KR20120129361A - 단일 솔레노이드로 구성된 자기 구동수단을 이용한 2차원 스캔이 가능한 광섬유 프로브 - Google Patents

단일 솔레노이드로 구성된 자기 구동수단을 이용한 2차원 스캔이 가능한 광섬유 프로브 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 광섬유를 사용하여 광학주사영상을 얻기 위한 프로브에 관한 것으로, 자기력을 공급하는 솔레노이드와, 상기 솔레노이드의 중심축에서 벗어난 지점에서 상기 자기력을 전달받는 자성물질을 구비하고, 상기 솔레노이드의 중심축방향과 교차되게 길이방향을 가지는 광섬유 스캐너를 포함하는 2차원 스캔 구동이 가능한 광섬유 프로브를 제공하여, 솔레노이드를 통해, 광섬유 프로브에 구비된 자성 물질에 자기력을 제공하도록 구성함으로써, 간단한 구성으로 인한 제조 시간 및 비용을 절감하며, 광섬유 프로브를 단일 솔레노이드를 통해 2차원 스캔 구동시키는 유리한 효과를 제공한다.

Description

단일 솔레노이드로 구성된 자기 구동수단을 이용한 2차원 스캔이 가능한 광섬유 프로브{Two-dimensional optical fiber scanner using a single solenoid based magnetic actuator}
본 발명은 광학주사영상을 얻기 위한 프로브에 관한 것으로, 단일 솔레노이드를 이용하여 2차원 영상 획득이 가능하도록 제작된 광섬유 프로브에 관한 것이다.
광섬유 프로브란, 광섬유를 사용하여 외부 영상을 획득하기 위한 장비로서, 촬영대상에 접근 및 조작이 용이하여 다양한 산업분야에 적용된다. 특히, 장비의 소형화가 용이하여, 의료용 프로브 및 내시경의 스캐너로 그 활용도가 높다.
이러한, 광섬유 프로브는, 일반적으로, 광섬유의 일단에 광섬유를 진동시키는 구동수단을 구비하고, 광섬유의 타단에 빔을 집속시키는 렌즈를 포함하여 이루어진다. 이때, 구동수단은, 마이크로 모터, 압전소자, CMOS-MEMS 미러, MEMS 미러와 같은 다양한 방법이 제안되고 있다,
그러나, 압전소자를 사용하는 경우, 높은 구동 전압이 요구된다. 적층형 압전소자의 경우, 낮은 전압에서 구동이 가능하지만, 제작 및 공정과정이 복잡하고 가격이 높다는 단점이 있다. 또한, 마이크로 모터나 CMOS-MEMS 미러, MEMS 미러를 사용하는 경우도, 제작공정이 복잡하고, 가격이 높은 단점이 있다.
그리고, 이러한 구동수단은 광섬유 프로브에 직선 형태의 1차원 스캔을 제공하는 것이 일반적이다. 종래의 구동수단으로 광섬유 프로브에 2차원 스캔을 제공하기 위해서는, 2축을 가지는 구동수단이 요구되기 때문에, 광섬유 프로브 구성이 복잡해지고, 이에 따라 정교한 제조 과정이 필요하여, 제조 시간 및 비용이 증가하는 문제점이 발생할 수 있다. 또한, 광섬유 프로브 자체의 크기가 증가하는 결정적 단점이 있다.
이에, 본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로, 1축의 구동수단으로 2차원 스캔이 가능하면서도 간단한 구성을 가지는 광섬유 프로브를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
또한, 낮은 전력으로 구동가능한 광섬유 프로브를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
또한, 광섬유 프로브의 스캔 범위 및 스캔 속도를 용이하게 제어할 수 있는 광섬유 프로브를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
본 발명의 사상에 따르면, 자기력을 공급하는 솔레노이드와, 상기 솔레노이드의 중심축에서 벗어난 지점에서 상기 자기력을 전달받는 자성물질을 구비하고, 상기 솔레노이드의 축방향과 교차되게 길이방향을 가지는 광섬유 스캐너를 포함하는 2차원 스캔 구동 가능한 광섬유 프로브를 제공할 수 있다.
