브의 구성을 도식적으로 보여 주는 도면이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명한다. 사용되는 용어들은 실시예에서의 기능을 고려하여 선택된 용어들로서, 그 용어의 의미는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 후술하는 실시예들에서 사용된 용어의 의미는, 본 명세서에 구체적으로 정의된 경우에는 그 정의에 따르며, 구체적인 정의가 없는 경우는 당업자들이 일반적으로 인식하는 의미로 해석되어야 할 것이다.
도 1은 개구수(Numerical Aperture, NA)의 정의를 설명하기 위한 도면이다. 광학계(optical system)의 개구수는 해당 광학계가 광을 수용하거나 또는 조사할 수 있는 각도의 범위(the range of angles over which the optical system can accept or emit light)를 특징짓는 무차원 수(dimensionless number)이다. 개구수의 정확한 정의는 광학이 적용되는 분야에 따라서 달라질 수 있는데, 대물 렌즈 등과 같은 광학계에서는 일반적으로는 수학식 1과 같이 개구수가 정의된다.
Figure 112010075903717-pat00001
여기서, n은 렌즈가 작용(working)하는 매질의 굴절율(index of refraction)이고, θ는 렌즈로 들어가거나 또는 나올 수 있는 광의 최대 원뿔각의 1/2(half-angle of maximum cone)이다. 그리고 D는 렌즈의 동공 직경(pupil diameter)을 나타내고, f는 초점 거리(focal length)를 나타낸다.
수학식 1을 참조하면, 광학계의 개구수(NA)를 변화시키기 위해서는 초점 거리(f)와 동공 직경(D)을 조절해야 한다. 이 때, 광학계의 초점 거리(f)와 동공 직경(D) 중에서 어느 하나만을 변화시킬 때는 개구수(NA)의 변화가 상대적으로 크지 않다. 개구수(NA)의 변화량을 증가시키기 위해서는 광학계의 초점 거리(f)와 동공 직경(D)을 모두 조절하는 방법이 유효하다. 아울러, 개구수(NA)의 변화량을 증가시킴으로써, 상대적으로 높은 수평 해상도와 함께 상대적으로 큰 초점 심도를 갖는 영상을 획득할 수 있다.
도 2a 및 도 2b는 개구수(NA)와 초점 심도(Depth Of Focus, DOF) 및 해상도의 관계를 설명하기 위한 도면이다. 도 2a를 참조하면, 현미경 등과 같이 수평방향 고해상도를 얻기 위해서는 초점 크기(Δx1)를 최소화해야 한다. 이 경우에, 초점 심도(DOF1)는 짧아지게 된다. 그리고 초점 크기(Δx1)가 작으면 그 만큼 개구수(NA)는 커야 하는데, 예컨대 약 0.5 이상의 개구수(NA)가 요청된다. 보다 큰 개구수(NA)를 얻기 위해서는 초점 거리(f1)는 가능한 짧아야 하며, 동공 직경(D1)은 가능한 커야 한다.
반면, 도 2b를 참조하면, OCT 등과 같이 표피 깊숙한 부분까지 영상을 촬영하기 위해서는 초점 심도(DOF2)가 깊어야 한다. 이 경우에, 초점 크기(Δx2)는 커지게 된다. 그리고 초점 심도(DOF2)가 깊어지면 그 만큼 개구수(NA)는 작아야 하는데, 예컨대 약 0.2 이하의 개구수(NA)가 요청된다. 보다 작은 개구수(NA)를 얻기 위해서는 초점 거리(f2)는 가능한 길어야 하며, 동공 직경(D2)은 가능한 작아야 한다.
도 3은 일 실시예에 따른 광 프로브를 위한 광학계의 구성을 도식적으로 보여 주는 도면이다. 여기서, 광 프로브는 동맥이나 식도, 장 등과 같은 튜브 형상의 좁은 혈관이나 다른 신체 기관 등에 유용하게 사용될 수 있다. 하지만 이것이 비생물학적인 어플리케이션에 광 프로브가 사용될 수 있다는 것을 배제하는 것은 아니라는 것은 당업자에게 자명하다. 그리고 후술하는 광학계는 실린더 형상을 갖는 하우징(housing)의 내부에 배치될 수 있다. 이 경우에, 광학계를 구성하는 각 구성요소들은 하우징에 직접 또는 간접적으로 고정될 수 있으며, 이 중에서 일부 구성요소는 수평 방향이나 수직 방향으로 이동하거나 또는 회전이 가능하도록 고정되어 있을 수 있다.
도 3을 참조하면, 광 프로브를 위한 광학계(100)는 광 조사 유닛(light emitting unit, 110), 콜리메이션 렌즈(collimation lens, 120), 및 포커싱 렌즈(focusing lens, 130)를 포함한다. 그리고 광 프로브를 위한 광학계(100)는 광 조사 유닛(110)과 콜리메이션 렌즈(120) 사이의 거리를 조절할 수 있는 거리조정 수단(122)을 더 포함할 수 있다.
광 조사 유닛(110)은 소정의 거리로 이격되어 있는 광원으로부터 전달되는 광을 콜리메이션 렌즈(120)쪽으로 조사하기 위한 것이다. 광원의 종류에는 특별한 제한이 없으며, 광원으로부터 연장된 광 섬유(optical fiber)를 통해 광이 광 조사 유닛(110)으로 전달될 수 있다. 광학계의 입장에서, 광 조사 유닛(110)은 광학계(100)의 렌즈(120) 쪽으로 광을 조사하는 점 광원으로서 기능한다고 볼 수 있다. 일반 광학계와는 달리, 광 프로브를 위한 광학계는 광원의 직경이 아주 작을 수 밖에 없으며, 광 섬유는 이러한 광 프로브를 위한 광학계에 적합하다. 광 조사 유닛(110)의 단부로부터 조사되는 광은 소정의 굴절각을 가지고 콜리메이션 렌즈(120)쪽으로 조사된다.
