KR20050115275A - 적외선 확산을 이용한 영상시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 적외선 확산에 관한 것으로, 구체적으로는 확산된 적외선으로 물체를 비추고 반사된 적외선을 기초로 물체의 비디오 영상을 만드는 시스템에 관한 것이다. 이 장치는 발광원 어레이를 포함한다. 각각의 발광원은 일정 파장의 적외선을 물체를 향해 비추는 기능을 한다. 이런 어레이에 전원을 이용해 전력을 공급하고, 어레이는 전원이 작동할 때 적외선을 낼 수 있다. 이 장치는 1단계 이상의 확산 단계를 갖는 확산 구조체를 더 포함한다. 각각의 확산단계에서는 어레이에서 나온 적외선이 확산 구조체를 통과하면서 일정 확산도를 부여한다.

Description

적외선 확산을 이용한 영상시스템{IMAGING SYSTEM USING DIFFUSE INFRARED LIGHT}
본 발명은 적외선 확산에 관한 것으로, 구체적으로는 확산된 적외선으로 물체를 비추고 반사된 적외선을 기초로 물체의 비디오 영상을 만드는 시스템에 관한 것이다.
의료처치와 치료에는 환자의 팔이나 다른 부위의 혈관을 잘 찾는 간호사가 필요하다. 혈관이 상당량의 피하지방 밑에 있을 때는 이런 작업이 특히 어렵다. 이런 혈관을 찾는데 도움을 주도록 고안된 종래의 영상시스템의 성능은 문제가 많았다.
따라서, 피하혈관과 주변 조직 사이의 콘트라스트를 개선하는 시스템이 필요하다.
도 1은 본 발명의 일례에 따른 적외선 조명으로 물체를 보여주는 영상시스템;
도 2는 본 발명에 따른 확산 적외선을 이용한 영상시스템의 사시도;
도 3, 4는 본 발명에 따른 영상시스템의 단면도;
도 5는 본 발명에 따른 영상시스템의 블록도;
도 6a는 본 발명의 다른 예에 따른 확산 적외선을 이용한 영상시스템의 사시도;
도 6b는 도 6a의 단면도;
도 7a는 본 발명의 또다른 예에 따른 확산 적외선을 이용한 영상시스템의 사시도;
도 7b는 도 7a의 단면도;
도 8은 또다른 영상시스템의 사시도;
도 9는 도 8의 A-A선 단면도;
도 10은 도 9의 B-B선 단면도;
도 11은 영상시스템의 블록도.
발명의 요약
전술한 문제점들은 환자를 향해 확산광을 비추어 피하 혈관의 선명도를 개선하는 장치로 해결된다. 일 실시예에서, 이 장치는 발광원 어레이를 포함한다. 각각의 발광원은 일정 파장의 적외선을 물체를 향해 비추는 기능을 한다. 이런 어레이에 전원을 이용해 전력을 공급하고, 어레이는 전원이 작동할 때 적외선을 낼 수 있다. 이 장치는 1단계 이상의 확산 단계를 갖는 확산 구조체를 더 포함한다. 각각의 확산단계에서는 어레이에서 나온 적외선이 확산 구조체를 통과하면서 일정 확산도를 부여한다.
물체에 확산광을 비추는 다른 장치에 대해서도 설명한다. 이 장치는 발광원 어레이를 포함하고, 각각의 발광원에서는 소정 파장의 적외선을 물체를 향해 비춘다. 이 어레이에 전원을 통해 전력을 공급한다. 이 장치는 어레이에서 나온 적외선에 다양한 확산도를 부여하는 확산 구조체를 더 포함한다. 확산 구조체는 어레 이 부근의 제1 확산층을 포함한다. 제1 확산층은 어레이에서 나온 적외선에 제1 확산도를 부여한다. 제1 확산층에서 떨어지게 제2 확산층이 배치되고, 제2 확산층은 어레이에서 나온 적외선에 제2 확산도를 부여한다. 어레이에서 나온 적외선을 편광시키는 편광판도 포함된다.
다른 실시예에서, 물체에 확산광을 부여하는 또다른 장치에 대해서도 설명한다. 이 장치는 물체를 향해 적외선을 비추는 광원을 포함한다. 제1 확산면을 갖는 제1 확산층이 광원에서 나온 빛을 가로채 광원에서 나온 적외선에 제1 확산도를 부여한다. 이 장치는 물체에서 반사된 빛을 받기 위한 비디오 영상장치를 포함한다. 비디오 영상장치는 적외선을 기초로 물체의 비디오영상을 제공하는 기능을 한다.
물체에 확산광을 비추는 다른 장치도 있다. LED 평면을 이루는 패턴으로 LED 그룹을 배열한다. 각각의 LED는 물체를 향해 적외선을 방출하는 방출면과, LED에 전기신호를 주는 입력단을 갖는다. 이 장치는 제어신호를 제공해 LED 그룹내의 LED를 작동시키는 제어회로를 포함한다. 또, LED에서 나온 적외선을 가로채 확산시키는 확산 구조체를 배치한다.