바람직하게는, 상기 광섬유 스캐너의 길이방향과 상기 솔레노이드의 축방향은 수직 교차될 수 있다.
바람직하게는, 상기 자기력은 단일 솔레노이드의 자기장에 의해 발생할 수 있다.
바람직하게는, 상기 자성 물질은 금속 소재로 구성되고, 상기 금속 소재는 상기 광섬유 스캐너에 코팅되어 구비될 수 있다.
바람직하게는, 상기 광섬유 스캐너는 코어가 있는 광섬유와 코어가 없는 광섬유 및 렌즈가 일체형으로 형성된 것이 좋다.
이때, 상기 코어가 있는 광섬유는, 단일 모드 광섬유(Single-Mode Fiber)일 수 있으며, 다중 모드 광섬유(Multimode Fiber)일 수 있다.
그리고, 상기 코어가 있는 광섬유는, 이중 클래드 광섬유(Double-Clad Fiber)일 수 도 있다.
한편, 상기 코어가 없는 광섬유는, 실리카 광섬유(Coreless Silica Fiber)일 수 있다.
바람직하게는, 상기 광섬유 스캐너의 단부는, 상기 광섬유 스캐너를 둘러싸는 프로브 보호부(160)와 연결된 고정단에 결합되어 고정될 수 있다.
바람직하게는, 상기 광섬유 스캐너의 2차원 스캔은 상기 자기력과 상기 광섬유 스캐너의 탄성에 의해 정의되는 복원력에 의해 구현될 수 있다.
이때, 상기 광섬유 스캐너의 외측의 일부를 절개하여, 상기 광섬유 스캐너의 탄성력을 감소시킴으로써, 상기 광섬유 스캐너의 스캔 범위 및 스캔 속도를 제어할 수 있다.
바람직하게는, 상기 광섬유 프로브의 2차원 스캔 범위와 스캔 속도는, 상기 광섬유 프로브의 길이, 상기 자성 물질의 위치 및 질량에 따라 제어될 수 있다.
바람직하게는, 상기 자성 물질은 교체 또는 위치 변경이 용이하도록 구비될 수 있다.
바람직하게는, 상기 광섬유 스캐너를 산업용 내시경 및 분석기의 프로브로 제작될 수 있다.
바람직하게는, 상기 광섬유 스캐너를 의료영상기기와 결합하여 의료용 프로브 및 내시경의 스캐너로 사용될 수 있다.
본 발명에 따른 2차원 스캔 구동이 가능한 광섬유 프로브는, 단일 솔레노이드를 통해, 광섬유 프로브에 구비된 자성 물질에 자기력을 제공하도록 구성함으로써, 간단한 구성으로 인한 제조 시간 및 비용을 절감하는 유리한 효과를 제공한다.
그리고, 광섬유 프로브에 구비된 자성 물질이 솔레노이드의 중심축에서 벗어나도록 구성하고, 광섬유 프로브의 길이방향과 솔레노이드의 축방향을 교차하도록 구성함으로써, 자기력의 2차원의 흐름에 따라, 자성 물질을 이동시켜 광섬유 프로브를 2차원으로 스캔 구동시키는 유리한 효과를 제공한다.
또한, 본 발명에 따른 2차원 스캔 구동이 가능한 광섬유 프로브는, 솔레노이드에 가해지는 구동 전류의 세기 및 진동수를 조절하여 용이하게 광섬유 프로브의 스캔 범위 및 스캔 속도를 제어할 수 있다.
또한, 본 프로브의 구동수단으로, 낮은 에너지 손실과 높은 투자율의 강자성체 코어를 갖는 솔레노이드를 이용함으로써, 낮은 전력으로 구동이 가능하다.
