KR20160127703A - 검출용 프로브 및 프로브형 검출 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일 실시예와 관련된 검출용 프로브는 전자기파를 생성하는 광원과, 광원으로부터 입사되는 전자기파의 경로를 변경시키는 경로 변경부와, 경로 변경부에 의해 경로가 변경된 전자기파를 이용하여 피검물의 적어도 일부분에 베셀 빔이 형성되도록 하는 베셀 빔 형성부와, 상기 피검물로부터의 전자기파의 세기를 검출하는 검출부 및, 상기 광원, 상기 경로 변경부, 상기 베셀 빔 형성부 및 상기 검출부를 내부에 구비한 하우징을 포함한다.

Description

검출용 프로브 및 프로브형 검출 장치{DETECTION PROBE AND PROBE-TYPE DETECTION APPARATUS}
본 발명은 전자기파를 이용한 비파괴적인 방법으로, 높은 검출 분해능과 긴 초점 심도를 이용하여 검출 대상 물질을 회전하면서 검출할 수 있는 검출용 프로브 및 프로브형 검출 장치에 관한 것이다.
비파괴적인 방법으로 물체나 물질을 검사하기 위해서는 영상학적인 방법이 주로 활용되는데, 크게 연속출력 광원을 이용한 영상 검출법과 분광학적인 방법을 이용한 영상 검출법의 두 가지 방법이 주류를 이룬다. 이러한 방법들은, 각각 장단점을 갖고 있으나, 투과 이미지와 같이 상대적으로 고출력을 요구하는 분야에서는 연속출력 광원을 이용한 영상 검출법이 보다 널리 이용되고 있다.
일반적으로, 분해능이 개선되면 상대적으로 초점 심도(Depth Of Focus; DOF)가 감소하는 문제로 인해, 종래 기술들은 여전히 한계점을 갖고 있다.
특히, 분해능이 높은 광학계의 경우 초점 심도가 짧기 때문에 일정한 부피를 가진 물체의 경우 내부 구조를 비파괴적인 방법으로 검사하기 위해서는 초점이 맺히는 점을 피검물 내에서 깊이 방향으로도 스캐닝을 해야 하는 번거로움이 있다. 이러한 문제는 투영된 흡수 이미지를 바탕으로 3차원 CT(Computerized Tomography)를 만드는 경우 더 많은 시간이 소요되고, 이러한 깊이 방향의 스캐닝을 생략하게 되면 정확도가 크게 떨어지는 투영 영상이 만들어져 영상의 품질이 떨어지는 문제가 있다.
또한, 검출 분해능은 렌즈가 갖는 초점 거리가 짧을수록 높아지는데, 이처럼 분해능을 개선하기 위해서는 피검물과 렌즈 사이의 거리가 매우 가까워야 하는 문제가 있다. 따라서, 이 경우 동작 거리(working distance)가 많이 제한되는 문제가 있다.
한편, 실시간으로 Focal Plane에서 영상을 획득하기 위해서는 종래의 방법으로, Focal Plane Array Detector를 직접 사용하여 영상을 획득하거나 Linear array detector 혹은 단일 검출기(single point detector)와 스캐닝 수단을 결합하여 영상을 획득하는 방법이 잘 알려져 있다.
특히, 이러한 방법 가운데 입사하는 전자기파의 에너지를 가장 효율적으로 사용하기 위하여 단위면적당 조사하는 강도를 높이면서도 저비용으로 고감도의 검출이 가능한 방법은, 입사하는 전자기파를 한 점에 집속하고 고속으로 래스터스캐닝 (raster scanning; polygon mirror, galvano mirror등)을 활용하여 전자기파의 진행방향을 변화시키면서 시료에 반사 혹은 투과된 전자기파를 단일 검출기로 검출하는 방법이다.
하지만, 이러한 고속 래스터 스캐닝에서 사용되는 전자기파 빔들은 거의 대부분 가우시안 빔 형태로 집속되어져 있어서, 앞에서 언급했듯이 분해능과 초점심도의 개선에 많은 한계가 있다.
검출 분해능이 높으면서도 초점 심도가 길어서 동작 거리를 확장할 수 있는 베셀빔을 이용하여 스캐닝 가능한 기술을 제공하고자 한다.
또한, 원통형으로 형성된 피검물에 대해 더욱 효과적 스캐닝을 할 수 있도록 회전하면서 스캔하는 기술을 제공하고자 한다.
본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있으며, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 알게 될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.
본 발명의 일 실시예와 관련된 검출용 프로브는 전자기파를 생성하는 광원과, 광원으로부터 입사되는 전자기파의 경로를 변경시키는 경로 변경부와, 경로 변경부에 의해 경로가 변경된 전자기파를 이용하여 피검물의 적어도 일부분에 베셀 빔이 형성되도록 하는 베셀 빔 형성부와, 상기 피검물로부터의 전자기파의 세기를 검출하는 검출부 및, 상기 광원, 상기 경로 변경부, 상기 베셀 빔 형성부 및 상기 검출부를 내부에 구비한 하우징을 포함한다.
