KR20150037368A - 변조기 어레이, 이를 포함한 변조 장치 및 의료 영상 기기 - Google Patents

변조기 어레이, 이를 포함한 변조 장치 및 의료 영상 기기 Download PDF

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KR20150037368A
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Abstract

변조기 어레이, 이를 포함한 변조 장치 및 의료 영상 기기를 제공한다. 본 변조기 어레이는, 광의 파면을 제1 복수 개의 형상 파면으로 재단(shaping)함으로써 광을 변조시키는 제1 광 변조기 및 제1 복수 개의 형상 파면 중 적어도 하나를 제2 복수 개의 형상 파면으로 재단함으로써 제1 광 변조기에서 출사된 광을 변조시키는 제2 광 변조기를 포함한다.

Description

변조기 어레이, 이를 포함한 변조 장치 및 의료 영상 기기{Modulator array, Moduating device and Medical imaging apparatus comprising the same}
본 개시는 변조기 어레이, 이를 포함한 변조 장치 및 의료 영상 기기에 관한 것이다.
의료 영상 분야에서는 조직(tissue)(예를 들어, 인체 또는 피부) 표면에 대한 정보와 함께 하부의 단층을 촬영하는 기술에 대한 요구가 증가하고 있다. 특히 대부분의 암(cancer)은 상피 세포 하부에서 발생하여 혈관이 존재하는 진피세포 내부로 전광되기 때문에 조기 발견이 가능할 경우 암에 의한 피해를 획기적으로 감소시킬 수 있다. 기존의 MRI, CT, 초음파 등의 이미징 기술은 피부를 관통하여 내부 단층을 촬영할 수 있지만 해상도가 낮아 사이즈가 작은 조기 암의 검출은 불가능하다. 반면 최근에 소개된 OCT (optical coherence tomography), OCM (optical coherence microscopy), PAT (photoacoustic tomography) 기술은 기존 방법과 달리 광을 이용하기 때문에 피부속 침투 깊이는 1~2 mm (OCT 경우), 30~50 mm (PAT 경우)로 낮지만 해상도가 초음파의 약 10 내지 20배 정도로 높아 초기암의 진단에 유용할 것으로 기대된다. 광학 영상 기술의 경우, 다른 의학 영상 기법들과 비교하여 피부 조직내 침투율이 1-2mm 정도로 낮으므로 더 깊은 생체 조직 내부를 영상화하기 위해서는 광의 파면을 제어하여 입사해야 하고, 관련된 연구가 진행되고 있다.
복수 개의 광 변조기를 이용하여 광의 파면을 제어하는 변조기 어레이, 이를 포함한 변조 장치 및 의료 영상 기기를 제공한다.
본 발명의 일 유형에 따르는 변조기 어레이는, 광의 파면을 제1 복수 개의 형상 파면으로 재단(shaping)함으로써 광을 변조시키는 제1 광 변조기; 및 상기 제1 복수 개의 형상 파면 중 적어도 하나를 제2 복수 개의 형상 파면으로 재단함으로써 상기 제1 광 변조기에서 출사된 광을 변조시키는 제2 광 변조기;를 포함한다.
그리고, 상기 제1 복수 개의 형상 파면 중 이웃하는 형상 파면들의 경계는 불연속적일 수 있다.
또한, 상기 제2 복수 개의 형상 파면 중 이웃하는 형상 파면들의 경계는 불연속적일 수 있다.
그리고, 상기 제1 광 변조기와 상기 제2 광 변조기는, 광 진행 경로를 기준으로 일부 영역이 중첩될 수 있다.
또한, 상기 제1 광 변조기와 상기 제2 광 변조기는 상기 광 진행 경로의 수직 방향을 기준으로 서로 어긋나게 배치될 수 있다.
그리고, 상기 제1 광 변조기와 상기 제2 광 변조기 중 적어도 하나는, 입사된 광의 크기 및 위상 중 적어도 하나를 변조시키는 복수 개의 셀을 포함할 수 있다.
또한, 상기 복수 개의 셀은 광 진행 경로에 대해 수직하게 배열될 수 있다.
그리고, 상기 복수 개의 셀 중 이웃하는 셀은 서로 다른 위상으로 입사된 광을 변조시킬 수 있다.
또한, 상기 제1 광 변조기에 포함된 적어도 하나의 셀은 상기 제2 광 변조기에 포함된 복수 개의 셀과 중첩될 수 있다.
그리고, 상기 제1 광 변조기와 2 광 변조기 중 적어도 하나는, LCoS(Liquid Crystal on Silicon) 및 DM(Deformable Mirror) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
또한, 상기 제1 광 변조기의 제1 구동 신호와 상기 제2 광 변조기의 제1 구동 신호는 동기화되어 있을 수 있다.
그리고, 상기 제1 구동 신호와 상기 제2 구동 신호는 주기는 동일하나 위상이 다를 수 있다.
또한, 상기 제1 구동 신호와 상기 제2 구동 신호간의 위상차는, 상기 제1 구동 신호의 주기보다 짧을 수 있다.
한편, 일 실시예에 따른 변조 장치는, 앞서 기술한 변조기 어레이; 및 상기 변조기 어레이 중 적어도 하나의 광 변조기의 위치 및 구동 신호 중 적어도 하나를 제어하여 상기 변조기 어레이를 통과한 광의 변조 해상도를 증가시키는 변조 제어부;를 포함한다.
