KR20100068105A - Scanning probe - Google Patents

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KR20100068105A
KR20100068105A KR1020080126824A KR20080126824A KR20100068105A KR 20100068105 A KR20100068105 A KR 20100068105A KR 1020080126824 A KR1020080126824 A KR 1020080126824A KR 20080126824 A KR20080126824 A KR 20080126824A KR 20100068105 A KR20100068105 A KR 20100068105A
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KR
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optical fiber
magnetic field
fiber scanner
scanning probe
scanner
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KR1020080126824A
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이병하
민은정
나지훈
유선영
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하나기술(주)
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Abstract

PURPOSE: A scanning probe is provided to reduce power consumption by making vibration by the rigidity of a probe body and the magnetic force of a magnet and driving devices with little power. CONSTITUTION: A scanning probe comprises an electromagnet, and an optical fiber scanner(100). The electromagnet forms magnetic field. The optical fiber scanner obtains an external image while reciprocating, if magnetic force is applied to the inducing magnetic substance(200) attached to the body(110) by the magnetic field. The optical fiber scanner vibrates by the magnetic force and the rigidity of the body resisting to the magnetic force. The electromagnet is made of solenoid which generates the magnetic field if current is applied. The body is fixed to the fixed end(30) and is extended in one direction.

Description

스캐닝 프로브 {SCANNING PROBE}Scanning Probe {SCANNING PROBE}

본 발명은 스캐닝 프로브에 관한 것으로, 구체적으로는 광섬유를 이용하여 외부의 영상을 획득하는 스캐닝 프로브에 관한 것이다.The present invention relates to a scanning probe, and more particularly, to a scanning probe for acquiring an external image using an optical fiber.

최근들어, 마이켈슨 간섭계의 원리를 응용하여 주로 생체 시료의 종단면 단층 이미지를 고 해상도로 실시간 측정 가능한 기술들이 개발되고 있다. 이러한 시스템의 샘플단은 샘플 시료의 횡방향 스캔을 위해서 보통 갈바노 미러(Galvano mirror)와 대물렌즈를 이용하여 벌크 형태로 구성되며, 내시경 등과 더불어 인체 내부를 이미징하는데 응용하기 위하여 프로브를 소형화 시키려는 연구가 활발히 진행 중이다.Recently, techniques for applying a principle of the Michelson interferometer have been developed to measure, in real time, a longitudinal tomographic image of a biological sample. The sample stage of such a system is usually composed of a bulk shape using galvano mirror and objective lens for the lateral scan of the sample sample, and researches to miniaturize the probe for application to imaging the inside of the human body with an endoscope. Is actively underway.

종래에는 소형 스캐닝 프로브를 제작하기 위한 방법으로, 이미지 스캔을 위한 마이크로 모터, 압전소자, CMOS-MEMS미러, MEMS 모터 그리고 코일과 영구자석과 같은 다양한 구동 시스템과 선명한 이미지를 얻기 위한 렌즈 시스템이 제안되었다.Conventionally, as a method for fabricating a small scanning probe, various driving systems such as micro motors, piezoelectric elements, CMOS-MEMS mirrors, MEMS motors, coils and permanent magnets for image scanning, and lens systems for obtaining clear images have been proposed. .

그러나, 압전소자를 이용하는 경우 높은 구동전압이 요구되며, 마이크로 모터나, CMOS-MEMS 미러 등을 사용하는 경우에는 제작공정과정이 복잡하고 까다롭다는 단점을 가지고 있었다. 또한, 샘플에 광을 조사하거나 발생된 신호광을 집광하 기 위한 렌즈시스템으로 광섬유의 전단에 마이크로 프리즘이나 반사경, 렌즈와 같이 벌크 형태의 소자를 사용하는 경우에는 광학소자와 광섬유와의 광축정렬에 있어 정확성이 요구되며 광학소자가 많아질수록 광손실이 커지는 단점을 가지고 있었다.However, when the piezoelectric element is used, a high driving voltage is required, and when the micro motor or the CMOS-MEMS mirror is used, the manufacturing process is complicated and difficult. Also, it is a lens system for irradiating light to a sample or condensing the generated signal light. In case of using bulk type devices such as micro prism, reflector and lens in front of optical fiber, optical axis alignment between optical element and optical fiber Accuracy was required, and the more optical elements, the greater the optical loss.

상기와 같은 문제를 해결하기위하여, 본 발명에서는 간단한 공정 과정을 통해 구현되며 저전력을 이용하여 구동할 수 있는 광섬유 스캐닝 프로브를 제공하기 위함이다. 또한, 구성에 필요한 광학소자를 최소화하여 광손실이 최소화된 광섬유 스캐닝 프로브를 제공하기 위함이다.In order to solve the above problems, the present invention is to provide an optical fiber scanning probe that is implemented through a simple process and can be driven using a low power. In addition, it is to provide an optical fiber scanning probe with a minimum optical loss by minimizing the optical elements required for the configuration.

상기한 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 자기장을 형성하는 전자석; 그리고,상기 자기장에 의해 몸체에 부착된 금속에 자기력이 가해지면, 진동이 발생하면서 외부의 영상을 획득하는 광섬유 스캐너;를 포함하는 스캐닝 프로브를 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention provides an electromagnet for forming a magnetic field; And, when a magnetic force is applied to the metal attached to the body by the magnetic field, the optical fiber scanner for acquiring an external image while generating a vibration provides a scanning probe comprising a.

여기서, 상기 광섬유 스캐너는 상기 자기력과 이에 저항하는 상기 몸체의 강성에 의해 진동하도록 구성될 수 있다. Here, the optical fiber scanner may be configured to vibrate by the magnetic force and the rigidity of the body to resist it.

이때, 상기 전자석은 전류가 인가되면 자기장을 발생시키는 솔레노이드로 구성되는 것이 바람직하다.At this time, the electromagnet is preferably composed of a solenoid to generate a magnetic field when a current is applied.

구체적으로, 상기 몸체는 고정단에 고정 설치되어 일방으로 연장되며, 스캔부는 상기 몸체의 연장되는 단부에 형성되어 상기 몸체의 진동시 소정구간을 왕복하면서 외부 영상을 획득하도록 구성될 수 있다.Specifically, the body is fixed to the fixed end and extends in one direction, the scan unit may be formed on the extending end of the body to be configured to acquire an external image while reciprocating a predetermined section during the vibration of the body.

이때, 상기 스캔부가 왕복하는 거리 또는 진동수는 상기 자기장의 세기와 구동 진동수에 따라 제어될 수 있다.In this case, the distance or frequency at which the scan unit reciprocates may be controlled according to the strength and driving frequency of the magnetic field.

그리고, 상기 몸체에 부착되는 금속은 교체 또는 위치 변경이 가능하도록 설 치될 수 있다.In addition, the metal attached to the body may be installed to be replaced or changed position.

따라서, 상기 광섬유 스캐너의 단부가 왕복하는 거리 또는 진동수는 상기 몸체에 부착되는 금속의 질량과 위치에 따라 제어되는 것이 가능하다.Thus, the distance or frequency at which the end of the optical fiber scanner reciprocates can be controlled according to the mass and position of the metal attached to the body.

한편, 상기 몸체의 내측에는 광이 진행하는 광섬유 코어가 형성되고, 상기 스캔부에는 상기 광섬유 코어로부터 발산되는 광을 확장시키는 광확장 광섬유 및 상기 광을 다시 집광시키는 광섬유 렌즈가 일체로 구성되는 것이 바람직하다.On the other hand, it is preferable that an optical fiber core through which light propagates is formed inside the body, and the scan unit is integrally configured with an optical expansion optical fiber for expanding the light emitted from the optical fiber core and an optical fiber lens for condensing the light again. Do.

이때, 상기 광섬유 스캐너가 외부 영상을 획득할 수 있는 시야 거리는 상기 광섬유 코어의 직경, 광확장 광섬유의 외경과 길이 또는 렌즈의 곡률에 따라 다르게 형성될 수 있다. In this case, a viewing distance through which the optical fiber scanner can acquire an external image may be formed differently according to the diameter of the optical fiber core, the outer diameter and length of the optical fiber, or the curvature of the lens.

한편, 상기 광섬유 스캐너는 상기 솔레노이드와 평행하게 설치되며, 상기 솔레노이드의 단부에서 형성되는 자기장을 이용하여 진동하도록 구성되는 것이 바람직하다.On the other hand, the optical fiber scanner is installed in parallel with the solenoid, is preferably configured to vibrate using a magnetic field formed at the end of the solenoid.

또는, 상기 전자석은 두 개의 솔레노이드를 포함하여 이루어지며, 각각의 솔레노이드는 상기 금속이 설치되는 위치에서 서로 다른 방향의 자기장을 형성하도록 구성될 수 있다.Alternatively, the electromagnet may include two solenoids, and each solenoid may be configured to form magnetic fields in different directions at positions where the metal is installed.

이 경우, 상기 광섬유 스캐너는 상기 서로 다른 방향의 자기장에 의하여 2차원적으로 구동이 가능하다.In this case, the optical fiber scanner can be driven two-dimensionally by the magnetic fields in different directions.