검출용 프로브는 상기 광원 및 상기 경보 변경부 사이에 형성되는 도파관과, 상기 광원으로부터 입사되는 전자기파를 도파관의 내부로 입사시키는 커플링 렌즈 및 상기 도파관으로부터 방출된 전자기파를 상기 경로 변경부로 집속시키는 포커싱 렌즈를 더 포함할 수 있다.
검출용 프로브는 상기 경로 변경부를 회전시키거나, 직선으로 이동시키는 경로 변경부용 구동부를 더 포함할 수 있다.
상기 경로 변경부 및 상기 베셀 빔 형성부는 기계적으로 결합되고, 상기 베셀 빔 형성부는 상기 경로 변경부용 구동부에 의해 상기 경로 변경부가 이동되면, 상기 경로 변경부와 일체로 이동될 수 있다.
본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 프로브형 검출 장치는 전자기파를 생성하는 광원과, 광원으로부터 입사되는 전자기파가 피검물로 조사되도록 경로를 변경시키는 경로 변경부와, 상기 경로 변경부를 회전시키는 경로 변경부용 구동부와, 상기 피검물로부터의 전자기파의 세기를 검출하는 검출부 및, 상기 광원, 상기 경로 변경부, 상기 경로 변경용 구동부 및, 상기 검출부를 내부에 구비한 하우징을 포함하는 검출용 프로브; 및 상기 검출용 프로브를 직선으로 이동시키는 직선 구동부를 포함한다.
상기 검출용 프로브는 상기 경로 변경부에 의해 경로가 변경된 전자기파를 이용하여 피검물의 적어도 일부분에 베셀 빔이 형성되도록 하는 베셀 빔 형성부를 더 포함할 수 있다.
상기 검출용 프로브는 상기 광원 및 상기 경보 변경부 사이에 형성되는 도파관과, 상기 광원으로부터 입사되는 전자기파를 도파관의 내부로 입사시키는 커플링 렌즈 및, 상기 도파관으로부터 방출된 전자기파를 상기 경로 변경부로 집속시키는 포커싱 렌즈를 더 포함할 수 있다.
상기 경로 변경부 및 상기 베셀 빔 형성부는 기계적으로 결합되고, 상기 베셀 빔 형성부는 상기 경로 변경부용 구동부에 의해 상기 경로 변경부가 이동되면, 상기 경로 변경부와 일체로 이동될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 프로브형 검출 장치는 전자기파를 생성하는 광원과, 피검물로부터의 전자기파의 세기를 검출하는 검출부를 내부에 구비하는 제 1 하우징부와, 광원으로부터 입사되는 전자기파가 피검물로 조사되도록 경로를 변경시키는 경로 변경부와, 상기 경로 변경부를 회전시키는 경로 변경부용 구동부를 내부에 구비하는 제 2 하우징부를 포함하되, 상기 제 1 하우징부는 상기 제 2 하우징부를 수용할 수 있는 홈을 구비하고, 홈의 양측면에는 상기 제 2 하우징부가 수용된 상태에서 회전할 수 있도록 하는 회전 부재를 포함하고, 상기 제 2 하우징부는 상기 회전 부재와 결합되는 결합부를 포함하는 검출용 프로브; 및 상기 검출용 프로브를 직선으로 이동시키는 직선 구동부를 포함한다.
개시된 발명에 따르면, 베셀 빔을 이용함으로써 분해능을 높이면서도 초점 심도를 길게 확보하여 동작 거리(working distance)를 확장함으로써, 검출 성능을 향상시킬 수 있다.
또한, 회전하면서 스캔할 수 있으므로, 원통형으로 형성된 피검물에 대해 더욱 효과적일 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예와 관련된 검출용 프로브에 대한 블록 구성도(block diagram)이다.
도 2a 내지 도 2b는 본 발명의 일 실시예와 관련된 프로브형 검출 장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 또 다른 일 실시예와 관련된 프로브형 검출 장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 또 다른 일 실시예와 관련된 프로브형 검출 장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 도 4의 경로 변경부용 구동부를 구체적으로 설명하기 위한 도면이다.
도 6a 내지 도 6c는 본 발명의 일 실시예와 관련된 프로브형 검출 장치의 구동 과정을 설명하기 위한 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용에 대하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예와 관련된 검출용 프로브에 대한 블록 구성도(block diagram)이다.
도 1을 참조하면, 검출용 프로브(100)는 광원(110), 경로변경부(120), 베셀빔 형성부(130), 검출부(140) 및 하우징(150)을 포함한다.
