KR20170114007A - 광섬유와 모세관을 이용한 힘 센서, 이의 제조방법, 이를 포함하는 의료기기 - Google Patents

광섬유와 모세관을 이용한 힘 센서, 이의 제조방법, 이를 포함하는 의료기기 Download PDF

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Abstract

본 발명은 광섬유와 모세관을 이용한 힘 센서에 관한 것으로써, 피복 및 적어도 일부의 클래드가 제거된 일측 단부를 갖는 광섬유; 길이방향을 따라 내부공간이 형성되어 있으며, 상기 일측 단부가 상기 내부공간으로 삽입되며, 삽입된 상기 일측 단부와의 광커플링을 통해 상기 광섬유의 타측으로부터 전달된 광신호의 일부를 출력하는 모세관; 및 외력에 의해서 상기 일측 단부가 상기 내부공간을 따라 이동하는 경우, 상기 광섬유의 타측에 인가된 광신호 및 상기 광섬유의 일측 단부에서 반사되어 타측으로 돌아온 광신호를 기초로 상기 외력을 연산하는 연산부를 포함하여 이루어져 광커플링이 발생하는 코어와 모세관이 동축에 정렬될 수 있고, 이에 따라, 코어와 모세관의 이격거리가 일정하게 유지되어 외력이 보다 정확하게 센싱될 수 있다.

Description

광섬유와 모세관을 이용한 힘 센서, 이의 제조방법, 이를 포함하는 의료기기{FORCE SENSOR USING OPTICAL FIBER AND CAPILLARY, MANUFACTURE METHOD OF THE SAME, MEDICAL DEVICE INCLUDING THE SAME}
본 발명은 광섬유와 모세관을 이용한 힘 센서, 이의 제조방법, 이를 포함하는 의료기기에 관한 것으로써, 광섬유의 코어를 모세관의 길이방향을 따라 형성되는 내부공간으로 삽입하여 코어와 모세관을 동축 상에 정렬시킴으로써 힘을 보다 정확하게 센싱할 수 있는 광섬유와 모세관을 이용한 힘 센서, 이의 제조방법, 이를 포함하는 의료기기에 관한 것이다.
일반적으로 카테터는 환자의 체내로 튜브를 삽입하여 환부에 고주파 치료를 하거나, 의료용 물질을 체내로 주입하고 체내의 체액 등을 외부로 배출하기 위하여 사용되는 의료기기이다.
상기와 같은 카테터를 이용하여 시술을 행하는데 있어서 카테터의 첨두가 환자의 환부에 과다한 압력을 가할 경우 환부를 손상시키는 경우가 발생하였으며, 압력이 너무 작을 경우 환부가 제대로 치료되지 않는 경우가 발생하므로 카테터가 환부에 가하는 압력을 측정하고 그에 따라 시술을 행할 필요가 있었다.
특히, 혈관과 같이 섬세한 부분을 시술하는 카테터의 경우 상기 카테터가 혈관에 가하는 압력을 정밀하게 측정하지 못할 경우 혈관을 관통하면서 의료사고가 발생하는 경우도 있었다.
따라서, 카테터의 첨두에 가해지는 압력을 측정하기 위한 다양한 형태의 센서들이 제시되고 있다.
현재 일반적으로 사용되는 센서는 외부에서 가해지는 힘에 따라 출력되는 전류가 달라지는 전기적 압력 감지식 소자를 이용한 힘 센서가 주로 사용된다.
하지만, 상기 전기적 압력 감지식 소자를 이용한 힘 센서는 미세한 외력이 가해졌을 때 출력되는 전류의 변화가 크지 않고, 상기 전류 변화를 정밀하게 측정하기 위해서는 고가의 장비가 필요하며, 전기적 압력 감지식 소자의 크기를 늘려 전류량을 늘릴 경우 카테터의 크기가 커지는 문제점이 있으므로 상기와 같은 문제점을 해결할 수 있는 힘 센서와 이를 이용한 카테터가 요구되었다.
한국등록특허공보 제10-1509397호는 광섬유를 이용한 힘 센서 및 이를 이용한 카테터를 개시하고 있다.