그리고 콜리메이션 렌즈(120)는 광 조사 유닛(110)으로부터 조사되는 광을 평행광으로 만들어서 포커싱 렌즈(130) 쪽으로 전달한다. 포커싱 렌즈(130) 쪽으로 전달되는 평행광은 소정의 직경(D1, D2)을 갖는데, 이 평행광의 직경이 콜리메이션 렌즈(120)의 동공 직경(pupil diameter)에 해당한다. 콜리메이션 렌즈(120)는 하나의 렌즈나 복수의 렌즈군으로 이루어질 수 있다.
그리고 광 프로브를 위한 광학계(100)는 콜리메이션 렌즈(120)의 동공 직경을 변화시킬 수 있는 동공직경 조정수단(pupil diameter adjusting means)을 포함한다. 콜리메이션 렌즈(120)의 동공 직경은 여러 가지 방법으로 조절될 수 있는데, 도 3에는 그 중의 하나의 방법이 개시되어 있다. 보다 구체적으로, 광 프로브를 위한 광학계(100)는 동공 직경을 조절하기 위하여, 콜리메이션 렌즈(120)가 가변 초점 렌즈를 포함하고 또한 광 조사 유닛(110)에 대한 콜리메이션 렌즈(120)의 거리를 변화시키기 위한 거리조정 수단(122)을 포함한다.
거리조정 수단(122)의 종류에는 특별한 제한이 없는데, 예를 들어 모바일 장치 등에 사용되는 마이크로 모터나 마이크로 엑츄에이터 등과 같은 기계적 장치가 구동 기구로 사용될 수 있다. 그리고 가변 초점 렌즈인 콜리메이션 렌즈(120)는 광 프로브와 같이 크기가 작은 광학 장치를 위한 광학계에 사용될 수 있는 것이어야 한다. 예를 들어, 가변 초점 렌즈는 형상 가변형 가변 초점 렌즈일 수 있다. 그리고 이러한 형상 가변형 가변 초점 렌즈의 일례는 폴리머 엑츄에이터로 구동되는 액체 렌즈일 수 있다. 콜리메이션 렌즈(120)로 사용될 수 있는 액체 렌즈의 예는 본 출원의 출원인과 동일한 출원인에 의하여 2009. 08. 31.자로 출원된 한국특허출원 제2009-0081633호, "액체 렌즈 및 그 제조방법", 2009. 09. 03.자로 출원된 한국특허출원 제2009-0082949호, "액체 렌즈", 2010. 10. 05.자로 출원된 한국특허출원 제2010-0096874호, "액체 렌즈", 및 2010. 10. 29.자로 출원된 한국특허출원 제2010-0107110호 등에 개시되어 있는데, 위 한국특허출원들은 모두 그 명세서 전체가 참조에 의하여 본 명세서에 완전히 결합될 수 있다. 폴리머 엑츄에이터로 구동되는 액체 렌즈는 낮은 구동 전압에도 상대적으로 큰 변위를 얻을 수 있을 뿐만 아니라 구동 속도가 빠른 장점이 있다.
포커싱 렌즈(130)는 콜리메이션 렌즈(120)로부터 전달되는 평행광을 피사체(Object, O)에 조사한다. 포커싱 렌즈(130)는 하나의 렌즈나 복수의 렌즈군으로 이루어질 수 있는데, 초점 거리를 조절할 수 있도록 가변 초점 렌즈가 포커싱 렌즈(130)로 사용되거나 또는 렌즈군에 포함될 수 있다. 예를 들어, 포커싱 렌즈(130)도 전술한 콜리메이션 렌즈(120)와 마찬가지로 폴리머 엑츄에이터로 구동되는 액체 렌즈 등과 같은 형상 가변형 가변 초점 렌즈일 수 있다. 또한, 광 프로브를 위한 광학계(100)는 포커싱 렌즈(130)의 위치를 이동시킬 수 있는 위치이동 수단(도시하지 않음)을 더 포함할 수 있다. 위치이동 수단으로는 예컨대, 전술한 거리조정 수단(122)과 동일한 장치가 사용될 수 있다. 위치이동 수단은 광학계(100)의 이동이나 위치 변경이 어려운 경우에, 초점이 피사체(O)에 정확하게 형성될 수 있도록 하는데 도움이 된다.
이와 같이, 광 프로브를 위한 광학계(100)는 콜리메이션 렌즈(120)로 가변 초점 렌즈를 사용하고 또는 콜리메이션 렌즈(120)와 광 조사 유닛(110) 사이의 거리를 조절하기 위한 거리조정 수단(122)를 사용하여, 콜리메이션 렌즈(120)의 동공 직경을 D1이나 D2 또는 그 사이의 값으로 조정할 수 있다. 그리고 포커싱 렌즈(130)로 가변 초점 렌즈를 사용하여 초점 거리를 f1이나 f2 또는 그 사이의 값으로 조정할 수 있다. 따라서 광 프로브를 위한 광학계(100)는 동공 직경(D)과 초점 거리(f)를 모두 변화시킴으로써, 개구수(NA)를 용도에 맞게 조정할 수 있다.
특히, 광 프로브를 위한 광학계(100)는 상대적으로 높은 수평 방향의 해상도에서 상대적으로 큰 초점 심도를 구현할 수가 있다. 예를 들어, 초기 암의 검출 등과 같이 초점 깊이는 표피로부터 별로 깊지는 않지만 상대적으로 높은 수평방향 해상도가 필요한 경우에는, 광학계(100)는 큰 동공 직경을 가지면서 짧은 초점 거리를 갖도록 하여 개구수(NA)가 예컨대, 0.5 이상이 되도록 조작될 수 있다. 그리고 표피 깊숙한 부분에 대한 단층 촬영 등과 같이 상대적으로 수평방향 해상도는 높지 않지만 깊은 초점 심도가 필요한 경우에는, 광학계(100)는 작은 동공 직경을 가지면서 긴 초점 거리를 갖도록 하여 개구수(NA)가 0.2이하가 되도록 조작될 수 있다.
