KR20220090228A - 마하젠더 간섭계 기반 초고속 광 주파수 및 시분할 광 간섭성 단층 촬영장치 및 이를 이용한 촬영방법 - Google Patents

Abstract

본 발명의 실시 예에 따른 마하젠더 간섭계를 기반으로 하는 초고속 광 주파수 및 시분할 광 간섭성 단층 촬영장치에 있어서, 광을 생성하는 광원부; 마하젠더 간섭계를 기반으로 하는 광분할부로 광원에서 전달된 빛을 분할하고, 생성된 기준광 및 측정광을 이용하여 합성분할광을 생성하여, 생성된 합성분할광을 분할하여 조사하는 커플러부; 분할되어 조사되는 합성분할광을 전달받는 복수의 분광기로 구비되어, 각각의 분광기로부터 파장 대역 별로 분광된 각광을 순차적으로 스캔하는 검출부 및 상기 검출부에서 스캔한 결과를 토대로 단일 영상을 생성하는 영상처리부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 마하젠더 간섭계를 기반으로 하는 광 주파수 및 시분할 광 간섭성 단층 촬영방법에 있어서, 광을 생성하는 광 생성단계; 상기 생성된 광을 마하젠더 간섭계로부터 분할되어 생성된 기준광 및 측정광을 이용하여 합성광을 생성하는 합성광 생성단계; 상기 합성광을 n(여기서, n은 2 이상의 자연수)개의 합성분할광으로 분할하여 조사하는 합성광 분할단계; 입사된 상기 n개의 합성분할광을 각각 n개의 분광기로 조사하여 상기 각 분광기로부터 파장 대역 별로 분광된 각 광을 순차적으로 스캔하는 스캔단계 및 스캔한 결과를 이용하여 단일 영상을 생성는 영상생성 단계를 포함하고, 상기 스캔단계는, 입사된 상기 n개의 합성분할광을 각각 평행광으로 변환하는 변환단계; 상기 분할된 각각의 평행광을 n번째 분광기로 입사하여 파장 대역 별로 분광시키는 분광단계; 상기 파장 대역 별로 분광된 평행광을 각 파장 대역에 따라 하나의 포커스로 모이도록 평행광의 포커스 거리를 조절하는 포커스 조절 단계; 1번째 분광기로부터 분광된 평행광의 스캔을 시작하는 스캔시작 신호를 전송하여 순차적으로 n번째 분광기로부터 분광된 평행광의 스캔을 시작하는 스캔 시작 신호를 전송하는 전송단계 및 상기 전송단계를 통해 스캔 시작 신호가 수신되면, 각 파장 대역에 따라 하나의 포커스로 모인 평행광을 순차적으로 스캔하되, 상기 스캔 시작 신호가 수신됨에 따라 상기 n-1번째 분광기로부터 분광된 평행광을 스캔하고, 상기 n-1번째 분광기로부터 분광된 평행광의 스캔 수행 시간이 중간시점에 도달하면, n번째 분광기로부터 분광된 평행광의 스캔을 수행하는 스캔 수행단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

마하젠더 간섭계 기반 초고속 광 주파수 및 시분할 광 간섭성 단층 촬영장치 및 이를 이용한 촬영방법 {Mach-Zander interferometer based ultrafast optical frequency and time division optical coherence tomography apparatus and imaging method thereof}

본 발명은 광 간섭성 단층 촬영장치의 영상 획득 속도를 소스 파워의 손실 없이 향상시키기 위한 마하젠더 간섭계 기반 초고속 광 주파수 및 시분할 광 간섭성 단층 촬영장치 및 방법에 관한 것으로서, 마하젠더 간섭계를 통해 구현된 광 간섭성 단층 촬영장치의 신호를 다수의 어레이를 가진 디텍터로 번갈아가며 획득함으로서, 영상획득에 소요되는 속도를 단축시킬 수 있는 마하젠더 간섭계 기반 초고속 광 주파수 및 시분할 광 간섭성 단층 촬영장치 및 이를 이용한 촬영방법에 관한 것이다.

일반적인 광 간섭성 단층 촬영(OCT: Optical Coherence Tomography) 장치는, 광으로부터 추사된 광을 둘로 분리시켜 하나의 광은 대상물에 조사하고, 다른 광은 레퍼런스 미러(Reference Mirror)에 조사한다.

이후, 광 간섭성 단층 촬영장치는 대상물로부터 반사되는 측정광과 레퍼런스 미러로부터 반사되는 참조광을 합성시키고, 이때, 측정광과 참조광의 합성에 의해 간섭 현상이 발생하게 된다.

즉, 종래의 광 간섭성 단층 촬영장치는 측정광과 참조광의 합성에 따른 간섭 신호를 측정함으로써 측정 대상물의 단층 영상을 획득할 수 있는데, 비침습, 비파괴 및 비접촉 방식으로 단층 영상을 획득할 수 있다.

한편, 광 간섭성 단층 촬영장치는 간섭 신호의 측정 방식에 따라 시간 영역에서 간섭 신호를 분석하는 시간 영역 광 간섭성 단층 촬영장치(Time Domain OCT)와, 스펙트럼 영역에서 간섭 신호를 분석하는 스펙트럼 영역 광 간섭성 단층 촬영장치(Spectrum Domain OCT) 등으로 나뉠 수 있다.

먼저, 광 간섭성 단층 촬영(Optical coherence tomography, OCT) 기술은 비침습, 비접촉식 방법으로 대상물의 단층 영상을 획득할 수 있는 기술이다.

그 중 대표적으로 스펙트럼 영역 OCT의 경우 분광기를 통해 간섭 신호를 파장 대역 별로 나누어 카메라로 신호를 획득해 간섭 신호 스펙트럼을 분석하는 방법이다.

또한, 스펙트럼 영역 광 간섭성 단층 촬영장치(Spectrum Domain OCT)는 간섭 신호를 주파수 영역 또는 파장 영역에서 획득한 후 간섭 신호를 푸리에 변환시켜 대상물의 단층 영상을 추출한다.

이에 따라, 스펙트럼 영역 광 간섭성 단층 촬영장치는 레퍼런스 미러의 기계적인 움직임이 필요 없어 안정성 및 영상 획득 속도가 시간 영역 광 간섭성 단층 촬영장치에 비해 높은 이점을 가진다.

하지만, 종래의 스펙트럼 영역 광 간섭성 단층 촬영장치의 경우 단일 분광기 구비 및 카메라 라인 스캔 속도 한계로 인해 영상 획득 속도를 일정 이상 기대하기 어려운 문제점이 있다.

시간 영역 광 간섭성 단층 촬영장치(Time Domain OCT)는 레퍼런스 미러의 경로 거리를 기계적으로 조절하면서 대상물의 단층 영상을 획득한다.

또한, 시분할을 통해 구현한 다중 카메라 기반 시스템의 경우, 신호를 획득할 수 없는 데드타임 발생이 필수불가결해 인해 스캔 속도가 제한적인 하나의 카메라를 사용한 시스템에 비해 속도를 비약적으로 향상시킬 수 있었다.

또한, 광 주파수 분할을 통해 구현한 다중 스캐너 기반 시스템의 경우 스캐너 별로 미세하게 광 경로 차이를 조절하여 카메라로 획득할 수 있는 주파수 영역에 모두 위치시켜 한번에 획득할 수 있는 신호의 수를 증가시키고, 이를 통해 시스템의 속도를 증대시킬 수 있었다.

그러나, 기존의 스펙트럼 영역 OCT의 경우 카메라의 라인 스캔 속도의 한계로 인해 영상 획득 속도에 제한이 있었고, 이에 따라, 기존의 스팩트럼 영역 OCT는 영상 획득 속도의 한계로 인해 사업화 및 제품화를 진행하는데 한계가 있었으며, 또한, OCT의 다른 종류인 파장 가변 레이저 기반의 OCT는 스펙트럼 영역의 OCT에 비해 시스템 구성 비용이 많이 들기 때문에 시장성 확보 및 상용화에 한계가 있었다.

따라서, 기존 이용되는 스펙트럼 영역의 OCT의 경우, 카메라의 라인 스캔 속도의 한계로 인해 높은 속도를 요구하는 산업용 제품 검사, 혈관 조영술 (angiography) 등과 같은 분야에 적용이 어려웠으며, 이를 해결하기 위해, 향상된 깊이 정보 획득 수준을 활용해 다수의 광주파수 분할이 가능하며 이를 기반으로 스펙트럼 영역의 스캔 속도를 획기적으로 개선할 수 있고, 보다 저렴한 가격으로 소스의 광 파워를 손실없이 모두 사용할 수 있는 마하젠더 간섭계 기반 초고속 광 주파수 및 시분할 광 간섭성 단층 촬영장치에 관한 기술개발이 절실한 실정이다.

본 발명의 실시 예에 따른 마하젠더 간섭계 기반 초고속 광 주파수 및 시분할 광 간섭성 단층 촬영장치는, 영상 획득 속도를 소스 파워의 손실 없이 향상하는 장치 방법에 관한 것으로서, 마하젠더 간섭계를 통해 구현된 다중 스캐너 기반 광 간섭성 단층 촬영장치의 신호를 다수의 어레이를 가진 디텍터로 번갈아가며 획득하여 시스템 속도를 향상시킨 마하젠더 간섭계 기반 초고속 광 주파수 및 시분할 광 간섭성 단층 촬영장치를 제공하는데 목적을 가진다.

상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 실시 예에 따른 마하젠더 간섭계 기반 초고속 광 주파수 및 시분할 광 간섭성 단층 촬영장치는, 광을 생성하는 광원부; 마하젠더 간섭계를 기반으로 하는 광분할부로 광원에서 전달된 빛을 분할하고, 생성된 기준광 및 측정광을 이용하여 합성분할광을 생성하여, 생성된 합성분할광을 분할하여 조사하는 커플러부; 분할되어 조사되는 합성분할광을 전달받는 복수의 분광기로 구비되어, 각각의 분광기로부터 파장 대역 별로 분광된 각광을 순차적으로 스캔하는 검출부 및 상기 검출부에서 스캔한 결과를 토대로 단일 영상을 생성하는 영상처리부를 포함할 수 있다.

또한, 상기 커플러부는, 광분할부로부터 분할되어 생성된 기준광을 기준단으로 조사하는 제 1 커플러 및 광분할부로부터 분할되어 생성된 측정광을 샘플단으로 조사하는 제 2 커플러를 포함할 수 있다.

또한, 상기 커플러부는, 상기 제 1 커플러에서 조사되는 기준광과, 제 2 커플러에서 조사되는 측정광을 전달받아, 2차 합성분할광으로 합성하여 검출부에 조사하는 제 3 커플러를 포함할 수 있다.