그리고, 상기 변조 제어부는, 광 진행 경로를 기준으로 상기 변조기 어레이내 광 변조기들간의 중첩 정도를 제어할 수 있다.
또한, 상기 변조 제어부는, 제1 광 변조기내 하나의 셀이 상기 제2 변조기내 복수 개의 셀과 중첩되도록 상기 제1 광 변조기 및 제2 광 변조기 중 적어도 하나의 제어할 수 있다.
그리고, 상기 변조 제어부는, 상기 제1 광 변조기와 상기 제2 광 변조기 중 적어도 하나를 상기 광 진행 경로의 수직 방향으로 이동시킬 수 있다.
또한, 상기 변조 제어부는, 상기 제1 광 변조기의 제1 구동 신호와 상기 제2 광 변조기의 제2 구동 신호간의 위상차를 제어할 수 있다.
그리고, 상기 위상차는, 상기 제1 구동 신호의 주기보다 짧을 수 있다.
한편, 일 실시예에 따른 의료 영상 기기는, 광원; 상기 광원에서 출력된 광을 변조시키는 제 1항 내지 제 16항 중 어느 한 항에 따른 변조기 어레이; 및 체강내에 삽입 가능하며, 상기 변조기 어레이에서 출사된 광을 체강내 대상체에 조사하는 프로브;를 포함한다.
그리고, 상기 변조기 어레이에서 출사된 광을 측정광과 참조광으로 분리하여 상기 측정광을 상기 프로브에 전달하고, 상기 측정광에 대응하는 응답광을 광 프로브로부터 수신하여 상기 참조광과 간섭시키는 광 간섭계;를 더 포함하고, 상기 의료 영상 기기는 OCT(optical coherence tomography) 기술이 적용될 수 있다.
본 개시의 변조기 어레이는 복수 개의 광 변조기간의 위치 관계 및 광 변조기내 셀간 배열 관계를 이용하여 광의 파면을 재단함으로써 변조의 공간 해상도를 증가시킨다.
본 개시의 변조기 어레이는 복수 개의 광 변조기의 위치 또는 광 변조기의 구동 신호를 제어함으로써 변조의 시간 해상도를 증가시킨다.
상술한 광 프로브는 의료 영상 기기에 적용될 수 있다.
도 1은 일 실시예에 따른 변조기 어레이를 나타내는 도면이다.
도 2 내지 도 4는 제1 광 변조기와 제2 광 변조기간의 배열 관계를 예시적으로 도시한 도면이다.
도 5 및 도 6은 다른 실시예에 따른 복수 개의 광 변조기간의 중첩 관계를 설명하는 예시적인 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 시간 해상도를 증가시키는 방법을 설명하는 참조도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 의료 영상 기기를 도시한 블록도이다.
도 9는 도 8에 도시된 의료 영상 기기의 일 실시예에 해당하는 광 간섭 단층 촬영 장치(Optical Coherence Tomography Apparatus)를 도시한 도면이다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이하의 도면들에서 동일한 참조부호는 동일한 구성요소를 지칭하며, 도면상에서 각 구성요소의 크기는 설명의 명료성과 편의상 과장되어 있을 수 있다.
도 1은 일 실시예에 따른 변조기 어레이를 나타내는 도면이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 변조기 어레이(100)은 입사된 광의 파면(wavefront)을 제1 복수 개의 형상 파면으로 재단(shaping)함으로써 광을 변조시키는 제1 광 변조기(110) 및 제1 복수 개의 형상 파면 중 적어도 하나를 제2 복수 개의 형상 파면으로 재단함으로써 제1 광 변조기(110)에서 출사된 광을 변조시키는 제2 광 변조기(120)를 포함할 수 있다. 형상 파면이라 함은 파면의 일부 영역으로서 형상 파면내 점들은 연속적인 반면, 형상 파면간 경계는 불연속적이다. 이는 후술하는 셀들이 서로 다른 위상으로 광을 변조시키기 때문이다.
제1 광 변조기(110)와 제2 광 변조기(120)는 광의 진행 경로 상에 배치되어 있다. 그리하여, 광은 제1 광 변조기(110)를 통과하면서 1차적으로 변조되고 다시 제2 광 변조기(120)를 통과하면서 2차적으로 변조된다. 제1 및 제2 광 변조기(110, 120) 각각은 입사된 광의 크기 및 위상 중 적어도 하나를 변조시키는 복수 개의 셀로 구성될 수 있다. 복수 개의 셀 중 이웃하는 셀들은 입사된 광을 서로 다른 위상으로 변조시킨다. 복수 개의 셀은 광 진행 경로와 가로지는 방향으로 배열될 있으며 1차원 또는 2차원으로 배열될 수 있다.
제1 광 변조기(110)는 광을 공간적으로 재단할 수 있다. 상기한 제1 광 변조기(110)는 LCoS(Liquid Crystal on Silicon) 및 DM(Deformable Mirror) 중 적어도 하나일 수 있다.