한국등록특허공보 제10-1509397호에 따르면, 외력은 제1 광섬유와 제2 광섬유를 나란하게 배치한 다음, 외력이 가해질 때, 제1 광섬유와 제2 광섬유가 상호 중첩되는 길이의 변화에 따라 광신호가 변화되는 것을 이용함으로써 연산된다.
그러나 제1광섬유와 제2광섬유는 ㎛ 스케일로 마련되므로, 반데르발스 힘과 정전기력 등에 의한 인력 때문에 이들을 일정 간격을 두고 나란하게 배치하는 것은 매우 어렵다.
이러한 문제 때문에, 한국등록특허공보 제10-1509397호에 따른 힘 센서는 제조가 어려울 뿐만 아니라, 제조된다 하더라도, 힘 측정의 오차가 매우 크다는 문제가 있다.
한국등록특허 제10-1509397호
본 발명의 목적은 상술한 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로써, 광섬유의 코어를 모세관의 길이방향을 따라 형성되는 내부공간으로 삽입하여 코어와 모세관을 동축 상에 정렬시킴으로써 정렬이 용이하고, 힘을 보다 정확하게 센싱할 수 있는 광섬유와 모세관 커플러를 이용한 힘 센서, 이의 제조방법, 이를 포함하는 의료기기를 제공함에 있다.
본 발명의 상기 및 기타 목적들은, 본 발명에 따른 광섬유와 모세관을 이용한 힘 센서, 이의 제조방법, 이를 포함하는 의료기기에 의해 모두 달성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 힘 센서는, 피복 및 적어도 일부의 클래드가 제거된 일측 단부를 갖는 광섬유; 길이방향을 따라 내부공간이 형성되어 있으며, 상기 일측 단부가 상기 내부공간으로 삽입되며, 삽입된 상기 일측 단부와의 광커플링을 통해 상기 광섬유의 타측으로부터 전달된 광신호의 일부를 출력하는 모세관; 및 외력에 의해서 상기 일측 단부가 상기 내부공간을 따라 이동하는 경우, 상기 광섬유의 타측에 인가된 광신호 및 상기 광섬유의 일측 단부에서 반사되어 타측으로 돌아온 광신호를 기초로 상기 외력을 연산하는 연산부를 포함하여 이루어진다.
상기 광섬유의 외경과 상기 모세관의 외경의 크기가 대응하며, 일측에 상기 광섬유가 삽입되고 타측에 상기 모세관이 삽입됨으로써 상기 광섬유의 일측 단부가 상기 모세관의 내부공간으로 삽입되는 것을 가이드하는 가이드부를 더 포함할 수 있다.
또한 상기 광섬유에서 피복과 클래드가 제거된 상기 일측 단부와 나머지 영역 사이의 경계에 도포된 보강재를 더 포함할 수 있다.
또한 탄성소재로 마련되어 상기 가이드부와 상기 클래드의 외면을 접착시키며, 상기 가이드부와 상기 모세관의 외면을 접착시키는 접착부를 더 포함할 수 있다.
상기 일측 단부의 끝부분에 형성된 반사층을 더 포함할 수 있다.
또한 상기 모세관의 외면에 형성된 코팅층을 더 포함할 수 있다.
또한 상기 내부공간의 지름은 상기 일측 단부의 지름에 대응되도록 마련될 수 있다.
또한 상기 일측단부는 피복 및 클래드가 모두 제거되고 코어만 노출되어 있을 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 힘 센서 제조방법은, 광섬유 일측 단부의 피복을 제거하는 피복 제거단계; 상기 피복 제거단계에 의해 노출된 적어도 일부의 클래드를 제거하는 클래드 제거단계; 길이방향을 따라 피복 및 클래드가 제거된 광섬유의 일측 단부가 삽입되는 내부공간이 형성된 모세관을 준비하는 모세관 준비단계; 상기 광섬유의 외경 및 상기 모세관의 외경에 대응하는 내경을 갖는 가이드부의 일측에 일측 단부의 피복 및 클래드가 제거된 광섬유를 삽입하고 탄성 접착제를 이용하여 광섬유와 모세관을 접착시키는 광섬유 조립 단계; 및 상기 모세관을 상기 가이드부의 타측에 삽입하고 탄성 접착제를 이용하여 모세관과 가이드부를 접착시키는 모세관 조립 단계를 포함하고, 상기 광섬유 조립 단계 및 상기 모세관 조립 단계를 통해 상기 광섬유의 일측 단부가 상기 모세관의 내부공간에 삽입되는 것을 특징으로 한다.
