KR20230005632A - 투명소재 복합박막 단층 영상 촬영 시스템 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 일 실시예에 따른 투명소재 복합박막 단층 영상 촬영 시스템은, 광원과, 상기 광원으로부터 조사된 광을 투명소재 복합박막 시료와 기준 거울에 조사하고 상기 시료로부터 반사 및 산란되는 광과 상기 기준 거울로부터 반사되는 광의 간섭 신호를 획득하는 광 조사부와, 상기 광 조사부에서 획득된 간섭 신호를 측정하는 광 측정부와, 상기 광원으로부터 출력되는 광을 상기 광 조사부에 전달하고, 상기 광 조사부로부터 전달되는 광의 간섭 신호를 상기 광 측정부로 전달하는 광 전달부, 및 상기 광 측정부에서 검출된 시료의 간섭 신호를 변환하여 단층 영상으로 출력하고, 상기 광 조사부에서 획득된 간섭 신호를 모니터링하여 상기 광 조사부로 입력되는 광의 세기와 편광 상태를 변조하도록 제어하는 신호처리장치를 포함한다.
Description
본 발명은 투명소재 복합박막 단층 영상 촬영 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 투명소재 복합박막의 표면 반사 신호를 저감하고 초점 심도를 확대하여 단층 영상의 질을 향상시키는 투명소재 복합박막 단층 영상 촬영 시스템에 관한 것이다.
광학 삼차원 영상 기술의 한 종류인 OCT(Optical Coherence Tomography)는 비간섭 광의 간섭계를 이용하여 비파괴적으로 시편의 단층 구조 영상을 고해상도로 취득하는 촬영 기술이다. 일반적인 OCT는 렌즈를 이용해 분석하고자 하는 시료의 내부에 초점을 형성시켜 초점면 전후에서의 반사/산란 신호를 취득하여 단층 영상을 얻는다.
시편의 단층 구조를 정밀하게 분석하기 위해서는 모든 영상 깊이에 걸쳐 고해상도 영상 취득이 중요하다. 그러나, 일반적인 렌즈를 사용할 경우, 초점을 형성하는 구간이 매우 짧아 영상 깊이 별 영상의 질 차이가 발생한다. 특히, 실제 사용 환경에서는 시편을 위치시킬 때마다 높이가 매번 다를 수 있으며, 스테이지를 동반하는 자동화 시스템에 적용할 경우, 진동에 의한 시편 높이 차가 추가적으로 발생할 수 있어, 시료의 깊이 방향 위치에 따른 영상 수준 유지가 매우 중요하다.
또한, 박막 시편은 표면이 매우 평탄하여 OCT 영상 취득시 박막 내부에서 산란되는 신호에 비해 표면 경계에서의 반사 신호가 매우 크며, 이는 광 검출기의 동적 범위를 초과할 수 있어 시편의 표면 상태와 내부 구조를 동시 분석하는 데 어려움으로 작용한다.
따라서, 본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로, 투명소재 복합박막의 OCT 영상 취득시 표면 반사 신호를 저감하고 초점 심도를 확대하여 단층 영상의 질을 향상시키는 투명소재 복합박막 단층 영상 시스템 구조를 제공하고자 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 투명소재 복합박막 단층 영상 촬영 시스템은, 광원과, 상기 광원으로부터 조사된 광을 투명소재 복합박막 시료와 기준 거울에 조사하고 상기 시료로부터 반사 및 산란되는 광과 상기 기준 거울로부터 반사되는 광의 간섭 신호를 획득하는 광 조사부와, 상기 광 조사부에서 획득된 간섭 신호를 측정하는 광 측정부와, 상기 광원으로부터 출력되는 광을 상기 광 조사부에 전달하고, 상기 광 조사부로부터 전달되는 광의 간섭 신호를 상기 광 측정부로 전달하는 광 전달부, 및 상기 광 측정부에서 검출된 시료의 간섭 신호를 변환하여 단층 영상으로 출력하고, 상기 광 조사부에서 획득된 간섭 신호를 모니터링하여 상기 광 조사부로 입력되는 광의 세기와 편광 상태를 변조하도록 제어하는 신호처리장치를 포함한다.
상기 광원은 스윕 소스 레이저(swept source laser), 초연속체 레이저(supercontinuum laser), 또는 초발광 다이오드(super luminescent diode)을 포함할 수 있다.
상기 광 전달부는 광섬유를 포함하는 도파관(wave guide)을 포함할 수 있다.
상기 광 조사부는, 상기 광원으로부터 전달된 광이 조사되어 상기 투명소재 복합박막 시료에 조사하는 샘플 렌즈, 및 상기 광원으로부터 전달된 광이 조사되어 기준 거울에 조사하는 기준 렌즈를 포함할 수 있다.