광원(110)은 전자기파를 발생시킬 수 있는 다양한 형태의 장치일 수 있다. 예를 들면, 광원(110)는 밀리미터파나 테라파를 발생시킬 수 있다. 밀리미터파란 초고주파(extremely high frequency)영역의 전자기파로 바람직하게는, 30GHz에서 300GHz대역의 진동수를 가진다. 테라파란 테라헤르츠(terahertz) 영역의 전자기파를 의미하는 것으로, 바람직하게는, 0.1THz 내지 10THz의 진동수를 가질 수 있다. 다만, 이러한 범위를 다소 벗어난다 하더라도, 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자가 용이하게 생각해낼 수 있는 범위라면, 본 발명에서의 테라파로 인정될 수 있음은 물론이다.
경로 변경부(120)는 광원(110)으로부터 입사되는 전자기파의 경로를 변경시킬 수 있다. 경로 변경부(120)에서 경로가 변경된 전자기파는 베셀 빔 형성부(130)로 입사된다.
예를 들면, 경로 변경부(120)는 입사되는 전자기파의 경로를 변경하기 위한 반사면을 포함할 수 있다. 반사면은 입사되는 전자기파를 반사시켜 베셀 빔 형성부(130)로 입사시킬 수 있다.
베셀 빔 형성부(130)는 경로 변경부(120)에 의해 경로가 변경된 전자기파를 이용하여 피검물(160)의 적어도 일부분에 베셀 빔이 형성되도록 할 수 있다. 다만, 현실적으로 이상적인 베셀 빔을 형성하기는 어려우므로, 베셀 빔 형성부(130)에 의해 형성되는 베셀 빔은 Quasi-Bessel Beam(QBB)이라 할 수 있다.
베셀 빔은 자유공간에 대한 맥스웰 방정식의 한 해집합으로 0차 제1종 베셀함수로 주어지는 전자기파를 말하며 비회절성 빔으로 알려져 있다. 1987년 Durnin에 의해 처음으로 소개되었으며 축대칭을 가지면서 마치 바늘 모양처럼 축을 중심으로 일정한 길이만큼 에너지가 집중되어 있다. 무한한 구경(aperture)이 아니라 제한된 구경을 가지는 광학계에 의해 구현되므로 무한하게 진행하는 베셀빔은 존재하지 않아 이를 보통 Quasi-Bessel-Beam(QBB)이라 부르기도 한다. 이러한 QBB은 홀로그램, 다수의 링이나 혹은 유한한 개구(aperture)로된 원형의 마스크와 렌즈의 결합, axicon으로 알려진 깔대기모양의 렌즈로 만들 수 있다.
베셀 빔 형성부(130)는 경로 변경부(120)에 의해 경로가 변경된 전자기파가 베셀 빔 형성부(130)의 입광면에 대해 수직하게 입사되도록 배치될 수 있다.
베셀 빔 형성부(130)는 다수의 원형 홈 또는 원형 홀이 형성된 회절 광학 소자 및 양의 굴절률을 갖는 렌즈로 구성되거나, 엑시콘 렌즈로 구성되거나, 홀로그램 광학 소자로 구성되는 등과 같이 다양한 형태로 구성될 수 있다.
경로 변경부(120) 및 베셀 빔 형성부(130)의 결합 상태 및 구동 방법에 대한 예를 들면, 경로 변경부(120) 및 베셀 빔 형성부(130)는 기계적으로 결합될 수 있다. 이 경우, 경로 변경부(120)과 베셀 빔 형성부(130)는 일체로 이동된다.
검출부(140)는 피검물(160)로부터의 전자기파의 세기를 검출할 수 있다. 예를 들면, 검출부(140)는 피검물(160)로부터 반사, 투과, 회절 또는 산란되는 전자기파의 세기를 검출할 수 있다. 본 실시예에서는 검출부(140)는 경로 변경부(120), 베셀빔 형성부(130)를 통해 피검물(160)로부터 반사되는 전자기파의 세기를 검출하는 경우를 기준으로 설명하나, 검출부(140)는 피검물(160)을 기준으로 베셀빔 형성부(130)에 반대편에 형성되어 투과한 전자기파의 세기를 검출하거나, 피검물(160)의 주변에 형성되어 산란된 전자기파의 세기를 검출할 수도 있다.
하우징(150)은 광원(110), 경로 변경부(120), 베셀빔 형성부(130) 및 검출부(140)를 내부에 구비할 수 있다. 예를 들면, 광원(110), 경로 변경부(120), 베셀빔 형성부(130) 및 검출부(140) 중 전부 또는 일부는 하우징(150)에 기계적으로 결합될 수 있다.
피검물(160)은 검사하고자 하는 대상 물질을 의미한다.
검출용 프로브는 베셀 빔을 이용함으로써 분해능을 높이면서도 초점 심도를 길게 확보하여 동작 거리(working distance)를 확장함으로써, 검출 성능을 향상시킬 수 있다.
