KR20110020653A - 영상 전달장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 플라스틱 광섬유(Plastic Optical Fiber, 이하 POF)를 이용하여, 이미지와 광원의 동시 전송이 가능한 형태의 삽입관(Probe) 및 이러한 삽입관(Probe)을 이용하여 제작한 영상 전달장치에 관한 것이다.

본 발명은 1) 영상을 전송하는 내관과, 빛을 전송하는 외관을 하나로 결합한 삽입관(Probe)을 구비한다. 상기 삽입관(Probe)의 내관(영상전송)은 상기 외관(광원전송)의 내부에 수용되는 이중관 구조로 되어있고, 플라스틱 광섬유(POF)를 사용하며, 이 이중관 구조로 구성된 Probe형태의 부품을 본 발명에서 삽입관이라 칭한다. 2) 상기 외관의 끝단에 위치해 빛을 조사하는 광원부. 3) 상기 내관을 통해 전송된 영상을 전기신호로 전환하는 역할을 하는 영상 수신부. 4) 상기 영상 수신부에서 전환된 전기신호를 영상으로 표시하는 영상 출력부를 포함한다. 5) 필요에 따라서는 이미지를 저장할 수 있는 저장장치부가 포함될 수 있다.

상기와 같이 본 발명은 영상을 전송하는 내관과 빛을 전송하는 외관의 일체형 삽입관(Probe)으로 형성함과 동시에 플라스틱 광섬유(POF)라는 새로운 자재를 이용한다. 이는 삽입관 자체의 모양을 단순화, 경량화 시킬 수 있으며, 이에 따른 제작에 필요한 비용 감소, 광원과 이미지 센서(CMOS, CCD 등의 자재를 이용한)가 삽입관의 끝단에 장착되는 기존 방식의 관찰 장비에서 필연적으로 발생할 수밖에 없던 상호 전기신호 또는 관찰 부위의 환경에 의한 노이즈(Noise) 및 신호 전달에 필요한 구리선의 단선문제 등을 해결할 수 있다. 이에 따라 영상과 빛의 전송률을 크게 향상시킬 수 있어, 정확한 영상을 표시할 수 있으며, 그에 따른 산업용 장치의 이상 유무를 보다 정확하고 빠르게 판단할 수 있는 효과가 있다.

Description

영상 전달장치{IMAGE TRANSMITTING DEVICE}

본 발명은 영상 전달장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 산업용 장비 내부에 장착된 장치들의 이상 유무를 검사하는 산업용 내시경 등의 용도로 사용 가능한 영상 전달장치에 관한 것이다.

일반적으로 내시경은 인체나 물체에 손상을 주지 않으면서 관찰 대상 부위에 삽입관(Probe)을 삽입하여 육안으로 검사하기 위한 장치로서 비파괴 검사에 사용되는 장치이다. 이러한 내시경은 검사할 대상에 따라 의료용과 산업용으로 나누어지며, 이 중 산업용 내시경은 삽입관 크기가 작고 가늘어 제작이 어렵다. 따라서 국내에서 산업용으로 연구 개발되거나 상품화되어져 있는 것은 없으며, 대부분의 장비는 수입에 의존하는 실정이다.

이와 같은 산업용 내시경의 구성은 육안으로 검사하기 위한 입출력장비, 광원, 영상 수신부 및 삽입관(Probe)으로 나눌 수 있으며, 상기 광원과 영상 수신부는 삽입관의 헤드부에 장착되어 빛을 조사하거나 또는 삽입관으로부터 입출력장비로 전송되는 영상을 전기신호로 전환시키는 역할을 한다.

따라서 종래의 산업용 내시경은 광원과 영상 수신부가 장착된 삽입관의 단부 를 산업용 장치 내부에 삽입함으로써 장치들의 이상 유무를 입출력장비를 통해 실시간으로 확인할 수 있다.

그러나 종래의 산업용 내시경은 삽입관의 단부에 광원과 영상 수신부가 장착되어 있어, 그 부피 또는 직경이 크게 증가하기 때문에, 협소한 공간을 가지는 산업용 장치에는 사용하지 못하는 문제점이 있었다.

더욱이 종래의 산업용 내시경은 삽입관이 전선으로 이루어져 있어, 전선 자체에서 노이즈가 발생하거나, 관찰 영역에서의 높은 온도 등 환경 요인에 영향을 받아 전송되는 영상에 노이즈가 포함되어져 영상의 전송률이 크게 떨어지는 문제점이 있다. 이에 따라 입출력장비에 표시되는 영상의 정확성 또한 크게 떨어지는 문제점이 있다. 또한 삽입관이 빈번하게 휘어짐에 따라 전선의 단선을 초래하게 된다. 이는 특정 부분의 부품 이상으로 인해 삽입관 전체 또는 최악의 경우 제품 자체를 교체해야 하는 결과를 초래하는 등 불필요한 작업 및 비용을 발생시키고, 수리 불능의 상황으로 인해 신제품을 구입해야 하는 현상이 벌어지기도 한다.

