KR102278134B1 - 영상 획득 광학 모듈 - Google Patents

Abstract

영상 획득 광학 모듈이 제공된다. 상기 영상 획득 광학 모듈은 광을 조사하는 광원, 상기 광원으로부터 조사된 광을 전달받고, 상기 광을 평행광으로 변환시키는 광 변환부, 상기 광 변환부로부터 출사되는 광을 광축을 따라 직선 방향으로 안내하는 광 안내부, 상기 광 안내부를 지나는 광을 집광하여 측정 대상체에 조사하는 집광부 및 상기 광 변환부에 고정되고, 상기 광 변환부가 상기 광축을 따라 왕복운동 가능하게 지지하는 가이드 부재를 포함한다.

Description

영상 획득 광학 모듈{OPTICAL MODULE FOR OBTAINING IMAGE}

본 발명은 생체 조직을 직접 볼 수 있는 의료용이거나, 산업용으로 사용 가능한 영상 획득 광학 모듈에 관한 것이다.

최근 대상물의 근접촬영은 여러 가지 산업 분야에서 사용되고 있다. 예를 들면, 광학 현미경은 동식물의 미세 조직 또는 기계 재료의 파손 부분을 관찰하는데 사용되며, 고밀도 집적 산업인 반도체 칩이나 반도체 회로, 그리고 이들과 미세한 전자 부품 간의 결합을 확인하는데 사용된다.

또한, 의료 분야에서 사용되는 복강경은 절개하지 않고 인체 내부의 병변(病變) 부분을 수술하는데 사용되며, 특히 내시경은 의료 분야에서 육안으로 관찰하기 어려운 병변 부분을 관찰하는데 사용된다.

한편, 대상물의 정확한 구조 및 형태를 파악하기 위해서는 2차원의 평면 동영상보다는 원근감이나 부피감을 동시에 느낄 수 있는 3차원 입체동영상을 얻을 필요가 있다.

예를 들어, 복강경을 통해서 정밀하고 미세한 수술을 할 경우 평면 동영상은 원근감이나 부피감이 없기 때문에 병면의 구조나 위치 파악에 한계가 있기 때문에 평면 동영상을 보면서 미세한 수술을 수행하기에는 어려움이 있다.

일반적인 사람의 눈은 약 65mm 거리를 두고 떨어져 있으며, 전방으로 거리가 약 500mm 떨어진 대상물을 볼 때, 즉 눈과 대상물 간의 각도가 약 7.44°인 상태에서 피로감 없이 물체를 입체적으로 인식하게 된다.

이를 위한 입체동영상촬영장치는 사람의 눈과 같이 좌우 영상을 촬영하여 별도로 감지하고 이들 좌우 영상을 합성하여 입체 영상을 만들게 된다. 상기 입체동영상촬영장치는 상기 좌우영상을 얻기 위해 좌우로 배치된 두개의 렌즈군을 사용하게 되며, 눈에 대응하는 좌우 렌즈군 사이의 거리 및 렌즈군과 대상물과의 거리의 비율이 유지되도록 각도가 7.44°에서 초점이 형성될 수 있도록 설계된다.

하지만, 생체 내에서 정밀 진단 및 고해상도 영상을 획득하고자 하는 경우에는 심장 박동 또는 흉막의 팽창, 수축 등으로 인한 검체 측정 부위의 움직임에 의해 상기 렌즈군과 대상물과의 거리가 지속적으로 가까워지거나 멀어지기 때문에 영상 장치로 전달되는 영상의 화질에 한계를 주며, 화질의 저하는 질환의 정밀 진단 및 분석의 부정확도를 높이게 되는 문제가 있다.

일본 공개특허공보 특개2009-294540호, 2009.12.17. 공개 일본 공개특허공보 특개2016-043043호, 2016.04.04. 공개

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 측정 대상체의 진동에 의한 이미지 성능 저감을 방지할 수 있는 영상 획득 광학 모듈을 제공하는 것이다.

본 발명이 해결하고자 하는 과제들은 이상에서 언급된 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상술한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 영상 획득 광학 모듈은 광을 조사하는 광원, 상기 광원으로부터 조사된 광을 전달받고, 상기 광을 평행광으로 변환시키는 광 변환부, 상기 광 변환부로부터 출사되는 광을 광축을 따라 직선 방향으로 안내하는 광 안내부, 상기 광 안내부를 지나는 광을 집광하여 측정 대상체에 조사하는 집광부 및 상기 광 변환부에 고정되고, 상기 광 변환부가 상기 광축을 따라 왕복운동 가능하게 지지하는 가이드 부재를 포함한다.

