KR102281635B1 - 갈바노미터 스캐너 장치를 구비한 광음향 현미경 시스템 - Google Patents

Abstract

갈바노미터 스캐너 장치; 레이저 빔을 생성하여 출력하는 레이저 발생부; 상기 레이저 발생부의 후단에 위치하고, 상기 레이저 발생부와 동일한 방향으로 배치되어 있고, 상기 레이저 빔을 변환하여 출력하는 광학계; 및 상기 광학계의 후면에 위치하여 상기 광학계와 동일한 방향에 배치되어 있고, 상기 광학계에서 출력되는 상기 레이저 빔을 관통구를 통하여 상기 갈바노미터 스캐너 장치측으로 전송하고, 상기 레이저 빔에 따른 열탄성 팽창 현상의 결과 대상물에서 발생하는 초음파에 따른 초음파 신호를 증폭부로 전달하는, 링 트랜스듀서;를 포함하고, 상기 갈바노미터 스캐너 장치는, 상기 링 트랜스듀서가 제1 측면에 배치되고, 상기 제1 측면과 다른 제2 측면에서 상기 대상물과 접촉하며, 상부면이 개방되어 있고, 내부에 물이 담겨 있는, 하우징 및, 상기 하우징에 담겨있는 상기 물에 미러의 전부 및 미러 장착축의 일부가 잠기도록 상기 하우징의 개방된 상기 상부면에 배치된 갈바노미터 스캐너를 더 포함하는, 갈바노미터 스캐너를 구비한 광음향 현미경 시스템이 개시된다.

Description

갈바노미터 스캐너 장치를 구비한 광음향 현미경 시스템{GALVANOMETER SCANNER AND PHOTOACOUSTIC MICROSCOPY SYSTEM HAVING THE SAME}

본 발명은 갈바노미터 스캐너 장치를 구비한 광음향 현미경 시스템에 관한 것이다.

광음향 현미경 시스템은 레이저 빔(laser beam)을 검사하고자 하는 대상물의 부위에 조사한 후 레이저 빔이 대상물에 흡수되는 양에 따라 발생되는 초음파를 측정하여 대상물의 원하는 부위에 대한 3차원 영상을 획득하는 시스템이다.

이러한 광음향 현미경 시스템에서, 일반적으로 대상물에 조사되는 빛과 대상물에서 발생되는 초음파가 같은 경로로 초점을 일치시켜 광음향 신호의 측정 감도를 극대화시킨다.

빛과 초음파를 하나의 경로로 초점을 일치시키기 위해, 광-음향 결합부와 같은 추가적인 장치가 사용되거나, 초음파 트랜스듀서(ultrasonic transducer)의 가운데 부분에 구멍이 형성되어 있는 링 트랜스듀서(ring transducer)가 사용된다.

초음파는 물속이나 초음파 겔(ultrasound gel)과 같은 액체 속에서 전달 효율이 좋기 때문에 주로 물이나 초음파 겔 속에서 초음파의 수집 동작이 이루어진다.

따라서, 초음파를 수집하는 초음파 트랜스듀서나 광-초음파 결합부와 같은 부품은 주로 물 속에 위치하거나 겔 속에 위치하게 된다. 일반적으로 물속에 위치한 초음파 트랜스듀서나 광-초음파 결합부를 2차원으로 스캐닝하기 위해 스텝 모터(step motor) 기반의 선형 스테이지(linear stage)가 사용되는데, 느린 스캐닝 속도로 인해 광음향 현미경의 전체 영상속도가 느리다는 단점이 있었다.

갈바노미터 스캐너(galvanometer scanner)는 사인파나 삼각파 등과 같은 다양한 입력 신호에 따른 정확한 응답성과 빠른 이동성 등에 의해 빛을 스캔하는 특성을 가지고 있어, 광간섭 단층 영상 촬영 장치(optical coherence tomography, OCT)와 이광자 현미경(two-photon microscope) 등과 같은 다양한 광학 영상 스캐닝 장치에 널리 사용되고 있다.

갈바노미터 스캐너를 이용하는 광음향 현미경의 경우, 공기 중에서 빛만을 이용하여 대상물을 스캐닝해 원하는 대상물의 영상을 획득하는 경우도 있지만, 이런 경우 대상물의 측정 감도가 낮아 사용에 한계가 발생한다.

따라서, 측정 감도를 높이기 위해, 광음향 현미경은 빛뿐만 아니라 초음파를 이용하는 경우가 많고, 이 경우, 동축 공초점을 유지한 채 빛과 초음파를 이용하여 해당 대상물을 동시에 스캐닝해야 하고 이를 위해서 모터를 이용하게 된다.

하지만, 모터를 이용하는 갈바노미터 스캐너의 경우, 모터의 사용 특성 상 습기에 취약하기 때문에 초음파의 전달 매질인 물 속 등에서는 사용될 수 없으므로, 초음파와 빛을 동시에 스캐닝하는 광음향 현미경 시스템의 경우, 이러한 갈바노미터 스캐너를 사용하는데 많은 제약이 있었다.

대한민국 등록특허 등록번호 제10-1156843호(공고일자: 2012년06월18일, 발명의 명칭: 갈바노미터 스캐너)

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 갈바노미터 스캐너를 이용하여 물과 같은 유체속에서 빛과 초음파를 스캐닝할 수 있도록 하는 것이다.