이상 설명한 본 발명을 이용하면, 백색광이나 비확산 적외선으로는 보기가 어렵거나 불가능한 피하혈관들을 비디오 영상에서 쉽게 볼 수 있는데, 이때 피하혈관은 주변의 더 밝은 배경에 대해 어두운 선으로 나타난다.
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명에 대해 자세히 설명한다.
피부를 포함한 신체조직은 700~900 나노미터 범위의 근적외선에서는 적외선을 반사하지만, 혈액은 이 범위의 적외선을 흡수한다. 따라서, 적외선 조명으로 찍은 신체조직의 비디오영상에서, 혈관은 어두운 선으로 나타나고 주변 배경은 밝게 나타난다. 그러나, 피하지방의 반사특성 때문에, 상당한 축적량의 피하지방 밑에 있는 혈관은 직접 조명, 즉 일방향으로 비추는 빛으로 비추었을 때 보기가 어렵거나 불가능할 수 있다.
본 발명자는 피하지방이 상당히 축적된 신체조직 부위를 높은 확산 적외선 조명으로 근적외선 범위에서 촬상할 때 혈관과 주변 조직 사이에 상당히 높은 콘트라스트가 나타나는데, 이런 콘트라스트는 직접 적외선 조명일 때보다 높다. 특정 이론의 뒷받침을 할 수는 없지만, 피하지방에서 반사된 확산 적외선 대부분이 시야방향에서 벗어나는 것으로 보인다. 따라서, 높은 확산광을 이용해 조직을 비추면, 혈관과 주변 조직 사이의 콘트라스트를 원하는대로 유지할 수 있다.
도 1을 보면, 신체조직과 같은 물체(32)를 조명하는 영상시스템(2)은 높은 확산 적외선을 내고 물체(32)에서 반사된 적외선을 기초로 물체(32)의 비디오영상을 만든다. 전술한 바와 같이, 물체(32)가 신체조직일 때, 조직내 피하지방 밑에 있는 혈관을 시스템(2)에서 생긴 비디오영상에서 선명히 볼 수 있다.
이 영상시스템(2)은 여러 조명방향에서 적외선으로 물체(32)를 조명하는 조명시스템(10)을 포함한다. 조명시스템(10)은 여러개의 적외선 광원(10a-f)을 포함하는데, 각각의 광원은 각각의 방향으로 물체(32)에 적외선을 비춘다. 각각의 광원(10a-f)에서 적외선이 나가는 방향이 도 1에 4a-f로 표시되었다. 도 1에 도시된 바와 같이, 적외선의 방향은 물체(32)의 표면에 수직이거나 거의 수직인 방향부터 물체 표면에 평행하거나 거의 평행한 방향까지 퍼져있다. 적외선이 물체(32)에 닿는 방향이 이처럼 넓기 때문에, 적외선이 넓게 확산되는 셈이다.
뒤에 자세히 설명하겠지만, 광원(10a-f)은 단일 광원에서부터 물체(32)에 빛을 비추는 반사면인 것이 바람직하다. 한편, 광원(10a-f)은 제각기 별도의 광원일 수도 있고, 또는 여러개의 광원과 반사체의 조합일 수도 있다.
영상시스템(2)은 또한 물체(32)를 보여주기 위해 비디오카메라와 같은 영상장치(38)를 더 구비한다. 영상장치(38)는 도 1의 화살표(6) 방향으로 물체(32)를 보여준다. 영상장치(38)는 물체에서 반사된 확산적외선을 받고, 이런 반사광을 기초로 물체(32)의 전자 비디오영상을 생성한다.
도 2a, 2b에 도시된 것은 조명시스템(10)의 바람직한 실시예이다. 도 3은 도 2의 A-A선 단면도이다. 조명시스템(10)은 광확산 구조체(14)의 일단부에 빛을 비추는 광원(12)을 포함한다. 광확산 구조체(14)은 내측면이 반사면으로 된 기다란 케이스(16)를 갖추고 있다. 기다란 케이스(16)의 내면은 백색이 바람직하지만, 거울면이나, 거울면과 백색면의 조합일 수도 있다. 광원(12) 반대쪽의 광확산 구조체(14)의 단부에는 속이 빈 도광기(22)가 달려있다. 뒤에 자세히 설명하겠지만, 도광기(22)는 확산광의 출구 역할을 한다.
케이스(16)는 제1, 제2 구간(16a,16b)으로 구분되는데, 각 구간에는 대형단부와 소형단부가 있다. 이들 구간(16a,16b)은 피라미드 형상을 가져, 각각 4개의 사다리꼴 면을 갖는 것이 바람직하다. 바람직한 실시예에서, 4개의 사다리꼴 면은 정사각형 구멍을 형성한다. 도 2a, 2b에 도시된 바와 같이, 제1, 제2 구간(16a,16b)의 대형 단부들을 결합해 케이스(16)를 형성한다.