상기 광 변환부는 콜리메이팅 렌즈를 포함하고, 상기 콜리메이팅 렌즈의 면적에 고르게 확산되는 평행광을 생성할 수 있다.

상기 콜리메이팅 렌즈는 GRIN(graded index)렌즈일 수 있다.

상기 GRIN 렌즈는 상기 광축을 따라 2개 또는 복수개로 구비될 수 있다.

상기 GRIN 렌즈는 평행광을 만드는 피치의 조합으로 배치될 수 있다.

상기 가이드 부재는 상기 집광부의 반경 방향 외측으로부터 이격되어 감싸는 실린더 형상으로 형성되고, 상기 가이드 부재의 스커트부가 측정 대상체의 외표면에 접촉한 상태로 왕복운동되며, 상기 가이드 부재의 내주면과 상기 집광부의 외주면 사이에 배치되는 구름접촉 부재를 포함할 수 있다.

상기 가이드 부재는 상기 집광부의 반경 방향 외측으로부터 이격되어 감싸는 실린더 형상으로 형성되고, 상기 집광부와 측정 대상체 사이에 설치되고, 공기에 의해 흡착되도록 상기 측정 대상체의 초점 영역을 둘러싸는 형상으로 형성되는 흡착 부재를 더 포함할 수 있다.

상기 흡착 부재는 탄성재질일 수 있다.

상기 가이드 부재는 상기 집광부의 반경 방향 외측으로부터 이격되어 감싸는 실린더 형상으로 형성되고, 상기 가이드 부재의 스커트부가 측정 대상체의 외표면에 접촉한 상태로 왕복운동되며, 상기 집광부의 외주면에 형성되고, 상기 가이드 부재의 내주면에 반경 방향 외측으로 돌출되는 플랜지부를 더 포함하고, 상기 플랜지부에 일단이 지지되고, 타단이 상기 가이드 부재의 내측에 지지되는 탄성 부재를 더 포함할 수 있다.

상기 가이드 부재는 상기 집광부의 반경 방향 외측으로부터 이격되어 감싸는 실린더 형상으로 형성되고, 상기 가이드 부재의 스커트부가 측정 대상체의 외표면에 접촉한 상태로 왕복운동되며, 상기 집광부의 외주면에 형성되고, 상기 가이드 부재의 내주면에 밀착되도록 반경 방향 외측으로 돌출되는 피스톤을 더 포함하고, 상기 피스톤의 왕복 운동 중 형성되는 내부 압력이 배출되도록 상기 가이드 부재에 관통 형성되는 관통공을 더 포함할 수 있다.

상기 영상 획득 광학 모듈에 광을 조사하기 위한 대물 렌즈를 갖는 내시경 장치를 포함하고, 상기 내시경 장치의 연성 튜브를 통하여 상기 내시경 장치와 분리 가능하게 결합될 수 있다.

본 발명의 기타 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.

본 발명에 따른 영상 획득 광학 모듈은, 측정 대상체에 대한 영상을 취득하는 과정에서 측정 대상체가 생체 조직인 경우에 호흡 또는 그 외의 움직임에 의해서 진동 또는 요동이 발생되더라도 가이드 부재가 광축을 따라 왕복운동됨과 동시에, 광 변환부에 의해 형성되는 평행광이 광 안내부를 통해 직선광을 유지하고 있기 때문에 초점거리의 변화로 인한 영상정보의 손실 없이 측정 대상체와 집광부 간의 거리(working distance; WD)를 유지할 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 영상 획득 광학 모듈은 모듈 형태로 제작 가능하므로 현존하는 모든 영상 시스템에 모듈 형태로 집적화하여 응용이 가능하다.

본 발명의 효과들은 이상에서 언급된 효과로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 영상 획득 광학 모듈이 대물 렌즈와 측정 대상체 사이에 위치한 상태를 개략적으로 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 영상 획득 광학 모듈을 개략적으로 나타낸 것이다.
도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 영상 획득 광학 모듈을 개략적으로 나타낸 사시도이다.
도 4는 본 발명의 제3 실시예에 따른 영상 획득 광학 모듈을 개략적으로 나타낸 것이다.
도 5는 본 발명의 제4 실시예에 따른 영상 획득 광학 모듈을 개략적으로 나타낸 것이다.
도 6은 본 발명의 제5 실시예에 따른 내시경 장치를 개략적으로 나타낸 것이다.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 제한되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술 분야의 통상의 기술자에게 본 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.

