KR102011488B1 - 열분포 모니터링을 위한 내시경 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 열분포 모니터링을 위한 내시경 장치에 관한 것으로, 보다 구체적으로, 실화상 및 열화상 등 다양한 영상이 정합된 기능적 영상 제공이 가능한 열분포 모니터링을 위한 내시경 장치에 관한 것이다.
이에 따른 본 발명은, 대상체의 영상 신호로부터 열화상을 수집하는 열화상 수집부 및 실화상을 수집하는 실화상 수집부를 포함하는 영상 수집부, 상기 영상 신호를 기설정된 주기에 따라 상기 열화상 수집부 또는 상기 실화상 수집부 중 어느 하나로 전달하도록 상기 영상 수집부에 제어 신호를 전송하는 제어부 및 상기 수집된 열화상 및 실화상을 표시하는 디스플레이를 포함하는 것을 특징으로 하는 내시경 장치에 관한 것이다.

Description

열분포 모니터링을 위한 내시경 장치{Endoscope for monitoring the thermal distribution}
본 발명은 열분포 모니터링을 위한 내시경 장치에 관한 것으로, 보다 구체적으로, 실화상 및 열화상 등 다양한 영상이 정합된 기능적 영상 제공이 가능한 열분포 모니터링을 위한 내시경 장치에 관한 것이다.
열분포 모니터링 기술은 물체의 표면에서 방출되는 적외선 대역의 광자(photon)를 적외선 이미지 센서로 수집한 후 이를 분석하여 열 분포에 대한 정보를 얻는 기술이다. 열분포 모니터링 기술은 의료 분야에서 급성 전염병(사스, 메르스 등) 발생 시 보균 예상 환자를 빠르게 검출하는 조기 진단을 위해 이용되며, 국소 부위 병변(류마티스 관절염, 레이노 증후군, 유방암 등)에 대한 스크리닝 검사를 위하여도 이용되고 있다. 또한, 열분포 모니터링 기술은 산업 분야에서 구조물 안전진단이나 비파괴 품질검사 등에 널리 이용되고 있다.
그러나 기존 열화상 장치는 대상체의 표면에서 얻은 대면적 정보를 이용하므로 진단의 정확성이 떨어지고 열화상계 프로브 구조가 벌키(bulky)하여 진단 부위가 제한적이며, 귓속, 콧속, 복강 내 등 인체 내부의 열분포 정보를 얻을 수 없는 한계를 갖는다.
한편, 이비인후과, 안과 등에서는 후두경(목), 검이경(귀), 검안경(눈) 등을 이용하여 육안으로 부종, 출혈 등을 진단하므로, 검사자의 주관에 따라 진단 결과가 달라질 수 있다. 인체 내부의 공동(cavity)(예를 들어, 귓속, 콧속, 후두, 복강 등)에 관한 정보를 얻을 수 있는 내시경 형태의 장치에, 열화상 모니터링 기능을 추가하여 실화상과 열화상을 동시에 관찰할 수 있게 되면, 보다 객관적이고 정확한 진단이 가능해진다.
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 대상체(인체 또는 건물) 내부를 관찰할 수 있는 내시경 장치에 열화상 모니터링 기능을 추가하여, 대상체 내부의 실화상과 열화상을 동시에 관찰할 수 있도록 하는 내시경 장치를 제공한다.
또한, 본 발명은 내부 삽입 기구물로써 관(경)의 장착이 용이하여 대상체에 대한 내부 삽입 및 관찰이 용이한 내시경 장치를 제공한다.
상술한 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 내시경 장치는, 대상체의 영상 신호로부터 열화상을 수집하는 열화상 수집부 및 실화상을 수집하는 실화상 수집부를 포함하는 영상 수집부, 상기 영상 신호를 기설정된 주기에 따라 상기 열화상 수집부 또는 상기 실화상 수집부 중 어느 하나로 전달하도록 상기 영상 수집부에 제어 신호를 전송하는 제어부 및 상기 수집된 열화상 및 실화상을 표시하는 디스플레이를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 내시경 장치는, 하나의 관(경)으로부터 얻은 대상체 내부에 대한 영상 신호에서 실화상과 열화상을 순차적이며 고속으로 얻을 수 있어, 내부 삽입 기구물(관, 경)의 직경을 감소시키며, 대상체에 대한 내부 삽입이 가능하고 관찰이 용이하다는 장점이 있다.
또한, 본 발명에 따른 내시경 장치는, 대상체의 실화상과 열화상을 동시에 관찰할 수 있어 대상체에 대한 보다 객관적이고 정확한 진단을 가능하게 하며, 간단한 스크리닝 방법으로 조기 진단을 가능하게 한다.
도 1은 본 발명에 따른 내시경 장치의 구성을 나타낸 블록도이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 영상 수집부 및 조명부의 구체적인 구성을 나타낸 도면이다.
도 3은 가시광선 대역 및 적외선 대역의 투과 특성이 좋은 몇 가지 물질의 투과 곡선을 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 갈바노미터의 구성을 나타낸 블록도이다.
