KR20220133129A - 광산란영상 카메라 - Google Patents

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KR20220133129A
KR20220133129A KR1020220036064A KR20220036064A KR20220133129A KR 20220133129 A KR20220133129 A KR 20220133129A KR 1020220036064 A KR1020220036064 A KR 1020220036064A KR 20220036064 A KR20220036064 A KR 20220036064A KR 20220133129 A KR20220133129 A KR 20220133129A
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KR1020220036064A
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정기훈
권재명
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한국과학기술원
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Abstract

본 발명은 마이크로렌즈 어레이를 적용하여 각 마이크로렌즈 별로 서브 영상을 획득하고 이를 취합하여 산란광의 산란 분포 경향을 나타내는 벡터 영상을 생성함으로써, 빛의 산란 방향, 매질 내 빛의 위치와 깊이 등을 측정할 수 있는 광산란영상 카메라에 관한 것이다.

Description

광산란영상 카메라{Scattering Camera}
본 발명은 광산란영상 카메라에 관한 것으로, 보다 구체적으로 본 발명은 마이크로렌즈 어레이를 적용하여 각 마이크로렌즈 별로 서브 영상을 획득하고 이를 취합하여 산란광의 산란 분포 경향을 나타내는 벡터 영상을 생성함으로써, 빛의 산란 방향, 매질 내 빛의 위치와 깊이 등을 측정할 수 있는 광산란영상 카메라에 관한 것이다.
일반적으로 의료기관이나 일반 가정에서는 혈관 정보(예, 심박신호, 광용적맥파, 산소포화도, 근적외선분광법)나 호흡 정보 또는 기타 다른 생체 활동 등을 파악하기 위한 생체 정보 감지 센서들이 사용되고 있다. 특히, 헤모글로빈의 광 흡수를 이용하여 혈액 중의 산소 포화도를 측정할 수 있는 심박 및 산소 포화도가 사용되고 있다. 광학소자를 이용한 심박 및 산소 포화도 센서는 비침습적으로 비교적 간단하게 생체정보를 확인할 수 있기 때문에 많은 수요가 있는 상황이다. 또는, 근적외선 분광법(near infrared spectroscopy, NIRS)을 통해 산화 헤모글로빈(Oxi0hemoglobin) 농도 및 환원 헤모글로빈 농도(Deoxi-hemoglobin)를 측정하여 뇌활성을 계측할 수 있다.
종래의 광학소자를 이용한 심박 및 산소 포화도 센서는 구동방식을 기준으로 크게 투과방식과 반사방식으로 나눌 수 있다.
투과방식은 발광다이오드(Light emitting diode, LED)와 포토다이오드(Photodiode, PD)를 이용하며, 발광다이오드와 포토다이오드 사이에 생체 매질(예, 손가락, 귓볼 등)이 위치된다. 이때, 발광다이오드에서 방출(또는 조사)된 광(또는 빛)이 생체 매질을 투과하여 포토다이오드가 수신하여 생체 매질 내부의 혈관의 변화 정보를 획득하는 방식이다.
반사 방식은 발광다이오드와 포토다이오드가 동일선상에 위치하며, 발광다이오드에서 방출된 광이 생체매질의 내부에서 반사된 빛을 포토다이오드가 수신하여 생체 매질 내부 혈관의 변화 정보를 획득하는 방식이다.
생체 매질에 조사된 빛은 피부 내부에서 산란되기 때문에 생체 매질에 조사된 빛의 입사각보다 넓은 범위의 각으로 빛이 분포하게 된다. 또한, 발광다이오드에서 방출된 광의 파장에 따라, 생체 매질의 내부에서 흡수 및 산란되는 정도가 상이하기 때문에, 빛 분포의 경향이 다양하게 된다.
도 1은 종래 생체 정보 감지 센서를 나타낸 도면이고, 도 2는 종래 센서를 통해 획득한 산란광 영상을 나타낸 도면으로서, 도 1과 같이 종래 생체 정보 감지 센서는 광원부(Light source)와 검출부(Detector)로 이루어지고 검출부는 하나의 수광 소자로 구성되어, 도 2와 같이 수광 소자가 차지하는 일정한 영역에서의 평균적인 빛의 세기를 측정하는 것이 일반적이다. 그러나, 이러한 방식으로는 광원부와 검출부 간의 상대적인 위치에 따라 빛의 세기 분포가 일정한 영상만을 획득할 수밖에 없고, 빛이 산란되는 분포의 경향을 파악할 수 없는 문제가 있다.