본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소 외에 하나 이상의 다른 구성요소의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다. 명세서 전체에 걸쳐 동일한 도면 부호는 동일한 구성 요소를 지칭하며, "및/또는"은 언급된 구성요소들의 각각 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다. 비록 "제1", "제2" 등이 다양한 구성요소들을 서술하기 위해서 사용되나, 이들 구성요소들은 이들 용어에 의해 제한되지 않음은 물론이다. 이들 용어들은 단지 하나의 구성요소를 다른 구성요소와 구별하기 위하여 사용하는 것이다. 따라서, 이하에서 언급되는 제1 구성요소는 본 발명의 기술적 사상 내에서 제2 구성요소일 수도 있음은 물론이다.

다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 기술자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또한, 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.

공간적으로 상대적인 용어인 "아래(below)", "아래(beneath)", "하부(lower)", "위(above)", "상부(upper)" 등은 도면에 도시되어 있는 바와 같이 하나의 구성요소와 다른 구성요소들과의 상관관계를 용이하게 기술하기 위해 사용될 수 있다. 공간적으로 상대적인 용어는 도면에 도시되어 있는 방향에 더하여 사용시 또는 동작시 구성요소들의 서로 다른 방향을 포함하는 용어로 이해되어야 한다. 예를 들어, 도면에 도시되어 있는 구성요소를 뒤집을 경우, 다른 구성요소의 "아래(below)"또는 "아래(beneath)"로 기술된 구성요소는 다른 구성요소의 "위(above)"에 놓여질 수 있다. 따라서, 예시적인 용어인 "아래"는 아래와 위의 방향을 모두 포함할 수 있다. 구성요소는 다른 방향으로도 배향될 수 있으며, 이에 따라 공간적으로 상대적인 용어들은 배향에 따라 해석될 수 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 영상 획득 광학 모듈이 대물 렌즈와 측정 대상체 사이에 위치한 상태를 개략적으로 나타낸 것이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 영상 획득 광학 모듈(100)은 도시하지 않은 광원으로부터 광(L)을 전달받는 대물 렌즈(10)를 통과한 광(L)을 제공받고, 제공받은 광(L)을 측정 대상체(S)에 조사하도록 배치될 수 있다.

측정 대상체(S)는 시험 또는 분석의 대상이 되는 물체일 수 있다. 측정 대상체는 소정의 투명도를 가질 수 있는데, 일 예로 생체 조직(tissue)일 수 있다.

도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 영상 획득 광학 모듈을 개략적으로 나타낸 것이다.

도 2를 도 1과 함께 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 영상 획득 광학 모듈은 광원(10), 광 변환부(110), 광 안내부(120), 집광부(130) 및 가이드 부재(140)를 포함할 수 있다.

이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 영상 획득 광학 모듈이 도 1에 도시한 바와 같이 별도의 대물 렌즈(10)에 결합되는 구조이고, 대물 렌즈(10)를 경유하여 도시되지 않은 광원의 광이 조사되는 것이므로 대물 렌즈가 광원(10)으로서 기능하는 것으로 이해되어야 한다.

광원(10)은 특정 파장의 광을 출사하기 위한 것으로서, 백색광 또는 단색광을 출사하는 LED 또는 다양한 파장의 레이저 빔을 출사하는 레이저 광원일 수 있다.

LED 또는 레이저 광원 외에도 단색광 또는 특정 파장의 광을 출사할 수 있는 장치라면 어떠한 장치라도 사용 가능하다.

광원(10)에 의해 방출되는 레이저의 파장은 일정한 범위 내에 포함될 수 있다. 광원(10)에 의해 방출되는 레이저의 파장은 측정 대상체(S)에 처리된 형광 물질의 여기 파장의 범위 내로 조절 및 제어될 수 있다.

광원(10)은 다색광을 방출할 수도 있다. 또는, 광원(10)에 의해 방출되는 광은 광대역(broad band)의 광 또는 시간에 따라 파장이 변화하는 광일 수 있다.