상기 광 조사부는, 상기 광 조사부로 전달된 광을 직진시키는 시준기(collimator)와, 상기 광 조사부로 입력된 광의 세기와 편광 상태를 변조하는 적응형 조도 제어기와, 상기 광 조사부로 입력된 광의 세기, 위상, 경로를 공간 영역별로 조작하여 조사되는 광의 초점 심도를 확장하는 패턴 마스크, 및 상기 샘플 렌즈 전단에 배치되며, 상기 패턴 마스크를 통과한 광을 상기 샘플 렌즈를 향해 반사시키고 스캐닝을 하는 빔 스캐너를 더 포함할 수 있다.
상기 패턴 마스크는, 반사형 또는 투과형, 또는 반사 및 투과형일 수 있다.
상기 패턴 마스크는 광 조사부로 조사된 광을 투과 및 반사시켜 투과된 광은 샘플 렌즈로 조사되고, 반사된 광은 기준 렌즈로 조사될 수 있다.
상기 패턴 마스크는 위상 마스크, 진폭 마스크, 거울, 공간 광 변조기 중 어느 하나를 포함할 수 있다.
상기 적응형 조도 제어기는 공간 광 변조기(spatial light modulator), 전기 광학 변조기(electro-optic modulator), 음향 광학 변조기(acousto-optic modulator), 가변 리타더(variable retarder), 및 디지털 미러 장치(digital mirror device) 중 어느 하나의 광학 반도체를 포함할 수 있다.
상기 적응형 조도 제어기는 상기 시준기와 상기 패턴 마스크 사이에 배치될 수 있다.
상기 적응형 조도 제어기는 상기 빔 스캐너와 상기 샘플 렌즈 사이에 배치될 수 있다.
상기 광 조사부는 2개의 적응형 조도 제어기를 포함하며, 상기 복수의 적응형 조도 제어기 중 하나는 상기 빔 스캐너와 상기 샘플 렌즈 사이에 배치되고, 다른 하나는 상기 패턴 마스크와 상기 기준 렌즈 사이에 배치될 수 있다.
상기 광 조사부는, 상기 시준기 후단에 배치되어 상기 광 조사부로 전달된 광을 분할하여 투과된 광은 상기 샘플 렌즈로 조사되고, 반사된 광은 상기 기준 렌즈로 조사되도록 하는 광 분할기(beam splitter)와, 상기 광 분할기 후단에 배치되어 상기 광 분할기로부터 투과된 광이 조사되는 제1 적응형 조도 제어기, 및 상기 광 분할기 후단에 배치되어 상기 광 분할기로부터 반사된 광이 조사되는 제2 적응형 조도 제어기를 더 포함할 수 있다.
상기 샘플 렌즈와 상기 제1 적응형 조도 제어기 사이에는 제1 패턴 마스크와 빔 스캐너가 차례로 배치되고, 상기 기준 렌즈와 상기 제2 적응형 조도 제어기 사이에는 제2 패턴 마스크가 배치될 수 있다.
상기 광 조사부는, 2갈래 광섬유로 구성된 광 전달부로부터 각각 광을 전달받아 상기 샘플 렌즈와 상기 기준 렌즈로 광을 조사할 수 있다.
상기 광 조사부는, 상기 광 전달부로부터 전달된 한 갈래의 광을 상기 샘플 렌즈를 향해 직진시키는 제1 시준기와, 상기 광 전달부로부터 전달된 다른 갈래의 광을 상기 기준 렌즈를 향해 직진시키는 제2 시준기와, 상기 제1 시준기 후단에 배치되어 상기 광 전달부로부터 전달된 한 갈래의 광이 조사되는 제3 적응형 조도 제어기, 및 상기 제2 시준기 후단에 배치되어 상기 광 전달부로부터 전달된 다른 갈래의 광이 조사되는 제4 적응형 조도 제어기를 포함할 수 있다.
상기 샘플 렌즈와 상기 제3 적응형 조도 제어기 사이에는 제3 패턴 마스크와 빔 스캐너가 차례로 배치되고, 상기 기준 렌즈와 상기 제4 적응형 조도 제어기 사이에는 제4 패턴 마스크가 배치될 수 있다.
상기 광 측정부는, 상기 광원으로부터 조사된 광을 상기 광 조사부로 전달하고, 상기 광 조사부에서 유도된 간섭 광을 반사하는 광 분할기와, 상기 광 분할기에서 반사된 간섭 광을 전달받는 분광계, 및 상기 분광계로부터 전달된 광을 검출하는 광 검출기를 포함하고, 상기 분광계는 복수의 렌즈, 및 상기 복수의 렌즈로부터 전달되는 광의 형태를 센싱하는 이미지 센서를 포함할 수 있다.
상기 복수의 렌즈와 상기 이미지 센서 사이에는, 상기 복수의 렌즈로부터 전달되는 광을 회절시켜 복수의 선으로 변환하는 회절 격자판, 및 상기 회절 격자판으로부터 변환된 광을 상기 이미지 센서로 전달하는 렌즈가 구비될 수 있다.