한국 공개특허공보 제10-2019-0114386호(2019.10.10. 공개)
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 마이크로렌즈 어레이를 적용하여 각 마이크로렌즈 별로 서브 영상을 획득하고 이를 취합하여 산란광의 산란 분포 경향을 나타내는 벡터 영상을 생성함으로써, 빛의 산란 방향, 매질 내 빛의 위치 및 깊이 등을 측정할 수 있는 광산란영상 카메라를 제공하기 위한 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일 예에 따른 광산란영상 카메라는, 발광부와, 상기 발광부에서 방출된 광을 검출하는 검출부와, 상기 검출부의 출력을 수신하는 프로세서를 포함하는 광산란영상 카메라로서, 상기 검출부는 상기 발광부에서 방출되어 매질에 의해 산란된 산란광이 수집되는 마이크로렌즈 어레이와, 상기 마이크로렌즈 어레이에 의해 집광된 광을 감지하여 전기적 신호로 전환하는 이미지 센서를 포함할 수 있다.
상기 이미지 센서는 상기 마이크로렌즈 어레이의 각 마이크로렌즈 별로 각 마이크로렌즈에 대응되는 서브 영상을 출력할 수 있다.
상기 프로세서는 상기 이미지 센서로부터 상기 서브 영상을 수신하고, 수신된 상기 서브 영상을 취합하여 상기 마이크로렌즈 어레이에 대한 벡터 영상을 생성할 수 있다.
상기 프로세서는 상기 벡터 영상을 해석하여 상기 매질 내에서의 광의 산란된 방향을 추정할 수 있다.
상기 프로세서는 상기 벡터 영상을 해석하여 상기 매질 내에서의 광의 위치를 추정할 수 있다.
상기 각 마이크로렌즈의 곡면 부분은 상기 이미지 센서를 향해 형성될 수 있다.
상기 각 마이크로렌즈의 직경은 10um - 500um이고, 상기 각 마이크로렌즈의 직경을 조절하여 상기 각 마이크로렌즈에 대응되는 상기 이미지 센서의 픽셀 수를 조절 가능할 수 있다.
상기 각 마이크로렌즈의 두께는 0.1um - 200um이고, 상기 각 마이크로렌즈의 두께를 조절하여 각 마이크로렌즈의 시야각을 조절 가능할 수 있다.
상기 각 마이크로렌즈의 개수를 조절하여 상기 각 서브 영상의 개수를 조절 가능할 수 있다.
상기 발광부와 검출부는 수평방향으로 이격되고, 상기 마이크로렌즈 어레이는 각 마이크로렌즈들이 수평하게 배치될 수 있다.
상술한 광산란영상 카메라는, 특정 입사각 범위를 만족하는 광만을 입사시키고 나머지는 차단하는 각도 선택적 광학 필터;를 더 포함할 수 있다.
상기 각도 선택적 광학 필터는 수지로 충진된 구조물 내부에 사선으로 배치된 평면 거울 다수개가 서로 이격 배치된 구조로 이루어질 수 있다.
상술한 광산란영상 카메라는, 특정 파장의 광만을 선택적으로 투과하는 파장 어레이 필터;를 더 포함할 수 있다.
상기 파장 어레이 필터는 상기 마이크로렌즈 어레이의 각 마이크로렌즈 별로 서로 동일하거나 상이한 색상의 컬러 필터가 구비된 구조로 이루어질 수 있다.
본 발명에 의하면 각 마이크로렌즈의 상대적인 위치 차이를 이용하여 매질 내에서 서로 다른 진행 경로를 가지는 산란광들 각각의 산란 방향, 위치, 깊이 등을 정확히 측정할 수 있으며, 매질에 따라 달라지는 빛의 흡수 내지 산란 정도에 의한 차이를 구분할 수 있다.