또한, 상기 검출부는, 입사된 상기 n개의 합성분할광을 각각 평행광으로 변환하고, 각 평행광을 n번째 분광기로 입사하여 파장 대역별로 분광시키는 분할부; 상기 분할부에서 파장 대역 별로 분광된 평행광을 각 파장 대역에 따라 하나의 포커스로 모이도록 평행광의 포커스 거리를 조절하는 포커스부; 1번째 분광기부터 n번째 분광기까지 각 분광기로부터 분광된 평행광의 스캔을 시작하는 스캔시작 신호를 순차적으로 전송하는 스캔제어부; 및 상기 스캔제어부로부터 스캔 시작 신호가 수신되면, 상기 포커스부에서 각 파장 대역에 따라 하나의 포커스로 모인 평행광을 순차적으로 스캔하는 스캔부를 포함할 수 있다.

여기서, 상기 스캔부는, 상기 스캔제어부의 스캔 시작 신호가 수신됨에 따라 n-1번째 분광기로부터 분광된 평행광을 스캔하고, 상기 n-1 번째 분광기로부터 분광된 평행광의 스캔의 완료되면 n번째 분광기로부터 분광된 평행광을 스캔할 수 있다.

또한, 상기 스캔부는, 상기 스캔제어부로부터 n번째 분광기에서 분광된 평행광에 대한 스캔 시작 신호가 수신되고, 상기 n-1번째 분광기에서 분광된 평행광에 대한 스캔이 수행 중인 경우, 상기 n-1번째 분광기에서 분광된 평행광에 대한 스캔이 완료되기 중간시점에서 상기 n번째 분광기에서 분광된 평행광에 대한 스캔을 수행할 수 있다.

또한, 상기 커플러부는, 상기 광원부의 광으로부터 제1광을 생성하고, 상기 제1광을 스캔하고 반사시켜 기준광을 생성하는 기준단; 상기 광원부의 광으로부터 제2광을 생성하고, 상기 제2광을 대상물에 조사하여 반사되는 측정광을 생성하는 샘플단; 및 상기 기준광과 측정광을 합성하여 합성광을 생성하고, 상기 합성광을 n개의 합성분할광으로 분할하는 분할부를 포함할 수 있따.

또한, 상기 샘플단은, 상기 대상물이 k(여기서, k는 자연수)개 존재하는 경우, 상기 제2광을 k개로 분할하여 각 대상물로 조사할 수 있다.

또한, 상기 영상처리부는, 상기 k(여기서, k는 자연수)개의 대상물을 조사하는 광 경로차이에 의한 주파수가 다른 다수 개의 측정광에 따라 다수 개의 채널로 형성하여 단일 영상으로 생성할 수 있다.

한편, 상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 실시 예에 따른 마하젠더 간섭계 기반 초고속 광 주파수 및 시분할 광 간섭성 단층 촬영방법은, 광을 생성하는 광 생성단계; 상기 생성된 광을 마하젠더 간섭계로부터 분할되어 생성된 기준광 및 측정광을 이용하여 합성광을 생성하는 합성광 생성단계; 상기 합성광을 n(여기서, n은 2 이상의 자연수)개의 합성분할광으로 분할하여 조사하는 합성광 분할단계; 입사된 상기 n개의 합성분할광을 각각 n개의 분광기로 조사하여 상기 각 분광기로부터 파장 대역 별로 분광된 각 광을 순차적으로 스캔하는 스캔단계 및 스캔한 결과를 이용하여 단일 영상을 생성는 영상생성 단계를 포함할 수 있다.

여기서, 상기 스캔단계는, 입사된 상기 n개의 합성분할광을 각각 평행광으로 변환하는 변환단계; 상기 분할된 각각의 평행광을 n번째 분광기로 입사하여 파장 대역 별로 분광시키는 분광단계; 상기 파장 대역 별로 분광된 평행광을 각 파장 대역에 따라 하나의 포커스로 모이도록 평행광의 포커스 거리를 조절하는 포커스 조절 단계; 1번째 분광기로부터 분광된 평행광의 스캔을 시작하는 스캔시작 신호를 전송하여 순차적으로 n번째 분광기로부터 분광된 평행광의 스캔을 시작하는 스캔 시작 신호를 전송하는 전송단계 및 상기 전송단계를 통해 스캔 시작 신호가 수신되면, 각 파장 대역에 따라 하나의 포커스로 모인 평행광을 순차적으로 스캔하되, 상기 스캔 시작 신호가 수신됨에 따라 상기 n-1번째 분광기로부터 분광된 평행광을 스캔하고, 상기 n-1번째 분광기로부터 분광된 평행광의 스캔 수행 시간이 중간시점에 도달하면, n번째 분광기로부터 분광된 평행광의 스캔을 수행하는 스캔 수행단계를 포함할 수 있다.

본 발명의 실시 예에 따른 마하젠더 간섭계 기반 초고속 광 주파수 및 시분할 광 간섭성 단층 촬영장치는, 영상획득에 있어 속도를 획기적으로 향상시킨 스펙트럼 영역의 OCT를 기반으로 보다 저렴한 가격의 장비를 구현할 수 있어 높은 시장성을 가진다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 마하젠더 간섭계 기반 초고속 광 주파수 및 시분할 광 간섭성 단층 촬영장치는, 카메라의 라인 스캔 속도 한계로 인해 제한적이었던 영상 획득 속도를 시분할 방법을 통해 향상시켜 디텍터의 기술적 한계를 해소할 수 있는 장점을 가진다.

또한, 기존 마이켈슨 간섭계 기반의 시스템의 경우 소스 파워의 손실이 발생하게 되고, 이로 인해 획득할 수 있는 간섭 신호의 세기가 매우 떨어지는 단점을 가지고 있었으며, 본 발명의 실시 예에 따른 마하젠더 간섭계 기반 초고속 광 주파수 및 시분할 광 간섭성 단층 촬영장치는, 마하젠더 간섭계를 이용하여 상기 단점을 극복할 수 있는 장점을 가진다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 마하젠더 간섭계 기반 초고속 광 주파수 및 시분할 광 간섭성 단층 촬영장치는, 마하젠더 간섭계 기반의 광 간섭성 단층 촬영장치를 제공함으로서, 소스의 모든 파워를 손실없이 사용할 수 있는 장점을 가진다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 마하젠더 간섭계 기반 초고속 광 주파수 및 시분할 광 간섭성 단층 촬영장치는, 광주파수 분할 기법을 적용하여, 더 많은 스캐너를 활용할 수 있기에 스펙트럼 영역의 광 간섭성 단층 촬영장치의 획득 속도가 증가된 장점을 가진다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 마하젠더 간섭계 기반 초고속 광 주파수 및 시분할 광 간섭성 단층 촬영장치는, 종래 이용되는 디텍터의 제한적인 속도 문제를 해결할 수 있으며, 빠른 단층 이미징 속도를 필요로 하는 산업용 검사 장비 및 혈관 조영술 등과 같은 분야에 이용될 수 있어, 다양한 산업 전반에 이용가능하므로 호환성이 뛰어난 장점을 가진다.

도 1 은 본 발명의 실시 예에 따른 마하젠더 간섭계 기반의 광주파수 및 시분할 기법을 적용한 광 간섭성 단층 촬영장치의 블록도이다.
도 2 는 도 1 의 커플러부의 구성을 자세히 도시한 블록도이다.
도 3 은 도 2 와 다른 방식으로 구비되는 커플러부의 구성을 보여주는 블록도이다.
도 4 는 도 1 의 검출부의 구성을 자세히 도시한 블록도이다.
도 5 는 도 1 에 도시된 마하젠더 간섭계 기반의 광주파수 및 시분할 기법을 적용한 광 간섭성 단층 촬영장치의 구성을 자세히 보여주기 위한 구성도이다.
도 6 은 도 1 의 구성요소로 이루어지는 마하젠더 간섭계 기반의 광주파수 및 시분할 기법을 적용한 광 간섭성 단층 촬영장치의 모식도이다.
도 7 은 마하젠더 간섭계 기반의 광주파수 및 시분할 광 간섭성 단층 촬영장치의 모식도이다.
도 8 은 제 3 커플러 및 제 4 커플러가 구비된 마하젠더 간섭계 기반의 광주파수 및 시분할 광 간섭성 단층 촬영장치를 보여주기 위한 모식도이다.
도 9 는 스플리터가 구비된 마하젠더 간섭계 기반의 광주파수 및 시분할 광 간섭성 단층 촬영장치의 모식도이다.
도 10 은 도 9 에 도시된 마하젠더 간섭계 기반의 광주파수 및 시분할 광 간섭성 단층 촬영장치의 또다른 예시를 보여주는 모식도이다.
도 11 및 도 12 는 도 4 에 의해 스캔 시작 신호가 수신된 후 스캔을 수행하는 예를 타이밍 다이어그램으로 나타낸 도면이다.
도 13 은 도 11 및 도 12에 의해 스캔 시작 신호가 수신된 후 스캔을 수행하는 예를 타이밍 다이어그램으로 나타낸 도면이다.
도 14 는 도 11 및 도 12와는 또 다른 예로 스캔 시작 신호가 수신된 후 스캔을 수행하는 예를 타이밍 다이어그램으로 나타낸 도면이다.
도 15 는 본 발명의 실시 예에 따른 마하젠더 간섭계 기반의 광주파수 및 시분할 광 간섭성 단층 촬영방법의 흐름도이다.
도 16 은 도 15 에 도시된 스캔 단계를 구체적으로 도시한 흐름도이다.
도 17 은 도 15 에 도시된 마하젠더 간섭계 기반의 광주파수 및 시분할 광 간섭성 단층 촬영방법의 구체적인 흐름을 보여주기 위한 흐름도이다.
도 18 은 도 15 의 합성광을 생성하는 방법을 구체적으로 도시한 흐름도이다.
도 19 는 도 15 의 분광된 광을 순차적으로 스캔하는 방법을 구체적으로 도시한 흐름도이다.

이하, 도면을 참조한 본 발명의 설명은 특정한 실시 형태에 대해 한정되지 않으며, 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있다. 또한, 이하에서 설명하는 내용은 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

이하의 설명에서 제 1, 제 2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용되는 용어로서, 그 자체에 의미가 한정되지 아니하며, 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.

본 명세서 전체에 걸쳐 사용되는 동일한 참조번호는 동일한 구성요소를 나타낸다.

본 발명에서 사용되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 또한, 이하에서 기재되는 "포함하다", "구비하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것으로 해석되어야 하며, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

다르게 정의되지 않는 한 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 갖고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 갖는 의미와 일치하는 의미를 갖는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

또한, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성 요소는 동일한 참조부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

이하, 도 1 내지 도 19 를 참조로 하여 본 발명의 실시 예에 따른 마하젠더 간섭계 기반의 광주파수 및 시분할 기법을 적용한 광 간섭성 단층 촬영장치(1)를 상세히 설명하기로 한다.