제1 구간(16a)의 소형 단부에는 이 구간의 4개 사다리꼴 면의 4개 짧은 변으로 이루어진 입구(18)가 있다. 광원(12)을 제1 구간(16a)의 소형 단부의 입구(18)에 연결하는 것이 바람직하다. 따라서, 광원(12)에서 생긴 빛은 입구(18)를 통해 케이스(16)로 들어가서 케이스 내면을 비춘다.
제2 구간(16b)의 소형 단부에는 이 구간의 4개 사다리꼴 면의 4개 짧은 변으로 이루어진 출구(20)가 있다. 출구(20)에 중공 도광기(22)의 일단부를 연결한다. 도광기(22)의 내면은 케이스(16)의 내면처럼 백색 반사면인 것이 바람직하다.
조명시스템(10)은 외부 케이스(16) 내부에 동축으로 배치된 기다란 내부 반사기(24)를 더 포함한다. 설명의 편의상, 도 2b의 내부반사기(24)는 외부케이스(16)를 제거한 상태를 보여준다. 바람직한 실시예에서, 내부반사기(24)는 피라미드 구간(24b)에 사각관 구간(24a)을 결합한 형태이다. 피라미드 구간(24b)의 4변은 정점까지 좁아지는 것이 바람직하다. 도 3에서 보듯이, 피라미드 구간(24b)의 정점은 외부케이스(16)의 입구(18) 가까이 위치한다. 내부반사기(24)의 외면은 외부케이스(16)의 내면과 마찬가지로 백색 반사면이다.
도 3을 참조해 구조체(14)의 확산성에 대해 설명한다. 석영-할로겐 등이나, Gilway사의 모델번호 L517A-G의 금도금 반사경과 같은 램프(26)가 광원(12) 안에 있다. 램프(26)를 작동시키면 백색광 형태의 전자기선이 생긴다.
설명의 편의상, 램프(26)는 빛(28,30)과 같은 여러 방향으로 빛을 내는 광원으로 본다. 도 3에 도시된 바와 같이, 빛(28)은 외부케이스(16)의 구간(16b) 내면에서 반사된 다음, 출구(20)를 통해 도광기(22)로 들어가고, 도광기(22) 내면에서 여러번 반사된 뒤 출구(23)를 나간다. 빛(28)과 다른 각도로 광원(12)을 나간 빛(30)은 내부반사기(24)에서 반사된 다음, 외부케이스(16)의 구간(16b) 내면에서 반사하고 출구(20)를 나가 도광기(22)로 들어간다. 이 빛(30)은 도광기(22)의 내면에서 여러번 반사된 다음 마찬가지로 출구(23)를 나가되 빛(28)과는 다른 각도로 나간다.
물체(32)를 출구(23) 근처에 놓으면, 빛(28,30)이 서로 다른 각도로 물체(32)에 닿는다. 주지하는 바와 같이, 광원(12)에서 나온 빛은 무한한 갯수의 빛으로 표현되고 내부반사기(24)와 외부케이스(16)의 내면에 무한한 갯수의 각도로 부딪쳐 반사된다. 따라서, 출구(23)에서 나온 빛이 여러 각도로 물체(32)에 닿으므로, 넓게 확산된다. 이렇게 물체에 닿는 각도는 출구(23) 평면에 수직부터 평행한 범위까지 이른다. 확산 구조체(14)가 입체 형상이므로, 빛도 외부케이스(16)의 다른 표면과 내부반사기(24)에서 반사되는데, 도 3에 도시된 표면에 수직으로도 반사된다. 따라서, 조명시스템(10)의 출구(23)에서 나온 빛은 넓게 확산되어, 여러 광원에서 나온 것같이 보인다.
외부케이스(16)의 내부 반사면과 내부 반사기(24)의 외부 반사면의 배열 때문에, 확산구조체(14)는 램프(26)에서 나온 빛을 출구(23)에 효과적으로 전달한다. 그러므로, 램프(26)에서 나온 빛의 대부분이 물체(32)에 도달하여, 빛에너지 낭비가 거의 없다.
뒤에 자세히 설명하겠지만, 조명시스템(10)을 이용해 의료용 확산광을 만들 수 있다. 그러나, 본 발명의 범위는 의료용에 한정되지도 않는다. 조명시스템(10)을 일반 사진촬영용 확산광원으로 사용할 수도 있다.
본 발명의 바람직한 실시예에서, 도 3에 도시된 것과 같이, 광원(12)의 램프(26)와 외부케이스(16) 입구(18) 사이에 콜드 미러(34; cold mirror)를 배치한다. 콜드 미러(34)는 소정의 적외선 파장을 벗어난 파장을 갖는 모든 빛을 반사한다. 상기 적외선 범위의 파장은 700~1000 나노미터인 것이 바람직하다. 콜드미러(34) 바로 옆으로, 콜드미러(34)와 입구(18) 사이에 적외선 투과필터(36)를 배치해, 상기 파장범위 바깥의 파장을 갖는 빛을 더 감쇠하면서 파장범위내의 파장을 갖는 빛은 투과한다.
