KR102404793B1 - 결합 광원을 구비하는 광학 영상 장치 - Google Patents

결합 광원을 구비하는 광학 영상 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 광학 영상 장치 및 이를 이용한 광학 영상 생성 방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 백색광원부와 협대역광원부에서 생성된 빛을 결합하여 출력하는 광결합부를 구비하는 결합 광원을 이용하여 광학 영상을 생성하는 광학 영상 장치 및 이를 이용한 광학 영상 생성 방법에 관한 것이다.
본 발명에서는, 시료로 소정의 빛을 조사하여 상기 시료에 대한 광학 영상을 생성하는 광학 영상 장치로서, 협대역광을 생성하는 협대역광원부; 백색광을 생성하는 백색광원부; 상기 협대역광원부 및 상기 백색광원부에서 생성된 빛을 결합하여 출력하는 광결합부; 상기 광결합부에서 출력된 빛을 전달하여 상기 시료로 조사하는 광전달부; 및 상기 시료에서 반사되거나 방출되는 빛을 검출하는 광검출부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 영상 장치를 개시하게 된다.

Description

결합 광원을 구비하는 광학 영상 장치 {OPTICAL IMAGING APPARATUS INCLUDING COMBINED LIGHT SOURCE}
본 발명은 광학 영상 장치에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 백색광원부와 협대역광원부에서 생성된 빛을 미리 정해진 시간 간격에 따라 시료에 동시에 또는 선택적으로 조사하여 백색광 영상과 협대역광 영상을 생성할 수 있는 광학 영상 장치에 관한 것이다.
최근 광학 기술의 발전에 따라 의료 등 다양한 분야에서 광학 영상(optical imaging) 장치에 대한 연구가 이루어지고 있다.
광학 영상 장치는 사용자가 관찰하고자 하는 시료에 대한 광학 영상을 생성하여 제공하는 장치를 말한다. 보다 구체적으로, 상기 광학 영상 장치의 대표적인 예로서 의료 또는 산업 분야 등에서 사용되는 내시경 등을 들 수 있으며, 이외에도 여러 분야에서 다양한 광학 영상 장치가 활용되고 있다.
상기 광학 영상 장치는 관찰하고자 하는 시료에 조사되는 소정의 빛을 생성하는 광원부와 상기 시료에서 반사되거나 방출되는 빛을 검출하는 광검출부를 포함하여 구성될 수 있다. 나아가, 근래에 들어서는 상기 광학 영상 장치에서의 영상의 품질을 개선하거나 기능을 부여하기 위한 다양한 시도가 이루어지고 있다.
보다 구체적인 예를 들어, 최근 상기 내시경을 이용하여 피검자의 환부를 관찰하고자 할 때, 특정한 파장의 협대역 광원을 사용하여 상기 환부 영상의 대조도(contrast)를 개선할 수 있는 협대역광 영상(Narrow Band Imaging, NBI) 기술 등이 각광을 받고 있다. 상기 협대역광 영상 기술은 상기 환부의 흡광 파장 대역과 유사한 파장의 협대역광을 상기 환부로 조사한 후, 상기 환부에서 반사되거나 방출되는 빛을 검출함으로써 대조도(contrast)가 향상된 영상을 얻을 수 있게 된다. 예를 들어, 암 등을 검진하기 위한 내시경 검사에 있어서, 헤모글로빈에 대응하는 415nm, 540nm 대역의 협대역 가시광선을 조사하여 내시경 영상을 생성함으로써, 혈관 조직의 대조도(contrast)가 향상된 내시경 영상을 생성할 수 있으며, 이에 따라 상기 환부에 대한 진단을 보다 명확하게 내릴 수 있게 된다. 도 1에서는 통상의 내시경 영상(도 1의 (a)) 및 상기 협대역 광원을 이용하여 혈관 조직의 대조도(contrast)가 향상된 내시경 영상(도 1의 (b))을 예시하고 있다.
그런데, 종래에는 상기 협대역 광원을 구성함에 있어서, 일본 등록특허공보 제5371702호에서 볼 수 있는 바와 같이, 제논(Xenon) 램프 등과 같은 광대역 광원에 협대역 투과 필터를 부가하여 특정한 파장의 협대역광을 생성하는 방식 등을 사용하였다. 그러나, 이러한 경우 상기 제논 램프는 수명이 짧을 뿐만 아니라, 그 구동을 위하여 다량의 전력이 소모될 수 있어 시스템의 운용 및 관리에 어려움이 따르며, 또한 상기 협대역 투과 필터를 투과한 협대역광의 광출력(세기)이 크게 저하되는 문제가 있어 사용에 상당한 제약이 따랐다.