한편 종래의 내시경뿐만 아니라 자동차의 후방 카메라 등 각종 기계장치에 적용되는 각종 카메라에서도, 영상 촬영을 위한 영상 수신부가 자동차의 외부에 노출되는 구조를 가지고 있다. 따라서 영상 수신부가 차지하는 부피가 크고, 영상 수신부가 외력에 의해 파손되는 문제점이 있는 실정이다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 영상 전달장치의 삽입관의 단부 직경을 최소화시켜 사용상의 편의성을 향상시키는 한편, 상기 삽입관을 이중으로 겹쳐진 이중관 구조로 형성하여 영상과 빛을 개별적으로 전송함으로써 영상의 전송률을 향상시킬 수 있는 영상 전달장치를 제공하는데 있다.

또 다른 목적은 삽입관의 소재로 플라스틱 소재를 이용한 광섬유(POF)를 사용함으로써 전송되는 신호가 전기적인 신호가 아닌 광학적인 신호가 되도록 한다. 이는 관측 부위가 고온일 경우 열로 인한 전송 영상신호에 미치는 영향, 여러 전기적 신호의 복합적 간섭 현상에 따른 영향을 사전에 원천적으로 막기 위한 것이다(Noise Free). 이로 인해 영상 신호의 전송률을 더욱 향상시키고, 깨끗한 영상을 보존하며 영상 수신 장치에 빠르게 전달시킬 수 있도록 할 수 있다.

또 다른 목적은 영상 수신부와 광원을 단말기 내부에 설치하여 영상 수신부와 광원을 외부 충격으로부터 보호할 수 있는 영상 전달장치를 제공하는데 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 영상 전달장치는 영상을 전송하는 내관과, 빛을 전송하는 외관을 구비하고, 상기 내관은 상기 외관의 내부에 수용되는 이중관 구조를 포함하는 삽입부; 상기 내관을 통해 전송된 영상을 전기신호로 전환하는 영상 수신부; 상기 외관의 일단에 빛을 조사하는 광원부; 및 상기 영상 수신부에서 전환된 전기신호를 영상으로 표시하는 영상 출력부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

나아가 필요에 따라서는 영상을 저장할 수 있는 저장장치부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

나아가 상기 내관 또는 외관은 플라스틱 광섬유(POF)를 포함하는 것이 바람직하고, 상기 내관은 다중 코어 다발로 밀집된 다수의 광섬유를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한 상기 외관은, 내관의 주면을 감싸는 형태로 형성되고, 1열 또는 2열 이상으로 배열된 광섬유를 포함하는 것이 바람직하다.

아울러 상기 영상 수신부 또는 상기 광원부는 단말기 내부에 설치되는 것이 바람직하다.

나아가 상기 영상 수신부는 CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor) 이미지 센서 또는 CCD(Charge Coupled Device) 이미지 센서와 같이 영상 신호를 전기적 신호로 전환이 가능한 장치를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한 단말기는 사람의 눈으로 확인이 가능한 LCD 또는 OLED, 소형 프로젝터(Projecter)와 같은 모니터(Display) 영역과 관찰 영상을 저장하는 저장장치부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기와 같이 본 발명의 영상 전달장치는 플라스틱 광섬유(POF) 자재를 이용함으로써 영상과 빛을 전기 신호가 아닌 광신호를 직접 전송할 수 있다. 이는 주변 환경에 따른 간섭 현상과 노이즈 등의 영향에 관계없이 영상 신호 전송률을 크게 향상시킬 수 있어 정확한 영상을 표시할 수 있다. 이는 산업용 장치의 이상 유무를 보다 정확하고 신속하게 판단할 수 있는 효과가 있다. 또한 삽입관(Probe)의 이중 관 형태는 관 자체 직경의 최소화, 경량화를 꾀할 수 있어 협소한 부분의 측정도 가능하고, 간단한 구조에 이후 유지 보수에 따르는 시간적, 금전적 비용을 낮출 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명의 영상 전달장치는 영상 수신부와 광원부를 단말기 내부에 내장함으로써 삽입관(Probe) 단부의 부피 또는 직경을 최소화시킬 수 있어 사용상의 편의성을 향상시킬 수 있고, 외부 충격으로부터 영상 수신부 및 광원부를 보호할 수 있는 효과가 있다.