먼저, 도 1 은 본 발명의 실시 예에 따른 마하젠더 간섭계 기반의 광주파수 및 시분할 기법을 적용한 광 간섭성 단층 촬영장치의 블록도이고, 도 2 는 도 1 의 커플러부의 구성을 자세히 도시한 블록도이며, 도 3 은 도 2 와 다른 방식으로 구비되는 커플러부의 구성을 보여주는 블록도이고, 도 4 는 도 1 의 검출부의 구성을 자세히 도시한 블록도이며, 도 5 는 도 1 에 도시된 마하젠더 간섭계 기반의 광주파수 및 시분할 기법을 적용한 광 간섭성 단층 촬영장치의 구성을 자세히 보여주기 위한 구성도이고, 도 6 은 도 1 의 구성요소로 이루어지는 마하젠더 간섭계 기반의 광주파수 및 시분할 기법을 적용한 광 간섭성 단층 촬영장치의 모식도이며, 도 7 은 마하젠더 간섭계 기반의 광주파수 및 시분할 광 간섭성 단층 촬영장치의 모식도이고, 도 8 은 제 3 커플러 및 제 4 커플러가 구비된 마하젠더 간섭계 기반의 광주파수 및 시분할 광 간섭성 단층 촬영장치를 보여주기 위한 모식도이며, 도 9 는 스플리터가 구비된 마하젠더 간섭계 기반의 광주파수 및 시분할 광 간섭성 단층 촬영장치의 모식도이고, 도 10 은 도 9 에 도시된 마하젠더 간섭계 기반의 광주파수 및 시분할 광 간섭성 단층 촬영장치의 또다른 예시를 보여주는 모식도이며, 도 11 및 도 12 는 도 4 에 의해 스캔 시작 신호가 수신된 후 스캔을 수행하는 예를 타이밍 다이어그램으로 나타낸 도면이고, 도 13 은 도 11 및 도 12에 의해 스캔 시작 신호가 수신된 후 스캔을 수행하는 예를 타이밍 다이어그램으로 나타낸 도면이며, 도 14 는 도 11 및 도 12와는 또 다른 예로 스캔 시작 신호가 수신된 후 스캔을 수행하는 예를 타이밍 다이어그램으로 나타낸 도면이다.

도 1 내지 도 5 를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 마하젠더 간섭계 기반의 광주파수 및 시분할 기법을 적용한 광 간섭성 단층 촬영장치(1)는, 광을 생성하는 광원부(100), 마하젠더 간섭계를 기반으로 광원부(100)로부터 생성된 기준광과 측정광을 이용하여 합성광을 생성하고, 합성광을 분할하여 합성분할광을 조사하는 커플러부(200), 커플러부(200)에서 조사된 합성분할광을 입사받아 각각의 분광기로 조사하고, 각 분광기로부터 파장 대역별로 분광된 각 광을 순차적으로 스캔하는 검출부(300) 및 영상처리부(400)를 포함할 수 있다.

구제적으로, 상기 광원부(100)는, 광을 생성하여 광분할부(210)로 전송할 수 있으며, 도 5 에 도시된 바와 같이 하나의 광원부(100)로 구비될 수 있으나, 이는 이해를 돕기 위하여 단순하게 광원부(100)를 하나로 개략화 하여 도시한 것으로서, 사용자의 요구 및 마하젠더 간섭계 기반의 광주파수 및 시분할 기법을 적용한 광 간섭성 단층 촬영장치(1)의 목적에 따라 2 개 이상의 복수로 구비될 수도 있다.

상기 광원부(100)가 복수로 구비될 경우, 상기 복수의 광원부(100)에서 도출되는 다수의 광을 전달받아 처리하기 위하여, 복수의 광원부(100)에서 도출되는 광의 전면에 구비되는 커플러부(200) 역시, 복수로 구비될 수도 있다.

또한, 상기 광원부(100)에서 도출되는 광은, 가우시안 빔(gaussian beam), 라이트 빔(light beam), 레이저 빔(laser beam), 또는 입자 빔(particle beam) 등과 같이 입자(전자 또는 양성자 등)가 한 방향으로 집중하여 흐르는 “빔(beam)”을 의미할 수 있다.

또한, 상기 광원부(100)는 대역폭이 넓고, 간섭 길이가 짧은 백색광을 생성할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.

예를 들어, 중심파장이 840㎚인 근적외선 파장 대역(800㎚ ~ 1550㎚)을 갖고, 반치폭(FWHM, Full Width Half Maximum)이 50㎚이며, 최대 출력 파워는 5.3㎽인 광을 발생시킬 수 있다.

또한, 상기 커플러부(200)는, 마하젠더 간섭계를 기반으로 이루어지는 광분할부(210)를 포함할 수 있으며, 광원부(100)에서 광을 전달받은 후, 광분할부(210)를 통해 분할되어 생성된 기준광 및 측정광을 이어받아, 합성분할광으로 합성하여 검출부(300)로 전송할 수 있다.

구체적으로, 상기 광분할부(210)에는, 마하젠더 간섭계가 이용될 수 있다.

여기서, 간섭계란 파동의 간섭을 이용하여 간섭무늬를 만들고, 그것을 해석하여 여러 가지의 물리량을 계측하는 장치를 지칭하는 것이다.

보다 구체적으로, 빛의 간섭을 이용하는 것으로는 매질의 굴절률, 광학소자의 정밀도(예컨대 평면도), 거리, 각도, 광원의 스펙트럼 구조 등을 측정할 수 있으며, 광원에서 나온 광파를 둘로 나누고 그 사이에 적당한 광로차(따라서 위상차)를 준 후, 함께 간섭시키는 2광선속 간섭계와 다수의 광파로 나눈 후 간섭시키는 다광선속 간섭계로 분류된다.

간섭계의 예시로는, 마이켈슨 간섭계, 자맹 간섭계, 마하젠더 간섭계, 패브리 페로 간섭계와 같은 기술이 이용되고 있으며, 본 발명의 마하젠더 간섭계 기반 초고속 광 주파수 및 시분할 광 간섭성 촬영장치에서는, 마하젠더 간섭계가 이용되는 것이 가장 바람직하다.

마하젠더 간섭계의 경우, 2광속(光束) 간섭계의 일종으로서, 계측상 중요한 간섭계이다.

마하젠더 간섭계는, 2개의 반투명 거울과 2개의 거울로 구성되며, 각각의 거울들이 직교를 이루도록 구성되어, 먼저, 1개의 반투명 거울에서 반사된 빛의 절반은 수직으로 통과되어 거울로 입사되고, 분단되어 반사되는 빛은 반투명 거울의 측방에 구비되는 거울로 입사되어, 최종적으로 분단된 두개의 빛은 나머지 한 개의 반투명 거울로 입사된 후 반사되어 합쳐지게 되는 원리를 가진다.

반면, 널리 이용되고 있는 마이켈슨 간섭계의 경우, 광원에서 나온 단색광은 렌즈를 통해 평행으로 전진하게 되고, 반투명 거울을 통해 둘로 나뉘어, 한쪽은 반사를 위한 거울로 입사되고, 다른 쪽은 보정기를 통해 빠져다가 거울을 통해 반사되게 되며, 반사된 거울을 통해 빛과 함께 중단에서 만나 상을 맺는 원리를 가진다.

이때, 2 개의 광속의 광로차에 의해 동심원의 간섭무늬가 생기게 되고, 반투명 거울의 위치를 이동시킬 경우, 그의 간섭 무늬는 원의 중심에서 솟아나거나 중심에 빨려 들어가는 것 같이 이동되며, 이 이동의 크기로부터 광원의 파장의 결정과 간섭 무늬 선명도의 측정으로부터 스펙트럼선의 폭과 형상을 결정하는 것이다.

그러나, 상술한 마이켈슨 간섭계의 경우, 반투명 거울을 통해 입사된 거울의 각도 및 위치가 가변됨에 따라, 광원의 소스 파워 손실이 발생하게 되고, 이로 인해 획득할 수 있는 간섭 신호의 세기가 매우 떨어지는 단점을 가지고 있다.

그러나, 마하젠더 간섭계의 경우, 2개의 간섭 신호를 얻게 될 수 있음으로, 신호 처리에 의해 광원의 강도 변경과 소스 파워의 손실을 저감할 수 있는 장점을 가진다.

이에 따라, 마하젠더 간섭계를 기반으로 하는 본 발명은, 종래 단층 촬영장치가 가지는 고질적인 문제인 소스파워의 손실을 저감할 수 있고, 분할된 광을 각각 전달받을 수 있는 커플러부(200)를 구비하여, 보다 빠른 영상 획득이 가능한 장점을 가진다.

정리하자면, 이와 같은 마하젠더 간섭계는, 종래 이용되는 마이켈슨 간섭계가 가지고 있던 문제점인 간섭 신호의 세기 문제를 해소할 수 있으며, 제한적인 속도 문제를 해결할 수 있으며, 빠른 단층 이미징 속도를 필요로 하는 산업용 검사 장비 및 혈관 조영술 등과 같은 분야에 이용될 수 있어, 다양한 산업 전반에 이용가능하므로 호환성이 뛰어난 장점을 가진다.

그러나, 상기 마하젠더 간섭계는 본 발명을 구성하기 위한 가장 바람직한 실시 예일 뿐, 광원부(100)에서 전달되는 광으로부터 분할되어 생성된 기준광 및 측정광을 이용하여 합성분할광을 생성할 수 있는 모든 종류의 간섭계로 대체될 수도 있다.

또한, 상기 커플러부(200)는, 입사된 하나의 광을 다수 개의 광으로 분할(split)하거나 입사된 2개의 광을 합성(coupling)하여 하나의 광으로 생성할 수 있는 광 커플러를 의미할 수 있다.

또한, 상기 커플러부(200)는, 광분할부(210)를 통해 분할된 기준광과 측정광을 합성하여 1차 합성분할광을 생성하고, 생성된 1차 합성분할광을 다시, 제1광 및 제2광으로 분할하여 기준광 및 측정광을 생성할 수 있다.

또한, 상기 커플러부(200)는, 도 5 에 도시된 바와 같이 이후 서술될 기준단(220)로 기준광을 조사하는 제 1 커플러(211)와, 샘플단(230)로 측정광을 조사하는 제 2 커플러(212)를 포함할 수 있다.

또한, 여기서 생성된 제1광과 제2광을 재차 합성하여 2차 합성분할광으로 생성될 수 있다.

이를 위해, 상기 커플러부(200)는, 제 1 커플러(211)와 제 2 커플러(212)를 통해 도출된 분할된 광을 전달받아, 합성분할광으로 합성하여 검출부(300)에 조사하는 제 3 커플러(213)를 포함할 수 있다.

이를 자세히 설명하기 위해, 도 5 와, 도 6 을 참조하여 마하젠더 간섭계 기반의 광주파수 및 시분할 기법을 적용한 광 간섭성 단층 촬영장치(1)를 보다 구체적으로 설명하자면, 커플러부(200)는 기준단(220), 샘플단(230) 및 분할부(240)를 포함할 수 있다.

먼저, 기준단(220)는 광원부(100)에서 생성한 광으로부터 제1광을 생성할 수 있고, 생성한 제1광을 스캔하고 반사시켜 기준광을 생성할 수 있다.

또한, 생성된 기준광은 분할부(240)로 전달할 수 있다.