본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는 갈바노미터 스캐너를 구비하는 광음향현미경 시스템의 측정 감도를 향상시키기 위한 것이다.

본 발명이 이루고자 하는 또 다른 기술적 과제는 갈바노미터 스캐너를 구비하는 광음향현미경 시스템의 영상 출력 속도(image display speed)를 향상시키기 위한 것이다.

상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 한 특징에 따른 갈바노미터 스캐너는 한 면에 축 삽입구를 구비하고, 내용물이 담겨있는 하우징의 상기 축 삽입구에 일부가 삽입되는 미러 장착축, 그리고 상기 미러 장착축에 장착되어 상기 하우징 내부에 위치하는 미러를 포함한다.

상기 미러 장착축과 상기 하우징은 소수성 재료로 이루어질 수 있다.

상기 특징에 따른 갈바노미터 스캐너는 상기 미러 장착축에 삽입되어 상기 축 삽입구에 장착되는 밀봉 부재를 더 포함할 수 있다.

*상기 특징에 따른 갈바노미터 스캐너는 상기 축 삽입구와 상기 축 삽입구에 삽입되어 있는 미러 장착축 부분 사이의 공간에 충진되어 있는 방수제를 더 포함할 수 있다.

상기 특징에 따른 갈바노미터 스캐너는 상기 미러와 상기 미러 장착축의 일부를 제외한 갈바노미터 스캐너를 에워싸고 있는 방수 케이스를 더 포함할 수 있다.

상기 축 삽입구는 상기 하우징의 상부면에 위치하고, 상기 미러 장착축은 설치면에 수직하게 상기 축 삽입구에 삽입될 수 있다.

상기 축 삽입구는 상기 하우징의 상부면에 위치하고, 상기 미러 장착축은 설치면에 정해진 각도로 경사지게 상기 축 삽입구에 삽입될 수 있다.

상기 축 삽입구는 상기 하우징의 측면에 위치하고, 상기 미러 장착축은 설치면에 평행하게 상기 축 삽입구에 삽입될 수 있다.

상기 미러는 평탄면을 갖거나 경사면을 가질 수 있다.

상기 특징에 따른 갈바노미터 스캐너는 상기 미러 장착축에 장착되는 모터 회전축을 구비하고 있는 모터를 포함하는 모터부를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 다른 특징에 따른 광음향 현미경 시스템은 갈바노미터 스캐너,

레이저 빔을 생성하여 출력하는 레이저 발생부, 그리고 상기 레이저 발생부의 후단에 위치하고, 상기 레이저 발생부에서 출력되는 상기 레이저 빔을 상기 갈바노미터 스캐너 쪽으로 출력하고 상기 갈바노미터 스캐너쪽으로부터 입력되는 초음파를 출력하는 링 트랜스듀서를 포함하고, 상기 갈바노미터 스캐너는 한 면에 축 삽입구를 구비하고, 내용물이 담겨있는 하우징의 상기 축 삽입구에 일부가 삽입되는 미러 장착축, 그리고 상기 미러 장착축에 장착되어 상기 하우징 내부에 위치하는 미러를 포함할 수 있다.

상기 미러 장착축과 상기 하우징은 소수성 재료로 이루어질 수 있다.

상기 갈바노미터 스캐너는 상기 미러 장착축에 삽입되어 상기 축 삽입구에 장착되는 밀봉 부재를 더 포함할 수 있다.

상기 갈바노미터 스캐너는 상기 축 삽입구와 상기 축 삽입구에 삽입되어 있는 미러 장착축 부분 사이의 공간에 충진되어 있는 방수제를 더 포함할 수 있다.

상기 갈바노미터 스캐너는 상기 미러와 상기 미러 장착축의 일부를 제외한 갈바노미터 스캐너를 에워싸고 있는 방수 케이스를 더 포함할 수 있다.

상기 축 삽입구는 상기 하우징의 상부면에 위치하고, 상기 미러 장착축은 설치면에 수직하게 상기 축 삽입구에 삽입될 수 있다.

상기 축 삽입구는 상기 하우징의 상부면에 위치하고, 스캐너는 상기 미러 장착축은 설치면에 정해진 각도로 경사지게 상기 축 삽입구에 삽입될 수 있다.

상기 축 삽입구는 상기 하우징의 측면에 위치하고, 상기 미러 장착축은 설치면에 평행하게 상기 축 삽입구에 삽입될 수 있다.

상기 미러는 평탄면을 갖거나 경사면을 가질 수 있다.

본 발명에 따르면, 갈바노미터 스캐너는 밀봉 부재, 방수제, 소수성 물질 및 방수 케이스 중 적어도 하나를 이용하여 누수에 대응하는 방수 조치를 취하고 있다.

따라서, 본 예의 갈바노미터 스캐너는 하우징 속에 담겨있는 유체를 통한 레이저 빔의 전송 동작 및 초음파의 전송 동작에 의해 대상물의 스캔 동작이 이루어진다.

따라서, 본 예의 갈바노미터 스캐너를 구비한 광음향 현미경 시스템은 레이저 빔과 초음파를 이용하여 같은 경로로 초점을 일치시킨 채 스캔 영상의 획득 동작을 실시하므로, 광음향 현미경 시스템의 영상 획득 효율이 향상된다.