광원(12)에서 적외선을 만드는 다른 방법도 많음을 알아야 한다. 예를 들어, 적외선 발광 다이오드(LED)나 적외선 LED 어레이로 광원(12)을 구성할 수도 있다. 따라서, 도 3에 도시되고 전술한 바 있는 광원(12)의 구성은 단지 예를 든 것일 뿐이고, 본 발명은 광원(12)을 특정 구성에 한정하지 않는다.
도 4는 조명시스템(10)의 일례의 크기를 보여준다. 도 4에 도시된 바와 같이, 광확산 구조체(14)의 총 길이는 약 34.82인치이다. 제1, 제2 구간(16a,16b) 연결부에서의 외부케이스(16)의 높이와 폭은 약 10.04인치이다. 도광기(22)의 길이는 14.00인치이고, 그 높이와 폭은 약 5.08인치이다. 바람직한 내부반사기(24)의 총 길이는 약 15.86인치이다. 내부반사기(24)의 사각관 구간(24a)의 길이는 약 3.5인치이다. 광원(12)의 높이와 폭은 약 2.11인치이다.
도 4에서 보듯이, 본 발명에서는 비디오 영상장치(38)와 함께 렌즈(40)를 사용해, 물체(32)에서 반사된 확산광을 기초로 물체(32)의 비디오영상을 만든다. 바람직하게, 이 영상장치(38)는 Cohu사에서 모델번호 631520010000으로 제작한 CCD 비디오카메라이다. 렌즈(40)는 Angenieux에서 제작한 25mm f-0.95 무비카메라 렌즈가 바람직하다.
카메라(38)와 렌즈를 내부반사기(24)의 사각관 구간(24a) 안에 배치한다. 도 4에 의하면, 사각관 구간(24a)의 개방단부는 카메라(38)와 렌즈가 바라보는 구멍을 이룬다. 이렇게 하면, 속이 빈 도광기(22)가 카메라(38)의 시아범위에 일치한다. 따라서, 카메라(38)는 물체(32)에서 반사되어 도광기(22)로 들어간 다음 케이스(16)를 지나 구간(24a)의 개방단부로 들어간 빛을 받는다.
도 4에 의하면, 본 발명에서는 관형 구간(24a)의 개방단부 안에 적외선 투과필터(42)를 배치한다. 이 필터(42)는 물체(32)에서 반사된 빛과 케이스(16)에 들어갈 수 있는 모든 다른 빛을 받되, 700~1000나노미터의 적외선 범위를 벗어난 파장을 갖는 모든 빛은 걸러낸다. 바람직한 실시예에서, 필터(42)는 800~850나노미터의 소정 적외선 범위를 벗어난 파장을 갖는 빛을 걸러낸다. 따라서, 필터(42)를 투과해 렌즈(40)로 들어간 빛은 소정 파장범위의 적외선이다. 그러므로, 카메라(38)는 조명시스템(10)에서 생기고 물체(32)에서 반사된 적외선을 우선적으로 받는다.
물체(32)에서 반사된 빛을 기초로, 카메라(38)는 전기 비디오신호 형태로 물체(32)의 비디오영상을 만든다. 도 5에 도시된 바와 같이, 비디오신호는 DigiVision사에서 모델번호 ICE-3000으로 제작한 화질개선 보드(44)로 보내지는 것이 바람직하다. 이 보드(44)는 카메라(38)의 비디오신호를 기초로 화잘이 개선된 영상신호를 만든다. 화질개선 영상신호는 비디오캡처 디스플레이 카드(46)로 보내지는데, 이런 카드로는 MirO사에서 ㅈ제작한 모델번호 20-TD Live 카드가 바람직하다. 이 카드(46)는 디지탈 저장장치에 디지탈 형태로 저장될 수 있는 영상신호로부터 정지영상을 캡처한다. 이 카드(46)는 또한 비디오 모니터(48)에 실시간 디스플레이를 위해 비디오 영상신호를 포맷하기도 한다.
조명시스템(10)은 다른 수단을 이용해 본 발명에 맞는 확산 적외선을 만들 수도 있다. 예를 들어, 도 1의 광원(10a-f)으로 원형의 플래시를 사용하거나, 또는 물체(32)의 표면 부근에 설치된 플라스틱 투광 확산기에 원형의 LED 어레이로 빛을 비출 수도 있다. 후자의 경우, 광원(10a-f)은 어레이의 각각의 LED에 상당할 것이다.