도 4는 다른 실시예에 따른 광 프로브를 위한 광학계의 구성을 도식적으로 보여 주는 도면이다. 도 4를 참조하면, 광 프로브를 위한 광학계(200)는 광 조사 유닛(light emitting unit, 210), 콜리메이션 렌즈(collimation lens, 220), 및 포커싱 렌즈(focusing lens, 230)를 포함한다. 그리고 광 프로브를 위한 광학계(200)는 광 조사 유닛(210)의 단부에 배치되어 있으며, 조사되는 광의 굴절각을 변화시킬 수 있는 가변 초점 렌즈(212)를 더 포함할 수 있다. 광학계(200)는 콜리메이션 렌즈(220)의 동공직경 조정수단으로 광 조사 유닛(210)의 단부에 가변 초점 렌즈(212)가 구비되어 있다는 점에서 도 3을 참조하여 전술한 광학계(200)와 차이가 있다. 그리고 광학계(200)는 콜리메이션 렌즈(220)가 하우징(도시하지 않음) 등에 고정되어서 광 조사 유닛(210)과 콜리메이션 렌즈(220) 사이의 거리는 변하지 않을 수 있으나, 실시예에 따라서는 가변될 수도 있다. 이하, 전술한 광학계(100)와의 차이점을 중심으로 설명한다.
광 조사 유닛(210)은 소정의 거리로 이격되어 있는 광원으로부터 전달되는 광을 콜리메이션 렌즈(220)쪽으로 조사하기 위한 것이다. 광 조사 유닛(210)의 단부에는 가변 초점 렌즈(212)가 구비될 수 있는데, 그 종류에는 특별한 제한이 없다. 예를 들어, 폴리머 엑츄에이터로 구동되는 액체 렌즈 등과 같은 형상 가변형 가변 초점 렌즈가 가변 초점 렌즈(212)로 사용될 수 있다. 가변 초점 렌즈(212)는 광 조사 유닛(210)의 단부로부터 콜리메이션 렌즈(220)로 조사되는 광의 굴절각을 조절하여 콜리메이션 렌즈(220)의 동공 직경의 크기를 조정할 수 있다.
도 5a 및 도 5b는 각각 광 조사 유닛(210)의 가변 초점 렌즈(212a, 212b)를 이용하여 조사되는 광의 굴절각을 조절하는 것을 도식적으로 보여 주는 도면이다. 도 5a를 참조하면, 가변 초점 렌즈(212a)는 콜리메이션 렌즈(220) 쪽의 표면이 볼록한 형상이다. 따라서 광원으로부터 조사되는 소정의 굴절각(α)으로 조사되는 광은 가변 초점 렌즈(212)를 거치면서 굴절각(α1 < α)이 작아지게 되며, 그 결과 콜리메이션 렌즈(220)의 동공 직경은 작아진다. 반대로, 도 5b를 참조하면, 가변 초점 렌즈(212b)는 콜리메이션 렌즈(220) 쪽의 표면이 오목한 형상이다. 따라서 광원으로부터 소정의 굴절각(α)으로 조사되는 광은 가변 초점 렌즈(212)를 거치면서 굴절각(α2 > α)이 커지게 되며, 그 결과 콜리메이션 렌즈(220)의 동공 직경은 커진다.
그리고 콜리메이션 렌즈(220)는 광 조사 유닛(210)으로부터 조사되는 광을 평행광으로 만들어서 포커싱 렌즈(230) 쪽으로 전달한다. 본 실시예에서, 콜리메이션 렌즈(220)의 동공직경 조정수단은 광 조사 유닛(210)에 구비되므로, 콜리메이션 렌즈(220)는 그 위치가 고정되어 있을 수 있다. 그리고 포커싱 렌즈(230) 쪽으로 전달되는 평행광은 소정의 직경(D1, D2)을 갖는데, 이 평행광의 직경은 광 조사 유닛(210)으로부터 조사되는 광의 굴절각에 따라서 달라지므로, 콜리메이션 렌즈(220)는 가변 초점 렌즈일 필요가 없다.
포커싱 렌즈(230)는 콜리메이션 렌즈(220)로부터 전달되는 평행광을 피사체(O)에 조사한다. 초점 거리를 조절할 수 있도록 가변 초점 렌즈가 포커싱 렌즈(230)로 사용될 수 있다. 예를 들어, 포커싱 렌즈(230)는 도 3의 콜리메이션 렌즈(120)와 마찬가지로 폴리머 엑츄에이터로 구동되는 액체 렌즈 등과 같은 형상 가변형 가변 초점 렌즈일 수 있다. 또한, 광 프로브를 위한 광학계(200)는 포커싱 렌즈(230)의 위치를 이동시킬 수 있는 위치이동 수단(도시하지 않음)을 더 포함할 수 있다.
이와 같이, 광 프로브를 위한 광학계(200)는 광 조사 유닛(210)의 단부에 가변 초점 액체 렌즈(212)를 배치하여 콜리메이션 렌즈(220)의 동공 직경을 D1이나 D2 또는 그 사이의 값으로 조정할 수 있다. 그리고 포커싱 렌즈(230)로 가변 초점 렌즈를 사용하여 초점 거리를 f1이나 f2 또는 그 사이의 값으로 조정할 수 있다. 따라서 광 프로브를 위한 광학계(200)도 동공 직경(D)과 초점 거리(f)를 모두 변화시킴으로써, 개구수(NA)를 용도에 맞게 조정할 수 있다.
도 3 및 도 4를 참조하여 설명한 광학계(100, 200)는 전면 뷰(forward view)를 갖는 광 프로브에 사용될 수 있다. 전면 뷰를 갖는 광 프로브는 전술한 광학계(100, 200)가 내부에 배치되는 튜브 형상의 하우징(도시하지 않음) 및 이 하우징의 원단부(distal end)에 설치되어 있는 투명 창(transparent window)을 포함한다. 여기서, 원단부는 하우징에서 광 조사 유닛이 배치되는 위치를 기준으로 한 것이다. 따라서 광학계(100, 200)의 포커싱 렌즈(130, 230)로부터 앞쪽으로 포커싱되는 광은 직진하여 투명 창을 통해서 피사체(O)에 도달한다. 그리고 피사체(O)로부터 반사되는 광은 투명 창을 통해 직진하여 광학계(100, 200)로 수신될 수 있으며, 이를 위하여 광 조사 유닛(110, 210)에는 피사체(O)로부터 반사되는 광을 수신하기 위한 이미지 센서 등이 구비되어 있을 수 있다. 그리고 전술한 바와 같이, 광학계(100, 200)를 구성하는 각 구성요소들은 하우징에 직접 또는 간접적으로 고정될 수 있으며, 이 중에서 일부 구성요소는 수평 방향이나 수직 방향으로 이동하거나 또는 회전이 가능하도록 고정되어 있을 수 있다.