또한, 검출용 프로브는 회전하면서 스캔할 수 있으므로, 원통형으로 형성된 피검물에 대해 더욱 효과적일 수 있다.
도 2a 내지 도 2b는 본 발명의 일 실시예와 관련된 프로브형 검출 장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 2a를 참조하면, 프로브형 검출장치(200)는 검출용 프로브 및 직선 구동부(220)를 포함할 수 있다.
검출용 프로브는 하우징(210), 광원(211), 콜리메이팅부(212), 빔 스플리터(213), 포커싱 렌즈(214), 경로변경부(215), 경로 변경부용 구동부(216), 베셀빔 형성부(217), 집광부(218) 및 검출부(219)를 포함한다.
하우징(210)은 광원(211), 콜리메이팅부(212), 빔 스플리터(213), 포커싱 렌즈(214), 경로변경부(215), 경로 변경부용 구동부(216), 베셀빔 형성부(217), 집광부(218) 및 검출부(219)를 내부에 구비할 수 있다.
광원(211)은 전자기파를 발생시킬 수 있는 다양한 형태의 장치일 수 있다.
콜리메이팅부(212)는 광원(211)으로부터 입사된 전자기파를 평행하게 형성할 수 있다.
빔 스플리터(213)는 콜리메이팅부(212)로부터 입사된 전자기파를 포커싱 렌즈(214)로 입사시킬 수 있다.
빔 스플리터(213)는 피검물(230)로부터 반사되어 베셀 빔 형성부(217) 및 경로 변경부(215)를 통해 입사된 전자기파를 집광부(218)로 반사시킬 수 있다.
포커싱 렌즈(214)는 빔 스플리터(213)로부터 입사된 전자기파를 경로 변경부(215)로 집속시킬 수 있다.
경로 변경부(215)는 포커싱 렌즈(214)로부터 입사되는 전자기파의 경로를 변경시킬 수 있다. 경로 변경부(215)에서 경로가 변경된 전자기파는 베셀 빔 형성부(217)로 입사될 수 있다. 경로 변경부(215)와 베셀빔 형성부(217)는 기계적으로 결합될 수 있다.
경로 변경부용 구동부(216)는 경로 변경부(215)를 이동시켜 전자기파의 경로를 조절할 수 있다. 예를 들면, 경로변경부용 구동부(216)가 회전 운동을 하는 경우, 경로 변경부용 구동부(216)가 회전 운동함에 따라 경로 변경부(215) 및 베셀빔 형성부(217)가 회전될 수 있다. 따라서, 프로브형 검출 장치(200)의 주변에 원형으로 형성된 피검물(230)에 대해서도 효과적으로 스캐닝할 수 있다.
베셀 빔 형성부(217)는 경로 변경부(215)에 의해 경로가 변경된 전자기파를 이용하여 피검물(230)의 적어도 일부분에 베셀 빔이 형성되도록 할 수 있다. 다만, 현실적으로 이상적인 베셀 빔을 형성하기는 어려우므로, 베셀 빔 형성부(217)에 의해 형성되는 베셀 빔은 Quasi-Bessel Beam(QBB)이라 할 수 있다.
집광부(218)는 빔 스플리터(213) 및 검출부(219) 사이에 배치되고, 빔 스플리터(213)로부터 경로 변경부(215) 및 베셀빔 형성부(217)를 통해 피검물(230)로부터 반사된 전자기파를 검출부(219)로 입사시킬 수 있다.
검출부(219)는 집광부(218)로부터 입사된 전자기파의 세기를 검출할 수 있다.
직선 구동부(220)는 하우징(210)을 직선으로 이동시킬 수 있다. 경로 변경부용 구동부(216)는 회전 구동되고, 직선 구동부(220)는 직선으로 구동됨에 따라, 프로브형 검출 장치(200)는 회전 방향으로 스캔할 수 있을 뿐만 아니라 상하 방향으로도 스캔할 수 있다.
도 2b를 참조하면, 베셀 빔 형성부는 엑시콘 렌즈(axicon)(250)로 구성될 수 있다. 본 실시예에서는 베셀 빔 형성부가 엑시콘 렌즈로 구성된 경우를 기준으로 설명하나, 베셀 빔 형성부는 이외에도 다양한 형태로 구현될 수 있다. R은 엑시콘 렌즈의 반지름, τ는 엑시콘 렌즈의 꼭지각,α0는 엑시콘 렌즈를 지나 교차하는 빔의 교차각의 절반을 나타내며, w0는 엑시콘 렌즈로 입사하는 평행광의 반지름을 나타낸다. 또한, 베셀 빔이 형성되는 구간은 도 2b에서 Zmax로 나타나 있으며, 엑시콘 렌즈로 입사한 테라파는 이러한 구간 영역에서 보강 간섭을 통해 z축을 따라 중심부로 에너지가 모이게 된다.