이때, 상기 두 개의 솔레노이드는 상기 금속이 설치된 위치에서 각각의 자기장이 상호 직교하도록 배치되는 것이 바람직하다.At this time, the two solenoids are preferably arranged so that each magnetic field is perpendicular to each other at the position where the metal is installed.

그리고, 상기 두 개의 솔레노이드는 상기 광섬유 스캐너와 평행하게 설치되 며, 상기 광섬유 스캐너는 상기 각각의 솔레노이드의 단부에 형성되는 자기장을 이용하여 진동하도록 구성될 수 있다.The two solenoids may be installed in parallel with the optical fiber scanner, and the optical fiber scanner may be configured to vibrate using a magnetic field formed at an end of each solenoid.

한편, 상기 전자석과 상기 광섬유 스캐너를 보호하기 위한 케이스를 더 포함하고, 상기 케이스는 내충격성이 우수한 재질로 구성할 수 있다.The case may further include a case for protecting the electromagnet and the optical fiber scanner, and the case may be made of a material having excellent impact resistance.

또한, 본 발명의 목적은 자기장을 형성하는 전자석 및 상기 자기장에 의해 몸체에 부착된 금속에 자기력이 가해지면, 진동이 발생하면서 외부의 영상을 획득하는 광섬유 스캐너를 포함하는 스캐닝 프로브;가 구비되는 의료기기에 의해서도 달성될 수 있다.In addition, an object of the present invention is a scanning probe including an electromagnet to form a magnetic field and a fiber optic scanner to obtain an external image while the vibration occurs when a magnetic force is applied to the metal attached to the body by the magnetic field; It can also be achieved by means of a device.

여기서, 상기 스캐너는 상기 금속이 자기장에서 받는 힘과 이에 저항하는 자체의 강성에 의해 진동하도록 구성될 수 있다.Here, the scanner may be configured to vibrate by the strength of the metal in the magnetic field and its stiffness to resist it.

본 발명에 의할 경우, 전자석의 자기력에 의한 힘과 프로브 몸체의 자체 강성에 의해 진동이 이루어지는 바, 적은 전력으로도 소자들을 구동시킬 수 있어 전력의 소모를 줄일 수 있다.According to the present invention, the vibration is generated by the magnetic force of the electromagnet and the stiffness of the probe body, so that the devices can be driven with little power, thereby reducing power consumption.

또한, 본 발명에 의할 경우, 렌즈 일체형 광섬유를 이용하는 바, 제조 공정이 용이할 뿐 아니라, 광손실이 적어 선명한 외부 형상을 획득할 수 있다.In addition, when using the lens-integrated optical fiber according to the present invention, not only the manufacturing process is easy, but also the light loss is low, so that a clear external shape can be obtained.

이하, 첨부된 도면을 참조하여, 본발명의 바람직한 제1 실시예를 보다 상세하게 설명한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, a first preferred embodiment of the present invention will be described in detail.

도 1은 본 발명의 바람직한 제1 실시예에 따른 스캐닝 프로브의 내부 구성을 도시한 개략도이다.1 is a schematic diagram showing an internal configuration of a scanning probe according to a first preferred embodiment of the present invention.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 스캐닝 프로브는 전자석 및 외부 영상을 획득하는 광섬유 스캐너를 포함하여 구성된다.As shown in FIG. 1, the scanning probe according to the present invention includes an optical fiber scanner for acquiring an electromagnet and an external image.

상기 전자석(20)은 전류가 흐르면 스캐닝 프로브의 내부에 자기장을 발생한다. 그리고, 전자석(20)에 전류가 인가되면 자기장이 형성되면서 광섬유 스캐너(100)가 구동할 수 있는 힘을 제공한다.When the current flows, the electromagnet 20 generates a magnetic field inside the scanning probe. In addition, when a current is applied to the electromagnet 20, a magnetic field is formed to provide a force capable of driving the optical fiber scanner 100.

본 실시예에서는 전자석의 일예로서 솔레노이드(20)를 사용할 수 있다. 물론, 솔레노이드 이외의 전자석을 이용하는 것도 가능하나, 솔레노이드(20)를 사용하면 슬림한 선형의 스캐닝 프로브를 구성하는 것이 가능하다.In this embodiment, the solenoid 20 may be used as an example of the electromagnet. Of course, it is also possible to use an electromagnet other than the solenoid, but by using the solenoid 20 it is possible to configure a slim linear scanning probe.

솔레노이드(20)는 솔레노이드 코어(21)와 솔레노이드 코일(22)을 포함하여 구성될 수 있다. 여기서, 솔레노이드 코어(21)는 연철과 같이 투자율이 큰 자성체로 형성되고, 이 주위에 절연전선으로 이루어진 솔레노이드 코일(22)이 감긴다. 그리고, 상기 솔레노이드 코일(22)에 전류가 인가되면 상기 솔레노이드 코어(21)로부터 솔레노이드(20) 주변에 자기장을 형성한다. 이때, 솔레노이드 코어(21)가 높은 투자율의 연철로 이루어지는 바, 솔레노이드 코일(22)에 적은 전압 및 전류가 인가되는 경우에도 강한 자기장을 발생할 수 있다.The solenoid 20 may include a solenoid core 21 and a solenoid coil 22. Here, the solenoid core 21 is formed of a magnetic material having a high permeability, such as soft iron, and the solenoid coil 22 made of an insulated wire is wound around the solenoid core 21. When a current is applied to the solenoid coil 22, a magnetic field is formed around the solenoid 20 from the solenoid core 21. At this time, since the solenoid core 21 is made of soft iron having a high permeability, a strong magnetic field may be generated even when a small voltage and a current are applied to the solenoid coil 22.

한편, 광섬유 스캐너(100)는 상기 솔레노이드(20)와 인접하여 설치된다. 그리고, 광이 진행하는 몸체(110) 및 외부의 영상을 획득하는 집광부(120)를 포함하여 구성될 수 있다.On the other hand, the optical fiber scanner 100 is installed adjacent to the solenoid 20. In addition, the light guide unit 110 may include a body 110 through which light travels and a light collecting part 120 for acquiring an external image.

광섬유 스캐너(100)의 몸체(110)는 소정 길이를 갖는 선형의 광섬유로 이루 어진다. 그리고 몸체(110) 내측에는 광이 진행하는 경로를 형성하는 광섬유 코어(111)가 구비된다. 그리고, 광섬유 코어(111)는 소정의 강성을 갖는 클래딩(cladding)(112)에 둘러싸여, 외부의 충격으로부터 보호받을 수 있다.The body 110 of the optical fiber scanner 100 is made of a linear optical fiber having a predetermined length. In addition, an optical fiber core 111 is formed inside the body 110 to form a path through which light travels. In addition, the optical fiber core 111 may be surrounded by a cladding 112 having a predetermined rigidity and may be protected from an external impact.

그리고, 도 1에 도시된 바와 같이 몸체(110)의 일단은 고정단(30)에 고정되어 일방으로 연장되는 형상으로 설치될 수 있다. 그리고, 몸체(110) 외측부분에는 유도자성물질이 구비될 수 있다. 상기 유도자성물질(200)은 자기장 안에 위치하면, 자기력이 형성되는 물질을 의미한다. 따라서, 솔레노이드(20)에 전류가 인가되어 자기장이 발생하면, 자기장에 의해 유도자성물질(200)에 자기력이 가해지면서 광섬유 스캐너(100)에 휨 모멘트를 부여한다. 이때, 상기 휨모멘트에 의해 광섬유 스캐너(100)가 탄성 안에서 휘어지면 상기 몸체(110)는 자체의 강성에 의해 원형으로 복원되려는 힘에 의해 지속적으로 진동이 발생하는 외팔보(cantilever beam) 거동이 나타날 수 있다. 이와 같은 광섬유 스캐너(100)의 구동에 대해서는 이하에서 더욱 구체적으로 설명하도록 한다.And, as shown in Figure 1 one end of the body 110 may be installed in a shape that is fixed to the fixed end 30 extending in one direction. In addition, an inductive magnetic material may be provided at an outer portion of the body 110. The inductive magnetic material 200 refers to a material in which a magnetic force is formed when placed in a magnetic field. Therefore, when a current is applied to the solenoid 20 to generate a magnetic field, the bending force is applied to the optical fiber scanner 100 while a magnetic force is applied to the inductive magnetic material 200 by the magnetic field. In this case, when the optical fiber scanner 100 is bent in elasticity by the bending moment, the body 110 may exhibit a cantilever beam behavior in which vibration is continuously generated by a force that is to be restored to its original shape by its rigidity. have. The driving of the optical fiber scanner 100 will be described in more detail below.

한편, 집광부(120)는 상기 몸체(110)가 연장되는 방향의 단부에 형성된다. 그리고, 상기 몸체(110)가 자기력에 의하여 진동하는 경우 소정 구간을 왕복하면서 외부의 영상을 획득할 수 있게 한다. On the other hand, the light collecting part 120 is formed at the end of the direction in which the body 110 extends. In addition, when the body 110 vibrates by a magnetic force, an external image may be acquired while reciprocating a predetermined section.