상기 클래드 제거단계 이후, 피복과 클래드가 제거된 상기 일측 단부와 나머지 영역 사이의 경계에 보강재를 도포하는 보강단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 의료기기는 본 발명의 일 실시예에 따른 힘 센서를 포함하며, 상기 힘 센서를 이용하여 단부에 가해지는 힘을 측정할 수 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 광섬유의 코어가 모세관의 길이방향을 따라 형성되는 내부공간으로 삽입되어 코어와 모세관이 동축에 정렬될 수 있다. 이에 의해서, 코어와 모세관의 이격거리가 일정하게 유지되기 때문에 외력이 보다 정확하게 센싱될 수 있다.
또한, 클래드의 단부에 도포되는 보강재에 의해서, 클래드의 단부에 위치하는 코어의 일부분에 응력이 집중되어 파손되는 것이 방지될 수 있다.
또한, 클래드의 외면과 모세관의 외면을 연결하는 가이드부에 의해서, 내부공간에 코어가 용이하게 삽입될 수 있다.
또한, 코어의 단부에 형성되는 반사층에 의해서, 광신호가 코어의 끝단에서 효과적으로 반사됨으로써 외력이 보다 용이하게 측정될 수 있다.
또한, 내부공간을 형성하는 모세관의 외면에 형성되는 코팅층에 의해서, 모세관의 파손이 효과적으로 방지된다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 광섬유와 모세관을 이용한 힘 센서를 전체적으로 도시한 것이고,
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 광섬유와 모세관을 이용한 힘 센서의 단면도를 도시한 것이고,
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 광섬유와 모세관을 이용한 힘 센서를 포함하는 의료기기를 도시한 것이고,
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 광섬유와 모세관을 이용한 힘 센서의 제조방법의 순서도를 도시한 것이고,
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 광섬유와 모세관을 이용한 힘 센서의 제조방법의 피복 제거단계를 도시한 것이고,
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 광섬유와 모세관을 이용한 힘 센서의 제조방법의 클래드 제거단계를 도시한 것이고,
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 광섬유와 모세관을 이용한 힘 센서의 제조방법의 보강단계를 도시한 것이고,
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 광섬유와 모세관을 이용한 힘 센서의 제조방법의 모세관 준비단계를 도시한 것이고,
도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 광섬유와 모세관을 이용한 힘 센서의 제조방법의 광섬유 조립단계를 도시한 것이다.
도 10은 본 발명의 일실시예에 따른 광섬유와 모세관을 이용한 힘 센서의 제조방법의 모세관 조립단계를 도시한 것이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 일실시예에 따른 광섬유와 모세관을 이용한 힘 센서, 이의 제조방법, 이를 포함하는 의료기기에 대하여 상세히 설명한다.
하기의 설명에서는 본 발명을 이해하는데 필요한 부분만이 설명되며 그 이외 부분의 설명은 본 발명의 요지를 흩뜨리지 않도록 생략될 수 있다.
또한, 이하에서 설명되는 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 본 발명을 가장 적절하게 표현할 수 있도록 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 광섬유와 모세관을 이용한 힘 센서를 전체적으로 도시한 것이고, 도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 광섬유와 모세관 이용한 힘 센서의 단면도를 도시한 것이다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 광섬유와 모세관 커플러를 이용한 힘 센서는 광섬유(110), 모세관(120), 연산부(130), 보강재(140), 가이드부(150), 접착부(160), 반사층(170)을 포함하여 이루어질 수 있다.
광섬유(110)는 코어(111), 클래드(112), 피복(113)의 3중 구조로 이루어진 일반적이 광섬유로서 모세관과의 광커플링을 위해 일측 단부의 코어(111)가 외부로 노출되도록 일측 단부에 형성된 클래드(112) 및 피복(113)이 제거되어 있다.
