KR20150107024A - Optical fiber scanner including a resonance frequency modulation unit - Google Patents

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KR20150107024A
KR20150107024A KR1020140029301A KR20140029301A KR20150107024A KR 20150107024 A KR20150107024 A KR 20150107024A KR 1020140029301 A KR1020140029301 A KR 1020140029301A KR 20140029301 A KR20140029301 A KR 20140029301A KR 20150107024 A KR20150107024 A KR 20150107024A
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optical fiber
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박현철
서영현
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Abstract

The present invention relates to an optical fiber scanner including a resonance frequency alteration means including: a driver (100) for applying a driving force to an optical fiber (200); the optical fiber (200) installed on the end part of the driver (100) in the form of a cantilever; a mass (300) installed on the end part of the optical fiber (200); and the resonance frequency alteration means (400) including a first auxiliary structure (410) installed on the optical fiber (200) to differently alter the driving force applied to the optical fiber (200) to the X and Y directions individually so as to have a resonance frequency of the optical fiber (200) divided into the X direction and the Y direction differently.

Description

공진 주파수 변조 수단을 포함하는 광섬유 스캐너{Optical fiber scanner including a resonance frequency modulation unit}[0001] The present invention relates to an optical fiber scanner including a resonance frequency modulation unit,

본 발명은 광학주사영상을 얻기 위한 공진 주파수 변조 수단을 포함하는 광섬유 스캐너에 관한 것이다.
The present invention relates to an optical fiber scanner including a resonance frequency modulating means for obtaining an optical scanning image.

공진 주파수 변조 수단을 포함하는 광섬유 스캐너란, 광섬유를 사용하여 외부 영상을 획득하기 위한 장비로서, 촬영대상에 접근 및 조작이 용이하여 다양한 산업분야에 적용된다. 특히, 장비의 소형화가 용이하여, 의료용 스캐너 및 내시경의 스캐너로 그 활용도가 높다.
An optical fiber scanner including a resonance frequency modulating means is an apparatus for acquiring an external image using an optical fiber and is applicable to various industrial fields because it is easy to access and manipulate an object to be imaged. Particularly, since it is easy to miniaturize the equipment, it is highly utilized as a medical scanner and an endoscope scanner.

도 1은 종래의 광섬유 스캐너를 나타낸 개략도이다.1 is a schematic view showing a conventional optical fiber scanner.

도 1에 도시된 바와 같이, 종래의 광섬유 스캐너는 광섬유(10)의 일단에 광섬유(10)를 진동시키는 구동수단(20)을 구비하고, 광섬유의 타단에 광을 집속시키는 렌즈(30), 상기 광섬유(10), 구동수단(20), 렌즈(30)가 내부에 구비되는 하우징(40)을 포함하여 구성된다. 여기에서 구동수단(20)은, 마이크로 모터, 구동기(Piezoelectric), CMOS-MEMS 미러, MEMS 미러가 사용될 수 있다.1, a conventional optical fiber scanner includes a driving unit 20 for vibrating an optical fiber 10 at one end of an optical fiber 10, a lens 30 for focusing light at the other end of the optical fiber, And a housing 40 in which an optical fiber 10, a driving means 20, and a lens 30 are provided. Here, as the driving means 20, a micromotor, a Piezoelectric, a CMOS-MEMS mirror, and a MEMS mirror may be used.

종래기술은 구동수단이 초소형(반경 2mm 이하)으로 구성될 경우, 구동수단의 구동변위가 미세하기 때문에 광섬유의 스캐닝변위가 소정 범위로 한정되어, 구동수단을 광섬유의 공진주파수로 구동하여 광섬유의 스캐닝변위를 확장하는 방법이 사용되었다. 이 때, 구동수단을 광섬유의 공진주파수로 구동할 경우, 광섬유의 공진현상에 의해 광섬유의 스캐닝변위가 확장된다.In the prior art, when the driving means is of a very small size (radius of 2 mm or less), the driving displacement of the driving means is minute, so that the scanning displacement of the optical fiber is limited to a predetermined range and the driving means is driven with the resonance frequency of the optical fiber, A method of extending the displacement was used. At this time, when the driving means is driven by the resonance frequency of the optical fiber, the scanning displacement of the optical fiber is expanded by the resonance phenomenon of the optical fiber.

이때, 광섬유의 공진주파수는 하기 수학식 1과 같다.At this time, the resonance frequency of the optical fiber is represented by the following equation (1).

(수학식 1)(1)

Figure pat00001
Figure pat00001

단,

Figure pat00002
는 광섬유의 공진주파수,
Figure pat00003
는 광섬유의 진동 상수(Fiber Mode constant),
Figure pat00004
는 광섬유의 영률(Fiber Young's Modulus),
Figure pat00005
은 광섬유의 반경(Fiber radius),
Figure pat00006
는 광섬유의 밀도(Fiber Density),
Figure pat00007
은 광섬유의 X방향 폭(Fiber Length).only,
Figure pat00002
Is the resonance frequency of the optical fiber,
Figure pat00003
Is a fiber mode constant of the optical fiber,
Figure pat00004
The Young's modulus of the optical fiber (Fiber Young's Modulus)
Figure pat00005
(Fiber radius) of the optical fiber,
Figure pat00006
The fiber density of the optical fiber,
Figure pat00007
Is the fiber width in the X direction of the optical fiber.