상기 광원과 상기 광 측정부 사이에는, 상기 광원으로부터 조사되는 광의 파장의 대역폭을 제한하는 광학 필터(Optical filter)가 더 구비될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 투명소재 복합박막 단층 영상 촬영 시스템에 의하여, 투명소재 복합박막의 표면 반사 신호를 저감하고 초점 심도를 확대하여 단층 영상의 질을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 투명소재 복합박막 단층 영상 촬영 시스템을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 투명소재 복합박막 단층 영상 촬영 시스템의 광 조사부의 다른 실시예를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 투명소재 복합박막 단층 영상 촬영 시스템의 광 조사부의 또 다른 실시예를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 투명소재 복합박막 단층 영상 촬영 시스템의 광 조사부의 또 다른 실시예를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 투명소재 복합박막 단층 영상 촬영 시스템의 광 조사부의 또 다른 실시예를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 투명소재 복합박막 단층 영상 촬영 시스템의 광 측정부의 다른 실시예를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 투명소재 복합박막 단층 영상 촬영 시스템의 광 조사부의 다른 실시예를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 투명소재 복합박막 단층 영상 촬영 시스템의 광 조사부의 또 다른 실시예를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 투명소재 복합박막 단층 영상 촬영 시스템의 광 조사부의 또 다른 실시예를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 투명소재 복합박막 단층 영상 촬영 시스템의 광 조사부의 또 다른 실시예를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 투명소재 복합박막 단층 영상 촬영 시스템의 광 측정부의 다른 실시예를 개략적으로 나타낸 도면이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예들에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예들에 한정되지 않는다.
또한, 여러 실시예들에 있어서, 동일한 구성을 가지는 구성요소에 대해서는 동일한 부호를 사용하여 대표적으로 일 실시예에서 설명하고, 그 외의 실시예들에서는 일 실시예와 다른 구성에 대해서만 설명하기로 한다.
도면들은 개략적이고 축적에 맞게 도시되지 않았다는 것을 일러둔다. 도면에 있는 부분들의 상대적인 치수 및 비율은 도면에서의 명확성 및 편의를 위해 그 크기에 있어 과장되거나 감소되어 도시되었으며, 임의의 치수는 단지 예시적인 것이지 한정적인 것은 아니다. 그리고, 둘 이상의 도면에 나타나는 동일한 구조물, 요소 또는 부품에는 동일한 참조 부호가 유사한 특징을 나타내기 위해 사용된다. 어느 부분이 다른 부분의 "위에" 또는 "상에" 있다고 언급하는 경우, 이는 바로 다른 부분의 위에 있을 수 있거나 그 사이에 다른 부분이 수반될 수도 있다.
본 발명의 실시예는 본 발명의 한 실시예를 구체적으로 나타낸다. 그 결과, 도해의 다양한 변형이 예상된다. 따라서 실시예는 도시한 영역의 특정 형태에 국한되지 않으며, 예를 들면 제조에 의한 형태의 변형도 포함한다.
이하, 첨부된 도면을 참조로, 본 발명의 일 실시예에 따른 투명소재 복합박막 단층 영상 촬영 시스템의 구조에 관하여 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 투명소재 복합박막 단층 영상 촬영 시스템을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 투명소재 복합박막 단층 영상 촬영 시스템은 광원(100)과, 광 조사부(200)와, 광 측정부(300)와, 광 전달부(400), 및 신호처리장치(500)를 포함한다.
광원(100)은 스윕 소스 레이저(swept source laser), 초연속체 레이저(supercontinuum laser), 또는 초발광 다이오드(super luminescent diode)을 포함할 수 있다.
광원(100)으로부터 출력되는 광은 단일모드 광섬유(single mode fiber)를 통해 광 측정부(300)로 입력될 수 있다. 광원(100)과 광 측정부(300) 사이에는, 광원(100)으로부터 조사되는 광의 파장의 대역폭을 제한하는 광학 필터(optical filter, 315)가 더 구비될 수 있다.
광원(300)으로부터 출력된 광은 광 측정부(300)를 거쳐 광 전달부(400)를 통해 광 조사부(200)로 조사된다. 광 조사부(200)는 시준기(collimator, 230)와, 적응형 조도 제어기(adaptive illumination controller; AIC, 240)와, 패턴 마스크(250)와, 빔 스캐너(260)와, 샘플 렌즈(210), 및 기준 렌즈(220)를 포함한다.
시준기(230)는 광 조사부(200)로 전달된 광을 광 조사부(200) 내에서 직진되도록 만들어준다. 적응형 조도 제어기(240)는 시준기(230) 후단에 배치될 수 있으며, 광 조사부(200)로 입력된 광의 세기와 편광 상태를 변조한다. 적응형 조도 제어기(240)에서 변조된 광은 패턴 마스크(250)에서, 일부는 투과되고, 일부는 반사된다. 패턴 마스크(250)에서 투과된 광은 샘플 렌즈(210)로 전달되고, 반사된 광은 기준 렌즈(220)로 전달된다. 전달된 광은 샘플 렌즈(210)와 기준 렌즈(220)를 통해 각각 시료(212)와 기준 거울(222)에 조사된다.
