KR20130028579A

KR20130028579A - 줌 렌즈 모듈 및 이를 포함한 내시경

Info

Publication number: KR20130028579A
Application number: KR1020110092227A
Authority: KR
Inventors: 이승완; 김연호; 최민석; 김운배
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2011-09-09
Filing date: 2011-09-09
Publication date: 2013-03-19
Also published as: US20130066150A1

Abstract

줌 렌즈 모듈 및 이를 포함한 내시경을 제공한다. 본 줌 렌즈 모듈은 이격 배치되어 있으면서 곡률 및 두께 중 적어도 하나를 변경시켜 초점 거리를 조절하는 제1 및 제2 액체 렌즈와 제1 및 제2 액체 렌즈 사이에 배치되는 조리개를 포함한다.

Description

줌 렌즈 모듈 및 이를 포함한 내시경{Zoom lens module and Endoscope system}

본 개시는 줌 렌즈 모듈 및 줌 렌즈 모듈을 포함한 내시경에 관한 것이다.

최근에는 외과 수술 시 환자의 외상을 줄이고 회복을 빠르게 하기 위하여 내시경 수술을 적용하는 경우가 많다. 또한 전립선, 갑상선 등 좁은 영역의 외과 수술시 수술 로봇을 적용하는 경우도 점차 많아지고 있다. 내시경 수술 또는 로봇 수술시 3D 스테레오 내시경을 사용하면 의사는 거리 감각을 갖고 수술할 수 있으며, 로봇을 사용하면 수술시 의사의 손 떨림 등이 방지될 수 있다.

한편, 내시경을 통해 수술하는 경우, 촬영된 영상이 나쁘면 제거해야 할 부분과 제거하지 않아야 할 부분의 경계가 모호하여 제거하지 않아야 할 부분이 제거되는 문제가 발생하기도 한다. 제거해야 할 부분만을 제거하기 위해서는 영상의 광학적 줌과 입체적 영상이 필요하다. 그리하여, 내시경에 줌 기능의 요구가 증가되고 있다.

본 개시는 액체 렌즈를 이용한 소형의 줌 렌즈 모듈을 제공한다.

그리고, 상기한 줌 렌즈 모듈을 포함하는 내시경을 제공한다.

본 발명의 일 유형에 따르는 줌 렌즈 모듈은, 이격 배치되어 있으면서 곡률 및 두께 중 적어도 하나를 변경시켜 초점 거리를 조절하는 제1 및 제2 액체 렌즈; 및 상기 제1 및 제2 액체 렌즈 사이에 배치되는 조리개;를 포함한다.

그리고, 상기 제1 액체 렌즈와 상기 조리개 사이, 상기 조리개와 상기 제2 액체 렌즈 사이 중 적어도 하나에 배치되는 DOE(differential Optical element) 렌즈 어레이;를 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 DOE 렌즈 어레이 상에 배치되는 유전체층;을 더 포함할 수 있다.

그리고, 상기 제1 및 제2 액체 렌즈 중 적어도 하나의 반경은 2.5mm이내일 수 있다.

또한, 상기 제1 액체 렌즈와 상기 제2 액체 렌즈간 사이의 간격은 2.5mm이내일 수 있다.

그리고, 상기 제1 및 제2 액체 렌즈 중 적어도 하나는, 상호 혼합되지 않는 성질을 갖는 제1 유체와 제2 유체; 상기 제1 유체와 제2 유체를 수용하는 제1 챔버; 상기 제1 유체와 제2 유체의 경계면으로, 렌즈면을 이루는 제1 면; 상기 제1 유체와 제2 유체의 경계면으로, 상기 렌즈면의 곡률 변화를 유도하는 제2 면; 및 상기 제2 면의 위치를 변화시켜 상기 렌즈면의 곡률을 변화시키는 제1 전극부;를 포함할 수 있다.

또한, 상기 제1 유체 및 제2 유체는 투광성일 수 있다.

그리고, 상기 제1 챔버 내에 마련된 것으로, 상기 렌즈면에 대응하는 렌즈의 직경을 형성하는 제1 관통홀과, 상기 제2 유체의 통로를 형성하는 제2 관통홀이 형성된 제1 중간 기판;를 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 제1 중간 기판과 하부 및 상부에 각각 마련된 제1 하부 기판과 제1 상부 기판; 및 상기 제1 하부 기판과 상기 제1 중간 기판 사이 및 상기 제1 중간 기판과 상기 제1 상부 기판 사이에 마련된 제1 스페이서부;를 더 포함할 수 있다.

그리고, 상기 제1 전극부는 표면이 절연 물질로 코팅된 하나 이상의 전극을 포함할 수 있다.

또한, 상기 조리개는, 서로 혼합되지 않는 성질을 가지며, 하나는 투광성, 다른 하나는 광차단성의 물질로 형성된 제3 유체와 제4 유체; 상기 제3 유체와 제4 유체를 수용하는 제2 챔버; 및 상기 제3 유체와 제4 유체의 계면 위치를 변화시켜 광이 투과되는 개구를 조절하는 제2 전극부;를 포함할 수 있다.

그리고, 상기 제2 챔버는, 상기 계면 위치의 변화에 따라 조절되는 개구 범위에 대응하는 채널 영역; 및 상기 계면 위치의 변화에 따라 상기 채널 영역으로부터 이동되는 유체가 저장되는 레저버(reservoir) 영역을 포함할 수 있다.

또한, 상기 제2 챔버는 상기 제2 전극부가 마련된 제2 하부 기판; 상기 제2 하부 기판과 마주하며, 소정 방향으로 이격 배치된 제2 중간 기판; 및 상기 제2 하부 기판 상에, 상기 소정 방향과 다른 방향으로 상기 제2 중간 기판과 이격 배치된 격벽;을 포함할 수 있다.

그리고, 상기 격벽은, 상기 제2 하부 기판의 테두리를 따라 상기 제2 중간 기판의 측부를 둘러싸는 형태로 형성될 수 있다.