이하, 본 발명에 따른 영상 전달장치를 첨부된 도 1 및 도 2를 참조하여 상세히 설명한다.

본 발명의 영상 전달장치는 산업용 기계장치 내부에 삽입되는 삽입부(Probe)를 플라스틱 광섬유(POF)를 사용한 이중관 구조로 형성하여 삽입부(Probe)의 굴곡성과 영상 또는 빛의 전송률을 향상시키고, 더불어 영상 수신부 또는 광원부를 단말기에 내장하여 삽입부의 직경을 최소화, 경량화시킴과 동시에 외부 충격으로부터 영상 수신부 또는 광원부를 보호할 수 있는 기술이다.

이와 같은 영상 전달장치는 도 1에 도시된 바와 같이, 크게 두 부분으로 나눌 수 있다. 즉 영상을 전송하는 내관(110)과 빛을 전송하는 외관(120)이 이중관 구조의 형태를 가지는 삽입부(100)와; 상기 내관(110)으로부터 전송되는 영상신호를 전기신호로 변환하는 영상 수신부(200), 상기 외관(120)에 빛을 조사하는 광원부(300), 및 상기 영상 수신부(200)로부터 변환된 전기신호를 사람이 시각적으로 확인이 가능한 모니터(영상 출력부(410)), 관찰 영상을 파일(File) 형태로 저장할 수 있는 저장장치부(420) 등으로 구성된 단말기(400)의 부분을 포함하여 이루어진다.

이와 같은 영상 전달장치의 구체적인 구성을 살펴보면, 먼저 삽입부(100)는 산업용 기계장치 내부에 삽입하여 기계장치 내부의 영상을 전송하는 것으로, 도 2에 도시된 바와 같이 영상을 전송하는 내관(110)과, 내관(110)의 단부가 위치하는 부위에 빛을 조사하는 빛을 전송하는 외관(120)을 포함한다.

여기서 내관(110)은 영상을 전송하기 위한 구성으로, 플라스틱 광섬유(POF)가 다중 코어(core)의 다발 형태로 밀집되어 이루어지며, 이 다수의 플라스틱 광섬유(POF)는 개별적으로 각각 영상을 전송하고, 다수의 플라스틱 광섬유(POF)에 의해 개별적으로 전송된 영상은 후술되는 영상 수신부(200)에 의해 통합되어 하나의 영상으로 출력된다.

여기서 내관(110)의 개수에는 제한이 없으나 약 7400개 이상의 플라스틱으로 이루어진 광섬유로 이루어지는 것이 바람직하며, 이 경우 내관(110)은 7400개 이상의 플라스틱 재질의 광섬유가 다발로 이루어진 플라스틱 광섬유(POF)를 통해 7400 픽셀(pixel; 화소) 이상의 영상을 전송하게 된다. 7400개 이상의 개별 영상은 영상 수신부(200)에서 전기신호로 변환되고 영상 출력부(410)를 통해 하나의 영상으로 출력됨으로써 영상의 해상도, 정확도 및 정밀도를 증대시킬 수 있게 된다.

외관(120)은 관찰 대상인 기계장치 내부 등의 상태 식별이 어려울 경우, 광원부로부터의 빛을 받아 관측 대상 부위의 식별이 가능하도록 환경을 만들어 주는 조명(빛)을 전달해 주는 역할과 구성을 갖추고 있다. 상기 내관(110)과 동일한 소재인 다수의 플라스틱 광섬유(POF)로 이루어지며, 1열 또는 2열 이상의 다층 구조로 제작이 가능하다. 1열 또는 2열 이상의 띠(string) 형태로 배열된 플라스틱 광섬유가 내관(110)의 외주면을 감싸는 형태로 형성된다.

즉, 외관(120)은 후술되는 광원부(300)로부터 조사되는 빛을 다수의 열로 배열된 플라스틱 광섬유(POF)를 통해 개별적으로 전송함으로써 빛의 전송률을 향상시킬 수 있어 어두운 기계장치 내부를 보다 밝게 조명할 수 있다.