도 1에 도시된 바와 같이, 상기 집광부(120)는 복수개의 광학소자가 개별적으로 구성되는 것이 아닌, 렌즈 일체형 구성으로 이루어질 수 있다. 따라서, 복수개의 광학소자가 개별적으로 구비되는 경우에 비해 광손실이 적게 나타나는 바, 높은 해상도의 영상을 획득할 수 있다.As shown in FIG. 1, the light collecting part 120 may be formed of a lens-integrated configuration, rather than a plurality of optical elements. Therefore, since the optical loss is less than when the plurality of optical elements are provided separately, a high resolution image can be obtained.

구체적으로, 상기 광섬유 몸체(110)의 단부에 코어가 없는 실리카 광섬유(coreless silica fiber, CSF)로 구비되는 광확장 광섬유(121)가 용융 접합되고, 상기 광확장 광섬유(121)의 단부에는 아크 방전 등을 이용하여 일체형의 렌즈(lens)(122)가 형성될 수 있다. 따라서 광섬유 코어(111)를 따라 진행되는 광은 상기 집광부(120)에 도달하면, 코어가 없는 광확장 광섬유(121)에 의해 광의 확장이 일어나고, 소정 구간에서 확장된 빔은 렌즈(122)에 의해서 집광될 수 있다. 이때, 광섬유 스캐너(100)의 시야 거리 등의 동작 특성은 상기 광섬유 코어(111)의 직경, 광확장 광섬유(121)의 외경 또는 길이, 그리고 렌즈(122)의 곡률에 따라서 바뀔 수 있다.Specifically, the optical expansion optical fiber 121, which is provided as a coreless silica fiber (CSF) at the end of the optical fiber body 110 is melt-bonded, and the arc discharge at the end of the optical expansion optical fiber 121 An integrated lens 122 may be formed using the back or the like. Therefore, when the light traveling along the optical fiber core 111 reaches the condenser 120, the light is extended by the optical expansion fiber 121 without the core, and the beam extended in the predetermined section is applied to the lens 122. Can be collected by. In this case, an operating characteristic such as a viewing distance of the optical fiber scanner 100 may be changed according to the diameter of the optical fiber core 111, the outer diameter or length of the optical extension fiber 121, and the curvature of the lens 122.

도 2는 자기장이 가해졌을 때 광섬유 스캐너(100)에 발생되는 변위를 도시한 설명도이다. 이하에서는 도 2를 참조하여 광섬유 스캐너(100)의 고정단(30)으로부터 상기 금속(200)이 부착된 위치까지의 거리가

Figure 112008085817786-PAT00001
이고, 상기 금속(200)이 부착된 위치로부터 상기 광섬유 스캐너(100)의 단부까지의 거리가
Figure 112008085817786-PAT00002
인 경우 상기 광섬유 스캐너(100)의 휨 거동 특성에 대하여 설명하도록 한다.2 is an explanatory diagram showing a displacement generated in the optical fiber scanner 100 when a magnetic field is applied. Hereinafter, referring to FIG. 2, the distance from the fixed end 30 of the optical fiber scanner 100 to the position where the metal 200 is attached is
Figure 112008085817786-PAT00001
And the distance from the position where the metal 200 is attached to the end of the optical fiber scanner 100
Figure 112008085817786-PAT00002
In the case of the bending behavior of the optical fiber scanner 100 will be described.

본 실시예에서는 도 2에 도시된 바와 같이, 유도자성물질(200)로서 금속을 이용할 수 있으며, 광섬유 스캐너(100)의 몸체(110)의 소정위치에 부착 설치할 수 있다. 다만, 이는 일 예로서 금속 이외의 다른 물질을 사용하는 것도 가능하며, 부착방식이 아니라 몸체(110)의 외측부의 소정구간을 코팅하는 형태로 구성하는 것도 가능하다.In this embodiment, as shown in FIG. 2, a metal may be used as the inductive magnetic material 200, and may be attached to a predetermined position of the body 110 of the optical fiber scanner 100. However, it is also possible to use other materials other than metal as an example, it may be configured in the form of coating a predetermined section of the outer portion of the body 110, not the attachment method.

이러한 상기 광섬유 스캐너(100)는 몸체(110)에 부착되는 금속(200)이 자기장에 의해 받는 힘과, 몸체(110)의 자체 강성을 이용하여 강제 진동하는 외팔보의 거동을 나타낸다. 즉, 광섬유 스캐너(100)는 소정 값의 고유 진동수를 갖는 외팔보 형태로 구성되어, 자기장이 걸리면 소정 주기로, 소정 거리를 왕복하는 운동을 수행할 수 있다. 따라서, 광섬유 스캐너(100)의 거동에 있어서 핵심적인 변수는 스캔 거리에 해당하는 광섬유 스캐너(100) 단부의 수직 변위의 크기 및 공명 진동수로 볼 수 있다.The optical fiber scanner 100 represents the behavior of the cantilever beam forcibly vibrating using the force of the metal 200 attached to the body 110 by the magnetic field and its own rigidity. That is, the optical fiber scanner 100 is configured in the form of a cantilever having a natural frequency of a predetermined value, and when the magnetic field is applied, the optical fiber scanner 100 may perform a movement to reciprocate a predetermined distance. Therefore, a key parameter in the behavior of the optical fiber scanner 100 can be seen as the magnitude and the resonance frequency of the vertical displacement of the end of the optical fiber scanner 100 corresponding to the scan distance.

이를 구체적으로 분석하면, 광섬유 스캐너 몸체(110)의 영률(Young's Modulus)이

Figure 112008085817786-PAT00003
이고, 면적모멘트가
Figure 112008085817786-PAT00004
인 단면을 갖도록 구성된다고 가정한다. 그리고, 상기 고정단(30)에 고정 설치되는 지점을 원점으로 수평 거리를
Figure 112008085817786-PAT00005
, 수직 거리를
Figure 112008085817786-PAT00006
로 하는 좌표계에서 고정단(30)으로부터
Figure 112008085817786-PAT00007
만큼 떨어져 위치한 금속(200)에
Figure 112008085817786-PAT00008
크기의 자기력이 가해지는 경우,
Figure 112008085817786-PAT00009
지점에서 광섬유 스캐너(100)에 걸리는 휨 모멘트(
Figure 112008085817786-PAT00010
)는 아래와 같이 기술될 수 있다. Specifically analyzing the Young's Modulus of the optical fiber scanner body 110
Figure 112008085817786-PAT00003
The area moment is
Figure 112008085817786-PAT00004
Assume that it is configured to have a cross section of. Then, the horizontal distance from the point fixed to the fixed end 30 to the origin
Figure 112008085817786-PAT00005
, Vertical distance
Figure 112008085817786-PAT00006
From the fixed end 30 in the coordinate system
Figure 112008085817786-PAT00007
As far apart as metal (200)
Figure 112008085817786-PAT00008
When magnetic force of magnitude is applied,
Figure 112008085817786-PAT00009
Bending moment applied to the optical fiber scanner 100 at the
Figure 112008085817786-PAT00010
) May be described as follows.

Figure 112008085817786-PAT00011
(1)
Figure 112008085817786-PAT00011
(One)

Figure 112008085817786-PAT00012
(2)
Figure 112008085817786-PAT00012
(2)

Figure 112008085817786-PAT00013
(3)
Figure 112008085817786-PAT00013
(3)

식(1) 및 식(2)는 광섬유 스캐너(100)의 임의의 수평 위치(

Figure 112008085817786-PAT00014
)에 걸리는 휨 모멘트(
Figure 112008085817786-PAT00015
)를 상이한 관점에서 기술한 식이다.Equations (1) and (2) represent any horizontal position (
Figure 112008085817786-PAT00014
Bending moment ()
Figure 112008085817786-PAT00015
) Is an equation described from different viewpoints.

식 (1)에서는 광섬유 스캐너(100)가 자기력을 받아 휘어질 때의 곡률(

Figure 112008085817786-PAT00016
)과 몸체(110)의 영률(
Figure 112008085817786-PAT00017
) 및 면적모멘트(
Figure 112008085817786-PAT00018
)를 이용하여 기술하였다. 여기서, 광섬유 스너(100)의 곡률은
Figure 112008085817786-PAT00019
의 2차미분형태(
Figure 112008085817786-PAT00020
)으로 나타낼 수 있다.In Equation (1), the curvature at the time when the optical fiber scanner 100 is bent under magnetic force (
Figure 112008085817786-PAT00016
) And the Young's modulus of the body 110
Figure 112008085817786-PAT00017
) And area moment (
Figure 112008085817786-PAT00018
) Is described. Here, the curvature of the optical fiber snub 100
Figure 112008085817786-PAT00019
Second derivative of
Figure 112008085817786-PAT00020
)