도 1은, 본 발명에 따른 2차원 스캔 구동이 가능한 광섬유 프로브의 일실시예의 구성을 설명하기 위해 도시한 사시도,
도 2는, 도 1에서 도시한 자성 물질의 구비 위치를 설명하기 위해 도시한 광섬유 스캐너의 측면도,
도 3은, 도 1에서 도시한 자성 물질과 단일 솔레노이드의 배치를 설명하기 위해 도시한 사시도,
도 4는, 도 1에서 도시한 광섬유 스캐너(100)의 구성을 구체적으로 설명하기 위해 도시한 확대도,
도 5는, 도 1에서 도시한 광섬유 스캐너의 일실시예의 동작 거리를 측정한 데이터를 나타낸 그림,
도 6은, 도 1에서 도시한 광섬유 스캐너의 일실시예의 초점에서 집속된 빔의 크기를 측정한 데이터를 나타낸 그림,
도 7은, 도 1에서 도시한 솔레노이드(200)의 구성을 구체적으로 설명하기 위해 도시한 사시도,
도 8은, 자기장에 의한 광섬유 스캐너(100)의 2차원 스캔을 설명하기 위해 도시한 정면도,
도 9는, 본 발명에 따른 2차원 스캔 구동이 가능한 광섬유 프로브의 일실시예를 사용하여 스캔하는 모습을 나타낸 사진,
도 10은, 도 1에서 도시한 솔레노이드에 인가할 사인파(27Hz의 구동 진동수를 가짐)를 나타내는 그림,
도 11은, 도 10의 사인파를 인가하였을 때, 일실시예의 스캔 궤적을 촬영한 영상의 이미지,
도 12는, 27Hz의 구동 진동수를 가지는 사인파를 400mHz의 사인파로 진폭 변조하여, 도 1에서 도시한 단일 솔레노이드에 인가하였을 때, 일실시예의 스캔 궤적을 촬영한 영상의 이미지,
도 13은. 본 발명의 응용을 보여주는 한 예로서 도 1에서 제시한 단일 솔레노이드의 자기력에 의해 구동되는 광섬유 프로브를 광단층영상기기의 샘플단의 스캐너로 활용하여 획득한 단층 영상 이미지이다.
이하, 본 발명에 따른 자기력을 이용하며 2차원 스캔 구동 가능한 광섬유 프로브의 바람직한 일실시예에 대해 설명한다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다.
그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 의해 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
또한, 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기술 등이 본 발명의 요지를 흐리게 할 수 있다고 판단되는 경우 그에 관한 자세한 설명은 생략하기로 한다.
도 1은, 본 발명에 따른 2차원 구동 가능한 광섬유 프로브의 일실시예의 구성을 설명하기 위해 도시한 사시도이다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 대한 구성 관계를 개념적으로 명확히 이해하기 위해서 특징되는 부분만을 도시한 것으로서, 그 결과 도해의 다양한 변형이 예상되며, 도시된 특정 형태에 본 발명은 크게 제한될 필요는 없다.
일실시예는 광섬유 프로브 내부에 구동수단으로 마련되는 하나의 솔레노이드를 통해, 광섬유 스캐너의 2차원 스캔을 구현하는 간단한 구성을 제안한다. 이하, 이를 실현가능하게 하는 광섬유 스캐너와 솔레노이드의 구체적인 구성을 살펴보기로 한다.
도 1을 참조하면, 2차원 스캔 구동이 가능한 광섬유 프로브의 일실시예는, 자성 물질(110)을 구비하는 광섬유 스캐너(100)와, 자성 물질(110)에 자기력을 공급하는 솔레노이드(200)을 포함하는 구성으로 이루어짐을 알 수 있다. 상술한 바와 같은 간단한 구성으로, 2차원 스캔 구동을 가능하게 하는 일실시예의 고유한 효과는, 수직하게 배치되는 광섬유 스캐너(100)와 솔레노이드(200)의 조합에 기인한다.
먼저, 일실시예의 광섬유 스캐너(100)를 살펴보면, 광섬유 스캐너(100)에는 금속과 같이 자기력에 영향을 받는 자성 물질(110)이 구비된다. 자성 물질(110)은 자기력을 사용하여 광섬유 스캐너(100)를 물리적으로 움직이기 위한 매개 수단으로, 광섬유 스캐너(100)의 둘레를 따라 금속을 진공 증착하는 방식으로 코팅함으로써 형성될 수 있다. 여기서 진공 증착이라 함은, 금속이나 비금속의 작은 조각을 진공 속에서 가열하여 그 증기를 물체면에 부착시키는 것을 말한다.