한편, 본 발명에서 사용되는 플라스틱 광섬유(POF)는 유리 광섬유보다 신호 전송 손실률이 다소 높아 신호 전달이 가능한 길이가 유리 광섬유에 비해 짧은 단점이 존재하나, 80m~100m 정도까지는 신호 전송이 가능하다. 또한 유리 광섬유 보다 광원(Light Source) 입사각(入射角)의 제약이 없는 장점으로 원하는 제품의 제작 또는 구성에 많은 편리함과 간략화를 도모할 수 있다. 특히 플라스틱 광섬유(POF)는 유리 광섬유 재질과 달리 단선, 이음 등의 자체 가공성의 편의성, 광섬유 자체의 동그랗게 휘게 할 수 있는 휨 특성이 유리 광섬유에 비해 월등히 우수하여 좁은 공간에서의 시공 용이함은 유리 광섬유에서는 볼 수 없는 플라스틱 광섬유(POF)의 장점이자 특징이다.

이와 같은 플라스틱 광섬유의 세부 구조는 고순도 아크릴 레진(PMMA: Polymethyl methacrylate)으로 된 코어(Core)와, 특수 불소 폴리머(F-PMMA: Fluorine Polymethyl methacrylate)로 만들어진 얇은 클래드(Clad) 층을 포함하며, 클래드의 굴절율(refractive index)이 코어보다 낮으므로 광섬유의 한쪽 끝단으로 부터 들어온 빛은 코어와 클래드의 접속면에서 전반사(Total-Reflection)를 일으켜 코어를 통하여 다른 광섬유 끝단으로 나간다.

따라서 전술한 바와 같이 플라스틱 광섬유를 삽입부(100)의 내관(110)과 외관(120)의 소재로 사용함으로써 신호 간섭에 의한, 또는 환경의 영향에 의한 노이즈를 원천적으로 없앨 수 있고, 영상 수신부와 광원부를 영상 전달장치의 본체로 이동함으로 인해 삽입부(100) 구성을 소형화 및 경량화시키는 것이 가능하다. 더불어 영상의 전송률과 굴곡성 및 사용상의 편의성을 증대시킬 수 있다.

한편 영상 수신부(200)는 상기 내관(110)을 통해 전송되는 영상을 영상 출력부 화면에 표시될 수 있도록 전기신호로 전환시키는 장치로, 단말기(400)에 내장되는 구성이다.

이 영상 수신부(200)로는 소형 프로젝터(Projector) 또는 CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor) 이미지 센서, CCD(Charge Coupled Device) 이미지 센서와 같은 영상 신호를 전기 신호로 변환이 가능한 소자 등이 사용될 수 있으며, 바람직하게는 CMOS 이미지 센서를 사용한다.

이 때, CMOS 이미지 센서(200)는 상보성 금속 산화막 반도체로서, 내관(110)의 단부에 비치는 영상을 전기신호로 전환하는 비메모리 반도체이다. 그리고 CCD(Charge Coupled Device) 이미지 센서는 전하결합소자라고 불리며, 반도체 속에 주입한 소수 반송자의 신호를 한 덩어리의 전하로 하여 외부 전압에 의해 결정 표면과 평행 방향으로 전송할 수 있는 반도체 소자이다.

그리고 본 발명에 따르는 영상 전달장치에서 광원부(300)는 빛을 조사하기 위한 것으로, 단말기(400)에 내장되어 구비되고, PCB(printed circuit board; 미도시)와, 상기 PCB 상에 설치되고 빛을 조사하는 다수의 LED 소자(미도시)를 포함한다.

마지막으로, 단말기(400)는 영상 수신부(200)에 의해 전환된 전기신호를 작업자가 육안으로 확인할 수 있도록 영상 출력부(410)에 표시하는 장치이다. 즉, 단말기(400) 내부에 설치된 CPU(미도시)는 영상 수신부(200)로부터 전달받은 전기신호를 영상 출력부(410)까지 전달하여, 삽입부(100)를 통해 수신된 영상은 영상 출력부(410)를 통해 거의 실시간으로 표시된다. 필요시에는 이미지를 파일(File) 형태로 저장할 수 있는 저장장치부(420)가 본체와 착탈식 또는 일체형으로 구비될 수 있다. 그리고 단말기(400) 내부에는 전술한 바와 같이 영상 수신부(200)와 광원부(300)가 각각 내장하는 것이 바람직하다.

이와 같이, 종래의 영상 전달장치에서 영상 수신부는 삽입부의 단부에 설치되어 있어 삽입부의 부피가 크게 증가하며, 사용 도중 영상 수신부가 외부 충격에 의해 손상될 수 있는 등 사용상의 불편함이 있었으며, 이와 같은 문제점을 해결하기 위해 본 발명은 영상 수신부(200)를 단말기(400)에 내장함으로써 삽입부의 부피 또는 직경을 최소화시킬 수 있고, 영상 수신부(200) 및 광원부(300)를 외부 충격으로부터 보호할 수 있다.