광대역의 광의 파장의 대역은 측정 대상체(S)에 처리된 형광 물질의 여기 파장의 범위 내로 조절 및 제어될 수 있다. 또한, 시간에 따라 파장이 변화하는 광의 파장의 범위는 측정 대상체(S)에 처리된 형광 물질의 여기 파장의 범위 내로 조절 및 제어될 수 있다.

광원(10)으로부터 조사된 광은 광 변환부(110)를 통과하면서 평행광으로 변환될 수 있다. 광 변환부(110)는 특정 렌즈를 포함할 수 있는데, 일 예로, 광 변환부(110)를 통과하는 광을 평행광으로 변환시키는 콜리메이팅 렌즈(collimation lens)일 수 있다.

상기 콜리메이팅 렌즈는 발산된 빛이 콜리메이팅 렌즈의 면적에 고르게 확산되도록 함으로써 진행 방향과 평행하게 만들어주는 구성으로서, 서로 다른 이동 방향을 갖는 광원이 콜리메이팅 렌즈에 의해 동일한 이동 방향으로 이동될 수 있다.

이러한 콜리메이팅 렌즈는 GRIN(graded index) 렌즈, 구면 렌즈, 비구면 렌즈 등일 수 있다. 또한, 광을 포커싱하는 집속렌즈들(미도시)을 더 포함할 수도 있다. 이러한 광학계 렌즈들은 렌즈 홀더(미도시)에 의해 프로브 바디(미도시)에 고정될 수 있다. 이러한 광학계의 구성은 광 파이버(미도시)에서 출사된 광의 특성이나 측정 대상체의 특성에 따라 적절히 설계될 수 있다.

상기 콜리메이팅 렌즈는 2개의 그린 렌즈(GRIN lens, Graded-Index lens)를 포함할 수 있다. 이러한 2개의 그린 렌즈를 통해 영상을 전송하며, 이는 카메라 모듈(미도시)을 통해 영상화 되어 별도의 연산 장치(미도시)에서 시각화 될 수 있다.

이 경우, 내시경 광학계에 사용되는 릴레이 렌즈(relay lens)로서 그린 렌즈가 이용될 수 있다. 그린 렌즈는 가늘고 긴 원기둥 형상으로 형성되어 있으며, 상기 원기둥의 중심축을 기준으로 중심부의 굴절력이 주변부보다 점차적으로 높은 특징을 갖고 있는 렌즈이다.

상기 2개의 그린 렌즈는 페이스 앵글(face angle)이 있는 그린 렌즈일 수 있다. 이 경우에는 서로 마주보고 있는 상태에서 광축을 따라 회전된 상태로 배치가 가능하다.

여기서, 페이스 앵글은 렌즈의 일면이 광축에 대해 기울어진 각도를 의미한다. 페이스 앵글을 갖는 렌즈를 페이스 앵글 렌즈라고도 한다.

다시 말해, 그린 렌즈는 원기둥 형태이나, 경우에 따라서는 한 면은 광축에 수직이되, 다른 한면은 광축에 일정한 각도를 두고 기울어진 형태로 만들 수 있다.

이때, 2개의 그린 렌즈를 서로 마주보도록 배치하고, 광축을 중심으로 회전시키면서 2개의 그린 렌즈의 굴절면 사이의 각으로 인해 광 경로를 제어할 수도 있다.

예를 들면, GRIN2915, GRIN2913과 같은 제품은 페이스 앵글이 0°인 원기둥 형태이기 때문에 그대로 적용가능하지만, GRIN2306A, GRIN2301A는 일면은 일정한 각도를 가지고 깎여 있고, 다른 일면은 평평한 형태이기 때문에 전술한 바와 같이 광축을 중심으로 회전시키면서 일정한 평행광을 형성하도록 제어할 수 있다. 특히, GRIN2306A, GRIN2308A, GRIN2310A, GRIN2313A, GRIN2315A와 같은 GRIN렌즈는 페이스 앵글이 8°인 그린 렌즈이다.

그린 렌즈의 경우, 전술한 바와 같이 상기 광축을 기준으로 중심부의 굴절력(a refractive index)이 주변부보다 점차적으로 높은 특징을 갖고 있는 렌즈이므로 지속적인 평행광을 형성하기 위해서는 서로 피치가 반대인 그린 렌즈를 동축 상에 마주보게 배치하되, 서로 인접하는 그린 렌즈는 1/4피치로 분할되도록 하는 것이 바람직하다.