또한, 광음향 현미경 시스템은 초음파의 전달 효율이 좋은 유체를 통해 전달되는 초음파를 획득하여 스캔 영상을 획득하므로, 초음파의 획득 효율이 크게 향상된다.

따라서, 대상물의 스캔 부위에 대한 영상인 스캔 영상의 선명도가 향상되고, 이에 따라 광음향 현미경 시스템의 측정 감도 역시 향상된다.

추가적으로, 유체속에서 동작하는 갈바노미터 스캐너를 이용하여 유체속으로 전달되는 레이저 빔과 초음파를 같은 경로로 초점을 일치시켜 높은 감도를 유지한 채 대상물에 대한 스캔 영상이 획득된다.

이로 인해, 갈바노미터 스캐너를 이용하여 초음파 신호를 획득한 광음향 현미경 시스템의 영상 획득 속도가 향상되어, 사용자의 만족도가 향상된다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 광음향 현미경 시스템의 개략적인 블록도이다.
도 2는 도 1의 광음향 현미경 시스템에 사용된 갈바노미터 스캐너의 일부 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 갈바노미터 스캐너가 하우징에 장착되는 상태를 예시적으로 도시한 도면으로서, 도시의 편의를 위해 하우징의 한 면은 개방된 상태로 도시한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 갈바노미터 스캐너의 누수 방수 조치의 한 예를 도시한 도면으로서, 방수제가 축 삽입구에 도포된 상태를 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 갈바노미터 스캐너의 누수 방수 조치의 다른 예를 도시한 도면으로서, 방수 케이스를 이용한 경우를 도시한 도면이다.
도 6과 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 갈바노미터 스캐너에 장착된 미러의 예를 도시한 도면으로서, 도 6은 평탄면을 갖는 미러를 도시한 도면이고, 도 7은 경사면을 갖는 미러를 도시한 도면이다.
도 8과 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 갈바노미터 스캐너가 하우징의 측면을 관통해 삽입되어 설치면과 평행하게 위치한 경우를 도시한 도면으로서, 도 8은 평탄면을 갖는 미러가 장착된 경우이고, 도 9는 경사면을 갖는 미러가 장착된 경우이다.
도 10 내지 도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 갈바노미터 스캐너가 하우징의 상부면을 관통해 설치되어 있는 경우를 도시한 도면으로서, 도 10은 평탄면을 갖는 미러를 장착한 갈바노미터 스캐너가 설치면과 수직하게 위치한 경우이고, 도 11은 경사면을 갖는 미러를 장착한 갈바노미터 스캐너가 설치면과 수직하게 위치한 경우이며, 도 12는 경사면을 갖는 미러를 장착한 갈바노미터 스캐너가 설치면과 정해진 각도로 경사지게 위치한 경우이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명한다. 본 발명을 설명하는데 있어서, 해당 분야에 이미 공지된 기술 또는 구성에 대한 구체적인 설명을 부가하는 것이 본 발명의 요지를 불분명하게 할 수 있다고 판단되는 경우에는 상세한 설명에서 이를 일부 생략하도록 한다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 용어들은 본 발명의 실시예들을 적절히 표현하기 위해 사용된 용어들로서, 이는 해당 분야의 관련된 사람 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 따라서, 본 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

여기서 사용되는 전문용어는 단지 특정 실시예를 언급하기 위한 것이며, 본 발명을 한정하는 것을 의도하지 않는다. 여기서 사용되는 단수 형태들은 문구들이 이와 명백히 반대의 의미를 나타내지 않는 한 복수 형태들도 포함한다. 명세서에서 사용되는 '포함하는'의 의미는 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소 및/또는 성분을 구체화하며, 다른 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소, 성분 및/또는 군의 존재나 부가를 제외시키는 것은 아니다.

이하, 첨부된 도면을 참고로 하여 본 발명의 일 실시예에 따른 갈바노미터 스캐너 및 이를 구비한 광음향 현미경 시스템에 대해서 설명하도록 한다.

도 1 내지 도 3을 참고로 하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 갈바노미터 스캐너를 구비한 광음향 현미경 시스템에 대하여 설명한다.

도 1에 도시한 것처럼, 본 예의 광음향 현미경 시스템(1)은 제어부(110), 제어부(110)에 연결되어 있는 레이저 발생부(120), 레이저 발생부(120)의 후단에 위치하는 광학계(130), 광학계(130)의 후단에 위치하는 링 트랜스듀서(ring transducer)(140), 링 트랜스듀서(140)의 전단에 위치하는 갈바노미터 스캐너(151)를 구비하는 갈바노미터 스캐너 장치(150), 갈바노미터 스캐너 장치(150)에 인접하게 위치하여 스캐닝되는 대상물(161)이 위치하는 스테이지(stage)(160), 스테이지(160)에 연결되어 있는 위치 조정부(170), 링 트랜스듀서(140)의 후단에 위치하는 증폭부(180) 및 제어부(110)에 연결되어 있는 영상 출력부(200)를 구비한다.

제어부(110)는 광음향 현미경 시스템(1)의 전반적인 동작을 제어하는 제어 유닛으로서, 레이저 발생부(120), 갈바노 스캐너 장치(150), 위치 조정부(170), 증폭부(180) 및 영상 출력부(200)에 연결되어 이들의 동작을 제어한다.