한편, 광섬유의 스캐닝 속도(공진주파수)는 광섬유를 투과한 광을 검출하는 디텍터의 검출속도(검출 최대 주파수)와 일치해야 한다. 이는 광섬유의 스캐닝 속도가 디텍터의 검출속도보다 빠를 경우, 디텍터가 광섬유를 투과한 광을 정밀하게 검출할 수 없기 때문이다.On the other hand, the scanning speed (resonance frequency) of the optical fiber must coincide with the detection speed (detection maximum frequency) of the detector that detects the light transmitted through the optical fiber. This is because, when the scanning speed of the optical fiber is faster than the detection speed of the detector, the detector can not accurately detect the light transmitted through the optical fiber.

도 2는 광섬유의 X방향 길이에 따른 공진주파수를 나타낸 그래프, 도 3은 광학주사영상의 일 예인 OCT 시스템에서 디텍터의 검출속도(검출 최대 주파수)를 나타낸 연산식 순서도이다. 이 때, 도 2에 도시된 그래프의 X축이 광섬유의 X방향 폭, Y축이 광섬유의 공진주파수이며, 도 3에 도시된

Figure pat00008
가 OCT 시스템에서 디텍터의 검출속도(검출 최대 주파수)이다. 여기에서 X방향이란 수평방향을 의미하고, Y방향은 상하방향을 의미한다.FIG. 2 is a graph showing the resonance frequency according to the length of the optical fiber in the X direction, and FIG. 3 is a calculation formula showing the detection speed (maximum detection frequency) of the detector in the OCT system, which is an example of an optical scanning image. In this case, the X-axis of the graph shown in Fig. 2 is the width of the optical fiber in the X-direction, and the Y-axis is the resonance frequency of the optical fiber.
Figure pat00008
Is the detection speed (detection maximum frequency) of the detector in the OCT system. Here, the X direction means a horizontal direction, and the Y direction means a vertical direction.

도 2 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 종래의 OCT(Optical coherence tomography) 시스템에서 디텍터의 검출속도는 최대 1~200 kHz 이며, OCT 시스템의 측정속도가 60kHz/200 pixel이라고 가정할 때, 광섬유의 스캐닝 속도(공진 주파수)는 100H z이하여야 한다.As shown in FIGS. 2 to 3, assuming that the detection speed of the detector in the conventional OCT (optical coherence tomography) system is 1 to 200 kHz at maximum and the measurement speed of the OCT system is 60 kHz / 200 pixels, The scanning speed (resonance frequency) should be less than 100H z.

이 때, 광섬유가 100Hz 이하의 스캐닝 속도(공진주파수)를 갖기 위해서는 광섬유의 길이가 30mm 이상으로 매우 길어야 한다.In this case, in order for the optical fiber to have a scanning speed (resonance frequency) of 100 Hz or less, the length of the optical fiber must be 30 mm or longer.

이에 따라, 광섬유의 단부에 별도의 질량체를 설치하여 광섬유의 유효질량을 증가시키는 방법이 제안되었다.Accordingly, a method of increasing the effective mass of the optical fiber by disposing a separate mass at the end of the optical fiber has been proposed.

그러나 종래기술은 광섬유와 질량체가 모두 X방향 및 Y방향으로 대칭되는 원형으로 형성됨으로써, 광섬유의 X방향 공진주파수와 Y방향 공진주파수가 모두 동일하여 광섬유의 2차원 구동패턴이 원형 스캐닝만 가능하여, 광섬유가 진폭 변조를 사용한 나선 스캐닝만 가능하다는 문제점이 있다.However, in the prior art, since the optical fiber and the mass are both formed in a circle symmetrical in the X direction and the Y direction, the two-dimensional driving pattern of the optical fiber can be circularly scanned only because the X direction resonance frequency and the Y direction resonance frequency of the optical fiber are all the same, There is a problem that the optical fiber can only perform spiral scanning using amplitude modulation.

또한, 종래기술은 구동수단에 결합된 광섬유의 편심으로 인해, 광섬유에 X방향으로 구동력을 가하면 Y방향 구동력이 발생하거나 Y방향으로 구동력을 가하면 X방향 구동력이 발생하는 교차 결합(Cross-coupling) 현상이 발생하는 문제점이 있다.In addition, in the related art, due to the eccentricity of the optical fiber coupled to the driving means, when a driving force in the X direction is applied to the optical fiber, a driving force in the Y direction is generated, or when a driving force is applied in the Y direction, a cross- There is a problem that this occurs.

도 4는 종래의 광섬유 스캐너의 공진 주파수 상에서 구동하는 광섬유의 스캔 패턴을 나타낸 개략이다.4 is a schematic view showing a scan pattern of an optical fiber driven on a resonance frequency of a conventional optical fiber scanner.