나아가, 최근에는 도 2에서 볼 수 있는 바와 같이 협대역 투과 필터를 구비하는 필터휠을 이용하여 백색광과 협대역광을 선택적으로 투과시켜 시료에 대한 광학 영상을 생성하기도 하나, 이러한 경우에도 사용자가 필요한 경우 상기 필터휠을 회전시켜 백색광에 의한 내시경 영상 및 협대역광에 의한 협대역광 영상을 선택적으로 제공받을 수 있을 뿐 상기 두가지 영상을 실시간으로 동시에 제공받을 수는 없었으며, 나아가 상기 두가지 영상에 영상 처리 등을 거쳐 하나의 영상으로 조합함으로써 보다 개선된 특성을 가지는 영상을 생성하여 제공하기에는 어려움이 따랐다.
일본 등록특허공보 제5371702호
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하고자 안출된 것으로, 백색광에 의한 백색광 영상과 협대역광에 의한 협대역광 영상을 실시간으로 동시에 제공할 수 있는 광학 영상 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 백색광에 의한 백색광 영상과 협대역광에 의한 협대역광 영상을 조합하여 대조도 등 특성이 개선된 광학 영상을 제공할 수 있는 광학 영상 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
그 외 본 발명의 세부적인 목적은 이하에 기재되는 구체적인 내용을 통하여 이 기술 분야의 전문가나 연구자에게 자명하게 파악되고 이해될 것이다.
상기한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 광학 영상 장치는, 시료로 소정의 빛을 조사하여 상기 시료에 대한 광학 영상을 생성하는 광학 영상 장치로서, 협대역광을 생성하는 협대역광원부; 백색광을 생성하는 백색광원부; 상기 협대역광원부 및 상기 백색광원부에서 생성된 빛을 전달하여 상기 시료로 조사하는 광전달부; 상기 시료에서 반사되거나 방출되는 빛을 검출하는 광검출부; 미리 정해진 시간 간격에 따라 상기 협대역광원부와 상기 백색광원부의 동작을 제어하는 제어부; 및 상기 미리 정해진 시간 간격에 따라 상기 광검출부에서 검출된 빛을 이용하여 상기 시료에 대한 백색광 영상과 협대역광 영상을 생성하는 광학영상생성부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 광학영상생성부는, 상기 시간 간격에 맞추어 상기 백색광 영상과 협대역광 영상을 스위칭하면서 생성할 수 있다.
여기서, 상기 제어부는, 협대역광 영상을 생성하는 구간에서는 상기 시료에 협대역광만 조사되도록 제어하며, 백색광 영상을 생성하는 구간에서는 상기 시료에 백색광만 조사되거나, 백색광과 협대역광이 함께 조사되도록 제어할 수 있다.
또한, 상기 제어부는, 상기 백색광에 의한 백색광 영상 및 상기 협대역광에 의한 협대역광 영상 모두를 실시간으로 생성할 수 있도록 미리 정해진 시간 간격에 따라 상기 협대역광원부 및 상기 백색광원부의 동작을 제어할 수 있다.
또한, 상기 광학영상생성부는, 상기 백색광에 의한 백색광 영상 및 상기 협대역광에 의한 협대역광 영상에 대한 영상처리를 통해 대조도가 향상된 광학 영상을 생성할 수 있다.
나아가, 상기 백색광원부 및 상기 협대역광원부에서 생성된 빛을 인가받아 상기 광전달부로 출력하는 광결합부를 더 포함할 수 있다.
이때, 상기 광결합부는, 서로 분리된 상기 협대역광원부 및 상기 백색광원부에서 생성되어 입사된 협대역광과 백색광을 내부에서 반사시키거나 굴절시켜 동일한 출력 경로로 상기 광전달부로 출력할 수 있다.
또한, 상기 협대역광생성부는, 제1 파장의 빛을 발광하는 발광소자, 및 상기 제1 파장의 빛을 다른 파장의 협대역광으로 변환하는 파장변환부를 포함하여 구성될 수 있다.
이때, 상기 파장변환부는, 상기 제1 파장의 빛을 복수의 다른 파장의 협대역광으로 변환할 수 있다.
또한, 상기 협대역광생성부는, 상기 제1 파장의 빛을 차단하고 상기 다른 파장의 빛은 투과하도록 하는 광여파부가 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 파장변환부는, 상기 다른 파장의 빛을 투과하는 기판, 및 상기 기판 상에 형성되어 상기 제1 파장의 빛을 상기 다른 파장의 빛으로 변환하는 광변환층을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 광학 영상 장치 및 이를 이용한 광학 영상 생성 방법에서는, 백색광원부와 협대역광원부에서 생성된 빛을 미리 정해진 시간 간격에 따라 시료에 동시에 또는 선택적으로 조사하고 백색광 영상과 협대역광 영상을 스위칭하면서 생성함으로써, 백색광에 의한 백색광 영상과 협대역광에 의한 협대역광 영상을 실시간으로 동시에 제공할 수 있게 된다.
또한, 본 발명은 상기 백색광 영상과 협대역광 영상에 대한 영상 처리를 거쳐 광학 영상을 구성함으로써, 백색광에 의한 백색광 영상과 협대역광에 의한 협대역광 영상을 조합하여 대조도 등 특성이 개선된 광학 영상을 제공할 수 있다는 효과를 가진다.
본 발명에 관한 이해를 돕기 위해 상세한 설명의 일부로 포함되는, 첨부도면은 본 발명에 대한 실시예를 제공하고, 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술적 사상을 설명한다.