이러한, 자성 물질(110)과 후술될 솔레노이드(200)는 근접하여 설치된다. 이는 자성 물질(110)이 솔레노이드(200)에서 발생하는 자기력에 영향을 받아야 하기 때문이다.
도 2는, 도 1에서 도시한 자성 물질의 구비 위치를 설명하기 위해 도시한 광섬유 스캐너의 측면도이며, 도 3은, 도 1에서 도시한 자성 물질과 단일 솔레노드부의 배치를 설명하기 위해 도시한 사시도이다.
도 2를 참조 하면, 상술한 바와 같이, 자성 물질(110)이 광섬유 스캐너(100)의 둘레를 따라 코팅되어 구비됨을 확인할 수 있다. 또한, 도 3을 참조하면, 자성 물질(110)과 솔레노이드(200)가 근접 배치되어 형성됨을 확인할 수 있다. 물론, 솔레노이드에서 발생하는 자기장의 세기를 증가시킬수록, 즉 자성물질과 솔레노이드간의 자기력의 세기를 증가시킬수록, 자성물질이 솔레노이드로부터 충분한 거리를 확보할 수 있도록 배치 가능하다.
특히, 자성 물질(110)은 솔레노이드(200)의 축(X)상에서 떨어져 위치한다. 자성 물질(110)이 상기 축(X)상에 위치하게 되면, 자성 물질(110)이 축(X)을 따라 직선이동함으로써, 1차원 스캔만을 하기 때문이다. 즉, 솔레노이드(200)의 내부에서는 축(X) 방향의 자기장이 발생하기 때문에, 자성 물질(110)이 축(X)상에 위치하면, 자성 물질(110)을 구비한 광섬유 스캐너(100)는 축(X)상에서 솔레노이드(200)에 가까워지거나 멀어지는 1차원적인 직선운동만을 하여, 광섬유 스캐너(100)의 스캔 범위를 제한하게 된다. 이에 일실시예는 자성 물질(110)과 솔레노이드(200)의 축(X)이 이격 배치되도록 형성하여 광섬유 스캐너(100)의 2차원 스캔을 유발하는 구성을 가진다. 이에 대한 설명은 뒤에서 자세히 하기로 한다.
광섬유 스캐너(100)에서 자성 물질(110) 위치는 변경되게 구성될 수 있으며, 자성 물질(110)이 교체 가능하게 기계적인 부착방식으로 광섬유 스캐너(100)에 구비될 수도 있다. 이때, 자성 물질(110)의 위치 및 질량에 따라 자기력에 영향을 받는 정도가 상이하기 때문에, 자성 물질(110)의 위치 및 질량를 제어하여 광섬유 스캐너(100)의 스캔 범위 및 스캔 속도를 제어할 수도 있다.
도 4는, 도 1에서 도시한 광섬유 스캐너(100)의 구성을 구체적으로 설명하기 위해 도시한 확대도이다.
한편, 광섬유 스캐너(100)는 소정의 길이를 가지는 선형의 광섬유로 이루어진다. 일반적으로, 광섬유는 빔이 진행하는 코어(core)가 구비되고, 그 외곽부분에 코어보다 낮은 굴절률을 가지는 클래딩(cladding)이 둘러싸고 있다. 일실시예의 광섬유 스캐너(100)는, 도 4에서 도시한 바와 같이, 코어가 있는 단일 모드 광섬유(SMF: Single-Mode Fiber, 이하, SMF라 한다.)(120)와 코어가 없는 실리카 광섬유(CSF: Coreless Silica Fiber, 이하, CSF라 한다.)(130)와 렌즈(140)가 일체형으로 형성된다. SMF(120)의 단부에 CSF(130)를 용융 접합시키고, 이어서 CSF(130)의 단부에 아크 방전(Arc discharge)을 통해 렌즈(140)를 형성함으로써, 광섬유 스캐너(100)를 일체형으로 제조한다. 이 때 아크 방전의 세기 및 시간을 조절하여 렌즈의 곡률을 조절할 있다. 이렇게 제조된 광섬유 스캐너(100)는 SMF(120)에서 빔을 진행시키고, CSF(130)에서 빔을 확장시키며, 렌즈(140)에서 빔을 집광함으로써, 광센서 및 광학 시스템의 샘플단 스캐너의 역할을 수행한다.