LCoS(Liquid Crystal on Silicon)는 실리콘 웨이퍼의 표면을 액정 크리스탈로 도장하여 입사된 광을 반사시킴으로써 광을 변조시킨다. 광의 위상 변조는 액정 크리스탈의 위치에 따라 달라질 수 있으며, 구동 신호, 예를 들어, 인가되는 전압, 에 따라 상기한 액정 크리스탈의 위치는 가변될 수 있다. 하나의 LCoS가 입사된 광의 파면을 복수 개의 형상 파면으로 재단할 수 있다. 이때, 입사된 광을 동일한 위상으로 변조시키는 LCoS의 일부 영역 각각이 셀이 될 수 있다. 한편, 제1 광 변조기(110)는 복수 개의 LcoS가 배열되고 하나의 LCoS가 입사된 광을 동일한 위상으로 변조시킬 수도 있다. 이때, 각 LcoS가 셀이 될 수 있다.
DM(Deformable Mirror)는 반사면의 형상을 변형시킴으로써 광을 변조시킨다. 광의 위상 변조는 반사면의 굴곡 형상에 따라 달라질 수 있으며, 구동 신호, 예를 들어, 인가되는 전압, 에 따라 상기한 반사면의 형상이 가변될 수 있다. 하나의 DM이 입사된 광의 파면을 복수 개의 형상 파면으로 재단할 수 있다. 이때, 입사된 광을 동일한 위상으로 변조시키는 DM의 일부 영역 각각이 셀이 될 수 있다. 한편, 제1 광 변조기(110)는 복수 개의 DM이 배열되고 하나의 DM이 입사된 광을 동일한 위상으로 변조시킬 수 있다. 이때, 각 DM이 셀이 될 수 있다.
한편, 제2 광 변조기(120)는 광 진행 경로 상에 배치되어 있으며, 제1 광 변조기(110)에서 변조된 광이 입사된다. 제2 광 변조기(120)는 입사된 광의 형상 파면을 공간 및 시간 중 적어도 하나를 기준으로 추가적으로 재단할 수 있다. 상기한 제2 광 변조기(120)는 LCoS(Liquid Crystal on Silicon) 및 DM(Deformable Mirror) 중 적어도 하나일 수 있다.
상기 제1 광 변조기(110)와 상기 제2 광 변조기(120)는, 광 진행 경로를 기준으로 일부 영역이 중첩되게 배치될 수 있다. 그리하여, 제1 광 변조기(110)에서 재단된 복수 개의 형상 파면 중 적어도 하나는 제2 광 변조기(120)를 통과하면서 다시 복수 개의 형상 파면으로 재단될 수 있다. 도 1에서는 변조기 어레이(100)가 제1 및 제2 광 변조기(120)를 포함한다고 기재되어 있으나, 이는 설명의 편의를 도모하기 위할 뿐이며 3 개 이상의 광 변조기가 포함될 수 있음은 물론이다.
도 2 내지 도 4는 제1 광 변조기(110)와 제2 광 변조기(120)간의 배열 관계를 예시적으로 도시한 도면이다. 설명의 편의를 도모하기 위해, 제1 광 변조기(110)의 셀 개수와 제2 광 변조기(120)의 셀 개수는 동일한 것으로 한다. 그러나, 이는 설명의 편의를 도모하기 위할 뿐 이에 한정되지 않는다. 제1 광 변조기(110)의 셀과 제2 광 변조기(120)의 셀에 대한 개수는 서로 상이할 수 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 제1 광 변조기(110)는 네 개의 셀(a11, a12, a21, a22)를 포함할 수 있다. 그리고, 이웃하는 셀들은 입사된 광의 파면을 서로 다른 위상을 갖는 복수 개의 형상 파면으로 변조시킨다. 그리하여, 제1 광 변조기(110)에서 입사된 광의 파면은 서로 다른 4 개의 형상 파면으로 변조되어 출력될 수 있다.
한편, 제2 광 변조기(120)는 제1 광 변조기(110)를 기준으로 하방향에 배치될 수 있다. 제1 광 변조기(110)의 제1 및 제2 셀(a11, a12)은 제2 광 변조기(120)의 제1 및 제2 셀(b11, b12)과 일부 영역이 중첩되고, 제1 광 변조기(110)의 제3 및 제4 셀(a21, a22) 각각은 제2 광 변조기(120)의 제1 및 제3 셀(b11, b21), 제2 및 제4 셀(b12, b22)의 일부 영역과 중첩될 수 있다. 상기와 같은 제1 광 변조기(110)와 제2 광 변조기(120)의 위치 배열로 변조기 어레이에 입사되는 광의 파면은 다음과 같은 형상 파면으로 출사된다.
구체적으로, 제1 광 변조기(110)의 제1 셀(a11)에 의해 변조된 광의 형상 파면 중 일부는 제2 광 변조기(120)의 제1 셀(b11)에 의해 변조된다. 그리하여, 변조기 어레이(100) 중 제1 광 변조기(110)의 제1 셀(a11)에 입사된 광은 위상이 다른 두 개의 형상 파면으로 출력될 수 있다. 즉, 변조기 어레이 중 제1 광 변조기(110)의 제1 셀(a11)에 입사된 광은 제1 셀(a11)과 제1 중첩셀(c11)에 의해 위상이 서로 다른 두 개의 형상 파면으로 변조되어 출력된다. 여기서 중첩셀이라 함은 제1 광 변조기(110)의 셀과 제2 광 변조기(120)의 셀이 중첩된 영역으로서 광은 제1 광 변조기(110)에 의해서도 변조되고 제2 광 변조기(120)에 의해서도 변조된다.