한편, 식 (2)는 고정단(30)으로부터

Figure 112008085817786-PAT00021
만큼 떨어진 위치로
Figure 112008085817786-PAT00022
만큼의 힘이 가해지는 경우, 임의의 수평거리
Figure 112008085817786-PAT00023
에 발생되는 휨모멘트(
Figure 112008085817786-PAT00024
)의 크기이다. 따라서, 식 (1) 및 식 (2)로부터 식 (3)이 유도될 수 있고, 식 (3)을
Figure 112008085817786-PAT00025
에 대하여 적분하면 아래의 결과를 얻을 수 있다.On the other hand, equation (2) is from the fixed end (30)
Figure 112008085817786-PAT00021
Away
Figure 112008085817786-PAT00022
Any horizontal distance
Figure 112008085817786-PAT00023
Bending moment generated in
Figure 112008085817786-PAT00024
) Is the size. Thus, equation (3) can be derived from equations (1) and (2), and
Figure 112008085817786-PAT00025
Integrating with gives the following results:

Figure 112008085817786-PAT00026
(4)
Figure 112008085817786-PAT00026
(4)

여기서,

Figure 112008085817786-PAT00027
는 광섬유 스캐너(100)의 휨 각도(
Figure 112008085817786-PAT00028
)를 의미한다. 이때,
Figure 112008085817786-PAT00029
인 고정단(30)에서는 휨각도(
Figure 112008085817786-PAT00030
)가 0이므로,
Figure 112008085817786-PAT00031
=0에 의해
Figure 112008085817786-PAT00032
=0임을 알 수 있다. 그리고, 금속(200)이 위치한 지점(
Figure 112008085817786-PAT00033
)에서의 휨각도(
Figure 112008085817786-PAT00034
)는 아래와 같이 표현될 수 있다.here,
Figure 112008085817786-PAT00027
Is the bending angle of the optical fiber scanner 100
Figure 112008085817786-PAT00028
). At this time,
Figure 112008085817786-PAT00029
In the fixed end 30, the bending angle (
Figure 112008085817786-PAT00030
) Is 0,
Figure 112008085817786-PAT00031
By 0
Figure 112008085817786-PAT00032
It can be seen that = 0. And, the point where the metal 200 is located (
Figure 112008085817786-PAT00033
Bending angle in
Figure 112008085817786-PAT00034
) Can be expressed as

Figure 112008085817786-PAT00035
(5)
Figure 112008085817786-PAT00035
(5)

한편, 식 (4)를

Figure 112008085817786-PAT00036
에 관하여 한 번 더 적분하는 경우 아래와 같은 결과를 얻을 수 있다.Meanwhile, equation (4)
Figure 112008085817786-PAT00036
If we integrate once more for, we get

Figure 112008085817786-PAT00037
(6)
Figure 112008085817786-PAT00037
(6)

고정단(30)의 위치 조건을 이용하면(

Figure 112008085817786-PAT00038
),
Figure 112008085817786-PAT00039
=0임을 얻을 수 있다. 따라서, 금속(200)이 위치한 지점(
Figure 112008085817786-PAT00040
)에서의 수직 방향의 변위
Figure 112008085817786-PAT00041
는 아래와 같이 기술될 수 있다.Using the positional conditions of the fixed end 30
Figure 112008085817786-PAT00038
),
Figure 112008085817786-PAT00039
It can be obtained that 0. Thus, the point where the metal 200 is located (
Figure 112008085817786-PAT00040
Displacement in the vertical direction
Figure 112008085817786-PAT00041
Can be described as follows.

Figure 112008085817786-PAT00042
(7)
Figure 112008085817786-PAT00042
(7)

그러므로 자기력이 발생하는

Figure 112008085817786-PAT00043
까지는 휨 거동에 의해 소정 곡률로 변위가 발생하고, 금속(200)이 부착된 위치 이후로부터는
Figure 112008085817786-PAT00044
지점의 휨각도에 대응되도록 선형으로 변위가 증가함을 알 수 있다. 이 때,
Figure 112008085817786-PAT00045
에 해당하고, 상기 식 (5) 및 식 (7)을 이용하면, 도 2에서의 광섬유 스캐너(100)의 단부에서 발생되는 변위는 아래와 같이 기술될 수 있다.Therefore, magnetic force is generated
Figure 112008085817786-PAT00043
Until the displacement occurs by a predetermined curvature due to the bending behavior, and after the position where the metal 200 is attached
Figure 112008085817786-PAT00044
It can be seen that the displacement increases linearly to correspond to the bending angle of the point. At this time,
Figure 112008085817786-PAT00045
Corresponding to and using the equations (5) and (7), the displacement generated at the end of the optical fiber scanner 100 in Fig. 2 can be described as follows.

Figure 112008085817786-PAT00046
(8)
Figure 112008085817786-PAT00046
(8)

다음으로, 탄성계수를 구하기 위해서 식 (7)에

Figure 112008085817786-PAT00047
의 훅의 법칙을 적용하면, 광섬유 스캐너(100)의 수직 방향 탄성 계수는 아래와 같이 결정될 수 있다.Next, in order to find the modulus of elasticity,
Figure 112008085817786-PAT00047
By applying Hook's law, the vertical elastic modulus of the optical fiber scanner 100 may be determined as follows.

Figure 112008085817786-PAT00048
(9)
Figure 112008085817786-PAT00048
(9)

그리고, 식 (9)를 이용하여 상기 광섬유 스캐너(100)의 공명진동수는 아래와 같이 나타낼 수 있다. 여기서,

Figure 112008085817786-PAT00049
는 광섬유 스캐너(100)의 수직 방향 탄성 계수에 해당하며,
Figure 112008085817786-PAT00050
Figure 112008085817786-PAT00051
지점에서의 광섬유 스캐너(100)의 등가질량(equivalent mass)에 해당한다.In addition, the resonance frequency of the optical fiber scanner 100 can be expressed as follows using Equation (9). here,
Figure 112008085817786-PAT00049
Corresponds to the vertical elastic modulus of the optical fiber scanner 100,
Figure 112008085817786-PAT00050
Is
Figure 112008085817786-PAT00051
It corresponds to the equivalent mass of the optical fiber scanner 100 at the point.

Figure 112008085817786-PAT00052
(10)
Figure 112008085817786-PAT00052
10

전술한 식(8) 및 식 (10)을 검토할 경우, 본 발명에 따른 광섬유 스캐너(100)의 거동 특성은 몸체에 부착되는 금속(200)에 의해 달라질 수 있음을 알 수 있다. 식 (8)로부터, 광섬유 스캐너(100)가 왕복 운동을 수행하는 스캔거리는 금속(200)이 몸체에 부착되는 위치에 따라 달라지는 것을 알 수 있다. 또한, 식 (10)으로부터, 광섬유 스캐너(100)의 공명 진동수는 금속(200)이 몸체(110)에 부착되는 위치 및 금속(200)의 질량에 따라 달라지는 것을 알 수 있다. 따라서, 금속(200)의 위치 및 질량을 조절하여, 광섬유 스캐너(100)의 거동 특성을 다르게 설정하는 것이 가능하다.Examining the above Equations (8) and (10), it can be seen that the behavior of the optical fiber scanner 100 according to the present invention may vary depending on the metal 200 attached to the body. From Equation (8), it can be seen that the scan distance at which the optical fiber scanner 100 performs the reciprocating motion depends on the position at which the metal 200 is attached to the body. In addition, it can be seen from Equation (10) that the resonance frequency of the optical fiber scanner 100 depends on the position of the metal 200 attached to the body 110 and the mass of the metal 200. Therefore, by adjusting the position and mass of the metal 200, it is possible to set different behavior characteristics of the optical fiber scanner 100.

이상에서는 광섬유 스캐너(100)의 거동 특성과 금속(200)과의 관계에 대해서 설명하였으나, 광섬유 스캐너(100)의 거동이 자기력의 세기에 의해 달라질 수 있음은 물론이다. 따라서, 솔레노이드 코일(22)에 인가되는 전류 또는 전압의 크기를 제어하여 광섬유 스캐너(100)의 거동 특성, 즉 스캔 거리 등을 제어할 수 있다.Although the relationship between the behavior characteristics of the optical fiber scanner 100 and the metal 200 has been described above, the behavior of the optical fiber scanner 100 may vary depending on the strength of the magnetic force. Therefore, by controlling the magnitude of the current or voltage applied to the solenoid coil 22, it is possible to control the behavior characteristics of the optical fiber scanner 100, that is, the scan distance.

도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 스캐닝 프로브의 제조 공정을 도시한 것이다. 이하에서는 도 3을 참고하여 본 실시예의 스캐닝 프로브의 제조 공정을 설명하도록 한다.3 shows a manufacturing process of a scanning probe according to a preferred embodiment of the present invention. Hereinafter, a manufacturing process of the scanning probe of this embodiment will be described with reference to FIG. 3.

도 3의 (a)는 솔레노이드(20)에 사용되는 솔레노이드 코어(21)를 도시한 것이다. 여기서 솔레노이드 코어(21)는 연철을 사용할 수 있으며, 상기 연철은 적은 이력 손실로 교류기기의 철심에 적합한 특성을 갖도록 높은 투자율과 낮은 보자력(coercivity)을 갖는 것이 바람직하다.3A illustrates a solenoid core 21 used in the solenoid 20. Here, the solenoid core 21 may use soft iron, and the soft iron preferably has a high permeability and a low coercivity so as to have characteristics suitable for the iron core of the AC device with a small hysteresis loss.