도 5는 반사체의 반사면에 코팅될 수 있는 몇 가지 물질의 반사율을 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 제1 실시 예에서, 시간에 따른 제어 신호의 전압 변화의 일 예를 나타낸 그래프이다.
도 7은 본 발명의 제1 실시 예에 따라 각각의 모드에서 영상 신호가 전달되는 경로를 나타낸 도면이다.
도 8은 적외선 대역의 투과 특성이 좋은 몇 가지 물질의 투과 곡선을 나타낸 도면이다. 도 9는 가시광선 대역의 투과 특성이 좋은 몇 가지 물질의 투과 곡선을 나타낸 도면이다. 도 10은 본 발명의 제2 실시 예에 따른 영상 수집부 및 조명부의 구체적인 구성을 나타낸 도면이다.
도 11은 본 발명의 제2 실시 예에서, 시간에 따른 제어 신호의 전압 변화의 일 예를 나타낸 그래프이다.
도 12는 본 발명의 제2 실시 예에 따라 각각의 모드에서 영상 신호 및 빛이 전달되는 경로를 나타낸 도면이다.
도 13은 본 발명의 제3 실시 예에 따른 영상 수집부 및 조명부의 구체적인 구성을 나타낸 도면이다.
도 14는 본 발명의 제4 실시 예에 따른 영상 수집부 및 조명부의 구체적인 구성을 나타낸 도면이다.
도 15는 본 발명에 따른 내시경 장치의 실제 구현 예를 나타낸 도면이다.
본 명세서의 실시 예를 설명함에 있어 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 명세서의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우, 그 상세한 설명은 생략될 수 있다.
본 명세서에서 사용되는 "포함한다," "포함할 수 있다." 등의 표현은 개시된 해당 기능, 동작, 구성요소 등의 존재를 가리키며, 추가적인 하나 이상의 기능, 동작, 구성요소 등을 제한하지 않는다. 또한, 본 명세서에서, "포함하다." 또는 "가지다." 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
본 명세서에서 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 설명한다.
본 발명은, 내시경 내부의 광학 구조 및 기계적 장치(optomechanical device)를 이용하여 하나의 관(경)을 통해 관찰되는 대상체에 대한 영상 신호(광 신호)를 가시광 센서와 적외선 센서로 분기시킴으로써, 실화상과 열화상을 순차적으로 획득하여 대상체 내부의 2차원 영상뿐만 아니라 열분포 모니터링이 가능하도록 하는 내시경 장치를 제공한다.
본 발명의 다양한 실시 예에서, 내시경 장치는 영상 신호를 분기시키기 위해 반사체와 모터가 결합된 갈바노미터를 이용하며, 분기된 영상 신호가 각각 가시광 센서와 적외선 센서로 전달되도록 한다.
또한, 본 발명의 다양한 실시 예에서, 내시경 장치는 대상체에 대한 내부 삽입 후 실화상의 밝기를 상승시키기 위해, 영상 수집부와 동일한 광 경로를 갖는 조명부를 구비함으로써, 내부 삽입 기구물인 관(경)의 직경을 줄이고 대상체에 대한 내부 삽입 및 관찰이 용이하게 한다.
도 1은 본 발명에 따른 내시경 장치의 구성을 나타낸 블록도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 내시경 장치(1000)는 영상 수집부(1100), 조명부(1200) 및 제어부(1300)를 포함하여 구성된다.
영상 수집부(1100)는 관(경)을 통해 대상체의 내부에 대한 실화상과 열화상을 수집하여 제어부(1300)로 전달한다.
이를 위하여, 영상 수집부(1100)는 실화상 수집을 위한 적외선 저지 필터(IR block filter), 가시광선 이미지 센서(VIS image sensor) 및 가시광선 이미지 센서 보드(VIS image sensor board)를 포함하고, 열화상 수집을 위한 적외선 통과 필터(IR pass filter), 적외선 이미지 센서(IR image sensor), 적외선 이미지 센서 보드(IR image sensor board)를 포함한다.
또한, 영상 수집부(1100)는 영상 신호를 가시광 이미지 센서 및 적외선 이미지 센서의 활성 영역(active area)에 조사하기 위한 초점 렌즈(focusing lexs, convex lens), 대상체로부터 입력되는 영상 신호를 가시광선과 적외선으로 분리하고, 각각의 경로를 가시광선 이미지 센서 및 적외선 이미지 센서 방향으로 분기하는 갈바노미터 및 대상체로부터 입력되는 영상 신호를 갈바노미터에 일정하게 조사하거나, 화각을 확대하기 위한 콜리메이션 렌즈(collimation lens)를 더 포함하여 구성될 수 있다.
영상 수집부(1100)의 구체적인 구성은 도 2를 참조하여 후술한다.