패턴 마스크(250)는 광 조사부(200)로 입력된 광의 세기, 위상, 경로를 공간 영역별로 조작하여, 조사되는 광의 초점 심도를 확장하는 역할을 한다. 패턴 마스크(250)는 반사형 또는 투과형, 또는 반사 및 투과형일 수 있다. 또한, 패턴 마스크(250)는 투과면과 반사면을 교차하여 설계된 것일 수 있으며, 샘플 렌즈(210) 및 기준 렌즈(220)의 전단에 위치하여 초점 심도를 확장시킬 수 있다.
또한, 패턴 마스크(250)는 위상 마스크, 진폭 마스크, 거울, 공간 광 변조기 중 어느 하나를 포함할 수 있다.
패턴 마스크(250)를 통해 확장된 심도만큼 시료(212)의 깊이 방향으로 균일한 광 에너지의 조사가 가능하고 넓은 깊이 영역에 걸쳐 균일한 영상 품질을 유지할 수 있다. 패턴 마스크(250)로 입사되는 광은 패턴 마스크(250)를 통과하면서 파면이 수정되고 초점 심도 근처 영역에서 광분포와 위상이 재분배되어 연장된 초점이 실현될 수 있다.
적응형 조도 제어기(240)는 공간 광 변조기(spatial light modulator), 전기 광학 변조기(electro-optic modulator), 음향 광학 변조기(acousto-optic modulator), 가변 리타더(variable retarder), 및 디지털 미러 장치(digital mirror device) 중 어느 하나의 광학 반도체를 포함할 수 있다.
적응형 조도 제어기(240)는 조사광을 변화시켜가며 측정한 실시간 표면 반사 신호를 바탕으로 최적의 조사광 조건을 도출 및 적용하여 시료(212)의 표면 반사를 저감시킴으로써 시료(212)의 내부 구조를 효과적으로 촬영할 수 있다. 적응형 조도 제어기(240)는 광원(100)의 편광 상태를 변조할 수 있는 편광판, 파장판 등의 편광 광학계, 공간 광 변조기 등으로 구성된 광학계로 이루어질 수 있다.
적응형 조도 제어기(240)는 시준기(230)와 패턴 마스크(250) 사이에 배치될 수 있고, 신호처리장치(500)에 연결되어 시료(212)와 기준 거울(222)의 표면 반사 신호를 바탕으로 최적의 조사광 조건을 도출 및 적용할 수 있다. 또한, 적응형 조도 제어기(240)는 빔 스캐너(260)에 의한 시편 스캔 이전에, 짧은 시간에 걸쳐 국소 영역의 표면 반사 신호를 취득하여 표면 반사 저감을 위한 적절한 조사광 조건을 도출할 수 있다. 이를 통해, 표면 반사로 인해 영상 처리가 어려웠던 시료(212)의 단층 내부를 추가적인 영상 처리 없이 명확하게 시각화 할 수 있다.
패턴 마스크(250)에서 투과된 광은 빔 스캐너(260)를 거쳐 샘플 렌즈(210)로 전달된다. 빔 스캐너(260)는 샘플 렌즈(210)의 전단에 배치되며, 패턴 마스크(250)에서 투과된 광을 샘플 렌즈(210)를 향해 반사시키고 시료(212)를 스캐닝한다. 샘플 렌즈(210)는 시료(212)에 광을 조사하고, 시료(212)에서 반사 및 산란되는 광을 다시 전달받아 광이 조사된 경로의 역 방향으로 다시 전달하고 적응형 조도 제어기(240) 및 광 측정부(300)로 전달한다.
또한, 패턴 마스크(250)에서 반사된 광은 기준 렌즈(220)로 전달되어 기준 렌즈(220)는 기준 거울(222)로 광을 조사한다. 기준 렌즈(220)는 기준 거울(222)에서 반사된 광을 다시 전달받아 광이 조사된 경로의 역 방향으로 다시 전달하여 적응형 조도 제어기(240) 및 광 측정부(300)로 전달한다.
기준 거울(222)은 매우 매끈한 표면을 가지고 있으며, 기준 거울(222)에서 반사되는 광은 편광 상태가 유지된다. 그러나, 시료(212)에서 반사 및 산란되는 광은 편광 상태가 변한다. 기준 렌즈(220)에서 역방향으로 전달되는 반사광과 샘플 렌즈(210)에서 역 방향으로 전달되는 반사 및 산란광의 편광 차는 적응형 조도 제어기(240)에서 적절하게 제어될 수 있다. 예를 들어, 샘플 렌즈(210)와 기준 렌즈(220)로부터 전달되는 광의 편광 차가 90°가 되도록 제어하면, 광은 동일한 편광 성분만 간섭하는 성질로 인해, 시료(212)에서 반사된 광과 기준 거울(222)에서 반사된 광은 서로 수직으로 거의 간섭하지 못하고, 시료(212) 내부에서 편광이 변한 산란 광만 간섭하도록 제어하여 표면 반사가 저감될 수 있다.