제1 광 변조기(110)의 제2 셀(a12)에 의해 변조된 광의 형상 파면 중 일부는 제2 광 변조기(120)의 제2 셀(b12)에 의해 변조된다. 그리하여, 변조기 어레이(100) 중 제1 광 변조기(110)의 제2 셀(a12)에 입사된 광은 제1 셀(a12)과 제1 중첩셀(c12)에 의해 위상이 서로 다른 두 개의 형상 파면으로 변조되어 출력된다.
마찬가지로, 제1 광 변조기(110)의 제3 셀(a21)에 의해 변조된 광의 형상 파면은 제2 광 변조기(120)의 제1 셀(b11) 및 제3 셀(b11, b21)에 의해 변조되어 위상이 서로 다른 두 개의 형상 파면으로 출력되기 때문에 제1 광 변조기(110)의 제3 셀(a21)에 입사된 광은 제3 및 제5 중첩셀(c21, c31)에 의해 위상이 서로 다른 두 개의 형상으로 변조된 결과를 초래한다. 제2 광 변조기(120)의 제4 셀(b22)에 의해 변조된 광의 형상 파면도 제2 광 변조기(120)의 제2 셀(b12) 및 제4 셀(b22)에 의해 변조되어 위상이 서로 다른 두 개의 형상 파면으로 출력된다. 즉, 제1 광 변조기(110)의 제4 셀(a22)에 입사된 광은 제4 및 제6 중첩셀(c22, c32)에 의해 위상이 서로 다른 두 개의 형상으로 변조된 결과와 동일하다. 뿐만 아니라, 제1 광 변조기(110)를 통과하지 않았지만, 제2 광 변조기(120)의 제3 및 제4 셀(b21, b22)을 통과한 광도 있을 수 있다. 제2 광 변조기(120)의 제3 및 제4 셀(b21, b22)을 통과한 광 각각은 위상 변조되어 출력된다. 그리하여, 제1 및 제2 광변조기를 통과한 광은 제1 광 변조기(110)와 제2 광 변조기(120)간의 중첩된 영역에서 6개의 형상 파면을 갖는 광으로 출력되게 된다. 결국, 각 광 변조기는 네 개의 셀을 포함하고 있지만, 광 변조기를 중첩되게 배치시키면 8개의 셀로 광을 변조시키는 결과를 얻을 수 있다.
한편, 제1 광 변조기(110)와 제2 광 변조기(120)는 광 진행 경로를 기준으로 좌우 방향으로 어긋나게 배치되어 일부 영역이 중첩될 수 있다. 예를 들어, 도 3에 도시된 바와 같이, 제1 광 변조기(110)에 입사된 광의 파면은 서로 다른 4 개의 형상 파면으로 변조되어 출력된다. 그리고, 제2 광 변조기(120)는 제1 광 변조기(110)를 기준으로 우측방향으로 어긋나게 배치되어 있다. 제1 광 변조기(110)의 제1 및 제3 셀(a11, a21)은 제2 광 변조기(120)의 제1 및 제3 셀(b11, b21)과 일부 영역이 중첩되고, 제1 광 변조기(110)의 제2 및 제4 셀(a12, a22) 각각은 제2 광 변조기(120)의 제1 및 제2 셀(b11, b12), 제3 및 제4 셀(b21, b22)의 일부 영역과 중첩될 수 있다. 상기와 같은 제1 광 변조기(110)와 제2 광 변조기(120)의 위치 배열로 변조기 어레이(100)에 입사되는 광의 파면은 다음과 같이 변조될 수 있다
구체적으로, 제1 광 변조기(110)의 제1 셀(a11)에 의해 변조된 광의 파면 중 일부는 제2 광 변조기(120)의 제1 셀(b11)에 의해 변조되고, 제1 광 변조기(110)의 제3 셀(a21)에 의해 변조된 광의 파면 중 일부는 제2 광 변조기(120)의 제3 셀(b21)에 의해 변조된다. 즉, 변조기 어레이(100) 중 제1 광 변조기(110)의 제1 셀(a11)에 입사된 광은 제1 셀(a11) 및 제1 중첩셀(d11)에 의해 변조되고, 제1 광 변조기(110)의 제3 셀(a21)에 입사된 광은 제1 셀(a21) 및 제4 중첩셀(d31)에 의해 변조된 결과와 동일하다.
그리고, 제1 광 변조기(110)의 제2 셀(a12)에 의해 변조된 광의 형상 파면은 제2 광 변조기(120)의 제1 셀(b11) 및 제2 셀(b12)에 의해 변조되어 위상이 서로 다른 두 개의 형상 파면으로 출력되고, 제2 광 변조기(120)의 제4 셀(b22)에 의해 변조된 광의 형상 파면도 제2 광 변조기(120)의 제3 셀(b21) 및 제4 셀(b22)에 의해 변조되어 위상이 서로 다른 두 개의 형상 파면으로 출력된다. 즉, 변조기 어레이(100) 중 제1 광 변조기(110)의 제2 셀(a12)에 입사된 광은 제2 중첩셀(d12)및 제3 중첩셀(d13)에 의해 변조되고, 제1 광 변조기(110)의 제4 셀(a23)에 입사된 광은 제5 중첩셀(d22) 및 제5 중첩셀(d23)에 의해 변조된 결과와 동일하다.