즉, 그린 렌즈는 중앙의 굴절률이 높고, 주변부로 갈수록 굴절률이 낮아지기 때문에 입사되는 광이 광축을 향하여 모이는 프로파일 형태를 나타낸다.

이러한 프로파일은 일반적으로 정수배인 피치에서 나타나는 굴절이 유의미한 구간이다.

따라서, 평행광을 형성하기 위해서 광축을 따른 주기를 가공하되, 어느 하나의 그린 렌즈는 1/4피치 이하로 가공되고, 다른 하나의 1/4피치 이하로 가공된 그린 렌즈를 반대로 배치하면 도모하는 바와 같은 평행광을 형성할 수 있게 된다.

광 안내부(120)는 광 변환부(110)로부터 출사되는 광(L)이 자유공간 속에서 평행 상태로 통과하는 부분을 의미할 수 있다.

집광부(130)는 광 안내부(120)를 통과한 광(L)을 측정 대상체(S)로 모아주는 기능을 수행할 수 있다. 즉, 초점에 집광되는 광 도달 효율을 향상시킬 수 있다. 집광부(130)에 의해 측정 대상체(S)의 상이 측정 대상체(S)로부터 반사되고, 도시하지 않은 구성이지만 종래와 같은 구성으로서, 반사 거울을 통하여 카메라의 센서부에 맺히게 된다.

상기 카메라는 집광부(130)에 의해 맺힌 영상 정보를 전기적인 신호로 변환시켜 영상 출력 장치(미도시)를 통해 육안으로 확인할 수 있도록 한다. 상기 카메라는 CCD 센서, CMOS 센서 등이 사용될 수 있다.

다시, 도 2를 참조하면, 집광부(130)가 측정 대상체(S)에 대하여 왕복운동 가능하도록 일례로 베어링 또는 마찰력 저감을 이용하여 지지하는 가이드 부재(140)가 배치될 수 있다.

집광부(130)의 외표면에는 중공의 원기둥 형상의 경통(130a)이 일체로 형성될 수 있다.

가이드 부재(140)는 집광부(130)의 반경 방향 외측으로부터 이격되어 감싸는 실린더 형상으로 형성될 수 있다. 또한, 가이드 부재(140)의 일측이 개방됨으로써 경통(130a)의 축방향을 따른 일단부가 가이드 부재(140)의 내부에서 일부분 출몰되도록 한다.

경통(130a)은 측정 대상체(S)의 외표면에 접촉할 수 있고, 이와 같이 경통(130a)이 측정 대상체(S)의 외표면에 접촉되도록 함으로써 측정 대상체(S)의 진동 또는 요동이 발생되는 경우에 경통(130a)과 측정 대상체(S) 간의 접촉된 상태로 집광부(130)가 가이드 부재(140)의 내주면을 따라 왕복 이동 가능하게 된다.

가이드 부재(140)의 내주면과 경통(130a)의 외주면 사이에는 구름접촉 부재(150)가 포함될 수 있다.

구름접촉 부재(150)는 볼 베어링 구조를 개략적으로 도시한 것으로서, 어느 하나의 관체와 다른 하나의 관체가 동축 상에 배치된 상태에서 각 관체의 외주면과 내주면 사이에 배치되고, 각각의 관체가 구름접촉을 통해 슬라이딩 가능하도록 하는 볼 베어링 등의 다양한 구성이 적용 가능하다.

따라서, 측정 대상체(S)에 대한 영상을 취득하는 과정에서 측정 대상체(S)가 생체 조직인 경우에 호흡 또는 그 외의 움직임에 의해서 진동 또는 요동이 발생되더라도 경통(130a)이 측정 대상체(S)에 접촉한 상태로 집광부(130)가 광축을 따라 왕복운동된다. 이와 동시에, 광 변환부(110)에 의해 형성되는 평행광이 광 안내부(120)를 통해 직선광을 유지하고 있기 때문에 초점거리의 변화로 인한 영상정보의 손실 없이 측정 대상체(S)와 집광부(130) 간의 거리(working distance; WD)를 유지할 수 있는 효과를 갖게 된다.

도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 영상 획득 광학 모듈을 개략적으로 나타낸 사시도이다.