클래드(112)와 피복(113)은 일측 단부의 코어(111) 가 외부로 노출되도록 각각 약 1mm 내지 2mm 길이만큼 제거되는 것이 바람직하다.
또한, 코어만 노출되도록 클래드(112)가 전부 제거되는 것이 바람직하나, 광커플링이 이루어질 수 있도록 9㎛ 이하의 두께로 남아 있을 수도 있다. 따라서 이하에서 일측 단부로 노출된 코어는 순수코어뿐만 아니라 광커플링이 가능한 두께로 클래드가 남아있는 것까지 포함하는 의미이다.
모세관(120)은 길이방향을 따라 내부공간(sp)을 형성하는 것으로써, 상술한 코어(111)가 내부공간(sp)으로 삽입되며, 모세관과 코어의 중첩 영역에서의 광커플링에 의해 광신호의 일부(제1 광신호: s1)가 모세관(120)으로 빠져나간다.
이를 위해 모세관은 광신호를 전달할 수 있도록 코어와 같은 실리카 소재인 것이 바람직하다.
상술한 바와 같이, 모세관(120)에 형성된 내부공간(sp)에 코어(111)가 삽입되는 것에 의해서, 코어(111)와 모세관(120)이 용이하게 동축 상에 배치 즉, 직렬로 배치될 수 있다.
본 발명의 선행기술인 한국등록특허공보 제10-1509397호에 따르면, 광섬유(110)는 ㎛ 스케일으로 마련되므로, 반데르발스 힘과 정전기력 등에 의한 인력 때문에 복수개의 광섬유(110)가 상호 일정한 이격간격을 가지도록 나란하게 배치하는 것은 매우 어려운 문제가 있다.
상술한 본 발명에 따른 코어(111)와 모세관(120)의 커플링 구조에 따르면, 코어(111)를 모세관(120)에 형성된 내부공간(sp)에 삽입하는 것으로 코어(111)와 모세관(120)을 동축상에 배치하는 것이 용이하게 구현되며, 이에 의해서, 코어(111)와 모세관(120)의 이격거리가 일정하게 유지되기 때문에 외력이 보다 정확하게 센싱될 수 있다.
비록 도 1에는 모세관(120)의 내부공간(sp)에 코어가 이격거리 없이 도시되어 있으나 모세관(120)의 내주면은 코어(111)의 외면으로부터 소정간격 이격되는 것이 바람직하다. 모세관(120)과 코어(111)가 너무 가까운 경우 모세관(120)의 이동시 모세관(120)과 코어(111)가 접촉되어 코어(111)가 파손될 수 있기 때문이다. 하지만 코어와 모세관 사이의 광커플링을 위해 수㎛ 이내의 거리로 이격되어 있는 것이 바람직하다.
한편, 도 3에 도시된 바와 같이 카테터(1000)의 상단부인 팁(1100)에 수직력(F)이 인가되는 경우, 모세관(120)에 외력이 전달되는데, 이러한 외력에 의해 모세관(120)이 수직방향으로 이동된다. 이러한 모세관(120)의 이동에 의해서, 내부공간(sp)을 형성하는 모세관(120)의 면에 마주하는 삽입된 코어(111)의 면의 길이 즉, 모세관과 중첩된 코어(111)의 길이가 변화된다. 이러한 길이의 변화에 따라 광커플링에 따라 모세관(120)을 통해 빠져나가는 제1 광신호(s1)의 양이 변화된다.
연산부(130)는 외력에 의해서 모세관(120)이 코어(111)의 길이방향을 따라 이동하는 경우, 광섬유에 공급된 광신호와 코어의 끝단에서 반사되어 돌아오는 제2 광신호(s2)를 기초로 내부공간(sp)에 삽입된 코어(111)의 길이를 연산하며, 코어(111)의 길이를 기초로 외력을 연산하는 것으로써, 광섬유(110)의 타단에 연결된다.
