KR20130091911A - 파장 스위핑 레이저를 이용하는 광 결맞음 단층 촬영 장치를 위한 비선형 스위핑 보정 방법 - Google Patents

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Abstract

파장 스위핑을 이용하여 복수의 파장들을 갖는 빛이 발생되고, 상기 발생된 빛에 대하여 필터링을 수행하며, 상기 발생된 빛을 이용하여 대상 샘플에 대한 간섭 신호를 생성하는 경우, 미리 설정된 폭을 갖는 해닝(Hanning) 윈도우에 포함된 광 필터 출력 데이터들에 대하여 순차적으로 고속 푸리에 변환을 수행하는 단계; 상기 고속 푸리에 변환의 결과를 기초로 시간에 대한 파수의 변화율을 도출하는 단계; 상기 시간에 대한 상기 파수의 변화율을 적분하여 상기 시간과 상기 파수 사이의 비선형 관계를 도출하는 단계; 및 상기 시간과 상기 파수 사이의 비선형 관계를 선형화함으로써 상기 간섭 신호를 보정하는 단계를 포함하는 파장 스위핑 레이저를 이용한 광 결맞음 단층 촬영 장치에서 간섭 신호를 보정하는 방법이 제공된다.

Description

파장 스위핑 레이저를 이용하는 광 결맞음 단층 촬영 장치를 위한 비선형 스위핑 보정 방법{Nonlinear Sweeping Recalibration Method for Optical Coherence Tomography Using Swept Source Laser}
아래의 실시예들은 파장 스위핑 레이저를 이용한 광 결맞음 단층 촬영 장치 및 방법에 관한 것으로서, 특히 시간에 대한 파수의 변화율을 추정하고, 추정된 시간에 대한 파수의 변화율을 이용하여 간섭 신호를 보정하는 기술에 관한 것이다.
수 ㎛이하의 분해능을 가지는 광 결맞음 단층촬영(OCT: Optical Coherence Tomography) 기술은 기존의 의료영상 촬영 기술로는 접근하기 힘든 인체 피하조직 및 혈관조직 등에 대한 실시간 고분해능 의료 영상획득을 가능케 한다. 이러한 의료 진단용 목적 이외에도 이의 응용기술을 통하여 농수축산물에 대한 비파괴 검사 및 산업용 정밀 계측 등 다양한 산업분야에 적용될 수 있는 차세대 정밀영상 촬영기술이다.
현재까지 발표된 OCT 기술은 생체의 이미지 정보를 획득하는 원리에 따라 크게 Time-Domain OCT (TD-OCT) 방식과 Frequency-Domain OCT (FD-OCT) 방식으로 나뉜다. 최근에는 FD-OCT방식에 속하면서 광대역 파장 스위핑 레이저를 사용하는 SS-OCT(Swept Source-OCT) 기술이 제반 성능면에서 우수하기 때문에 각광을 받고 있다.
고화질 및 고속영상획득을 장점으로 가지는 SS-OCT 시스템의 성능을 결정하는 중요한 요소중의 하나는 파장 스위핑 레이저(wavelength swept laser) 광원이다. 즉 레이저의 고속 광대역 파장 스위핑 특성이 SS-OCT의 고화질 및 고속영상 성능을 좌우한다고 하여도 과언이 아니다. 그러나 실물과 일치하는 정확한 영상을 얻기 위해서는 파장 스위핑 레이저의 발진 주파수(또는 파수, wave number)가 시간에 대해 선형적으로 증가하거나 감소하는 것이 요구된다. 즉 SS-OCT를 위하여 요구되는 가장 이상적인 파장 스위핑 레이저는 고속 광대역 발진 주파수 선형 스위핑 레이저이다. 하지만 현재 사용되는 파장 스위핑 레이저들은 발진 주파수 대 시간의 선형성을 제공하지 못하고 있다. 이는 파장 스위핑 레이저를 구현하기 위해서는 시간에 따라 서로 다른 파장의 빛이 레이저의 공진기내를 진행하여야 하는데 발진 주파수 대 시간의 선형성이 유지되도록 파장 가변 필터 또는 회전 폴리곤 스캐너 같은 모듈을 제어하는 것이 쉽지 않기 때문이다.
파장 스위핑 레이저를 이용한 광 결맞음 단층 촬영 장치는 파장 스위핑을 이용하여 복수의 파장들을 갖는 빛을 발생시키는 파장 스위핑 레이저; 상기 발생된 빛에 대하여 필터링을 수행하는 광 필터 모듈; 상기 발생된 빛을 이용하여 대상 샘플에 대한 간섭 신호를 생성하는 간섭계(interferometer); 및 상기 광 필터 모듈의 출력을 이용하여 상기 간섭 신호(광 비트 주파수)를 보정함으로써, 상기 샘플에 대한 영상을 처리하는 컴퓨팅 유닛을 포함한다. 상기 컴퓨팅 유닛은 시간과 상기 빛이 갖는 파수(wave number) 사이의 관계를 이용하여 상기 간섭 신호를 보정한다.
상기 컴퓨팅 유닛은 시간에 대한 상기 파수의 변화율을 적분하여 상기 시간과 상기 파수 사이의 비선형 관계를 도출하고, 상기 시간과 상기 파수 사이의 비선형 관계를 선형화함으로써 상기 간섭 신호를 보정한다.
상기 컴퓨팅 유닛은 상기 시간과 상기 파수 사이의 선형화된 관계를 이용하여 보정된 파수들을 계산하고, 상기 보정된 파수들 각각을 이용하여 보정 전 파수들에 대응하는 시간들을 도출하며, 상기 보정된 파수들, 상기 보정 전 파수들 및 상기 보정 전 파수들에 대응하는 시간들을 이용하여 상기 간섭 신호를 보정한다.
상기 컴퓨팅 유닛은 하기 수학식을 이용하여 상기 간섭 신호를 보정한다.
수학식
Figure pat00001
klin: 상기 시간과 상기 파수 사이의 선형화된 관계에서 파수의 값
knonlin ,1: 상기 시간과 상기 파수 사이의 비선형화된 관계에서 klin보다 작은 값
knonlin ,2: 상기 시간과 상기 파수 사이의 비선형화된 관계에서 klin보다 큰 값
S1: knonlin ,1에 대응하는 시간에서 간섭 신호의 값
S2: knonlin ,2에 대응하는 시간에서 간섭 신호의 값
Srecal: S1 및 S2를 기초로 보상된 간섭 신호의 값
상기 컴퓨팅 유닛은 미리 설정된 폭을 갖는 해닝(Hanning) 윈도우에 포함된 샘플링된 데이터들에 대하여 순차적으로 고속 푸리에 변환을 수행하고, 상기 고속 푸리에 변환의 결과를 기초로 상기 시간에 대한 상기 파수의 변화율을 도출한다.