특히, 일체형으로 제조된 광섬유 스캐너(100)는 개별적으로 구성되는 스캐너보다 광 손실이 적고, 광학적 수차가 감소하여, 높은 해상도의 영상을 획득하는 것이 가능하다.
상술한, SMF(120)의 코어 직경, CSF(130)의 외경과 길이, 렌즈(140) 곡률의 변경에 따라 광섬유 스캐너(100)의 동작 거리와 집속 된 빔의 크기를 조절하는 것이 가능하다.
도 5 와 도 6은, SMF(120)-CSF(130)-렌즈(140)의 구조로 제작된 렌즈 일체형 광섬유의 일실시예로 동작 거리(Working distance)와 렌즈의 초점위치에서 집속된 빔의 크기를 측정한 데이터를 나타낸 그림이다.
도 5의 동작거리는, 앞에 평면 반사경을 설치하고, 렌즈(140)의 끝단과 평면 반사경과의 거리를 변화시켜, 광섬유에서 나가, 다시 광섬유로 돌아오는 빔의 크기가 최대일 때의 거리를 측정한다. 도 5에서 도시한 바와 같이, 동작 거리는 1.25mm임을 확인할 수 있다. 종래의 경우, 수백μm 대의 동작거리를 가지기 때문에 초근접 촬영이 요구되었던 것에 비하여, 동작거리가 월등히 개선되었음을 확인할 수 있다.
도 6의 광섬유 스캐너의 렌즈의 초점 위치에서 집속된 빔의 크기 특성을 측정한 것으로, 수직으로 잘 절단된 경계면(edge)을 가지는 반사체를 렌즈의 초점 위치에서 횡방향으로 스캔하면서 반사 후 광섬유 프로브로 돌아오는 광 파워를 측정하였다.
도 6을 참조하면, 광 파워가 최대치를 기준으로 80 %에서 20 %로 하락하는 구간을 빔의 유효직경이라고 정의하였을 때, 빔의 직경이 13μm 임을 알 수 있다.
한편, 광섬유 스캐너(100)의 일단은, 도 1에서 도시한 바와 같이. 고정단(150)에 고정된다. 고정단(150)은 광섬유 스캐너(100)을 둘러 싸는 프로브 보호부(160)에 고정되어 형성된다. 이로써, 광섬유 스캐너(100)는 외팔보(cantilever beam) 형태로 형성되며, 후술될 솔레노이드(200)에 의해, 자성 물질(110)에 자기력이 부가되면, 광섬유 스캐너(100)는 자체 탄성으로 인하여 외팔보 형태의 동적 거동이 구현된다.
다음으로, 솔레노이드(200)에 대해 살펴보기로 한다.
솔레노이드(200)는 상술한 자성 물질(110)에 자기력을 제공하여, 광섬유 스캐너(100)가 움직이도록 하는 역할을 한다. 특히, 솔레노이드(200)의 중심축(X)과 광섬유 스캐너(100)의 길이방향이 교차하도록 구성되고, 동시에 광섬유 스캐너가 솔레노이드의 비축에 위치하여, 자기력의 흐름을 따라 광섬유 스캐너(100)가 2차원 구동하도록 한다.
도 3에서 도시한 바와 같이, 솔레노이드(200)의 중심축(X)과 광섬유 스캐너(100)의 길이방향(도 3의 Y와 평행한 방향)이 수직하게 형성되는 것이 광섬유 스캐너(100)의 2차원 스캔을 유도하는데 바람직하다.
도 7은, 도 1에서 도시한 솔레노이드(200)의 구성을 구체적으로 설명하기 위해 도시한 사시도이다.