광 전달부(400)는 광원(100)으로부터 출력되는 광을 광 조사부(200)에 전달하고, 기준 거울(222) 및 시료(212)로부터 반사 및 산란되는 광의 간섭 신호를 광 측정부(300)로 전달하며, 광 측정부(300)는 광 조사부(200)에서 획득된 광의 간섭 신호를 측정한다.
광 측정부(300)는 광 분할기(310), 분광계(320), 및 광 검출기(330)를 포함한다. 광 분할기(310)는 광원(100)으로부터 조사된 광을 투과시켜 광 조사부(200)로 전달하고, 광 조사부(200)에서 유도된 간섭 광을 반사시켜 분광계(320)로 전달한다.
분광계(320)는 광 분할기(310)에서 반사된 간섭 광을 전달받으며, 분광계(320)로부터 전달된 간섭 광은 광 검출기(330)에서 검출되어 신호처리장치(500)로 전달된다. 신호처리장치(500)는 광 측정부(330)에서 검출된 시료(212)의 간섭 신호를 변환하여 단층 영상으로 출력한다.
한편, 분광계는 복수의 렌즈(322, 324), 및 복수의 렌즈(322, 324)로부터 전달되는 광의 형태를 센싱하는 이미지 센서(326)를 포함할 수 있다. 복수의 렌즈(322, 324)는 나란히 배치된 볼록 렌즈일 수 있다.
광 검출기(330)에서 검출된 신호는 파장별 광 세기로 복조되며, 파장 영역 데이터에서 깊이 영역 데이터로 변환될 수 있다. 신호 처리는 원시 데이터를 배경차연산(background substrate), k-선형화, 또는 푸리에 변환(Fourier transform)을 통해 이루어질 수 있으며, 그 밖의 다양한 신호 처리 방법을 이용하여 원시 데이터를 파장 영역 데이터에서 깊이 영역 데이터로 변환할 수 있다.
이 때, 신호 처리는 실시간으로 진행되며, 실시간 신호 처리된 단층 영상으로부터 시료(212)의 영상 품질을 추산할 수 있다. 예를 들어, 히스토그램 엔트로피(histogram entropy), 이미지 콘트라스트(image contrast)와 같은 영상 성능 지수로 변환이 가능하며, 적응형 조도 제어기(240)는 실시간으로 영상 성능 지수를 수신받아 광의 편광 상태와 광량을 변조할 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 투명소재 복합박막 단층 영상 촬영 시스템의 광 조사부의 다른 실시예를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2에 도시된 광 조사부(201)를 참조하면, 적응형 조도 제어기(242)는 빔 스캐너(260)와 샘플 렌즈(210) 사이에 배치될 수 있다. 시준기(230)를 통해 광 조사부(201) 내에서 직진된 광은 패턴 마스크(250)에서 일부가 투과되고, 투과된 광은 빔 스캐너(260)와 적응형 조도 제어기(242)를 거쳐 샘플 렌즈(210)로 전달된다. 또한, 패턴 마스크(250)에서 반사된 일부 광은 기준 렌즈(220)로 전달된다.
시료(212)에서 반사 및 산란된 광은 샘플 렌즈(210)를 통해 적응형 조도 제어기(242)로 전달되고, 적응형 조도 제어기(242)는 표면 반사 및 산란 신호를 신호처리장치(500)로 전달하고, 이를 바탕으로 광 조사부(201)에 전달되는 광의 조건을 도출하여 광의 편광 상태와 광량을 변조할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 투명소재 복합박막 단층 영상 촬영 시스템의 광 조사부의 또 다른 실시예를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 3에 도시된 광 조사부(202)는 2개의 적응형 조도 제어기(244, 245)를 포함하며, 복수의 적응형 조도 제어기 중 하나(244)는 빔 스캐너(260)와 샘플 렌즈(210) 사이에 배치되고, 다른 하나(245)는 패턴 마스크(250)와 기준 렌즈(220) 사이에 배치될 수 있다. 2개의 적응형 조도 제어기(244, 245)는 각각 샘플 렌즈(210) 및 기준 렌즈(220)로부터 표면 반사 및 산란 신호를 취득하여 신호처리장치(500)로 전달하고, 이를 바탕으로 광 조사부(202)에 전달되는 광의 조건을 도출하여 광의 편광 상태와 광량을 변조할 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 투명소재 복합박막 단층 영상 촬영 시스템의 광 조사부의 또 다른 실시예를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 4에 도시된 광 조사부(203)는, 시준기(230) 후단에 광 분할기(270)가 배치될 수 있다. 광 조사부(203)에 전달되는 광은 시준기(230)를 거쳐 광 분할기(270)로 전달되고, 광 분할기(270)는 광을 분할하여, 투과된 광은 샘플 렌즈(210)를 향해 조사되도록 하고, 반사된 광은 기준 렌즈(220)로 조사되도록 한다.