상술한 바와 같이, 외력에 의해 모세관(120)이 이동하면, 모세관(120)과 중첩되는 코어(111)의 길이가 변화되고, 이에 의해서, 코어(111)의 끝단으로부터 반사되어 돌아오는 제2 광신호(s2)의 광량이 변화된다. 연산부(130)는 이러한 제2 광신호(s2)의 광량을 기초로 모세관(120)과 중첩되는 코어(111)의 변화된 길이를 연산하며, 그 연산 결과를 이용하여 외력을 연산한다.
즉, 연산부(130)는 미리 저장된 광량에 따른 중첩된 길이 테이블에 현재 코어(111)의 끝단으로부터 전달되는 제2 광신호(s2)의 광량을 대입함으로써 중첩된 길이를 구하며, 미리 저장된 중첩된 코어(111)의 변화된 길이에 따른 외력 테이블에 연산된 중첩되는 코어(111)의 길이를 대입함으로써 현재 가해지는 외력을 연산한다. 물론 광량에 따른 외력 테이블을 이용하여 측정된 광량으로 외력을 바로 연산할 수도 있다.
보강재(140)는 피복과 클래드가 제거된 영역과 제거되지 않은 나머지 영역 사이의 경계에 위치하는 코어(111)에 응력이 집중되는 것을 방지하는 것으로써, 경계에 위치한 코어를 둘러싸도록 도포된다. 이러한 보강재(140)는 탄성소재로 마련될 수 있으며, 이러한 보강재의 탄성에 의해 경계지점에서 코어(111)에 응력이 집중되는 것이 효과적으로 방지된다.
가이드부(150)는 광섬유(110)의 외면과 모세관(120)의 외면을 연결하는 것으로써, 모세관의 내부공간(sp)에 코어(111)가 삽입되는 것을 가이드 한다. 이러한 가이드부(150)에 의해서, 코어(111)를 내부공간(sp)에 삽입하는 것이 매우 용이한 효과가 있다.
이러한 가이드부(150)는 모세관(120)과 마찬가지로 실리카 소재로 마련될 수 있다. 따라서, 코어(111)와 가이드부(150)가 너무 가까운 경우, 가이드부(150)와 코어(111)와의 광커플링이 발생될 수 있으므로, 가이드부(150)와 코어(111)는 적어도 9㎛ 이상 이격되는 것이 바람직하다.
따라서, 가이드부(150)의 직경은 코어(111)와 충분한 거리로 이격될 수 있도록 광섬유(110)의 전체의 외경(약 250㎛)에 대응되도록 마련, 즉, 광섬유(110)의 외경(약 250㎛) 보다 약간 크게 마련되는 것이 바람직하다.
접착부(160)는 상술한 가이드부(150)와 광섬유(110)의 외면을 접착시키며, 가이드부(150)와 모세관(120)의 외면을 접착시키는 것으로써, 탄성소재로 마련된다.
즉, 접착부에 의해 가이드부(150)에 모세관(120)이 고정되면서도 외력이 가해졌을 때 모세관이 이동할 수 있고 외력이 제거되었을 때 처음의 자리로 되돌아갈 수 있도록 광경화 수지 또는 PDMS와 같은 탄성이 있는 접착제를 사용하는 것이 바람직하다.
반사층(170)은 모세관과의 광커플링에 의해 모세관으로 빠져나가지 않은 광신호를 효과적으로 반사시키기 위해 코어(111)의 끝단에 형성된다. 이러한 반사층(170)를 구비할 경우 반사층 없이 코어의 끝단에서 반사되는 것보다 많은 양의 광신호가 반사되어 광섬유의 타단으로 효과적으로 되돌아오기 때문에 광신호의 측정이 용이하여 외력의 측정이 더욱 용이해지는 효과가 있다.
비록 도면에 도시되어 있지 않으나 모세관(120)이 외력에 의해 이동하는 경우, 가이드부와 모세관 사이의 마찰에 의해 모세관이 파손되는 것을 받지하기 위해 모세관의 외면에 코팅층이 형성될 수도 있다.