도 3을 참조하면, 본 발명의 제2 실시예에 따른 영상 획득 광학 모듈은 집광부(230)와 측정 대상체(S) 사이에 설치되고, 공기에 의해 흡착되도록 측정 대상체(S)의 초점 영역을 둘러싸는 형상으로 형성되는 흡착 부재(260)를 포함할 수 있다.

이때, 도 3에 도시된 구성은 도 2에 도시된 구성과 비교하여 볼 때, 흡착 부재(260)가 더 포함된 점에서 차이가 있을 뿐 그 외의 구성은 동일하므로 중복된 구성에 대한 자세한 설명은 생략한다.

흡착 부재(260)는 소정의 탄성복원력을 갖는 탄성 재질일 수 있다. 이로 인해, 측정 대상체(S)의 외표면에 흡착 부재(260)가 접촉한 상태로 측정 대상체(S) 측으로의 압력이 가해지면 흡착 부재(260)가 탄성 변형되며 흡착 부재(260)의 내부 공간에 존재하던 공기가 순간적으로 외측으로 배출됨과 동시에 흡착 부재(260)의 내부에 진공압이 형성되면서 측정 대상체(S)의 외표면에 흡착된 상태를 유지하게 된다.

즉, 측정 대상체(S)에 대한 영상을 취득하는 과정에서 측정 대상체(S)가 생체 조직인 경우에 호흡 또는 그 외의 움직임에 의해서 진동 또는 요동이 발생되더라도 흡착 부재(260)가 측정 대상체(S)의 외표면에 접촉한 상태로 집광부(230)가 광축을 따라 왕복운동되는 동안 평행광이 광 안내부(220)를 통해 직선광을 유지하고 있기 때문에 초점거리의 변화로 인한 영상 정보의 손실 없이 측정 대상체(S)와 집광부(230) 간의 거리를 유지할 수 있는 효과를 갖게 된다.

도 4는 본 발명의 제3 실시예에 따른 영상 획득 광학 모듈을 개략적으로 나타낸 것이다.

도 4를 참조하면, 본 발명의 제3 실시예에 따른 영상 획득 광학 모듈은 도 2에 도시된 구성과 비교하여 볼 때, 집광부(330)의 경통(330a)의 외주면에 형성되고, 가이드 부재(340)의 내주면에 밀착되도록 반경 방향 외측으로 돌출되는 플랜지부(331)를 더 포함하고, 플랜지부(331)에 일단이 지지되고, 타단이 가이드 부재(340)의 내측에 지지되는 탄성 부재(350)를 더 포함하는 구성 외에는 동일하므로 중복된 구성에 대한 설명은 생략한다. 본 실시예에서 경통(330a)는 집광부(33)를 수용하며, 측정 대상체에 접촉할 수 있다.

플랜지부(331)는 탄성 부재(350)의 일단을 지지하기 위하여 반경 방향 외측으로 돌출 형성될 수 있다. 플랜지부(331)의 직경은 가이드 부재(340)의 내주면에 접촉하지 않는 범위 내에서 형성될 수 있다. 즉, 플랜지부(331)는 경통(330a)의 외주면에 반경방향으로 가이드 부재(340)의 내주면과 간격을 두고 돌출될 수 있다. 또한, 탄성 부재(350)의 타단은 탄성 부재(350)를 마주보는 가이드 부재(340)의 내측면에 의해 지지될 수 있다.

탄성 부재(350)는 플랜지부(331)와 가이드 부재(340)의 내측면 사이에서 탄성 복원력을 형성할 수 있는 코일 스프링 등의 압축 스프링이 적용될 수 있다. 즉, 탄성 부재(350)는 플랜지부(331)와 가이드 부재(340)의 내측면 사이에 마련되어, 측정 대상체(S)의 표면을 가압하도록 탄성력을 발생할 수 있다.

측정 대상체(S)가 소정 각도로 기울어져 있는 경우에도, 측정 대상체(S)의 외표면에 의해서 경통(330a)이 상기 외표면으로부터 멀어지는 방향으로 이동되는 과정에서 탄성 부재(350)가 압축된 후에 탄성 부재(350)의 탄성 복원력에 의해 재차 상기 외표면 측으로 가압될 수 있다.