도 1은 통상의 협대역 내시경 영상에 대한 예시도이다.
도 2는 종래 기술에 따른 광학 영상 장치의 동작을 설명하는 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 광학 영상 장치의 블록도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 광학 영상 장치의 동작을 설명하는 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 광학 영상 장치에서의 광결합부의 다양한 예시를 보여주는 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 광학 영상 장치의 동작을 설명하는 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 협대역광원부의 구성을 예시하는 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 광학 영상 장치에서의 광파장변환부의 구조를 예시하는 도면이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 광학 영상 생성 방법의 순서도이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면들을 참조하여 상세하게 설명한다. 우선 각 도면의 구성 요소들에 참조 부호를 첨가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면들을 참조하여 상세하게 설명한다. 우선 각 도면의 구성 요소들에 참조 부호를 첨가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다. 또한, 이하에서 본 발명의 바람직한 실시예를 설명할 것이나, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정하거나 제한되지 않고 당업자에 의해 실시될 수 있음은 물론이다.
이하에서는, 본 발명에 따른 결합 광원을 구비하는 광학 영상 장치의 예시적인 실시형태들을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
먼저, 도 3에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 광학 영상 장치(100)의 구성도를 예시하고 있다. 도 3에서 볼 수 있는 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 광학 영상 장치(100)는, 시료로 소정의 빛을 조사하여 상기 시료에 대한 광학 영상을 생성하는 광학 영상 장치에 있어서, 협대역광을 생성하는 협대역광원부(110), 백색광을 생성하는 백색광원부(120), 상기 협대역광원부(110) 및 상기 백색광원부(120)에서 생성된 빛을 전달하여 상기 시료로 조사하는 광전달부(140), 상기 시료에서 반사되거나 방출되는 빛을 검출하는 광검출부(150), 미리 정해진 시간 간격에 따라 상기 협대역광원부(110)와 상기 백색광원부(120)의 동작을 제어하는 제어부(160) 및 상기 미리 정해진 시간 간격에 따라 상기 광검출부(150)에서 검출된 빛을 이용하여 상기 시료에 대한 백색광 영상과 협대역광 영상을 생성하는 광학영상생성부(170)를 포함하여 구성될 수 있다. 나아가, 본 발명의 일 실시예에 따른 광학 영상 장치(100)에는 상기 백색광원부(120) 및 상기 협대역광원부(110)에서 생성된 빛을 인가받아 상기 광전달부(140)로 출력하는 광결합부(130)가 더 포함될 수 있다.
또한, 도 4에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 광학 영상 장치(100)의 동작을 설명하고 있다.
도 4에서 볼 수 있는 바와 같이, 협대역광원부(110)에서 제1 파장의 협대역광을 생성하고, 백색광원부(120)에서는 백색광을 생성하게 된다. 이에 따라, 상기 광결합부(130)에서는 상기 백색광원부(120) 및 상기 협대역광원부(110)에서 생성된 빛을 인가받아 상기 광전달부(140)로 출력하게 되며, 상기 광전달부(140)에서는 상기 협대역광원부(110) 및 상기 백색광원부(120)에서 생성된 빛을 전달하여 상기 시료로 조사하게 된다. 이어서, 상기 광검출부(150)에서는 상기 시료에서 반사되거나 방출되는 빛을 검출하게 된다.
이때, 상기 제어부(160)에서는 미리 정해진 시간 간격에 따라 상기 협대역광원부(110)와 상기 백색광원부(120)의 동작을 제어하게 되고, 이에 따라 상기 광학영상생성부(170)에서는 상기 미리 정해진 시간 간격에 따라 상기 광검출부(150)에서 검출된 빛을 이용하여 상기 시료에 대한 백색광 영상과 협대역광 영상을 생성할 수 있게 된다. 이에 따라, 본 발명에 따른 광학 영상 장치(100)에서는 상기 협대역광과 백색광을 미리 정해진 시간 간격에 따라 시료에 동시에 상기 시료에 조사하고 그에 대한 광학 영상을 생성할 수 있을 뿐만 아니라, 상기 협대역광과 백색광 중 하나를 선택적으로 상기 시료에 조사하여 그에 대한 광학 영상을 생성함에 있어서도 (종래 기술에 따른 필터휠 등의 기계적 동작없이) 매우 신속하게 동작 모드를 변환하면서, 백색광 영상과 협대역광 영상을 동시에 생성할 수 있게 된다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 광학 영상 장치(100)의 제어부(160)에서는 상기 협대역광원부(110) 및 상기 백색광원부(120)에서의 빛의 생성 여부를 제어할 수 있다. 나아가, 상기 제어부(160)는 소정의 시간 간격으로 상기 협대역광원부(110) 및 상기 백색광원부(120) 중 하나에서 선택적으로 빛이 생성되도록 제어할 수 있으며, 특히 상기 백색광에 의한 백색광 영상 및 상기 협대역광에 의한 협대역 영상 모두를 실시간으로 생성할 수 있도록 짧은 주기 간격(예를 들어, 초당 5회 내지 30회 이상)으로 상기 협대역광원부(110) 및 상기 백색광원부(120) 중 하나에서 선택적으로 빛이 생성되도록 제어함으로써, 본 발명에 따른 광학 영상 장치(100)의 광학영상생성부(170)에서는 상기 백색광 영상과 협대역광 영상을 실시간으로 동시에 제공할 수 있게 된다.