또한, 상기 제2 중간 기판의 중앙부에 관통홀이 형성될 수 있다.

그리고, 상기 제3 유체와 제4 유체 중 투광성의 유체가 상기 관통홀을 따라 유동되도록 상기 제2 챔버 영역의 중앙부에 마련되고, 광차단성의 유체는 상기 채널 영역의 양측부에 마련될 수 있다.

또한, 상기 제2 챔버는, 제1 채널; 및 상기 제1 채널의 상부에 상기 제1 채널과 연결되게 마련된 제2 채널을 포함하며, 상기 제1 채널과 제2 채널 각각에서 일어나는 상기 제3 유체와 제4 유체간 계면 위치의 변화에 의해 상기 개구 범위가 정해질 수 있다.

한편, 본 발명의 일 유형에 따르는 내시경은, 촬영 대상에 조명광을 제공하는 조명광 제공부; 상기 촬영 대상을 촬영하는 촬영부; 및 앞서 기술한 어느 하나의 줌 렌즈 모듈을 포함하며, 상기 조명광을 상기 촬영 대상에 전달하고 상기 촬영 대상에서 반사된 광을 상기 촬영부에 전달하는 광 전달부;를 포함한다.

그리고, 상기 광 전달부는 체강내로 삽입가능한 삽입부내에 마련될 수 있다.

또한, 상기 광 전달부는 상기 삽입부를 관통하는 도파로로 형성될 수 있다.

그리고, 상기 광전달부는, 상기 조명광을 상기 촬영 대상에 전달하는 제1 광 전달부; 및 상기 줌 렌즈 모듈을 포함하며, 상기 촬영 대상에서 반사된 광을 상기 촬영부에 전달하는 제2 광 전달부;를 포함할 수 있다.

또한, 상기 촬영부는, 이격 배치되어 있으면서 3차원 입체 영상을 생성하기 위해 시차가 다른 영상을 촬영하는 제1 및 제2 촬영부를 포함할 수 있다.

그리고, 광 전달부는, 상기 줌 렌즈 모듈을 포함하며, 상기 촬영 대상에서 반사된 광의 일부를 상기 제1 촬영부에 전달하는 제3 광 전달부; 및 상기 줌 렌즈 모듈을 포함하며, 상기 촬영 대상에서 반사된 광의 또 다른 일부를 상기 제2 촬영부에 전달하는 제4 광 전달부;를 포함할 수 있다.

또한, 상기 제3 및 상기 제4 광 전달부 중 적어도 하나는, 적어도 하나의 절곡된 영역을 포함하고, 상기 절곡된 영역에 입사광을 반사시키는 반사부가 배치될 수 있다.

본 개시의 줌 렌즈 모듈은 액체 렌즈의 곡률 및 두께의 변화로 줌 배율이 조절될 수 있기 때문에 소형의 줌 렌즈 모듈의 구현이 가능하다.

그리고, 줌 배율이 변경되더라도 복수 개의 액체 렌즈 사이에 광 투과량을 조절하는 조리개가 배치되기 때문에 화질 좋은 영상을 획득할 수 있다.

또한, 소형의 줌 렌즈 모듈을 내시경에 장착함으로써 줌 기능이 있는 내시경을 구현할 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 줌 렌즈 모듈의 개략적인 구조이다
도 2a 내지 도 2c는 도 1의 제1 액체 렌즈의 개략적인 구조를 보이는 단면도이다.
도 3은 도 1의 조리개의 개략적인 구조를 보이는 단면도이다.
도 4a 및 도 4b는 도 3의 조리개가 광 투과량을 조절하는 구동을 보이는 것으로, 각각 다른 크기의 개구 직경(AD1, AD2)이 형성된 것을 보인다.
도 5는 조리개 내부에 DOE 렌즈 어레이를 포함하는 조리개를 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 내시경의 광학적 배치 관계를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 입체 영상을 촬영하는 내시경의 광학적 배치 관계를 개략적으로 도시한 도면이다.

이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 광원을 첨부된 도면을 참조하여 설명한다. 첨부된 도면에 도시된 층이나 영역들의 폭 및 두께는 명세서의 명확성을 위해 다소 과장되게 도시될 수 있다. 상세한 설명 전체에 걸쳐 동일한 참조번호는 동일한 구성요소들을 나타낸다.

도 1은 본 발명에 따른 줌 렌즈 모듈(10)의 개략적인 구조이다. 도 1를 참조하면, 줌 렌즈 모듈(10)은 굴절률이 다른 제1 제2 액체 렌즈(12, 14)를 포함한다. 제1 및 제2 액체 렌즈(12, 14)는 이격 배치될 수 있다. 그리고, 제1 및 제2 액체 렌즈(12, 14)는 사이에 조리개(16) 및 DOE 렌즈 어레이(18)가 배치될 수 있다.

제1 및 제2 액체 렌즈(12, 14)는 서로 독립적으로 곡률 및 두께가 조절될 수 있다. 제1 및 제2 액체 렌즈(12, 14) 각각이 곡률 및 두께가 가변됨으로써 줌 렌즈 모듈(10)의 초점 거리가 조절될 수 있다. 제1 및 제2 액체 렌즈(12, 14)에 의한 줌 렌즈 모듈(10)의 초점 거리(

)는 하기 수학식 1과 같다.

여기서

는 제1 액체 렌즈(12)의 굴절률,

는 제2 액체 렌즈(14)의 굴절률,

는 제1 액체 렌즈(12)의 곡률 반경,

는 제2 액체 렌즈(14)의 곡률 반경,

는 제1 액체 렌즈(12)의 두께 및

는 제2 액체 렌즈(14)의 두께이다.