상기 컴퓨팅 유닛은 상기 고속 푸리에 변환의 결과로부터 상기 해닝 윈도우에 대응하는 스펙트럼들 중 최대 크기를 갖는 스펙트럼에 대응하는 주파수 및 상기 해닝 윈도우의 중앙에 대응하는 시간을 이용하여 상기 시간에 대한 상기 파수의 변화율을 도출한다.
상기 파장 스위핑 레이저는 미리 결정된 파장 스위핑 속도로 상기 복수의 파장들을 갖는 빛을 순차적으로 발생시킨다.
상기 광 필터 모듈은 빗살무늬 광 필터 모듈이다.
상기 컴퓨팅 유닛은 상기 간섭계 및 상기 광 필터 모듈의 출력들에 대하여 아날로그-디지털 변환을 수행하는 아날로그-디지털 변환기; 및 상기 아날로그-디지털 변환기의 출력들을 이용하여 상기 간섭 신호를 보정하는 신호 처리부를 포함한다.
파장 스위핑 레이저를 이용한 광 결맞음 단층 촬영 방법은 파장 스위핑 레이저의 파장 스위핑을 이용하여 복수의 파장들을 갖는 빛을 발생시키는 단계; 광 필터 모듈을 이용하여 상기 발생된 빛에 대하여 필터링을 수행하는 단계; 간섭계(interferometer)를 이용하여 대상 샘플에 대한 간섭 신호를 생성하는 단계; 및 컴퓨팅 유닛이 상기 광 필터 모듈의 출력을 이용하여 상기 광 비트 주파수를 보정함으로써 상기 샘플에 대한 영상을 처리하는 단계를 포함한다.
파장 스위핑을 이용하여 복수의 파장들을 갖는 빛이 발생되고, 상기 발생된 빛에 대하여 광 필터링을 수행하며, 상기 발생된 빛을 이용하여 대상 샘플에 대한 간섭 신호를 생성하는 단계; DAQ(Data Acquision)를 통하여 광 필터 출력과 간섭 신호를 샘플링하는 단계; 미리 설정된 폭을 갖는 해닝(Hanning) 윈도우에 포함된 광 필터 출력 데이터들에 대하여 순차적으로 고속 푸리에 변환을 수행하는 단계; 상기 고속 푸리에 변환의 결과를 기초로 시간에 대한 파수의 변화율을 도출하는 단계; 상기 시간에 대한 상기 파수의 변화율을 적분하여 상기 시간과 상기 파수 사이의 비선형 관계를 도출하는 단계; 및 상기 시간과 상기 파수 사이의 비선형 관계를 선형화함으로써 상기 간섭 신호를 보정하는 단계를 포함한다.
본 발명은 파장 스위핑 레이저 발진 주파수(또는 파수)의 시간에 대한 비선형적 스위핑을 보상하는 방식을 제안함으로써, 보다 향상된 영상을 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 파장 스위핑 레이저를 이용한 광 결맞음 단층 촬영 장치를 나타낸 블록도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 파장 스위핑 레이저를 이용한 광 결맞음 단층 촬영 장치를 보다 구체적으로 나타낸 블록도이다.
도 3은 파장 스위핑 레이저에 인가된 정현파 신호 및 광 필터 모듈의 출력 신호를 나타낸 그래프이다.
도 4는 도 3의 광 필터 모듈의 출력 신호를 확대한 그래프이다.
도 5는 시간에 대한 파수의 변화율을 나타낸 그래프이다.
도 6은 시간에 대한 파수의 비선형 관계를 나타낸 그래프이다.
도 7은 본 발명에 따라 간섭 신호를 보상한 경우와 보상하지 않은 경우를 나타낸다.
앞에서 언급된 바와 같이, SS-OCT 시스템에서는 간섭 신호에 대한 보정이 요구된다. 왜냐 하면, 파장 스위핑 레이저의 발진 주파수(혹은 파수)가 파장 스위핑 과정에서 시간에 대하여 비선형 관계를 갖기 때문이다.
파장 스위핑 레이저의 출력이 광 필터 모듈(특히, 빗살무늬 광 필터 모듈)을 통과할 때 정현파성 전기 신호가 출력된다. 현재 알려진 보정 방법은 이 정현파성 전기 신호의 연속된 두 피크점간의 시간 간격은 비록 변할지라도 주파수(또는 파수: k ) 간격은 일정하다는 사실에 기반을 둔다.
아래에서 설명하겠지만, 본 발명에서는 예를 들어, 1310nm 대역의 SOA (semiconductor optical amplifier)와 광섬유 페브리 페롯 파장 가변 필터(FFP-TF : fiber Fabry Perot-tunable filter), 그리고 광섬유 지연선(fiber delay line)을 이용하여 주파수영역 모드 잠김(FDML : frequency domain mode locked) 방식의 파장 스위핑 링 레이저를 구성하였다. 이는 예를 들어, 55kHz의 고속 왕복 스위핑과 9mW의 평균 출력 광 파워, 그리고 125nm의 파장 스위핑을 보여줄 수 있다. 또한 발진 주파수(또는 파수)의 시간에 대한 비선형 스위핑을 보상하기 위하여 새로운 보정 방식을 제안하였으며, 이를 적용한 SS-OCT 시스템을 구현하였다. 그리고 거울면에 대한 2차원 이미지 획득을 통하여 구현된 시스템의 성능을 확인하였다.
이하, 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 그러나, 본 발명이 일실시예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 또한, 각 도면에 제시된 동일한 참조 부호는 동일한 부재를 나타낸다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 파장 스위핑 레이저를 이용한 광 결맞음 단층 촬영 장치를 나타낸 블록도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 파장 스위핑 레이저를 이용한 광 결맞음 단층 촬영 장치는 파장 스위핑 레이저(110), 간섭계(120), 광 필터 모듈(130) 및 컴퓨팅 유닛(140)을 포함한다.