그리하여, 제1 및 제2 광변조기를 통과한 광은 제1 광 변조기(110)와 제2 광 변조기(120)간의 중첩된 영역에서 6개의 형상 파면을 갖는 광으로 출력되게 된다.
한편, 제1 광 변조기(110)와 제2 광 변조기(120)는 광 진행 경로를 기준으로 대각선 방향으로 어긋나게 배치되어 일부 영역이 중첩될 수 있다. 예를 들어, 도 4에 도시된 바와 같이, 제2 광 변조기(120)는 제1 광 변조기(110)를 기준으로 우측 상방향으로 어긋나게 배치되어 있다. 제1 광 변조기(110)의 제1 셀(a11)과 제2 광 변조기(120)의 제1 셀(b11)의 중첩에 의해 변조기 어레이(100)는 제1 중첩셀을 형성하고, 제1 광 변조기(110)의 제1 셀(a11)과 제2 광 변조기(120)의 제3 셀(b21)의 중첩에 의해 변조기 어레이(100)는 제4 중첩셀(e21)을 형성할 수 있다. 또한, 제1 광 변조기(110)의 제2 셀(a12)이 제2 광 변조기(120)의 제1 내지 제4 셀(b11, b12, b21, b22)에 중첩에 의해 변조기 어레이(100)은 제2, 3, 5 및 6 중첩셀(e12, e13, e22, e23)을 형성할 수 있다. 그리고, 제1 광 변조기(110)의 제3 셀(a21)이 제2 광 변조기(120)의 제3 셀(b21)에 중첩에 의해 변조기 어레이(100)은 제7 중첩셀(e31)을 형성할 수 있고, 제1 광 변조기(110)의 제4 셀(a22)이 제2 광 변조기(120)의 제3 및 제4 셀(b21, b22)에 중첩에 의해 변조기 어레이(100)은 제8 및 9 중첩셀(e32, e33)을 형성할 수 있다.
그리하여, 변조기 어레이(100)를 통과한 광은 제1 광 변조기(110)와 제2 광 변조기(120)간의 중첩된 영역에서 9개의 형상 파면을 갖는 광으로 출력되게 된다.
도 5 및 도 6은 다른 실시예에 따른 복수 개의 광 변조기간의 중첩 관계를 설명하는 예시적인 도면이다. 도 5에 도시된 바와 같이, 제1 광 변조기(110)의 셀 배열(a11, a21)이 제2 광 변조기(120)의 셀 배열(b11, b12)이 서로 상이할 수 있다. 그리하여, 제1 광 변조기(110)와 제2 광 변조기(120)의 중첩에 의해 변조기 어레이는 4 개의 중첩셀(f11, f12, f21, f22)을 형성하게 된다. 그 결과 제1 광 변조기(110)는 광의 파면을 복수 개의 형상 파면으로 재단(shape)할 수 있고, 제2 광 변조기(120)는 제1 광 변조기(110)에서 재단된 복수 개의 형상 파면 중 적어도 하나를 다시 복수 개의 형상 파면으로 재단할 수 있다. 또는 도 6에 도시된 바와 같이, 제1 광 변조기(110)의 셀의 개수(a11, a12)와 제2 광 변조기(120)의 셀의 개수(b11 내지 b12)가 서로 상이할 수 있다. 그리하여, 제1 광 변조기(110)와 제2 광 변조기(120)의 중첩에 의해 변조기 어레이는 8 개의 중첩셀(g11 내지 g24)을 형성하게 된다. 그리하여, 제1 광 변조기(110)는 광의 파면을 복수 개의 형상 파면으로 재단할 수 있고, 제2 광 변조기(120)는 제1 광 변조기(110)에서 재단된 복수 개의 형상 파면 중 적어도 하나를 다시 복수 개의 형상 파면으로 재단할 수 있다.
이와 같이, 복수 개의 광 변조기를 광 진행 경로를 기준으로 배열시킴에 있어서, 제1 광 변조기(110)의 하나의 셀을 제2 광 변조기(120)의 복수 개의 셀과 중첩되게 배치시키면 변조기 어레이를 통과한 광은 보다 많은 형상 파면을 갖는 광으로 변조될 수 있다. 그리하여 변조기 어레이(100)는 변조의 공간 해상도를 증가시킬 수 있다. 변조의 공간 해상도가 증가하면, 상기한 광 변조기를 통해 변조된 광은 광 진행 방향으로의 에너지 효율을 증가시킬 수 있고, 에너지 효율이 증가함에 따라 투과 깊이를 높일 수 있다.