이러한, 솔레노이드(200)는, 도 7에서 도시한 바와 같이, 솔레노이드 코어(210)와 코일(220)로 구성된다. 코어(210)는 낮은 에너지 손실과 높은 투자율(permeability)을 갖는 강자성체로 구성되고, 이 주위에 절연전선으로 구성되는 코일(220)이 수회 감긴다. 코일(220)에 전류를 흘리게 되면, 솔레노이드(200) 주위에 자기장이 형성된다.
코어(210)가 투자율이 높은 연철로 이루어지기 때문에, 적은 전류로 강한 자기장을 형성시키는 것이 가능하다.
도 8은, 자기장에 의한 광섬유 스캐너(100)의 2차원 스캔을 설명하기 위해 도시한 정면도이다.
도 8에서 도시한 바와 같이, 솔레노이드(200)에 전류가 흐르면, 솔레노이드(200)의 일단에서 빠져나와, 솔레노이드(200)의 타단으로 들어 가는 자기장이 발생한다. 도 8의 B는. 광섬유 스캐너(100)의 2차원 스캔의 설명을 위해, 자성 물질(110)에 영향을 미치는 자기력선 중 하나를 도시한 것이다. 도 8에서 점선 위치에서의 자성 물질(110)은, X방향 성분과 Z방향 성분을 가지는 자기장에 의해 자기력을 받으며, 자기력과 동시에 광섬유 스캐너(100)의 탄성에 의해 정의되는 복원력이 작용한다.
자성 물질(110)이 자기장에 의해, 도 8에서 표기된 자성 물질(110)의 위치가 실선에서 점선에 이르면, 해당 위치에서 이전의 자기력과 상이한 방향을 가지는 자기력의 영향으로, 자성 물질(110)의 이동방향이 전환될 것이며, 여기에, 광섬유 스캐너(100)에 의한 복원력이 함께 작용되며, 이와 같이 과정이 연속적으로 반복되면 광섬유 스캐너(100)의 2차원 스캔 궤적이 형성된다.
솔레노이드(200)에 인가되는 전류의 방향을 바꾸면, 자성 물질(110)이 이전과 반대방향으로 자화되어 솔레노이드에 의해 형성된 자기력선상을 따라 움직인다.
한편, 전술한 바와 같이, 자성 물질(110)이 솔레노이드(200)의 축(X)상에 정확히 위치하게 되면, 자기장의 X방향 성분만이 자기력을 제공하기 때문에, 광섬유 스캐너(100)는 축(X)상에서 직선 이동하는 1차원 스캔만을 할 것이다.
이에, 광섬유 스캐너(100)의 자성 물질(110)은 솔레노이드(200) 축(X)과 이격되어 형성되어야 한다. 또한, 도 3에서 도시한 바와 같이, 솔레노이드(200)의 축(X) 방향과 광섬유 스캐너(100)의 길이방향(Y방향)은 수직하게 형성되는 것이, 광섬유 스캐너(100)의 2차원 스캔을 유도하는데 있어 효과적이다.
이처럼 일실시예는, 2차원 구동을 위한 구동수단의 추가 없이. 하나의 솔레노이드를 이용하여 광섬유 스캐너(100)의 2차원 스캔을 유도함으로써, 획기적으로 그 구성을 단순히 하는 효과를 제공한다.
광섬유 스캐너(100)의 2차원 스캔 범위 및 스캔 속도는 상술한 솔레노이드(200)의 자기력을 조절하여 제어하는 것이 가능하다. 구체적으로, 코일(220)에 인가되는 교류전류의 파형, 세기와 진동수의 변경에 의해 조절이 가능하다.
한편, 광섬유 스캐너(100)의 외측의 일부를 절개하여, 탄성에 의한 복원력을 줄임으로써, 광섬유 스캐너(100)의 2차원 스캔 범위 및 스캔 속도를 제어하는 것도 가능하다.
이하, 도 9를 참조하여, 상술한 바와 같은 일실시예에 대한 성능에 대해 설명하기로 한다.