아래에서 상세하게 설명하겠지만, 개념적으로 설명하면, 파장 스위핑 레이저(110)는 파장 스위핑을 이용하여 복수의 파장들을 갖는 빛을 발생시킨다. 파장 스위핑 레이저(110)는 미리 결정된 파장 스위핑 속도로 상기 복수의 파장들을 갖는 빛을 순차적으로 발생시킨다.
간섭계(120)는 상기 발생된 빛을 이용하여 대상 샘플에 대한 간섭 신호 즉 광 비트 주파수를 생성한다.
또한, 광 필터 모듈(130)은 상기 발생된 빛에 대하여 필터링을 수행한다. 이 때, 상기 광 필터 모듈(130)은 빗살무늬 광 필터 모듈일 수 있다.
컴퓨팅 유닛(140)은 상기 광 필터 모듈의 출력을 이용하여 상기 광 비트 주파수를 보정함으로써, 상기 샘플에 대한 영상을 처리한다. 이 때, 상기 컴퓨팅 유닛(140)은 시간과 상기 빛이 갖는 파수(wave number) 사이의 관계를 이용하여 상기 간섭 신호를 보정한다.
특히, 컴퓨팅 유닛(140)은 시간에 대한 상기 파수의 변화율을 이용하여 상기 시간과 상기 파수 사이의 관계를 도출한다. 예를 들어, 컴퓨팅 유닛(140)은 시간에 대한 상기 파수의 변화율을 적분하여 상기 시간과 상기 파수 사이의 비선형 관계를 도출하고, 상기 시간과 상기 파수 사이의 비선형 관계를 선형화함으로써 상기 간섭 신호를 보정한다.
또한, 컴퓨팅 유닛(140)은 상기 시간과 상기 파수 사이의 선형화된 관계를 이용하여 보정된 파수들을 계산하고, 상기 보정된 파수들 각각을 이용하여 보정 전 파수들에 대응하는 시간들을 도출하며, 상기 보정된 파수들, 상기 보정 전 파수들 및 상기 보정 전 파수들에 대응하는 시간들을 이용하여 상기 간섭 신호를 보정한다.
컴퓨팅 유닛(140)은 하기 수학식을 이용하여 상기 간섭 신호를 보정한다.
수학식
Figure pat00002
klin: 상기 시간과 상기 파수 사이의 선형화된 관계에서 파수의 값
knonlin ,1: 상기 시간과 상기 파수 사이의 비선형화된 관계에서 klin보다 작은 값
knonlin ,2: 상기 시간과 상기 파수 사이의 비선형화된 관계에서 klin보다 큰 값
S1: knonlin ,1에 대응하는 시간에서 간섭 신호의 값
S2: knonlin ,2에 대응하는 시간에서 간섭 신호의 값
Srecal: S1 및 S2를 기초로 보상된 간섭 신호의 값
또한, 컴퓨팅 유닛(140)은 광 필터 모듈(130)의 출력을 한번의 스위핑 주기 동안 샘플링한 후 미리 설정된 폭을 갖는 해닝(Hanning) 윈도우에 포함된 샘플링 데이터들에 대하여 순차적으로 고속 푸리에 변환을 수행하고, 상기 고속 푸리에 변환의 결과를 기초로 상기 시간에 대한 상기 파수의 변화율을 도출한다.
또한, 컴퓨팅 유닛(140)은 상기 고속 푸리에 변환의 결과로부터 상기 해닝 윈도우에 대응하는 스펙트럼들 중 최대 크기를 갖는 스펙트럼에 대응하는 주파수 및 상기 해닝 윈도우의 중앙에 대응하는 시간을 이용하여 상기 시간에 대한 상기 파수의 변화율을 도출한다.
상기 컴퓨팅 유닛(140)은 상기 간섭계 및 상기 광 필터 모듈의 출력들에 대하여 아날로그-디지털 변환을 수행하는 아날로그-디지털 변환기; 및 상기 아날로그-디지털 변환기의 출력들을 이용하여 상기 간섭 신호를 보정하는 신호 처리부를 포함한다.
아래에서는 보다 구체적으로 본 발명의 일실시예에 따른 파장 스위핑 레이저를 이용한 광 결맞음 단층 촬영 장치를 설명한다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 파장 스위핑 레이저를 이용한 광 결맞음 단층 촬영 장치를 보다 구체적으로 나타낸 블록도이다.
도 2를 참조하면, 파장 스위핑 레이저(210)는 ASE(Amplified Spontaneous Emission) 중심파장 1310nm의 SOA, 광 아이솔레이터, 1x2 광 커플러, 광섬유 지연선, 고속 FFP-TF(Fiber Fabry Perot-Tunable Filter), 편광조절기(PC : Polarization Controller), 광 아이솔레이터 등이 링 형태로 연결된 구조를 갖는다.
간섭계(220)는 광 서큘레이터, 기준팔(reference arm)과 샘플팔(sample arm)로 이루어진 마이켈슨 간섭계, 샘플의 횡방향 스캔(B-scan)을 위한 갈바노미터(galvanometer), 그리고 균형 광 검출기(balanced detector) 등으로 구성된다.
자유공간상에서 구현된 빗살무늬 광 필터 모듈(230)은 2개의 2x2 광 커플러, 2개의 광 컬리메이터(collimator), 그리고 균형 광 검출기로 구성된다.
컴퓨팅 유닛(240)은 아날로그-디지털 컨버터 및 고속 DAQ(data acquisition), 보정(recalibration) 및 FFT(fast fourier transform) 연산을 수행하는 신호처리부, 그리고 디스플레이 등으로 이루어진다.
- FDML 방식의 파장 스위핑 레이저
고속 FFP-TF는 페브리-페롯 간섭계 구조를 가진다. 이는 간섭계의 한쪽에 부착된 압전소자(PZT: piezoelectric transducer)에 정현파 전압을 인가하여 내부 공진 간격을 주기적으로 변화시킴으로써 투과 대역을 주기적으로 스위핑시킨다. 이 때 정현파 한 주기당 왕복 스위핑 즉 2번의 스위핑을 얻을 수 있다. PZT는 유도성 리액턴스(reactance) 성분으로 인하여 특정 공진 주파수를 가지며, 이 공진주파수에서는 낮은 전압을 인가하여도 큰 변위를 얻을 수 있다. 본 발명에서 예시적으로 사용된 FFP-TF는 FSR(free spectral range) 160nm, Finess 600, 삽입 손실 2.5dB, -20~50 V의 인가 전압 범위를 가지며, 측정 결과 공진 주파수는 약 55kHz이었다.