광 분할기(270) 후단에는, 광 분할기(270)로부터 투과된 광이 조사되는 제1 적응형 조도 제어기(246)가 배치되고, 제1 적응형 조도 제어기(246) 후단에는 제1 패턴 마스크(252)와 빔 스캐너(262)가 차례로 배치될 수 있다.
또한, 광 분할기(270) 후단에는, 광 분할기(270)로부터 반사된 광이 조사되는 제2 적응형 조도 제어기(247)가 배치되고, 제2 적응형 조도 제어기(247) 후단에는 제2 패턴 마스크(253)가 배치될 수 있다. 한편, 광 분할기(270)와 제2 적응형 조도 제어기(247) 사이에는 반사 거울(272)이 설치될 수 있다.
2개의 적응형 조도 제어기(246, 247)는 각각 샘플 렌즈(210) 및 기준 렌즈(220)로부터 표면 반사 및 산란 신호를 취득하여 신호처리장치(500)로 전달하고, 이를 바탕으로 광 조사부(203)에 전달되는 광의 조건을 도출하여 광의 편광 상태와 광량을 변조할 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 투명소재 복합박막 단층 영상 촬영 시스템의 광 조사부의 또 다른 실시예를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 5에 도시된 광 조사부(204)는, 2갈래 광섬유로 구성된 광 전달부(280)로부터 각각 광을 전달받아 샘플 렌즈(210)와 기준 렌즈(220)로 각각의 광 경로를 따라 광을 조사하는 구조로 이루어질 수 있다.
광 조사부(204)는 광 전달부(280)로부터 전달된 한 갈래의 광을 샘플 렌즈(210)를 향해 직진시키는 제1 시준기(232)와, 광 전달부(280)로부터 전달된 다른 갈래의 광을 기준 렌즈(220)를 향해 직진시키는 제2 시준기(234)를 포함할 수 있다.
또한, 제1 시준기(232) 후단에 배치되어 광 전달부(280)로부터 전달된 한 갈래의 광이 조사되는 제3 적응형 조도 제어기(248)와, 제2 시준기(234) 후단에 배치되어 광 전달부(280)로부터 전달된 다른 갈래의 광이 조사되는 제4 적응형 조도 제어기(249)를 포함할 수 있다.
제3 적응형 조도 제어기(248) 후단에는 제3 패턴 마스크(254)와 빔 스캐너(262)가 차례로 배치될 수 있고, 제4 적응형 조도 제어기(249) 후단에는 제4 패턴 마스크(255)가 배치될 수 있다.
2개의 적응형 조도 제어기(248, 249)는 각각 샘플 렌즈(210) 및 기준 렌즈(220)로부터 표면 반사 및 산란 신호를 취득하여 신호처리장치(500)로 전달하고, 이를 바탕으로 광 조사부(204)에 전달되는 광의 조건을 도출하여 광의 편광 상태와 광량을 변조할 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 투명소재 복합박막 단층 영상 촬영 시스템의 광 측정부의 다른 실시예를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 6에 도시된 광 측정부(301)는 복수의 렌즈(322, 324)와 이미지 센서(326) 사이에, 복수의 렌즈(322, 324)로부터 전달되는 광을 회절시켜 복수의 선으로 변환하는 회절 격자판(332), 및 회절 격자판(332)으로부터 변환된 광을 이미지 센서(326)로 전달하는 렌즈(334)가 구비될 수 있다.
광 검출기(330)에서 검출된 신호는 파장 영역 데이터에서 깊이 영역 데이터로 실시간으로 변환되어 신호처리장치(500)에서 단층 영상으로 출력될 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 투명소재 복합박막 단층 영상 촬영 시스템에 의하여, 투명소재 복합박막의 표면 반사 신호를 저감하고 초점 심도를 확대하여 단층 영상의 질을 향상시킬 수 있다.
이상으로 본 발명에 관한 바람직한 실시예를 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 아니하며, 본 발명의 실시예로부터 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의한 용이하게 변경되어 균등하다고 인정되는 범위의 모든 변경을 포함한다.