따라서, 제어부(110)는 레이저 발생부(120), 갈바노 스캐너 장치(150) 및 위치 조정부(170)로 각각 해당 상태의 제어 신호를 출력하여 레이저 발생부(120), 갈바노 스캐너 장치(150) 및 위치 조정부(170)의 동작을 제어한다.

또한, 제어부(110)는 증폭부(180)로부터 인가되는 초음파 신호를 입력받아 이를 처리하여 영상 출력부(200)로 출력하여 대상물(161)의 상태를 시각적으로 확인할 수 있도록 한다.

레이저 발생부(120)는, 이미 기술한 것처럼, 연결되어 있는 제어부(110)로부터 제어 신호가 인가됨에 따라 동작하여 레이저 빔을 광학계(130) 쪽으로 조사한다.

본 예에서, 레이저 발생부(120)에서 생성되는 레이저는 Q-switched Nd:YAG 레이저(532nm, 1064nm), dye 레이저(500nm~650nm), Ti: Sapphire 레이저(700nm~900nm) 등의 펄스 레이저일 수 있다.

레이저 발생부(120)의 후단에 위치하고 있는 광학계(130)는 레이저 발생부(120)로부터 출력되는 레이저를 변환하여 링 트랜스듀서(140)로 출력하는 것으로서, 콜리메이터(collimator)(131)와 콜리메이터(131)의 후단에 위치하는 대물 렌즈(objective lens)(132)를 구비한다.

콜리메이터(131)는 레이저 발생부(120)에서 출력되는 레이저 빔을 입력받아 정해진 크기의 광선속으로 변환시켜 대물 렌즈(132) 쪽으로 출력한다.

따라서, 콜리메이터(131)에서 출력되는 레이저 빔은 대물 렌즈(132)로 입사되고, 대물 렌즈(132)를 통과한 레이저 빔은 링 트랜스듀서(140) 쪽으로 조사된다.

본 예에서, 광학계는 자유 공간 광학계를 이용하지만, 이에 한정되지 않고 대안적인 예에서 광섬유를 이용하는 광섬유 광학계를 이용할 수 있다.

링 트랜스듀서(140)는 가운데 부분에 링 트랜스듀서(140)를 관통하는 관통구를 구비하여 링 형태의 평면 형상을 갖고 있는 트랜스듀서이다.

이러한 링 트랜스듀서(140)는 대물 렌즈(132)로부터 입사되는 레이저 빔을 갈바노미터 스캐너 장치(150) 쪽으로 전송하고, 갈바노미터 스캐너 장치(150)로부터 출력되는 초음파를 수신하여 증폭부(180) 쪽으로 출력한다.

따라서, 대물 렌즈(132)로부터 출사되는 레이저 빔은 이미 기술한 것처럼 링 트랜스듀서(140)의 관통구를 통과하여 갈바노미터 스캐너 장치(150) 쪽으로 입사된다.

*본 예의 갈바노미터 스캐너 장치(150)는 이미 기술한 것처럼, 갈바노미터 스캐너(151)와 갈바노미터 스캐너(151)의 일부가 그 내부에 삽입되는 하우징(housing)(152)을 구비한다.

이때, 하우징(152)은 육면체 형상을 갖고 있고, 그 내부에는 초음파 획득의 효율을 높이기 위한 물이나 물 이외의 다른 유체(예, 초음파 겔)가 담겨있다.

하우징(152)의 한 면은 적어도 일부분이 개방되어 있어 해당 면의 개방된 부분을 통해 미러 장착축(1512)의 일부가 삽입되어 미러(153)가 하우징(152) 내의 물이나 유속 속에 위치하도록 한다.

스캔 동작이 이루어지는 대상물(161)과 대면하고 있는 하우징(152)의 면은 레이저 빔과 초음파의 전송을 위해 다른 면 보다 얇은 두께를 갖고 있고, 레이저 빔과 초음파가 모두 투과할 수 있는 투명한 재료로 이루어질 수 있다.

갈바노미터 스캐너(151)는, 도 2 및 도 3에 도시한 것처럼, 모터 회전축(1511a)에 연결되어 있는 모터 및 모터에 연결되어 모터를 동작시키는 모터 구동부를 구비하고 있는 모터부(1511), 모터 회전축(1511a)에 삽입되어 연결되는 미러 장착축(1512), 그리고 미러 장착축(1512)에 장착되어 있는 미러(1513)를 구비한다.

이때, 하우징(152) 속에 삽입되는 부분은 미러(1513) 전체와 미러 장착축(1512)의 일부만이 삽입되어 하우징(152)에 담긴 내용물(즉, 물이나 초음파 겔) 속에 위치하게 된다.

이런 상태에서, 모터부(1511)에 내장된 모터 구동부의 동작에 의해, 갈바노미터 스캐너(151)의 모터는 정해진 각도(예를 들어 20도 이내)를 유지하면서 왕복 진동 회전하고, 이러한 모터의 회전 동작에 의해, 모터와 연결되어 있는 모터 회전축(1511a) 역시 모터의 회전 상태와 동일하게 일정한 각도를 유지하면 왕복 진동 회전한다.

따라서, 모터 회전축(1511a)의 회전에 의해 미러(1513)가 장착되어 있는 미러 장착축(1512) 역시 회전하여 최종적으로 미러(1513)를 원하는 각도와 방향으로 원하는 속도로 회전시키기 된다.