또한, 마이크로렌즈는 유효 초점 거리가 짧아 빛을 효과적으로 집속시킬 수 있고, 카메라 광학계를 초소형으로 제작 가능하며, 마이크로렌즈 어레이를 얇게 제작 가능하여 평면 형태뿐만 아니라 곡면 형태로도 제작할 수 있다.
도 1은 종래 생체 정보 감지 센서를 나타낸 도면이다.
도 2는 종래 센서를 통해 획득한 산란광 영상을 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 예에 따른 광산란영상 카메라를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 예에 따른 벡터 영상을 나타낸 도면이다.
도 5는 도 3과 비교하여 매질이 상이한 경우를 나타낸 도면이다.
도 6은 픽셀 분해능을 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 방향 분해능을 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 렌즈의 시야각을 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 광학 필터가 적용된 광산란영상 카메라를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 10은 본 발명의 일 예에 따른 각도 선택적 광학 필터의 단면도이다.
도 11은 본 발명의 일 예에 따른 파장 어레이 필터를 상부에서 바라본 평면도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 대해 설명하도록 한다.
도 3은 본 발명의 일 예에 따른 광산란영상 카메라를 개략적으로 나타낸 도면으로서, 도시된 바와 같이 본 발명의 카메라(10)는 크게 발광부(100)와 검출부(200)와 프로세서(300)를 포함한다.
발광부(100)는 광을 방출하는 광원으로서, 발광 다이오드(LED)나 레이저 다이오드(Laser diode)와 같은 발광소자를 포함하여 이루어질 수 있으며, 적외선 내지 근적외선에 해당하는 광을 방출할 수 있다.
검출부(200)는 발광부(100)에서 방출된 광을 검출하는 구성으로서, 도 3을 다시 참조하면, 발광부(100)에서 방출된 광은 매질(M)에 의한 산란에 의해 발광부(100)에서 방출된 방향과 반대로 돌아나올 수 있고(back scattering), 검출부(200)는 이와 같이 백 스캐터링된 산란광을 받아들일 수 있다. 후술하는 바와 같이, 매질(M)에 따라 빛의 흡수 내지 산란 정도가 달라지기 때문에 산란된 광을 검출하여 매질의 성질을 알 수 있다.
검출부(200)는 크게 발광부(100)에서 방출되어 매질에 의해 산란된 산란광을 수집하는 마이크로렌즈 어레이(210)와, 마이크로렌즈 어레이(210)에 의해 집광된 광을 감지하여 전기적 신호로 전환하는 이미지 센서(220)을 포함한다.
마이크로렌즈 어레이(210)는 약 1mm 이하의 직경을 갖는 복수의 마이크로렌즈를 일방의 면에 반구면 형상으로 형성하여 종횡 방향으로 복수 병치시킨 것으로, 마이크로렌즈들이 격자구조로 배치되어 대략 사각형 형태의 어레이를 형성할 수 있다. 이때 마이크로렌즈의 곡면 부분, 즉 반구면의 볼록한 부분은 이미지 센서(220)를 향해 형성될 수 있다.
이미지 센서(220)는 광신호를 전기적 신호로 전환하는 촬상 소자로서, 일예로 본 발명의 이미지 센서(220)는 다수의 픽셀을 포함하는 CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor) 이미지 센서이거나, CCD(Charge Coupled Device) 이미지 센서일 수 있다.
이미지 센서(220)는 마이크로렌즈 어레이(210)의 각 마이크로렌즈 별로 각 마이크로렌즈에 대한 서브 영상을 출력할 수 있다. 도 3을 다시 참조하면, 이미지 센서(220)는 마이크로렌즈 어레이(210)의 제1 마이크로렌즈(ML1), 제2 마이크로렌즈(ML2), 제3 마이크로렌즈(ML3) 각각에 의해 집광된 광을 전기적 신호로 전환하여 제1 서브 영상(S1), 제2 서브 영상(S2), 제3 서브 영상(S3)을 출력할 수 있다. 즉, 하나의 마이크로렌즈는 이미지 센서(220)의 픽셀 중 일부를 이용하여 하나의 서브 영상을 생성하도록 구성될 수 있으며, 이에 따라 서브 영상의 개수는 마이크로렌즈의 개수와 동일하게 이루어질 수 있다.