도 4에 도시된 바와 같이, 종래의 광섬유 스캐너는 광섬유에 X방향 구동력을 가하면 Y방향 구동력이 발생하거나 광섬유에 Y방향 구동력을 가하면 X방향 구동력이 발생하는 교차 결합 현상이 발생함으로써, 광섬유 스캐너의 스캐닝 이미징시 공진주파수의 X방향과 Y방향의 분해능이 저하되고 광섬유의 구동을 2차원으로 제어하기 어려운 문제점이 있다.As shown in FIG. 4, when the X-direction driving force is applied to the optical fiber and the Y-direction driving force is generated to the optical fiber, or when the Y-direction driving force is applied to the optical fiber, the X- The resolution in the X and Y directions of the resonance frequency is lowered at the time of imaging and it is difficult to control the driving of the optical fiber in two dimensions.

또한, 종래의 광섬유 스캐너는 광섬유에 X방향 구동력과 Y방향 구동력을 가하면 광섬유의 스캐닝 범위가 원으로 한정되는 문제점이 있다.In addition, if a conventional optical fiber scanner applies an X-direction driving force and a Y-direction driving force to an optical fiber, the scanning range of the optical fiber is limited to a circle.

따라서 상술한 문제점을 해결하기 위한 다양한 광섬유 스캐너의 개발이 필요한 실정이다.Therefore, it is necessary to develop various optical fiber scanners to solve the above-mentioned problems.

이와 관련된 기술로는 한국등록특허 제1262174호의 광섬유 프로브가 제시되어 있다.
An optical fiber probe of Korean Patent No. 1262174 is disclosed as a related technology.

한국등록특허 제1262174호 (2013.05.02)Korea Patent No. 1262174 (2013.05.02)

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 광섬유에 X방향으로 구동력을 가하면 Y방향 구동력이 발생하거나 Y방향으로 구동력을 가하면 X방향 구동력이 발생하는 교차 결합 현상이 발생하는 것을 방지할 수 있는 공진 주파수 변조 수단을 포함하는 광섬유 스캐너를 제공하기 위한 것이다.
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in order to solve the above-mentioned problems, and it is an object of the present invention to provide a method of driving an optical fiber in which a driving force in the Y direction is generated by applying a driving force in the X direction, And a resonance frequency modulating means capable of preventing the resonance frequency of the optical fiber scanner from being deteriorated.

본 발명에 따른 공진 주파수 변조 수단을 포함하는 광섬유 스캐너는 광섬유(200)에 구동력을 가하기 위한 구동기(100); 상기 구동기(100)의 단부에 외팔보 형태로 설치되는 광섬유(200); 상기 광섬유(200)의 단부에 설치되는 질량체(300); 및 상기 광섬유(200)에 가해지는 구동력을 각각 X방향과 Y방향으로 서로 다르게 변조하여 상기 광섬유(200)의 공진주파수가 각각 X방향과 Y방향으로 서로 다르게 분리되도록 상기 광섬유(200) 상에 설치되는 제1보조구조물(410)을 포함하는 공진 주파수 변조 수단(400);을 포함하는 것을 특징으로 한다.An optical fiber scanner including a resonance frequency modulating unit according to the present invention includes a driver 100 for applying a driving force to an optical fiber 200; An optical fiber 200 installed in an end portion of the driver 100 in a cantilever manner; A mass body 300 installed at an end of the optical fiber 200; And the driving force applied to the optical fiber 200 are modulated in different directions in the X direction and the Y direction so as to be installed on the optical fiber 200 so that the resonance frequencies of the optical fibers 200 are differently separated in the X direction and the Y direction, And a first auxiliary structure 410 connected to the first auxiliary structure 410.

또한, 상기 공진 주파수 변조 수단(400)은 상기 광섬유(200)와 제1보조구조물(410) 사이에 위치하여 상기 광섬유(200) 상에 설치되는 제2보조구조물(420)과, 상기 제1보조구조물(410)과 제2보조구조물(420)을 연결하는 연결부재(430)를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.The resonance frequency modulating means 400 includes a second auxiliary structure 420 disposed between the optical fiber 200 and the first auxiliary structure 410 and disposed on the optical fiber 200, And a connecting member 430 connecting the structure 410 and the second auxiliary structure 420 to each other.

또한, 상기 제1보조구조물(410) 및 제2보조구조물(420)은 모두 실리콘 재질로 이루어지는 것을 특징으로 한다.In addition, the first auxiliary structure 410 and the second auxiliary structure 420 are all made of a silicon material.

또한, 상기 제1보조구조물(410) 및 제2보조구조물(420)은 각각 상기 광섬유(200)가 관통되기 위한 제1관통홀(411) 및 제2관통홀(421)이 내부에 형성되는 것을 특징으로 한다.
The first auxiliary structure 410 and the second auxiliary structure 420 may have a first through hole 411 and a second through hole 421 formed therein for allowing the optical fiber 200 to pass therethrough, .

이에 따라, 본 발명에 따른 공진 주파수 변조 수단을 포함하는 광섬유 스캐너는 광섬유에 X방향으로 구동력을 가하면 Y방향 구동력이 발생하거나 Y방향으로 구동력을 가하면 X방향 구동력이 발생하는 교차 결합 현상이 발생하는 것을 방지할 수 있는 효과가 있다.Accordingly, the optical fiber scanner including the resonance frequency modulating means according to the present invention generates a driving force in the Y direction when the driving force is applied to the optical fiber in the X direction, or a cross-coupling phenomenon in which the driving force in the X direction occurs when the driving force is applied in the Y direction There is an effect that can be prevented.