이때, 엑시콘 렌즈로 입사하는 가우시안 빔과 엑시콘 렌즈에 의해 형성된 베셀 빔은, 축대칭(axial symmetry)으로 분포되어 있으며, z축을 따라 원형 모양으로 필드가 분포하고 있다. 즉, 도 2b를 기준으로 좌측에서 우측 방향으로 바라보았을 때, 엑시콘 렌즈 앞쪽의 가우시안 빔과 엑시콘 렌즈 뒤쪽의 베셀 빔은 모두 원형 모양으로 형성된다. 특히, 엑시콘 렌즈에 의해 형성된 베셀 빔은 엑시콘 렌즈에서 멀어지며 링 모양의 원형 빔으로 퍼져나가게 된다.
한편, 래스터 주사(raster scanning)와 같이 한 점 한 점 움직이며 얻어지는 투과 또는 반사 이미지에 있어서, 이미지의 분해능을 결정하는 가장 중요한 요소는, 피검물에 입사하는 빔의 직경이다.
특히, 엑시콘 렌즈에 의해 형성된 베셀 빔의 경우, 그 직경은 테라파의 파장 및 α0에 의해 결정되는데, 여기서 α0는 스넬의 법칙에 의해 다음 수학식 1을 이용하여 구해질 수 있다.
[수학식 1]
Figure pat00001
여기서, n0는 공기 중의 굴절률을 나타내고, n은 엑시콘 렌즈의 굴절률을 나타내며, τ는 엑시콘 렌즈의 꼭지각을 나타낸다.
한편, Zmax는 초점 심도에 해당하는데, 이러한 초점 심도는 다음의 수학식 2로 표현될 수 있다.
[수학식 2]
Zmax = w0/tanα0
여기서, w0는, 도 3b에 표시된 바와 같이, 엑시콘 렌즈로 입사하는 빔의 반경을 나타낸다. 이러한 식을 참조하면, 초점 심도 역시 α0에 의존하고 있음을 알 수 있다.
따라서, 이러한 점들을 종합하면, 이미지의 분해능과 초점 심도는, 주로 α0의 값에 의해 크게 변화된다고 볼 수 있다.
이러한 점을 기초로, 도 2b에 도시된 구조의 엑시콘 렌즈에 대해, n0는 1.0, n은 1.54(High Density Polyethylene), τ는 150°, R은 25mm라고 가정하고, α0와 초점 심도를 계산하면 다음과 같다.
먼저, 수학식 1을 이용하여 α0를 계산하면, α0는 8.5°로 계산될 수 있다. 또한, 수학식 2를 이용하여 초점 심도(Zmax)를 계산하면, Zmax는 40.2mm로 계산될 수 있다.
한편, 베셀 빔이 공간 상에서 전파되어가며 형성되는 테라파의 세기 분포를 좀 더 엄밀하게 계산하기 위하여 유한차분 시간영역법(FDTD)을 이용할 수 있다.
베셀 빔 형성부가 엑시콘 렌즈인 경우, 엑시콘 렌즈(250)로 입사되는 평행 빔의 중심이 엑시콘 렌즈(250)의 중심과 일치하도록 평행 빔을 형성하며, 평행 빔의 반지름을 w0, 엑시콘 렌즈(250)의 반지름을 R이라 하면, 이들은 다음과 같은 관계를 갖는 것이 좋다.
w0 ≤ (1/2)R
이와 같이, 평행해진 전자기파의 크기가 엑시콘 렌즈의 직경의 절반 이하가 되도록 하는 실시예에 의하면, 엑시콘 렌즈의 가장자리에서 발생할 수 있는 회절 효과를 최소화할 수 있어, 투과 또는 반사 이미지 검출 성능이 향상될 수 있다.
도 3은 본 발명의 또 다른 일 실시예와 관련된 프로브형 검출 장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 3을 참조하면, 프로브형 검출장치(300)는 검출용 프로브 및 직선 구동부(330)를 포함할 수 있다.
검출용 프로브는 하우징(310), 광원(311), 콜리메이팅부(312), 빔 스플리터(313), 커플링 렌즈(314), 도파관(waveguide)(315), 포커싱 렌즈(316), 경로변경부(317), 베셀빔 형성부(318), 경로 변경부용 구동부(319), 집광부(320) 및 검출부(321)를 포함한다.
하우징(310)은 광원(311), 콜리메이팅부(312), 빔 스플리터(313), 커플링 렌즈(314), 도파관(waveguide)(315), 포커싱 렌즈(316), 경로변경부(317), 베셀빔 형성부(318), 경로 변경부용 구동부(319), 집광부(320) 및 검출부(321)를 내부에 구비할 수 있다.
광원(311)은 전자기파를 발생시킬 수 있는 다양한 형태의 장치일 수 있다.