보다 구체적으로, 기준단(220)는 제1광을 지향광으로 변환시킬 수 있는 콜리메이터(collimator) 등의 장치를 포함할 수 있고, 콜리메이터(collimator)로부터 입사된 지향광을 하나의 포커스(Focus)로 모이도록 거리를 조절할 수 있는 포커싱 렌즈(Focusing lens)를 포함 할 수 있다.

또한, 기준단(220)는 포커싱 렌즈를 통하여 하나의 포커스로 모인 광을 수신한 후 반사시키는 레퍼런스 미러(Reference mirror)를 구비할 수 있다. 여기서, 레퍼런스 미러는 입사된 지향광을 포커싱 렌즈 등의 장치로 반사하여 광의 경로를 변경할 수 있고, 이로부터 기준광이 생성될 수 있다.

또한, 샘플단(230)은, 상기 커플러부(200)로부터 입사된 제2광을 대상물에 조사한 후, 대상물(또는 대상물의 내부 구조체)로부터 반사되는 측정광을 분할부(240)로 전달할 수 있다.

여기서, 반사되는 측정광은 조사하는 대상물의 개수에 따라 생성될 수 있다. 즉, 1개의 대상물이 존재할 경우, 1개의 측정광이 생성될 수 있으며, 3개의 대상물이 존재할 경우, 3개의 측정광이 생성될 수 있는 것이다.

보다 구체적으로, 샘플단(230)에서 입력되는 제2광을 다수의 k개(여기서, k는 자연수)로 분할할 수 있는 스플리터(Splitter)등의 장치를 포함할 수 있고, 분할되어 입사된 제2광을 지향광으로 변환시킬 수 있는 콜리메이터(collimator) 등의 장치를 포함할 수 있다.

또한, 샘플단(230)의 경우, 광주파수 분할을 위해 다중 스캐너가 활용될 수 있으며, 커플러부(200)를 통해 형성된 간섭신호는 이후 서술될 검출부(300)를 통해 분광될 수 있다.

또한, 상기 샘플단(230)은, 전달받은 지향광의 광 경로를 변경한 후 직접 또는 간접적으로 대상물로 광을 조사할 수 있는 스캐닝 미러(Scanning mirror)를 포함할 수 있고, 스캐닝 미러 등의 장치를 통하여 조사된 광이 대상물에 하나의 포커스로 모이도록 조절할 수 있는 스캔 렌즈(Scan lens)를 포함할 수 있다.

샘플단(230)는 스캔 렌즈의 위치 또는 각도를 조절하는 렌즈 조절 장치를 포함할 수 있다.

렌즈 조절 장치는 위치와 각도의 가변이 가능한 가변형으로 구비될 수 있으며, 이를 통해 샘플단(230)에 구비되는 스캔 렌즈 등의 장치를 이동시키거나 각도를 조절하여 대상물과 스캔 렌즈 사이의 공간을 조절하여 광의 포커스를 조절할 수 있다.

이로부터, 샘플단(230)는 스캐닝 미러 등의 장치를 이용하여 대상물(또는 대상물의 내부 구조체)로부터 반사된 광을 스캔할 수 있고, 대상물(또는 대상물의 내부 구조체)에 대한 광 정보를 획득할 수 있다.

또한 상기 렌즈 조절 장치를 통해, 본 발명의 실시 예에 따른 샘플단은, 사용자의 조작에 따라 빠르게 초점을 맞춰 단층 촬영장치의 가동 속도를 증가시켜, 보다 사용이 편리한 장점을 가진다.

또한, 상기 샘플단(230)는 광 정보를 획득할 대상물이 하나인 경우, 입력되는 제2광은 스플리터 등의 장치를 통과하되 분할되지 않고, 콜리메이터 등의 장치를 통과하여 지향광으로 변환될 수 있다.

또한, 변환된 지향광은 스캐닝 미러 등의 장치로부터 하나의 대상물에 조사될 수 있고, 이때 스캔 렌즈 등의 장치로부터 대상물에 하나의 포커스에 모이도록 조사될 수 있고, 지향광이 조사된 대상물로부터 반사된 광을 스캔하여 대상물에 대한 광 정보를 획득할 수 있다.

또 다른 예로, 샘플단(230)은, 광 정보를 획득할 대상물이 도 8 과 같이 6개인 경우, 입력되는 제2광은 스플리터 등의 장치를 통과하여 6개의 광으로 분할될 수 있고, 콜리메이터 등의 장치를 통과하여 지향광으로 변환될 수 있다.

변환된 지향광은 스캐닝 미러 등의 장치 및 스캔 렌즈 등의 장치로부터 각각의 대상물에 조사될 수 있고, 이때 스캔 렌즈 등의 장치로부터 각 대상물에 하나의 포커스에 모이도록 조사될 수 있고, 지향광이 조사된 대상물로부터 반사된 광을 스캔하여 대상물에 대한 광 정보를 획득할 수 있다.

분할부(240)는 기준단(220)으로부터 전달받은 제1광과 샘플단(230)으로부터 전달받은 제2광을 합성하여 합성광을 생성할 수 있고, 생성한 합성광을 n개(여기서, n은 2이상의 자연수)의 합성분할광으로 분할할 수 있다.

이때, 분할부(240)는 스위치를 구비하여 스위치가 온(on) 되었을 때는 합성광을 합성분할광으로 분할하여 조사 할 수 있고, 스위치가 오프(off) 되었을 때는 합성광을 합성분할광으로 분할하지 않고 하나의 합성광으로 조사할 수 있다.

한편, 기준광이 1개 일 때, 측정광은 대상물의 개수에 따라 달라질 수 있다.

예를 들어, 1개(자연수)의 대상물이 존재하는 경우, 측정광은 1개(자연수)가 생성될 수 있으며, 4개(자연수)의 대상물이 존재하는 경우, 측정광은 4개(자연수)가 생성될 수 있다.

즉, 커플러부(200)는 1개의 기준광과 대상물의 개수에 따라 발생되는 측정광을 이용하여 합성분할광을 형성할 수 있고, 광주파수로 분할된 다수의 측정광은 영상처리부(400)에서 생성하는 단일 영상에 다수 개의 채널로써 각각 분할되어 표현될 수 있다.

또한, 커플러부(200)는, 생성한 합성분할광을 입사되는 광을 둘 또는 그 이상으로 동시에 분배할 수 있는 스플리터 등의 장치로 입사시킬 수 있고, 이로부터 합성분할광을 n개의 합성분할광으로 분할할 수 있다.

또한, 도 8 을 참조하면, n개로 분할된 합성분할광을 전달받아, 이를 다시 기준광과 측정광으로 분할할 수 있는 합성분할광의 개수에 따라 개수가 달리 구비될 수 있는 n개의 제 4 커플러(214)를 포함할 수 있으며, 이때, 상기 제 4 커플러(214)는, 앞서 서술된 기준단(220)과 샘플단(230)에 기준광과 측정광을 조사하도록 동일하게 구비할 수 있다.

이를 통해, 본 발명의 실시 예에 따른 마하젠더 간섭계 기반 초고속 광 주파수 및 시분할 광 간섭성 단층 촬영장치(1)는, 더 많은 수의 광주파수의 분할이 가능하게 되어, 동일한 시간동안 더 많은 수의 A-line을 획득하는 것이 가능한 장점을 가지며, 이를 구체적으로 설명하기 위해, 도 4 를 함께 참조하자면, 도 8 은 도 6 에 도시된 기준단(220), 샘플단(230), 검출부(300)의 구성을 보다 자세하게 보여주기 위한 개략도로, 광분할부(210)에서 나온 빛이 각각의 간섭계를 형성하기 때문에, 더 많은 수의 광주파수 분할 기법의 적용이 가능한 장점을 가진다.

이에 따라, 본 발명의 실시 예에 따른 촬영장치는, 동일한 소스로 동일한 시간에 보다 더 많은 수의 영상을 획득할 수 있는 장점을 가진다.

또한, 검출부(300)는 커플러부(200)로부터 입사된 n개의 합성분할광을 파장 대역 별로 분광시키는 n개의 분광기로 각각 전달할 수 있고, 분광기는 입사된 하나의 합성분할광을 파장 대역 별로 분광시킬 수 있다.

이를 위해, 상기 검출부(300)는, 앞서 서술되었던 콜리메이터(Collimator)와 렌즈(Lens), 디텍터(Detector) 및 격자(Grating)의 구성으로 구비될 수 있다.

보다 구체적으로, 하나의 분광기는 하나의 합성분할광을 수신할 수 있고, 수신한 합성 분할광을 분광시킬 수 있으며, 이에 따라, 검출부(300)에서 분광되는 광은 총 n개를 의미할 수 있다.

검출부(300)는 광 간섭성 단일 영상을 생성하기 위해 입사된 n개의 합성분할광의 파장에 따른 간섭 스펙트럼을 스캔하여 이후 서술될 영상처리부(400)로 제공할 수 있다.

구체적으로, 검출부(300)는, 분할부(310), 포커스부(320), 스캔제어부(330) 및 스캔부(340)를 포함할 수 있다.

먼저, 상기 분할부(310)는 커플러부(200)로부터 입사된 n(여기서, n은 2이상의 자연수)개의 합성분할광을 각각 지향광으로 변환하고, 변환된 각 지향광을 n번째(여기서, n은 2이상의 자연수) 분광기로 입사하여 파장 대역 별로 분광시킬 수 있다.

예를 들어, 커플러부(200)로부터 2개의 합성분할광이 입사되면, 지향광으로 변환한 뒤 변환된 2개의 지향광을 제1 분광기 및 제2 분광기로 하나씩 입사시킬 수 있다.

또한, 분할부(310)는 합성분할광을 지향광으로 변환시킬 수 있는 콜리메이터 등의 장치로 구성될 수 있고, 지향광을 파장 대역 별로 분광시킬 수 있는 n개의 분광기를 포함할 수 있다.

또한, 분할부(310)의 n개의 분광기는 n개의 합성분할광 각각에 대한 전용으로 구비되어 있을 수 있고, 하나의 분광기는 하나의 합성분할광을 수신할 수 있고, 수신한 합성분할광을 n개의 광으로 분광시킬 수 있다.

또한, 포커스부(320)는 분할부(310)의 분광기를 통해 파장 대역 별로 분광된 지향광을 각 파장 대역에 따라 하나의 포커스로 모일 수 있도록 지향광의 포커스 거리를 조절할 수 있다.

또한, 스캔제어부(330)는 분할부(310)에서 파장 대역 별로 분광된 지향광을 스캔할 수 있는 스캔부(340)의 스캔을 수행하거나 스캔을 수행하기 위한 대기 동작을 제어할 수 있다.

또한, 스캔제어부(330)는 분할부(310)에 구비된 n개의 분광기 중 n-1번째 분광기로부터 분광된 지향광의 스캔이 완료되면 n번째 분광기로부터 분광된 지향광의 스캔을 시작하는 스캔 시작 신호를 전송할 수 있다.