특히, 본 발명에 따른 공진 주파수 변조 수단을 포함하는 광섬유 스캐너는 교차 결합 현상이 발생하는 것을 방지함으로써, 광섬유의 공진주파수가 각각 X방향과 Y방향으로 서로 다르게 분리되어 공진 주파수 변조 수단을 포함하는 광섬유 스캐너의 스캐닝 이미징시 공진주파수의 X방향과 Y방향의 분해능이 향상되고 광섬유의 구동을 2차원으로 제어할 수 있는 효과가 있다.
Particularly, the optical fiber scanner including the resonance frequency modulating means according to the present invention prevents the cross-coupling phenomenon from occurring, so that the resonance frequencies of the optical fibers are separated from each other in the X direction and the Y direction, The resolution in the X direction and the Y direction of the resonance frequency is improved in the scanning imaging of the scanner, and the driving of the optical fiber can be controlled in two dimensions.

도 1은 종래의 공진 주파수 변조 수단을 포함하는 광섬유 스캐너를 나타낸 개략도
도 2는 광섬유의 X방향 폭에 따른 공진주파수를 나타낸 그래프
도 3은 광학주사영상의 일 예인 OCT 시스템에서 디텍터의 검출속도(검출 최대 주파수)를 나타낸 연산식 순서도
도 4는 종래의 광섬유 스캐너의 공진 주파수 상에서 구동하는 광섬유의 스캔 패턴을 나타낸 개략도
도 5는 본 발명에 따른 공진 주파수 변조 수단을 포함하는 광섬유 스캐너를 나타낸 사시도
도 6은 본 발명에 따른 공진 주파수 변조 수단을 포함하는 광섬유 스캐너를 나타낸 분해사시도
도 7은 본 발명에 따른 공진 주파수 변조 수단을 포함하는 광섬유 스캐너의 공진 주파수 상에서 구동하는 광섬유의 스캔 패턴을 나타낸 개략도
도 8은 본 발명에 따른 공진 주파수 변조 수단을 포함하는 광섬유 스캐너의 실시예를 나타낸 사시도
도 9는 본 발명에 따른 공진 주파수 변조 수단을 포함하는 광섬유 스캐너의 실시예를 나타낸 분해사시도
도 10은 본 발명에 따른 공진 주파수 변조 수단을 포함하는 광섬유 스캐너의 다른 실시예를 나타낸 사시도
도 11은 본 발명에 따른 공진 주파수 변조 수단을 포함하는 광섬유 스캐너의 또 다른 실시예를 나타낸 사시도1 is a schematic view showing an optical fiber scanner including a conventional resonance frequency modulating means
2 is a graph showing the resonance frequency according to the width of the optical fiber in the X direction
FIG. 3 is a flowchart of an arithmetic expression showing the detection speed (maximum detection frequency) of a detector in an OCT system, which is an example of an optical scanning image.
4 is a schematic view showing a scan pattern of an optical fiber driven on a resonance frequency of a conventional optical fiber scanner
5 is a perspective view showing an optical fiber scanner including resonance frequency modulating means according to the present invention.
6 is an exploded perspective view showing an optical fiber scanner including the resonance frequency modulating means according to the present invention.
7 is a schematic view showing a scan pattern of an optical fiber driven on a resonance frequency of an optical fiber scanner including resonance frequency modulation means according to the present invention
8 is a perspective view showing an embodiment of the optical fiber scanner including the resonance frequency modulating means according to the present invention.
9 is an exploded perspective view showing an embodiment of the optical fiber scanner including the resonance frequency modulating means according to the present invention.
10 is a perspective view showing another embodiment of the optical fiber scanner including the resonance frequency modulating means according to the present invention.
11 is a perspective view showing another embodiment of the optical fiber scanner including the resonance frequency modulating means according to the present invention.

이하, 본 발명의 기술적 사상을 첨부된 도면을 사용하여 더욱 구체적으로 설명한다.Hereinafter, the technical idea of the present invention will be described more specifically with reference to the accompanying drawings.

첨부된 도면은 본 발명의 기술적 사상을 더욱 구체적으로 설명하기 위하여 도시한 일예에 불과하므로 본 발명의 기술적 사상이 첨부된 도면의 형태에 한정되는 것은 아니다.
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The accompanying drawings, which are included to provide a further understanding of the technical concept of the present invention, are incorporated in and constitute a part of the specification, and are not intended to limit the scope of the present invention.

본 발명은 광학주사영상을 얻기 위한 공진 주파수 변조 수단을 포함하는 광섬유 스캐너에 관한 것이다.The present invention relates to an optical fiber scanner including a resonance frequency modulating means for obtaining an optical scanning image.

본 발명의 방향표시에 있어서, 도면의 수평방향을 X방향, 도면의 상하방향을 Y방향으로 정의하기로 한다.
In the direction display of the present invention, the horizontal direction in the drawing is defined as X direction, and the vertical direction in the drawing is defined as Y direction.

도 5는 본 발명에 따른 공진 주파수 변조 수단을 포함하는 광섬유 스캐너를 나타낸 사시도, 도 6은 본 발명에 따른 공진 주파수 변조 수단을 포함하는 광섬유 스캐너를 나타낸 분해사시도이다.FIG. 5 is a perspective view showing an optical fiber scanner including a resonance frequency modulating unit according to the present invention, and FIG. 6 is an exploded perspective view showing an optical fiber scanner including a resonance frequency modulating unit according to the present invention.