지금까지 본 발명의 일 실시예에 따른 힘 센서에 대해 설명하였으며, 광섬유(110), 모세관(120), 및 연산부(130)를 포함하는 본 발명의 일 실시예에 따른 힘 센서는 광섬유(110)의 코어(111)가 모세관(120)의 길이방향을 따라 형성되는 내부공간(sp)으로 삽입되어 코어(111)와 모세관(120)이 동축에 정렬될 수 있다. 이에 의해서, 코어(111)와 모세관(120)의 이격거리가 일정하게 유지되기 때문에 외력이 보다 정확하게 센싱될 수 있다.
또한 선택적으로 보강재(140), 가이드부(150), 접착부(160), 반사층(170), 코팅층(180)을 더 포함함으로써 힘 센서의 조립을 용이하게 하고, 파손을 방지하며, 외력 센싱을 더 용이하게 하는 효과를 구비할 수 있다.
지금부터는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 일실시예에 따른 광섬유와 모세관을 이용한 힘 센서를 포함하는 의료기기를 카테터를 예로 들어 상세히 설명한다.
도 3는 본 발명의 일실시예에 따른 광섬유와 모세관을 이용한 힘 센서를 포함하는 카테터를 도시한 것이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 광섬유와 모세관을 이용한 힘센서를 포함하는 카테터(1000)는 팁(1100)과 배관(1200)과 본 발명의 일실시예에 따른 힘센서(100)를 포함한다.
팁(1100)은 후술하는 배관(1200)의 상단부에 연결되는 것으로써, 금속제로 마련된다. 이러한 팁(1100)의 내부에는 본 발명의 일실시예에 따른 광섬유와 모세관 커플러를 이용한 힘센서(100)가 설치된다.
배관(1200)은 상술한 팁(1100)의 하단부에 연결되는 것으로써, 탄성제로 마련된다. 이러한 배관(1200)의 내부에는 본 발명의 일실시예에 따른 광섬유와 모세관 커플러를 이용한 힘센서(100)의 광섬유(110)가 설치된다.
상술한 팁(1100)에 수직력(F)이 인가되면, 팁(1100)과 배관(1200)의 상대적인 변위에 의해서, 모세관(120)이 이동되며, 이에 의해서, 모세관과 중첩된 코어(111)의 길이가 변화된다. 이러한 중첩된 코어(111)의 길이 변화는 코어(111)의 끝단에서 반사되어 전달되는 제2 광신호(s2)의 광량을 변화시키고, 연산부(130)를 이를 이용하여 수직력, 즉, 외력을 연산한다.
따라서, 팁(1100)과 배관(1200)과 본 발명의 일실시예에 따른 힘센서(100)를 포함하는 본 발명의 일실시예에 따른 카테터(1000)에 의하면, 카테터의 팁(1100)에 인가되는 외력을 보다 정확하게 센싱할 수 있다.
지금부터는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 일실시예에 따른 광섬유와 모세관을 이용한 힘 센서의 제조방법에 대해서 상세히 설명한다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 광섬유와 모세관을 이용한 힘 센서의 제조방법의 순서도를 도시한 것이고, 도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 광섬유와 모세관을 이용한 힘 센서의 제조방법의 피복 제거단계를 도시한 것이고, 도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 광섬유와 모세관을 이용한 힘 센서의 제조방법의 클래드 제거단계를 도시한 것이고, 도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 광섬유와 모세관 을 이용한 힘 센서의 제조방법의 보강단계를 도시한 것이고, 도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 광섬유와 모세관을 이용한 힘 센서의 제조방법의 광섬유 조립단계를 도시한 것이고, 도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 광섬유와 모세관 커플러를 이용한 힘 센서의 제조방법의 모세관 조립단계를 도시한 것이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 광섬유와 모세관 커플러를 이용한 힘 센서의 제조방법은 피복 제거단계(S110), 클래드 제거단계(S120), 보강단계(S130), 모세관 준비단계(S140), 광섬유 조립단계(S150)와 모세관 조립단계(S160)를 포함한다.
도 5에 도시된 바와 같이, 피복 제거단계(S110)는 광섬유(110)의 일측 단부에 형성된 피복(113)을 제거하는 단계이다. 이러한 피복 제거단계(S110)에서는 광섬유(110)의 일측 끝단으로부터 약 1mm 내지 2mm 정도 길이로 피복(113)을 완전히 제거한다.