그리고, 도 3의 (b)에 도시된 바와 같이 상기 솔레노이드 코어(21)의 외부에 절연 도선인 솔레노이드 코일(22)을 감아줌으로서 솔레노이드(20)를 완성할 수 있다.As shown in FIG. 3B, the solenoid 20 may be completed by winding the solenoid coil 22, which is an insulated wire, on the outside of the solenoid core 21.

도 3의 (c)에서는 광섬유 스캐너의 스캔부(120)를 제작하는 공정을 도시하고 있다. 도 3의 (c)에서 도시된 바와 같이, 광섬유 코어(111)를 포함하는 광섬유를 절단한 후 그 단부에 코어없는 실리카 섬유(CSF)를 용융접착하여 광확장 구간(121)을 구성할 수 있다. 그리고 광확장 구간(121)의 단부에는 소정의 펄스 세기와 방출 시간을 갖는 아크 방전을 가함으로서 원하는 곡률을 갖는 렌즈(122)를 일체로 형성 하는 것이 가능하다. 이 단계에서는, 광섬유 스캐너(100)의 시야 거리를 고려하여 광섬유 코어(111)의 직경, 광확장 광섬유(121)의 외경 및 길이, 그리고 렌즈(122)의 곡률을 설정하는 것이 바람직하다.FIG. 3C illustrates a process of manufacturing the scan unit 120 of the optical fiber scanner. As shown in (c) of FIG. 3, the optical expansion section 121 may be configured by cutting the optical fiber including the optical fiber core 111 and melting-bonding the coreless silica fiber (CSF) to the end thereof. . In addition, it is possible to integrally form the lens 122 having a desired curvature by applying an arc discharge having a predetermined pulse intensity and emission time to the end of the light extension section 121. In this step, it is preferable to set the diameter of the optical fiber core 111, the outer diameter and the length of the optical expansion optical fiber 121, and the curvature of the lens 122 in consideration of the viewing distance of the optical fiber scanner 100.

도 3의 (d)에서는 광섬유 스캐너(100)를 설치하는 단계를 수행할 수 있다. 전술한 바와 같이, 광섬유 스캐너(100)는 일단이 고정단(30)에 고정되어 일방으로 연장되도록 형성될 수 있다. 이때, 고정단(30)은 솔레노이드(20)에 고정 설치되는 것도 가능하며, 스캐닝 프로브의 케이스(10)에 고정되도록 설치되는 것도 가능하다.In FIG. 3D, a step of installing the optical fiber scanner 100 may be performed. As described above, the optical fiber scanner 100 may be formed such that one end thereof is fixed to the fixed end 30 and extends in one direction. In this case, the fixed end 30 may be fixed to the solenoid 20 or may be installed to be fixed to the case 10 of the scanning probe.

이때, 광섬유 스캐너(100)는 솔레노이드(20)와 평행하게 설치되는 것이 바람직하다. 본 발명에 따른 스캐닝 프로브는 인체의 내부 등 협소한 지역의 영상을 취득하는데 이용되는 바, 광섬유 스캐너(100)와 솔레노이드(20)가 나란하게 형성하여 슬림한 형상의 스캐닝 프로브를 구성할 수 있다.At this time, the optical fiber scanner 100 is preferably installed in parallel with the solenoid 20. The scanning probe according to the present invention is used to acquire an image of a narrow area such as the inside of a human body, and the optical fiber scanner 100 and the solenoid 20 may be formed side by side to form a slim scanning probe.

한편, 광섬유 스캐너(100)의 몸체에는 자기장으로부터 자기력을 받도록 금속(200)을 부착할 수 있다. 이때, 전술한 바와 같이 광섬유 스캐너(100)의 스캔 거리 및 고유 진동수를 고려하여 질량 및 부착 위치를 결정할 수 있다. 나아가, 필요한 경우 상기 금속(200)의 위치 또는 질량을 변경할 수 있도록 상기 금속(200)은 광섬유 스캐너(100)의 몸체(110)에 착탈 가능하게 설치되는 것이 바람직하다.On the other hand, the body of the optical fiber scanner 100 may be attached to the metal 200 to receive a magnetic force from the magnetic field. In this case, as described above, the mass and the attachment position may be determined in consideration of the scan distance and the natural frequency of the optical fiber scanner 100. In addition, the metal 200 may be detachably installed on the body 110 of the optical fiber scanner 100 to change the position or mass of the metal 200 if necessary.

여기서, 솔레노이드(20)가 형성하는 자기력선은 도 3의 (d)에 도시된 바와 같이, 솔레노이드(20) 일단으로부터 빠져나온 후 절곡되어 상기 솔레노이드(20)의 길이 방향으로 진행하여 타단으로 진입하는 경로를 따른다. 다만, 금속(200)은 광 섬유 스캐너(100)와 수직방향의 성분이 포함되는 자기력선이 통과하는 경우에, 자기력을 이용하여 광섬유 스캐너(100)를 진동시키는 것이 가능하다. 따라서, 광섬유 스캐너(100)는 솔레노이드와 나란히 설치되되, 상기 금속(200)이 부착되는 위치는 광섬유 스캐너(100)와 수직 방향의 자기력선이 많이 분포하는 솔레노이드(20) 단부에 인접하도록 구성하는 것이 바람직하다.Here, the magnetic force line formed by the solenoid 20 is bent after exiting one end of the solenoid 20, as shown in (d) of FIG. 3 and proceeds in the longitudinal direction of the solenoid 20 to enter the other end. Follow. However, the metal 200 may vibrate the optical fiber scanner 100 using magnetic force when a magnetic force line including a component in a vertical direction with the optical fiber scanner 100 passes. Therefore, the optical fiber scanner 100 is installed side by side with the solenoid, the position where the metal 200 is attached is preferably configured to be adjacent to the end of the solenoid 20, the magnetic force lines in the vertical direction and the optical fiber scanner 100 is distributed a lot. Do.

도 3의 (e)는 최종적으로 완성되는 스캐닝 프로브의 단면을 도시하고 있다. 솔레노이드(20)와 광섬유 스캐너(100)는 케이스(10)에 삽입되어 보호될 수 있다. 이때, 상기 케이스(10)는 내충격성이 우수한 완충재를 이용하여 구성될 수 있으며, 본 실시예에서는 폴리탄산에스테르(polycarbonate)를 사용할 수 있다. 그리고, 상기 광섬유 스캐너(100)의 스캔부(120)가 형성되는 케이스의 단부는 외부의 영상 획득 시 광섬유 스캐너의 거동을 관찰할 수 있도록 투명한 부재로 구성되는 창(11)이 형성될 수 있다.FIG. 3E shows a cross section of the finally completed scanning probe. The solenoid 20 and the optical fiber scanner 100 may be inserted into the case 10 and protected. In this case, the case 10 may be configured using a shock absorbing material having excellent impact resistance, and in this embodiment, polycarbonate ester may be used. The end of the case in which the scan unit 120 of the optical fiber scanner 100 is formed may have a window 11 formed of a transparent member to observe the behavior of the optical fiber scanner when an external image is acquired.

이와 같이 구성된 스캐닝 프로브는, 렌즈 일체형 광섬유를 이용하는 바 제조 공정이 용이하며, 연철의 성질을 이용하여 저전력으로 구동이 가능한 장점이 있다. 이때, 스캐닝 프로브의 왕복 스캔 속도, 왕복 스캔거리 및 시야 거리는 솔레노이드(20)의 직경, 솔레노이드 코일(22)의 단면적과 감긴 수, 솔레노이드 코어(21)의 투자율과 보자력, 광섬유 스캐너(100)의 길이, 광섬유 스캐너 몸체(110) 상에 부착된 금속(200)의 양과 위치, 그리고 솔레노이드 코일(22)에 인가되는 교류전류의 세기와 주파수 등에 의하여 조절할 수 있다.The scanning probe configured as described above has an advantage in that the manufacturing process is easy using a lens-integrated optical fiber, and can be driven at low power by using the property of soft iron. At this time, the reciprocating scan speed, the reciprocating scan distance and the viewing distance of the scanning probe are the diameter of the solenoid 20, the cross-sectional area and the number of turns of the solenoid coil 22, the permeability and coercivity of the solenoid core 21, the length of the optical fiber scanner 100 The amount and position of the metal 200 attached to the optical fiber scanner body 110 and the strength and frequency of the alternating current applied to the solenoid coil 22 may be adjusted.

이하에서는 도 4 내지 도 9를 참조하여, 상기와 같이 제작된 스캐닝 프로브에 대한 성능 실험의 결과를 설명하도록 한다. Hereinafter, the results of performance experiments on the scanning probes manufactured as described above will be described with reference to FIGS. 4 to 9.

도 4는 본 실시예에 따른 스캐닝 프로브를 이용하여 스캐닝을 수행하는 작업을 도시한 것이다. 상기 스캐닝 프로브에 638nm의 파장을 갖는 레이저 빔을 입사시켰을 때, 광섬유 스캐너(100)는 약 4mm의 구간을 왕복하면서 스캐닝을 수행하고 있음을 보여준다.4 illustrates an operation of scanning by using the scanning probe according to the present embodiment. When a laser beam having a wavelength of 638 nm is incident on the scanning probe, the optical fiber scanner 100 performs scanning while reciprocating a section of about 4 mm.