또한, 스캔제어부(330)는 입사된 합성분할광이 2개인 경우, 1번째 분광기로부터 분광되는 지향광과 2번째 분광기로부터 분광되는 지향광을 교대로 스캔하는 신호를 스캔부(340)로 전송할 수 있다.

또한, 스캔부(340)는 스캔을 수행할 수 있는 카메라 등의 장치를 이용하여 분할부(310)의 n개의 분광기에서 분광되는 각 광을 순차적으로 스캔할 수 있다.

즉, 스캔부(340)는 n개의 분광기에서 분광되는 각 광을 서로 다른 시간에 스캔할 수 있다.

여기서, 스캔을 수행할 수 있는 장치는 CMOS 카메라, CCD 카메라 등으로 이루어질 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니고 분광된 광에 대해 스캔을 수행할 수 있는 장치를 의미할 수 있다.

또한, 스캔부(340)는 스캔제어부(330)로부터 스캔 시작 신호가 수신되면, 포커스부(320)에서 각 파장 대역에 따라 하나의 포커스로 모인 지향광을 순차적으로 스캔할 수 있다.

또한, 스캔부(340)는 스캔제어부(330)로부터 n번째 분광기로부터 분광된 지향광에 대한 스캔 시작 신호가 수신되더라도 n-1번째 분광기로부터 분광된 지향광에 대한 스캔이 완료되지 않으면 n번째 분광기로부터 분광된 지향광에 대한 스캔을 수행하지 않을 수 있다.

즉, 스캔부(340)는 n번째 분광기로부터 분광된 지향광을 스캔하기 위한 스캔 시작 신호가 수신되더라도 n-1번째 분광기로부터 분광된 지향광에 대한 스캔이 완료된 후 n번째 분광기로부터 분광된 지향광에 대해 스캔을 수행할 수 있다.

보다 구체적으로, 스캔부(340)는 n-1번째 분광기로부터 분광되어 하나의 포커스로 모인 지향광의 스캔이 완료된 뒤 스캔제어부(330)로부터 스캔 시작 신호가 수신되면, n번째 분광기에서 분광되어 하나의 포커스로 모인 지향광의 스캔을 시작할 수 있다.

스캔부(340)는 입사된 합성분할광이 2개인 경우, 스캔제어부(330)의 스캔 시작 신호를 수신받아 1번째 분광기로부터 분광되는 지향광과 2번째 분광기로부터 분광되는 지향광을 교대로 스캔할 수 있다.

스캔부(340)는 스캔제어부(330)로부터 수신되는 신호에 의해 스캔을 수행하는 수캔 동작과 스캔 동작 수행을 위해 대기하는 대기 동작을 반복할 수 있다.

여기서, 스캔부(340)의 대기 동작은 스캔을 수행할 수 있는 카메라 등의 장치로부터 셔터를 누르기 위한 시간, 카메라 여기 시간 등과 같이 스캔을 위해 반드시 필요한 동작을 의미할 수 있다.

영상처리부(400)는 검출부(300)에서 제공받은 스캔 결과를 이용하여 2차원 단일 영상을 생성할 수 있고, 생성한 2차원 단일 영상을 이용하여 3차원 단일 영상도 생성할 수 있다.

또한, 영상처리부(400)는 3차원 단일 영상을 생성하기 위해 샘플의 중앙을 횡단하여 스캔함으로써 중심점을 특정 위치에 고정시킨 후, 검출된 중심점을 기초로 움직임에 의한 편차를 조정할 수 있다.

여기서, 중심점을 조정하는 것은 대상물의 움직임에 의해 정상적으로 3차원 레디얼 스캔을 수행하지 못하는 경우에 발생하는 아티팩트를 제거하기 위해 수행될 수 있다.

또한, 영상처리부(400)는 k(여기서, k는 자연수)개의 대상물을 조사하는 광 경로 차이에 의한 주파수가 다른 k(여기서, k는 자연수)개의 측정광에 따라 k(여기서, k는 자연수)개의 채널로 형성되어 단일 영상으로 생성할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 마하젠더 간섭계 기반의 광주파수 및 시분할 기법을 적용한 광 간섭성 단층 촬영장치(1)는 입사된 하나의 합성분할광을 분광시킨 후 스캔하되, 분광된 광을 서로 순차적으로 스캔할 수 있다.

즉, 스캔을 수행하는 스캔 동작과 스캔 동작 수행을 위해 대기하는 대기 동작을 반복할 수 있는데, 스캔을 수행하는 스캔 동작은 세 가지 방법으로 수행될 수 있다.

첫 번째는, 도 11 에 도시된 바와 같이 마하젠더 간섭계 기반의 광주파수 및 시분할 기법을 적용한 광 간섭성 단층 촬영장치(1)의 스캔 동작과 대기 동작을 반복하는 것은 n-1번째 분광기로부터 분광된 지향광의 스캔을 완료한 뒤 일정 시간 내에 스캔 시작 신호를 발생하여 n번째 분광기로부터 분광된 지향광의 스캔을 수행할 수 있다.

예를 들어, 3개의 분광기가 구비되어 있는 마하젠더 간섭계 기반의 광주파수 및 시분할 기법을 적용한 광 간섭성 단층 촬영장치(1)의 경우, 스캔제어부(330)로부터 수신된 스캔 시작 신호에 의해 1번째 분광기로부터 분광되는 지향광을 스캔할 수 있다.

1번째 분광기로부터 분광된 지향광의 스캔을 수행하는 동안 2번째 분광기로부터 분광되는 지향광을 스캔하기 위해 대기 동작을 수행하고 있을 수 있고, 1번째 분광기로부터 분광된 지향광의 스캔이 완료되면 2번째 분광기로부터 분광되는 지향광을 스캔하기 위한 스캔 시작 신호가 수신될 수 있다.

스캔제어부(330)로부터 수신된 스캔 시작 신호에 의해 2번째 분광기로부터 분광되는 지향광을 스캔할 수 있고, 2번째 분광기로부터 분광된 지향광의 스캔을 수행하는 동안 3번째 분광기로부터 분광되는 지향광을 스캔하기 위한 대기 동작을 수행하고 있을 수 있다.

2번째 분광기로부터 분광되는 지향광의 스캔이 완료되면 3번째 분광기로부터 분광되는 지향광을 스캔하기 위한 스캔 시작 신호가 수신될 수 있고, 3번째 분광기로부터 분광되는 지향광을 스캔할 수 있다.

두 번째는, 도 12 에 도시된 바와 같이 n-1번째 분광기로부터 분광된 지향광의 스캔을 수행하기 위한 스캔 시작 신호가 발생하여 n-1번째 분광기로부터 분광된 지향광의 스캔이 수행되기 시작하면 n번째 분광기로부터 분광된 지향광의 스캔을 수행하기 위한 스캔 시작 신호를 발생시킬 수 있다.

예를 들어, n개의 분광기가 구비되어 있는 마하젠더 간섭계 기반의 광주파수 및 시분할 기법을 적용한 광 간섭성 단층 촬영장치(1)의 경우, 스캔제어부(330)로부터 수신된 스캔 시작 신호에 의해 n-2번째 분광기로부터 분광되는 지향광을 스캔할 수 있다.

n-2번째 분광기로부터 분광되는 지향광의 스캔을 시작하면, n-1번째 분광기로부터 분광되는 지향광의 스캔을 수행하기 위한 스캔 시작 신호를 발생시킬 수 있다.

즉, n-1번째 분광기로부터 분광되는 지향광을 스캔하는 스캔 시작 신호가 발생하여 스캔을 수행하면, n번째 분광기로부터 분광되는 지향광을 스캔하는 스캔 시작 신호를 발생시킬 수 있다.

단, n번째 분광기로부터 분광되는 지향광을 스캔하는 스캔 시작 신호가 발생하더라도 n번째 분광기로부터 분광되는 지향광에 대해 스캔을 수행하는 것은 n-1번째 분광기로부터 분광되는 지향광에 대한 스캔이 완료된 뒤 수행할 수 있다.

스캔부(340)가 도 11 또는 도 12 의 스캔제어부(330)로부터 수신된 스캔 시작 신호에 의해 지향광을 스캔하는 시간은 도 13 의 타이밍 다이어그램에 도시된 라이징 엣지(Rising Edge)부터 폴링 엣지(Falling Edge)까지 스캔을 수행할 수 있다.

스캔부(340)는 분광기로부터 분광된 지향광을 스캔하는 시간은 분광된 지향광의 레벨(level)에 따라 변경될 수 있다.

예를 들어, 안정된 스펙트럼으로 분광된 지향광인 경우 단시간 스캔을 수행할 수 있고, 불안정된 스펙트럼으로 분광된 지향광인 경우 장시간 스캔을 수행할 수 있다.

단, 스캔부(340)는 스캔제어부(330)로부터 n번째 분광기로부터 분광된 지향광에 대한 스캔 시작 신호가 수신되더라도 n-1번째 분광기로부터 분광된 지향광에 대한 스캔이 완료되지 않으면 n번째 분광기로부터 분광된 지향광에 대한 스캔을 수행하지 않을 수 있다.

즉, 스캔부(340)는 n번째 분광기로부터 분광된 지향광을 스캔하기 위한 스캔 시작 신호가 수신되더라도 n-1번째 분광기로부터 분광된 지향광에 대한 스캔이 완료된 후 n번째 분광기로부터 분광된 지향광에 대해 스캔을 수행할 수 있다.

n-1번째 분광기로부터 분광된 지향광에 대한 스캔이 완료된 후 n번째 분광기로부터 분광된 지향광에 대해 스캔을 수행하는 이유는, n-1번째 분광기로부터 분광된 지향광과 n번째 분광기로부터 분광된 지향광의 중첩 현상을 예방하기 위함이다.

여기서, n번째 분광기로부터 분광된 지향광을 스캔을 수행할 수 있는 스캔 시작 신호를 수신받아 n번째 분광기로부터 분광된 지향광을 스캔하는 시간은 카메라의 노출시간을 의미할 수 있다.

세 번째는, 도 14 에 도시된 바와 같이 마하젠더 간섭계 기반의 광주파수 및 시분할 기법을 적용한 광 간섭성 단층 촬영장치(1)의 스캔 동작과 대기 동작을 반복하는 것은 n-1번째 분광기로부터 분광된 지향광의 스캔을 완료한 뒤 일정 시간 내에 스캔 시작 신호를 발생하여 n번째 분광기로부터 분광된 지향광의 스캔을 수행할 수 있다.

예를 들어, 4개의 분광기가 구비되어 있는 마하젠더 간섭계 기반의 광주파수 및 시분할 기법을 적용한 광 간섭성 단층 촬영장치(1)의 경우, 스캔제어부(330)로부터 수신된 스캔 시작 신호에 의해 1번째 분광기로부터 분광되는 지향광을 스캔할 수 있다.