FDML의 동작원리는 다음과 같다. 빛의 광섬유 링 공진기 1회전 주기와 FFP-TF의 구동 주기(구동 주파수의 역수)가 서로 일치하도록 적정한 길이의 광섬유 지연선을 링 공진기내에 설치한다. 빛은 링 공진기내의 광 아이솔레이터 때문에 링 공진기를 단방향(실험에서는 시계방향)으로 진행한다. 따라서 FFP-TF의 투과대역을 통과한 빛이 링 공진기를 시계방향으로 1회전 진행한 후 다시 FFP-TF에 도달하면 이전과 동일한 투과대역을 통과하게 된다. 이러한 과정이 반복되면 그 빛은 광 주파수 영역에서 모드 잠김을 얻게 되어 증폭 및 발진하게 된다. 모드 잠김 현상을 이용하면 FFP-TF의 구동 주파수 증가에 따른 레이저의 광 출력 저하가 발생하지 않고 또한 SOA의 전체 이득범위를 충분히 활용할 수 있어 광대역에 걸친 파장 스위핑이 가능하다. 이로 말미암아 FDML 파장 스위핑 광섬유 링 레이저는 다른 구조의 파장 스위핑 레이저에 비해 투과 깊이, 분해능, 고속 영상프레임 획득 등에서 우수한 특성을 보여준다.
55.027kHz의 스위핑 속도(왕복을 고려할 경우 실제는 이의 2배인 110kHz)를 가지는 FDML 방식 파장 스위핑 레이저를 구성하기 위해서는 SOA로부터 방출된 빛이 링 레이저를 1회전하는데 소요되는 시간이 1/55.027kHz=18.17microseconds, 또는 이의 정수배가 되어야 한다. 그러므로 FDML 링 레이저에서는 이러한 시간 지연이 발생할 수 있도록 링 내부에 적절한 길이의 광섬유 지연선을 삽입하여야 한다. 이와 더불어, 빛이 링 공진기를 순회하는 동안 발생하는 분산(dispersion)을 최소화하기 위하여 광섬유 지연선으로서 분산유지 광섬유를 사용하는 것이 권장된다. 그러나 본 발명에서는 예시적으로 일반 보급형인 SMF-28e 광섬유를 사용하였다. 만일 링 공진기가 모두 광섬유로 구성되어 있다고 가정하면 링 공진기의 전체 길이는 식 (1)과 같이 주어진다.
[수학식 1]
이외에 SOA의 이득 특성은 입력되는 빛의 편광에 민감하므로 이를 제어하기 위하여 SOA 전단에 편광조절기를 설치하였다. OCT 시스템의 중요한 성능 변수 중 하나는 거리 분해능이다. 거리분해능은 광원의 스위핑 범위()가 클수록 유리하며, 식 (2)와 같이 주어진다.
[수학식 2]
본 발명에서 예시적으로 구현된 광원의 경우, , 이므로, 가능한 거리 분해능은 이다. 여기에서 는 빛의 코히어런트 길이(coherent length)이다.
- 간섭계
링 레이저로부터 출력된 빛은 도 2에 보인 바와 같이 광 서큘레이터를 통과하여 50:50 광 커플러로 입사된 후 마이켈슨 간섭계를 구성하는 기준팔과 샘플팔로 분배된다[10]. 기준팔에 설치된 미러와 샘플팔의 샘플로부터 반사된 빛은 각각 다시 50:50 광 커플러로 입사된 후 서로 간섭되어 파수 영역(wave number domain 즉 k-domain)상에서 기준팔과 샘플팔의 거리 차에 비례하는 광 비트 주파수(optical beat frequency)를 생성하게 된다. 따라서 광 비트 주파수는 기준팔과 샘플간의 거리 차 정보(A-scan)를 가진다. 50:50 광 커플러로부터 출력된 광들은 균형 광 검출기의 두 단자로 입력된 후에 광 비트 주파수와 동일한 주파수를 가지는 전기 신호로 바뀌고 증폭과정을 거친 후 DAQ 보드에 의하여 아날로그-디지털 변환된다.
간섭계에서 균형 광 검출기를 사용하는 이유는 샘플 거리 정보를 담고 있는 비트 주파수를 제외한 불필요한 DC 성분, 자기상관성 간섭 신호, 그리고 증폭 잡음들을 제거하여 높은 SNR을 얻기 위함이다. 일반적으로 샘플에 의해 반사되어 비트 주파수를 생성하는 빛은 매우 약하기 때문에 검출 과정에서 발생하는 잡음 등에 민감하여 신호 왜곡이 발생할 수 있다.
본 발명에서는 샘플에 대한 횡방향 스캔(B-scan)을 제공하기 위하여 갈바노미터를 사용하였다. 갈바노미터는 보이스 코일(voice coil)에 미러를 부착하여 보이스 코일의 부분적인 왕복 회전운동을 이용한다. 미러에 입사된 빛은 미러의 움직임에 따라 반사방향이 바뀌어 샘플에서의 횡방향 스캔을 가능케 한다. 구현에 사용된 갈바노미터는 약 50Hz 로 작동시켰으며 이를 통하여 얻어진 영상 프레임 속도는 초당 7 프레임이었다. 더욱 높은 영상 프레임 속도를 얻기 위해서는 신호처리에 걸리는 시간을 줄여야 하는데 이는 다중 코어 컴퓨터를 이용하여 멀티트레드 방법을 사용함으로써 가능하다.
- 빗살무늬 광 필터 모듈
도 2에 보인 것처럼 90:10 광 커플러를 통하여 링 레이저 출력의 10% 정도가 빗살무늬 광 필터 모듈로 입사된다. 모듈 구조는 마하젠더 간섭계 구조와 동일하며, 이의 주파수 특성은 동일한 간격을 가지는 빗살무늬(comb like) 형태를 보인다. 빗살무늬간 즉 투과 대역간 주파수 간격 (또는 FSR : Free Spectral Range)와 두 팔간의 거리 차 사이에는 다음과 같은 관계가 성립한다. 는 투과대역의 파수 간격이다.
[수학식 3]
또는
이를 투과 대역간 파장차로 다시 표시하면, 수학식 4와 같다.
[수학식 4]

여기서
Figure pat00003
는 빛의 속도이고,
Figure pat00004
는 빛의 파장이다. 로 할 때, 이를 위한 마하젠더 간섭계의 공기중에서의 두 팔간 거리 차 은 다음과 같이 주어진다.