조명부(1200)는 더 밝은 실화상을 얻기 위해 대상체에 광을 조사한다. 이를 위하여 조명부(1200)는 광원(Light Source), 광원 제어 보드(Light Source control board) 광원에서 발산되는 광을 집속하기 위한 초점 렌즈(focusing lens, convex lens), 광원에서 발산된 광을 외부로 전달하기 위한 빔 스플리터(Beam splitter) 및 광을 빔 스플리터로 일정하게 조사하기 위한 콜리메이션 렌즈(collimation lens)로 구성된다.
이하의 실시 예들에서 광원은 할로겐 백색 광원(White Light Source; WLS)을 사용하는 경우를 가정하나, 이에 한정되지 않으며 다양한 실시 예에서 광원은 Solid state light source, Xenon arc, Mercury-Xenon arc, Quartz Tungsten-Halogen 등 약 400 내지 1,000nm 대역의 가시광선과 근적외선을 방출하는 다양한 광대역 광원일 수 있다.
제어부(1300)는 실화상과 열화상이 순차적으로 획득될 수 있도록, 갈바노미터의 회전을 제어하는 제어 신호를 영상 수집부(1100)로 전송한다. 또한, 제어부(1300)는 영상 수집부(1100)에서 수집된 실화상과 열화상을 처리하여 사용자가 원하는 형태로 가공한 후 출력(표시)한다.
제어부(1300)는, 도 1에 도시된 바와 같이, 실화상과 열화상을 분석하기 위한 Micro Controller Unit(MCU)(1310), 수집된 실화상과 열화상을 표시하는 디스플레이(1600)를 구동하기 위한 디스플레이 장치 드라이버(1320)를 포함하여 구성될 수 있다.
본 발명의 다양한 실시 예에서, 내시경 장치(1000)는 내시경 장치(1000)의 조작을 위한 사용자 입력을 감지하여 제어부(1300)로 전달하는 입력부(1400), 수집된 실화상과 열화상을 저장하기 위한 저장부(1500), 제어부(1300)로부터 전달되는 실화상과 열화상을 표시하기 위한 디스플레이(1600), 수집된 실화상과 열화상을 외부의 다른 원격 장치(예를 들어, 컴퓨터, 단말, 모바일 장치 등)(2000)에 원격으로 전달하기 위한 통신부(1700) 및 구성 요소들에 전원을 인가하기 위한 전원부(1800)를 더 포함하여 구성될 수 있다.
입력부(1400)는 내시경 장치(1000) 제어를 위한 사용자의 입력을 수신하기 위해 버튼, 다이얼, 스위치 등을 포함하여 구성될 수 있다. 또는, 입력부(1400)는 사용자의 터치 입력을 감지하기 위한 터치 패널로 구성될 수 있으며, 이 경우, 터치 패널은 디스플레이(1600)에 결합되어 터치 디스플레이로 구성될 수 있다. 일 실시 예에서, 입력부(1400)는 내시경 장치(1000)의 ON/OFF, 영상 캡쳐 등을 제어하기 위한 입력을 수신하는 버튼 및 핸드피스 등으로 구성될 수 있다.
디스플레이(1600)는 LCD 패널 등으로 구성될 수 있다.
본 발명의 다양한 실시 예에서, 통신부(1700)는 유무선 통신을 수행하기 위하여 데이터 전송 프로토콜을 지원하는 적어도 하나의 모듈을 포함하여 구성될 수 있으며, 데이터 전송 프로토콜은, 블루투스, ZigBee, Wi-Fi, LTE, 3G, USB 등 근거리 또는 원거리 유무선 통신 프로토콜을 포함할 수 있다.
도 2는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 영상 수집부 및 조명부의 구체적인 구성을 나타낸 도면이다.
본 발명의 다양한 실시 예에서, 영상 수집부(1100)는 영상 신호를 구성하는 가시광선으로부터 실화상을 수집하고, 적외선으로부터 열화상을 수집한다. 이를 위하여, 본 발명의 제1 실시 예에서, 영상 수집부(1100)는 관(경)(1110), 분기부(1120), 열화상 수집부(1130) 및 실화상 수집부(1140)로 구성된다.
관(1110)의 경구부에는 제1 콜리메이션 렌즈(1111)가 구비된다. 대상체로부터 발산되는 영상 신호는 제1 콜리메이션 렌즈(1111)를 통해 입사된다.
입사되는 영상 신호는 가시광선과 적외선을 포함하는 광 신호이다. 따라서, 제1 콜리메이션 렌즈(1111)는 가시광선과 적외선을 모두 통과시킬 수 있는 렌즈이어야 하며, 도 3에 도시된 바와 같이 ZnS, RbCL, NaCl, BaF2, NaF, KBr 등의 물질로 구성될 수 있다. 도 3에는 가시광선 대역 및 적외선 대역의 투과 특성이 좋은 물질의 예로써, ZnS, RbCL, NaCl, BaF2, NaF, KBr에 대한 투과 곡선이 도시되어 있다. 제1 콜리메이션 렌즈(1111)는 상기에서 예로 든 물질 외에도 0.4 μm 내지 15 μm 대역에서 투과 특성이 좋은 다양한 물질로 구성될 수 있다.