프로세서(300)는, 예를 들면, 운영 체제 또는 응용 프로그램을 구동하여 프로세서에 연결된 다수의 하드웨어 또는 소프트웨어 구성요소들을 제어할 수 있고, 각종 데이터 처리 및 연산을 수행할 수 있으며, 시스템 온 칩(System on Chip)으로 구현될 수 있다. 프로세서(300)는 다른 구성요소들(예를 들면, 비휘발성 메모리) 중 적어도 하나로부터 수신된 명령 또는 데이터를 휘발성 메모리에 로드하여 처리하고, 다양한 데이터를 비휘발성 메모리에 저장할 수 있다. 일 예로서, 프로세서는 제어부에 해당할 수 있다.
프로세서(300)는 이미지 센서(220)로부터 각 마이크로렌즈 별 서브 영상들을 수신하고, 수신된 서브 영상을 취합하여 마이크로렌즈 어레이(210)에 대한 벡터 영상(V), 즉 마이크로렌즈 어레이(210)의 각 마이크로렌즈 별 서브 영상을 취합한 벡터 영상(V)을 생성할 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 예에 따른 벡터 영상을 나타낸 도면으로, 프로세서(300)는 각 마이크로렌즈 별 서브 영상을 취합하여 벡터 영상(V)을 생성할 수 있으며, 이를 데이터화하여 외부로 전달할 수 있다. 이때, 도시된 바와 같이 마이크로렌즈 어레이(210)의 각 마이크로렌즈는 x축과 y축을 기준으로 넘버링 될 수 있고, 각 마이크로렌즈의 배치 및 넘버링과 대응되도록 각 마이크로렌즈의 서브 영상이 취합되어 벡터 영상(V)이 시각화될 수 있다. 도 4에서 z축 값은 각 마이크로렌즈에 의해 집광된 빛의 세기에 해당할 수 있다.
도 4를 도 2와 비교하면, 종래 기술인 도 2의 경우에는 수광 소자가 차지하는 일정 영역에서의 평균적인 빛의 세기만을 측정할 수 있던 것에 반해, 본 발명인 도 4의 경우에는 이미지 센서와 광원 사이의 상대적인 위치나 방향에 따라 달라지는 빛의 세기 분포를 측정할 수 있으며, 이에 따라 빛이 산란되는 분포 경향을 파악할 수 있다.
다시 말해, 마이크로렌즈 어레이(210)에서 각 마이크로렌즈는 각 마이크로렌즈 별로 위치 차이가 존재하게 되고, 이러한 상대적인 위치 차이를 이용하여 각 위치별 영상을 획득하고 이를 취합하여, 취합한 영상에서의 빛의 세기 분포를 통해 빛의 산란된 방향, 매질 내 빛의 위치와 깊이 등을 추론할 수 있다.
도 5는 도 3과 비교하여 매질이 상이한 경우를 나타낸 도면으로서, 도시된 바와 같이 매질 내에 흡수층(D), 예를 들어 생체 내 광 흡수 물질인 헤모글로빈을 포함하는 혈류 등이 존재할 시, 흡수층(D) 의해 산란되어 마이크로렌즈에 입사된 광의 세기는, 흡수층이 아닌 일반 매질에 의해 산란되어 마이크로렌즈에 입사된 광의 세기에 비해 약하게 된다. 이때 본 발명은 각 마이크로렌즈별 서브 영상의 빛의 세기에 대한 정보에 기초하여 산란 매질에서 해당 신호의 깊이, 매질 내 흡수층의 존재 여부 등을 추론할 수 있으며, 이는 프로세서(300)에 의해 수행될 수 있다.
이와 같이, 본 발명은 마이크로렌즈 어레이를 이용함으로써, 각 마이크로렌즈의 상대적인 위치 차이를 이용하여 매질 내에서 서로 다른 진행 경로를 가지는 산란광들 각각의 산란 방향, 위치, 깊이 등을 정확히 측정할 수 있으며, 매질에 따라 달라지는 빛의 흡수 내지 산란 정도에 의한 차이를 구분할 수 있다.