제1 액체 렌즈(12)의 두께(

)는 제2 액체 렌즈(14)의 두께(

)보다 2배 이상 클 수 있다. 또한, 본 발명의 줌 렌즈 모듈(10)은 내시경 내에 설치되기 때문에 액체 렌즈의 반경은 2.5mm이내일 수 있다. 뿐만 아니라, 제1 및 제2 액체 렌즈(12, 14)의 사이가 클수록 줌 렌즈 모듈(10)의 크기가 증가하므로, 제1 액체 렌즈(12)와 제2 액체 렌즈(14)간의 간격은 2.5mm이내일 수 있다.

도 2a 내지 도 2c는 도 1의 제1 액체 렌즈(12)의 개략적인 구조를 보이는 단면도로서, 인가 전압의 크기에 따라 다른 곡률을 가지는 렌즈면이 형성된 것을 보인다.

도면들을 참조하면, 제1 액체 렌즈(12)는 제1 챔버(CH1) 내부에, 투광성인 제1 유체(F1), 제1 유체(F1)와 혼합되지 않는 성질을 가지며 투광성인 제2 유체(F2)가 마련된다. 제1 유체(F1)와 제2 유체(F2)의 경계면은 렌즈면을 이루는 제1 면(LS)과 상기 렌즈면의 곡률변화를 유도하는 제2 면(IS)을 포함한다. 또한, 제2 면(IS)의 위치를 변화시키는 전기장을 형성하기 위한 전극부가 제1 챔버(CH1) 내에 형성되어 있다. 제1 유체(F1)와 제2 유체(F2)의 경계면이 렌즈면을 이루는 제1 면(LS)과 상기 렌즈면의 곡률변화를 유도하는 제2 면(IS)을 형성할 수 있도록, 상기 렌즈면에 대응하는 렌즈의 직경을 형성하는 제1 관통홀(TH1)과, 상기 제2 유체(F2)의 통로를 형성하는 제2 관통홀(TH2)이 형성된 제1 중간 기판(150)이 제1 챔버(CH1) 내부에 마련된다. 제2 관통홀(TH2)의 개수나 형상은 도시된 개수, 형상에 제한되지 않는다.

제1 중간 기판(150)의 하부 및 상부에는 각각 제1 하부 기판(110)과 제1 상부 기판(190)이 마련될 수 있으며, 내부 공간을 형성하도록, 제1 하부 기판(110)과 제1 중간 기판(150)사이, 제1 중간 기판(150)과 제1 상부 기판(190) 사이에는 스페이서부가 마련될 수 있다. 스페이서부는 제1 하부 기판(110)과 제1 중간 기판(150) 사이의 제1 스페이서(130)와 제1 중간 기판(150)과 제1 상부 기판(190) 사이의 제2 스페이서(170)로 이루어진다.

제1 하부 기판(110), 제1 중간 기판(150), 제1 상부 기판(190)은 투광성 소재로 형성될 수 있다.

제1 유체(F1)와 제2 유체(F2)는 굴절률이 서로 다른 투광성 유체로 구성된다. 제1 유체(F1)는 비극성 액체, 제2 유체(F2)는 기체 또는 비극성 액체로 구성될 수 있다. 제1 유체(F1)의 제2 유체(F2)와 접한 면은 소수성 코팅(HYDROPHOBIC COATING)막이 형성되거나, 폴리 다이메틸 실록산(Poly DiMethyl Siloxane, PDMS) 탄성중합체를 포함하는 재료로 실링될 수 있다.

전극부는 도시된 바와 같이, 제1 하부 기판(110)의 상면에 형성되고 표면이 절연 물질(I)로 코팅된 전극(E)으로 이루어진 제1 전극부(120)와 제1 중간 기판(150)의 하면에 형성되고 표면이 절연 물질(I)로 코팅된 전극(E)으로 이루어진 제2 전극부(180)를 포함한다. 다만, 제1 전극부(120)와 제2 전극부(180) 중 어느 하나만이 구비되는 것도 가능하다.

제1 전극부(120), 제2 전극부(180)를 이루는 전극은 투명 전도성 재질로 형성될 수 있으며, 예를 들어, ITO(indium tin oxide), IZO(indium zinc oxide)등의 금속산화물, Au, Ag등의 금속 나노입자 분산 박막, CNT(carbon nanotube), 그래핀(graphene) 등의 탄소 나노구조체, poly(3,4-ethylenedioxythiophene) (PEDOT), polypyrrole(PPy), poly(3-hexylthiophene)(P3HT) 등의 전도성 고분자등이 사용될 수 있다. 접지 전극(R)는 상술한 투명 전도성 물질로 형성될 수 있고, 배치 위치에 따라 투광성이 요구되지 않는 경우 Au, Ag, Al, Cr, Ti등 금속 박막으로 형성될 수 있다.

제1 액체 렌즈(12)는 전기 습윤 구동에 의해 제2 면(IS)에 작용하는 압력이 변하고, 이에 따라 제1 면(LS)의 곡률이 조절된다. 전기 습윤 현상은 절연체로 코팅된 전극 상의 전해질 액적에 전압을 가하면 액적의 접촉각이 변하는 현상을 의미한다. 즉, 유체, 액적, 절연체가 만나는 삼상 접촉선(three-phase contact line, TCL)에서 각각의 계면장력에 따라 접촉각이 변한다. 전기 습윤 현상을 이용하는 경우, 낮은 전압을 사용하여 빠르고 효과적으로 유체의 유동을 제어할 수 있으며, 가역적으로 유체의 이송 및 제어가 가능하다.

본 실시예의 액체 렌즈는 제1 전극부(120), 제2 전극부(180)가 각각 하나의 전극(E)으로 이루어지며, 이 전극(E)에 인가되는 전압 크기를 조절하여 제2 면(IS)의 위치를 변화시키게 된다. 즉, 도 2a와 같이 전압이 인가되지 않은 상태에서 도시된 제2 면(IS)의 위치에 따라, 렌즈면이 되는 제1 면(LS)은 최대로 볼록한 곡률을 갖게 된다. 도 2b와 같이, 소정 크기의 전압이 인가될 때, 제2 면(IS)은 양측으로 이동하며, 제2 면(LS)의 곡률은 줄어든다. 도 2c와 같이, 인가 전압을 최대로 하여, 제2 면(IS)의 위치가 양측으로 최대로 이동하였을 때, 제1 면(LS)은 오목한 곡률을 갖게 된다.