또한, 관(경)(1110)의 직경이 작을 경우, 제1 콜리메이션 렌즈(1111)의 화각이 줄어들어 내시경 장치(1000)를 통해 관찰할 수 있는 대상체의 관찰 영역이 작아질 수 있으므로, 제1 콜리메이션 렌즈(1110)는 넓은 화각을 갖는 광각 렌즈로 구성될 수 있다.
분기부(1120)는 영상 신호를 반사시킴으로써 영상 신호의 경로를 제어하고, 경로가 변경된 영상 신호가 열화상 수집부(1130) 또는 실화상 수집부(1140)로 전달되도록 한다. 이를 위하여, 분기부(1120)는 갈바노미터로 구성될 수 있다.
갈바노미터는 도 4에 도시된 바와 같이, 영상 신호를 반사시켜 광 경로를 변경시킬 수 있는 반사체(1121), 반사체(1121)에 결합되어 반사체(1121)를 회전시키는 모터(1122), 제어부(1300)의 제어 신호에 기초하여 모터(1122)의 회전을 제어하는 모터 컨트롤러(1123) 및 모터(1122)에 전원을 공급하는 전원 공급부(1124)를 포함하여 구성된다. 다양한 실시 예에서, 갈바노미터는 도 4에 도시된 바와 같이 복수의 반사체와 복수의 반사체 각각에 대응하는 모터 및 모터 컨트롤러를 포함하여 구성될 수 있으며, 반사체(1121)는 조합된 개수에 따라 다축 이동 경로를 가질 수 있다.
반사체(1121)의 반사면에는 영상 신호를 반사시킬 수 있는 다양한 물질이 코팅될 수 있다. 도 5에는 반사면에 코팅될 수 있는 물질들의 예와 해당 물질의 반사율이 도시되어 있다. 반사체(1121)는 가시광선(400-700nm)과 적외선(7,000-15,000nm)으로 구성되는 영상 신호를 반사시켜야 하므로, 도 3에 예시된 반사율을 참조할 때 반사체(1121)의 반사면에는 은(Protected Silver)이나 알루미늄(Protected Aluminum)이 코팅될 수 있다.
모터(1122)는 제어부(1300)로부터 수신되는 제어 신호에 따라 일정한 각도로 회전한다. 모터(1122)의 회전에 따라 반사체(1121)의 반사면과 영상 신호의 입사 경로 간 각도가 달라지게 된다. 구체적으로, 모터(1122)는 도 6에 도시된 바와 같이 제어부(1300)로부터 수신되는 제어 신호의 전압에 따라, 반사체(1121)의 반사면과 영상 신호의 입사 경로 간 각도가 제1 모드(Phase 1) 또는 제2 모드(Phase 2)에 대응되도록 회전한다.
본 발명의 다양한 실시 예에서, 제어부(1300)는 반사체(1121)의 반사면과 영상 신호의 입사 경로 간 각도가 제1 모드 및 제2 모드를 교대하여 반복되도록, 제어 신호의 전압을 기설정된 주기에 따라 변경한다. 일 예로, 제어부(1300)는 제1 모드를 위한 0V의 제어 신호와 제2 모드를 위한 5V의 제어 신호를 반복적으로 모터(1122)에 인가할 수 있다. 제어 신호 전압의 변경 주기가 짧을수록 열화상 및 실화상의 수집 속도는 빨라질 수 있으나, 변경 주기는 이미지 센서의 처리 속도를 고려하여 적정한 길이로 결정될 수 있다.
본 발명의 다양한 실시 예에서, 갈바노미터는 MEMS 액추에이터와 반사체가 결합된 MEMS mirror로 구성될 수 있으며, 이 경우, 반사체는 결합 방식에 따라 1축 혹은 2축의 이동 경로를 가질 수 있다.
제1 콜리메이션 렌즈(1111)를 통과한 영상 신호는 갈바노미터로 전달된다. 갈바노미터로 전달된 영상 신호는, 반사체(1121)의 반사면에서 반사된다. 이때, 반사체(1121)의 회전에 의하여 반사체(1121)의 반사면과 영상 신호의 입사 경로 간 각도가 변화하면, 영상 신호는 각도에 따라 열화상 수집부(1130) 또는 실화상 수집부(1140)로 전달된다.
일 실시 예에서, 영상 신호는 도 7에 도시된 바와 같이 제1 모드에서 열화상 수집부(1130)로, 제2 모드에서 실화상 수집부(1140)로 전달될 수 있다.