도 6a, 6b에 도시된 본 발명의 다른 실시예에서, 영상시스템(2)은 물체(32)의 영상으로 물체(32)를 조명하여 물체(32)의 명암 부분들 사이의 콘트라스트를 개선하기 위한 비디오 프로젝터(50)를 포함한다. 본 발명에서 참고로 한 CONTRAST ENHANCING ILLUMINATOR란 명칭의 미국특허 5,969,754에 설명한대로, 물체의 투사된 가시광 영상의 특징들이 물체의 대응 특징들과 겹칠 때 물체의 특징이 눈에 띄게 개선된다. 겹친 가시광 영상으로 인해 물체의 밝은 특징은 더 밝아지지만 어두운 부분은 그대로 남게된다.
도 6a-b에 도시된 본 발명의 실시예에서는 앞에서 설명한 것과 비슷한 방식으로 물체(32)에 확산 적외선(52)을 비춘다. 그러나, 이 경우, 조명광의 경로가 접히므로, 도광기(22)의 출구(23)는 도 1-3의 출구에 비해 90도 회전되었다.
도 6b에 의하면, 핫미러(54; hot mirror)와 같은 빔 세퍼레이터는 광확산 구조체(14)의 내부로부터 적외선(52)을 받아 도광기(22)와 물체(32)를 향해 반사한다. 핫미러(54)는 물체(32)의 적외선 영상(56)를 받아 카메라(38)를 향해 반사하기도 한다. 핫미러(54)는 프로젝터(50)로부터 가시광 영상(58)을 받아 도광기(22)와 물체(32)를 향해 투사하기도 한다.
미국특허 5,969,754에 자세히 설명한대로, 비디오카메라의 비디오 출력신호는 프로젝터(50)에 비디오 입력신호로 제공된다. 비디오 입력신호를 기초로, 프로젝터(50)는 물체(32)의 가시광 영상(58)을 핫미러(54)를 향해 투사한다. 핫미러(54)는 가시광 영상(58)을 도광기(22)를 통해 물체(32)로 보낸다. 프로젝터(50)에서 투사된 가시광 영상(58)을 카메라(38)에서 감지한 물체(32)의 적외선 영상(56)과 적절히 일치시키면, 투사된 가시광 영상(58)의 특징이 물체(32)의 대응 특징들과 겹쳐지게 된다.
물체(32)가 신체조직이고 신체조직내의 피하 혈관을 찾는데 본 발명을 이용한다면, 투사된 가시광 영상(58)에서 혈관이 어두운 선으로 나타난다. 따라서, 가시광 영상(58)을 신체조직에 투사하면, 피하혈관은 투사된 가시광영상(58)의 어두운 선 바로 밑에 놓일 것이다. 이런 식으로, 본 발명은 환자의 불편을 최소화하면서도 간호사가 피하혈관을 쉽게 찾을 수 있도록 한다.
도 7a-b는 콘트라스트 개선 조명기로 사용되는 본 발명의 다른 예를 보여준다. 본 실시예는 도 6의 실시예와 비슷하게 기능하지만, 카메라(38)를 광확산 구조체(14)의 외부에 배치한다. 카메라(38)의 위치변경에 대응하여, 도 7a-b의 핫미러(54)는 도 6의 위치에 비해 시계방향으로 90도 회전되었다. 한편, 핫미러(54)는 도 6과 비슷한 기능을 한다. 카메라 위치가 다르므로, 도광기(22) 벽면에 출구(23)를 향해 적외선 투과필터(42)를 설치한다. 물체(32), 카메라(38), 프로젝터(50) 사이로 빛이 지나가도록 구멍이 뚫린 반사판(60)을 설치하는 것이 바람직하다.
도 8-11에는 비교적 소형이면서 신뢰성이 높은 영상시스템(70)의 일례가 도시되었다. 이 영상시스템(70)은 신체조직과 같은 물체(71)에 빛을 비추고, 물체에서 반사된 적외선을 기초로 물체의 비디오영상을 만들도록 구성되는 것이 가장 바람직하다. 영상시스템(70)의 하우징(72)에는 시스템의 촬영 특징들이 포함되어 있다.
도 8을 보면, 하우징(72)은 사각상자 모양이다. 하우징(72)의 길이는 3~5인치, 폭은 3.5인치가 바람직하다. 당업자라면 알 수 있듯이, 영상시스템(70)을 다양하게 구성할 수 있으므로 본 발명은 이런 특정 예에 한정되지 않는다. 예를 들어, 도 8의 하우징은 사각상자 모양이지만, 원형이나 다각형이나 다른 형상을 갖고 크기도 달리할 수 있다.
렌즈(75)가 달린 비디오카메라와 같은 영상장치(74)와 비디오 처리요소들은 하우징(72) 내부에 위치한다. 영상장치(74)와 비디오 처리요소들은 적외선을 감지하고 물체(71)로부터 감지된 적외선을 처리하는 기능을 한다. 전술한대로, 영상장치(74)는 물체(71)에서 반사되고 감지된 적외선을 기초로 영상을 만든다. 도 8-9에서 보듯이, 영상장치(74)를 설치벽(78) 구멍(76) 안에 배치하고, 렌즈(75)는 하우징 내부(77)로 뻗게 하는 것이 바람직한데, 이에 대해서는 뒤에 설명한다. 구체적으로, 적외선을 최대로 감지하도록 카메라(74)가 대칭형 카메라이면, 시스템(70)에서 만든 영상을 개선하여, 신체내 피하지방 밑에 있는 혈관을 더 잘 비출 수 있다.