도 5 내지 도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 공진 주파수 변조 수단을 포함하는 광섬유 스캐너는 구동기(100), 광섬유(200), 질량체(300), 공진 주파수 변조 수단(400)을 포함하여 구성된다.5 to 6, an optical fiber scanner including a resonance frequency modulating unit according to the present invention includes a driver 100, an optical fiber 200, a mass 300, and a resonance frequency modulating unit 400 .

상기 구동기(100)는 상기 광섬유(200)에 구동력을 가하기 위한 구성으로 측정용 시편(미도시)의 표면에 수직하게 이동하며, 상기 광섬유(200)에 X방향 구동력 및 Y방향 구동력을 가한다.The driving unit 100 moves perpendicularly to a surface of a test sample (not shown) for applying a driving force to the optical fiber 200 and applies an X-direction driving force and a Y-direction driving force to the optical fiber 200.

이 때, 상기 구동기(100)는 압전소자로 구성될 수 있으나, 본 발명은 이에 한정되지 아니한다.At this time, the driver 100 may be composed of piezoelectric elements, but the present invention is not limited thereto.

상기 광섬유(200)는 상기 구동기(100)의 단부에 외팔보 형태로 설치되어, 광을 출력한다.The optical fiber 200 is installed in the form of a cantilever at the end of the driver 100, and outputs light.

이 때, 상기 광섬유(200)는 상기 광섬유(200)에 연결되는 레이저조사기로부터 레이저를 전달받아서 레이저 광을 출력할 수 있다.At this time, the optical fiber 200 receives a laser from a laser irradiator connected to the optical fiber 200, and outputs laser light.

상기 질량체(300)는 상기 광섬유(200)의 단부에 설치되며, 상기 광섬유(200)의 유효질량을 증가시켜 상기 광섬유(200)의 스캐닝 속도(공진주파수)를 광섬유(200)를 투과한 광을 검출하는 디텍터의 검출속도(검출 최대 주파수)와 일치시키는 역할을 한다.The mass body 300 is installed at an end of the optical fiber 200 and increases the effective mass of the optical fiber 200 to increase the scanning speed (resonance frequency) of the optical fiber 200 to the light passing through the optical fiber 200 And coincides with the detection speed (detection maximum frequency) of the detector to be detected.

또한, 상기 질량체(300)는 상기 광섬유(200)의 유효질량을 증가시켜 상기 광섬유(200)의 Q-factor(주파수 특성 곡선)를 증가시켜 상기 광섬유(200)가 미세한 구동력에서도 높은 구동변위를 가지게 하는 역할을 한다.The mass body 300 increases the effective mass of the optical fiber 200 to increase the Q-factor (frequency characteristic curve) of the optical fiber 200 so that the optical fiber 200 has a high driving displacement even at a small driving force .

상기 질량체(300)는 상기 광섬유(200)의 단부가 관통되기 위한 스루홀이 더 형성될 수 있다.The mass body 300 may further include a through hole through which the end of the optical fiber 200 passes.

도면에는 상기 질량체(300)가 직육면체 형태로 형성된 실시예가 도시되었으나, 본 발명은 이에 한정되지 아니하며, 상기 질량체(300)는 구형 또는 다면체 형태로 형성될 수 있다.Although the mass body 300 is shown in the form of a rectangular parallelepiped, the present invention is not limited thereto. The mass body 300 may be formed in a spherical or polyhedral shape.

상기 공진 주파수 변조 수단(400)은 상기 광섬유(200)에 상기 구동기(100)를 통해 가해지는 구동력을 각각 X방향과 Y방향으로 서로 다르게 변조하여 상기 광섬유(200)의 공진주파수가 각각 X방향과 Y방향으로 서로 다르게 분리되도록 상기 광섬유(200) 상에 설치되는 제1보조구조물(410)을 포함하여 구성된다.The resonance frequency modulating means 400 modulates the driving force applied to the optical fiber 200 through the driver 100 in the X direction and the Y direction differently so that the resonance frequencies of the optical fibers 200 are different from each other in the X direction And a first auxiliary structure 410 provided on the optical fiber 200 to be separated from each other in the Y direction.

또한, 상기 제1보조구조물(410)은 상기 광섬유(200)의 강성도(stiffness)를 변조하여 상기 광섬유(200)의 Q-factor(주파수 특성 곡선) 변조를 할 수 있다.The first auxiliary structure 410 modulates the stiffness of the optical fiber 200 to modulate the Q-factor (frequency characteristic curve) of the optical fiber 200.

이 때, 상기 제1보조구조물(410)의 X방향 길이 또는 Y방향 길이를 조절하여 상기 광섬유(200)의 강성도를 변조할 수 있다.At this time, the stiffness of the optical fiber 200 can be modulated by adjusting the length of the first auxiliary structure 410 in the X direction or the Y direction.

상기 제1보조구조물(410)은 상기 광섬유(200)가 관통되기 위한 제1관통홀(411)이 내부에 형성될 수 있다.The first auxiliary structure 410 may have a first through hole 411 through which the optical fiber 200 passes.