도 9는, 본 발명에 따른 2차원 스캔 구동이 가능한 광섬유 프로브의 일실시예를 사용하여 스캔하는 모습을 나타낸 사진이다. 일실시예에 638nm의 파장을 갖는 레이저 빔을 입사시킨 경우, 도 7에서 도시한 바와 같이, 일실시예의 스캔 범위을 보여준다, 이 스캔 범위는 직경(R) 약 3mm에 해당됨을 알 수 있다.
일실시예는 구동 진동수를 외팔보의 공명 진동수에 근접하도록 조절함으로서 최소 전력 소모로 최대 스캔 범위를 갖게 하는 유리한 점이 있다. 도 10 및 도 11을 참조하여, 구동 진동수에 따른 일실시예의 스캔 범위에 대해 설명하기로 한다.
도 10은, 도 1에서 도시한 솔레노이드에 인가할 사인파(27Hz의 구동 진동수를 가짐, 외팔보의 공명진동수는 29Hz)를 나타내는 그림이고, 도 11은, 도 10의 사인파를 인가하였을 때, 일실시예의 스캔 궤적을 촬영한 영상의 이미지이다.
도 10 및 도 11에서 도시한 바와 같이, 27Hz의 구동 진동수를 가지는 사인파를 솔레노이드(200)에 인가한 경우, 일실시예의 스캔 궤적이 최대가 됨을 확인할 수 있다. 이때, 스캔 궤적의 크기는 도 9의 경우와 동일하게, 약 3mm의 직경을 갖는다. 외팔보의 공명 진동수는 광섬유의 길이 또는 일실시예의 구조적 특성에 따라 조절이 가능하다.
도 12는, 27Hz의 구동 진동수를 가지는 사인파를 400mHz의 사인파로 진폭 변조하여, 도 1에서 도시한 단일 솔레노이드에 인가하였을 때, 일실시예의 구동 궤적을 촬영한 영상의 이미지이다.
도 12에서 도시한 바와 같이, 일실시예의 스캔 궤적은 파형의 진폭이 최소에서 최대까지 증가할 때(0-1.25초)(도 12의 (a))와, 파형의 진폭이 최대에서 최소로 감소할 때(1.25-2.5초)(도 12의 (c))로 나누어 각각 촬영된다. 이 때, 스캔 궤적은 중첩을 일으키는데, 중첩이 없는 부분을 분리하여, 해당 시간에 대응하는 스캔 궤적을 재촬영 한다.(도 12의 (b),(d)). 도(e)는 파형의 진폭이 최소에서 다시 최소까지 즉 한 변조주기동안(0-2.5초)의 궤적을 나타낸다.
모두, 다양한 형태의 2차원 스캔 궤적을 형성함을 확인할 수 있다.
위와 같은 일실시예는 광학영상기기와의 호환성이 좋아 영상기기의 샘플단의 스캐너로 활용도가 높다. 도 13은 본 발명의 응용을 보여주는 한 예로서 광학영상기기 중 광간섭단층촬영(OCT: Optical Coherence Tomography) 기기의 샘플단의 스캐너로 활용하여 획득한 실제 단층 영상을 보여준다. 이미지는 2007년도 500원짜리의 한국동전에서 연도를 나타내는 네자리 숫자 중 숫자 “2” 를 촬영한 것이다.
이상에서 본 발명에 따른 단일 솔레노이드로 구성된 자기 구동수단을 이용한 2차원 스캔이 가능한 광섬유 프로브에 관한 바람직한 실시예에 대하여 설명하였다.