[수학식 5]
따라서 투과대역간 파장차를 계산하면
[수학식 6]
이 얻어진다.
빗살무늬 광 필터 모듈은 보정을 위한 기준 신호를 제공한다. 일반적으로 레이저 발진 주파수의 비선형 스위핑 시에 빗살무늬 광 필터 모듈의 출력 신호는 그 주파수가 시간에 따라 다소 변하는 처핑(chirping)된 정현파(빗살무늬) 형태를 보인다.
만일 실험에서 파장 스위핑 레이저가 55 의 속도로 에 걸쳐 왕복 선형 스위핑을 수행한다면, 빗살무늬 광 필터 모듈의 출력에서 얻어지는 빗살무늬 신호의 평균 주파수 는 다음과 같이 계산된다.
[수학식 7]
실험에서 사용된 고속 DAQ 보드는 최대 200MSps를 제공하므로 이러한 주파수 신호를 충분히 샘플링할 수 있음을 알 수 있다.
빗살무늬 광 필터 모듈의 출력은 DAQ 보드의 한 채널을 통하여 샘플링되고 본 발명에서 제안된 과정을 거쳐 처리된 후에, 신호처리부에서 간섭계 신호를 보정하기 위하여 사용된다.
- 컴퓨팅 유닛
컴퓨팅 유닛은 정확한 영상 정보를 얻기 위하여 발진 주파수(또는 파수)를 x축으로 하고 간섭계로부터의 간섭신호 세기를 y축으로 하는 데이터 집합(A-scan)을 필요로 한다. 다음으로 이 데이터 집합을 FFT하여 이로부터 기준팔과 샘플간의 거리 정보를 얻어낸다.
만일 스위핑 레이저의 발진 주파수(또는 파수)가 시간에 대해 선형적으로 스위핑된다면 DAQ 보드의 내부 클럭에 따라 간섭 신호를 샘플링하고 이 샘플링된 데이터에 대해 FFT를 수행하는 것으로 정확한 영상을 얻을 수 있다. 또한, 이러한 경우, 보정 과정이 생략되므로 신호처리시간이 감소되어 고속 영상을 얻을 수 있다. 나아가 DAQ 보드의 샘플링 기능이 단순해지므로 고가의 다기능 다채널 DAQ 보드를 사용할 필요없이 내부 클럭만을 갖춘 싱글채널 DAQ 보드만이 요구되므로 SS-OCT 시스템의 비용을 낮출 수 있다.
그러나 기존의 파장 스위핑 레이저들의 발진 주파수 vs 시간의 그래프는 비선형성을 벗어나기 어려운 것이 현실이다. 따라서 오늘날의 SS-OCT 시스템에서는 여전히 간섭 신호를 일정한 속도로 샘플링한 후에 이를 다시 발진 주파수(또는 파수)를 x축으로 하고 y축은 간섭신호의 세기를 나타내는 그래프로 변환해주는 보정 과정이 수행되어야 한다. 이는 신호처리 과정에서 S/W적으로 이루어질 수 있고, 이 과정에서 시간 지연 및 원치 않는 신호 왜곡이 발생하고 이는 다시 영상 속도 및 영상 품질을 저하시킨다. 따라서 고속이며 정확한 보정 과정은 고속 고품질 영상획득을 위한 필수 요소 기술이다.
기존의 보정 과정에서는 빗살무늬 광 필터 모듈로부터 출력되는 신호의 연속된 두 피크점간의 시간 간격은 비록 변할지라도 주파수(또는 파수
Figure pat00005
Figure pat00006
) 간격은 일정하다는 사실에 기반을 둔다. 이를 바탕으로 측정된 데이터에 대한 분석을 통하여 대
Figure pat00007
의 비선형 그래프를 얻어 보정을 수행하였다. 그러나 본 발명에서는 빗살무늬 광 필터 모듈 출력신호의 시간에 대한 주파수 변화(이는 frequency modulation 변조신호와 유사함)는 파장 스위핑 레이저의 시간에 대한 의 변화에 비례한다는 사실적 고찰을 바탕으로 새로운 보정 방식을 제안하였다.
제안된 방식은 빗살무늬 광 필터 모듈의 출력 신호에 대한 주파수 분석을 바탕으로 하기 때문에 매우 안정적으로 발진 주파수 대 t의 그래프를 얻을 수 있다. 따라서 SS-OCT 시스템을 on 시킨 후 한번 얻어진 발진 주파수 대 t의 그래프는 측정 중에 매번 획득할 필요없이 반복하여 재사용할 수 있다.
아래에서 제안된 방식을 순서대로 설명하면 다음과 같다.
1) 빗살무늬 광 필터 모듈의 출력 신호와 간섭계 출력 신호는 각각 DAQ 보드의 두 개의 입력 채널을 통하여 컴퓨팅 유닛으로 제공된다. 레이저의 발진 주파수(또는 파수)가 낮은 값에서 높은 값으로 스위핑하는 동안 또는 이의 역방향으로 스위핑하는 동안에, DAQ 보드의 내부 클럭을 사용하여 위의 두 신호를 동시에 일정한 속도로 샘플링한다.
2) 컴퓨팅 유닛은 빗살무늬 광 필터 모듈로부터 샘플링된 데이터들(실험에서는 1151개 = 1024개 + 127개)에 일정한 데이터 간격(실험에서는 3개)으로 미리 설정된 폭(실험에서는 128개)을 갖는 Hanning 윈도우를 순차적으로 적용시키면서 각각의 윈도우에 대해 FFT를 수행한다. 각각의 결과 스펙트럼에서 최대값에 해당하는 주파수를 얻고 또한 각 윈도우의 중앙에 해당하는 샘플링 시간을 함께 저장한다. 이때 사실적인 고찰에 의하여 위에서 얻어진 주파수는 파장 스위핑 레이저의 에 비례한다. 따라서 각각의 윈도우에 대하여 얻어진 주파수와 샘플링 시간의 집합으로부터 파장 스위핑 레이저에 대한 대
Figure pat00008
의 그래프를 얻을 수 있다. 여기서
Figure pat00009
는 파수(wave number)이며 으로 주어지고,
Figure pat00010
는 빛의 속도,
Figure pat00011
는 빛의 파장,
Figure pat00012
는 빛의 주파수이다.