전면 뷰를 갖는 광 프로브는 촬상하고자 하는 위치를 변경할 수 있는 주사 장치(scanning apparatus)를 더 포함할 수 있다. 주사 장치는 포커싱 렌즈(130, 230)로부터 나온 광이 포커싱되는 위치를 변경시킴으로써, 광 프로브를 움직이거나 이동시키지 않고서도 촬상 위치를 이동시킬 수 있다. 본 실시예에서 주사 장치의 종류에는 특별한 제한이 없는데, 예를 들어 미국등록특허 제5,321,501호나 미국등록특허 제6,485,413호에 개시되어 있는 주사 장치가 사용될 수 있다.
도 6a 및 도 6b는 일 실시예에 따른 광 프로브(300)의 구성을 도식적으로 보여 주는 도면으로서, 도 6a는 광 프로브(300)에 구비되어 있는 광학계의 개구수(NA)가 상대적으로 큰 경우이고 도 6b는 개구수(NA)가 상대적으로 작은 경우이다. 도 6a 및 도 6b의 광 프로브(300)에 구비되어 있는 광학계는 그 기본적인 구성이 도 3에 도시된 광학계(100)와 동일할 수 있다. 즉, 도 6a 및 도 6b의 광 프로브(300)에 구비되어 있는 광학계의 동공직경 조정수단은 콜리메이션 렌즈(320)가 가변 초점 렌즈이고 또한 광 조사 유닛(310)과 콜리메이션 렌즈(320) 사이의 거리를 조절하기 위한 거리조정 수단(도시하지 않음)이 더 구비되어 있다는 점에서 특징이 있다. 다만, 도 6a 및 도 6b의 광 프로브(300)에 구비되어 있는 광학계는 포커싱되는 광의 진행 경로를 변경시키기 위한 반사경(350)이 구비되어 있다는 점에서, 도 3의 광학계(100)와 차이가 있다. 이하, 도 6a 및 도 6b에 도시되어 있는 광 프로브(300)를 상세히 설명하되, 광 프로브(300)의 광학계에 대해서는 도 3의 광학계(100)와의 차이점을 중심으로 설명한다.
도 6a 및 도 6b를 참조하면, 광 프로브(300)는 광학계를 담기 위한 하우징(340)을 포함한다. 하우징(340)은 전체적으로 길이 방향(광축 방향)으로 길게 연장된 실린더 형상일 수 있다. 하우징(340)은 광 조사 유닛(310)이 배치되어 있는 위치를 기준으로 한 근단부(proximal end, 도시하지 않음)와 원단부(distal end, 344)를 구비하여, 또한 근단부와 원단부(344) 사이에 연장되어 있는 측벽(side wall, 342)을 포함한다. 그리고 하우징(340)은 원단부(344)에 인접한 측벽(342)에는 투명 창(346)이 제공되는데, 이 투명 창(346)은 측벽(342)의 외주 전체(360ㅀ) 또는 일부에 제공되어 있다. 측벽(342)의 일부에 제공되어 있는 투명 창(346)을 이용하여 360ㅀ의 이미지를 촬영할 수 있도록, 광 프로브(300)는 하우징(340)을 회전시키기 위한 회전 수단(도시하지 않음)을 포함할 수 있다. 회전 수단의 종류에는 특별한 제한이 없다.
광 프로브(300)의 광학계는 또한 하우징(340)의 근단부로부터 원단부(344)로 직진하는 광의 진행 경로를 변경하여 투명 창(346)으로 광을 조사하기 위한 반사경(350)을 더 포함한다. 반사경(350)은 프리즘 형상을 가질 수 있는데, 이것은 단지 예시적인 것이다.
그리고 광 프로브(300)의 광학계는 반사경(350)의 위치를 이동시키기 위한 위치 이동 수단(352), 예컨대 엑츄에이터를 구비할 수 있다. 위치 이동 수단(352)은 포커싱 렌즈(330)의 초점 거리에 따라서 반사경(350)을 전후로 이동시켜서 작동 거리(working distance, W)을 일정하게 유지시킨다. 예를 들어, 투명 창(346)으로부터 피사체(O)까지의 거리 또는 광 조사 유닛(310)의 광축으로부터 피사체(O) 사이의 거리인 작동 거리(W)가 고정되어 있다고 가정하자. 이 때, 높은 개구수(NA)를 얻기 위하여 광학계, 보다 구체적으로 포커싱 렌즈(330)의 초점 거리가 짧은 경우에는 위치 이동 수단(352)은 반사경(350)을 포커싱 렌즈(330)쪽으로 이동하여 피사체(O)에 정확하게 초점이 맺히도록 할 수 있다(도 6a 참조). 반대로, 낮은 개구수(NA)을 얻기 위하여 포커싱 렌즈(330)의 초점 거리가 긴 경우에는 반사경(350)을 원단부(344)쪽으로 이동하여 역시 피사체(O)에 정확하게 초점이 맺히도록 할 수 있다(도 6b 참조).