또한, 상기 광학영상생성부(170)는, 상기 제어부(160)에서 상기 협대역광원부(110)와 상기 백색광원부(120)의 동작을 제어하는 시간 간격에 맞추어 백색광 영상과 협대역광 영상을 스위칭하면서 생성함으로써, 시료에 대한 백색광 영상과 협대역 영상을 실시간으로 동시에 생성할 수 있게 된다.
이때, 상기 제어부(160)는, 협대역광 영상을 생성하는 구간에서는 상기 시료에 협대역광만 조사되도록 제어하게 되며, 반면 백색광 영상을 생성하는 구간에서는 상기 시료에 백색광만 조사되거나, 백색광과 협대역광이 함께 조사되도록 제어할 수도 있다.
즉, 본 발명에서 상기 제어부(160)는 상기 협대역광원부(110) 및 상기 백색광원부(120) 중 하나에서 선택적으로 빛이 생성되도록 할 수도 있을 뿐만 아니라, 나아가 상기 협대역광원부(110) 및 상기 백색광원부(120) 모두에서 빛이 생성되도록 제어하여 상기 백색광의 연색성(CRI) 등을 개선할 수도 있다.
또는, 상기 제어부(160)는 짧은 주기 간격(예를 들어, 초당 5회 내지 30회 이상)으로 상기 협대역광원부(110) 및 상기 백색광원부(120)의 동작을 제어하면서 상기 백색광 영상과 협대역광 영상에 대한 영상 처리를 거쳐 광학 영상을 구성함으로써, 본 발명에 따른 광학 영상 장치(100)의 광학영상생성부(170)에서는 상기 백색광 영상과 협대역광 영상을 조합하여 대조도 등 특성이 개선된 광학 영상을 제공할 수도 있게 된다.
보다 구체적인 예로서 대조도가 개선된 광학 영상을 구성하는 예를 들면, 상기 협대역광원부(110)에서 헤모글로빈에 대응하는 415nm 파장의 협대역광을 생성하고, 상기 백색광원부(120)에서 백색광을 생성하는 경우, 상기 제어부(160)가 짧은 주기 간격(예를 들어, 초당 5회 내지 30회 이상)으로 상기 협대역광원부(110) 및 상기 백색광원부(120) 중 하나에서 선택적으로 빛이 생성하도록 제어하면, 상기 광검출부(150)에서는 순차적으로 상기 주기에 맞추어 415nm 파장에서의 검출 데이터 및 백색광에서의 검출 데이터를 생성하게 된다.
이에 따라, 광학영상생성부(170)에서는 상기 415nm 파장에서의 검출 데이터에 의하여 혈관 조직의 대조도(contrast)가 향상된 협대역광 영상을 재구성하고, 또한 상기 백색광에서의 검출 데이터에 의한 백색광 영상을 재구성하여, 상기 협대역광 영상과 백색광 영상을 동시에 실시간으로 제공할 수 있게 된다.
또는, 상기 광학영상생성부(170)에서는 상기 415nm 파장에서의 검출 데이터에 의한 협대역광 영상 및 상기 백색광에서의 검출 데이터에 의한 백색광 영상에 대한 영상 처리를 통해 혈관 조직의 대조도(contrast)가 향상된 백색광 광학 영상을 재구성하여 실시간으로 제공할 수 있게 된다.
아래에서는 도 3 및 도 4를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 광학 영상 장치(100)를 각 구성 요소 별로 나누어 보다 자세하게 설명한다.
먼저, 협대역광원부(110)에서는 제1 파장의 협대역광을 생성하게 된다.
이때, 상기 협대역광원부(110)에서는 발광다이오드(Light Emitting Diode, LED)나 레이져(LASER) 등 다양한 발광소자를 사용할 수 있다. 특히, 상기 협대역광원부(110)에서 발광 다이오드(LED)가 발광소자로서 사용되는 경우에는 전기적 제어를 통하여 상기 발광 다이오드(LED)의 발광 여부 및 광출력(세기)도 신속하게 조절할 수 있다는 장점을 가질 수 있다.
즉, 상기 발광 다이오드(LED)의 발광 여부를 제어하여 협대역광의 생성 여부를 조절할 수 있으며, 나아가 상기 백색광원부(120)의 동작을 함께 조절하면서 협대역광 영상 및 백색광 영상을 동시 또는 이시에 실시간으로 선택하여 생성할 수도 있게 된다.
나아가, 상기 발광 다이오드(LED)에서의 광출력(세기)도 제어할 수 있으며, 이에 따라 생성되는 협대역광 영상의 특성도 조절할 수 있게 된다.
