WO2014112801A1 - 번들형 광섬유 프로브 - Google Patents

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WO2014112801A1
WO2014112801A1 PCT/KR2014/000464 KR2014000464W WO2014112801A1 WO 2014112801 A1 WO2014112801 A1 WO 2014112801A1 KR 2014000464 W KR2014000464 W KR 2014000464W WO 2014112801 A1 WO2014112801 A1 WO 2014112801A1
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optical fiber
irradiation
fiber
laser beam
probe
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PCT/KR2014/000464
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이호
손익부
김창환
전명진
박호용
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경북대학교 산학협력단
광주과학기술원
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    • G02B6/353—Optical coupling means having switching means involving stationary waveguides with moving interposed optical elements the optical element being a shutter, baffle, beam dump or opaque element

Definitions

  • the present invention relates to a bundled optical fiber probe, and more particularly to a bundled optical fiber probe to form a bundle of the front irradiation fiber and side irradiation fiber.
  • Fiber optic probes are used for miniaturization of systems in optical imaging systems.
  • a fiber optic probe operating in a single mode in a wider wavelength band is required in addition to a light source having a wide bandwidth.
  • a side-scanning optical fiber probe is used.
  • the first method is to use bulk devices such as micro prisms or reflective mirrors at one end of the optical fiber.
  • the second method is to join devices such as cylindrical green lens or commercially available ball lens to one end of single-mode fiber. And a method of cutting or polishing the green lens or the ball lens at an appropriate angle, and the third method is to bond the green lens and the micro light splitter in order to one end of the single mode optical fiber.
  • An object according to an embodiment is to provide a bundled optical fiber probe that can be irradiated in various directions by using a single optical fiber probe by bundle of the front irradiation fiber and side irradiation optical fiber.
  • An object according to an embodiment is to provide a bundled optical fiber probe that can individually control the irradiation direction or laser power for the front irradiation fiber or side irradiation fiber.
  • An object according to an embodiment is to provide a bundled optical fiber probe capable of three-dimensional laser control by providing different heights of the ends of the front irradiation fiber or side irradiation fiber.
  • An object according to an embodiment is to provide a bundled optical fiber probe that can control the laser side irradiation angle from the side irradiation optical fiber by using the internal reflection or metal reflective film.
  • An object according to an embodiment is to provide a bundled optical fiber probe manufacturing apparatus that is easy to control the irradiation direction or height of the front irradiation side or side irradiation optical fiber, the production is simple, and can minimize damage by the outside. .
  • Bundle-type optical fiber probe has a front irradiation optical fiber located in the center, the front irradiation portion and the end of the front irradiation optical fiber is a planar front irradiation portion and the side irradiation optical fiber is the outer periphery of the front irradiation portion Is disposed on, the end of the side irradiation optical fiber is formed with an inclined surface that can reflect the laser beam to the side, the front irradiation portion and the side irradiation portion may be formed in one bundle.
  • the front irradiation optical fiber and the side irradiation optical fiber further includes a control unit that can be controlled separately, the control unit may individually adjust the laser irradiation direction or laser power.
  • the controller is a laser beam splitter for dividing the number of laser beams equal to the number of the front irradiation fiber and the side irradiation fiber, a beam switch that can selectively block the path of the laser beam and the beam switch through It may include a lens for sending a laser beam to the front irradiation fiber or side irradiation optical fiber.
  • control unit includes a coupler for dividing and combining the laser beam, the coupler may be provided in series or in parallel with a plurality.
  • the inclined surfaces of the side irradiation optical fibers may be made at different angles, the angle of the inclined surface may be selected in consideration of the total internal reflection of the laser.
  • the front irradiation optical fiber or the side irradiation optical fiber may have a different diameter, or may be located at different heights.
  • it may further include a glass tube surrounding the end of the probe, the inner diameter of the glass tube may be provided to correspond to the outer diameter of the probe.
  • an optical fiber chuck to fix the front irradiation fiber or side irradiation optical fiber a chuck fixing jig mounted to the optical fiber chuck to fix the optical fiber chuck and the It may include a circle clamp that can fix the polymer tube or the glass tube surrounding the end of the optical fiber.
  • it may include a polymer tube disposed coaxially in the longitudinal direction of the optical fiber, passing the optical fiber therein to collect the optical fiber.
  • the optical fiber chuck is rotatably mounted to the chuck fixing jig, it is possible to adjust the irradiation direction by the side irradiation optical fiber by the rotation of the optical fiber chuck.
  • the chuck fixing jig may be provided with a hole corresponding to the number of the optical fibers.