즉, 측정 대상체(S)에 대한 영상을 취득하는 과정에서 측정 대상체(S)가 생체 조직인 경우에 호흡 또는 그 외의 움직임에 의해서 진동 또는 요동이 발생되더라도 경통(330a)이 측정 대상체(S)에 접촉한 상태로 집광부(330)가 광축을 따라 왕복운동 중에 탄성 복원됨과 동시에, 광 변환부(310)에 의해 형성되는 평행광이 광 안내부(320)를 통과하여 직선광으로 유지되고 있기 때문에 초점거리의 변화로 인한 영상정보의 손실 없이 측정 대상체(S)와 집광부(330) 간의 작동 거리를 유지할 수 있는 효과를 갖게 된다.

도 5는 본 발명의 제4 실시예에 따른 영상 획득 광학 모듈을 개략적으로 나타낸 것이다.

도 5를 참조하면, 본 발명의 제4 실시예에 따른 영상 획득 광학 모듈은 가이드 부재(440)를 포함하고, 가이드 부재(440)는 집광부(430)의 반경 방향 외측으로부터 이격되어 감싸는 실린더 형상으로 형성될 수 있다.

가이드 부재(440)의 내부에 양압 또는 음압이 형성되도록 집광부(430)의 경통(430a)의 외주면으로부터 가이드 부재(440)의 내주면에 밀착되고 반경 방향 외측으로 돌출되는 피스톤(431)이 더 포함될 수 있다.

아울러, 피스톤(431)이 가이드 부재(440)의 내측 공간에 형성하는 압력이 점진적으로 배출될 수 있도록 가이드 부재(440)의 일측면을 관통하는 관통공(442)이 형성될 수 있다.

관통공(442)은 적어도 하나 이상 형성될 수 있으며, 형성되는 관통공(442)의 개수는 가이드 부재(440)의 내측 공간에 의해 정의되는 체적 또는 피스톤(431)의 직경에 따라 가이드 부재(440) 내부의 적절한 압력을 형성할 수 있는 개수로 설계될 수 있다.

경통(430a)의 일부분은 가이드 부재(440)로부터 출몰되도록 배치되되, 측정 대상체(S)의 외표면에 접촉할 수 있고, 이와 같이 접촉된 상태에서 측정 대상체(S)의 진동 또는 요동이 발생되는 경우에 가이드 부재(440)의 관통공(442)을 통하여 가이드 부재(440)의 내부 공간에 형성된 압력이 소량 배출되며 압력을 유지하는 과정을 통하여 집광부(430)가 광축을 따라 왕복 이동 가능하게 된다.

다시 말해, 측정 대상체(S)에 대한 영상을 취득하는 과정에서 측정 대상체(S)가 생체 조직인 경우, 측정 대상체(S)의 호흡 또는 그 외의 움직임에 의해서 진동 또는 요동이 발생되더라도 집광부(430)의 경통(430a)이 측정 대상체(S)의 외표면에 접촉한 상태로 광축을 따라 왕복운동되는 과정에서 피스톤(431)이 가이드 부재(440)의 내주면을 따라 이동되도록 관통공(442)을 통한 압력 배출이 조절되어 압력이 유지됨과 동시에, 광 변환부(410)에 의해 형성되는 평행광이 광 안내부(220)를 통해 지속적으로 조사되고 있기 때문에 초점거리의 변화로 인한 영상 정보의 손실 없이 측정 대상체(S)와 집광부(230) 간의 거리를 유지할 수 있는 효과를 갖게 된다.

도 6은 본 발명의 제5 실시예에 따른 내시경 장치를 개략적으로 나타낸 것이다.

도 6을 참조하면, 대물 렌즈(10)를 통하여 광원(10)으로부터 조사된 광이 공급되고, 이러한 광을 공급받는 연성형 내시경 장치(20)의 연성 튜브(21)가 구비되는 경우, 본 발명의 제5 실시예에 따른 내시경 장치는 전술한 바와 같은 제1 실시예 내지 제4 실시예 중 어느 하나에 따른 영상 획득 광학 모듈이 연성 튜브(21)를 갖는 연성형 내시경 장치(20)와 분리 가능하게 결합될 수 있다.

즉, 본 발명의 제5 실시예에 따른 영상 획득 광학 모듈은 경성 내시경 장치는 물론, 도시한 바와 같은 연성형 내시경 장치(20)의 연성 튜브(21)를 통하여 분리 가능하게 결합되어 살아있는 측정 대상체 내부의 생체 정보 측정이 가능하다. 다시 말해, 경성 또는 연성형 내시경 장치의 마운트부(500)에 설치되어 운용 가능하다.