도면에는 상기 제1보조구조물(410)이 직육면체 형태로 형성된 실시예가 도시되었으나, 본 발명은 이에 한정되지 아니하며, 상기 보조구조물은 구형 또는 다면체 형태로 형성될 수 있다.
Although the first auxiliary structure 410 is formed in a rectangular parallelepiped shape, the present invention is not limited thereto, and the auxiliary structure may be formed in a spherical or polyhedral shape.

도 7은 본 발명에 따른 공진 주파수 변조 수단을 포함하는 광섬유 스캐너의 공진 주파수 상에서 구동하는 광섬유의 스캔 패턴을 나타낸 개략도이다.7 is a schematic view showing a scan pattern of an optical fiber driven on a resonance frequency of an optical fiber scanner including a resonance frequency modulation unit according to the present invention.

도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 공진 주파수 변조 수단을 포함하는 광섬유 스캐너는 광섬유(200)에 X방향으로 구동력을 가하면 Y방향 구동력이 발생하거나 Y방향으로 구동력을 가하면 X방향 구동력이 발생하는 교차 결합 현상이 발생하지 않는 것을 확인할 수 있다.As shown in FIG. 7, the optical fiber scanner including the resonance frequency modulating means according to the present invention generates a driving force in the Y direction when the driving force is applied to the optical fiber 200 in the X direction, or a driving force in the X direction when the driving force is applied in the Y direction. It can be confirmed that the cross-coupling phenomenon does not occur.

또한, 본 발명에 따른 공진 주파수 변조 수단을 포함하는 광섬유 스캐너는 광섬유(200)에 X방향 구동력과 Y방향 구동력을 동시에 가하면 광섬유가 소정 영역 범위내에 있는 것을 전부 스캐닝하는 것을 확인할 수 있다.In addition, the optical fiber scanner including the resonance frequency modulating unit according to the present invention can confirm that the optical fiber 200 is scanned in the X-direction driving force and the Y-direction driving force at the same time.

이에 따라, 본 발명에 따른 공진 주파수 변조 수단을 포함하는 광섬유 스캐너는 광섬유(200)에 X방향으로 구동력을 가하면 Y방향 구동력이 발생하거나 Y방향으로 구동력을 가하면 X방향 구동력이 발생하는 교차 결합 현상이 발생하는 것을 방지할 수 있는 효과가 있다.Accordingly, the optical fiber scanner including the resonance frequency modulating unit according to the present invention is capable of generating a driving force in the Y direction when the driving force is applied to the optical fiber 200 in the X direction, or a driving force in the Y direction, There is an effect that it is possible to prevent occurrence.

특히, 본 발명에 따른 공진 주파수 변조 수단을 포함하는 광섬유 스캐너는 교차 결합 현상이 발생하는 것을 방지함으로써, 광섬유(200)의 공진주파수가 각각 X방향과 Y방향으로 서로 다르게 분리되어 공진 주파수 변조 수단을 포함하는 광섬유 스캐너의 스캐닝 이미징시 공진주파수의 X방향과 Y방향의 분해능이 향상되고 광섬유(200)의 구동을 2차원으로 제어할 수 있는 효과가 있다.
Particularly, the optical fiber scanner including the resonance frequency modulating means according to the present invention prevents the cross-coupling phenomenon from occurring, so that the resonance frequencies of the optical fibers 200 are separated from each other in the X direction and the Y direction, The resolution of the resonant frequency in the X and Y directions is improved and the driving of the optical fiber 200 can be controlled in two dimensions.

이하, 본 발명에 따른 공진 주파수 변조 수단을 포함하는 광섬유 스캐너의 다양한 실시예에 대해 설명하기로 한다.Hereinafter, various embodiments of the optical fiber scanner including the resonance frequency modulating means according to the present invention will be described.

<본 발명에 따른 공진 주파수 변조 수단을 포함하는 광섬유 스캐너-실시예>&Lt; Embodiment of optical fiber scanner including resonance frequency modulating means according to the present invention >

도 8은 본 발명에 따른 공진 주파수 변조 수단을 포함하는 광섬유 스캐너의 실시예를 나타낸 사시도, 도 9는 본 발명에 따른 공진 주파수 변조 수단을 포함하는 광섬유 스캐너의 실시예를 나타낸 분해사시도이다.FIG. 8 is a perspective view showing an embodiment of an optical fiber scanner including the resonance frequency modulating means according to the present invention, and FIG. 9 is an exploded perspective view showing an embodiment of the optical fiber scanner including the resonance frequency modulating means according to the present invention.

도 8 내지 도 9에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 공진 주파수 변조 수단을 포함하는 광섬유 스캐너의 실시예는 상기 공진 주파수 변조 수단(400)이 제2보조구조물(420)과 연결부재(430)를 더 포함하여 구성될 수 있다.8 to 9, the embodiment of the optical fiber scanner including the resonant frequency modulating means according to the present invention is characterized in that the resonant frequency modulating means 400 includes the second auxiliary structure 420 and the connecting member 430, As shown in FIG.

상기 제2보조구조물(420)은 상기 광섬유(200)와 제1보조구조물(410) 사이에 위치하여 상기 광섬유(200) 상에 설치된다.The second auxiliary structure 420 is disposed on the optical fiber 200 between the optical fiber 200 and the first auxiliary structure 410.