도 7a 및 도 7b는 다른 실시예에 따른 광 프로브(400)의 구성을 도식적으로 보여 주는 도면으로서, 도 7a는 광 프로브(400)에 구비되어 있는 광학계의 개구수(NA)가 상대적으로 큰 경우이고 도 7b는 개구수(NA)가 상대적으로 작은 경우이다. 도 7a 및 도 7b의 광 프로브(400)에 구비되어 있는 광학계는 그 기본적인 구성이 도 3에 도시된 광학계(100)와 동일할 수 있다. 즉, 도 7a 및 도 7b의 광 프로브(400)에 구비되어 있는 광학계의 동공직경 조정수단은 콜리메이션 렌즈(420)가 가변 초점 렌즈이고 또한 광 조사 유닛(410)과 콜리메이션 렌즈(420) 사이의 거리를 조절하기 위한 거리조정 수단(도시하지 않음)이 더 구비되어 있다는 점에서 특징이 있다. 다만, 도 7a 및 도 7b의 광 프로브(400)에 구비되어 있는 광학계는 포커싱되는 광의 진행 경로를 변경시키기 위한 반사경(450)이 구비되어 있다는 점에서, 도 3의 광학계(100)와 차이가 있다. 이하, 도 7a 및 도 7b에 도시되어 있는 광 프로브(400)를 상세히 설명하되, 광 프로브(400)의 광학계에 대해서는 도 3의 광학계(100)와의 차이점을 중심으로 설명한다.
도 7a 및 도 7b를 참조하면, 광 프로브(400)는 광학계를 담기 위한 하우징(440)을 포함한다. 하우징(440)은 전체적으로 길이 방향(광축 방향)으로 길게 연장된 실린더 형상일 수 있다. 하우징(440)은 광 조사 유닛(410)이 배치되어 있는 위치를 기준으로 한 근단부(proximal end, 도시하지 않음)와 원단부(distal end, 444)를 구비하여, 또한 근단부와 원단부(444) 사이에 연장되어 있는 측벽(side wall, 442)을 포함한다. 그리고 하우징(440)은 원단부(444)에 인접한 측벽(442)에는 투명 창(446)이 제공되는데, 이 투명 창(446)은 측벽(442)의 외주 전체(360ㅀ)에 제공되어 있다.
광 프로브(400)의 광학계는 또한 하우징(440)의 근단부로부터 원단부(444)로 직진하는 광의 진행 경로를 변경하여 투명 창(446)으로 광을 조사하기 위한 반사경(450)을 더 포함한다. 반사경(450)은 프리즘 형상을 가질 수 있는데, 이것은 단지 예시적인 것이다. 그리고 측벽(442)의 전체에 제공되어 있는 투명 창(446)을 이용하여 360ㅀ의 이미지를 촬영할 수 있도록, 광 프로브(400)는 반사경(450)을 회전시키기 위한 회전 수단(454)을 포함할 수 있다. 회전 수단(454)은 마이크로 모터일 수 있는데, 이것은 단지 예시적인 것이다. 회전 수단(454)은 반사경(450)에 고정되어 있을 수 있다.
그리고 광 프로브(400)의 광학계는 반사경(450)의 위치를 이동시키기 위한 위치 이동 수단(452), 예컨대 엑츄에이터를 구비할 수 있다. 위치 이동 수단(452)는 포커싱 렌즈(430)의 초점 거리에 따라서 반사경(450)을 전후로 이동시켜서 작동 거리(W)를 일정하게 유지시킨다. 이 경우에, 위치 이동 수단(452)은 반사경(450)과 직접 물리적으로 결합되거나 또는 반사경(450)이 물리적으로 고정되어 있는 다른 구성요소, 예컨대 회전 수단(454)과 물리적으로 결합되어 있을 수 있다.
예를 들어, 투명 창(446)으로부터 피사체(O)까지의 거리 또는 광 조사 유닛(410)의 광축으로부터 피사체(O) 사이의 거리인 작동 거리(W)가 고정되어 있다고 가정하자. 이 때, 높은 개구수(NA)를 얻기 위하여 광학계, 보다 구체적으로 포커싱 렌즈(430)의 초점 거리가 짧은 경우에는 위치 이동 수단(452)은 반사경(350)을 포커싱 렌즈(330)쪽으로 이동하여 피사체(O)에 정확하게 초점이 맺히도록 할 수 있다(도 7a 참조). 반대로, 낮은 개구수(NA)을 얻기 위하여 포커싱 렌즈(430)의 초점 거리가 긴 경우에는 반사경(450)을 원단부(444)쪽으로 이동하여 역시 피사체(O)에 정확하게 초점이 맺히도록 할 수 있다(도 7b 참조).
도 8a 및 도 8b는 또 다른 실시예에 따른 광 프로브(500)의 구성을 도식적으로 보여 주는 도면으로서, 도 8a는 광 프로브(500)에 구비되어 있는 광학계의 개구수(NA)가 상대적으로 큰 경우이고 도 8b는 개구수(NA)가 상대적으로 작은 경우이다. 도 8a 및 도 8b의 광 프로브(500)에 구비되어 있는 광학계는 그 기본적인 구성이 도 4에 도시된 광학계(200)와 동일할 수 있다. 즉, 도 8a 및 도 8b의 광 프로브(500)에 구비되어 있는 광학계의 동공직경 조정수단은 광 조사 유닛(510)의 단부에 구비되어 있는 가변 초점 렌즈(512)이고, 가변 초점 렌즈(512)의 초점 거리(즉, 표면 형상)을 변경하여 콜리메이션 렌즈(520)의 동공 직경을 조절한다. 다만, 도 8a 및 도 8b의 광 프로브(500)에 구비되어 있는 광학계는 포커싱되는 광의 진행 경로를 변경시키기 위한 반사경(550)이 구비되어 있다는 점에서, 도 4의 광학계(200)와 차이가 있다. 이하, 도 8a 및 도 8b에 도시되어 있는 광 프로브(500)를 상세히 설명하되, 광 프로브(500)의 광학계에 대해서는 도 4의 광학계(200)와의 차이점을 중심으로 설명한다.