또한, 상기 협대역광원부(110)에서는 발광 다이오드(LED) 등을 사용하여 제1 파장의 협대역 광을 직접 생성할 수도 있겠으나, 본 발명이 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 상기 발광 다이오드(LED) 등의 발광소자에서 제2 파장의 빛을 생성하면, 상기 제2 파장의 빛을 입사받아 상기 제1 파장의 협대역광을 생성하는 파장변환부(114)를 포함하여 구성될 수도 있다.
보다 구체적으로, 상기 협대역광원부(110)에서는 상기 광파장변환부(114)에서 사용되는 파장변환물질의 종류 등에 따라 결정될 수 있는 파장의 입사광을 제공할 수 있는 발광소자가 사용될 수 있다. 예를 들어, 상기 광파장변환부(114)에서 퀀텀닷(Qunatum Dot, QD)을 파장변환물질로 사용하는 경우, 상기 퀀텀닷에 대한 입사광으로 사용될 수 있는 파장의 빛(예를 들어, 자외선)을 제공할 수 있는 발광 다이오드(예를 들어, 자외선 발광 다이오드)를 상기 발광소자(112)로 채택할 수 있다.
또한, 백색광원부(120)에서는 백색광을 생성하게 된다.
상기 백색광원부(116)로서 백색광 발광 다이오드(LED) 등 다양한 발광소자를 사용할 수 있다.
특히, 상기 백색광원부(116)에서 백색광 발광 다이오드(LED)가 사용되는 경우에는 전기적 제어를 통하여 상기 발광 다이오드(LED)의 발광 여부 및 광출력(세기)도 신속하게 조절할 수 있으며, 나아가 상기 협대역광원부(110)의 동작을 함께 조절하면서 협대역광 영상 및 백색광 영상을 동시 또는 이시에 실시간으로 선택하여 생성할 수도 있게 된다.
또한, 도 4에서 볼 수 있는 바와 같이, 통상적으로 발광 다이오드(LED) 등의 발광소자는 방사각이 브로드(broad)하여 빛이 넓게 퍼져나가게 되는 바, 상기 발광소자에서 퍼져나가는 빛을 평행한 빛 등 소정의 형태로 조절하여 줄 수 있도록 렌즈 등으로 이루어지는 콜리메이터(collimator)가 사용될 수 있다.
다음으로, 광결합부(130)에서는 상기 백색광원부(120) 및 상기 협대역광원부(110)에서 생성된 빛을 인가받아 상기 광전달부(140)로 출력하게 된다.
도 4에서 볼 수 있는 바와 같이, 상기 광결합부(130)는 서로 분리된 광원에서 입사되는 빛을 수집하여 동일한 출력 경로로 출력해 주게 된다. 상기 광결합부(130)는 유리 등 빛의 전파가 가능한 물질을 이용해 구성될 수 있으며, 상기 빛의 굴절, 반사 등을 이용하여 상기 서로 분리된 광원에서 입사되는 빛을 수집하여 하나의 출력 단자로 출력하는 구조를 가지게 된다.
도 4에서는 상기 서로 분리된 광원에서 입사하는 빛에 대응하도록 서로 분리된 입력 포트를 가지는 구조를 예시하고 있으나, 본 발명이 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 도 5에서 볼 수 있는 바와 같이 사다리꼴 구조(도 5의 (a)), 입력 포트 측에 렌즈 형상의 곡면을 구비하는 구조(도 5의 (b)), 입력 포트 측에 렌즈 형상의 곡면을 구비하는 사다리꼴 구조(도 5의 (c)) 등 다양한 구조로 구현될 수 있다.
나아가, 본 발명의 일 실시예에 따른 광학 영상 장치(100)에서 상기 광결합부(130)는 도 6에서 볼 수 있는 바와 같이 광분리기(beam splitter)나 색선별거울(dichroic mirror) 등을 이용하여 구현될 수도 있다. 도 6에서 볼 수 있는 바와 같이 협대역광원부(110)에서 조사되는 빛의 일부는 광분리기에서 반사되나 나머지는 상기 광분리기를 투과하여 광전달부(140)로 진행하게 되고, 또한 백색광원부(120)에서 조사되는 빛의 일부는 또한 상기 광분리기를 투과하나 나머지는 상기 광분리기에서 반사되어 광전달부(140)로 진행하게 되는 바, 상기 협대역광과 백색광이 수집되어 상기 광전달부(140)로 출력되게 된다.