도 2a 내지 도 2c에서 설명한 제1 액체 렌즈(12)의 제1 하부 기판(110)은 조리개(16)와 접할 수 있다. 제2 액체 렌즈(14)도 제1 액체 렌즈(12)의 구조와 동일할 수 있다. 다만, 제1 액체 렌즈(12)와 제2 액체 렌즈(14)는 굴절률을 다르게 하기 위해 굴절률이 다른 제1 유체(F1)를 사용할 수 있다.

예를 들어, 제1 액체 렌즈(12)의 굴절률은 제2 액체 렌즈(14)의 굴절률보다 작을 수 있다. 본 줌 렌즈 모듈(10)은 내시경내에 설치될 수 있다. 제1 액체 렌즈(12)가 촬영 대상 쪽에 배치되고, 제2 액체 렌즈(14)가 촬영부 쪽에 배치되는 경우, 줌 렌즈 모듈(10)이 손상되는 경우에도 인체에 영향을 미치지 않게 하기 위해, 제1 및 제2 액체 렌즈(12, 14)의 용매는 인체에 무해한 식염수일 수 있다. 그리고, 제1 및 제2 액체 렌즈(12, 14)의 용질은 NaCl, LiCl, LiBr 등일 수 있다. 그리하여, 제1 및 제2 액체 렌즈(14)의 굴절률은 용질의 농도에 의해 결정될 수 있다. 예를 들어, 제1 액체 렌즈(12)에는 농도가 15% 이하인 LiCl 용액을 주입하고, 제2 액체 렌즈(14)에는 농도가 15%이상인 LiCl 용액을 주입할 수 있다.

제1 및 제2 액체 렌즈(12, 14) 사이에는 조리개(16)가 배치되어 줌 배율이 변경됨에 따라 광 투과량을 조절할 수 있다.

도 3은 도 1의 조리개(16)의 개략적인 구조를 보이는 단면도이다. 도 3을 참조하면, 조리개(16)는 제1 채널(C1)과, 제1 채널(C1)의 상부에 제1 채널(C1)과 연결되게 마련된 제2 채널(C2)을 포함하며, 제1 채널(C1)과 제2 채널(C2) 내에는 제1 채널(C1), 제2 채널(C2) 내에서 유동 가능한 제3 유체(F3)와 제4 유체(F4)가 마련되어 있다. 제3 유체(F3)와 제4 유체(F4)는 서로 섞이지 않는 성질을 가지며, 또한, 어느 하나는 투광성, 다른 하나는 광을 차단하는 성질을 갖는다. 또한, 제3 유체(F3)와 제4 유체(F4)간 계면의 표면장력을 제어하는 전기장 형성을 위해 전압이 인가되는 전극부가 구비되어, 제3 유체(F3)와 상기 제4 유체(F4)의 유동에 따라 개구(A) 크기가 변하여 입사광의 투과율이 조절된다.

제1 채널(C1)과 제2 채널(C2)은 하나의 제2 챔버(CH2)를 구성하며, 제2 챔버(CH2)의 가장자리부 및 중앙부에 두 채널을 연결하는 통로가 형성되어 있다. 제2 채널(C2)의 높이(hc2)는 제1 채널(C1)의 높이(hc1)와 같거나, 이보다 높게 형성될 수 있다.

구체적으로, 제1 채널(C1)은 제2 하부 기판(210), 제2 하부 기판(210)과 이격되게 마련된 것으로, 중심부에 제3 관통홀(TH3)이 형성되고, 주변부에 제4 관통홀(TH4)이 형성된 제2 중간 기판(250) 및 제2 하부 기판(210)과 제2 중간 기판(250) 사이에 내부 공간을 형성하도록 마련된 제3 스페이서(230)에 의해 형성된다. 또한, 제2 채널(C2)은 제2 중간 기판(250), 제2 중간 기판(250)과 이격되게 마련된 제2 상부 기판(290), 제2 중간 기판(250)과 제2 상부 기판(290) 사이에 내부 공간을 형성하도록 마련된 제4 스페이서(270)에 의해 형성된다. 제3 관통홀(TH3)의 단면적은 제4 관통홀(TH4)의 단면적보다 작게 형성된 것으로 도시되어 있으나, 이는 예시적인 것이며 이에 한정되지 않는다.

제2 하부 기판(210), 제2 중간 기판(250), 제2 상부 기판(290)은 투광성 소재로 형성될 수 있다.

제3 유체(F3)는 광을 차단 또는 흡수하는 성질을 가지는 유체로, 제2 챔버(CH2)의 가장자리 쪽에 배치된다. 제3 유체(F3)로는 액체 금속 또는 극성 액체가 사용될 수 있다. 제 3유체(F3)로는 예를 들어, Hg와 같은 액체 금속, 또는 흡광 파장 영역에 맞게 염료를 녹인 용액이 채용될 수 있다. 이러한 염료로는 예를 들어, 가시광선 영역을 흡수하는 카본 블랙이나, 최대 흡광 파장이 약 968nm인 근적외선 흡수 염료, 최대 흡광 파장이 약 1054nm인 근적외선 흡수 염료가 있을 수 있다.

제4 유체(F4)는 제3 유체(F3)와 혼합되지 않는 투광성의 유체로 제2 챔버(CH2)의 중앙부에 마련된다. 예를 들어, 기체, 또는 비극성 액체가 채용될 수 있다.

제3 유체(F3)와 제4 유체(F4)는 제1 채널(C1) 및 제2 채널(C2) 내에 각각 유체 계면을 형성하게 되며, 이러한 유체 계면의 움직임에 의해 개구(A) 크기가 조절되며, 이에 대해서는 후술한다.