100: 광원
200, 201, 202, 203, 204: 광 조사부
210: 샘플 렌즈 220: 기준 렌즈
230: 시준기 232: 제1 시준기
234: 제2 시준기 240, 244, 245: 적응형 조도 제어기
246: 제1 적응형 조도 제어기 247: 제2 적응형 조도 제어기
248: 제3 적응형 조도 제어기 249: 제4 적응형 조도 제어기
250: 패턴 마스크 252: 제1 패턴 마스크
253: 제2 패턴 마스크 254: 제3 패턴 마스크
255: 제4 패턴 마스크 260, 262: 빔 스캐너
270, 310: 광 분할기 300: 광 측정부
315: 광학 필터 320: 분광계
330: 광 검출기 322, 324, 334: 렌즈
326: 이미지 센서 332: 회절 격자판
400, 280: 광 전달부 500: 신호처리장치
210: 샘플 렌즈 220: 기준 렌즈
230: 시준기 232: 제1 시준기
234: 제2 시준기 240, 244, 245: 적응형 조도 제어기
246: 제1 적응형 조도 제어기 247: 제2 적응형 조도 제어기
248: 제3 적응형 조도 제어기 249: 제4 적응형 조도 제어기
250: 패턴 마스크 252: 제1 패턴 마스크
253: 제2 패턴 마스크 254: 제3 패턴 마스크
255: 제4 패턴 마스크 260, 262: 빔 스캐너
270, 310: 광 분할기 300: 광 측정부
315: 광학 필터 320: 분광계
330: 광 검출기 322, 324, 334: 렌즈
326: 이미지 센서 332: 회절 격자판
400, 280: 광 전달부 500: 신호처리장치
Claims (20)
- 광원;
상기 광원으로부터 조사된 광을 투명소재 복합박막 시료와 기준 거울에 조사하고 상기 시료로부터 반사 및 산란되는 광과 상기 기준 거울로부터 반사되는 광의 간섭 신호를 획득하는 광 조사부;
상기 광 조사부에서 획득된 간섭 신호를 측정하는 광 측정부;
상기 광원으로부터 출력되는 광을 상기 광 조사부에 전달하고, 상기 광 조사부로부터 전달되는 광의 간섭 신호를 상기 광 측정부로 전달하는 광 전달부; 및
상기 광 측정부에서 검출된 시료의 간섭 신호를 변환하여 단층 영상으로 출력하고, 상기 광 조사부에서 획득된 간섭 신호를 모니터링하여 상기 광 조사부로 입력되는 광의 세기와 편광 상태를 변조하도록 제어하는 신호처리장치를 포함하는 투명소재 복합박막 단층 영상 촬영 시스템.
- 제 1 항에서,
상기 광원은 스윕 소스 레이저(swept source laser), 초연속체 레이저(supercontinuum laser), 또는 초발광 다이오드(super luminescent diode)을 포함하는 투명소재 복합박막 단층 영상 촬영 시스템.
- 제 1 항에서,
상기 광 전달부는 광섬유를 포함하는 도파관(wave guide)을 포함하는 투명소재 복합박막 단층 영상 촬영 시스템.
- 제 1 항에서,
상기 광 조사부는,
상기 광원으로부터 전달된 광이 조사되어 상기 투명소재 복합박막 시료에 조사하는 샘플 렌즈; 및
상기 광원으로부터 전달된 광이 조사되어 기준 거울에 조사하는 기준 렌즈를 포함하는 투명소재 복합박막 단층 영상 촬영 시스템.
- 제 4 항에서,
상기 광 조사부는,
상기 광 조사부로 전달된 광을 직진시키는 시준기(collimator);
상기 광 조사부로 입력된 광의 세기와 편광 상태를 변조하는 적응형 조도 제어기;
상기 광 조사부로 입력된 광의 세기, 위상, 경로를 공간 영역별로 조작하여 조사되는 광의 초점 심도를 확장하는 패턴 마스크; 및
상기 샘플 렌즈 전단에 배치되며, 상기 패턴 마스크를 통과한 광을 상기 샘플 렌즈를 향해 반사시키고 스캐닝을 하는 빔 스캐너를 더 포함하는 투명소재 복합박막 단층 영상 촬영 시스템.
- 제 5 항에서,
상기 패턴 마스크는,
반사형 또는 투과형, 또는 반사 및 투과형인 투명소재 복합박막 단층 영상 촬영 시스템.
- 제 5 항에서,
상기 패턴 마스크는 광 조사부로 조사된 광을 투과 및 반사시켜 투과된 광은 샘플 렌즈로 조사되고, 반사된 광은 기준 렌즈로 조사되는 투명소재 복합박막 단층 영상 촬영 시스템.
- 제 5 항에서,
상기 패턴 마스크는 위상 마스크, 진폭 마스크, 거울, 공간 광 변조기 중 어느 하나를 포함하는 투명소재 복합박막 단층 영상 촬영 시스템.
- 제 5 항에서,
상기 적응형 조도 제어기는 공간 광 변조기(spatial light modulator), 전기 광학 변조기(electro-optic modulator), 음향 광학 변조기(acousto-optic modulator), 가변 리타더(variable retarder), 및 디지털 미러 장치(digital mirror device) 중 어느 하나의 광학 반도체를 포함하는 투명소재 복합박막 단층 영상 촬영 시스템.