또한, 도 4에서 볼 수 있는 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 광학 영상 장치(100)에는 상기 광결합부(130)에서 출력되는 빛을 집속하여 상기 광전달부(140)로 입사시키기 위한 집속렌즈가 구비될 수도 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 광학 영상 장치(100)에 상기 광결합부(130)가 구비되는 경우, 서로 분리된 협대역광원부(110) 및 백색광원부(120)에서 생성된 협대역광과 백색광을 수집하여 동일한 출력 경보로 출력하여 광전달부(140)로 입사시켜 줌으로써, 하나의 광전달부(140) 만을 사용하여 상기 협대역광과 백색광을 전달하여 시료로 조사할 수 있게 되는 바, 상기 광전달부(140)를 보다 컴팩트하게 구성할 수 있을 뿐만 아니라, 제조 단가 등도 절감할 수 있게 된다. 예를 들어, 상기 광전달부(140)로서 광섬유를 사용하는 내시경을 구성하는 경우, 상기 협대역광과 백색광에 대응하여 광섬유를 별개로 사용하여야 하는 경우 내시경의 직경이 크게 증가할 수 있겠으나, 본 발명에서는 상기 광결합부(130)를 이용하여 하나의 광섬유 만으로도 상기 협대역광과 백색광에 모두 대응할 수 있어, 내시경의 직경을 크게 줄일 수 있게 된다.
이에 따라, 상기 광전달부(140)에서는 상기 광결합부(130)에서 출력된 빛을 전달하여 상기 시료로 조사하게 된다. 상기 광전달부(140)는 광섬유 등을 포함하여 구성될 수 있다.
또한, 광검출부(150)에서는 상기 시료에서 반사되거나 방출되는 빛을 검출하여 협대역광 영상과 백색광 영상을 생성할 수 있게 된다.
또한, 제어부(160)에서는 상기 협대역광원부(110) 및 상기 백색광원부(120)에서의 빛의 생성 여부를 제어할 수 있다.
나아가, 상기 제어부(160)는 소정의 주기 간격으로 상기 협대역광원부(110) 및 상기 백색광원부(120) 중 하나에서 선택적으로 빛이 생성되도록 제어할 수 있으며, 특히 상기 백색광에 의한 백색광 영상 및 상기 협대역광에 의한 협대역 영상 모두를 실시간으로 생성할 수 있도록 짧은 주기 간격(예를 들어, 초당 5회 내지 30회 이상)으로 상기 협대역광원부(110) 및 상기 백색광원부(120)가 동시에 또는 선택적으로 빛을 생성하도록 제어함으로써(도 4에서 시간 T1에는 협대역광이 생성되어 조사되고, 시간 T2에는 백색광이 생성되어 조사됨), 본 발명에 따른 광학 영상 장치(100)가 상기 백색광 영상과 협대역광 영상을 실시간으로 동시에 제공할 수 있게 된다.
또는, 상기 제어부(160)는 짧은 주기 간격(예를 들어, 초당 5회 내지 30회 이상)으로 상기 협대역광원부(110) 및 상기 백색광원부(120)에서 동시에 또는 선택적으로 빛이 생성되도록 제어하면서 상기 백색광 영상과 협대역광 영상에 대한 영상 처리를 거쳐 광학 영상을 구성함으로써, 본 발명에 따른 광학 영상 장치(100)가 상기 백색광 영상과 협대역광 영상을 조합하여 대조도 등 특성이 개선된 광학 영상을 제공할 수도 있게 된다.
도 7에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 협대역광원부(110)의 구성을 예시하고 있다. 도 7에서 볼 수 있는 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 협대역광원부(110)는 제1 파장의 빛을 발광하는 발광소자(112)와 상기 제1 파장의 빛을 인가받아 상기 제1 파장과 다른 파장의 협대역광으로 변환하는 파장변환부(114)를 포함하여 구성될 수 있다.
이때, 상기 발광소자(112)로서 발광 다이오드(LED) 등 다양한 발광소자가 사용될 수 있다.
또한, 상기 파장변환부(114)에서는 퀀텀닷(QD)이나 형광체 등을 사용하여 상기 제1 파장의 빛을 상기 제1 파장과 다른 파장의 협대역 빛으로 변환할 수 있으며, 이외에도 상기 제1 파장의 빛을 인가받아 상기 제1 파장과 다른 파장의 협대역 빛으로 변환할 수 있다면 특별한 제한없이 사용될 수 있다.
보다 구체적인 예를 들어, 도 7에서 볼 수 있는 바와 같이, 발광소자(112)에서 생성된 제1 파장의 입사광(λ1)이 파장변환부(114)에 조사되면, 상기 파장변환부(114)에서는 상기 제1 파장의 입사광(λ1)으로부터 다양한 협대역 광을 생성하여 출력할 수 있다.
보다 구체적인 예를 들어, 도 7에서 발광소자(112)로서 자외선 발광 다이오드(LED)를 사용하는 경우 상기 발광소자(112)에서는 자외선 파장(λ1)의 빛이 생성(도 7의 (A))되어 상기 파장변환부(114)로 조사된다.
이에 따라, 상기 파장변환부(114)에서는 상기 자외선 파장의 빛을 협대역광 영상에서 요구되는 특정 파장(λ2)의 협대역 광으로 변환(도 7의 (B))하여 출력할 수 있다. 예를 들어, 혈관 조직에 대한 대조도가 향상된 협대역 내시경 영상을 촬영하는 경우, 상기 자외선 파장의 빛을 헤모글로빈에 대응하는 415nm 또는 540nm 파장의 협대역광으로 변환할 수 있는 퀀텀닷(QD)을 사용하여 상기 파장변환부(114)를 구성할 수 있다.