열화상 수집부(1130)는 영상 신호로부터 대상체의 열화상을 수집한다. 제1 모드에서 열화상 수집부(1130)로 전달된 영상 신호는 제2 콜리메이션 렌즈(적외선광부)(1131)를 통과하며 집약된다. 제2 콜리메이션 렌즈(1131)는 가시광선과 적외선이 모두 투과될 수 있는 물질로써, 도 3에 도시된 ZnS, RbCL, NaCl, BaF2, NaF, KBr 등의 물질로 구성될 수 있다. 또는, 제2 콜리메이션 렌즈(1131)는 적외선만을 선택적으로 투과할 수 있는 물질로, 도 8에 도시된 바와 같이 Germanium(Ge), Silicon(Si), ZnSe 등의 물질로 구성될 수 있다. 도 8에는 적외선 대역에서 투과 특성이 좋은 물질의 예로써, Ge, Si, ZnSe의 투과 곡선이 도시되어 있다. 제2 콜리메이션 렌즈(1131)는 상기에서 예로 든 물질 외에도 7 μm 에서 15 μm 대역에서 투과 특성이 좋은 다양한 물질로 구성될 수 있다.
제2 콜리메이션 렌즈(1131)를 통과한 영상 신호는 적외선 통과 필터(1132) 및 제1 초점 렌즈(1133)를 통과하여 불필요한 가시광선이 제거된 상태, 즉 적외선만 남은 상태로 적외선 이미지 센서(1134)에 전달된다. 이를 위하여, 적외선 통과 필터(1132) 및 제1 초점 렌즈(1133)는 적외선만을 선택적으로 투과시킬 수 있는 물질로 구성되며, 도 8에 도시된 바와 같이 Ge, Si, ZnSe 등의 물질로 구성될 수 있다. 도 8에는 적외선 대역의 투과 특성이 좋은 물질의 예로써, Germanium, Silicon, ZnSe에 대한 투과 곡선이 도시되어 있다. 적외선 통과 필터(1132) 및 제1 초점 렌즈(1133)는 상기에서 예로 든 물질 외에도 7 μm 에서 15 μm 대역에서 투과 특성이 좋은 다양한 물질로 구성될 수 있다.
적외선 이미지 센서(1134)는 적외선 이미지 센서 보드(1135) 상에 실장될 수 있다. 적외선 이미지 센서(1134)가 픽셀 당 빛(photon)의 세기를 감지하여 적외선 이미지 센서 보드(1135)로 전달하면, 적외선 이미지 센서 보드(1135)는 이를 전기 신호로 변환하여 제어부(1300)로 전달한다. 제어부(1300)는 수신된 전기 신호를 열화상으로 변환한다.
실화상 수집부(1140)는 영상 신호로부터 대상체의 실화상을 수집한다. 제2 모드에서 실화상 수집부(1140)로 전달된 영상 신호는 제3 콜리메이션 렌즈(가시광부)(1141)를 통과하며 집약된다. 제3 콜리메이션 렌즈(1141)는 가시광선과 적외선이 모두 투과될 수 있는 물질로써, 도 3에 도시된 ZnS, RbCL, NaCl, BaF2, NaF, KBr로 구성될 수 있다. 또는, 제3 콜리메이션 렌즈(1141)는 가시광만을 선택적으로 투과할 수 있는 물질로, 도 9에 도시된 바와 같이 BK7, Fused silica, Crystal quartz, CaF2, MgF2, Sapphire 등의 물질로 구성될 수 있다.
제3 콜리메이션 렌즈(1141)를 통과한 영상 신호는 파장 비의존적 빔 스플리터(1142), 적외선 저지 필터(1143) 및 제2 초점 렌즈(1144)를 통과하여 불필요한 적외선이 제거된 상태, 즉 가시광선만 남은 상태로 가시광선 이미지 센서(1145)에 전달된다. 파장 비의존적 빔 스플리터(1142)는 일정한 반사율과 투과율을 갖는다. 일 실시 예에서, 파장 비의존적 빔 스플리터(1142)가 30(반사율, %)/70(투과율, %)을 갖는 경우 가시광선의 70%가 투과된다. 다양한 실시 예에서, 파장 비의존적 빔 스플리터(1142)는 사용자의 목적에 따라 다양한 반사율과 투과율을 갖도록 선택될 수 있다. 적외선 저지 필터(1143) 및 제2 초점 렌즈(1144)는 가시광선만을 선택적으로 투과시킬 수 있는 물질로 구성되며, 도 9에 도시된 바와 같이 BK7, Fused silica, Crystal quartz, CaF2, MgF2, Sapphire 등의 물질로 구성될 수 있다.
가시광선 이미지 센서(1145)는 가시광선 이미지 센서 보드(1146) 상에 실장될 수 있다. 가시광선 이미지 센서(1145)가 픽셀 당 빛(R, G, B)의 세기를 감지하여 가시광선 이미지 센서 보드(1146)로 전달하면, 가시광선 이미지 센서 보드(1146)는 이를 전기 신호로 변환하여 제어부(1300)로 전달한다. 제어부(1300)는 수신된 전기 신호를 실화상으로 변환한다.
본 발명의 다양한 실시 예에서, 내시경 장치(1000)는 조명부(1200)를 더 포함하여 구성될 수 있다.