동시에, 본 발명은 마이크로렌즈 어레이를 이용함으로써, 마이크로렌즈 어레이의 특성에 따른 이점을 가질 수 있다. 구체적으로, 마이크로렌즈는 유효 초점 거리가 짧아 빛을 효과적으로 집속시킬 수 있고, 카메라 광학계를 초소형으로 제작 가능하며, 마이크로렌즈 어레이를 얇게 제작 가능하여 평면 형태뿐만 아니라 곡면 형태로도 제작할 수 있다. 마이크로렌즈 어레이를 곡면 형태로 제작할시 더 넓은 화각을 가질 수 있는 이점이 있다.
한편, 도 3을 다시 참조하면, 본 발명의 카메라(10)는, 발광부(100)와 검출부(200)가 수평방향으로 이격되고, 마이크로렌즈 어레이(210)의 각 마이크로렌즈들이 수평하게 배치될 수 있다. 즉, 배경기술에서 설명한 바와 같이, 본 카메라(10)는 반사 방식으로 구성될 수 있으며, 이와 같이 반사 방식으로 구성될 경우 각 마이크로렌즈의 상대적 위치 차이가 부각되어 높은 해상도의 벡터 영상을 생성하는 것에 도움이 될 수 있다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니며 투과 방식으로 구성될 수 있음은 물론이다.
도 6은 픽셀 분해능을 설명하기 위한 도면으로서, 도 6(a)에는 상대적으로 큰 직경을 가지는 마이크로렌즈가 도시되어 있고, 도 6(b)에는 상대적으로 작은 직경을 가지는 마이크로렌즈가 도시되어 있다. 도 6(a)와 같이 마이크로렌즈의 직경이 상대적으로 크게 형성될 시에는 각 마이크로렌즈에 대응되는 이미지 센서의 픽셀의 수가 많아지고, 도 6(b)와 같이 마이크로렌즈의 직경이 상대적으로 작게 형성될 시에는 각 마이크로렌즈에 대응되는 이미지 센서의 픽셀의 수가 작아진다.
마이크로렌즈의 직경을 조절하여 하나의 마이크로렌즈에 대응되는 픽셀 수를 조절할 수 있으며, 마이크로렌즈에 대응되는 픽셀 수가 늘어나면 측정 감도가 높아지므로, 이러한 특성에 기초하여 마이크로렌즈 또는 마이크로렌즈 어레이를 적절히 설계할 수 있다.
도 7은 방향 분해능을 설명하기 위한 도면으로서, 도 7(a)에는 상대적으로 적은 수의 서브 영상으로 이루어진 벡터 영상이 도시되어 있고, 도 7(b)에는 상대적으로 많은 수의 서브 영상으로 이루어진 벡터 영상이 도시되어 있다. 도시된 바와 같이 벡터 영상이 많은 수의 서브 영상으로 이루어질 시 산란광의 방향을 구분하는 분해능이 향상되는 것을 확인할 수 있으며, 이를 위해 이미지 센서의 크기를 키우거나 각 마이크로렌즈의 직경을 줄여 이미지 센서 대비 마이크로렌즈의 개수를 증가시킴으로써, 신호 방향에 대한 방향 분해능을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 경우, 상술한 픽셀 분해능과 방향 분해능 등을 고려하여, 각 마이크로렌즈의 직경이 10um - 500um의 범위를 만족하도록 구성될 수 있다.
도 8은 렌즈의 시야각을 설명하기 위한 도면으로서, 도 8(a)에는 상대적으로 큰 시야각을 가지는 마이크로렌즈가 도시되어 있고, 도 8(b)에는 상대적으로 작은 시야각을 가지는 마이크로렌즈가 도시되어 있다. 도 8(a)와 같이 마이크로렌즈의 두께가 두껍게 형성될 시, 즉 큰 곡률을 가질 시 렌즈는 큰 시야각을 가지게 되고, 도 8(b)와 같이 마이크로렌즈의 두께가 얇게 형성될 시, 즉 작은 곡률을 가질 시 렌즈는 작은 시야각을 가지게 된다. 시야각 조절을 통해 마이크로렌즈에 입사되는 산란광의 입사각 범위를 조절할 수 있으며, 구체적으로 시야각이 좁을 시에는 산란광의 허용 입사각이 작게 형성되고, 시야각이 넓을 시에는 산란광의 허용 입사각이 크게 형성된다. 산란광의 허용 입사각이 작을 시 산란광의 깊이 정보를 획득하는 것에 유리할 수 있으므로, 이러한 특성에 기초하여 마이크로렌즈 또는 마이크로렌즈 어레이를 적절히 설계할 수 있다.