시스템(70)의 확산광을 물체(71)를 향해 투사하기 위한 각종 요소들은 모두 하우징(72) 안에 설치하는 것이 가장 좋다. 화살표(80)는 시스템(70)에서 투사된 확산광을 나타낸다. 화살표(82)는 물체(71)에서 반사된 빛을 나타낸다. 도 8의 A-A선 단면도인 도 9에서 보듯이, 벽(78)에 설치된 여러개의 적외선 LED(84)는 LED 어레이(85)를 이루어 적외선을 방출한다. LED 어레이(85)는 기준 LED 평면을 이룬다. 각각의 LED(84)는 파장 약 740나노미터의 빛을 투사한다. LED(84)로는 오스트리아의 Roithner Lasertechnik사에서 모델번호 ELD-740-524로 판매되는 것이 좋다.
도 10에 도시된 바와 같이, 벽(78) 가까이 있는 회로보드(86)에 LED(84)를 설치한다. 도 9에 의하면, 영상장치(74)를 중심으로 LED(84)를 8개 그룹(92,94)로 구분하는 것이 바람직하다. 이런 LED 배열에 의하면 시스템(70)에서 나온 확산광을 최대로 분산할 수 있다. LED(84) 그룹(92,94)마다 10개 이상의 LED(84)로 이루어진다. 그러나, 시스템(70)에 따라서는 각 그룹의 LED 갯수를 이보다 많거나 적게 할 수도 있다. 또, LED 어레이(85)내의 LED 그룹 수도 이보다 많거나 적게 할 수 있다.
도 9를 보면, 4개의 LED(84) 그룹(92)이 LED 어레이(85)의 모서리(96)에 위치함을 알 수 있다. LED 어레이(85)의 모서리(96)의 LED(84)가 15개 이상인 것이 가장 바람직하다. LED 어레이(85)의 측면부(98)에는 4개의 LED(84) 그룹(94)이 위치한다. 각각의 측면부(98)는 모서리(94) 사이에 위치한다. LED 어레이(85)의 측면부(98)의 LED(84)는 10개 이상인 것이 가장 바람직하다.
전술한 바와 같이, LED 어레이(85)는 회로보드(86)에 배치되는 것이 가장 좋다. 컨트롤시스템(90)과 연계되어, 회로보드(86)는 LED 어레이(85)의 특정 LED(84) 그룹(92,94)내의 LED(84)의 작동을 제어하는 제어회로를 포함한다. 도 11의 블록도를 보면, 전원(88)과 마이크로프로세서 등의 컨트롤시스템(90)이 회로보드(86)에 전기적으로 연결된다. 또, 컨트롤시스템(90)을 사용하지 않고도 LED를 제어할 수 있는바, 전원(88)을 온/오프하여 LED 어레이(85)를 키거나 끌 수 있다. 전원(88)과 함께 펄스 변조기술을 이용해 원하는 사이클로 LED 어레이(85)의 LED(84)를 작동시킬 수 있다.
도 11의 블록도를 보면, 영상시스템(70)에서 LED 어레이(85)는 회로보드(86)를 통해 전원(88)과 컨트롤시스템(90)에 연결된다. 컨트롤시스템(90)은 LED 어레이(85)를 조정하여 물체(71)를 향해 적외선을 비춘다. 전술한 바와 같이, 컨트롤시스템(90)은 LED 어레이(85)의 LED(85)를 조작하여 빛을 연속적으로나 단속적으로 방출한다. 즉, LED(84)를 하나나 여러개 선택조작하여 물체(71)를 향해 적외선을 연속적으로나 단속적으로 방출한다. 따라서, 이 시스템(70)은 LED(84) 및/또는 LED 그룹(92,94)의 다양한 순열과 조합으로 LED로부터 적외선을 방출하도록 구성될 수 있다.
도 10에 의하면, LED 어레이(85)의 방출면(102) 부근에 제1 확산층(100)을 배치한다. 바람직하기로는, 제1 확산층(100)을 접착제를 이용해 LED 어레이(85)의 방출면(102)에 접착해, LED 어레이(85) 내의 LED(84) 하나 이상으로부터 나온 빛을 확산시킨다. 제1 확산층(100)으로는 미국 캘리포니아 Torrance 소재 Physical Optics Corporation에서 제작한 LSD20PC10-F10x10/PSA와 같은 홀로그래픽 20도 확산기가 가장 좋다. 제1 확산층(100)은 길이 약 3.5인치, 폭 약 3.5인치, 두께 약 0.10인치가 좋다. LED 어레이(85)에서 LED(84)가 작동하면, 제1 확산층(100)에서 LED 어레이(85)의 적외선이 확산되어, 적외선을 제1 확산도로 확산시킨다.