조명부(1200)는 대상체를 더 밝게 관찰할 수 있도록 대상체에 광을 조사하기 위한 광원(1210)을 포함한다. 도 2에서는, 광원(1210)으로 할로겐 백색 광원을 이용한 예를 도시하였다. 광원(1210)은 광원 제어 보드(1220)에 의해 빛을 발산하도록 제어된다. 광원 제어 보드(1220)는 제어부(1300)로부터 수신되는 제어 신호에 따라 광원(1210)을 제어한다.
광원(1210)에서 발산된 빛은 제3 초점 렌즈(1230)를 통해 초점이 제어되고, 제4 콜리메이션 렌즈(1240)에 커플링되어 집약되며, 실화상 수집부(1140)의 파장 비의존적 빔 스플리터(1142)로 전달된다.
이때, 제3 초점 렌즈(1230) 및 제4 콜리메이션 렌즈(1240)는 가시광선 대역 및 근적외선(400-900nm) 대역을 투과시킬 수 있어야 하므로, 도 3에 도시된 ZnS, RbCL, NaCl, BaF2, NaF, KBr 등의 물질 또는, 도 9에 도시된 BK7, Fused silica, Crystal quartz, CaF2, MgF2, Sapphire 등의 물질로 구성될 수 있다.
파장 비의존적 빔 스플리터(1142)로 전달된 빛은 파장 비의존적 빔 스플리터(1142)의 반사율 및 투과율에 따라 일부만이 반사된다. 반사된 빛은 갈바노미터로 전달되며, 제2 모드에서 관(1110)을 통해 대상체로 조사된다. 일 실시 예에서, 파장 비의존적 빔 스플리터(1142)가 30(반사율, %)/70(투과율, %)을 갖는 경우, 광원에서 발산된 빛의 30%가 대상체에 조사된다.
본 발명의 다양한 실시 예에서, 파장 비의존적 빔 스플리터(1142), 렌즈 및 필터들은 영상 신호(광)가 통과할 때 표면에서 일부 반사되는 현상을 방지하기 위해 AR(Anti-reflection) 코팅이 적용될 수 있다.
도 10은 본 발명의 제2 실시 예에 따른 영상 수집부 및 조명부의 구체적인 구성을 나타낸 도면이다.
본 발명의 제2 실시 예에서, 영상 수집부(1100')와 조명부(1200')는 조명부(1200')의 광원(1210')에서 발산되는 빛이, 제1 실시 예에서와 같이 실화상 수집부(1140')를 거치지 않고 별도의 경로로 대상체에 조사되도록 하는 구조를 갖는다. 이를 위하여, 본 발명의 제2 실시 예에서, 갈바노미터는 제3 모드를 더 구현할 수 있도록 구성된다. 이 경우, 조명부(1200')는 경구부의 제1 콜리메이션 렌즈(1111')와 동일선 상에 구비될 수 있다. 또한, 이 경우, 실화상 수집부(1140')는 파장 비의존적 빔 스플리터(1142)를 구비하지 않을 수 있다.
구체적으로, 제2 실시 예에서, 갈바노미터의 반사체(1121')는 제어부(1300)로부터 수신되는 제어 신호의 전압에 따라, 제1 모드(Phase 1), 제2 모드(Phase 2) 또는 제3 모드(Phase 3)에 대응되도록 회전한다. 제어부(1300)는 도 11에 도시된 바와 같이, 반사체(1121')의 반사면과 영상 신호의 입사 경로 간 각도가 제1 모드 내지 제3 모드를 교대하여 반복되도록, 제어 신호의 전압을 기설정된 주기에 따라 변경한다.
영상 신호는 도 12에 도시된 바와 같이 제1 모드에서 열화상 수집부(1130')로, 제2 모드에서 실화상 수집부(1140')로 전달되며, 제1 모드 및 제2 모드에서는 광원(1210')에서 발산되는 빛이 반사체(1121')에 의해 반사되어 대상체로 조사되지 못한다. 한편, 제3 모드에서는 광원(1210')에서 발산되는 빛의 이동 경로와 반사체(1121')의 반사면이 수평을 이루므로, 광원(1210')에서 발산되는 빛이 직접 관(1111')의 경구부를 거쳐 대상체에 조사된다.
본 발명의 제2 실시 예에 따르면, 실화상 수집부(1140')와 조명부(1200')를 분리함으로써, 제1 실시 예와 달리, 파장 비의존적 빔 스플리터(1142)를 필요로 하지 않으며, 영상 신호로부터 분리된 가시광선을 모두 투과시켜 가시광선 이미지 센서(1145')로 전달할 수 있고, 조명부(1200')에서 발산되는 빛을 대상체에 모두 조사할 수 있다.
도 10의 나머지 구성들에 대한 설명은 제1 실시 예에서와 동일하므로, 생략한다.
도 13은 본 발명의 제3 실시 예에 따른 영상 수집부 및 조명부의 구체적인 구성을 나타낸 도면이다.