도 5에서는 본 실시예에 따른 스캐닝 프로브의 시야 거리를 측정한 결과를 도시한 것이다. 이는, 광섬유 스캐너(100)의 스캔부(120)의 특성으로서, 스캔부(120)에서 광을 발산하면 다시 스캔부(120)로 되돌아갈 수 있도록, 상기 스캔부(120)의 전면에 평면 반사경을 설치하였다. 그리고, 스캔부(120)와 반사경 사이의 거리를 변화시키면서 상기 스캔부(120)로 재집광되는 광의 세기를 파워미터를 이용하여 측정한 것이다. 5 illustrates a result of measuring a viewing distance of the scanning probe according to the present embodiment. This is a characteristic of the scanning unit 120 of the optical fiber scanner 100, and when the light emitted from the scanning unit 120 can be returned to the scanning unit 120, the planar reflector in front of the scanning unit 120 Was installed. The intensity of the light re-condensed by the scan unit 120 is measured by using a power meter while changing the distance between the scan unit 120 and the reflector.

그 결과, 도 5에 도시된 바와 같이, 재집광되는 광 세기가 최대인 시야거리는 약 1.2mm임을 알 수 있다. 이는 종래의 스캐닝 프로브의 경우 수 백㎛ 대의 시야 거리를 갖기 때문에 초근접 촬영이 요구되었던 것에 비하여, 시야 거리가 월등히 개선되었음을 보여준다.As a result, as shown in FIG. 5, it can be seen that the viewing distance at which the maximum light intensity is re-condensed is about 1.2 mm. This shows that the conventional scanning probe has a field of view of several hundreds of micrometers, and thus the field of view has been greatly improved compared to that required for super close-up photography.

한편, 도 6에서는 본 실시예에 따른 스캐닝 프로브의 측면 해상도를 측정한 결과를 도시한 것이다. 스캐닝 프로브의 측면 해상도는 외부에 투사되는 광의 크기를 이용하여 판단할 수 있다. 따라서, 본 실험에서는 평면 반사경의 경계부분으로 상기 스캐닝 프로브를 통과시키면서, 재집광되는 광의 세기를 측정하였다. 6 shows the result of measuring the side resolution of the scanning probe according to the present embodiment. The resolution of the side surface of the scanning probe may be determined using the size of light projected to the outside. Therefore, in this experiment, while passing the scanning probe to the boundary portion of the planar reflector, the intensity of the re-condensed light was measured.

여기서, 광 세기가 일정한 부분은 스캔부(120)에서 발산되는 모든 광이 평면 반사경으로 조사되거나(광세기가 1인 경우), 평면 반사경을 벗어난 경우(광세기가 0인 경우)에 해당한다. 그리고, 광세기가 변하는 구간은 스캐닝 프로브가 반사경의 경계를 통과하면서 점차적으로 집광되는 광세기가 줄어드는 구간으로서, 상기 구간의 길이가 광의 직경에 해당하는 것으로 볼 수 있다. 본 실험에서는 광세기의 값이 최대의 80%에서 20%로 하락하는 구간의 거리를 광의 유효직경으로 정의하였으며, 14mm의 측면 해상도를 갖는 것으로 볼 수 있다.Here, the portion where the light intensity is constant corresponds to a case where all the light emitted from the scan unit 120 is irradiated with the plane reflector (when the light intensity is 1) or out of the plane reflector (when the light intensity is 0). In addition, the section in which the light intensity changes is a section in which the light intensity of the scanning probe is gradually reduced while passing through the boundary of the reflector, and the length of the section corresponds to the diameter of the light. In this experiment, the distance of the light intensity drop from 80% of maximum to 20% is defined as the effective diameter of light, and it can be seen that it has a side resolution of 14mm.

도 7은 본 실시예에 따른 스캐닝 프로브의 구동 진동수에 따른 스캔 거리의 변화를 나타낸 것이다. 전술한 바와 같이, 본 발명에 의한 스캐닝 프로브는 공명 진동수를 갖는 바, 공명 진동수에서 최소의 전력소모로 최대의 스캔거리를 얻을 수 있는 장점을 갖는다. 본 실시예에 의할 경우, 각각의 구동 진동수에 대하여 스캔거리를 측정한 결과, 공명진동수인 30Hz에서 4mm의 최대 스캔거리를 측정할 수 있다.7 shows a change in scan distance according to the driving frequency of the scanning probe according to the present embodiment. As described above, the scanning probe according to the present invention has a resonance frequency, and has an advantage of obtaining a maximum scan distance with minimum power consumption at the resonance frequency. According to the present embodiment, as a result of measuring the scan distance for each driving frequency, a maximum scan distance of 4 mm can be measured at 30 Hz, which is a resonance frequency.

도 8은 본 발명에 따른 스캐닝 프로브를 이용하는 광학영상 시스템 중 하나인 스펙트럼 영역의 광학단층영상 시스템을 간략히 도시한 도면이다. 도 8을 참조하면, 광학단층영상 시스템은 크게 광원부(801), 기준단(803), 샘플단(804) 그리고 검출단(806)으로 구성되어 있으며 각각의 단은 광섬유 광분배기(802)를 중심으로 연결될 수 있다.FIG. 8 is a schematic diagram of an optical tomography imaging system of a spectral region, which is one of optical imaging systems using a scanning probe according to the present invention. Referring to FIG. 8, the optical tomography imaging system includes a light source unit 801, a reference stage 803, a sample stage 804, and a detection stage 806, each of which is centered on an optical fiber optical splitter 802. Can be connected.

이미지 측정 과정은 다음과 같다. 광학단층영상을 위한 광대역 광원과 스캔 영역의 가시화를 위한 가시광 레이저가 광원부(801)를 이루고 있으며 두 광원은 광 분배기(802)에 의해 기준단(803)과 샘플단(804)으로 각각 소정의 비율로 분배된다. 분배 된 각각의 빔은 기준단의 미러와 샘플단의 측정하고자하는 샘플(805)에 의해 반사, 산란된 후 광분배기(802)에 의해 재결합되어 수광부(806)에서 간섭을 일으킨다. 두 빔의 간섭신호는 스펙트럼영역에서의 신호분석을 위해 회절격자, 렌즈, CCD로 구성된 스펙트럼 분광기를 거쳐 신호 처리부(807)로 보내진 후 일정의 신호 처리 과정을 거쳐 2차원 또는 3차원의 이미지로 재구성될 수 있다.The image measurement process is as follows. The broadband light source for the optical tomography image and the visible light laser for the visualization of the scan area constitute the light source unit 801, and the two light sources are provided by the light splitter 802 to the reference stage 803 and the sample stage 804, respectively. To be distributed. Each distributed beam is reflected and scattered by the mirror of the reference stage and the sample 805 to be measured at the sample stage and then recombined by the optical splitter 802 to cause interference in the light receiver 806. The interference signals of the two beams are sent to the signal processor 807 through a spectral spectrometer consisting of a diffraction grating, a lens, and a CCD for signal analysis in the spectral region, and then reconstructed into two-dimensional or three-dimensional images through a predetermined signal processing process. Can be.

도 9는 도 8의 광학단층영상 시스템으로부터 획득한 영상이다. 도 9의 (a)는 진주, 도 9의 (b)는 손가락, 도 9의 (c)는 올챙이의 복부에 대한 단층 이미지이다. 이와 같이 본 발명의 스캐닝 프로브를 이용하는 경우, 외부의 영상 정보를 높은 해상도로 획득하는 것이 가능하다.9 is an image obtained from the optical tomography system of FIG. 9 (a) is a pearl, FIG. 9 (b) is a finger, and FIG. 9 (c) is a tomographic image of the abdomen of the tadpole. As described above, when the scanning probe of the present invention is used, it is possible to acquire external image information at high resolution.

이하에서는 본 발명의 바람직한 제2 실시예와 제3 실시예에 따른 스캐닝 프로브에 대하여 설명한다. 다만, 전술한 실시예와 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 부호를 사용하며, 대응되는 설명은 중복을 피하기 위하여 생략하도록 한다.Hereinafter, a scanning probe according to a second embodiment and a third embodiment of the present invention will be described. However, the same reference numerals are used for the same elements as in the above-described embodiment, and the corresponding description will be omitted to avoid duplication.

도 10은 본 발명의 제2 실시예에 따른 스캐닝 프로브의 내부를 도시한 내부 사시도이다. 전술한 실시예에서는 하나의 솔레노이드(20)를 이용하여 스캐닝 프로브를 구성하였으나, 본 실시예에서는 두 개의 솔레노이드(20)를 이용하여 스캐닝 프로브를 구성할 수 있다.10 is an internal perspective view showing the inside of a scanning probe according to a second embodiment of the present invention. In the above-described embodiment, the scanning probe is configured using one solenoid 20. However, in the present embodiment, the scanning probe may be configured using the two solenoids 20.