도 10을 보면 하우징(72)의 내면(104)가 보인다. 백색 페인트와 같은 반사코팅으로 하우징 내면(104)을 코팅하여, 이미 제1 확산층(100)에서 생긴 확산광을 반사해 더 확산시키는 것이 바람직하다. 도 10에 의하면, 제1 확산층(100)에서 LDD 간격만큼 떨어지게 제2 확산층(106)을 배치한다. 양쪽 확산층(100,106) 사이의 간격(LDD)은 약 3인치가 좋다. 제2 확산층(106)도 제1 확산층(100)과 같은 홀로그래픽 20도 확산기인 것이 좋다. 제2 확산층(106)은 길이 약 3.5인치, 폭 약 3.5인치, 두께 약 0.10인치인 것이 좋다.
제2 확산층(106)은 하우징 내면(104)에서 반사된 확산광을 더 확산시킨다. 도 8을 보면, 이들 2개의 확산층이 평탄하다. 제1, 제2 확산층(100,106)이 이루는 평면은 서로 평행한 것이 가장 바람직하다. 이렇게 2개의 확산층(100,106)을 평행하게 배치하면 LED(84)가 작동될 때 시스템(70)에서 나온 확산광의 양을 증진시킬 수 있다.
도 10에 의하면, LUCITE와 같은 지지물질(108)을 제2 확산층(106) 부근에 배치한다. 이 지지물질은 두께가 0.125인치인 것이 좋다. 지지물질(108) 부근에 가시편광판(110)을 배치한다. 이 편광판(110)으로는 미국 일리노이주 Vernon Hills의 Visual Pursuits에서 제작한 VP-GS-12U로서 두께 약 0.075인치가 가장 바람직하다.
따라서, 이 시스템(70)을 이용하면 방출된 적외선을 제1 확산층(100)을 통해 조정하고 제1 격실(72a)의 내면(104)에서 반사시키며 지속적으로 제2 확산층(106), 지지물질(108) 및 편광판(100)을 통과시키면서 다양한 확산도를 얻을 수 있다. 그러므로, 방출된 적외선이 제1 확산층(100)을 통과한 뒤에 확산도가 결정된다. 제1 확산층(100)에서 만들어진 확산광이 제1 격실(72a) 내면(104)에서 반사되면서 다른 확산도가 얻어진다. 확산광이 제2 확산층(106)을 통과한 뒤에는 또다른 확산도가 얻어진다.
도 8에 도시된 바와 같이, 편광판(110)은 직경 약 1인치 정도의 원형 중앙부위(112)를 갖는 것이 바람직하다. 중앙부위(112)는 카메라렌즈(75)와 일치하는 것이 바람직하다. 중앙부위(112)의 편광방향은 편광판(110)의 주변부(114)의 편광방향에 대해 약 90도 방향이다. 바람직한 실시예에서, 카메라렌즈(75)는 지지물질(108)에 닿는다. 도 8에 도시된 바와 같이, 렌즈(75)를 하우징(70) 안에 배치하되 편광판(110)의 중앙부위(112)와 동출으로 일치하게 하는 것이 좋다. 편광판(110)의 중앙부위를 렌즈(75) 정면에 일치시키면 카메라 영상에서 반짝이는 부분을 없앨 수 있다.
도 10에 의하면, 지지물질(108)과 편광판(110)은 표면이 평평하고 2개 확산층(100,106) 평면과 동일한 방향을 갖는다. 가장 바람직한 것은, 제1 확산층(100), 내면(104), 제2 확산층(106), 지지물질(108) 및 편광판(110)이 함께 물체(71)에 확산광을 제공하는 확산시스템(116)을 구성하는 것이다(도 10 참조). 이런 확산구조의 구성요소는 더 많거나 적을 수도 있고, 또한 본 발명도 이상 설명한 특정 예에 한정되지 않음을 알아야 한다. 예를 들어, 확산시스템(116)은 2개의 확산층(100,106)중 하나를 갖고 편광판(110)도 없을 수 있으며, 또는 편광판(110) 없이 2개의 확산층(100,106)을 구비할 수도 있다.
시스템(70)은 물체(71)를 향해 확산광(80)을 비추고 영상장치(74)로 물체의 비디오영상을 만드는데, 이에 대해서는 전술한 바 있다. 구체적으로, 전원(88)이 작동되면, LED 어레이(85)의 LED(84)의 방출면(102)에서 적외선이 방출된다. 제1 확산층(100)에서는 적외선을 제1 확산도로 확산시키고, 내면(104)에서는 제1 확산층(100)에서 나온 확산광을 더 확산시킨다. 제2 확산층(106)에서는 확산광을 더 확산시킨 다음, 물체(71)에 닿기 전에 지지물질(108)과 편광판에 확산광을 투과시킨다. 전술한 바와 같이, 물체(71)는 확산광(80)을 반사시켜 확산반사광(82)을 만들고, 이 빛은 영상장치(74)에 캡처된다. 영상장치(74)는 물체(71)의 비디오영상을 만든다. 따라서, 확산특성에 맞는 확산광을 내어, 시스템(70)은 혈관과 조직 사이처럼 물체(71)의 물성차를 찾아 구분하는데 도움을 준다.