또한, 상기 제2보조물은 상기 광섬유(200)가 관통되기 위한 제2관통홀(421)을 더 포함하여 구성될 수 있다.In addition, the second auxiliary member may further include a second through hole 421 through which the optical fiber 200 passes.

상기 연결부재(430)는 상기 제1보조구조물(410)과 제2보조구조물(420)을 연결한다.The connecting member 430 connects the first auxiliary structure 410 and the second auxiliary structure 420.

이에 따라, 본 발명에 따른 공진 주파수 변조 수단을 포함하는 광섬유 스캐너의 실시예는 상기 제1보조구조물(410)과 제2보조구조물(420)의 사이 간격을 조절하거나 상기 제1보조구조물(410)과 제2보조구조물(420)의 X방향 길이를 조절하는 것으로 상기 광섬유(200)에 상기 구동기(100)를 통해 가해지는 구동력을 각각 X방향과 Y방향으로 서로 다르게 변조하여 상기 광섬유(200)의 공진주파수가 각각 X방향과 Y방향으로 서로 다르게 분리되게 할 수 있다.Accordingly, the embodiment of the optical fiber scanner including the resonance frequency modulating unit according to the present invention can adjust the gap between the first and second auxiliary structures 410 and 420 or adjust the gap between the first and second auxiliary structures 410 and 420, The driving force applied to the optical fiber 200 through the driving unit 100 is modulated in the X direction and the Y direction differently from each other to adjust the X direction length of the optical fiber 200, The resonance frequencies can be differentiated in the X direction and the Y direction, respectively.

즉, 상기 광섬유(200)의 공진주파수가 각각 X방향과 Y방향으로 서로 다르게 분리되는 방법을 좀 더 다양화할 수 있는 것이다.
That is, the method in which the resonance frequencies of the optical fibers 200 are separated from each other in the X direction and the Y direction can be further diversified.

또한, 상기 제1보조구조물(410) 및 제2보조구조물(420)은 모두 실리콘 재질로 이루어질 수 있다.The first auxiliary structure 410 and the second auxiliary structure 420 may be made of a silicon material.

이 때, 상기 제1보조구조물(410) 및 제2보조구조물(420)은 실리콘 웨이퍼에 DRIE(Deep Reactive Ion Etching) 공정 또는 MEMS 공정을 이용하여 대량으로 생산할 수 있다.At this time, the first auxiliary structure 410 and the second auxiliary structure 420 can be mass-produced using a deep reactive ion etching (DRIE) process or a MEMS process on a silicon wafer.

여기에서 DRIE 공정이란, 실리콘 웨이퍼 상에 상기 제1보조구조물(410) 및 제2보조구조물(420)의 형상에 대응하는 라인을 에칭으로 형성하고, 그 라인을 다이싱하는 것을 말한다.Here, the DRIE process refers to forming a line corresponding to the shapes of the first and second auxiliary structures 410 and 420 on the silicon wafer by etching and dicing the line.

또한, MEMS 공정이란, 증착과 식각 등의 과정을 반복하는 반도체 미세공정을 의미한다.In addition, the MEMS process refers to a semiconductor microprocessing in which deposition and etching processes are repeated.

한편, 상기 공진 주파수 변조 수단을 포함하는 광섬유 스캐너는 상기 질량체(300)가 상기 제1보조구조물(410) 및 제2보조구조물(420)보다 더 크게 형성될 수 있다.In the optical fiber scanner including the resonance frequency modulating unit, the mass body 300 may be formed to be larger than the first and second auxiliary structures 410 and 420.

이는 상기 질량체(300)가 상기 광섬유(200)의 유효질량을 증가시키기 위한 것으로, 비교적 크기가 형성되어야 하나, 상기 제1보조구조물(410) 및 제2보고구조물은 상기 광섬유(200)의 공진주파수를 조절하기 위한 것으로 상기 광섬유(200)의 유효질량에 최대한 영향을 주지 않지 않기 위한 것이다.
The first auxiliary structure 410 and the second reporting structure may have a relatively large size because the mass body 300 increases the effective mass of the optical fiber 200. However, So as not to affect the effective mass of the optical fiber 200 as much as possible.

한편, 상기 구동기(100)는 상기 광섬유(200)가 설치된 일면이 원형으로 형성될 수 있다.Meanwhile, the driver 100 may have a circular shape on one side where the optical fiber 200 is installed.

이는 상기 구동기(100)에서 발생한 구동력을 상기 광섬유(200)에 집중적으로 전달하기 위한 것이다.
This is for intensively transmitting the driving force generated in the driver 100 to the optical fiber 200.

도 10은 본 발명에 따른 공진 주파수 변조 수단을 포함하는 광섬유 스캐너의 다른 실시예를 나타낸 사시도이다.10 is a perspective view showing another embodiment of the optical fiber scanner including the resonance frequency modulating means according to the present invention.