전술한 실시예의 경우, 광섬유 스캐너(100)의 금속(200)은 단일한 자기장 상에 놓여 힘을 받기 때문에, 한 방향으로 왕복하는 운동 이외에는 수행할 수 없었 다. 이에 비해, 본 실시예에서는 두 개의 솔레노이드(20)에 의해 서로 다른 방향의 자기장이 금속(200)에 걸린다. 즉, 상기 금속(200)에는 두 자기장에 의해서 발생되는 서로 다른 방향의 자기력이 작용하면서, 상기 두 힘에 의한 합력에 의해 광섬유 스캐너(100)가 구동한다. 따라서, 상기 두 자기장의 세기를 조절하여 광섬유 스캐너(100)를 2차원 상에서 구동하는 것이 가능하다.In the above-described embodiment, since the metal 200 of the optical fiber scanner 100 is placed on a single magnetic field and subjected to a force, it could not be performed except for a reciprocating motion in one direction. In contrast, in the present embodiment, magnetic fields in different directions are applied to the metal 200 by the two solenoids 20. That is, while the magnetic force in different directions generated by the two magnetic fields act on the metal 200, the optical fiber scanner 100 is driven by the force of the two forces. Therefore, it is possible to drive the optical fiber scanner 100 in two dimensions by adjusting the strengths of the two magnetic fields.

이 경우, 전술한 실시예와 마찬가지로 두 개의 솔레노이드(20) 및 광섬유 스캐너(100)는 슬림한 스캐닝 프로브를 형성할 수 있도록 평행하게 설치되는 것이 바람직하다. 그리고, 상기 금속(200)은 각각의 솔레노이드(20)의 단부와 인접하게 위치하여, 각각의 솔레노이드(20) 단부에서 절곡되는 방향으로 형성되는 자기장을 이용하여 구동하는 것이 바람직하다.In this case, like the above-described embodiment, the two solenoids 20 and the optical fiber scanner 100 are preferably installed in parallel to form a slim scanning probe. In addition, the metal 200 is located adjacent to the end of each solenoid 20, it is preferable to drive using a magnetic field formed in the direction bent at the end of each solenoid 20.

이때, 도 10에 도시된 바와 같이, 각각의 솔레노이드(20)는 광섬유 스캐너(100)와 평행하게 설치되어, 상기 금속(200)으로 상호 수직 방향인 자기장을 형성하도록 배치되는 것이 바람직하다. 각각의 솔레노이드(20)에 의해서 동일한 크기의 자기장이 상호 수직인 방향으로 형성되는 경우, 각각의 솔레노이드(20)에 인가되는 전류 또는 전압을 제어하여, 모든 방향으로 상기 광섬유 스캐너(100)를 구동하는 것이 가능하다.At this time, as shown in Figure 10, each solenoid 20 is preferably installed in parallel with the optical fiber scanner 100, it is arranged to form a magnetic field in the vertical direction with the metal 200. When magnetic fields of the same magnitude are formed in the mutually perpendicular directions by each solenoid 20, the current or voltage applied to each solenoid 20 is controlled to drive the optical fiber scanner 100 in all directions. It is possible.

도 11은 본 발명의 제3 실시예에 따른 스캐닝 프로브의 내부를 도시한 것이다. 전술한 실시예에서는 구동시 자기력을 받도록 광섬유 스캐너(100)의 일정부위에 금속을 부착하고 그 부분에 집중적으로 자기력을 가했으나, 본 실시예에서는 몸체(110)의 전부 또는 일부구간에 유도자성을 가질 수 있는 유도자성물질(200)을 코 팅 처리한 후, 상기 유도자성물질(200)이 코팅된 구간으로 자기장을 형성하여, 상기 구간에서 자기력이 발생하면서 진동하도록 구성할 수 있다.11 illustrates the inside of a scanning probe according to a third embodiment of the present invention. In the above-described embodiment, the metal is attached to a predetermined portion of the optical fiber scanner 100 so as to receive a magnetic force during driving, and the magnetic force is intensively applied to the portion, but in this embodiment, the inductive magnetism is applied to all or some sections of the body 110. After coating the inductive magnetic material 200 may have a coating, the magnetic field is formed in a section coated with the inductive magnetic material 200, and may be configured to vibrate while generating a magnetic force in the section.

도 11에 도시된 바와 같이, 본 실시예에서는 단부가 마주보면서 일직선상에 나란히 배열되는 두 개의 솔레노이드(20)를 이용하여, 상기 인접한 단부 사이에 광섬유 스캐너 몸체(100)의 유도자성물질(200)이 코팅된 구간을 위치시킬 수 있다.As shown in FIG. 11, in this embodiment, the inductive magnetic material 200 of the optical fiber scanner body 100 is disposed between the adjacent ends by using two solenoids 20 arranged side by side with the ends facing each other. This coated section can be located.

이 경우, 전술한 실시예와 달리 자기장에 의해 자기력이 발생되는 부분이 소정의 구간을 형성하는 바, 솔레노이드 코어(21)의 단면을 따라 솔레노이드(20)의 길이 방향으로 형성되는 자기장을 이용하는 것이 바람직하다.In this case, unlike the above-described embodiment, the portion in which the magnetic force is generated by the magnetic field forms a predetermined section, and it is preferable to use a magnetic field formed in the longitudinal direction of the solenoid 20 along the cross section of the solenoid core 21. Do.

그리고, 본 실시예에서는 두 개의 솔레노이드(20)를 이용하고 있으나, 본 발명의 이에 한정되는 것은 아니며, 하나 또는 세 개 이상의 솔레노이드(20)를 이용하여 자기장의 세기를 제어하는 것이 가능하다.In addition, although two solenoids 20 are used in the present embodiment, the present invention is not limited thereto, and one or three or more solenoids 20 may be used to control the strength of the magnetic field.

한편, 본 실시예에 의할 경우, 상기 각각의 솔레노이드(20)는 불연속적으로 전류가 공급되어 자기장을 선택적으로 형성할 수 있다. 그리고, 각각의 솔레노이드(20)는 상기 광섬유 스캐너(100)의 몸체에 서로 다른 방향의 자기력을 발생시키도록 전류가 인가되는 것이 바람직하다. 따라서, 각각의 솔레노이드(20)는 순차적으로 번갈아가면서 자기장을 형성하며, 이때 각각의 솔레노이드(20)에 전류는 상기 광섬유 스캐너(100)가 구동하는 진동 주기에 대응하여 교대로 인가되는 것이 바람직하다.Meanwhile, according to the present embodiment, each of the solenoids 20 may be discontinuously supplied with current to selectively form a magnetic field. In addition, each of the solenoids 20 is preferably a current is applied to the body of the optical fiber scanner 100 to generate magnetic forces in different directions. Accordingly, each of the solenoids 20 alternately form a magnetic field, and at this time, the current is preferably applied to each solenoid 20 alternately corresponding to the vibration period of the optical fiber scanner 100.

이와 같이 본 발명은 간단한 제조 공정으로 제조되어, 저전압으로 구동되는 스캐닝 프로브를 제공할 수 있다. 이러한 본 발명은 내시경 등의 의료기기 및 기타 협소한 위치의 영상을 획득할 수 있는 각종 장치에서 영상을 획득하는 구성으로 장착되어 널리 사용될 수 있다.As described above, the present invention can be manufactured by a simple manufacturing process to provide a scanning probe driven at a low voltage. The present invention can be widely used as a configuration for acquiring images in various devices capable of acquiring images of medical devices such as endoscopes and other narrow locations.

도 1은 본 발명의 바람직한 제1 실시예에 따른 스캐닝 프로브의 내부 구성을 도시한 개략도이고,1 is a schematic diagram showing an internal configuration of a scanning probe according to a first preferred embodiment of the present invention,

도 2는 도 1의 광섬유 스캐너에 발생되는 변위를 도시한 설명도이고,2 is an explanatory diagram showing a displacement generated in the optical fiber scanner of FIG. 1,

도 3은 제1 실시예에 따른 스캐닝 프로브의 제조 공정을 도시한 것이고,3 shows a manufacturing process of the scanning probe according to the first embodiment,

도 4는 제1 실시예에 따른 스캐닝 프로브를 이용하여 스캐닝 과정을 도시한 것이고, 4 illustrates a scanning process using the scanning probe according to the first embodiment,

도 5에서는 제1 실시예에 따른 스캐닝 프로브의 시야 거리를 측정한 결과를 도시한 것이고,5 illustrates a result of measuring a viewing distance of the scanning probe according to the first embodiment,

도 6에서는 제1 실시예에 따른 스캐닝 프로브의 측면 해상도를 측정한 결과를 도시한 것이고,6 illustrates a result of measuring side resolution of a scanning probe according to a first embodiment,

도 7은 제1 실시예에 따른 스캐닝 프로브의 구동 진동수에 따른 스캔 거리의 변화를 나타낸 것이고,7 illustrates a change in scan distance according to a driving frequency of the scanning probe according to the first embodiment,

도 8은 제1 실시예에 따른 스캐닝 프로브를 이용하는 광학단층영상 시스템을 간략히 도시한 것이고,FIG. 8 schematically illustrates an optical tomography system using a scanning probe according to a first embodiment.

도 9는 도 8의 광학단층영상 시스템으로부터 획득한 영상이고,9 is an image obtained from the optical tomography system of FIG.