모터 회전축(1511a)에 삽입되어 모터 회전축(1511a)과 연결되어 있는 미러 장착축(1512)은 이미 기술한 것처럼 단부에 미러(1513)를 장착하고 있다.

이러한 미러 장착축(1512)은 모터 회전축(1511a)이 삽입되는 축 장착홈(도시하지 않음)을 구비하고 외부로 노출되어 있는 제1 부분(521), 제1 부분(521)과 끊김 없이 연결되어 있고 하우징(152)의 해당 면, 즉 하우징(152)의 축 삽입구가 위치하는 면 속에 위치하는 제2 부분(522), 그리고 제2 부분(522)과 끊김 없이 연결되어 있어 하우징(152) 속에 위치하는 제3 부분(523)을 구비한다.

따라서, 제1 부분(521)의 일측은 모터 회전축(1511a)에 삽입되어 모터 회전축(1511a)과 연결되어 있다. 이때, 축 장착홈과 모터 회전축(1511a)의 단면 형상은 반원 형상이나 원형과 다양한 형상을 가질 수 있다.

또한, 제3 부분(523)의 단부에는 미러(1513)가 장착되어 있다.

끊김 없이 서로 연결되어 있는 미러 장착축(1512)의 제1 내지 제3 부분(521-523)은, 미러(1513)가 장착되는 제3 부분(523)의 일부분인 단부를 제외하면, 동일한 크기의 지름을 갖고 있어 미러 장착축(1512)은 원통형 형상을 가질 수 있다.

이러한 미러 장착축(1512)은, 이미 기술한 것처럼, 제1 부분(521)에 의해 모터 회전축(1511a)과 연결되어 있으므로, 모터 회전축(1511a)과 동일한 상태로 회전하여 미러 장착축(1512)의 제3 부분(523)에 장착된 미러(1513)를 미러 장착축(1512)과 동일한 상태, 즉 같은 방향과 속도로 하우징(152) 내의 내용물 속에서 회전시킨다.

미러(1513)는 링 트랜스듀서(140)를 통해 전송되는 레이저 빔을 스캐닝하고자 하는 대상물(161) 쪽으로 반사하고, 대상물(161)로부터 출력되는 초음파를 다시 링 트랜스듀서(140) 쪽으로 반사한다.

이러한 미러(1513)의 해당 면[즉, 대상물(161)과 인접한 면]은, 도 6 및 도 7에 도시한 것처럼, 평탄면을 갖거나 경사면을 갖고 있다.

이때, 미러(15130의 해당 면에는 레이저 빔과 초음파의 반사도를 동시에 향상시키기 위해 알루미늄(Al)과 같은 반사도가 높은 재료로 코팅되어 있거나 해당 재료가 코팅된 반사판이 추가로 부착될 수 있다. 반사판은 실리콘(silicon)으로 이루어질 수 있다.

미러(1513)가 경사면을 갖는 경우에는 원통형의 미러 몸체를 대각선 방향으로 절단하여 경사면을 형성할 수 있다. 이때, 경사면의 각도는 절단 각도에 따라 정해진다.

하우징(152)은, 도 3에 도시한 것처럼, 가운데 부분에 내용물이 담기는 공간(SP152)을 구비하고 있고, 어느 한 면의 적어도 일부가 개방되어 미러 장착축(1512)이 회전 가능한 상태로 삽입되는 축 삽입구를 구비하고 있다.

이때, 하우징(152)에 채워진 내용물이 외부로 누수되는 것을 방지하기 위해, 다음과 같은 다양한 누수 방지 조치 중 적어도 하나가 취해질 수 있다.

먼저, 첫 번째로, 도 3에 도시한 것처럼, 오링(O-ring), 실리콘, 고무 또는 우레탄 등으로 제작된 오일 씰(oil seal) 또는 방수 베어링(bearing)과 같은 밀봉 부재(1541)가 미러 장착축(1512)에 삽입된 후 축 삽입구 주변, 즉, 축 삽입구가 위치한 하우징(152) 면의 내측부와 외측부 중 적어도 한 쪽에 장착되어 있다.

두 번째로, 도 4에 도시한 것처럼, 미러 장착축(1512)의 제2 부분(521)이 삽입되는 축 삽입구에는 겔(gel) 상태와 같은 반고체 상태의 방수제[예, 그리스(grease)](310)가 충진되어 있어, 미러 장착축(1512)의 제2 부분(522)의 외측면과 축 삽입구가 접해 있는 하우징(152)의 해당 면 사이의 빈 틈인 공간은 방수제로 메워진다.

세 번째로는 도 5에 도시한 것처럼, 하우징(152)의 내용물과 접하는 부위인 하우징(152)과 미러 장착축(1512)은 소수성(hydrophonic property)을 갖는 소수성 물질(hydrophobic material)[예, 테프론(telfon)]로 이루어질 수 있다.

네 번째로는 도 5에 도시한 것처럼 갈바노미터 스캐너(151) 자체를 방수 기능을 갖는 방수 케이스(320)로 밀봉한 후, 하우징(152)속에 삽입할 수 있다.

방수 케이스(320)는 방수가 가능한 비닐(vinyl)이나 플라스틱(plastic)과 같은 합성 수지 등으로 이루어질 수 있다.