  • the bundled optical fiber probe by providing a front irradiation fiber and a side irradiation optical fiber in a bundle, it is possible to irradiation in various directions using one optical fiber probe.
  • the bundled optical fiber probe it is possible to individually control the irradiation direction or laser power for the front irradiation fiber or side irradiation fiber.
  • three-dimensional laser control can be performed by providing different heights of the ends of the front irradiation fiber or the side irradiation fiber.
  • the laser side irradiation angle from the side irradiation optical fiber can be controlled by using the internal reflection or the metal reflective film.
  • the bundled optical fiber probe manufacturing apparatus it is easy to control the irradiation direction of the front irradiation optical fiber or side irradiation optical fiber, the production is simple, it is possible to minimize the damage by the outside.
  • FIG. 1 is a perspective view of a bundled fiber optic probe according to one embodiment.
  • FIG. 2 illustrates a state in which a laser passes through a bundled fiber optic probe according to an embodiment.
  • FIG. 3 shows a control unit according to the first embodiment.
  • FIG. 4 shows a controller according to a second embodiment.
  • FIG. 5 shows a controller according to a third embodiment.
  • 6A, 6B and 6C are modified examples of the bundled fiber optic probe according to one embodiment.
  • FIG. 7A and 7B illustrate optical fibers disposed at different heights in a bundled optical fiber probe according to one embodiment.
  • FIG 9 illustrates an apparatus for manufacturing a bundled fiber optic probe according to an embodiment.
  • FIG. 1 is a perspective view of a bundled fiber optic probe according to one embodiment
  • FIG. 2 illustrates a state in which a laser passes through the bundled fiber optic probe according to one embodiment.
  • the bundled optical fiber probe 10 may include a front irradiation part and a side irradiation part.
  • the front irradiation part may be disposed in the center of the bundled optical fiber probe 10 and may include a front irradiation fiber 110.
  • the optical fiber is a fiber made by thinly elongated transparent dielectric such as quartz glass or plastic, and the diameter is generally 0.1 to 1 mm.
  • the optical fiber is composed of a medium having a high refractive index and the periphery is covered with a medium having a low refractive index.
  • the central core portion and the cladding portion surrounding the core have a double cylinder shape, and the outer surface is coated with one or two synthetic resin coatings to protect it from impact.
  • the principle of the optical fiber is the principle of total reflection. For example, when the angle of incidence of light at the boundary between two transparent bodies having different refractive indices is met, the complete reflection of light occurs. Specifically, when light passes through the optical fiber, the cladding acts as a mirror to reflect the light. This reflected light passes back through the core and back to the cladding to reflect. By repeating this process, light is transmitted through the optical fiber. Therefore, only reflection and no refraction occur at the interface between the core and the cladding, so that no light is emitted and can reach the end of the optical fiber.
  • the end of the front irradiation optical fiber 110 is made of a plane, the laser can go straight along the longitudinal direction of the front irradiation optical fiber 110 through the front irradiation optical fiber (110).
  • a side irradiation part may be disposed on an outer circumference of the front irradiation part.
  • the side irradiation unit may include a side irradiation optical fiber 120, the side irradiation optical fiber 120 is shown as having the same material and diameter as the above-mentioned front irradiation optical fiber 110, but is not limited to this, other materials And diameter.
  • the front irradiation optical fiber 110 is centered around the plurality of side irradiation optical fibers 120 in the circumferential direction of the front irradiation optical fiber 110, it is shown as being formed as a bundle, but the front irradiation portion and the side Bundle of the irradiation unit may be in a variety of shapes as needed, it is obvious that the number of side irradiation optical fiber 120 may also be provided in various ways.
  • An inclined surface A may be formed at the end of the side irradiation optical fiber 120. Therefore, the side irradiation optical fiber 120 is polished before being formed in a bundle with the front irradiation optical fiber 110 to form the inclined surface (A). For example, the side irradiation optical fiber 120 is inserted into the chuck, and the chuck is mounted on the polishing jig at a desired inclination angle B. Then, the polishing jig is moved toward the grinder, and the inclined surface ( A) can be formed. Thereafter, the inclined surface may be trimmed using a lapping sheet.
  • the inclination angle (B) may be selected as the angle that can use the internal reflection reflecting the refractive index of the clad and the core of the side irradiation optical fiber 120.
  • the inclination angle B may be selected in consideration of an angle in which the laser beam is not lost through the side irradiation optical fiber 120 and is entirely transmitted to the irradiation target.
  • the laser beam passing through the optical fiber by the inclined surface A may be reflected toward the side at the end of the side irradiation optical fiber 120.