1번째 분광기로부터 분광된 지향광의 스캔을 수행하는 중간시점, 2번째 분광기가 분광되는 지향광을 스캔하기 위해 대기 동작을 수행하고 있을 수 있고, 1번째 분광기로부터 분광된 지향광의 스캔이 완료됨과 동시에 2번째 분광기가 지향광의 스캔을 수행하는 중간지점 3번째 분광기로부터 분광되는 지향광을 스캔하기 위한 스캔 시작 신호가 수신될 수 있으며, 4번째 분광로부터 분광되는 지향광을 스캔하기 위한 스캔 시작 신호는, 2번째 분광기가 지향광의 스캔을 완료한 시점, 즉, 3번째 분할부의 중간시점에 지향광을 스캔할 수 있는 것이다.

상기 세번째 방식으로 분할부에 사용되는 카메라의 동작 시간이 수행될 경우, 향상된 신호 세기를 이용하여 카메라의 노출시간 (Exposure time)을 줄이는 것이 가능한 장점을 가지며, 따라서 같은 듀티싸이클로 더 많은 카메라를 통해 A-line을 획득할 수 있어 시스템의 전체적인 속도를 향상시킬 수 있다.

한편, 본 발명의 실시 예에 따른 촬영장치는, 앞서 스캔을 수행하는 스캔 동작 중, 세번째 방식으로 운용되는 것이 가장 바람직하다.

한편, 도 11 내지 도 14 에서는 n-1번째 분광기로부터 분광된 지향광의 스캔을 완료한 뒤 일정 시간 내에 스캔 시작 신호를 발생하여 n번째 분광기로부터 분광된 지향광의 스캔을 수행하는 것으로 한정지어 도시하였으나, 이는 실시예에 따른 예시일 뿐, 실제 스캔 시작 신호를 발생하는 것과 스캔 시간은 보다 다양한 기준으로 설정될 수 있다.

다음으로, 도 15 는 본 발명의 실시 예에 따른 마하젠더 간섭계 기반의 광주파수 및 시분할 광 간섭성 단층 촬영방법의 흐름도이고, 도 16 은 도 15 에 도시된 스캔 단계를 구체적으로 도시한 흐름도이며, 도 17 은 도 15 에 도시된 마하젠더 간섭계 기반의 광주파수 및 시분할 광 간섭성 단층 촬영방법의 구체적인 흐름을 보여주기 위한 흐름도이고, 도 18 은 도 15 의 합성광을 생성하는 방법을 구체적으로 도시한 흐름도이고, 도 19 는 도 15 의 분광된 광을 순차적으로 스캔하는 방법을 구체적으로 도시한 흐름도이다.

먼저, 도 15 은 본 발명의 실시 예에 따른 마하젠더 간섭계 기반의 광주파수 및 시분할 기법을 적용한 광 간섭성 단층 촬영장치를 이용한 영상 생성 방법을 개략적으로 도시한 흐름도로서, 도 15 를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 마하젠더 간섭계를 기반으로 하는 광 주파수 및 시분할 광 간섭성 단층 촬영방법은, 광 생성단계(S100), 합성광 생성단계(S200), 합성광 분할단계(S300), 스캔단계(S400) 및 영상 생성단계(S500)를 포함할 수 있다.

먼저, 상기 광 생성단계(S100)는, 광을 생성하는 단계이다.

또한, 합성광 생성단계(S200)는, 상기 생성된 광을 마하젠더 간섭계로부터 분할되어 생성된 기준광 및 측정광을 이용하여 합성광을 생성하는 단계이다.

또한, 상기 합성광 분할 단계(S300)는, 상기 합성광을 n(여기서, n은 2 이상의 자연수)개의 합성분할광으로 분할하여 조사하는 단계이다.

또한, 상기 스캔단계(S400)는, 입사된 상기 n개의 합성분할광을 각각 n개의 분광기로 조사하여 상기 각 분광기로부터 파장 대역 별로 분광된 각 광을 순차적으로 스캔하는 단계이다.

여기서, 상기 스캔단계(S400)는, 도 16 에 도시된 바와 같이 변환단계(S410), 분광단계(S420), 포커스 조절단계(S430), 전송단계(S440) 및 스캔 수행단계(S450)를 포함할 수 있다.

먼저, 상기 변환단계(S410)는, 입사된 상기 n개의 합성분할광을 각각 평행광으로 변환하는 단계이다.

또한, 상기 분광단계(S420)는, 상기 분할된 각각의 평행광을 n번째 분광기로 입사하여 파장 대역 별로 분광시키는 단계이다.

또한, 상기 포커스 조절단계(S430)는, 상기 파장 대역 별로 분광된 평행광을 각 파장 대역에 따라 하나의 포커스로 모이도록 평행광의 포커스 거리를 조절하는 단계이다.

또한, 상기 전송단계(S440)는, 1번째 분광기로부터 분광된 평행광의 스캔을 시작하는 스캔시작 신호를 전송하여 순차적으로 n번째 분광기로부터 분광된 평행광의 스캔을 시작하는 스캔 시작 신호를 전송하는 단계이다.

또한, 상기 스캔 수행단계(S450)는, 상기 전송단계(S440)를 통해 스캔 시작 신호가 수신되면, 각 파장 대역에 따라 하나의 포커스로 모인 평행광을 순차적으로 스캔하되, 상기 스캔 시작 신호가 수신됨에 따라 상기 n-1번째 분광기로부터 분광된 평행광을 스캔하고, 상기 n-1번째 분광기로부터 분광된 평행광의 스캔 수행 시간이 중간시점에 도달하면, n번째 분광기로부터 분광된 평행광의 스캔을 수행하는 한계이다.

또한, 상기 영상 생성단계(S500)는, 스캔한 결과를 이용하여 단일 영상을 생성하는 단계이다.

이하, 도 1 내지 도 19 를 함께 자세히 살펴보며 본 발명의 실시 예에 따른 마하젠더 간섭계를 기반으로 하는 광 주파수 및 시분할 광 간섭성 단층 촬영방법에 관해 구체적으로 서술하겠다.

본 발명의 일 실시예에 따른 마하젠더 간섭계 기반의 광주파수 및 시분할 기법을 적용한 광 간섭성 단층 촬영장치(1)를 이용한 영상 생성 방법은, 광원으로부터 광을 조사받아, 마하젠더 간섭계를 이용하여 광에서 분할되어 생성된 기준광 및 측정광을 이용하여 합성광을 생성할 수 있다.

여기서, 기준광이 1개 일 때, 측정광은 대상물의 개수에 따라 달라질 수 있다. 예를 들어, k(여기서, k는 자연수)개의 대상물이 존재하는 경우, 측정광은 k(여기서, k는 자연수)개가 생성될 수 있다.

즉, 1개의 기준광과 k(여기서, k는 자연수)개의 측정광을 이용하여 합성광을 형성할 수 있고, 광주파수로 분할된 다수의 측정광은 생성하는 단일 영상에 다수 개의 채널로써 각각 분할 되어 표현될 수 있다.

또한, 생성된 합성광은 입사되는 광을 둘 또는 그 이상으로 동시에 분배할 수 있는 스플리터 등의 장치로 입사되어 n(여기서, n은 2이상의 자연수)개의 합성분할광으로 분할될 수 있다

여기서, 합성분할광은 구비된 스위치가 온(on) 되었을 때는 합성광을 분할하여 생성될 수 있고, 스위치가 오프(off) 되었을 때는 합성광을 분할하지 않아 생성될 수 없다.

또한, 상기 분할된 합성분할광이 n(여기서, n은 2이상의 자연수)개로 조사될 경우, 상기 n개의 합성분할광은 각각 지향광으로 변환될 수 있고, 각 지향광은 합성분할광의 개수에 맞는 n(여기서, n은 2이상의 자연수)개의 분광기로 조사될 수 있고, 지향광은 각 분광기로부터 파장 대역 별로 분광될 수 있다.

또한, n(여기서, n은 2이상의 자연수)개의 분광기로부터 파장 대역 별로 분광된 각 광을 스캔을 수행할 수 있는 카메라 등의 장치를 이용하여 순차적으로 스캔할 수 있다.

n개의 분광기로부터 분광된 지향광을 스캔한 결과를 이용하여 2차원 단일 영상을 생성할 수 있고. 생성한 2차원 단일 영상을 이용하여 3차원 단일 영상도 생성할 수 있다.

또한, k(여기서, k는 자연수)개의 대상물을 조사하는 광 경로 차이에 의한 주파수가 다른 k(여기서, k는 자연수)개의 측정광에 따라 k(여기서, k는 자연수)개의 채널로 형성되어 단일 영상으로 생성할 수 있다.

이에 따라, 본 발명의 실시 예에 따른 영상 촬영 방법은, 기존의 마이켈슨 간섭계 기반에서 문제가 되던 소스 파워 손실 부분을 해결하여 더 많은 수의 광주파수 분할이 가능하게 되어 동일한 시간동안 더 많은 수의 A-line을 획득하는 것이 가능하다.

또한, 도 15 내지 도 17 을 살펴보면, 먼저 광을 마하젠더 간섭계로 분할하여 제1광 및 제2광 생성할 수 있다.

여기서, 상기 광은 대역폭이 넓고, 간섭 길이가 짧은 백색광을 생성할 수 있으나, 이에 한정되는 것이 아니며, 앞서 상술된 바와 같이 가우시안 빔(gaussian beam), 라이트 빔(light beam), 레이저 빔(laser beam), 또는 입자빔(particle beam) 등과 같이 입자(전자 또는 양성자 등)가 한 방향으로 집중하여 흐르는 “빔(beam)”을 의미할 수 있다

또한, 생성한 제1광은 지향광으로 변환시킬 수 있는 콜리메이터 등의 장치로 입사될 수 있어 지향광으로 변환될 수 있고, 지향광은 하나의 포커스로 모이도록 거리를 조절할 수 있는 포커싱 렌즈 등의 장치로 입사되어 하나의 포커스로 모일 수 있다.

하나의 포커스로 모인 지향광은 반사시고, 광의 경로를 변경할 수 있는 레퍼런스 미러 등의 장치를 이용하여 반사되어 경로가 변경될 수 있고, 이로부터 기준광을 생성할 수 있다.

생성한 제2광은 k개(여기서, k는 자연수)로 분할할 수 있는 스플리터 등의 장치로 입사되어 분할될 수 있고, 분할된 제2광은 지향광으로 변환시킬 수 있는 콜리메이터 등의 장치로 입사될 수 있어 지향광으로 변환될 수 있다.

변환된 지향광은 광 경로를 변경한 후 직접 또는 간접적으로 대상물로 광을 조사할 수 있는 스캐닝 미러에 전달될 수 있고, 스캐닝 미러 등의 장치를 통하여 조사된 광이 대상물에 하나의 포커스로 모이도록 조절할 수 있는 스캔 렌즈를 이용하여 하나의 포커스로 모일 수 있다.

스캐닝 미러 등의 장치를 이용하여 대상물(또는 대상물의 내부 구조체)로부터 반사된 광을 스캔할 수 있고, 대상물(또는 대상물의 내부 구조체)에 대한 광 정보를 획득할 수 있고, 이로부터 측정광을 생성할 수 있다.

여기서, 측정광은 조사하는 대상물의 개수에 따라 생성될 수 있다.