도 8a 및 도 8b를 참조하면, 광 프로브(500)는 광학계를 담기 위한 하우징(540)을 포함한다. 하우징(540)은 전체적으로 길이 방향(광축 방향)으로 길게 연장된 실린더 형상일 수 있다. 하우징(540)은 광 조사 유닛(510)이 배치되어 있는 위치를 기준으로 한 근단부(proximal end, 도시하지 않음)와 원단부(distal end, 544)를 구비하여, 또한 근단부와 원단부(544) 사이에 연장되어 있는 측벽(side wall, 542)을 포함한다. 그리고 하우징(540)은 원단부(544)에 인접한 측벽(542)에는 투명 창(546)이 제공되는데, 이 투명 창(546)은 측벽(542)의 외주 전체(360ㅀ)가 아닌 일부에 제공되거나 또는 측벽(542)의 외주 전체에 제공될 수도 있다(도 7a 및 도 7b 참조). 전자의 경우에, 측벽(542)의 일부에 제공되어 있는 투명 창(546)을 이용하여 360ㅀ의 이미지를 촬영할 수 있도록, 광 프로브(500)는 하우징(540)을 회전시키기 위한 회전 수단(도시하지 않음)을 포함할 수 있다. 회전 수단의 종류에는 특별한 제한이 없다.
광 프로브(500)의 광학계는 또한 하우징(540)의 근단부로부터 원단부(544)로 직진하는 광의 진행 경로를 변경하여 투명 창(546)으로 광을 조사하기 위한 반사경(550)을 더 포함한다. 반사경(550)은 프리즘 형상을 가질 수 있는데, 이것은 단지 예시적인 것이다.
그리고 광 프로브(500)의 광학계는 반사경(550)의 위치를 이동시키기 위한 위치 이동 수단(552), 예컨대 엑츄에이터를 구비할 수 있다. 위치 이동 수단(552)는 포커싱 렌즈(530)의 초점 거리에 따라서 반사경(550)을 전후로 이동시켜서 작동 거리(W)를 일정하게 유지시킨다. 예를 들어, 투명 창(546)으로부터 피사체(O)까지의 거리 또는 포커싱 렌즈(530)의 광축으로부터 피사체(O) 사이의 거리인 작동 거리(W)가 고정되어 있다고 가정하자. 이 때, 높은 개구수(NA)를 얻기 위하여 광학계, 보다 구체적으로 포커싱 렌즈(530)의 초점 거리가 짧은 경우에는 위치 이동 수단(552)은 반사경(550)을 포커싱 렌즈(530)쪽으로 이동하여 피사체(O)에 정확하게 초점이 맺히도록 할 수 있다(도 8a 참조). 반대로, 낮은 개구수(NA)을 얻기 위하여 포커싱 렌즈(530)의 초점 거리가 긴 경우에는 반사경(550)을 원단부(544)쪽으로 이동하여 역시 피사체(O)에 정확하게 초점이 맺히도록 할 수 있다(도 8b 참조).
도 9는 또 다른 실시예에 따른 광 프로브(600)의 구성을 도식적으로 보여 주는 도면이다. 도 9에서 점선으로 표시된 것(포커싱 렌즈(630)와 피사체(O))은 광 프로브(600)에 구비되어 있는 광학계의 개구수(NA)가 상대적으로 큰 경우이고 도 9에서 실선으로 표시된 것(포커싱 렌즈(630)와 피사체(O))은 개구수(NA)가 상대적으로 작은 경우이다. 도 9는 광 프로브(600)에 구비되어 있는 광학계의 포커싱 렌즈(630)의 위치가 고정된 상태에서 원하는 개구수(NA)에 따라서 광 조사 유닛(610)의 광축과 피사체(O) 사이의 거리인 작동 거리(W)가 가변되는 경우인데, 광 프로브(600)와 피사체(O) 사이의 거리를 조정하여 작동 거리(W)를 조정할 수 있다.
그리고 도 9의 광 프로브(600)에 구비되어 있는 광학계는 그 기본적인 구성이 도 3에 도시된 광학계(100)와 동일할 수 있다. 즉, 도 9의 광 프로브(600)에 구비되어 있는 광학계의 동공직경 조정수단은 콜리메이션 렌즈(620)가 가변 초점 렌즈이고 또한 광 조사 유닛(610)과 콜리메이션 렌즈(620) 사이의 거리를 조절하기 위한 거리조정 수단(도시하지 않음)이 더 구비되어 있다는 점에서 특징이 있는데, 이것이 광 프로브(600)에 구비되어 있는 광학계의 동공직경 조정수단이 도 4에 도시된 광학계(200)의 동공직경 조정수단과 동일할 수도 있다는 것을 배제하지 않는다는 것은 당업자에게 자명하다. 다만, 도 9의 광 프로브(600)에 구비되어 있는 광학계는 콜리메이션 렌즈(620)의 광축과 포커싱 렌즈(630)의 광축은 서로 직교하며, 또한 콜리메이션 렌즈(620)로부터 포커싱 렌즈(630)로 전달되는 광의 진행 경로를 수직 방향으로 변경시키기 위한 반사경이 구비되어 있다는 점에서, 도 3의 광학계(100)와 차이가 있다. 이하, 도 9에 도시되어 있는 광 프로브(600)를 설명하되, 광 프로브(600)의 광학계에 대해서는 도 3의 광학계(100)와의 차이점을 중심으로 설명한다.
도 9를 참조하면, 광 프로브(600)는 광학계를 담기 위한 하우징(640)을 포함한다. 하우징(640)은 광 조사 유닛(610)이 배치되어 있는 위치를 기준으로 한 근단부(proximal end, 도시하지 않음)와 원단부(distal end, 644)를 구비하여, 또한 근단부와 원단부(644) 사이에 연장되어 있는 측벽(side wall, 642)을 포함한다. 그리고 하우징(640)은 전체적으로 길이 방향(광축 방향)으로 길게 연장된 실린더 형상이지만, 원단부(644)에 인접한 부분은 수직 방향으로 돌출된 돌출부(640a)를 포함한다. 돌출부(640a)는 포커싱 렌즈(630)가 담길 수 있는 크기와 형상을 가진다. 그리고 돌출부(640a)의 저면에는 투명 창(646)이 제공되어 있다.