본 발명의 제3 실시 예에서, 영상 수집부(1100'')와 조명부(1200'')는 상호 분리되도록 구성된다. 이 경우, 광 정렬 및 전송은 자유 공간(free-space)에서 진행된다. 조명부(1200'')의 출력단에는 오목 렌즈(concave lens)(1250'')가 더 구비될 수 있다.
본 발명의 제3 실시 예에 따르면, 영상 수집부(1100'')와 조명부(1200'')를 분리함으로써, 제1 실시 예와 달리, 파장 비의존적 빔 스플리터(1142)를 필요로 하지 않으며, 추가적인 광 경로 구성 및 광 정렬이 요구되기는 하나 광원(1210'')의 조사 위치와 조사 방법을 관찰 목적에 알맞도록 다양하게 구성할 수 있다. 또한, 본 발명의 제3 실시 예에 따르면, 영상 신호 내의 가시광선과 적외선이 모두 각각의 이미지 센서로 전달될 수 있고, 조명부(1200'')에서 발산되는 빛을 대상체에 모두 조사할 수 있다.
도 13의 나머지 구성들에 대한 설명은 제1 실시 예에서와 동일하므로, 생략한다.
도 14는 본 발명의 제4 실시 예에 따른 영상 수집부 및 조명부의 구체적인 구성을 나타낸 도면이다.
본 발명의 제4 실시 예에서, 영상 수집부(1100''')와 조명부(1200''')는 상호 분리되도록 구성된다. 이때, 조명부(1200''')는 제3 초점 렌즈(1230)와 제4 콜리메이션 렌즈(1240) 대신 광섬유(1260''')와 커넥터(1270''')를 통하여 대상체로 전달된다. 광원(1210''')(광원 칩)과 광원 제어 보드(1220''')는 단일 모듈로 패키징 되고, 광원(1210''')을 구성하는 모듈의 출력부가 pig-tailed된다. 광원(1230''')에서 출력된 빛은 광섬유(1260''')와 커넥터(1270''')에 의한 광 가이드(light guide)(1280''')를 통해 대상체로 조사된다.
본 발명의 제4 실시 예에 따르면, 조명부(1200''')의 광 정렬이 불필요하여 내시경 장치(1000)에 탈부착이 용이하게 된다.
도 15는 본 발명에 따른 내시경 장치의 실제 구현 예를 나타낸 도면이다.
도 15를 참조하면, 영상 수집부(1100), 조명부(1200) 및 제어부(1300)는 단일 장치로 패키징된다. 대상체 내부에 삽입하기 위한 관(1110), 입력부(1400), 수집된 실화상 및 열화상을 출력하는 디스플레이(1600) 등은 내시경 장치(1000)의 외부에 구비될 수 있다. 영상 수집부(1100) 및 조명부(1200)는 내시경 장치(1000)의 내부에 실장될 수 있다.
도 15는 본 발명에 따른 내시경 장치(1000)의 외형에 대한 일 예를 도시한 것으로, 구현하기에 따라 내시경 장치(1000)의 외형은 다양한 형태로 구현될 수 있다.
본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 그리고 본 명세서와 도면에 개시된 실시 예들은 본 발명의 내용을 쉽게 설명하고, 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것일 뿐이며, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 따라서 본 발명의 범위는 여기에 개시된 실시 예들 이외에도 본 발명의 기술적 사상을 바탕으로 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
1000: 내시경 장치
1100: 영상 수집부
1200: 조명부
1300: 제어부
1310: MCU
1320: 디스플레이 드라이버
1400: 입력부
1500: 저장부
1600: 디스플레이
1700: 통신부
1800: 전원부
2000: 원격 장치

Claims (15)

  1. 대상체의 영상 신호로부터 열화상을 수집하는 열화상 수집부 및 실화상을 수집하는 실화상 수집부를 포함하고, 상기 영상 신호의 광 경로를, 상기 열화상 수집부 또는 상기 실화상 수집부 중 어느 하나의 방향으로 분기하는 영상 수집부;
    상기 영상 신호를 기설정된 주기에 따라 상기 열화상 수집부 또는 상기 실화상 수집부 중 어느 하나로 전달하도록 상기 영상 수집부에 제어 신호를 전송하는 제어부; 및
    상기 수집된 열화상 및 실화상을 표시하는 디스플레이를 포함하는 것을 특징으로 하는 내시경 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 영상 수집부는,
    상기 대상체의 내부에 삽입되는 관; 및
    상기 제어 신호에 따라 상기 영상 신호의 광 경로를, 상기 열화상 수집부 또는 상기 실화상 수집부 중 어느 하나의 방향으로 제어하는 분기부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 내시경 장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 관은,
    상기 대상체로부터 발산되는 영상 신호를 집약하는 제1 콜리메이션 렌즈를 포함하는 것을 특징으로 하는 내시경 장치.