전술된 실시예는 모든 면에서 예시적인 것이며, 한정적인 것이 아닌 것으로 이해되어야 하며, 본 발명의 범위는 전술된 상세한 설명보다는 후술될 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 그 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
100 : 광섬유 스캐너 110 : 자성물질
120 : SMF 130 : CSF
140 : 렌즈 150 : 고정단
160 : 프로브 보호부 200 : 솔레노이드
210 : 코어 220 : 코일

Claims (17)

  1. 자기력을 공급하는 솔레노이드;
    상기 솔레노이드의 중심축에서 벗어난 지점에서 상기 자기력을 전달받는 자성물질을 구비하고, 상기 솔레노이드의 중심축방향과 교차되게 길이방향을 가지는 광섬유 스캐너를 포함하는 2차원 스캔 구동이 가능한 광섬유 프로브.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 광섬유 스캐너의 길이방향과 상기 솔레노이드의 중심축 방향은 수직 교차되는 것을 특징으로 하는 2차원 스캔 구동이 가능한 광섬유 프로브.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 자기력은 단일 솔레노이드에서 발생하는 자기장에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 2차원 스캔 구동이 가능한 광섬유 프로브.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 자성 물질은 금속 소재로 구성되고, 상기 금속 소재는 상기 광섬유 스캐너에 코팅되거나 부착되어 구비되는 것을 특징으로 하는 2차원 스캔 구동이 가능한 광섬유 프로브.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 광섬유 스캐너는 코어가 있는 광섬유와 코어가 없는 광섬유 및 렌즈가 일체형으로 형성된 것을 특징으로 하는 2차원 스캔 구동이 가능한 광섬유 프로브.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 코어가 있는 광섬유는,
    단일 모드 광섬유(Single-Mode Fiber)인 것을 특징으로 하는 2차원 스캔 구동이 가능한 광섬유 프로브.
  7. 제 5항에 있어서,
    상기 코어가 있는 광섬유는,
    다중 모드 광섬유(Multimode Fiber)인 것을 특징으로 하는 2차원 스캔 구동이 가능한 광섬유 프로브.
  8. 제 5항에 있어서,
    상기 코어가 있는 광섬유는,
    이중 클래딩 광섬유(Double-Clad Fiber)인 것을 특징으로 하는 2차원 스캔 구동이 가능한 광섬유 프로브.
  9. 제 5항에 있어서,
    상기 코어가 없는 광섬유는,
    실리카 광섬유(Coreless Silica Fiber)인 것을 특징으로 하는 2차원 스캔 구동이 가능한 광섬유 프로브.
  10. 제 1항에 있어서,
    상기 광섬유 스캐너의 단부는, 상기 광섬유 스캐너를 둘러싸는 프로브 보호부와 연결된 고정단에 결합되어 고정되는 것을 특징으로 하는 2차원 스캔 구동이 가능한 광섬유 프로브.
  11. 제 10항에 있어서,
    프로브 보호부(160)의 앞단에 외부 집속렌즈를 부착함으로써, 광섬유 스캐너에서 출사된 빔의 동작 거리 및 스캐닝 범위의 변경이 가능하게 형성되는 것을 특징으로 하는 2차원 스캔 구동이 가능한 광섬유 프로브.
  12. 제 1항에 있어서,
    상기 광섬유 스캐너의 2차원 구동은 상기 자기력과 상기 광섬유의 탄성에 의해 결정되는 복원력에 의해 구현되는 것을 특징으로 하는 2차원 스캔 구동이 가능한 광섬유 프로브.
  13. 제 10항에 있어서,
    상기 광섬유 스캐너의 외측의 일부를 절개하여, 상기 광섬유 스캐너의 탄성력을 감소시킴으로써, 상기 광섬유 스캐너의 스캔 범위 및 스캔 속도를 제어하는 것을 특징으로 하는 2차원 스캔 구동이 가능한 광섬유 프로브.
  14. 제 1항에 있어서,
    상기 광섬유 프로브의 2차원 스캔 범위와 스캔 속도는, 상기 광섬유 프로브의 길이, 상기 자성 물질의 위치 및 질량에 따라 제어되는 것을 특징으로 하는 2차원 스캔 구동이 가능한 광섬유 프로브.
  15. 제 1항에 있어서,
    상기 자성 물질은 교체 또는 위치 변경이 가능하게 구비되는 것을 특징으로 하는 2차원 스캔 구동이 가능한 광섬유 프로브.
  16. 제 1항에 있어서,
    상기 광섬유 스캐너를 산업용 내시경 및 분석기의 프로브로 제작하는 것을 특징으로 하는 프로브.
  17. 제 1항에 있어서,
    상기 광섬유 스캐너를 의료영상기기와 결합하여 의료용 프로브 및 내시경의 스캐너로 사용하는 것을 특징으로 하는 프로브.
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