도 6에 도시된 바와 같이, 클래드 제거단계(S120)는 광섬유(110)의 일측 단부에서 코어(111)가 노출되도록 피복 제거단계(S110)에 의해 노출되는 클래드(112)를 식각함으로써 클래드(112)의 일부를 제거하는 단계이다.
이러한 식각과정은 광섬유를 PDMS (polydimethylsiloxane) 홀더에 고정시키고, 피복(113)이 제거된 일측 단부를 불화수소산(HF : Hydrofluoric Acid) 용액이나 불화암모늄(NH4F : Ammonium Fluoride) 수용액을 완충용액으로 혼합한 BOE(Buffered Oxide Etch)용액에 수용시킴으로써 실시된다.
이때 클래드를 완전히 제거하거나 광커플링이 가능한 두께(약 9㎛) 이하로 남을 수 있게 식각한다.
도 7에 도시된 바와 같이, 보강단계(S130)는 피복과 클래드(112)가 제거된 영역과 제거되지 않은 영역 경계에 위치하는 코어(111)의 일부분에 응력이 집중되는 것이 방지되도록 탄성소재로 마련되는 보강재를 도포하는 단계로써, 상술한 클래드 제거단계(S120) 이후 실시된다.
이러한 보강단계(S130)에 의해서, 경계에 위치하는 코어에 응력이 집중되어 파손되는 문제가 효과적으로 방지된다.
도 8에 도시된 바와 같이, 코어와 동일 또는 유사한 실리카 소재로 이루어지며, 외경은 광섬유(110)의 외경에 대응하는 모세관(120)이 준비된다(S140). 모세관 준비단계에서 모세관은 길이방향을 따라 내부공간(sp)이 형성되며, 내부공간의 직경은 피복 제거단계(S110)와 클래드 제거단계(S120)를 거쳐 노출된 코어의 직경에 대응하거나 코어의 직경보다 광커플링 가능한 거리(약 9㎛) 이하로 이격될 수 있도록 형성된다. 또한 내부공간의 중심축이 모세관의 중심축과 일치하도록 내부공간은 모세관의 중심에 형성한다.
이와 같이 광섬유(110)와 모세관(120)이 준비되면, 광섬유와 모세관의 외경에 대응하는 내경을 갖는 가이드부(150)를 이용하여 광섬유와 모세관을 조립함으로써 본 발명의 일 실시예에 따른 힘센서를 완성할 수 있다.
보다 상세히 설명하면, 도 9에 도시된 바와 같이 가이드부(150)의 일측에 광섬유를 삽입하고 접착부(160)를 이용하여 가이드부와 광섬유를 결합시킨다.
또한 도 10에 도시된 바와 같이 가이드부(150)의 타측에 모세관을 삽입하고 접착부(160)를 이용하여 가이드부와 모세관을 결합시킨다.
광섬유의 코어는 광섬유의 중심에 위치하고 모세관의 내부공간(sp)도 모세관의 중심에 위치하기 때문에 광섬유와 모세관을 가이드부에 삽입하는 것만으로 코어와 내부공간은 서로 마주하게 위치되고 코어는 내부공간 안으로 용이하게 삽입될 수 있다.
비록 도 4에는 광섬유 조립단계 다음에 모세관 조립단계가 진행되는 것으로 도시되어 있으나 모세관 조립단계가 먼저 수행되어도 무방하다.
이러한 피복 제거단계(S110), 클래드 제거단계(S120), 보강단계(S130), 모세관 준비단계(S140), 광섬유 조립단계(S150)와 모세관 조립단계(S160)를 포함하는 본 발명의 일 실시예에 따른 힘 센서의 제조방법에 따르면, 힘 센서가 용이하게 제조된다.
본 발명의 권리범위는 상술한 실시예에 한정되는 것이 아니라 첨부된 특허청구범위 내에서 다양한 형태의 실시예로 구현될 수 있다. 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 변형 가능한 다양한 범위까지 본 발명의 청구범위 기재의 범위 내에 있는 것으로 본다.