즉, k(여기서, k는 자연수)개의 대상물이 존재하면 k(여기서, k는 자연수)개의 측정광이 생성될 수 있다.

도 16 을 살펴보면, 입사된 n(여기서, n은 2이상의 자연수)개의 합성분할광은 지향광으로 변환시킬 수 있는 콜리메이터 등의 장치로 전달되어 각각 지향광으로 변환될 수 있다.

또한, 변환된 지향광은 각각 n개의 분광기로 입사될 수 있고, 입사된 지향광은 분광기를 통해 파장 대역 별로 분광될 수 있다.

여기서, 하나의 분광기는 하나의 합성분할광을 수신할 수 있고, 수신한 합성분할광을 n개의 광으로 분광시킬 수 있다.

또한, 분광기를 통해 파장 대역 별로 분광된 지향광을 각 파장 대역에 따라 하나의 포커스로 모을 수 있는 포커스 렌즈 등의 장치를 통해 지향광의 포커스 거리를 조절하여 하나의 포커스로 모을 수 있다.

또한, 분광기로부터 분광된 지향광이 하나의 포커스로 모이면, 파장 대역 별로 분광된 지향광을 스캔할 수 있는 스캔 시작 신호를 수신하여 각 분광된 지향광에 대한 스캔을 수행할 수 있다.

또한, n-1번째 분광기로부터 분광된 지향광에 대한 스캔을 시작할 수 있는 스캔 시작 신호가 수신되면, n-1번째 분광기로부터 분광된 지향광의 스캔을 수행할 수 있다.

다음으로, n-1번째 분광기로부터 분광된 지향광의 스캔이 완료되면, n번째 분광기로부터 분광된 지향광의 스캔을 시작하는 스캔 시작 신호를 전송할 수 있다.

여기서, n번째 분광기로부터 분광된 지향광에 대한 스캔 시작 신호가 수신되더라도 n-1번째 분광기로부터 분광된 지향광에 대한 스캔이 완료되지 않으면 n번째 분광기로부터 분광된 지향광에 대한 스캔을 수행하지 않을 수 있다.

즉, n번째 분광기로부터 분광된 지향광을 스캔하기 위한 스캔 시작 신호가 수신되더라도 n-1번째 분광기로부터 분광된 지향광에 대한 스캔이 완료된 후 n번째 분광기로부터 분광된 지향광에 대해 스캔을 수행할 수 있다.

또한, n-1번째 분광기로부터 분광된 지향광의 스캔을 시작하는 스캔 시작 신호를 수신받아 n-1번째 분광기로부터 분광된 지향광의 스캔을 수행하고 있다면, n번째 분광기로부터 분광된 지향광의 스캔을 시작하기 위해 대기 동작을 수행할 수 있다.

한편, n-1번째 분광기로부터 분광된 지향광의 스캔이 완료되지 않았다면, n번째 분광기로부터 분광된 지향광의 스캔을　시작하기 위해 대기하는 대기 동작을 수행하고 있을 수 있다.

또한, n-1번째 분광기로부터 분광된 지향광의 스캔이 완료되어 n번째 분광기로부터 분광된 지향광의 스캔 시작 신호가 수신되면, 각 파장 대역에 따라 하나의 포커스로 모인 지향광을 스캔할 수 있다.

앞서 참조되었던 도 10 을 함께 살펴보면, 상기 커플러부(200)는 광원부(100)에서 생성한 광을 제1광 및 제2광으로 분할하여 기준단(220) 및 샘플단(230)로 전달할 수 있고, 기준단(220)는 제1광을 이용하여 기준광을 생성할 수 있고, 샘플단(230)는 제2광을 이용하여 측정광을 생성할 수 있다.

또한, 기준단(220)는 지향광으로 변환시킬 수 있는 콜리메이터 등의 장치를 이용하여 제1광을 지향광으로 변환시킬 수 있고, 콜리메이터로부터 입사된 지향광은 포커싱 렌즈 등의 장치를 이용하여 하나의 포커스로 모일 수 있다.

또한, 포커싱 렌즈 등의 장치를 통하여 하나의 포커스로 모인 광은 레퍼런스 미러 등의 광을 수신한 후 반사시키는 장치를 이용하여 광을 반사시켜 경로를 변경시킬 수 있고, 경로가 변경된 광은 기준광으로써 커플러부(200)로 전달될 수 있다.

또한, 상기 샘플단(230)는 입력되는 제2광을 m개(여기서, m은 2이상의 자연수)로 분할할 수 있는 스플리터 등의 장치를 이용하여 다수 개의 광으로 분할될 수 있고, 분할된 광은 콜리메이터 등의 장치를 이용하여 지향광으로 변환될 수 있다.

또한, 스캐닝 미러 등의 장치를 이용하여 광 경로를 변경한 후 직접 또는 간접적으로 대상물로 광을 조사할 수 있도록 지향광의 경로를 대상물의 방향으로 이동시킬 수 있고, 스캔 렌즈등의 장치를 이용하여 광이 대상물에 하나의 포커스로 모이도록 조절할 수 있다.

또한, 샘플단(230)은 스캔 렌즈의 위치 또는 각도를 조절하는 렌즈 조절 장치를 포함할 수 있고, 지향광이 조사된 대상물로부터 반사되는 광은 측정광으로써, 커플러부(200)로 전달될 수 있다.

또한, 커플러부(200)는 기준단(220)와 샘플단(230)로부터 전달받은 기준광과 측정광을 합성하여 합성광을 생성할 수 있고, 생성한 합성광을 m개(여기서, m은 2이상의 자연수)로 분할할 수 있는 스플리터 등의 장치로 전달하여 n(여기서, n은 2이상의 자연수)개의 합성분할광으로 분할할 수 있다.

또한, 스플리터 등의 장치를 통해 n개의 합성분할광으로 분할된 광은 검출부(300)로 전달될 수 있다.

여기서, 스플리터는 구비된 스위치가 온(on) 되었을 때만 합성광을 합성분할광으로 분할할 수 있다.

또한, 상기 검출부(300)는 입사된 n(여기서, n은 2이상의 자연수)개의 합성분할광을 각각 n개의 분광기로 분배하기 위해 콜리메이터 등의 장치를 이용하여 지향광으로 변환시킬 수 있고, 변환된 지향광은 각각 n개의 분광기로 입사될 수 있다.

또한, n(여기서, n은 2이상의 자연수)개의 분광기는 n개의 합성분할광 각각에 대한 전용으로 구비되어 있을 수 있고, 하나의 분광기는 하나의 합성분할광을 수신할 수 있고, 수신한 합성분할광을 n개의 광으로 분광시킬 수 있다.

또한, n(여기서, n은 2이상의 자연수)개의 분광기를 통해 파장 대역 별로 분광된 지향광은 포커싱 렌즈 등의 장치를 이용하여 각 파장 대역에 따라 하나의 포커스로 모일 수 있도록 지향광의 포커스 거리를 조절할 수 있다.

이를 통해, 하나의 포커스로 모인 분광기로부터 분광된 지향광은 스캔을 수행할 수 있는 카메라 등의 장치를 스캔을 수행할 수 있고, 각 분할부(240)로부터 분광된 지향광의 스캔이 완료되면 스캔 결과를 영상처리부(400)로 전달하여 2차원 단일 영상을 생성할 수 있다.

도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 광 간섭성 단층 촬영장치에 빔스플리터를 추가로 구비한 경우, 광의 흐름을 나타낸 도면이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 마하젠더 간섭계 기반의 광주파수 및 시분할 기법을 적용한 광 간섭성 단층 촬영장치(1)의 검출부(300)에 빔스플리터를 추가로 구비하게 되면, 분광기로부터 분광되어 하나의 포커스로 모인 광을 두 개의 방향으로 분할할 수 있다.

본 발명이 제안하는 마하젠더 간섭계 기반의 광주파수 및 시분할 기법을 적용한 광 간섭성 단층 촬영장치(1)의 커플러부(200)는 광원부(100)에서 생성한 광을 제1광 및 제2광으로 분할하여 기준단(220) 및 샘플단(230)로 전달할 수 있고, 기준단(220)는 제1광을 이용하여 기준광을 생성할 수 있고, 샘플단(230)는 제2광을 이용하여 측정광을 생성할 수 있다.

또한, 상기 커플러부(200)는 기준단(220)와 샘플단(230)로부터 전달받은 기준광과 측정광을 합성하여 합성광을 생성할 수 있고, 생성한 합성광을 m개(여기서, m은 2이상의 자연수)로 분할할 수 있는 스플리터 등의 장치로 전달하여 n(여기서, n은 2이상의 자연수)개의 합성분할광으로 분할할 수 있다.

여기서, 커플러부(200)는 스위치를 구비하여 스위치가 온(on) 되었을 때만 스플리터 등의 장치를 이용하여 합성광을 합성분할광으로 분할하여 조사할 수 있다.

스플리터 등의 장치를 통해 n개의 합성분할광으로 분할된 광은 빔스플리터가 추가로 구비된 검출부(300)로 전달될 수 있고, 검출부(300)는 입사된 n(여기서, n은 2이상의 자연수)개의 합성분할광을 지향광으로 변환시킬 수 있다.

여기서, 합성분할광은 콜리메이터 등의 장치를 이용하여 지향광으로 변환시킬 수 있고, 변환된 지향광은 각각 n개의 분광기로 입사될 수 있다.

또한, n(여기서, n은 2이상의 자연수)개의 분광기는 n개의 합성분할광 각각에 대한 전용으로 구비되어 있을 수 있고, 하나의 분광기는 하나의 합성분할광을 수신할 수 있고, 수신한 합성분할광을 n개의 광으로 분광시킬 수 있다.

또한, n(여기서, n은 2이상의 자연수)개의 분광기를 통해 파장 대역 별로 분광된 지향광은 포커싱 렌즈 등의 장치를 이용하여 각 파장 대역에 따라 하나의 포커스로 모일 수 있도록 지향광의 포커스 거리를 조절할 수 있다.

여기서, 하나의 포커스로 모인 분광기로부터 분광된 지향광은, 빔스플리터를 통하여 두 개의 방향으로 분할될 수 있고, 분할된 광은 스캔을 수행할 수 있는 카메라 등의 장치를 스캔을 수행할 수 있다.

본 발명의 마하젠더 간섭계 기반의 광주파수 및 시분할 기법을 적용한 광 간섭성 단층 촬영장치를 이용하여 대상물이 4개인 경우, 주파수가 다른 4개의 측정광을 이용하여 2차원 단일 영상이 생성되는 예를 설명하기로 한다.

광 정보를 획득할 대상물이 4개인 경우, 입력되는 제2광은 스플리터 등의 장치를 통과하여 4개의 광으로 분할될 수 있고, 콜리메이터 등의 장치를 통과하여 지향광으로 변환될 수 있다.