도 10에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 공진 주파수 변조 수단을 포함하는 광섬유 스캐너의 다른 실시예는 상기 제1보조구조물(410)과 질량체(300)가 상기 제1보조구조물(410)과 질량체(300) 사이에 개재되어 결합되는 상기 연결부재(430)를 통해 서로 연결될 수 있다.10, another embodiment of the optical fiber scanner including the resonance frequency modulating means according to the present invention is characterized in that the first auxiliary structure 410 and the mass body 300 are connected to the first auxiliary structure 410 and the mass body 300, And the connecting member 430 interposed between and connected to the connecting member 300.

이에 따라, 본 발명에 따른 공진 주파수 변조 수단을 포함하는 광섬유 스캐너의 다른 실시예는 상기 제1보조구조물(410), 제2보조구조물(420), 질량체(300)가 서로 일체형으로 형성됨으로써, 상기 광섬유(200)에 간편하게 삽입할 수 있는 장점이 있다.Accordingly, in another embodiment of the optical fiber scanner including the resonance frequency modulating unit according to the present invention, the first auxiliary structure 410, the second auxiliary structure 420, and the mass body 300 are formed integrally with each other, So that it can be easily inserted into the optical fiber 200.

도 11은 본 발명에 따른 공진 주파수 변조 수단을 포함하는 광섬유 스캐너의 또 다른 실시예를 나타낸 사시도이다.11 is a perspective view showing still another embodiment of the optical fiber scanner including the resonance frequency modulating means according to the present invention.

도 11에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 공진 주파수 변조 수단을 포함하는 광섬유 스캐너의 또 다른 실시예는 상기 제2보조구조물(420)이 다수개로 구성되며, 상기 제2보조구조물(420)들이 상기 제2보조구조물(420)들 사이에 각각 개재되어 결합되는 상기 연결부재(430)를 통해 서로 연결될 수 있다.
11, another embodiment of the optical fiber scanner including the resonance frequency modulating means according to the present invention may include a plurality of the second auxiliary structures 420, and the second auxiliary structures 420 And may be connected to each other through the connecting member 430 interposed between the second auxiliary structures 420.

본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며, 적용범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이다.It will be understood by those skilled in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims.

100 : 구동기
200 : 광섬유
300 : 질량체
301 : 스루홀
400 : 공진 주파수 변조 수단
410 : 제1보조구조물
411 : 제1관통홀
420 : 제2보조구조물
421 : 제2관통홀
430 : 연결부재100:
200: Optical fiber
300: mass
301: Through hole
400: resonance frequency modulation means
410: first auxiliary structure
411: First through hole
420: second auxiliary structure
421: second through hole
430:

Claims (4)

광섬유(200)에 구동력을 가하기 위한 구동기(100);
상기 구동기(100)의 단부에 외팔보 형태로 설치되는 광섬유(200);
상기 광섬유(200)의 단부에 설치되는 질량체(300); 및
상기 광섬유(200)에 가해지는 구동력을 각각 X방향과 Y방향으로 서로 다르게 변조하여 상기 광섬유(200)의 공진주파수가 각각 X방향과 Y방향으로 서로 다르게 분리되도록 상기 광섬유(200) 상에 설치되는 제1보조구조물(410)을 포함하는 공진 주파수 변조 수단(400);을 포함하는 것을 특징으로 하는 공진 주파수 변조 수단을 포함하는 광섬유 스캐너.
A driver 100 for applying a driving force to the optical fiber 200;
An optical fiber 200 installed in an end portion of the driver 100 in a cantilever manner;
A mass body 300 installed at an end of the optical fiber 200; And
The driving force applied to the optical fiber 200 is differently modulated in the X direction and the Y direction so that the resonance frequencies of the optical fibers 200 are separated on the optical fibers 200 in the X and Y directions, And a resonant frequency modulating means (400) including a first auxiliary structure (410).
제1항에 있어서, 상기 공진 주파수 변조 수단(400)은
상기 광섬유(200)와 제1보조구조물(410) 사이에 위치하여 상기 광섬유(200) 상에 설치되는 제2보조구조물(420)과,
상기 제1보조구조물(410)과 제2보조구조물(420)을 연결하는 연결부재(430)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 공진 주파수 변조 수단을 포함하는 광섬유 스캐너.
2. The apparatus of claim 1, wherein the resonance frequency modulating means (400)
A second auxiliary structure 420 disposed between the optical fiber 200 and the first auxiliary structure 410 and disposed on the optical fiber 200,
Further comprising a coupling member (430) connecting the first auxiliary structure (410) and the second auxiliary structure (420) to each other.
제2항에 있어서, 상기 제1보조구조물(410) 및 제2보조구조물(420)은
모두 실리콘 재질로 이루어지는 것을 특징으로 하는 공진 주파수 변조 수단을 포함하는 광섬유 스캐너.
3. The method of claim 2, wherein the first and second auxiliary structures (410, 420)
Wherein the optical fiber scanner is made of a silicon material.
제2항에 있어서, 상기 제1보조구조물(410) 및 제2보조구조물(420)은
각각 상기 광섬유(200)가 관통되기 위한 제1관통홀(411) 및 제2관통홀(421)이 내부에 형성되는 것을 특징으로 하는 공진 주파수 변조 수단을 포함하는 광섬유 스캐너.3. The method of claim 2, wherein the first and second auxiliary structures (410, 420)
And a first through hole (411) and a second through hole (421) through which the optical fiber (200) passes, respectively, are formed inside the optical fiber scanner.
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