3) 컴퓨팅 유닛은 위의 대
Figure pat00013
의 그래프를 시간에 대하여 적분하여 대
Figure pat00014
의 그래프를 얻는다. 이때 대
Figure pat00015
의 그래프는 당연히 비선형 관계에 있다.
4) 컴퓨팅 유닛은 대
Figure pat00016
의 그래프상에 놓여있는 양 끝의 두점을 선택한다. 이때 이 두 점 사이의 샘플링 갯수는 나중에 수행할 FFT 데이터 갯수(실험에서는 1024개)와 같다. 이제 두 점간을 직선으로 연결하여 대
Figure pat00017
의 선형 그래프 방정식을 구하고, 두 점 사이의 직선을 y축 방향으로 FFT 데이터 갯수(실험에서는 1024개)만큼 등분한다.
6) 등분된 각 값을 저장한다. 그리고 각 값을 비선형 그래프상의 값과 비교하여 값보다 바로 아래와 위에 있는 과 값 및 이에 해당하는 샘플링 시간 과 를 저장한다. 아울러 DAQ 보드의 다른 채널을 통해서 동시에 샘플링된 간섭 신호 데이터중에서 샘플링 시간 과 에 해당하는 간섭신호 데이터 및 를 저장한다.
5) 이제 등분된 각 값에 대응하는 보정된 간섭신호 값 는 다음과 같이 주어진다.
7) 스위핑 구간에 대하여 보정된 들(실험에서는 1024개)에 대하여 FFT를 수행하면 A-scan 영상을 얻을 수 있다. 위의 과정을 각 B-scan에 대하여 반복수행함으로써 2차원 영상을 얻을 수 있다.
간섭계의 A-scan/B-scan 데이터 및 빗살무늬 광 필터 모듈의 출력신호 데이터를 획득하기 위하여 NI사의 고속 DAQ 보드가 사용될 수 있다. 실험에 사용된 NI PCI-5124 보드는 최대 200MSps, 12bit resolution, 그리고 두 개의 입력 채널을 가진다.
만일 빗살무늬 광 필터 모듈의 정현파형 출력신호를 DAQ 보드의 외부 샘플링 클럭으로 직접 사용할 수 있다면 신호처리부에서 보정이 생략되는 잇점을 얻을 수 있다. 그러나 빗살무늬 광 필터 모듈의 출력신호는 상당히 처핑되어 있고, 이러한 처핑 신호를 외부 샘플링 클럭으로 허용하는 고급 DAQ 보드가 아직 제공되고 있지 않다. 컴퓨팅 유닛에서의 보정이 생략될 수 있는 또 한가지 방법은 앞에서 언급된 것처럼 파장 스위핑 레이저의 발진 주파수가 시간에 대해 선형으로 스위핑되는 것이다. 그러나 현재로서는 이러한 스위핑 특성을 얻기가 어렵다.
따라서 DAQ 보드 한 채널을 통하여 빗살무늬 광 필터 모듈의 출력신호를 샘플링하여 대
Figure pat00018
의 관계식를 얻고 이를 이용한 보정 과정이 수행되어야 한다. 보정후에는 깊이방향(A-scan)의 1024개 데이터에 대한 FFT를 수행하여 전력스펙트럼을 얻고 이를 크기에 따라 그레이(gray) 레벨로 표시한다. 이러한 과정을 500개의 횡방향(B-scan) 지점에 대하여 반복 수행하면 2차원 표피 단면 영상이 얻어진다.
본 발명의 실험에서 구현된 FDML 방식 파장 스위핑 링 레이저의 성능을 측정하였다. Thorlabs사의 BOA1132SL SOA에는 600mA를 인가하였고, ATmega128 마이크로 컨트롤러와 정현파발생 칩(AD9832)을 이용하여 제작한 파형발생기를 통하여 FFP-TF에 주파수 55.027
Figure pat00019
, DC 오프셋 5V , 그리고 1.5 의 정현파 전압을 인가하였다. 레이저가 중심파장 1310nm를 중심으로 약 125nm의 범위에 걸쳐 스위핑하는 것을 확인하였으며, 평균 광 출력은 약 9mW이었다.
도 3은 파장 스위핑 레이저에 인가된 정현파 신호 및 광 필터 모듈의 출력 신호를 나타낸 그래프이다.
도 3을 참조하면, FFP-TF에 인가된 정현파형의 한 주기를 보여준다. 인가파형의 감소부분은 긴 파장(낮은 파수)에서 짧은 파장(높은 파수)으로 스위핑되는 과정에 해당되고, 증가부분은 다시 반대로 복귀하는 과정에 해당된다. 또한 그림에서는 빗살무늬 광 필터 모듈로부터 출력되는 신호도 함께 보여주고 있다.
도 4는 도 3의 광 필터 모듈의 출력 신호를 확대한 그래프이다. 앞에서 언급한 것처럼 빗살무늬 광 필터 모듈의 출력은 처핑된 정현파 형태의 빗살무늬 신호임을 보여준다. 도 3 및 도 4의 신호들은 DAQ 보드를 사용하여 획득될 수 있으며, 본 발명의 실험에서 정현파형 한 주기당 샘플링 갯수는 3636개이었다.
도 3 및 도 4의 빗살무늬 광 필터 모듈의 출력신호를 샘플링하여 얻어진 데이터(1151개)에 폭 128의 Hanning window를 적용한 다음 FFT를 수행하면 전력스펙트럼이 얻어진다. 다음으로 전력스펙트럼의 최대에 해당하는 주파수와 또 Hanning window의 중앙에 위치한 샘플링 시간을 하나의 좌표값으로 저장한다. 다음에 Hanning window를 3개 간격으로 순차적으로 이동시키면서 위의 과정을 반복하면 일련의 좌표값들이 얻어진다.
도 5는 시간에 대한 파수의 변화율을 나타낸 그래프이다.
상술한 사항을 그래프로 그리면 도 5의 대
Figure pat00020
의 그래프를 얻을 수 있다. 전체 그림에서 오른쪽 반 부분은 다음에 수행될 적분과정을 고려하여 왼쪽부분과 반대로 표시하였다. 즉 주파수가 높을수록 더 음수가 되도록 표시하였다.
도 6은 시간에 대한 파수의 비선형 관계를 나타낸 그래프이다.
도 6은 도 5의 대
Figure pat00021
의 그래프를 적분하여 얻어진 대
Figure pat00022
의 그래프를 보여준다. 예상한대로 대
Figure pat00023
의 그래프가 비선형 상태에 있음을 알 수 있다.