그리고 광 프로브(600)의 광학계는 또한 하우징(640)의 근단부로부터 원단부(644)로 직진하는 광의 진행 경로를 변경하여 투명 창(646)으로 광을 조사하기 위한 반사경(650)을 더 포함한다. 반사경(650)은 프리즘 형상을 가질 수 있는데, 이것은 단지 예시적인 것이다. 다만, 광 프로브(600)의 광학계는 반사경(650)의 위치를 이동시키기 위한 위치 이동 수단은 구비되지 않을 수도 있다. 광 프로브(600)는 얻고자 하는 개구수(NA)의 값에 따라서 포커싱 렌즈(630)의 초점 거리에 대응하도록 투명 창(646)과 피사체(O)와의 거리를 조정한다.
도 10은 또 다른 실시예에 따른 광 프로브(700)의 구성을 도식적으로 보여 주는 도면이다. 도 10에서 점선으로 표시된 것(포커싱 렌즈(730)와 피사체(O))은 광 프로브(700)에 구비되어 있는 광학계의 개구수(NA)가 상대적으로 큰 경우이고 도 10에서 실선으로 표시된 것(포커싱 렌즈(730)와 피사체(O))은 개구수(NA)가 상대적으로 작은 경우이다. 도 10은 광 프로브(700)와 피사체(O) 사이의 거리가 고정된 상태에서 원하는 개구수(NA)에 따라서 광학계의 포커싱 렌즈(730)의 위치를 이동시키는 경우이다.
그리고 도 10의 광 프로브(600)에 구비되어 있는 광학계는 그 기본적인 구성이 도 3에 도시된 광학계(100)와 동일할 수 있다. 즉, 도 10의 광 프로브(700)에 구비되어 있는 광학계의 동공직경 조정수단은 콜리메이션 렌즈(720)가 가변 초점 렌즈이고 또한 광 조사 유닛(710)과 콜리메이션 렌즈(720) 사이의 거리를 조절하기 위한 거리조정 수단(도시하지 않음)이 더 구비되어 있다는 점에서 특징이 있는데, 이것이 광 프로브(700)에 구비되어 있는 광학계의 동공직경 조정수단이 도 4에 도시된 광학계(200)의 동공직경 조정수단과 동일할 수도 있다는 것을 배제하지 않는다는 것은 당업자에게 자명하다. 그리고 광학계(700)는 포커싱 렌즈(730)의 위치를 이동시키기 위한 위치이동 수단(도시하지 않음)을 구비하는데, 위치이동 수단은 도 3에 도시된 광학계(100)의 위치이동 수단(332)와 동일할 수 있다.
다만, 도 10의 광 프로브(700)에 구비되어 있는 광학계는 콜리메이션 렌즈(720)의 광축과 포커싱 렌즈(730)의 광축은 서로 직교하며, 또한 콜리메이션 렌즈(720)로부터 포커싱 렌즈(730)로 전달되는 광의 진행 경로를 수직 방향으로 변경시키기 위한 반사경이 구비되어 있다는 점에서, 도 3의 광학계(100)와 차이가 있다. 이하, 도 10에 도시되어 있는 광 프로브(700)를 설명하되, 광 프로브(700)의 광학계에 대해서는 도 3의 광학계(100)와의 차이점을 중심으로 설명한다.
도 10을 참조하면, 광 프로브(700)는 광학계를 담기 위한 하우징(740)을 포함한다. 하우징(740)은 광 조사 유닛(710)이 배치되어 있는 위치를 기준으로 한 근단부(proximal end, 도시하지 않음)와 원단부(distal end, 744)를 구비하여, 또한 근단부와 원단부(744) 사이에 연장되어 있는 측벽(side wall, 742)을 포함한다. 그리고 하우징(740)은 전체적으로 길이 방향(광축 방향)으로 길게 연장된 실린더 형상이지만, 원단부(744)에 인접한 부분은 수직 방향으로 돌출된 돌출부(740a)를 포함한다. 돌출부(740a)는 포커싱 렌즈(730)가 담길 수 있으며 또한 포커싱 렌즈(730)가 상하로 이동할 수 있는 크기를 갖는다. 그리고 돌출부(740a)의 저면에는 투명 창(746)이 제공되어 있다.
그리고 광 프로브(700)의 광학계는 또한 하우징(740)의 근단부로부터 원단부(744)로 직진하는 광의 진행 경로를 변경하여 투명 창(746)으로 광을 조사하기 위한 반사경(750)을 더 포함한다. 반사경(750)은 프리즘 형상을 가질 수 있는데, 이것은 단지 예시적인 것이다. 다만, 광 프로브(700)의 광학계는 반사경(750)의 위치를 이동시키기 위한 위치 이동 수단은 구비되지 않을 수도 있다. 광 프로브(700)는 얻고자 하는 개구수(NA)의 값에 따라서 포커싱 렌즈(730)의 초점 거리에 대응하도록 포커싱 렌즈(730)를 이동시켜서 포커싱 렌즈(730)와 피사체(O)와의 거리를 조정한다. 이를 위하여, 광 프로브(700)는 포커싱 렌즈(730)의 위치를 변경시키기 위한 위치 이동 수단(732)을 더 구비할 수 있다. 위치 이동 수단(732)의 종류에는 특별한 제한이 없다.
이상의 설명은 본 발명의 실시예에 불과할 뿐, 이 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상이 한정되는 것으로 해석되어서는 안된다. 본 발명의 기술 사상은 특허청구범위에 기재된 발명에 의해서만 특정되어야 한다. 따라서 본 발명의 기술 사상을 벗어나지 않는 범위에서 전술한 실시예는 다양한 형태로 변형되어 구현될 수 있다는 것은 당업자에게 자명하다.