전극부는 제2 하부 기판(210) 상에 형성된 하나 이상의 전극으로 이루어진 제3 전극부(220)와 제2 상부 기판(290) 상에 형성된 하나 이상의 전극으로 이루어진 제4 전극부(280)를 포함한다. 제3 전극부(220)와 제4 전극부(280)는 절연물질로 코팅되어 있으며, 예를 들어, 제3 전극부(220)를 덮는 제2 유전체층(227), 제4 전극부(280)를 덮는 제3 유전체층(287)이 형성되어 있다.

제3 전극부(220)는 개구(A)의 디지털 제어를 위해 하나 이상의 전극을 포함하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 도시된 바와 같이 동심 환형(concentric annulus)이고 반경이 다른 다수의 전극(221,222,223,224)으로 이루어질 수 있다. 제4 전극부(280)도 하나 이상의 전극을 포함하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 도시된 바와 같이 환형의 전극을 포함할 수 있다. 다만, 제3 전극부(220), 제4 전극부(280)를 구성하는 전극들의 형상이나 개수는 도시된 형상, 개수에 한정되지는 않으며 다양하게 변경될 수 있다.

접지 전극부(240)는 제2 챔버(CH2)의 내부 어느 한 곳 이상에서 극성 유체와 접촉을 유지하도록 구비될 수 있으며, 예를 들어 극성의 제3 유체(F3)와 접촉을 유지하도록 마련될 수 있으며, 도시된 바와 같이, 제2 하부 기판(210) 상에 배치될 수 있다.

제3 전극부(220), 제4 전극부(280)를 이루는 전극은 투명 전도성 재질로 형성될 수 있으며, 예를 들어, ITO(indium tin oxide), IZO(indium zinc oxide)등의 금속산화물, Au, Ag등의 금속 나노입자 분산 박막, CNT (carbone nanotube), 그래핀(graphene) 등의 탄소 나노구조체, poly(3,4-ethylenedioxythiophene) (PEDOT), polypyrrole(PPy), poly(3-hexylthiophene) (P3HT) 등의 전도성 고분자등이 사용될 수 있다.

접지 전극부(240)는 배치 위치상 투광성이 요구되지 않으며, Au, Ag, Al, Cr, Ti등 금속 박막으로 형성될 수 있다.

조리개(16)는 전기 습윤 구동과, 제1 채널(C1), 제2 채널(C2)의 높이 차, 제3 관통홀(TH3), 제4 관통홀(TH4)의 직경 차이에 의해 유발되는 압력차에 의해, 제3 유체(F3), 제4 유체(F4)간 계면이 중심 방향 또는 그 반대 방향으로 이동하도록 조절되어 개구(A) 크기가 변하게 된다.

도 4a 및 도 4b는 도 3의 조리개(16)가 광 투과량을 조절하는 구동을 보이는 것으로, 각각 다른 크기의 개구 직경(AD1, AD2)이 형성된 것을 보인다.

제3 전극부(220)의 어느 한 전극에 적절한 전압을 인가하면, 활성화된 구동전극, 예를 들어, 전극(122) 위의 삼상 접촉선(three-phase contact line, TCL), 즉, 제3 유체(F3), 제4 유체(F4) 및 제2 유전체층(227)이 만나는 접선에서 전기기계적 힘이 작용하여 제3 유체(F3)가 제1 채널(C1)을 통해 중심부로 이동하면서 개구가 축소되며, 도 4a에 도시된 바와 같이 AD1의 개구 직경을 형성하게 된다.

제4 전극부(280)에 적절한 전압을 인가하면, 제3 유체(F3)가 제2 채널(C2)을 통해 중심부로 이동하면서 제1 채널(C1)의 TCL은 가장자리로 밀려 나와 개구가 확장되며, 도 4b에 도시된 바와 같이 AD2의 개구 직경을 형성하게 된다.

이 때, 제3 전극부(220)를 동심 환형의 다수 전극(221,222,223,224)으로 구성하는 경우, 활성화된 전극을 변화시킴에 따라 개구 크기를 디지털 방식으로 제어할 수 있다.

상술한 설명에서 광을 차단 또는 흡수하는 제3 유체(F3)가 극성, 투광성의 제4 유체(F4)가 비극성인 것을 예시하여 설명하였으나, 광을 차단 또는 흡수하는 제3 유체(F3)가 비극성, 투광성의 제4 유체(F4)가 극성을 가지도록 구성될 수 있으며, 이 경우 조리개(16) 개폐 경향은 반대가 된다. 즉, 제3 전극부(220)에 전압이 인가될 때, 개구(A)가 넓어지고, 제4 전극부(280)에 전압이 인가될 때, 개구(A)가 축소된다.

한편, 제1 및 제2 액체 렌즈(12, 14) 사이에 DOE(differential Optical element) 렌즈 어레이(18)이 배치되어 액체 렌즈의 크기를 줄일 수 있다. DOE 렌즈 어레이는 빛의 회절현상을 이용하는 광소자로서, 위상을 일치시키는 방법을 이용하여 빛을 한 점으로 수렴시킨다. 예를 들어, 촬영 대상으로부터 반사된 광이 상점까지 다다르는 동안 각 경로를 지난 광들이 동일한 광경로를 갖지 않으나 동일한 위상으로 상점에 도달하게 되므로 얇은 두께의 소자로 줌 렌즈 모듈(10)에서 동일한 광경로를 지난 것과 같은 효과를 갖게 된다.

DOE 렌즈 어레이는 복수의 DOE 렌즈의 조합으로 이루어질 수 있다. DOE 렌즈 어레이는 광축 방향으로 이동하여 DOE 렌즈의 초점 거리가 조절될 수 있다. DOE 렌즈 어레이는 제1 액체 렌즈(12)와 조리개(16) 사이 또는 제2 액체 렌즈(14)와 조리개(16) 사이에 배치될 수 있다. 또한, DOE 렌즈 어레이는 조리개(16)의 내부에 배치될 수 있다.