콜리메이팅부(312)는 광원(311)으로부터 입사된 전자기파를 평행하게 형성할 수 있다.
빔 스플리터(313)는 콜리메이팅부(312)로부터 입사된 전자기파를 커플링 렌즈(314)로 입사시킬 수 있다.
빔 스플리터(313)는 피검물(340)로부터 반사되어 커플링 렌즈(314), 도파관(315), 포커싱 렌즈(316), 경로 변경부(317) 및, 베셀 빔 형성부(318)를 통해 입사된 전자기파를 집광부(320)로 반사시킬 수 있다.
커플링 렌즈(314)는 빔 스플리터(313)로부터 입사되는 전자기파를 도파관(315)의 내부로 입사시킬 수 있다.
도파관(315)는 커플링 렌즈(314) 및 포커싱 렌즈(316) 사이에 형성될 수 있다.
포커싱 렌즈(316)는 도파관(315)으로부터 방출된 전자기파를 경로 변경부(317)로 집속시킬 수 있다.
경로 변경부(317)는 포커싱 렌즈(316)로부터 입사되는 전자기파의 경로를 변경시킬 수 있다. 경로 변경부(317)에서 경로가 변경된 전자기파는 베셀 빔 형성부(318)로 입사될 수 있다. 경로 변경부(317)와 베셀빔 형성부(318)는 기계적으로 결합될 수 있다.
베셀 빔 형성부(318)는 경로 변경부(317)에 의해 경로가 변경된 전자기파를 이용하여 피검물(340)의 적어도 일부분에 베셀 빔이 형성되도록 할 수 있다. 다만, 현실적으로 이상적인 베셀 빔을 형성하기는 어려우므로, 베셀 빔 형성부(318)에 의해 형성되는 베셀 빔은 Quasi-Bessel Beam(QBB)이라 할 수 있다.
경로 변경부용 구동부(319)는 경로 변경부(317)를 이동시켜 전자기파의 경로를 조절할 수 있다. 예를 들면, 경로 변경부용 구동부(319)가 회전 운동을 하는 경우, 경로 변경부용 구동부(319)가 회전 운동함에 따라 경로 변경부(317) 및 베셀빔 형성부(318)가 회전될 수 있다. 따라서, 프로브형 검출 장치(300)의 주변에 원형으로 형성된 피검물(340)에 대해서도 효과적으로 스캐닝할 수 있다.
집광부(320)는 빔 스플리터(313) 및 검출부(321) 사이에 배치되고, 빔 스플리터(313)로부터 반사된 전자기파를 검출부(321)로 입사시킬 수 있다.
검출부(321)는 집광부(320)로부터 입사된 전자기파의 세기를 검출할 수 있다.
직선 구동부(330)는 하우징(310)를 직선으로 이동시킬 수 있다. 경로 변경부용 구동부(319)는 회전 구동되고, 직선 구동부(330)는 직선으로 구동됨에 따라, 프로브형 검출 장치(300)는 회전 방향으로 스캔할 수 있을 뿐만 아니라 상하 방향으로도 스캔할 수 있다.
또한, 프로브형 검출장치는 도파관을 이용함으로써, 검출용 프로브의 길이가 길어지더라도 성능이 저하되는 것을 방지할 수 있다.
도 4는 본 발명의 또 다른 일 실시예와 관련된 프로브형 검출 장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 4를 참조하면, 프로브형 검출장치(400)는 검출용 프로브, 직선 구동부(430) 및 회전 구동부(440)를 포함할 수 있다.
검출용 프로브는 제 1 하우징(410), 광원(411), 콜리메이팅부(412), 빔 스플리터(413), 집광부(414), 검출부(415), 회전부재(416), 제 2 하우징(420), 포커싱 렌즈(421), 경로변경부(422), 경로 변경부용 구동부(423), 베셀빔 형성부(424)를 포함한다.
제 1 하우징(410)은 광원(411), 콜리메이팅부(412), 빔 스플리터(413), 집광부(414), 검출부(415), 회전부재(416)를 내부에 구비할 수 있다.
제 1 하우징(410)은 제 2 하우징(420)을 수용할 수 있는 홈을 구비하고, 홈의 양측면에는 제 2 하우징(420)이 수용된 상태에서 회전할 수 있도록 하는 회전 부재(416)를 포함할 수 있다.
광원(411)은 전자기파를 발생시킬 수 있는 다양한 형태의 장치일 수 있다.
콜리메이팅부(412)는 광원(411)으로부터 입사된 전자기파를 평행하게 형성할 수 있다.
빔 스플리터(413)는 콜리메이팅부(412)로부터 입사된 전자기파를 포커싱 렌즈(4214)로 입사시킬 수 있다.
빔 스플리터(413)는 피검물(450)로부터 반사되어 포커싱 렌즈(421), 경로 변경부(422) 및, 베셀 빔 형성부(424)를 통해 입사된 전자기파를 집광부(414)로 반사시킬 수 있다.