- 제 5 항에서,
상기 적응형 조도 제어기는 상기 시준기와 상기 패턴 마스크 사이에 배치되는 투명소재 복합박막 단층 영상 촬영 시스템.
- 제 5 항에서,
상기 적응형 조도 제어기는 상기 빔 스캐너와 상기 샘플 렌즈 사이에 배치되는 투명소재 복합박막 단층 영상 촬영 시스템.
- 제 5 항에서,
상기 광 조사부는 2개의 적응형 조도 제어기를 포함하며,
상기 복수의 적응형 조도 제어기 중 하나는 상기 빔 스캐너와 상기 샘플 렌즈 사이에 배치되고, 다른 하나는 상기 패턴 마스크와 상기 기준 렌즈 사이에 배치되는 투명소재 복합박막 단층 영상 촬영 시스템.
- 제 5 항에서,
상기 광 조사부는,
상기 시준기 후단에 배치되어 상기 광 조사부로 전달된 광을 분할하여 투과된 광은 상기 샘플 렌즈로 조사되고, 반사된 광은 상기 기준 렌즈로 조사되도록 하는 광 분할기(beam splitter);
상기 광 분할기 후단에 배치되어 상기 광 분할기로부터 투과된 광이 조사되는 제1 적응형 조도 제어기; 및
상기 광 분할기 후단에 배치되어 상기 광 분할기로부터 반사된 광이 조사되는 제2 적응형 조도 제어기를 더 포함하는 투명소재 복합박막 단층 영상 촬영 시스템.
- 제 13 항에서,
상기 샘플 렌즈와 상기 제1 적응형 조도 제어기 사이에는 제1 패턴 마스크와 빔 스캐너가 차례로 배치되고,
상기 기준 렌즈와 상기 제2 적응형 조도 제어기 사이에는 제2 패턴 마스크가 배치되는 투명소재 복합박막 단층 영상 촬영 시스템.
- 제 5 항에서,
상기 광 조사부는,
2갈래 광섬유로 구성된 광 전달부로부터 각각 광을 전달받아 상기 샘플 렌즈와 상기 기준 렌즈로 광을 조사하는 투명소재 복합박막 단층 영상 촬영 시스템.
- 제 15 항에서,
상기 광 조사부는,
상기 광 전달부로부터 전달된 한 갈래의 광을 상기 샘플 렌즈를 향해 직진시키는 제1 시준기;
상기 광 전달부로부터 전달된 다른 갈래의 광을 상기 기준 렌즈를 향해 직진시키는 제2 시준기;
상기 제1 시준기 후단에 배치되어 상기 광 전달부로부터 전달된 한 갈래의 광이 조사되는 제3 적응형 조도 제어기; 및
상기 제2 시준기 후단에 배치되어 상기 광 전달부로부터 전달된 다른 갈래의 광이 조사되는 제4 적응형 조도 제어기를 포함하는 투명소재 복합박막 단층 영상 촬영 시스템.
- 제 16 항에서,
상기 샘플 렌즈와 상기 제3 적응형 조도 제어기 사이에는 제3 패턴 마스크와 빔 스캐너가 차례로 배치되고,
상기 기준 렌즈와 상기 제4 적응형 조도 제어기 사이에는 제4 패턴 마스크가 배치되는 투명소재 복합박막 단층 영상 촬영 시스템.
- 제 1 항에서,
상기 광 측정부는,
상기 광원으로부터 조사된 광을 상기 광 조사부로 전달하고, 상기 광 조사부에서 유도된 간섭 광을 반사하는 광 분할기;
상기 광 분할기에서 반사된 간섭 광을 전달받는 분광계; 및
상기 분광계로부터 전달된 광을 검출하는 광 검출기를 포함하고,
상기 분광계는 복수의 렌즈, 및 상기 복수의 렌즈로부터 전달되는 광의 형태를 센싱하는 이미지 센서를 포함하는 투명소재 복합박막 단층 영상 촬영 시스템.
- 제 18 항에서,
상기 복수의 렌즈와 상기 이미지 센서 사이에는,
상기 복수의 렌즈로부터 전달되는 광을 회절시켜 복수의 선으로 변환하는 회절 격자판; 및
상기 회절 격자판으로부터 변환된 광을 상기 이미지 센서로 전달하는 렌즈가 구비되는 투명소재 복합박막 단층 영상 촬영 시스템.
- 제 1 항에서,
상기 광원과 상기 광 측정부 사이에는,
상기 광원으로부터 조사되는 광의 파장의 대역폭을 제한하는 광학 필터(Optical filter)가 더 구비되는 투명소재 복합박막 단층 영상 촬영 시스템.
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|---|---|---|---|
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|---|---|---|---|
| KR1020210086585A KR20230005632A (ko) | 2021-07-01 | 2021-07-01 | 투명소재 복합박막 단층 영상 촬영 시스템 |
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