도 5는 DOE 렌즈 어레이를 포함하는 조리개(16')를 도시한 도면이다. 도 5에 도시된 바와 같이, 조리개(16')의 제4 전극부(280)를 덮는 제2 유전체층(287)상에 DOE 렌즈 어레이(310)가 배치될 수 있다. 또는 DOE 렌즈 어레이(310)는 제3 전극부(220)를 덮는 제1 유전체층(287)상에도 배치될 수 있다. 그리하여, DOE 렌즈 어레이(310)는 개구 내로 유입되는 광의 위상을 일치시켜 광을 한점으로 수렴시킨다.

한편, 내시경은 피검체의 신체 내부에 삽입되어 장기나 체강 내부를 촬영 대상으로 하여 촬영하는 장치이다. 앞서 설명한 줌 렌즈 모듈(10)은 반경이 작은 내시경의 내부에 적용될 수 있다.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 내시경의 광학적 배치 관계를 개략적으로 도시한 도면이다. 도 6을 참조하면, 내시경(400)은 조명광을 제공하는 조명광 제공부(410), 촬영 대상을 촬영하는 촬영부(430), 및 조명광을 촬영 대상에 전달하고, 촬영 대상에서 반사된 광을 촬영부(430)에 전달하는 광 전달부(450)를 포함할 수 있다. 조명광 제공부(410), 촬영부(430)는 광 전달부(450)로부터 탈부착이 가능하도록 구성할 수 있다.

조명광 제공부(410)는 조명광을 촬영 대상에 제공할 수 있다. 여기서 조명광은 일정한 패턴을 가질 수 있다. 조명광 제공부(410)는 패턴에 대응하는 영역의 광을 차단하는 광 필터를 포함할 수 있다. 촬영부(430)는 조명광이 조사된 촬영 대상을 촬영하며, CMOS 이미지 센서 또는 CCD 이미지 센서 등을 포함할 수 있다.

광 전달부(450)는 조명광을 촬영 대상에 전달하는 제1 광 전달부(452) 및 촬영 대상에서 반사된 광을 촬영부(430)에 전달하는 제2 광 전달부를 포함할 수 있다. 제1 광 전달부(452) 및 제2 광 전달부(454)는 독립적인 구성요소일 수도 있지만, 제1 광 전달부(452)가 제2 광 전달부(454)의 기능을 수행할 수도 있다. 도 6에서는 제1 광 전달부(452)와 제2 광 전달부(454)를 독립적으로 구성요소로 도시하였다. 제1 광 전달부(452) 및 제2 광 전달부(454)는 내시경(400) 중 체강내로 삽입 가능한 가늘고 긴 삽입부(470) 내에 마련될 수 있다. 광 전달부(450)는 삽입부(470) 내에서 삽입부(470)를 관통하는 도파로로 형성될 수 있다. 예를 들어, 광 전달부(450)는 삽입부(470)의 전단에서 후단으로 관통하는 도파로로 형성될 수 있다.

제2 광 전달부(450)내에는 반사된 광을 결상시키고 가이드하는 렌즈들(20)이 배치될 수 있다. 곡률 및 두께 중 적어도 하나를 변경시켜 초점 거리를 조절하는 줌 렌즈 모듈(10)가 렌즈들(20)의 후단에 배치될 수 있다. 렌즈들(20)은 촬영 대상측에서부터 상측으로 순서대로 배열되는 것으로, 음의 굴절력을 갖는 제1 렌즈(22) 및 양의 굴절력을 갖는 제2 렌즈(24)를 포함할 수 있다. 그리고, 줌 렌즈 모듈(10)은 앞서 설명한 줌 렌즈 모듈일 수 있다. 예를 들어, 줌 렌즈 모듈(10)은 이격 배치되는 두 개의 액체 렌즈와 액체 렌즈 사이에 배치되는 조리개를 포함할 수 있다. 액체 렌즈는 곡률 및 두께 중 적어도 하나를 변경시켜 초점을 조절하며, 조리개(16)는 줌 배율의 변경된다 하더라도 일정한 광량이 투사되도록 개구를 조절할 수 있다.

그리고, 조명광 제공부(410) 및 촬영부(430)는 삽입부(470)의 후단에 독립적으로 배치될 수 있다. 예를 들어, 조명광 제공부(410)는 제1 광 전달부(452)의 후단에 배치될 수 있고, 촬영부(430)는 제2 광 전달부(454)의 후단에 배치될 수 있다.

한편, 내시경이 3차원 입체 영상을 촬영하는 경우, 내시경에는 시차가 다른 영상을 획득하기 위해 배치되는 복수 개의 촬영부를 포함할 수 있다.

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 입체 영상을 촬영하는 내시경(500)의 광학적 배치 관계를 개략적으로 도시한 도면이다. 도 7을 참조하면, 내시경(500)은 조명광을 제공하는 조명광 제공부(410), 촬영 대상에 대한 좌안용 영상을 촬영하는 제1 촬영부(430-1), 촬영 대상에 대한 우안용 영상을 촬영하는 제2 촬영부(430-2) 및 조명광을 촬영 대상에 전달하고, 촬영 대상에서 반사된 광을 제1 및 제2 촬영부(430)에 전달하는 광 전달부(450)를 포함할 수 있다. 조명광 제공부(410), 제1 및 제2 촬영부(430-1, 430-2)는 광 전달부(450)로부터 탈부착이 가능하도록 구성할 수 있다.

도 7의 내시경(500)은 3차원 입체 영상을 촬영하기 때문에 제1 및 제2 촬영부(430-1, 430-2)는 이격 배치되어 시차가 있는 좌안용 영상과 우안용 양상을 촬영한다. 한편, 제1 촬영부(430-1) 및 제2 촬영부(430-2)가 삽입부의 후단에 배치되면 내시경의 부피가 커질 수 있다. 그리하여, 제1 촬영부(430-1) 및 제2 촬영부(430-2)는 삽입부의 측단에 배치될 수 있다.