이때, 하우징(152) 내에 위치하는 미러(1513) 및 미러(1513)와 인접해 있는 미러 장착축(1512)의 제3 부분(522)의 적어도 일부는 방수 케이스(320)로 밀봉되지 않는다.

또한, 이들 부분(153, 523)를 제외한 갈바노미터 스캐너(151)의 부분에서 하우징(152)과 멀리 위치해 있는 부분과 같이 일부는 방수 케이스(320)로 밀봉되지 않을 수 있다.

이와 같이, 하우징(152) 안에 위치하는 내용물의 누수 현상을 방지하기 위한 본 예의 다양한 누수 방지 조치 중 적어도 하나가 본 예의 갈바노미터 스캐너(151)에 채용되어 적용되므로, 하우징(152) 내에 내용물은 축 삽입구를 통해 외부로 유출되지 않는다.

이러한 갈바노미터 스캐너(151)는 하우징(152)에 다양한 각도로 설치될 수 있다. 이때, 갈바노미터 스캐너(151)의 설치 각도는 설치면을 기준으로 한 각도이고, 갈바노미터 스캐너(151)를 이용하여 촬영하고자 하는 대상물(161)의 촬영 위치에 따라 설치 각도가 달라질 수 있다.

먼저, 갈바노미터 스캐너(151)는 도 3, 도 8 및 도 9에 도시한 것처럼, 하우징(152)의 어느 한 측면에 설치되고, 이런 경우, 갈바노미터 스캐너(151)는 설치면과 평행하게 위치한다.

이처럼, 갈바노미터 스캐너(151)가 설치면에 평행하게 설치될 경우에 미러(1513)는 평탄면을 갖거나(도 3 및 도 8)과 경사면을 가질 수 있다(도 9). 또한, 갈바노미터 스캐너(151)에 촬영되는 대상물(161)은 하우징(152)의 하부면 아래에 위치한다.

도 8에 도시한 것처럼, 미러(1513)가 평탄면을 가질 경우, 갈바노미터 스캐너(151)는 링 트랜스듀서(140)가 설정된 측면과 바로 인접한 측면에 위치하여, 미러(1513)는 링 트랜스듀서(140)와 대면하게 위치한다.

따라서, 링 트랜스듀서(140)의 관통구를 통과한 레이저 빔은 미러(1513)에 반사되어 대상물(161) 쪽으로 입사되고, 대상물(161)로부터 출력되는 초음파는 미러(1513)에 반사되어 링 트랜스듀서(140) 쪽으로 전달된다.

도 3, 도 4 및 도 8과 같이, 갈바노미터 스캐너 장치(150)가 평탄면인 미러(1513)를 갖고 있고 갈바노미터 스캐너(151)가 설치면에 평행하게 설치되는 경우, 갈바노미터 스캐너(151)는 입사되는 빔을 자신의 회전 각도의 약 2배(입사-반사)로 스캔할 수 있으므로, 대상물(161)의 스캐닝 효율이 매우 향상된다.

반면, 도 9과 같이, 미러(1513)가 경사면을 가질 경우, 갈바노미터 스캐너(151)는 링 트랜스듀서(140)가 설정된 측면의 반대쪽에 위치하고 있는 측면에 위치한다. 따라서, 링 듀랜듀서(140)와 미러(1513)의 경사면은 서로 반대편에서 대면하고 있다.

이로 인해, 링 트랜스듀서(140)의 관통구를 통과한 레이저 빔은 반대편에 위치하고 있는 미러(1513)의 경사면에 반사되어 대상물(161) 쪽으로 입사되고, 반대로 대상물(161)로부터 출력되는 초음파는 미러(1513)의 경사면에 반사되어 링 트랜스듀서(140) 쪽으로 전달된다.

*이 경우, 갈바노미터 스캐너(151)를 설치하기 위해, 하우징(152)의 설치면인 측면의 일부가 개방되어 있으므로, 하우징(152) 내부의 내용물은 개방된 측면의 해당 부분을 통해 누수될 위험성이 있다. 하지만, 본 예의 경우, 이미 기술한 다양한 누수 방지 조치 중 적어도 하나가 갈바노미터 스캐너(151)에 적용되므로, 내용물의 누수 현상은 발생하지 않는다.

도 9와 같이. 갈바노미터 스캐너(151)가 설치면에 평행하게 설치되지만 경사면의 미러(1513)를 구비하는 경우, 갈바노미터 스캐너(151)의 설치 각도를 평탄면의 경우에 비해 상이하게 하여 갈바노미터 스캐너(151)의 설치를 평탄면의 경우보다 좀 더 용이하게 할 수 있다. 또한 도 8의 경우의 X축 방향으로 레이저 빔이나 초음파의 스캐닝 동작이 행해지는 반면, 도 9의 경우에는 Y축 방향으로 레이저 빔이나 초음파의 스캐닝 동작이 이루어진다.

다른 예로서, 도 10 내지 도 12에 도시한 것처럼, 갈바노미터 스캐너(151)는 하우징(152)의 상부면에 위치할 수 있다.

도 10 및 도 11은 갈바노미터 스캐너(151)가 하우징(152)의 상부면에 수직하게 위치하여, 갈바노미터 스캐너(151)는 설치면에 수직하게 위치한다.

이러한 경우에도, 미러(1513)는 평탄면을 갖거나(도 10), 경사면을 가질 수 있다(도 11).