  • the laser beam passing through the optical fiber may be reflected to the outside of the bundled optical fiber probe 10 in the direction perpendicular to the incident direction of the laser beam.
  • the total number of irradiable directions may be the number of front irradiated optical fibers 110 and side irradiated optical fibers 120.
  • the total irradiation direction of the bundled optical fiber probe 10 consisting of one front irradiation optical fiber 110 and four side irradiation optical fiber 120 may be five directions.
  • laser irradiation may be performed in various directions including the front and side surfaces through the front irradiation optical fiber 110 and the side irradiation optical fiber 120 bound in an appropriate shape.
  • the bundle of the side irradiation optical fiber 120 and the front irradiation optical fiber 110 can be laser irradiation in three dimensions by various shapes.
  • the bundled fiber optic probe 10 can be operated as follows.
  • the laser beam When the laser beam is incident on the front irradiated optical fiber 110 and the side irradiated optical fiber 120, the laser beam may pass along the incident direction through the respective optical fibers. Subsequently, the laser beam is transmitted straight to the irradiation target at the end of the front irradiation optical fiber 110 in the same direction as the incident direction, while the laser beam is reflected laterally by the inclined surface A at the end of the side irradiation optical fiber 120. Can be.
  • the front irradiated optical fiber 110 is disposed in the center and four side irradiated optical fibers 120 are radially disposed at 90 degree intervals on the outer circumference of the front irradiated optical fiber 110 and the end of the side irradiated optical fiber 120 is If placed on the same plane, the laser beam is directed forward through the front irradiated optical fiber 110 and four laser beams are directed radially outward in the same plane through the four side irradiated optical fibers 120. This allows laser irradiation in many ways.
  • FIG. 3 shows a control unit according to the first embodiment
  • FIG. 4 shows a control unit according to the second embodiment
  • FIG. 5 shows a control unit according to the third embodiment.
  • control unit 132, 134, 136 may be connected to the bundled optical fiber probe 10 according to an exemplary embodiment.
  • the controllers 132, 134, and 136 are disposed between the laser source and the bundled fiber optic probe 10 to control the irradiation direction or laser power of the laser beam passing through the front irradiation fiber 110 and the side irradiation fiber 120. Can be controlled individually
  • the controller 132 of the first embodiment may include a laser beam splitter 1322, a mirror 1324, a beam switch 1326, and a lens 1328.
  • the laser beam splitter 1322 means a reflector or other optical device that reflects a part of the light incident to the lens and transmits the other part, and transmits the laser beam generated from the laser source to the front irradiation fiber 110 and the side surface.
  • the laser beam may be divided into the same number of laser beams as the number of the irradiation optical fibers 120, or may be transmitted through the laser beam incident on the laser beam splitter 1322.
  • the reflection transmission ratio of the laser beam splitter 1322 may be adjusted, and the laser power may be adjusted by the reflection transmission ratio.
  • the laser power may also be divided and transmitted through the respective optical fibers in response to the ratio of reflectance and transmittance. For example, if the reflectance and the transmittance are 50:50, the laser power can also be divided into 50:50 and transmitted through the divided optical fibers.
  • the laser beam split from the laser beam splitter 1322 may reflect the laser beam through the mirror 1324 disposed adjacent to the laser beam splitter 1322 to change the path of the laser beam.
  • the path of the laser beam may vary depending on the inclination angle of the mirror 1324 or the incident angle of the laser beam split from the laser beam splitter 1322.
  • the mirror 1324 may not be disposed.
  • the combination of the laser beam splitter 1322 and the mirror 1324 may be selected in consideration of the number of the front irradiation fiber 110 and the side irradiation fiber 120 and the reflection transmission ratio.
  • the laser beam splitter 1322 and the laser beam splitter 1322 to divide the laser beam generated from the laser source into four laser beams to have separate paths;
  • the mirror 1324 may be disposed.
  • three laser beam splitters 1322 and two mirrors 1324 are arranged to divide the laser beam into four and have four separate paths, but the laser beam splitter 1322 and the mirror ( The number of 1324 or the arrangement of the laser beam splitter 1322 and the mirror 1324 may vary.
  • a beam switch 1326 may be individually disposed to selectively block the path of the laser beam.
  • the beam switch 1326 may be switched ON / OFF, and may pass the laser beam when the beam switch 1326 is ON, and block the laser beam when the beam switch 1326 is OFF.
  • an optical fiber in an undesired irradiation direction can be cut off by turning off the beam switch 1326, and can be irradiated in that direction by turning on the beam switch 1326 again.