도 10은 본 발명의 제2 실시예에 따른 스캐닝 프로브의 내부를 도시한 내부 사시도이다.10 is an internal perspective view showing the inside of a scanning probe according to a second embodiment of the present invention.

도 11은 본 발명의 제3 실시예에 따른 스캐닝 프로브의 내부를 도시한 내부 사시도이다.11 is an internal perspective view showing the inside of a scanning probe according to a third embodiment of the present invention.

Claims (21)

자기장을 형성하는 전자석; 그리고,An electromagnet forming a magnetic field; And, 상기 자기장에 의해 몸체에 부착된 유도자성물질로 자기력이 가해지면, 일단의 왕복운동을 수행하면서 외부의 영상을 획득하는 광섬유 스캐너;를 포함하는 스캐닝 프로브.And an optical fiber scanner that acquires an external image while performing a series of reciprocating motions when a magnetic force is applied to an inductive magnetic material attached to the body by the magnetic field. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 광섬유 스캐너는 상기 자기력과 이에 저항하는 상기 몸체의 강성에 의해 진동하는 것을 특징으로 하는 스캐닝 프로브.And the optical fiber scanner vibrates by the magnetic force and the rigidity of the body that resists the magnetic force. 제2항에 있어서, The method of claim 2, 상기 전자석은 전류가 인가되면 자기장을 발생시키는 솔레노이드로 구성되는 것을 특징으로 하는 스캐닝 프로브.The electromagnet is a scanning probe, characterized in that consisting of a solenoid for generating a magnetic field when a current is applied. 제2항 또는 제3항에 있어서,The method according to claim 2 or 3, 상기 몸체는 고정단에 고정 설치되어 일방으로 연장되며, 스캔부는 상기 몸체의 연장되는 단부에 형성되어 상기 몸체의 진동시 소정구간을 왕복하면서 외부 영상을 획득하는 것을 특징으로 하는 스캐닝 프로브.The body is fixed to the fixed end is extended to one side, the scanning unit is formed on the extending end of the body scanning probe, characterized in that to obtain an external image while reciprocating a predetermined section during the vibration of the body. 제4항에 있어서,The method of claim 4, wherein 상기 스캔부가 왕복하는 거리는 상기 자기장의 세기에 따라 제어되는 것을 특징으로 하는 스캐닝 프로브.The distance that the scan unit reciprocates is controlled according to the strength of the magnetic field. 제4항에 있어서,The method of claim 4, wherein 상기 몸체에 부착되는 유도자성물질은 교체 또는 위치 변경이 가능하도록 설치되는 금속으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 스캐닝 프로브.Scanning probe, characterized in that the inductive magnetic material attached to the body is made of a metal that is installed to be replaced or changed position. 제6항에 있어서,The method of claim 6, 상기 광섬유 스캐너의 단부가 왕복하는 거리는 상기 몸체에 부착되는 금속의 질량과 금속이 부착되는 위치에 따라 제어될 수 있는 것을 특징으로 하는 스캐닝 프로브.The distance that the end of the optical fiber scanner is reciprocating can be controlled according to the mass of the metal attached to the body and the position where the metal is attached. 제6항에 있어서,The method of claim 6, 상기 광섬유 스캐너의 고유 공명진동수는 상기 금속의 질량과 금속이 부착되는 위치에 따라 제어될 수 있는 것을 특징으로 하는 스캐닝 프로브.The inherent resonance frequency of the optical fiber scanner can be controlled according to the mass of the metal and the position to which the metal is attached. 제4항에 있어서,The method of claim 4, wherein 상기 몸체의 내측에는 광이 진행하는 광섬유 코어가 형성되고, 상기 스캔부에는 상기 광섬유 코어로부터 발산되는 광을 확장시키는 광확장 광섬유 및 상기 광 을 다시 집광시키는 렌즈가 일체로 형성되는 것을 특징으로 하는 스캐닝 프로브.An optical fiber core through which light propagates is formed inside the body, and the scanning unit is integrally formed with an optical expansion fiber for expanding the light emitted from the optical fiber core and a lens for condensing the light. Probe. 제9항에 있어서,10. The method of claim 9, 상기 광섬유 스캐너가 외부 영상을 획득할 수 있는 시야 거리는 상기 광섬유 코어의 직경, 광확장 광섬유의 외경과 길이 또는 렌즈의 곡률에 따라 제어되는 것을 특징으로 하는 스캐닝 프로브.And a viewing distance through which the optical fiber scanner can acquire an external image is controlled according to the diameter of the optical fiber core, the outer diameter and length of the optical fiber, or the curvature of the lens. 제3항에 있어서,The method of claim 3, 상기 광섬유 스캐너는 상기 솔레노이드와 평행하게 설치되며, 상기 솔레노이드의 단부에서 형성되는 자기장을 이용하여 진동하는 것을 특징으로 하는 스캐닝 프로브.The optical fiber scanner is installed in parallel with the solenoid, scanning probe characterized in that the oscillation using a magnetic field formed at the end of the solenoid. 제3항에 있어서,The method of claim 3, 상기 전자석은 두 개의 솔레노이드를 포함하여 이루어지며, 각각의 솔레노이드는 상기 유도자성물질이 설치되는 위치에서 서로 다른 방향의 자기장을 형성하는 것을 특징으로 하는 스캐닝 프로브.The electromagnet comprises two solenoids, each of the solenoids to form a magnetic field in a different direction at the position where the inductive magnetic material is installed. 제12항에 있어서,The method of claim 12, 상기 광섬유 스캐너는 상기 서로 다른 방향의 자기장에 의하여 2차원적으로 구동하는 것을 특징으로 하는 스캐닝 프로브.And the optical fiber scanner is driven two-dimensionally by magnetic fields in different directions. 제12항에 있어서,The method of claim 12, 상기 두 개의 솔레노이드는 상기 금속이 설치된 위치에서 각각의 자기장이 상호 직교하도록 배치되는 것을 특징으로 하는 스캐닝 프로브.And the two solenoids are arranged such that each magnetic field is orthogonal to each other at a position where the metal is installed. 제12항에 있어서,The method of claim 12, 상기 두 개의 솔레노이드는 상기 광섬유 스캐너와 평행하게 설치되며, 상기 광섬유 스캐너는 상기 각각의 솔레노이드의 단부에 형성되는 자기장을 이용하여 진동하는 것을 특징으로 하는 스캐닝 프로브.And the two solenoids are installed in parallel with the optical fiber scanner, and the optical fiber scanner vibrates using a magnetic field formed at an end of each solenoid. 제2항에 있어서,The method of claim 2, 상기 유도자성물질은 상기 광섬유 스캐너의 몸체의 외측으로 소정 구간 코팅처리되는 것을 특징으로 하는 스캐닝 프로브.The inductive magnetic material is a scanning probe, characterized in that the coating treatment for a predetermined portion to the outside of the body of the optical fiber scanner. 제16항에 있어서,The method of claim 16, 상기 전자석은 각각의 단부가 마주보도록 설치되는 두 개의 솔레노이드로 구성되며, 상기 몸체는 상기 코팅된 유도자성물질이 상기 두 개의 솔레노이드 사이에 위치하도록 설치되어 각각의 솔레노이드와 단부에 형성되는 자기장을 이용하여 진동하는 것을 특징으로 하는 스캐닝 프로브.The electromagnet is composed of two solenoids, each end of which is facing each other, the body is installed so that the coated inductive material is located between the two solenoids by using a magnetic field formed at each solenoid and the end Scanning probe, characterized in that vibrating. 제17 항에 있어서,18. The method of claim 17, 상기 두 개의 솔레노이드는 상기 광섬유 프로브의 진동주기에 대응되도록 교대로 전류를 인가하여 전기장을 형성하는 것을 특징으로 하는 스캐닝 프로브.And the two solenoids alternately apply an electric current to correspond to the vibration period of the optical fiber probe to form an electric field. 제4항에 있어서,The method of claim 4, wherein 상기 전자석과 상기 광섬유 스캐너를 보호하기 위한 케이스를 더 포함하고, 상기 케이스는 내충격성이 우수한 재질로 구성되는 것을 특징으로 하는 스캐닝 프로브.And a case for protecting the electromagnet and the optical fiber scanner, wherein the case is made of a material having excellent impact resistance. 자기장을 형성하는 전자석 및 상기 자기장에 의해 몸체에 부착된 금속으로 자기력이 가해지면, 진동이 발생하면서 외부의 영상을 획득하는 광섬유 스캐너를 포함하는 스캐닝 프로브;가 구비되는 의료기기.And a scanning probe including an electromagnet forming a magnetic field and a fiber optic scanner to obtain an external image while vibration is generated when a magnetic force is applied to the metal attached to the body by the magnetic field. 제20항에 있어서,21. The method of claim 20, 상기 스캐너는 상기 금속이 자기장에서 받는 힘과 이에 저항하는 자체의 강성에 의해 진동하면서 스캔하는 것을 특징으로 하는 의료기기.The scanner is a medical device, characterized in that for scanning by vibrating the metal due to the force received from the magnetic field and its stiffness.
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