나아가, 상기 파장변환부(114)에서는 상기 자외선 파장의 빛을 협대역광 영상에서 요구되는 복수의 특정 파장(λ2, λ3)의 협대역 광으로 변환(도 7의 (C))하여 출력할 수 있다. 예를 들어, 상기 협대역 내시경 영상에 대하여 상기 415nm 파장에 대응하는 퀀텀닷(QD)과 상기 540nm 파장에 대응하는 퀀텀닷(QD)을 포함하여 상기 파장변환부(114)를 구성함으로써, 상기 415nm 및 540nm 파장에 모두 대응할 수 있는 협대역광 영상을 생성할 수도 있다.
또한, 필요에 따라서는 상기 파장변환부(114)에서 상기 발광소자(112)에서 조사된 상기 제1 파장(λ1)의 빛, 상기 제1 파장의 빛으로부터 변환된 파장(λ3)의 협대역광과 함께 방출(도 7의 (C))할 수도 있다.
상기 발광소자(112)에서 상기 파장변환부(114)로 상기 제1 파장(λ1)의 빛이 조사되면, 상기 파장변환부(114)에서는 상기 제1 파장의 빛을 흡수하고 이를 다른 파장의 협대역광으로 변환하여 방출하게 되는데, 이때 상기 파장변환부(114)에 포함되는 퀀텀닷(QD) 등 파장 변환 물질의 농도, 두께 등에 따라서 상기 제1 파장의 빛의 일부가 상기 파장변환부(114)를 그대로 투과하여 방출될 수도 있다. 이에 따라서, 제1 파장의 빛을 차단할 필요가 있는 경우에는 필요에 따라 상기 파장변환부(114)에 상기 제1 파장의 빛을 차단하고 다른 파장의 빛은 투과하도록 하는 광여파부(미도시)가 더 포함될 수도 있다.
이에 따라, 파장변환부(114)에서는 상기 발광소자(112)에서 생성된 제1 파장(λ1)의 빛을 이용하여, 상기 제1 파장과 다른 파장의 협대역 빛으로 변환하게 된다. 특히, 앞서 살핀 퀀텀닷(QD)을 이용하여 상기 파장변환부(114)를 구성하는 경우 높은 변환효율을 구현할 수 있어, 전력 소모를 줄이면서 높은 광출력(세기)의 협대역광을 생성하여 사용할 수 있게 된다. 나아가, 퀀텀닷(QD)의 경우 그 크기 등을 조절하여 다양한 파장의 협대역 광을 생성할 수 있는 바, 의료, 산업 등 여러 분야의 다양한 어플리케이션에 편리하게 적용될 수 있다.
또한, 도 8에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 광학 영상 장치(100)에서 파장변환부(114)의 구조를 예시하고 있다.
도 8(a)에서 볼 수 있는 바와 같이, 상기 파장변환부(114)는 기판(220) 및 상기 기판(220) 상에 형성되어 상기 제1 파장의 빛을 다른 파장의 협대역 빛으로 변환하는 광변환층(210)을 포함하여 구성될 수 있다.
이때, 상기 기판(220)은 상기 다른 파장의 협대역 빛이 투과할 수 있는 재질로 구성될 수 있다.
또한, 상기 광변환층(210)에는 상기 제1 파장의 빛을 상기 제1 파장과 다른 파장의 협대역 빛으로 변환할 수 있는 퀀텀닷(QD)이나 형광체 등이 포함될 수 있으며, 이외에도 상기 제1 파장의 빛을 인가받아 상기 제1 파장과 다른 파장의 협대역 빛으로 변환할 수 있는 다양한 물질이 사용될 수 있다.
나아가, 도 8(b)에서 볼 수 있는 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 파장변환부(114)에는 상기 다른 파장의 빛은 투과시키되, 상기 제1 파장의 빛은 필터링하는 광여파층(230)이 더 구비될 수도 있다. 이에 따라, 상기 파장변환부(114)에서는 상기 광변환층(210)에서 상기 제1 파장의 빛을 입사받아 생성한 다른 파장의 빛은 투과시키되, 상기 제1 파장의 빛은 차단하도록 할 수 있게 된다.
또는, 도 8(c)에서 볼 수 있는 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 파장변환부(114)에서는 상기 기판(220)의 사용없이 상기 광변환층(210)이 상기 광여파층(230)의 상부에 형성될 수도 있다. 즉, 상기 광여파층(230)을 기판(220)으로 삼아 상기 광변환층(210)을 그 상부에 형성할 수도 있다. 이러한 경우, 상기 기판(220)에 의한 광손실을 줄일 수 있을 뿐만 아니라, 상기 파장변환부(114)의 구조를 보다 단순화하여 제조 공정을 효율화하고 제조 단가를 낮출 수 있다는 장점도 가질 수 있다.
또한, 도 9에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 광학 영상 생성 방법의 순서도를 도시하고 있다.