또한, 변조기 어레이(100)는 변조의 시간 해상도를 증가시킬 수도 있다. 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 시간 해상도를 증가시키는 방법을 설명하는 참조도면이다. 도 7에 도시된 바와 같이, 제1 광 변조기(110)와 제2 광 변조기(120)간의 구동 신호는 동기화되어 있을 수 있다. 다만, 제1 광 변조기(110)의 구동 신호와 제2 광 변조기(120)의 구동 신호는 주기는 동일하나, 위상이 다를 수 있다. 제1 광 변조기(110)의 구동 신호와 제2 광 변조기(120)의 구동 신호 간의 위상 차는 π(n*m)(여기서 n은 변조 장치내 광 변조기의 갯수, m은 자연수)일 수 있다. 제1 광 변조기(110)와 제2 광 변조기(120)간의 구동 신호의 위상이 다르기 때문에 변조기 어레이(100)에 입사된 광은 제1 광 변조기(110)의 구동 신호에 따라 복수 개의 형상 파면으로 재단되고, 상기한 복수 개의 형상 파면은 제2 광 변조기(120) 구동 신호에 따라 추가적으로 재단될 수 있다. 즉, 변조기 어레이(100)를 통과한 광은 제1 광 변조기(110)의 구동 신호와 제2 광 변조기(120)의 구동 신호에 따라 복수 회 제어될 수 있다. 제 1 광 변조기의 구동 신호보다 빠른 시간 해상도를 가지는 검출부를 사용할 경우, 제 1광 변조기의 구동 주기 시간안에서 제2 광 변조기의 변조 결과를 확인 할 수 있다. 결국, 검출부의 관점에서 전체 광 변조는 제1 광 변조기의 주기보다 짧은 변조가 발생하는 효과를 얻을 수 있다.
앞서 기술한 변조기 어레이(100)는 광 간섭성을 이용하여 대상체에 대한 정보를 획득할 수 있는 의료 영상 기기에 적용될 수 있다. 변조기 어레이(100)의 공간 해상도는 광 진행 경로를 기준으로 광 변조기들간의 상대적인 위치 관계 또는 변조기 자체의 셀 배열에 의해 결정되고, 변조기 어레이(100)의 시간 해상도는 변조기들간의 거리 또는 변조기들의 구동 신호에 의해 결정될 수 있다. 그리하여, 의료 영상 기기는 필요에 따라 시간, 공간, 또는 시공간 해상도를 조절하면서 광을 변조시킬 수 있다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 의료 영상 기기를 도시한 블록도이다. 도 8을 참조하면, 의료 영상 기기(200)는 광 출력부(210), 변조기 어레이(220), 변조 제어부(230), 검출부(240), 신호 처리부(250)를 포함함다. 도 10에 도시된 의료 영상 기기(200)는 본 실시예와 관련된 구성요소들만이 도시되어 있다. 따라서, 도 8에 도시된 구성요소들 외에 다른 범용적인 구성요소들이 더 포함될 수 있음을 본 실시예와 관련된 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이해할 수 있다.
본 실시예에 따른 의료 영상 기기(200)는 광을 이용하여 대상체의 단층 영상을 획득하는 장치로서 광 간섭 단층 촬영 장치(OCT, Optical Coherence Tomography), 광 간섭 현미경(OCM, Optical Coherent Microscopy), 광학 현미경(optical microscope)등과 같이 광 간섭성을 기반하여 단층 영상을 획득할 수 있는 모든 광학 영상 장치를 포함한다.
광 출력부(210)는 대상체(10)에 입사되는 광들을 출력한다. 이때, 광 출력부(210)는 파장 가변 광(wavelength-swept light), 레이저(laser) 등을 출력할 수 있으나, 이에 한정하지 않는다. 광 출력부(210)에서 출력된 광들은 변조기 어레이(100)를 거쳐 대상체(10)에 입사된다.
변조기 어레이(220)는 광을 시간 또는 공간적으로 재단한다. 예를 들어, 변조기 어레이(220)는 광의 파면을 복수 개의 형상 파면으로 변조할 수도 있고, 변조 회수를 변경시킬 수 있다. 이때, 변조기 어레이(220)는 LCoS 또는 DM이 광 진행 경로 상에 배열되어 형성될 수 있다. 변조기 어레이(220)는 앞서 기술하였으므로, 구체적인 설명은 생략한다.
변조 제어부(230)는 변조기 어레이(220)내 광 변조기간의 거리, 상대적 위치 및 구동 신호 중 적어도 하나를 조절함으로써 광 변조를 제어할 수 있다. 예를 들어, 공간 해상도를 높이고자 할 때, 변조기들간의 상대적인 위치를 조절할 수 있다. 그리고, 시간 해상도를 높이고자 할 때에는 변조기들간의 거리 및 구동 신호 중 적어도 하나를 조절할 수 있다.
검출부(240)는 변조기 어레이(220)를 통과하여 대상체(10)에 입사된 광들에 의하여 획득되는 광을 검출한다. 이때, 대상체(10)에 입사된 광들에 의하여 획득되는 광들은 광들이 대상체(10)에 입사되면서 투과, 반사, 산란등의 현상에 의하여 획득되는 광들을 나타낸다. 예를 들면, 획득되는 광들은 대상체(10)에 입사된 광들에 의하여 획득된 응답 광과 참조 광 간의 간섭현상을 일으켜서 획득되는 광이 될 수 있다. 또 다른 예로, 획득되는 광들은 응답 광과 참조 광 각각의 이차 하모닉 신호들 간의 간섭현상을 일으켜서 획득되는 광들이 될 수 있다. 다만, 이에 한정되지 않는다.