100, 200 : 광 프로브를 위한 광학계
300, 400, 500, 700 : 측면 뷰를 갖는 광 프로브
110, 210, 310, 410, 510, 610, 710 : 광 조사 유닛
212, 512 : 가변 초점 렌즈
120, 220, 320, 420, 520, 620, 720 : 콜리메이션 렌즈
130, 230, 330, 430, 530, 630, 730 : 포커싱 렌즈
340, 440, 540, 640, 740 : 하우징
342, 442, 542, 642, 742 : 측벽
344, 444, 544, 644, 744 : 원단부
346, 446, 546, 646, 746 : 투명 창
350, 450, 550, 650, 740 : 반사경
352, 452, 552, 732 : 위치 이동 수단

Claims (17)

  1. 광원으로부터 전달되는 광을 조사하기 위한 광 조사 유닛(light emitting unit);
    상기 광 조사 유닛으로부터 조사되는 광을 평행광으로 만들기 위한 콜리메이션 렌즈(collimation lens);
    상기 콜리메이션 렌즈의 동공 직경(pupil diameter)을 조절하기 위한 동공직경 조정수단(pupil diameter adjusting means); 및
    상기 콜리메이션 렌즈로부터 전달되는 상기 평행광을 피사체에 조사하되, 초점 거리(focal length)를 변화시킬 수 있는 포커싱 렌즈(focusing lens)를 포함하고,
    상기 콜리메이션 렌즈의 광축과 상기 포커싱 렌즈의 광축은 서로 직교하며,
    상기 콜리메이션 렌즈로부터 나오는 광의 진행 각도를 변경하여 상기 포커싱 렌즈로 조사하기 위한 제2 반사경; 및
    상기 포커싱 렌즈의 위치를 이동시킬 수 있는 위치이동 수단을 더 포함하는 광 프로브를 위한 광학계.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 동공직경 조정수단은 상기 광 조사 유닛과 상기 콜리메이션 렌즈 사이의 거리를 변화시키기 위한 제1 거리조정 수단을 포함하고,
    상기 콜리메이션 렌즈는 상기 광 조사 유닛과 상기 콜리메이션 렌즈 사이의 거리에 따라서 초점 거리를 변화시킬 수 있는 제1 가변초점 렌즈를 포함하는 광 프로브를 위한 광학계.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 동공직경 조정수단은 상기 광 조사 유닛의 광이 조사되는 단부에 배치되어 있으며, 조사되는 광의 굴절각을 변화시킬 수 있는 제2 가변초점 렌즈를 포함하는 광 프로브를 위한 광학계.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 포커싱 렌즈는 제3 가변초점 렌즈를 포함하고,
    상기 포커싱 렌즈의 위치를 이동시킬 수 있는 위치이동 수단을 더 포함하는 광 프로브를 위한 광학계.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 포커싱 렌즈로부터 나오는 광의 진행 방향을 변경하여 상기 피사체에 조사하기 위한 제1 반사경을 더 포함하는 광 프로브를 위한 광학계.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 포커싱 렌즈와 상기 제1 반사경 사이의 거리를 변화시키기 위한 제2 거리조정 수단을 더 포함하는 광 프로브를 위한 광학계.
  7. 삭제
  8. 투명 창(transparent window)을 가지며 관(tube)속으로 삽입될 수 있도록 고안된 하우징(housing); 및
    상기 하우징 내부에 제공되어 있으며, 콜리메이션 렌즈(collimation lens)와 포커싱 렌즈(focusing)를 구비하는 광학계(optical system)를 포함하고,
    상기 광학계는 상기 콜리메이션 렌즈의 동공 직경(pupil diameter)과 상기 포커싱 렌즈의 초점 거리(focal distance)를 함께 조절하여 개구수(Numerical Aperture, NA)를 조정할 수 있으며,
    상기 콜리메이션 렌즈의 광축과 상기 포커싱 렌즈의 광축은 서로 직교하며,
    상기 콜리메이션 렌즈로부터 나오는 광의 진행 각도를 변경하여 상기 포커싱 렌즈로 조사하기 위한 제2 반사경; 및
    상기 포커싱 렌즈의 위치를 이동시킬 수 있는 위치이동 수단을 더 포함하는 광 프로브.
  9. 제8항에 있어서, 상기 광학계는
    광원으로부터 전달되는 광을 조사하기 위한 광 조사 유닛(light emitting unit); 및
    상기 콜리메이션 렌즈의 동공 직경(pupil diameter)을 조절하기 위한 동공직경 조정수단(pupil diameter adjusting means)을 더 포함하고,
    상기 콜리메이션 렌즈는 상기 광 조사 유닛으로부터 조사되는 광을 평행광으로 만들며,
    상기 포커싱 렌즈는 상기 콜리메이션 렌즈로부터 전달되는 상기 평행광을 피사체에 조사하되, 초점 거리(focal length)를 변화시킬 수 있는 광 프로브.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 동공직경 조정수단은 상기 광 조사 유닛과 상기 콜리메이션 렌즈 사이의 거리를 변화시키기 위한 제1 거리조정 수단을 포함하고,
    상기 콜리메이션 렌즈는 상기 광 조사 유닛과 상기 콜리메이션 렌즈 사이의 거리에 따라서 초점 거리를 변화시킬 수 있는 제1 가변초점 렌즈를 포함하는 광 프로브.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 동공직경 조정수단은 상기 광 조사 유닛의 광이 조사되는 단부에 배치되어 있으며, 조사되는 광의 굴절각을 변화시킬 수 있는 제2 가변초점 렌즈를 포함하는 광 프로브.
  12. 제9항 내지 제11항 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 포커싱 렌즈는 제3 가변초점 렌즈를 포함하고,
    상기 포커싱 렌즈의 위치를 이동시킬 수 있는 위치이동 수단을 더 포함하는 광 프로브.
  13. 제9항에 있어서,
    상기 투명 창은 상기 하우징의 측벽에 배치되어 있으며,
    상기 포커싱 렌즈로부터 나오는 광의 진행 방향을 상기 투명 창쪽으로 변경하여 상기 피사체에 조사하기 위한 제1 반사경을 더 포함하는 광 프로브.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 포커싱 렌즈와 상기 제1 반사경 사이의 거리를 변화시키기 위한 제2 거리조정 수단을 더 포함하는 광 프로브.
  15. 제13항 또는 제14항에 있어서,
    상기 투명 창은 상기 하우징의 측벽 둘레를 따라 360°로 배치되어 있으며,
    상기 제1 반사경을 회전시키기 위한 제1 회전 수단을 더 포함하는 광 프로브.
  16. 제13항에 있어서,
    상기 하우징을 회전시키기 위한 제2 회전 수단을 더 포함하는 광 프로브.
  17. 삭제
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