한편, 본 발명에 따르는 영상 전달장치는 내시경뿐만 아니라, 자동차의 전후방 카메라 등 각종 기계장치에 사용되는 카메라에도 적용될 수 있다. 이 경우 삽입부의 일측 단부를 자동차의 후방이나 전방에 노출되도록 설치하고, 삽입우의 타측 단부와 연결된 영상 수신부, 광원부 및 모니터 등을 차량의 운전석 부근에 설치하면, 자동차 외부의 영상을 운전석에서 용이하게 확인할 수 있다.

이와 같은 구성을 가지는 본 발명에 따른 영상 전달장치의 조립 및 작동상태를 설명하면 다음과 같다.

도 1을 참조하면, 단말기(400)의 내부에 영상 수신부(200)와 광원부(300)가 각각 내장된 상태에서, 상기 영상 수신부(200)는 단말기(400)에 설치된 CPU가 구비된 영상 출력부(410)에 연결된다. 이는 영상 저장장치부(420)와 연결이 되어 필요시 CPU에 의해 영상 저장이 가능하다.

그리고 삽입부(100)의 끝단을 단말기(400)의 삽입부용 연결부위에 결합을 시킨 상태에서, 상기 삽입부(100)의 내관(110)의 일측 단부는 영상 수신부(200)와 영상신호의 전송이 가능하도록 연결하고, 상기 삽입부(100)의 외관(120)의 일측 단부는 광원부(300)로부터 빛의 전송이 가능하게 연결하면 영상 전달장치의 조립이 완료된다.

이후, 상기 단말기(400)에 전원이 공급되면 광원부(300)에도 전원이 공급되면서 광원부(300)의 LED 소자로부터 조사되는 빛이 외관(120)을 통해 외부로 조사되며, 이와 동시에 내관(110)의 각 광섬유들은 내관(110) 단부 주위의 영상을 영상 수신부(200)로 전송하고, 이 영상은 영상 수신부(200)에서 전기신호로 전환된다, 그리고 영상 수신부(200)에 의해 전환된 전기신호는 단말기(400)에 설치된 CPU를 통해 영상 출력부(410)에 실시간으로 표시된다.

이와 같은 상태에서 삽입부(100)를 육안으로 확인할 수 없는 산업용 기계장 치 내부로 삽입하면, 삽입부(100)의 내관(110)의 단부가 지나가는 부분의 영상은 내관(110), 영상 수신부(200), 단말기(400)의 CPU를 거쳐 실시간으로 영상 출력부(410)에 표시, 필요시 영상을 저장(420)하는 것도 가능하게 된다.

도 1은 본 발명에 따른 영상 전달장치를 개략적으로 도시한 도면;

도 2는 도 1에 표시된 A-A선을 따른 단면도이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

100: 삽입부 110: 내관

120: 외관 200: 영상 수신부

300: 광원부 400: 단말기

410: 영상 출력부 420: 저장장치부

Claims (7)

1. 영상을 전송하는 내관과, 빛을 전송하는 외관을 구비하고, 상기 내관은 상기 외관의 내부에 수용되는 이중관 구조를 포함하는 삽입부;

   상기 내관을 통해 전송된 영상을 전기신호로 전환하는 영상 수신부;

   상기 외관의 일단에 빛을 조사하는 광원부; 및

   상기 영상 수신부에서 전환된 전기신호를 영상으로 표시하는 영상 출력부;

   를 포함하는 것을 특징으로 하는 영상 전달장치.
2. 청구항 1에 있어서,

   상기 내관 또는 외관은 플라스틱 광섬유(POF)를 포함하는 것을 특징으로 하는 영상 전달장치.
3. 청구항 1에 있어서,

   상기 내관은,

   다중 코어 다발로 밀집된 다수의 플라스틱 광섬유를 포함하는 것을 특징으로 하는 영상 전달장치.
4. 청구항 1에 있어서,

   상기 외관은,

   내관의 주면을 감싸는 형태로 형성되고, 1열 또는 2열 이상으로 배열된 플라스틱 광섬유(POF)를 포함하는 것을 특징으로 하는 영상 전달장치.
5. 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 영상 수신부 또는 상기 광원부는 단말기 내부에 설치되는 것을 특징으로 하는 영상 전달장치.
6. 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 영상 수신부는 프로젝터(projector), CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor) 이미지 센서 또는 CCD(Charge Coupled Device) 이미지 센서 중 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 영상 전달장치.
7. 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 영상 출력부에서 표시되는 영상을 저장하는 저장장치부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 영상 전달장치.

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