신호 처리부(250)는 검출부의 검출 신호를 신호 처리하여 단층 영상을 생성한다. 예를 들면, 검출부(240)는 각 형상 파면에 대응하는 스펙트럼 신호를 검출하고, 신호 처리부(250)는 검출된 스펙트럼 신호를 신호 처리하여 단층 영상을 생성할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라 단층 영상 생성 장치(200)는 광 제어부(미도시)를 더 포함할 수 있다. 광 제어부(미도시)는 대상체(10)에서 광들을 포커싱하고자 하는 투과 깊이에 해당하는 관심 영역(ROI, Region of Interest)을 결정하고, 결정된 관심 영역에 광들이 포커싱되도록 광들을 제어한다. 광 제어부(미도시)는 대상체(10)에서 광들이 포커싱되는 투과 깊이가 서로 다른 복수의 관심 영역을 결정할 수 있다. 이에 따라, 광 제어부(미도시)는 복수의 관심 영역에 광들이 차례로 포커싱되도록 광들을 제어할 수도 있다.
도 9는 도 8에 도시된 의료 영상 기기의 일 실시예에 해당하는 광 간섭 단층 촬영 장치(Optical Coherence Tomography Apparatus)를 도시한 도면이다. 도 9를 참조하면, 광 간섭 단층 촬영 장치(300)는 광 출력부(310), 변조기 어레이(321), 변조 제어부(330), 검출부(340), 신호 처리부(350)를 포함하고, 간섭계(370) 및 광 프로브(380)를 더 포함할 수 있다. 도 10에서 광 출력부(210), 변조기 어레이(220), 변조 제어부(230), 검출부(240), 신호 처리부(250)와 관련하여 기재된 내용은 도 11에 도시된 광 출력부(310), 변조기 어레이(321), 변조 제어부(330), 검출부(340), 신호 처리부(350)에도 적용이 가능하므로, 이와 관련하여 중복된 설명은 생략한다.
광 출력부(310)는 출력된 광들은 간섭계(370)로 전달된다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 광 출력부(310)와 간섭계(370)의 사이에 변조기 어레이(321)가 위치할 수 있다. 이에 따라, 변조기 어레이(321)에 의해 위상이 변조된 광이 간섭계(370)에 전달될 수 있다.
변조기 어레이(321)는 광 변조기들간의 상대적인 위치 관계, 광 변조기들간의 거리 및 광 변조기들의 구동 신호에 따라 광의 위상을 변조시킨다. 광 간섭 단층 촬영 장치(300)의 변조기 어레이(321)는 광 출력부(310)로부터 방출된 광, 측정 광 또는 참조 광 중의 어느 하나의 위상을 변조시킬 수 있다. 도 11를 참조하면, 광 간섭 단층 촬영 장치(300)의 변조기 어레이(321)는 광 출력부(310)와 간섭계(370)의 사이가 아닌 광 출력부(310)와 간섭계(370) 사이, 간섭계(370)의 기준 미러(374)와 빔 스플리터(372) 사이, 빔 스플리터(372)에서 분리된 측정 광이 입사되는 프로브(380)측의 위치 중 어느 하나에 위치할 수도 있다.
변조 제어부(330)는 설정된 해상도에 따라 변조기 어레이(321) 내 광 변조기들의 상대적인 위치 관계, 광 변조기들간의 거리, 구동 신호의 지연 등을 조절할 수 있다. 해상도는 광 간섭 단층 촬영 장치를 이용하는 사용자에 의해 설정될 수도 있고, 대상체의 종류에 따라 자동으로 설정될 수도 있다.
간섭계(370)는 광 출력부(310)로부터 출력된 광들을 측정 광 및 참조 광으로 분리하고, 측정 광을 대상체(10)에 조사하고, 측정 광이 대상체(10)에서 반사되어 돌아온 응답 광을 수신한다.
간섭계(370)는 빔 스플리터(beam splitter)(372) 및 기준 미러(374)를 포함할 수 있다. 광 출력부(310)로부터 전달된 광들은 빔 스플리터(372)에서 측정 광 및 참조 광으로 분리된다. 빔 스플리터(372)에서 분리된 광들 중에서 측정 광은 광 프로브(380)에 전달되고, 참조 광은 기준 미러(384)로 전달되어 반사된 후 다시 빔 스프리터(382)로 돌아온다. 한편, 광 프로브(380)로 전달된 측정 광은 광 프로브(380)를 통해 내부의 단층 영상을 촬영하고자 하는 대상체(10)에 조사되고, 조사된 측정 광이 대상체(10)에서 반사된 응답 광은 광 프로브(380)를 통해 간섭계(370)의 빔 스플리터(372)로 전달된다. 전달된 응답 광과 기준 미러(374)에서 반사된 참조 광은 빔 스플리터(372)에서 간섭을 일으킨다.
광 프로브(380)는 콜리메이터(collimator) 렌즈(382), 갈바노 스캐너(galvano scanner)(384) 및 렌즈(386)를 포함할 수 있다. 여기서 갈바노 스캐너(384)는 일정한 축을 중심으로 일정 반경 회전이 가능한 미러(mirror)로서 MEMS(Micro Electro Mechanical System)로부터 회전에 필요한 구동력을 얻는 MEMS 스캐너로 구현될 수 있다. 간섭계(570)로부터 전달된 측정광은 광 프로브(380)의 콜리메이터 렌즈(382)를 통과하며 시준되고, 갈바노 스캐너(384)에서 반사됨으로써 진행 방향이 조절되어 렌즈(386)를 통과한 후 대상체(10)에 조사될 수 있다.