광 전달부(450)는 조명광을 촬영 대상에 전달하는 제1 광 전달부(452), 촬영 대상에서 반사된 광을 제1 촬영부(430-1)에 전달하는 제2 광 전달부(454-1) 및 촬영 대상에서 반사된 광을 제2 촬영부(430-2)에 전달하는 제3 광 전달부(454-2)를 포함할 수 있다.

제1 내지 제3 광 전달부(452, 454-1, 454-2)는 삽입부(470)내에서 삽입부(470)를 관통하는 도파로로 형성될 수 있다. 예를 들어, 제1 광 전달부(452)는 삽입부(470)의 전단에서 후단으로 관통하는 도파로로 형성될 수 있다. 그리고, 제2 광 전달부(454-1)와 제3 광 전달부(454-2)는 삽입부(470)의 전단에서 삽입부(470)의 후반부내 측단으로 관통하는 도파로로 형성될 수 있다. 그리하여 제1 및 제2 촬영부(430-1, 430-2) 각각은 삽입부(470)의 측단 즉, 제2 광 전달부(454-1) 및 제3 광 전달부(454-2)의 후단에 배치될 수 있다. 제1 및 제2 촬영부(430-1, 430-2)가 삽입부(470)의 측단에 배치될 때, 제2 및 제3 광 전달부(454-1, 454-2)는 내부에 절곡된 영역을 포함하고, 상기한 절곡된 영역에는 입사된 광을 제1 및 제2 촬영부(430-1, 430-2) 각각으로 반사시키는 제1 및 제2 반사부(30-1, 30-2)가 더 배치될 수있다. 제1 제2 반사부(30-1, 30-2)는 미러로 구현될 수 있다.

또한, 제2 및 제3 광 전달부(454-1, 454-2)내에는 반사된 광을 결상시키고 가이드하는 렌즈들이 배치될 수 있다. 예를 들어, 제2 및 제3 광 전달부(454-1, 454-2)내 렌즈들 각각은 촬영 대상측에 배치되며, 양의 굴절력을 갖는 릴레이 렌즈군(20-1, 20-2) 및 릴레이 렌즈군(20-1, 20-2)의 후단에 이격되어 배치되어 있으면서, 액체 렌즈의 곡률 및 두께 중 적어도 하나를 변경시켜 초점 거리를 조절하는 줌 렌즈 모듈(10-1, 10-2)을 포함할 수 있다. 도 7의 릴레이 렌즈군(20-1, 20-2) 및 줌 렌즈 모듈(10-1, 10-2)는 도 6의 릴레이 렌즈군(20) 및 줌 렌즈 모듈(10)와 동일하다. 두 개의 줌 렌즈 모듈(10-1, 10-2)는 하나로 일체화될 수 있다. 또는 줌 렌즈 모듈(10-1, 10-2) 중 두 개의 제1 액체 렌즈, 두 개의 조리개 및 두 개의 제2 액체 렌즈 각각이 일체화될 수도 있다.

도 7에서는 제1 내지 제3 광 전달부(452, 454-1, 454-2)가 독립적인 구성요소로 표시되어 있다. 그러나 이에 한정되지 않는다. 광 전달부(450)에는 제1 광 전달부(452)가 별도로 마련되지 않고, 제2 광 전달부(454-1) 또는 제3 광 전달부(454-2)를 통해 조명광이 촬영 대상에 제공될 수도 있다.

도 7에서, 제1 촬영부(430-1) 및 제2 촬영부(430-2)는 삽입부의 측단에 배치된다고 하였으나, 이에 한정되지 않는다. 제1 촬영부(430-1) 및 제2 촬영부(430-2)는 삽입부의 내부에 배치될 수도 있다. 예를 들어, 삽입부의 내부 중 광전달부가 마련되지 않는 공간에 제1 촬영부(430-1) 및 제2 촬영부(430-2)가 배치될 수도 있다.

상기와 같이, 3차원 영상을 촬영하는 내시경에도 줌 렌즈 모듈을 적용하면, 3차원 영상을 보다 선명하게 촬영할 수 있다.

또한, 이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어서는 안될 것이다.

10 : 줌 렌즈 모듈 12 : 제1 액체 렌즈
14: 제2 액체 렌즈 16: 조리개
120 : 제1 전극부 130: 제1 스페이서
150 : 제1 중간 기판 170: 제2 스페이서
180 : 제2 전극부 230: 제3 스페이서
210 : 제1 하부 전극 250: 제2 중간 기판
270: 제4 스페이서 290 : 제2 상부 기판