즉, 각 마이크로렌즈의 시야각을 조절하여 산란광의 허용 입사각의 범위를 조절할 수 있고, 이를 위해 각 마이크로렌즈의 두께를 조절하여 각 마이크로렌즈의 시야각을 조절할 수 있으며, 본 발명의 경우 이러한 점을 고려하여 각 마이크로렌즈의 두께가 0.1um - 200um의 범위를 만족하도록 구성될 수 있다.
도 9는 광학 필터가 적용된 광산란영상 카메라를 개략적으로 나타낸 도면으로서, 도시된 바와 같이 본 카메라(10)에는 소정의 광학 필터(F)가 적용될 수 있으며, 광학 필터(F)는 각도 선택적 광학 필터이거나, 파장 어레이 필터일 수 있다.
각도 선택적 광학 필터는 특정 입사각 범위를 만족하는 광만을 입사시키고 나머지는 차단하는 광학 필터로서, 도 9를 참조하면 두개의 도시된 산란광(L1, L2) 중 상부의 산란광(L1)은 해당 필터에 입사되는 입사각이 상대적으로 크게 형성되어 필터에 의해 차단되며, 하부의 산란광(L2)은 해당 필터에 입사되는 입사각이 상대적으로 작게 형성되어 필터를 지나 마이크로렌즈 어레이에 입사될 수 있다. 이는 앞서 설명한 마이크로렌즈의 시야각 조절을 통한 입사각 범위 제한 기능과 유사한 것으로, 두 기술요소를 적절히 조합하여 깊이 정보 범위 조절 능력을 향상시킬 수 있다.
도 10은 본 발명의 일 예에 따른 각도 선택적 광학 필터의 단면도로서, 도시된 바와 같이 각도 선택적 광학 필터는 글라스(glass) 재질 등의 수지(resin)로 충진된 구조물 내부에 사선으로 배치된 평면 거울(mirror) 다수개가 서로 이격 배치된 구조로 이루어질 수 있다.
파장 어레이 필터는 특정 파장의 광만을 선택적으로 투과하는 광학 필터로서, 이미지 센서(200)의 베이어 필터 또는 광학 필터로 적용될 수 있다.
도 11은 본 발명의 일 예에 따른 파장 어레이 필터를 상부에서 바라본 평면도로서, 도시된 바와 같이 파장 어레이 필터는 마이크로렌즈 어레이의 각 마이크로렌즈 별로 서로 동일하거나 상이한 색상의 컬러 필터가 구비된 구조로 이루어질 수 있다. 즉, 마이크로렌즈 어레이에는 각 마이크로렌즈 별로 서로 동일하거나 상이한 컬러 필터가 구비될 수 있으며, 이러한 컬러 필터는 마이크로렌즈의 하부에 위치하거나, 마이크로렌즈와 이미지 센서의 사이에 위치할 수 있다. 이와 같이 파장 어레이 필터를 적용함으로써, 파장 별 신호 획득을 통해 추가적인 깊이 방향 정보를 획득할 수 있고, 이에 따라 벡터 영상에서 깊이 방향 해상도를 증가시킬 수 있다.
이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명은 마이크로렌즈 어레이의 구조 내지 광학 필터의 최적 설계를 통하여, 픽셀 분해능과 방향 분해능을 증가시킬 수 있고, 산란광의 입사 범위를 조절할 수 있으며, 산란광의 깊이 조절 및 신호대잡음비를 개선할 수 있다.
본 발명의 카메라는 산란광을 이용하는 기능적 근적외선 분광법과 광용적맥파 측정 등 다양한 광학 시스템에 적용될 수 있으며, 이때 본 발명은 종래 산란 경로를 특정하는 것이 어려워 시뮬레이션 등에 의존했던 것에 영향을 받지 않고, 마이크로렌즈 어레이를 통해 산란광을 직접 측정하여 획득한 벡터 영상을 이용하여 빛의 산란 경로를 추론할 수 있으며, 이에 기초하여 근적외선 분광법(NIRS) 등에서 신호의 발생 위치 및 진행 방향 등을 추측할 수 있다.