이상, 의료 영상 기기의 설명에서는 OCT(optical coherence tomography)를 이용하는 구성을 예시하였지만, PAT(Photoacoustic tomography), OCM (optical coherence microscopy)을 이용하는 구조 등 다양한 의료 영상 기기에 전술한 변조기 어레이가 채용될 수도 있다. 이 경우, 대상체에서 발생하는 신호의 종류에 따라 알맞은 검출 센서를 수신부에 구비하게 되며, 적절한 영상 신호 처리 방법이 사용될 수 있다.
본 실시예와 관련된 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 상기된 기재의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 방법들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.
100 : 변조기 어레이
110: 제1 광 변조기
120: 제2 광 변조기

Claims (20)

  1. 광의 파면을 제1 복수 개의 형상 파면으로 재단(shaping)함으로써 광을 변조시키는 제1 광 변조기; 및
    상기 제1 복수 개의 형상 파면 중 적어도 하나를 제2 복수 개의 형상 파면으로 재단함으로써 상기 제1 광 변조기에서 출사된 광을 변조시키는 제2 광 변조기;를 포함하는 변조기 어레이.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 제2 복수 개의 형상 파면 중 이웃하는 형상 파면들의 경계는 불연속적인 다른 변조기 어레이.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 제1 광 변조기와 상기 제2 광 변조기는,
    광 진행 경로를 기준으로 일부 영역이 중첩되는 변조기 어레이.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 제1 광 변조기와 상기 제2 광 변조기는
    상기 광 진행 경로의 수직 방향을 기준으로 서로 어긋나게 배치된 변조기 어레이.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 제1 광 변조기와 상기 제2 광 변조기 중 적어도 하나는,
    입사된 광의 크기 및 위상 중 적어도 하나를 변조시키는 복수 개의 셀을 포함하는 변조기 어레이.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 복수 개의 셀은 광 진행 경로에 대해 수직하게 배열된 변조기 어레이.
  7. 제 5항에 있어서,
    상기 복수 개의 셀 중 이웃하는 셀은 서로 다른 위상으로 입사된 광을 변조시키는 변조기 어레이.
  8. 제 5항에 있어서,
    상기 제1 광 변조기에 포함된 적어도 하나의 셀은 상기 제2 광 변조기에 포함된 복수 개의 셀과 중첩되는 변조기 어레이.
  9. 제 1항에 있어서,
    상기 제1 광 변조기와 2 광 변조기 중 적어도 하나는,
    LCoS(Liquid Crystal on Silicon) 및 DM(Deformable Mirror) 중 적어도 하나를 포함하는 변조기 어레이.
  10. 제 1항에 있어서,
    상기 제1 광 변조기의 제1 구동 신호와 상기 제2 광 변조기의 제1 구동 신호는 동기화되어 있는 변조기 어레이.
  11. 제 10항에 있어서,
    상기 제1 구동 신호와 상기 제2 구동 신호는 주기는 동일하나 위상이 다른 변조기 어레이.
  12. 제 11항에 있어서,
    상기 제1 구동 신호와 상기 제2 구동 신호간의 위상차는,
    상기 제1 구동 신호의 주기보다 짧은 변조기 어레이.
  13. 제 1항 내지 제 12항 중 어느 한 항에 따른 변조기 어레이; 및
    상기 변조기 어레이 중 적어도 하나의 광 변조기의 위치 및 구동 신호 중 적어도 하나를 제어하여 상기 변조기 어레이를 통과한 광의 변조 해상도를 증가시키는 변조 제어부;를 포함하는 변조 장치.
  14. 제 13항에 있어서,
    상기 변조 제어부는,
    광 진행 경로를 기준으로 상기 변조기 어레이내 광 변조기들간의 중첩 정도를 제어하는 변조 장치.
  15. 제 14항에 있어서,
    상기 변조 제어부는,
    제1 광 변조기내 하나의 셀이 상기 제2 변조기내 복수 개의 셀과 중첩되도록 상기 제1 광 변조기 및 제2 광 변조기 중 적어도 하나의 제어하는 변조 장치.
  16. 제 14항에 있어서,
    상기 변조 제어부는,
    상기 제1 광 변조기와 상기 제2 광 변조기 중 적어도 하나를 상기 광 진행 경로의 수직 방향으로 이동시키는 변조 장치.
  17. 제 13항에 있어서,
    상기 변조 제어부는,
    상기 제1 광 변조기의 제1 구동 신호와 상기 제2 광 변조기의 제2 구동 신호간의 위상차를 제어하는 변조 장치.
  18. 제 17항에 있어서,
    상기 위상차는,
    상기 제1 구동 신호의 주기보다 짧은 변조기 장치.
  19. 광원;
    상기 광원에서 출력된 광을 변조시키는 제 1항 내지 제 15항 중 어느 한 항에 따른 변조기 어레이; 및
    체강내에 삽입 가능하며, 상기 변조기 어레이에서 출사된 광을 체강내 대상체에 조사하는 프로브;를 포함하는 의료 영상 기기.
  20. 제 19항에 있어서,
    상기 변조기 어레이에서 출사된 광을 측정광과 참조광으로 분리하여 상기 측정광을 상기 프로브에 전달하고, 상기 측정광에 대응하는 응답광을 광 프로브로부터 수신하여 상기 참조광과 간섭시키는 광 간섭계;를 더 포함하고,
    상기 의료 영상 기기는 OCT(optical coherence tomography) 기술이 적용되는 의료기기.
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