도 9에서 볼 수 있는 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 광학 영상 생성 방법은, 시료로 소정의 빛을 조사하여 상기 시료에 대한 광학 영상을 생성하는 방법으로서, 협대역광을 생성하는 협대역광 생성 단계(S110), 백색광을 생성하는 백색광 생성 단계(S120), 상기 협대역광과 상기 백색광을 인가받아 동일한 출력 경로로 출력하는 광결합 단계(S130), 상기 협대역광 및 백색광을 전달하여 상기 시료로 조사하는 광전달 단계(S140), 상기 시료에서 반사되거나 방출되는 빛을 검출하는 광검출 단계(S150) 및 미리 정해진 시간 간격에 따라 상기 협대역광과 상기 백색광의 생성을 제어하면서, 상기 검출된 빛을 이용하여 상기 시료에 대한 백색광 영상과 협대역광 영상을 생성하는 광학 영상 생성 단계(S160)를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 광학 영상 생성 방법은 앞서 설명한 광학 영상 장치(100)와 그 동작 원리 및 동작이 유사하여 통상의 기술자가 용이하게 구현하고 실시할 수 있으므로 보다 자세한 설명은 생략하며 앞서 설명한 광학 영상 장치(100)에 대한 일련의 설명을 참조할 수 있다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정, 변경, 및 치환이 가능할 것이다. 따라서 본 발명에 개시된 실시예 및 첨부된 도면들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예 및 첨부된 도면들에 의해서 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구 범위에 의해서 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100 : 광학 영상 장치 110 : 협대역광원부
112 : 발광소자 114 : 파장변환부
120 : 백색광원부 130 : 광결합부
140 : 광전달부 150 : 광검출부
160 : 제어부 170 : 광학영상생성부
210 : 광변환층 220 : 기판
230 : 광여파층

Claims (11)

  1. 시료로 소정의 빛을 조사하여 상기 시료에 대한 광학 영상을 생성하는 광학 영상 장치에 있어서, 협대역광을 생성하는 협대역광원부;
    백색광을 생성하는 백색광원부;
    상기 협대역광원부 및 상기 백색광원부에서 생성된 빛을 동일한 하나의 경로를 통해 전달하여 상기 시료로 조사하는 광전달부;
    상기 백색광원부 및 상기 협대역광원부에서 생성된 빛을 인가받아 결합하여 상기 광전달부로 출력하는 광결합부;
    상기 시료에서 반사되거나 방출되는 빛을 검출하는 광검출부;
    미리 정해진 주기 간격에 따라 상기 협대역광원부와 상기 백색광원부의 동작을 제어하는 제어부; 및
    상기 미리 정해진 주기 간격에 따라 상기 광검출부에서 검출된 빛을 이용하여 상기 시료에 대한 백색광 영상과 협대역광 영상을 생성하는 광학영상생성부;를 포함하며,
    상기 제어부는,
    협대역광 영상을 생성하는 구간에서는 상기 시료에 협대역광만 조사되도록 제어하며,
    백색광 영상을 생성하는 구간에서는 상기 시료에 백색광만 조사되거나, 백색광과 협대역광이 함께 조사되도록 선택하여 제어할 수 있으며,
    상기 백색광 영상 및 상기 협대역광 영상 모두를 실시간으로 생성할 수 있는 짧은 주기 간격의 제어 신호를 이용하여 상기 협대역광원부 및 상기 백색광원부의 동작을 제어하는 것을 특징으로 하는 광학 영상 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 광학영상생성부는,
    상기 주기 간격에 맞추어 상기 백색광 영상과 협대역광 영상을 스위칭하면서 생성하는 것을 특징으로 하는 광학 영상 장치.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제2항에 있어서,
    상기 광학영상생성부는,
    상기 백색광에 의한 백색광 영상 및 상기 협대역광에 의한 협대역광 영상에 대한 영상처리를 통해 대조도가 향상된 광학 영상을 생성하는 것을 특징으로 하는 광학 영상 장치.
  6. 삭제
  7. 제1항에 있어서,
    상기 광결합부는,
    서로 분리된 상기 협대역광원부 및 상기 백색광원부에서 생성되어 입사된 협대역광과 백색광을 내부에서 반사시키거나 굴절시켜 동일한 출력 경로로 상기 광전달부로 출력하는 것을 특징으로 하는 광학 영상 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 협대역광원부는,
    제1 파장의 빛을 발광하는 발광소자, 및
    상기 제1 파장의 빛을 다른 파장의 협대역광으로 변환하는 파장변환부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 광학 영상 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 파장변환부는,
    상기 제1 파장의 빛을 복수의 다른 파장의 협대역광으로 변환하는 것을 특징으로 하는 광학 영상 장치.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 협대역광원부는,
    상기 제1 파장의 빛을 차단하고 상기 다른 파장의 빛은 투과하도록 하는 광여파부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 영상 장치.
  11. 제8항에 있어서,
    상기 파장변환부는,
    상기 다른 파장의 빛을 투과하는 기판, 및
    상기 기판 상에 형성되어 상기 제1 파장의 빛을 상기 다른 파장의 빛으로 변환하는 광변환층을 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 영상 장치.
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