도 10 및 도 11와 같이 미러(1513)가 평탄면이나 경사면을 가질 경우, 갈바노미터 스캐너(151)는 미러(1513)의 해당 면이 링 트랜스듀서(140)와 대면하는 방향에 위치하도록 설치된다. 이로 인해, 링 트랜스듀서(140)의 관통구를 통과한 레이저 빔은 링 트랜스듀서(140)와 대면하고 있는 미러(1513)의 해당 면에 반사되어 대상물(161) 쪽으로 반사되고, 대상물(161)에서 출력되는 초음파는 미러(1513)의 해당 면에 반사되어 링 트랜스듀서(140) 쪽으로 전달되도록 한다.

갈바노미터 스캐너(151)가 하우징(152)의 상부면에 수직하게 위치할 때, 미러(1513)가 평탄면을 가지면, 촬영하고자 하는 대상물(161)은 하우징(152)의 측면에 인접하게 위치하여 하우징(152)의 해당 측면에 인접해 있는 대상물(161)의 부분이 좀 더 효율적으로 촬영된다.

반면, 미러(1513)가 경사면을 가질 경우, 대상물(161)은 하우징(152)의 하부면 아래에 위치하여 대상물(161)의 촬영이 이루어지도록 한다.

하우징(152)의 상부면에 갈바노미터 스캐너(151)가 설치될 경우, 다른 예로서, 갈바노미터 스캐너(151)는, 도 12에 도시한 것처럼, 설치면에 0도 초과 90도 이하의 각도로 경사지게 설치될 수 있다.

*이 때, 미러(1513)는 경사면을 갖는 미러가 이용될 수 있고, 미러(1513)의 경사면은 하우징(152)에 장착된 링 트랜스듀서(140)와 대면하게 위치한다. 또한, 이 경우, 대상물(161)는 하우징(152)의 하부면 밑에 위치하는 것이 좋다.

따라서, 링 트랜스듀서(140)의 관통구를 통과한 레이저 빔은 미러(1513)의 경사면에 반사되어 하부에 위치한 대상물(161) 쪽으로 조사되고, 대상물(161)에서 출력되는 초음파는 미러(1513)에 반사되어 링 트랜스듀서(140) 쪽으로 전송된다.

이와 같이, 설치면에 수직하게 갈바노미터 스캐너(151)를 설치하기 위해서는 하우징(152)의 상부면은 완전히 개방하거나 일부 개방된다. 따라서, 미러(1513)를 장착하고 있는 갈바노미터 스캐너(151)의 미러 장착축(1512)의 해당 부분(523)은 개방된 상부면을 통해 하우징(152) 속에 위치한다.

이처럼, 설치면에 수직으로 갈바노미터 스캐너(151)를 설치하기 위해 하우징(152)의 상부면이 개방되므로, 하우징(152) 내에 위치하는 내용물은 개방된 상부면을 통해 외부로 유출될 염려가 없어 내용물 유출을 방지하기 위한 별도의 방수 설비가 불필요할 수 있다.

따라서, 방수 설비가 생략될 경우, 갈바노미터 스캐너 장치(150)의 제작 시간과 제작 비용이 절감된다.

또한, 갈바노미터 스캐너(151)가 하우징(152)의 상부면에 위치할 경우, 갈바노미터 스캐너(151)를 설치하기 위한 설치 공간을 확보하기 어려움이 크게 감소한다.

즉, 하우징(152) 속에 미러(1513)가 장착되어 있는 미러 장착축(1512)의 일부(523)가 설치면과 수직하게 위치하므로, 미러 장착축(1512)에 연결되어 있는 모터부(1511) 역시 설치면에 수직하게 위치한다.

따라서, 미터 장착부(1512)와 모터부(1511) 모두 하우징(152)의 상부 공간에 설치되므로, 이들(1512, 1511)를 설치하기 위한 설치 공간이 불필요하다.

또한, 도 10과 같은 구조로 갈바노미터 스캐너(151)가 설치되면, 평면형 미러(1513)를 사용하기 때문에 미러(1513)의 스캐닝 각도가 넓어지고 하우징(152)의 측면 방향으로 해당 빔을 스캐닝하기 때문에 대상물(161)의 측면 영상을 좀 더 용이하고 선명하게 획득할 수 있다.

도 11의 경우에는 경사면의 미러(1513)를 사용하므로, 하우징(152)의 하부면에서 해당 빔의 스캐닝 동작이 이루어지면 사용의 편리성이 향상된다.

도 12의 경우에도 도 11과 마찬가지로 경사면의 미러(1513)를 사용하므로, 이미 기술한 것처럼, 하우징(152)의 상부에 갈바노미터 스캐너(151)를 위치시킬 수 있으며 또한 각도 조절을 통해 스캐닝 방향을 좀더 용이하게 변경할 수 있어 대상물(161)에 대한 스캔 동작의 정확도를 좀 더 높일 수 있다.

도 1로 되돌아가면, 스테이지(160)는 갈바노미터 스캐너(151)의 미러(1513)에 의해 반사되는 레이저 빔을 이용하여 스캔하고자 하는 대상물(161)이 위치하는 곳으로서, 이미 기술한 것처럼, 갈바노미터 스캐너(151)의 미러(1513)의 설치 위치에 따라 스테이지(160)에서의 대상물(161)의 위치 역시 정해진다.