  • a lens 1328 for transmitting a laser beam passing through the beam switch 1326 to the front irradiation fiber 110 or the side irradiation fiber 120 may be disposed.
  • the lens 1328 may focus each of the divided laser beams to form a focal point.
  • the cylindrical beam is provided to illustrate that the laser beam is sent to the bundled optical fiber probe 10, but the present invention is not limited thereto, and any lens capable of condensing the laser beam may be included.
  • the beam switch 1326 by individually controlling the beam switch 1326, it is possible to irradiate only some of the optical fibers of the front irradiation optical fiber 110 and side irradiation optical fiber 120, it is possible to easily control the optical fibers individually in the desired irradiation direction. .
  • the laser power can be controlled individually.
  • control unit 134 of the second embodiment includes a scanning mirror 1342 instead of the laser beam splitter 1322 and the mirror 1324 of the control unit 132 of the first embodiment. There is a difference.
  • the same configuration as that of the controller 132 of the first example will be omitted.
  • the scanning mirror 1342 may be fixed to an electronic device (not shown) that performs a shaking operation to the left and right sides according to a preset program. As the electronic device shakes the scanning mirror 1342 in both the left and right directions according to a predetermined program, the laser beam incident on the scanning mirror 1342 may be reflected in both the left and right directions. Through this reflection process, the one-dimensional laser beam may be converted into the two-dimensional laser beam by the scanning mirror 1342.
  • such a scanning mirror 1342 may be implemented by a polygon mirror or galvanometer mirror.
  • the laser beam generated from the laser source is characterized by moving at a constant linear velocity
  • the galvano mirror is characterized by moving the laser beam generated from the laser source at a constant linear velocity.
  • the number of scanning mirrors 1342 may be determined according to the number of optical paths. For example, if a large number of light paths is needed, more scanning mirrors 1342 may be placed around the laser source.
  • the laser beam reflected through the scanning mirror 1342 may be focused through the lens 1346.
  • focusing may be achieved by focusing a laser beam of constant linear velocity reflected by the polygon mirror or a laser beam of boiling fluorescence reflected by the galvano mirror.
  • the beam switch 1344 may be disposed before the lens 1346 so that the irradiation direction of the laser beam may be individually controlled and transmitted to the bundled optical fiber probe 10. If it is turned off at some beam switch 1344, the laser beam corresponding to the optical fiber may be blocked, and the power of the laser beam passing through the optical fiber may also be zero.
  • the controller 136 of the third example may include a coupler 1362 capable of dividing or combining a laser beam.
  • the coupler 1362 is generally an optical component that divides an optical signal from a single optical fiber into a plurality of optical fibers or aggregates an optical signal from a plurality of optical fibers into a single optical fiber.
  • the coupler 1362 may have various split ratios, such as, for example, 50:50, 70:30, 80:20, and the like, and for example, one coupler 1362, such as 1x2, 1x3, 1x4, 1x5, and the like.
  • the laser beam can be divided into two, three, four, five, and so on.
  • the coupler 1362 may be provided with one or a plurality of couplers, and the plurality of couplers 1362 may be arranged in series or in parallel.
  • a connector (not shown) may be positioned between the couplers 1362 to connect the couplers 1362 or the optical fibers to each other.
  • the connector connects the optical fibers with each other or the optical fiber and the terminal device, and the optical fiber can be used in the optical fiber cord and the communication device as a detachable connection part.
  • the characteristics of the function and operability may be the same as those of a mechanical connector, but the structure and type may vary.
  • the laser beam may be divided into a desired number to be individually adjusted.
  • the bundled optical fiber probe 10 may not only control whether the front irradiation fiber 110 and the side irradiation fiber 120 are irradiated or the irradiation direction thereof.
  • the laser power passing through each of the front irradiated optical fibers 110 and the side irradiated optical fibers 120 may be adjusted.
  • a glass tube (not shown) for protecting the bundled optical fiber probe 10 may be provided at an end of the bundled optical fiber probe 10 according to an exemplary embodiment.
  • the glass tube is made of a material having heat resistance, chemical resistance and high optical properties such as quartz glass, the thickness may be provided to a thickness capable of withstanding impact and pressure of about 0.4mm.
  • the inner diameter may be provided in a number corresponding to the outer diameter of the bundled optical fiber probe 10 so that the bundled optical fiber probe 10 can be sufficiently inserted.
  • FIGS. 7A and 7B illustrate optical fibers disposed at different heights in the bundled optical fiber probe according to one embodiment
  • 8 shows a metal reflective film formed on the side irradiation optical fiber.