본 발명에 따른 영상 획득 광학 모듈은, 측정 대상체에 대한 영상을 취득하는 과정에서 측정 대상체가 생체 조직인 경우에 호흡 또는 그 외의 움직임에 의해서 진동 또는 요동이 발생되더라도 가이드 부재가 광축을 따라 왕복운동됨과 동시에, 광 변환부에 의해 형성되는 평행광이 광 안내부를 통해 직선광을 유지하고 있기 때문에 초점거리의 변화로 인한 영상정보의 손실 없이 측정 대상체와 집광부 간의 거리를 유지할 수 있는 효과를 갖게 된다.

또한, 본 발명에 따른 영상 획득 광학 모듈은 모듈 형태로 제작 가능하므로 다양한 내시경 장치와 같은 영상 시스템에 모듈 형태로 집적화하여 응용이 가능하다.

이상, 첨부된 도면을 참조로 하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 기술자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로, 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며, 제한적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.

10: 광원
110: 광 변환부
120: 광 안내부
130: 집광부
140: 가이드 부재
S: 측정 대상체

Claims (11)

1. 광을 조사하는 광원;
   상기 광원으로부터 조사된 광을 전달받고, 상기 광을 평행광으로 변환시키는 광 변환부;
   상기 광 변환부로부터 출사되는 광을 광축을 따라 직선 방향으로 안내하는 광 안내부;
   상기 광 안내부를 지나는 광을 집광하여 측정 대상체에 조사하는 집광부;
   상기 집광부를 수용하며, 상기 측정 대상체에 접촉하는 경통;
   상기 광 변환부에 고정되고, 상기 광 변환부가 상기 광축을 따라 왕복운동 가능하게 지지하는 가이드 부재;
   상기 경통의 외주면에 반경방향으로 상기 가이드 부재의 내주면과 간격을 두고 돌출되는 플랜지부; 및
   상기 플랜지부와 상기 가이드 부재의 내측면 사이에 마련되어, 상기 측정 대상체의 표면을 가압하도록 탄성력을 발생하는 탄성 부재를 포함하며,
   상기 측정 대상체가 소정 각도로 기울어져 있는 경우, 상기 측정 대상체의 외표면에 의해 상기 경통이 상기 측정 대상체의 외표면으로부터 멀어지는 방향으로 이동되는 과정에서 상기 탄성 부재가 압축된 후에 상기 탄성 부재의 탄성 복원력에 의해 상기 경통이 상기 측정 대상체의 외표면 측으로 가압되는, 영상 획득 광학 모듈.
2. 제1항에 있어서,
   상기 광 변환부는 콜리메이팅 렌즈를 포함하고, 상기 콜리메이팅 렌즈의 면적에 고르게 확산되는 평행광을 생성하는, 영상 획득 광학 모듈.
3. 제2항에 있어서,
   상기 콜리메이팅 렌즈는 GRIN(graded index)렌즈인, 영상 획득 광학 모듈.
4. 제3항에 있어서,
   상기 GRIN 렌즈는 상기 광축을 따라 2개 또는 복수개로 구비되는, 영상 획득 광학 모듈.
5. 제4항에 있어서,
   상기 GRIN 렌즈는 평행광을 만드는 피치의 조합으로 배치되는, 영상 획득 광학 모듈.
6. 삭제
7. 제1항에 있어서,
   상기 가이드 부재는 상기 집광부의 반경 방향 외측으로부터 이격되어 감싸는 실린더 형상으로 형성되고,
   상기 집광부와 측정 대상체 사이에 설치되고, 공기에 의해 흡착되도록 상기 측정 대상체의 초점 영역을 둘러싸는 형상으로 형성되는 흡착 부재를 더 포함하는, 영상 획득 광학 모듈.
8. 제7항에 있어서,
   상기 흡착 부재는 탄성재질인, 영상 획득 광학 모듈.
9. 삭제
10. 삭제
11. 제1항에 있어서,
    상기 영상 획득 광학 모듈에 광을 조사하기 위한 대물 렌즈를 갖는 내시경 장치를 포함하고,
    상기 내시경 장치의 연성 튜브를 통하여 상기 내시경 장치와 분리 가능하게 결합되는, 영상 획득 광학 모듈.
    

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