Claims

이격 배치되어 있으면서 곡률 및 두께 중 적어도 하나를 변경시켜 초점 거리를 조절하는 제1 및 제2 액체 렌즈; 및
상기 제1 및 제2 액체 렌즈 사이에 배치되는 조리개;를 포함하는 줌 렌즈 모듈.
제 1항에 있어서,
상기 제1 액체 렌즈와 상기 조리개 사이, 상기 조리개와 상기 제2 액체 렌즈 사이중 적어도 하나에 배치되는 DOE(differential Optical element) 렌즈 어레이;를 더 포함하는 줌 렌즈 모듈.
제 2항에 있어서,
상기 DOE 렌즈 어레이 상에 배치되는 유전체층;을 더 포함하는 줌 렌즈 모듈.
제 1항에 있어서,
상기 제1 및 제2 액체 렌즈 중 적어도 하나의 반경은 2.5mm이내인 줌 렌즈 모듈.
제 1항에 있어서,
상기 제1 액체 렌즈와 상기 제2 액체 렌즈간 사이의 간격은 2.5mm이내인 줌 렌즈 모듈.
제 1항에 있어서,
상기 제1 및 제2 액체 렌즈 중 적어도 하나는,
상호 혼합되지 않는 성질을 갖는 제1 유체와 제2 유체;
상기 제1 유체와 제2 유체를 수용하는 제1 챔버;
상기 제1 유체와 제2 유체의 경계면으로, 렌즈면을 이루는 제1 면;
상기 제1 유체와 제2 유체의 경계면으로, 상기 렌즈면의 곡률 변화를 유도하는 제2 면; 및
상기 제2 면의 위치를 변화시켜 상기 렌즈면의 곡률을 변화시키는 제1 전극부;를 포함하는 줌 렌즈 모듈.
제 6항에 있어서,
상기 제1 유체 및 제2 유체는 투광성인 줌 렌즈 모듈.
제 6항에 있어서,
상기 제1 챔버 내에 마련된 것으로, 상기 렌즈면에 대응하는 렌즈의 직경을 형성하는 제1 관통홀과, 상기 제2 유체의 통로를 형성하는 제2 관통홀이 형성된 제1 중간 기판;을 더 포함하는 줌 렌즈 모듈.
제 8항에 있어서,
상기 제1 중간 기판과 하부 및 상부에 각각 마련된 제1 하부 기판과 제1 상부 기판; 및
상기 제1 하부 기판과 상기 제1 중간 기판 사이 및 상기 제1 중간 기판과 상기 제1 상부 기판 사이에 마련된 제1 스페이서부;를 더 포함하는 줌 렌즈 모듈.
제 6항에 있어서,
상기 제1 전극부는
표면이 절연 물질로 코팅된 하나 이상의 전극을 포함하는 줌 렌즈 모듈.
제 1항에 있어서,
상기 조리개는,
서로 혼합되지 않는 성질을 가지며, 하나는 투광성, 다른 하나는 광차단성의 물질로 형성된 제3 유체와 제4 유체;
상기 제3 유체와 제4 유체를 수용하는 제2 챔버; 및
상기 제3 유체와 제4 유체의 계면 위치를 변화시켜 광이 투과되는 개구를 조절하는 제2 전극부;를 포함하는 줌 렌즈 모듈.
제 11항에 있어서,
상기 제2 챔버는,
상기 계면 위치의 변화에 따라 조절되는 개구 범위에 대응하는 채널 영역; 및
상기 계면 위치의 변화에 따라 상기 채널 영역으로부터 이동되는 유체가 저장되는 레저버(reservoir) 영역;을 포함하는 줌 렌즈 모듈.
제 11항에 있어서,
상기 제2 챔버는
상기 제2 전극부가 마련된 제2 하부 기판;
상기 제2 하부 기판과 마주하며, 소정 방향으로 이격 배치된 제2 중간 기판; 및
상기 제2 하부 기판 상에, 상기 소정 방향과 다른 방향으로 상기 제2 중간 기판과 이격 배치된 격벽;을 포함하는 줌 렌즈 모듈.
제 13항에 있어서,
상기 격벽은,
상기 제2 하부 기판의 테두리를 따라 상기 제2 중간 기판의 측부를 둘러싸는 형태로 형성된 줌 렌즈 모듈.
제 13항에 있어서,
상기 제2 중간 기판의 중앙부에 관통홀이 형성된 줌 렌즈 모듈.
제 15항에 있어서,
상기 제3 유체와 제4 유체 중 투광성의 유체가 상기 관통홀을 따라 유동되도록 상기 제2 챔버 영역의 중앙부에 마련되고, 광차단성의 유체는 상기 채널 영역의 양측부에 마련된 줌 렌즈 모듈.
제 11항에 있어서,
상기 제2 챔버는,
제1 채널; 및 상기 제1 채널의 상부에 상기 제1 채널과 연결되게 마련된 제2 채널;을 포함하며,
상기 제1 채널과 제2 채널 각각에서 일어나는 상기 제3 유체와 제4 유체간 계면 위치의 변화에 의해 상기 개구 범위가 정해지는 줌 렌즈 모듈.
촬영 대상에 조명광을 제공하는 조명광 제공부;
상기 촬영 대상을 촬영하는 촬영부; 및
제1항 내지 제 17항 중 어느 하나의 줌 렌즈 모듈을 포함하며, 상기 조명광을 상기 촬영 대상에 전달하고 상기 촬영 대상에서 반사된 광을 상기 촬영부에 전달하는 광 전달부;를 포함하는 내시경,
제 18항에 있어서,
상기 광 전달부는 체강내로 삽입가능한 삽입부내에 마련된 내시경.
제 19항에 있어서,
상기 광 전달부는 상기 삽입부를 관통하는 도파로로 형성되는 내시경.
제 18항에 있어서,
상기 광전달부는,
상기 조명광을 상기 촬영 대상에 전달하는 제1 광 전달부; 및
상기 줌 렌즈 모듈을 포함하며, 상기 촬영 대상에서 반사된 광을 상기 촬영부에 전달하는 제2 광 전달부;를 포함하는 내시경,
제 18항에 있어서,
상기 촬영부는,
이격 배치되어 있으면서 3차원 입체 영상을 생성하기 위해 시차가 다른 영상을 촬영하는 제1 및 제2 촬영부를 포함하는 내시경.
제 22항에 있어서,
광 전달부는,
상기 줌 렌즈 모듈을 포함하며, 상기 촬영 대상에서 반사된 광의 일부를 상기 제1 촬영부에 전달하는 제3 광 전달부; 및
상기 줌 렌즈 모듈을 포함하며, 상기 촬영 대상에서 반사된 광의 또 다른 일부를 상기 제2 촬영부에 전달하는 제4 광 전달부;를 포함하는 내시경.
제 23항에 있어서,
상기 제3 및 상기 제4 광 전달부 중 적어도 하나는,
적어도 하나의 절곡된 영역을 포함하고, 상기 절곡된 영역에 입사광을 반사시키는 반사부가 배치되는 내시경.