따라서, 대상물(161)의 해당 위치에 레이저 빔이 조사되면, 조사되는 레이저 빔은 조사된 대상물(161)의 부위에 흡수되고, 레이저 빔이 흡수된 대상물(161)의 부위는 흡수된 레이저 빔의 영향으로 온도가 올라가면서 해당 부위가 팽창하는 열탄성 팽창(thermos-elastic expansion) 현상이 발생한다.

이러한 열탄성 팽창 현상에 의해 대상물(161)의 해당 부위를 중심으로 초음파가 발생한다. 이때, 발생되는 초음파 신호의 크기는 흡수되는 레이저 빔의 양, 즉 대상물(161)의 해당 부위에 조사되는 레이저 빔의 양에 따라 정해질 수 있다.

이처럼, 도 1에 도시한 것처럼, 대상물(161)의 해당 부위에서 발생되는 초음파는 다시 갈바노미터 스캐너(151)의 미러(1513) 쪽으로 출력되어 미러(1513)의 반사 동작에 의해 링 트랜스듀서(140) 쪽으로 출력된다.

위치 조정부(170)는 제어부(110)의 제어에 따라 스테이지(160)의 위치를 원하는 방향으로 이동시키기 위한 것으로서, 모터 등을 구비할 수 있다.

링 트랜스듀서(140)의 후단에 위치하고 있는 증폭부(180)는 링 트랜스듀서(140)로부터 인가되는 초음파 신호를 정해진 크기로 증폭한 후 제어부(110)로 출력한다.

따라서, 제어부(110)는 입력된 초음파 신호의 크기를 이용하여 스테이지(160)에 위치한 대상물(161)의 스캐닝 동작에 따른 스캔 영상에 해당하는 영상 신호를 생성하여 영상 출력부(200)로 출력하고, 영상 출력부(200)는 제어부(110)로부터 입력된 영상 신호에 해당하는 영상을 스캔 영상으로 출력한다. 이상, 본 발명의 갈바노미터 스캐너 및 이를 이용한 광음향 현미경 시스템의 실시예들에 대해 설명하였다. 본 발명은 상술한 실시예 및 첨부한 도면에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자의 관점에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서 본 발명의 범위는 본 명세서의 청구범위뿐만 아니라 이 청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

1: 광음향 현미경 시스템 120: 레이저 발생부
130: 광학계
140: 링 트랜스듀서 150: 갈바노미터 스캐너 장치
151: 갈바노미터 스캐너 1511: 모터부
1512: 미러 장착축 1513: 미러
152: 하우징 1541: 밀봉 부재
160: 스테이지 180: 증폭부
521: 제1 부분 522: 제2 부분
523: 제3 부분 200: 영상 출력부

Claims (4)

1. 삭제
2. 삭제
3. 삭제
4. 갈바노미터 스캐너 장치;
   레이저 빔을 생성하여 출력하는 레이저 발생부;
   상기 레이저 발생부의 후단에 위치하고, 상기 레이저 발생부와 동일한 방향으로 배치되어 있고, 상기 레이저 빔을 변환하여 출력하는 광학계; 및
   상기 광학계의 후면에 위치하여 상기 광학계와 동일한 방향에 배치되어 있고, 상기 광학계에서 출력되는 상기 레이저 빔을 관통구를 통하여 상기 갈바노미터 스캐너 장치측으로 전송하고, 상기 레이저 빔에 따른 열탄성 팽창 현상의 결과 대상물에서 발생하는 초음파에 따른 초음파 신호를 증폭부로 전달하는, 링 트랜스듀서;
   를 포함하고,
   상기 갈바노미터 스캐너 장치는,
   상기 링 트랜스듀서가 제1 측면에 배치되고,
   상기 제1 측면과 다른 제2 측면에서 상기 대상물과 접촉하며,
   상부면이 개방되어 있고,
   내부에 물이 담겨 있는, 하우징; 및
   갈바노미터 스캐너;를 포함하고,
   상기 갈바노미터 스캐너는,
   모터 회전축에 연결된 모터와 모터 구동부를 포함하는 모터부, 상기 모터 회전축이 삽입되어 연결되는 미러 장착축, 그리고 상기 미러 장착축에 장착되는 미러,를 포함하고,
   상기 미러 장착축은, 상기 모터 회전축이 내부에 삽입되는 제1 부분, 단부에 미러가 장착되는 제3 부분 및 상기 제1 부분과 상기 제3 부분 사이에서 끊김없이 연결되는 제2 부분을 포함하여,
   상기 갈바노미터 스캐너는,
   상기 하우징의 상부면을 관통하여 설치되며,
   상기 하우징의 개방된 상부면에서, 상기 하우징의 설치면에 대해 0도 초과 90도 이하의 각도로, 상기 미러 전부 및 상기 제3 부분의 일부만 물에 잠기도록 설치되어, 상기 제1 부분에 의해 모터 회전축을 따르는 방향 및 속도로 회전하며 스캐닝 동작을 실행하고,
   상기 미러는,
   상기 미러 장착축의 길이 방향에 평행한 평면, 또는
   원통형의 미러 몸체를 절단하여 형성된 경사면을 가지는,
   갈바노미터 스캐너를 구비한 광음향 현미경 시스템.

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