집광부(414)는 빔 스플리터(413) 및 검출부(415) 사이에 배치되고, 빔 스플리터(413)로부터 포커싱 렌즈(421), 경로 변경부(422) 및, 베셀 빔 형성부(424)를를 통해 피검물(450)로부터 반사된 전자기파를 검출부(415)로 입사시킬 수 있다.
검출부(415)는 집광부(414)로부터 입사된 전자기파의 세기를 검출할 수 있다.
제 2 하우징(420)은 포커싱 렌즈(421), 경로 변경부(422), 경로 변경부용 구동부(423), 베셀빔 형성부(424)를 내부에 구비할 수 있다.
제 2 하우징(420)은 회전 부재(416)와 결합되는 결합부(425)를 포함할 수 있다. 이에 따라, 제 2 하우징(420)이 회전 구동부(440)에 의해 회전되더라도, 제 2 하우징(420)이 제 1 하우징(410)과 분리되지 않을 수 있다.
포커싱 렌즈(421)는 빔 스플리터(413)로부터 입사된 전자기파를 경로 변경부(422)로 집속시킬 수 있다.
경로 변경부(422)는 포커싱 렌즈(421)로부터 입사되는 전자기파의 경로를 변경시킬 수 있다. 경로 변경부(422)에서 경로가 변경된 전자기파는 베셀 빔 형성부(424)로 입사될 수 있다. 경로 변경부(422)와 베셀빔 형성부(424)는 기계적으로 결합될 수 있다.
경로 변경부용 구동부(423)는 적어도 2개 이상의 액추에이터를 포함할 수 있다. 액추에이터들은 경로 변경부(422)의 하부에 결합될 수 있다. 액추에이터들의 구동 길이를 달리함에 따라, 경로 변경부(422)의 기울기가 변경될 수 있다. 이에 따라, 베셈빔 형성부(424)에서 생성되는 베셈 빔의 기울기도 변경되어, 피검물(450)에 조사되는 베셈 빔의 위치를 변경할 수 있다.
베셀 빔 형성부(424)는 경로 변경부(422)에 의해 경로가 변경된 전자기파를 이용하여 피검물(450)의 적어도 일부분에 베셀 빔이 형성되도록 할 수 있다. 다만, 현실적으로 이상적인 베셀 빔을 형성하기는 어려우므로, 베셀 빔 형성부(424)에 의해 형성되는 베셀 빔은 Quasi-Bessel Beam(QBB)이라 할 수 있다.
직선 구동부(430)는 제 1 하우징(410)을 직선으로 이동시킬 수 있다.
회전 구동부(440)는 제 2 하우징(420)을 회전시킬 수 있다.
직선 구동부(430)는 제 1 하우징(410)을 직선으로 이동시키고, 회전 구동부(410)는 제 2 하우징(420)을 회전시킴에 따라, 프로브형 검출 장치(400)는 회전 방향으로 스캔할 수 있을 뿐만 아니라 상하 방향으로도 스캔할 수 있다.
도 5는 도 4의 경로 변경부용 구동부를 구체적으로 설명하기 위한 도면이다.
도 5를 참조하면, 경로 변경부(530) 및 베셀빔 형성부(550)는 판 위에 이격되어 형성될 수 있다.
경로 변경부용 구동부(540)는 적어도 2개 이상의 엑츄에이터를 포함할 수 있다. 엑츄에이터들은 판의 하부에 결합될 수 있다. 2개의 엑츄에이터의 구동 길이를 달리하면, 판의 기울기가 변경된다. 판의 기울기가 변경됨에 따라, 경로 변경부(422) 및 베셀 빔 형성부(550)의 기울기가 변경되어 피검물에 조사되는 베셈 빔의 위치를 변경할 수 있다.
도 6a 내지 도 6c는 본 발명의 일 실시예와 관련된 프로브형 검출 장치의 구동 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 6a를 참조하면, 프로브형 검출 장치(600)는 원통형 모양의 피검물(610)에 포함된 수용부(611)의 내부에 삽입되어 피검물(610)을 스캔할 수 있다.
수용부(611)는 관통 홀 또는 일측면이 막혀있는 홈 등으로 구현될 수 있다. 피검물(610)의 외측면은 금속으로 구현되고, 수용부(611)의 내측면(612)은 전자기파가 잘 투과될 수 있는 물질로 구현될 수 있다.
도 6b를 참조하면, 프로브형 검출 장치(600)가 수용부(611)의 내부에 삽입된 상태에서 회전함에 따라, 베셀 빔(601)이 피검물(610)을 회전하면서 스캔할 수 있다.
도 6c를 참조하면, 프로브형 검출 장치(600)는 수용부(611)의 내부에 삽입된 상태에서 상하로 이동함에 따라, 베셀 빔(601)이 피검물(610)을 상하로 스캔할 수 있다.