  4. 제2항에 있어서, 상기 열화상 수집부는,
    상기 영상 신호를 집약하는 제2 콜리메이션 렌즈;
    상기 영상 신호 내의 적외선을 통과시키는 적외선 통과 필터;
    상기 적외선 통과 필터를 통과한 상기 적외선의 초점을 제어하는 제1 초점 렌즈;
    상기 제1 초점 렌즈를 통과한 상기 적외선을 감지하는 적외선 이미지 센서; 및
    상기 감지된 적외선을 전기 신호로 변환하여 상기 제어부로 전달하는 적외선 이미지 센서 보드를 포함하는 것을 특징으로 하는 내시경 장치.
  5. 제2항에 있어서, 상기 실화상 수집부는,
    상기 영상 신호를 집약하는 제3 콜리메이션 렌즈;
    상기 영상 신호 내의 적외선을 차단하는 적외선 저지 필터;
    상기 적외선 저지 필터를 통과한 영상 신호의 초점을 제어하는 제2 초점 렌즈;
    상기 제2 초점 렌즈를 통과한 상기 영상 신호 내의 가시광선을 감지하는 가시광선 이미지 센서; 및
    상기 감지된 가시광선을 전기 신호로 변환하여 상기 제어부로 전달하는 가시광선 이미지 센서 보드를 포함하는 것을 특징으로 하는 내시경 장치.
  6. 제2항에 있어서, 상기 분기부는,
    상기 영상 신호를 반사시켜 상기 영상 신호의 상기 광 경로를 변경시키는 반사체;
    상기 반사체에 결합되어 상기 반사체를 회전시키는 모터; 및
    상기 모터의 회전을 제어하는 모터 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 모터 컨트롤러를 포함하는 것을 특징으로 하는 내시경 장치.
  7. 제6항에 있어서, 상기 모터 컨트롤러는,
    상기 제어 신호에 따라, 상기 반사체의 반사면과 상기 영상 신호의 입사 경로가 제1 모드 또는 제2 모드에 대응하는 각도를 이루도록 상기 모터의 회전을 제어하되,
    상기 영상 신호는,
    상기 제1 모드에서, 상기 반사면에 의해 반사되어 상기 열화상 수집부로 전달되고, 상기 제2 모드에서, 상기 반사면에 의해 반사되어 상기 실화상 수집부로 전달되는 것을 특징으로 하는 내시경 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 대상체에 빛을 조사하는 조명부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 내시경 장치.
  9. 제8항에 있어서, 상기 조명부는,
    상기 빛을 발산하는 광원;
    상기 광원이 상기 빛을 발산하도록 제어하는 광원 제어 보드;
    상기 발산된 빛의 초점을 제어하는 제3 초점 렌즈; 및
    상기 제3 초점 렌즈를 통과한 빛을 집약하는 제4 콜리메이션 렌즈를 포함하는 것을 특징으로 하는 내시경 장치.
  10. 제9항에 있어서, 상기 실화상 수집부는,
    일정한 반사율 및 투과율을 가지며, 상기 투과율에 따라, 제3 콜리메이션 렌즈를 통과한 영상 신호의 일부를 적외선 저지 필터로 전달하는 빔 스플리터를 더 포함하고,
    상기 조명부는,
    상기 제2 모드에서 상기 제4 콜리메이션 렌즈를 통과한 빛의 일부가 상기 빔 스플리터에 의해 반사되어 상기 대상체로 조사되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 내시경 장치.
  11. 제10항에 있어서, 상기 모터 컨트롤러는,
    상기 제어 신호에 따라, 상기 반사체의 반사면과 상기 빛의 발산 경로가 제3 모드에 대응하여 수평을 이루도록 상기 모터의 회전을 제어하되,
    상기 빛은,
    상기 제3 모드에서 모두 상기 대상체로 조사되는 것을 특징으로 하는 내시경 장치.
  12. 제9항에 있어서, 상기 조명부는,
    상기 영상 수집부와 분리되며, 상기 영상 신호의 상기 광 경로와 상기 빛의 발산 경로가 중첩되지 않는 것을 특징으로 하는 내시경 장치.
  13. 제12항에 있어서, 상기 조명부는,
    출력단에 구비되는 오목 렌즈를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 내시경 장치.
  14. 제9항에 있어서, 상기 조명부는,
    상기 빛을 발산하는 광원;
    상기 광원이 상기 빛을 발산하도록 제어하는 광원 제어 보드;
    상기 발산된 빛의 초점을 제어하는 제3 초점 렌즈;
    상기 제3 초점 렌즈를 통과한 빛이 이동하는 광섬유;
    상기 광섬유 끝단에 구비되는 커넥터; 및
    상기 커넥터와 연결되어 상기 빛을 대상체로 조사하는 광 가이드를 포함하는 것을 특징으로 하는 내시경 장치.
  15. 제1항에 있어서,
    상기 내시경 장치의 제어를 위한 사용자 입력을 수신하는 입력부;
    상기 수집된 열화상 및 실화상을 저장하는 저장부;
    상기 수집된 열화상 및 실화상을 외부의 원격 장치로 전송하기 위한 통신부; 및
    상기 내시경 장치에 전원을 인가하기 위한 전원부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 내시경 장치.
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