도 7은 본 발명에 따라 간섭 신호를 보상한 경우와 보상하지 않은 경우를 나타낸다.
도 7은 샘플로서 미러를 사용하여 획득한 간섭신호 및 이의 전력스펙트럼, 그리고 스펙트럼을 바탕으로 얻어진 2차원 이미지를 보여준다. 도 7의 상단 그림은 보정을 수행하지 않은 경우이며, 하단 그림은 보정을 수행한 경우이다. 상단 그림에서는 측정된 간섭신호에 처핑이 존재하여 이의 전력스펙트럼이 넓게 퍼짐을 보여준다. 이로 말미암아 미러 표면의 이미지가 흐리게 번져서 두껍게 나타남을 알 수 있다. 그러나 하단 그림에서는 보정으로 인하여 간섭신호의 처핑이 사라졌으며, 따라서 전력스펙트럼이 좁고 높게 나타나고, 더 정확하고 선명한 영상이 얻어짐을 보여준다. 이로부터 제안된 보정 방식의 유효성을 확인할 수 있다. 또한 제안된 방식은 안정성이 우수하여 사용하여 초기에 한번만 대
Figure pat00024
의 그래프를 얻으면 계속되는 측정 중에도 이를 반복하여 사용할 수 있음을 확인하였다. 이는 보정에 소요되는 시간을 단축하여 더욱 빠른 영상획득을 가능케 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 본 발명을 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상기된 하드웨어 장치는 본 발명의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.
이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.
그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

Claims (19)

  1. 파장 스위핑을 이용하여 복수의 파장들을 갖는 빛을 발생시키는 파장 스위핑 레이저;
    상기 발생된 빛에 대하여 필터링을 수행하는 광 필터 모듈;
    상기 발생된 빛을 이용하여 대상 샘플에 대한 간섭 신호를 생성하는 간섭계(interferometer); 및
    상기 광 필터 모듈의 출력을 이용하여 상기 광 비트 주파수를 보정함으로써, 상기 샘플에 대한 영상을 처리하는 컴퓨팅 유닛
    을 포함하고,
    상기 컴퓨팅 유닛은
    시간과 상기 빛이 갖는 파수(wave number) 사이의 관계를 이용하여 상기 간섭 신호를 보정하는 파장 스위핑 레이저를 이용한 광 결맞음 단층 촬영 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 컴퓨팅 유닛은
    시간에 대한 상기 파수의 변화율을 이용하여 상기 시간과 상기 파수 사이의 관계를 도출하는 파장 스위핑 레이저를 이용한 광 결맞음 단층 촬영 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 컴퓨팅 유닛은
    시간에 대한 상기 파수의 변화율을 적분하여 상기 시간과 상기 파수 사이의 비선형 관계를 도출하고, 상기 시간과 상기 파수 사이의 비선형 관계를 선형화함으로써 상기 간섭 신호를 보정하는 파장 스위핑 레이저를 이용한 광 결맞음 단층 촬영 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 컴퓨팅 유닛은
    상기 시간과 상기 파수 사이의 선형화된 관계를 이용하여 보정된 파수들을 계산하고, 상기 보정된 파수들 각각을 이용하여 보정 전 파수들에 대응하는 시간들을 도출하며, 상기 보정된 파수들, 상기 보정 전 파수들 및 상기 보정 전 파수들에 대응하는 시간들을 이용하여 상기 간섭 신호를 보정하는 파장 스위핑 레이저를 이용한 광 결맞음 단층 촬영 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 컴퓨팅 유닛은
    하기 수학식을 이용하여 상기 간섭 신호를 보정하는 파장 스위핑 레이저를 이용한 광 결맞음 단층 촬영 장치.
    수학식
    Figure pat00025

    klin: 상기 시간과 상기 파수 사이의 선형화된 관계에서 파수의 값
    knonlin ,1: 상기 시간과 상기 파수 사이의 비선형화된 관계에서 klin보다 작은 값
    knonlin ,2: 상기 시간과 상기 파수 사이의 비선형화된 관계에서 klin보다 큰 값
    S1: knonlin ,1에 대응하는 시간에서 간섭 신호의 값
    S2: knonlin ,2에 대응하는 시간에서 간섭 신호의 값
    Srecal: S1 및 S2를 기초로 보상된 간섭 신호의 값
  6. 제1항에 있어서,
    상기 컴퓨팅 유닛은
    미리 설정된 폭을 갖는 해닝(Hanning) 윈도우에 포함된 샘플링된 데이터들에 대하여 순차적으로 고속 푸리에 변환을 수행하고, 상기 고속 푸리에 변환의 결과를 기초로 상기 시간에 대한 상기 파수의 변화율을 도출하는 파장 스위핑 레이저를 이용한 광 결맞음 단층 촬영 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 컴퓨팅 유닛은
    상기 고속 푸리에 변환의 결과로부터 상기 해닝 윈도우에 대응하는 스펙트럼들 중 최대 크기를 갖는 스펙트럼에 대응하는 주파수 및 상기 해닝 윈도우의 중앙에 대응하는 시간을 이용하여 상기 시간에 대한 상기 파수의 변화율을 도출하는 파장 스위핑 레이저를 이용한 광 결맞음 단층 촬영 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 파장 스위핑 레이저는
    미리 결정된 파장 스위핑 속도로 상기 복수의 파장들을 갖는 빛을 순차적으로 발생시키는 파장 스위핑 레이저를 이용한 광 결맞음 단층 촬영 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 광 필터 모듈은
    빗살무늬 광 필터 모듈인 파장 스위핑 레이저를 이용한 광 결맞음 단층 촬영 장치.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 컴퓨팅 유닛은
    상기 간섭계 및 상기 광 필터 모듈의 출력들에 대하여 아날로그-디지털 변환을 수행하는 아날로그-디지털 변환기; 및
    상기 아날로그-디지털 변환기의 출력들을 이용하여 상기 간섭 신호를 보정하는 신호 처리부
    를 포함하는 파장 스위핑 레이저를 이용한 광 결맞음 단층 촬영 장치.