변환된 지향광은 스캐닝 미러 등의 장치 및 스캔 렌즈 등의 장치로부터 각각의 대상물에 조사될 수 있고, 이때 스캔 렌즈 등의 장치로부터 각 대상물에 하나의 포커스에 모이도록 조사될 수 있고, 지향광이 조사된 대상물로부터 반사된 광을 스캔하여 대상물에 대한 광 정보를 획득할 수 있다.

대상물로부터 획득한 광 정보는 측정광으로써 커플러부(200)로 전송될 수 있고, 기준단(220)로부터 전달된 기준광과 합성하여 합성광을 생성할 수 있고, 합성광을 4개의 합성분할광으로 분할하여 검출부(300)로 조사할 수 있다.

검출부(300)는 커플러부(200)로부터 입사된 4개의 합성분할광을 파장 대역 별로 분광시키는 4개의 분광기로 각각 전달할 수 있고, 분광기는 입사된 하나의 합성분할광을 파장 대역 별로 분광시킬 수 있다.

하나의 분광기는 하나의 합성분할광을 수신할 수 있고, 수신한 합성 분할광을 분광시킬 수 있다. 이에 따라 검출부(300)에서 분광되는 광은 총 4개를 의미할 수 있다.

검출부(300)는 광 간섭성 단일 영상을 생성하기 위해 입사된 4개의 합성분할광의 파장에 따른 간섭 스펙트럼을 스캔하여 영상처리부(400)로 제공할 수 있다.

영상처리부(400)는 검출부(300)에서 제공받은 스캔 결과를 이용하여 각 대상물 별로 채널이 생성되어 4개의 채널이 생성된 2차원 단일 영상을 생성할 수 있다.

이에 따라, 각 분광기로부터 분광된 지향광의 스캔이 완료되면 스캔 결과를 영상처리부(400)로 전달하여 2차원 단일 영상을 생성할 수 있다.

그러나, 앞서 예로 든 바와 같이, 4개의 대상물이 존재하고, 주파수에 의해 4개의 측정광이 생성되는 경우로 한정지어 도시하였으나, 이는 실시예에 따른 예시일 뿐, 실제 대상물의 개수와 이에 따라 주파수 별로 분할되는 광은 보다 다양한 기준으로 설정될 수 있다.

전술한 바와 같이, 본 발명은 분할된 다수의 광을 다수의 어레이 디텍터를 이용하여 스캔 시간을 분배함으로써, 광 간섭성 단층 영상의 획득 속도를 향상시킬 수 있다.

이상에서 도 1 내지 도 19 를 참조하여 설명한 본 발명의 실시 예에 따른 마하젠더 간섭계 기반의 광주파수 및 시분할 기법을 적용한 광 간섭성 단층 촬영장치(1) 및 방법은 장치 및/또는 방법을 통해서만 구현이 되는 것은 아니며, 본 발명의 실시예의 구성에 대응하는 기능을 실현하기 위한 프로그램, 그 프로그램이 기록된 기록 매체 등을 통해 구현될 수도 있으며, 이러한 구현은 앞서 설명한 실시예의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야의 전문가라면 쉽게 구현할 수 있는 것이다.

또한, 이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.

1 : 마하젠더 간섭계 기반의 광주파수 및 시분할 기법을 적용한 광 간섭성 단층 촬영장치
100 : 광원부
200 : 커플러부
210 : 광분할부
211 : 제 1 커플러
212 : 제 2 커플러
213 : 제 3 커플러
214 : 제 4 커플러
220 : 기준단
230 : 샘플단
240 : 분할부
300 : 검출부
310: 분광부
320 : 포커스부
330 : 스캔제어부
340 : 스캔부
400 : 영상처리부

Claims (10)

1. 마하젠더 간섭계를 기반으로 하는 초고속 광 주파수 및 시분할 광 간섭성 단층 촬영장치에 있어서,
   광을 생성하는 광원부;
   마하젠더 간섭계를 기반으로 하는 광분할부로 광원에서 전달된 빛을 분할하고, 생성된 기준광 및 측정광을 이용하여 합성분할광을 생성하여, 생성된 합성분할광을 분할하여 조사하는 커플러부;
   분할되어 조사되는 합성분할광을 전달받는 복수의 분광기로 구비되어, 각각의 분광기로부터 파장 대역 별로 분광된 각광을 순차적으로 스캔하는 검출부 및
   상기 검출부에서 스캔한 결과를 토대로 단일 영상을 생성하는 영상처리부를 포함하는 것을 특징으로 하는 마하젠더 간섭계 기반 초고속 광 주파수 및 시분할 광 간섭성 단층 촬영장치
   
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 커플러부는,
   광분할부로부터 분할되어 생성된 기준광을 기준단으로 조사하는 제 1 커플러 및
   광분할부로부터 분할되어 생성된 측정광을 샘플단으로 조사하는 제 2 커플러를 포함하는 것을 특징으로 하는 마하젠더 간섭계 기반 초고속 광 주파수 및 시분할 광 간섭성 단층 촬영장치
   
3. 제 2 항에 있어서,
   상기 커플러부는,
   상기 제 1 커플러에서 조사되는 기준광과, 제 2 커플러에서 조사되는 측정광을 전달받아, 2차 합성분할광으로 합성하여 검출부에 조사하는 제 3 커플러를 포함하는 것을 특징으로 하는 마하젠더 간섭계 기반 초고속 광 주파수 및 시분할 광 간섭성 단층 촬영장치
   
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 검출부는,
   입사된 상기 n개의 합성분할광을 각각 평행광으로 변환하고, 각 평행광을 n번째 분광기로 입사하여 파장 대역별로 분광시키는 분할부;
   상기 분할부에서 파장 대역 별로 분광된 평행광을 각 파장 대역에 따라 하나의 포커스로 모이도록 평행광의 포커스 거리를 조절하는 포커스부;
   1번째 분광기부터 n번째 분광기까지 각 분광기로부터 분광된 평행광의 스캔을 시작하는 스캔시작 신호를 순차적으로 전송하는 스캔제어부; 및
   상기 스캔제어부로부터 스캔 시작 신호가 수신되면, 상기 포커스부에서 각 파장 대역에 따라 하나의 포커스로 모인 평행광을 순차적으로 스캔하는 스캔부를 포함하는 것을 특징으로 하는 마하젠더 간섭계 기반 초고속 광 주파수 및 시분할 광 간섭성 단층 촬영장치
   
5. 제 4 항에 있어서,
   상기 스캔부는,
   상기 스캔제어부의 스캔 시작 신호가 수신됨에 따라 n-1번째 분광기로부터 분광된 평행광을 스캔하고, 상기 n-1 번째 분광기로부터 분광된 평행광의 스캔이 완료되면 n번째 분광기로부터 분광된 평행광을 스캔하는 것을 특징으로 하는 마하젠더 간섭계 기반 초고속 광 주파수 및 시분할 광 간섭성 단층 촬영장치
   
6. 제 4 항에 있어서,
   상기 스캔부는,
   상기 스캔제어부로부터 n번째 분광기에서 분광된 평행광에 대한 스캔 시작 신호가 수신되고, 상기 n-1번째 분광기에서 분광된 평행광에 대한 스캔이 수행 중인 경우, 상기 n-1번째 분광기에서 분광된 평행광에 대한 스캔이 완료되기 중간시점에서 상기 n번째 분광기에서 분광된 평행광에 대한 스캔을 수행하는 것을 특징으로 하는 마하젠더 간섭계 기반 초고속 광 주파수 및 시분할 광 간섭성 단층 촬영장치
   
7. 제 1 항에 있어서,
   상기 커플러부는,
   상기 광원부의 광으로부터 제1광을 생성하고, 상기 제1광을 스캔하고 반사시켜 기준광을 생성하는 기준단;
   상기 광원부의 광으로부터 제2광을 생성하고, 상기 제2광을 대상물에 조사하여 반사되는 측정광을 생성하는 샘플단; 및
   상기 기준광과 측정광을 합성하여 합성광을 생성하고, 상기 합성광을 n개의 합성분할광으로 분할하는 분할부를 포함하는 것을 특징으로 하는 마하젠더 간섭계 기반 초고속 광 주파수 및 시분할 광 간섭성 단층 촬영장치
   
8. 제 7 항에 있어서,
   상기 샘플단은,
   상기 대상물이 k(여기서, k는 자연수)개 존재하는 경우, 상기 제2광을 k개로 분할하여 각 대상물로 조사하는 것을 특징으로 하는 마하젠더 간섭계 기반 초고속 광 주파수 및 시분할 광 간섭성 단층 촬영장치
   
9. 제 8 항에 있어서,
   상기 영상처리부는,
   상기 k(여기서, k는 자연수)개의 대상물을 조사하는 광 경로차이에 의한 주파수가 다른 다수 개의 측정광에 따라 다수 개의 채널로 형성하여 단일 영상으로 생성하는 것을 특징으로 하는 마하젠더 간섭계 기반 초고속 광 주파수 및 시분할 광 간섭성 단층 촬영장치
   
10. 마하젠더 간섭계를 기반으로 하는 광 주파수 및 시분할 광 간섭성 단층 촬영방법에 있어서,
    광을 생성하는 광 생성단계;
    상기 생성된 광을 마하젠더 간섭계로부터 분할되어 생성된 기준광 및 측정광을 이용하여 합성광을 생성하는 합성광 생성단계;
    상기 합성광을 n(여기서, n은 2 이상의 자연수)개의 합성분할광으로 분할하여 조사하는 합성광 분할단계;
    입사된 상기 n개의 합성분할광을 각각 n개의 분광기로 조사하여 상기 각 분광기로부터 파장 대역 별로 분광된 각 광을 순차적으로 스캔하는 스캔단계 및
    스캔한 결과를 이용하여 단일 영상을 생성는 영상 생성단계를 포함하고,
    상기 스캔단계는,
    입사된 상기 n개의 합성분할광을 각각 평행광으로 변환하는 변환단계;
    상기 분할된 각각의 평행광을 n번째 분광기로 입사하여 파장 대역 별로 분광시키는 분광단계;
    상기 파장 대역 별로 분광된 평행광을 각 파장 대역에 따라 하나의 포커스로 모이도록 평행광의 포커스 거리를 조절하는 포커스 조절 단계;
    1번째 분광기로부터 분광된 평행광의 스캔을 시작하는 스캔시작 신호를 전송하여 순차적으로 n번째 분광기로부터 분광된 평행광의 스캔을 시작하는 스캔 시작 신호를 전송하는 전송단계 및
    상기 전송단계를 통해 스캔 시작 신호가 수신되면, 각 파장 대역에 따라 하나의 포커스로 모인 평행광을 순차적으로 스캔하되, 상기 스캔 시작 신호가 수신됨에 따라 상기 n-1번째 분광기로부터 분광된 평행광을 스캔하고, 상기 n-1번째 분광기로부터 분광된 평행광의 스캔 수행 시간이 중간시점에 도달하면, n번째 분광기로부터 분광된 평행광의 스캔을 수행하는 스캔 수행단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 마하젠더 간섭계를 기반으로 하는 광 주파수 및 시분할 광 간섭성 단층 촬영방법
    

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