이와 같이, 프로브형 검출 장치는 피검물을 회전 방향으로 스캔할 수 있을 뿐만 아니라 상하 방향으로도 스캔할 수 있다.
설명된 실시예들은 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수도 있다.
또한, 실시예는 그 설명을 위한 것이며, 그 제한을 위한 것이 아님을 주의하여야 한다. 또한, 본 발명의 기술분야의 통상의 전문가라면 본 발명의 기술사상의 범위에서 다양한 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다.
100 : 검출형 프로브
110 : 광원
120 : 경로 변경부
130 : 베셀빔 형성부
140 : 검출부
150 : 하우징
160 : 피검물

Claims (10)

  1. 전자기파를 생성하는 광원;
    광원으로부터 입사되는 전자기파가 피검물로 조사되도록 경로를 변경시키는 경로 변경부;
    상기 피검물로부터의 전자기파의 세기를 검출하는 검출부; 및
    상기 광원, 상기 경로 변경부, 상기 베셀 빔 형성부 및 상기 검출부를 내부에 구비한 하우징을 포함하는 검출용 프로브.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 광원 및 상기 경보 변경부 사이에 형성되는 도파관;
    상기 광원으로부터 입사되는 전자기파를 상기 도파관의 내부로 입사시키는 커플링 렌즈; 및
    상기 도파관으로부터 방출된 전자기파를 상기 경로 변경부로 집속시키는 포커싱 렌즈를 더 포함하는 검출용 프로브.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 경로 변경부를 회전시키거나, 직선으로 이동시키는 경로 변경부용 구동부를 더 포함하는 검출용 프로브.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 경로 변경부에 의해 경로가 변경된 전자기파를 이용하여 피검물의 적어도 일부분에 베셀 빔이 형성되도록 하는 베셀 빔 형성부를 더 포함하는 검출용 프로브.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 경로 변경부 및 상기 베셀 빔 형성부는 기계적으로 결합되고,
    상기 베셀 빔 형성부는,
    경로 변경부용 구동부에 의해 상기 경로 변경부가 이동되면, 상기 경로 변경부와 일체로 이동되는 검출용 프로브.
  6. 전자기파를 생성하는 광원과, 광원으로부터 입사되는 전자기파가 피검물로 조사되도록 경로를 변경시키는 경로 변경부와, 상기 경로 변경부를 회전시키는 경로 변경부용 구동부와, 상기 피검물로부터의 전자기파의 세기를 검출하는 검출부 및, 상기 광원, 상기 경로 변경부, 상기 경로 변경용 구동부 및, 상기 검출부를 내부에 구비한 하우징을 포함하는 검출용 프로브; 및
    상기 검출용 프로브를 직선으로 이동시키는 직선 구동부를 포함하는 프로브형 검출 장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 검출용 프로브는,
    상기 경로 변경부에 의해 경로가 변경된 전자기파를 이용하여 피검물의 적어도 일부분에 베셀 빔이 형성되도록 하는 베셀 빔 형성부를 더 포함하는 프로브형 검출 장치.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 검출용 프로브는,
    상기 광원 및 상기 경보 변경부 사이에 형성되는 도파관;
    상기 광원으로부터 입사되는 전자기파를 상기 도파관의 내부로 입사시키는 커플링 렌즈; 및
    상기 도파관으로부터 방출된 전자기파를 상기 경로 변경부로 집속시키는 포커싱 렌즈를 더 포함하는 프로브형 검출 장치.
  9. 제 5 항에 있어서,
    상기 경로 변경부 및 상기 베셀 빔 형성부는 기계적으로 결합되고,
    상기 베셀 빔 형성부는,
    상기 경로 변경부용 구동부에 의해 상기 경로 변경부가 이동되면, 상기 경로 변경부와 일체로 이동되는 프로브형 검출 장치.
  10. 전자기파를 생성하는 광원과, 피검물로부터의 전자기파의 세기를 검출하는 검출부를 내부에 구비하는 제 1 하우징과, 광원으로부터 입사되는 전자기파가 피검물로 조사되도록 경로를 변경시키는 경로 변경부와, 상기 경로 변경부를 회전시키는 경로 변경부용 구동부를 내부에 구비하는 제 2 하우징을 포함하되, 상기 제 1 하우징은 상기 제 2 하우징을 수용할 수 있는 홈을 구비하고, 홈의 양측면에는 상기 제 2 하우징이 수용된 상태에서 회전할 수 있도록 하는 회전 부재를 포함하고, 상기 제 2 하우징은 상기 회전 부재와 결합되는 결합부를 포함하는 검출용 프로브; 및
    상기 검출용 프로브를 직선으로 이동시키는 직선 구동부를 포함하는 프로브형 검출 장치.
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