  11. 파장 스위핑 레이저를 이용하여 파장 스위핑을 이용하여 복수의 파장들을 갖는 빛을 발생시키는 단계;
    광 필터 모듈을 이용하여 상기 발생된 빛에 대하여 필터링을 수행하는 단계;
    간섭계(interferometer)를 이용하여 상기 발생된 빛을 이용하여 대상 샘플에 대한 간섭 신호를 생성하는 단계; 및
    컴퓨팅 유닛이 상기 광 필터 모듈의 출력을 이용하여 상기 광 비트 주파수를 보정함으로써 상기 샘플에 대한 영상을 처리하는 단계
    를 포함하고,
    상기 컴퓨팅 유닛은
    시간과 상기 빛이 갖는 파수(wave number) 사이의 관계를 이용하여 상기 간섭 신호를 보정하는 파장 스위핑 레이저를 이용한 광 결맞음 단층 촬영 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 컴퓨팅 유닛은
    시간에 대한 상기 파수의 변화율을 이용하여 상기 시간과 상기 파수 사이의 관계를 도출하는 파장 스위핑 레이저를 이용한 광 결맞음 단층 촬영 방법.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 컴퓨팅 유닛은
    시간에 대한 상기 파수의 변화율을 적분하여 상기 시간과 상기 파수 사이의 비선형 관계를 도출하고, 상기 시간과 상기 파수 사이의 비선형 관계를 선형화함으로써 상기 간섭 신호를 보정하는 파장 스위핑 레이저를 이용한 광 결맞음 단층 촬영 방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 컴퓨팅 유닛은
    상기 시간과 상기 파수 사이의 선형화된 관계를 이용하여 보정된 파수들을 계산하고, 상기 보정된 파수들 각각을 이용하여 보정 전 파수들에 대응하는 시간들을 도출하며, 상기 보정된 파수들, 상기 보정 전 파수들 및 상기 보정 전 파수들에 대응하는 시간들을 이용하여 상기 간섭 신호를 보정하는 파장 스위핑 레이저를 이용한 광 결맞음 단층 촬영 방법.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 컴퓨팅 유닛은
    하기 수학식을 이용하여 상기 간섭 신호를 보정하는 파장 스위핑 레이저를 이용한 광 결맞음 단층 촬영 방법.
    수학식
    Figure pat00026

    klin: 상기 시간과 상기 파수 사이의 선형화된 관계에서 파수의 값
    knonlin ,1: 상기 시간과 상기 파수 사이의 비선형화된 관계에서 klin보다 작은 값
    knonlin ,2: 상기 시간과 상기 파수 사이의 비선형화된 관계에서 klin보다 큰 값
    S1: knonlin ,1에 대응하는 시간에서 간섭 신호의 값
    S2: knonlin ,2에 대응하는 시간에서 간섭 신호의 값
    Srecal: S1 및 S2를 기초로 보상된 간섭 신호의 값
  16. 제11항에 있어서,
    상기 컴퓨팅 유닛은
    미리 설정된 폭을 갖는 해닝(Hanning) 윈도우에 포함된 샘플링된 데이터들에 대하여 순차적으로 고속 푸리에 변환을 수행하고, 상기 고속 푸리에 변환의 결과를 기초로 상기 시간에 대한 상기 파수의 변화율을 도출하는 파장 스위핑 레이저를 이용한 광 결맞음 단층 촬영 방법.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 컴퓨팅 유닛은
    상기 고속 푸리에 변환의 결과로부터 상기 해닝 윈도우에 대응하는 스펙트럼들 중 최대 크기를 갖는 스펙트럼에 대응하는 주파수 및 상기 해닝 윈도우의 중앙에 대응하는 시간을 이용하여 상기 시간에 대한 상기 파수의 변화율을 도출하는 파장 스위핑 레이저를 이용한 광 결맞음 단층 촬영 방법.
  18. 파장 스위핑을 이용하여 복수의 파장들을 갖는 빛이 발생되고, 상기 발생된 빛에 대하여 광 필터링을 수행하며, 상기 발생된 빛을 이용하여 대상 샘플에 대한 간섭 신호를 생성하는 경우,
    미리 설정된 폭을 갖는 해닝(Hanning) 윈도우에 포함된 광 필터 출력 데이터들에 대하여 순차적으로 고속 푸리에 변환을 수행하는 단계;
    상기 고속 푸리에 변환의 결과를 기초로 시간에 대한 파수의 변화율을 도출하는 단계;
    상기 시간에 대한 상기 파수의 변화율을 적분하여 상기 시간과 상기 파수 사이의 비선형 관계를 도출하는 단계; 및
    상기 시간과 상기 파수 사이의 비선형 관계를 선형화함으로써 상기 간섭 신호를 보정하는 단계
    를 포함하는 파장 스위핑 레이저를 이용한 광 결맞음 단층 촬영 장치에서 간섭 신호를 보정하는 방법.
  19. 제11항 내지 제18항 중 어느 한 항의 방법을 수행하기 위한 프로그램이 기록된 컴퓨터로 판독 가능한 기록 매체.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2017073945A1 (ko) * 2015-10-29 2017-05-04 주식회사 고영테크놀러지 파장 가변 레이저를 이용한 대면적 oct 시스템과 3차원 이미지 보정 방법
CN108348161A (zh) * 2015-10-29 2018-07-31 株式会社高永科技 利用波长可调谐激光器的大面积oct系统和三维图像补正方法

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100937934B1 (ko) * 2008-02-21 2010-01-21 강원대학교산학협력단 파장 가변 레이저의 등간격 파수 스위핑을 위한 고속 광필터
KR100964167B1 (ko) * 2008-04-23 2010-06-17 강원대학교산학협력단 음향광학가변필터와 비등간격 홀 디스크로 구성된 광 필터
KR101010818B1 (ko) * 2009-04-03 2011-01-25 박승광 스웹트 레이저의 발진 파수 선형 스위핑 제어 장치 및 방법

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2017073945A1 (ko) * 2015-10-29 2017-05-04 주식회사 고영테크놀러지 파장 가변 레이저를 이용한 대면적 oct 시스템과 3차원 이미지 보정 방법
CN108348161A (zh) * 2015-10-29 2018-07-31 株式会社高永科技 利用波长可调谐激光器的大面积oct系统和三维图像补正方法
US10206580B2 (en) 2015-10-29 2019-02-19 Koh Young Technology Inc. Full-field OCT system using wavelength-tunable laser and three-dimensional image correction method
CN108348161B (zh) * 2015-10-29 2021-02-26 株式会社高迎科技 利用波长可调谐激光器的大面积oct系统和三维图像补正方法

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