또한, 산란광의 세기 분포와 산란광의 특징을 이용하여 신경 활동과 같은 생체 신호 등을 측정할 때 빛의 공간적 분포를 예측할 수 있으며, 이러한 본 발명은 산란에 의한 빛의 분포를 이용하는 뇌 기능 이미징, 뇌졸중 진단, 근육 기능 연구 등 다양한 분야에 사용될 수 있을 것으로 예측된다.
이상, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예에는 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야 한다.
10: 광산란영상 카메라
100: 발광부
200: 검출부
210: 마이크로렌즈 어레이
220: 이미지 센서
300: 프로세서
M: 매질
D: 흡수층
F: 필터

Claims (14)

  1. 발광부와, 상기 발광부에서 방출된 광을 검출하는 검출부와, 상기 검출부의 출력을 수신하는 프로세서를 포함하는 광산란영상 카메라로서,
    상기 검출부는
    상기 발광부에서 방출되어 매질에 의해 산란된 산란광이 수집되는 마이크로렌즈 어레이와,
    상기 마이크로렌즈 어레이에 의해 집광된 광을 감지하여 전기적 신호로 전환하는 이미지 센서를 포함하는, 카메라.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 이미지 센서는 상기 마이크로렌즈 어레이의 각 마이크로렌즈 별로 각 마이크로렌즈에 대응되는 서브 영상을 출력하는, 카메라.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 프로세서는 상기 이미지 센서로부터 상기 서브 영상을 수신하고, 수신된 상기 서브 영상을 취합하여 상기 마이크로렌즈 어레이에 대한 벡터 영상을 생성하는, 카메라.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 프로세서는 상기 벡터 영상을 해석하여 상기 매질 내에서의 광의 산란된 방향을 추정하는, 카메라.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 프로세서는 상기 벡터 영상을 해석하여 상기 매질 내에서의 광의 위치를 추정하는, 카메라.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 각 마이크로렌즈의 곡면 부분은 상기 이미지 센서를 향해 형성되는, 카메라.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 각 마이크로렌즈의 직경은 10um - 500um이고,
    상기 각 마이크로렌즈의 직경을 조절하여 상기 각 마이크로렌즈에 대응되는 상기 이미지 센서의 픽셀 수를 조절 가능한, 카메라.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 각 마이크로렌즈의 두께는 0.1um - 200um이고,
    상기 각 마이크로렌즈의 두께를 조절하여 각 마이크로렌즈의 시야각을 조절 가능한, 카메라.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 각 마이크로렌즈의 개수를 조절하여 상기 각 서브 영상의 개수를 조절 가능한, 카메라.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 발광부와 검출부는 수평방향으로 이격되고,
    상기 마이크로렌즈 어레이는 각 마이크로렌즈들이 수평하게 배치되는, 카메라.
  11. 제1항에 있어서,
    특정 입사각 범위를 만족하는 광만을 입사시키고 나머지는 차단하는 각도 선택적 광학 필터;를 더 포함하는, 카메라.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 각도 선택적 광학 필터는
    수지로 충진된 구조물 내부에 사선으로 배치된 평면 거울 다수개가 서로 이격 배치된 구조로 이루어지는, 카메라.
  13. 제1항에 있어서,
    특정 파장의 광만을 선택적으로 투과하는 파장 어레이 필터;를 더 포함하는, 카메라.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 파장 어레이 필터는
    상기 마이크로렌즈 어레이의 각 마이크로렌즈 별로 서로 동일하거나 상이한 색상의 컬러 필터가 구비된 구조로 이루어지는, 카메라.
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WO2024075915A1 (ko) * 2022-10-05 2024-04-11 한국전자기술연구원 집광필름을 결합한 패치형 광기반 헬스케어 장치

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KR20190114386A (ko) 2018-03-30 2019-10-10 한국과학기술원 생체 정보 감지 센서

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