이상 설명한 것은 어디까지나 예를 든 것일 뿐이고, 본 발명은 이상의 설명에 한정되지 않는다. 예컨대, 제1, 제2 확산층(100,106)이 서로 평행하지 않도록 하여, 시스템(70)의 확산도를 달리할 수도 있다. 또, LED 어레이(85)가 이루는 평면을 제1 확산층(100)이 이루는 평면과 거의 평행하게 하는 것이 바람직하지만, 당업자라면 알 수 있듯이 이를 평행하지 않게 할 수도 있다.

Claims (25)

  1. 물체 표면 밑의 매립 구조물의 선명도를 개선하기 위한 장치에 있어서:
    여러 조명 방향으로 매립 구조물을 조명하기 위한 조명원;
    한가지 이상의 확산단계를 가져, 상기 조명원에서 나온 빛에 다양한 확산도를 부여하는 확산 구조체;
    물체에서 반사된 확산광을 받아 영상을 만들기 위한 영상장치; 및
    매립 구조물의 가시광 영상을 물체 표면에 투사하기 위한 비디오 프로젝터;를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 확산 구조체가 조명원 부근에 배치된 제1 확산층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 제1 확산층이 홀로그래픽 확산기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  4. 제2항에 있어서, 상기 확산 구조체가 조명원에서 나온 빛에 제2 확산도를 부여하는 제2 확산층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  5. 제4항에 있어서, 상기 제2 확산층이 홀로그래픽 확산기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  6. 제4항에 잇어서, 상기 제2 확산층이 제1 확산층에서 떨어진 것을 특징으로 하는 장치.
  7. 제4항에 있어서, 상기 제1 확산층이 제1 평탄면을 갖고, 제2 확산층은 제2 평탄면을 갖는 것을 특징으로 하는 장치.
  8. 제7항에 있어서, 상기 제1, 제2 확산층의 제1, 제2 평탄면들이 서로 평행한 것을 특징으로 하는 장치.
  9. 제1항에 있어서, 상기 조명원에서 나온 빛을 편광시키기 위한 편광판을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  10. 제9항에 있어서, 상기 편광판이 제1 및 제2 영역들을 갖고, 상기 제1 영역은 제1 편광회전을 제공하며, 상기 제2 영역은 제1 편광회전과는 다른 제2 편광회전을 제공하는 것을 특징으로 하는 장치.
  11. 제10항에 있어서, 상기 제1 및 제2 편광회전들이 90도 차이가 나는 것을 특징으로 하는 장치.
  12. 제1항에 있어서, 상기 조명원이 LED 평면을 이루는 패턴으로 배열된 LED 그룹으로 이루어져 매립 구조물에 확산광을 비추는 것을 특징으로 하는 장치.
  13. 제1항에 있어서, 상기 매립 구조물이 피하 혈관인 것을 특징으로 하는 장치.
  14. 물체에 확산광을 비춰 피하혈관 선명도를 높이는 장치에 있어서:
    적외선 발광원;
    제1 확산층;
    비디오 영상장치; 및
    전원;을 포함하는 장치.
  15. 제14항에 있어서 제2 확산층을 더 포함하는 장치.
  16. 제15항에 있어서, 제1, 제2 확산층이 홀로그래픽 확산기를 포함하는 장치.
  17. 제15항에 있어서, 제1, 제2 확산면이 평행한 장치.
  18. 제14항에 있어서, 적외선 편광판을 더 포함하는 장치.
  19. 제14항에 있어서, 상기 광원이 발광다이오드 그룹을 더 포함하는 장치.
  20. 물체에 확산광을 비추는 장치에 있어서:
    발광다이오드 그룹;
    제어회로;
    확산구조체를 포함하는 장치.
  21. 제20항에 있어서, 상기 발광다이오드 그룹이 대칭으로 배열되고, 제1 그룹은 모서리에 위치하며 제2 그룹은 제1 그룹 사이에 위치하는 장치.
  22. 제20항에 있어서, 상기 확산구조체가 확산층을 더 포함하고, 이 확산층은 발광다이오드 평면 부근에 위치하며, 확산평면과 발광다이오드 평면이 평행한 장치.
  23. 제20항에 있어서, 물체에서 반사된 확산 적외선을 기초로 비디오영상을 생성하는 비디오 영상시스템을 더 포함하는 장치.
  24. 제20항에 있어서, 발광다이오드에 제어신호를 제공하는 제어회로를 더 포함하는 장치.
  25. 제20항에 있어서, 발광다이오드에 제어신호를 제공하는 제어회로를 더 포함하고, 이 제어회로는 듀티사이클에 맞게 발광다이오드에 펄스변조신호를 제공하는 장치.
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