100 : 힘 센서 110 : 광섬유
111 : 코어 112 : 클래드
113 : 피복 120 : 모세관
130 : 연산부 140 : 보강부
150 : 가이드부 160 : 접착부
170 : 반사층 180 : 코팅층
s1 : 제1 광신호 s2 : 제2 광신호
sp : 내부공간 1000 : 카테터
1100 : 팁 1200 : 배관
S100 : 힘 센서의 제조방법 S110 : 피복 제거단계
S120 : 클래드 제거단계 S130 : 보강단계
S140 : 모세관 준비단계 S150 : 광섬유 조립단계
S160 : 모세관 조립단계

Claims (11)

  1. 피복 및 적어도 일부의 클래드가 제거된 일측 단부를 갖는 광섬유;
    길이방향을 따라 내부공간이 형성되어 있으며, 상기 일측 단부가 상기 내부공간으로 삽입되며, 삽입된 상기 일측 단부와의 광커플링을 통해 상기 광섬유의 타측으로부터 전달된 광신호의 일부를 출력하는 모세관; 및
    외력에 의해서 상기 일측 단부가 상기 내부공간을 따라 이동하는 경우, 상기 광섬유의 타측에 인가된 광신호 및 상기 광섬유의 일측 단부에서 반사되어 타측으로 돌아온 광신호를 기초로 상기 외력을 연산하는 연산부;
    를 포함하는 힘 센서.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 광섬유의 외경과 상기 모세관의 외경의 크기가 대응하며, 일측에 상기 광섬유가 삽입되고 타측에 상기 모세관이 삽입됨으로써 상기 광섬유의 일측 단부가 상기 모세관의 내부공간으로 삽입되는 것을 가이드하는 가이드부를 더 포함하는 힘 센서.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 광섬유에서 피복과 클래드가 제거된 상기 일측 단부와 나머지 영역 사이의 경계에 도포된 보강재를 더 포함하는 힘 센서.
  4. 제2항에 있어서,
    탄성소재로 마련되어 상기 가이드부와 상기 클래드의 외면을 접착시키며, 상기 가이드부와 상기 모세관의 외면을 접착시키는 접착부를 더 포함하는 힘 센서.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 일측 단부의 끝부분에 형성된 반사층을 더 포함하는 힘 센서.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 모세관의 외면에 형성된 코팅층을 더 포함하는 힘 센서.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 내부공간의 지름은 상기 일측 단부의 지름에 대응되도록 마련된 힘 센서.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 일측단부는 피복 및 클래드가 모두 제거되고 코어만 노출되어 있는 힘 센서.
  9. 광섬유 일측 단부의 피복을 제거하는 피복 제거단계;
    상기 피복 제거단계에 의해 노출된 적어도 일부의 클래드를 제거하는 클래드 제거단계;
    피복 및 클래드가 제거된 광섬유의 일측 단부가 삽입되는 내부공간이 길이방향을 따라 형성된 모세관을 준비하는 모세관 준비단계;
    상기 광섬유의 외경 및 상기 모세관의 외경에 대응하는 내경을 갖는 가이드부의 일측에 일측 단부의 피복 및 클래드가 제거된 광섬유를 삽입하고 탄성 접착제를 이용하여 광섬유와 모세관을 접착시키는 광섬유 조립 단계; 및
    상기 모세관을 상기 가이드부의 타측에 삽입하고 탄성 접착제를 이용하여 모세관과 가이드부를 접착시키는 모세관 조립 단계;
    를 포함하고, 상기 광섬유 조립 단계 및 상기 모세관 조립 단계를 통해 상기 광섬유의 일측 단부가 상기 모세관의 내부공간에 삽입되는 힘 센서 제조방법.
  10. 제9에 있어서,
    상기 클래드 제거단계 이후, 피복과 클래드가 제거된 상기 일측 단부와 나머지 영역 사이의 경계에 보강재를 도포하는 보강단계를 더 포함하는 힘 센서 제조방법.
  11. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 따른 힘 센서를 포함하며, 상기 힘 센서를 이용하여 단부에 가해지는 힘을 측정할 수 있는 의료기기.
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