  • the front irradiated optical fiber 110 and the side irradiated optical fiber 120 may be formed in various combinations.
  • a plurality of side irradiation optical fibers 120 surrounds the front irradiation optical fiber 110 with one front irradiation optical fiber 110 at the center.
  • the front irradiation optical fiber 110 and the side irradiation optical fiber 120 may have the same or different diameters.
  • the diameters of the front irradiation optical fiber 110 and the side irradiation optical fiber 120 may be the same, the diameters of the front irradiation optical fiber 110 and the side irradiation optical fiber 120 may be different from each other, the side irradiation optical fiber 120 Each diameter may be different. If the diameter of the side irradiation optical fiber 120 is relatively small, a relatively large number of side irradiation optical fiber 120 may be provided to surround the front irradiation optical fiber 110.
  • the bundled fiber optic probe 10 may not include the front irradiation fiber 110, but may be formed of only the side irradiation fiber 120.
  • Bundled optical fiber probe 10 consisting of only the side irradiation optical fiber 120 may be useful when it is necessary to laser irradiation in the other side direction except the front.
  • the diameter of each of the side irradiation optical fiber 120 may be the same or different from each other.
  • the shape of the bundle may vary.
  • the side irradiation optical fiber 120 may be disposed at different heights.
  • the laser beam passing through the side irradiation optical fiber 120 may be reflected in different planes, and thus laser irradiation may be performed in a required direction in a three-dimensional space.
  • the laser beam may be irradiated forward through the front irradiation fiber 110 to two sides having different heights through the side irradiation fiber 120.
  • the laser irradiation may be performed on two sides having different heights through the side irradiated optical fiber 120.
  • a metal reflective film C may be formed on the inclined surface of the side irradiation optical fiber 120. This may be performed after the inclined surface is formed on the side irradiation optical fiber 120.
  • the metal reflective film C may be formed by coating a reflective metal such as silver (Ag) on an inclined surface.
  • a reflective metal such as silver (Ag)
  • the metal elements of the periodic table are characterized by reflecting light to give an inherent metallic luster, it is natural that other metal elements such as nickel and aluminum other than silver may be included.
  • the laser beam passing through the side irradiation optical fiber 120 may improve the reflectance by the metal reflective film C.
  • the inclination angle B and the metal reflection film C of the side irradiation optical fiber 120 may be determined in consideration of internal total reflection to vary the angle at which the laser beam is reflected.
  • FIG 9 illustrates a bundled fiber optic probe manufacturing apparatus 20 according to one embodiment.
  • the bundled fiber optic probe manufacturing apparatus 20 may include an optical fiber chuck 210, a chuck fixing jig 220, a polymer tube 230, and a circle clamp 240. .
  • the optical fiber chuck 210 may fix the front irradiated optical fiber or the side irradiated optical fiber, and may be rotatably mounted to the chuck fixing jig 220 which will be described later.
  • the irradiation direction of the side irradiation optical fiber can be aligned by the rotation of the optical fiber chuck 210, so that the irradiation direction by the side irradiation optical fiber can be adjusted.
  • the chuck fixing jig 220 is mounted to the optical fiber chuck 210 to fix the optical fiber chuck 210, and may include a hole corresponding to the number of front irradiation fibers or side irradiation fibers of the bundled optical fiber probe 10. Can be. For example, if the total number of optical fibers is five, five optical fiber chucks 210 are required to fix five optical fibers, and thus five holes are provided in the chuck fixing jig 220 to mount five optical fiber chucks 210. Should be provided.
  • the polymer tube 230 may be disposed coaxially in the longitudinal direction of the optical fiber with respect to the optical fiber chuck 210.
  • the polymer tube 230 is made of a soft polymer material, it can be collected by passing the optical fiber inside.
  • the polymer tube 230 may minimize the optical fiber damage by the circle clamp 240 to be described later, and may protect the optical fiber from external damage when the bundled optical fiber probe 10 is manufactured.
  • a circle clamp 240 may be provided to fix the polymer tube 230 or to fix the glass tube surrounding the end of the bundled optical fiber probe 10.
  • the circle clamp 240 is a device that can collect and fix the optical fiber, and may be provided with a plurality of to fix the optical fiber when the optical fiber is coaxially collected and aligned. It is also possible to align the optical fiber and glass tube coaxially.
  • the circle clamp 240 has an opening, so that the opening degree of the opening can be adjusted to correspond to the outer diameter of the optical fibers in the same manner as the aperture.
  • the bundled optical fiber probe 10 may be manufactured as follows.
  • the front irradiated optical fiber or the side irradiated optical fiber polished on the side is inserted into the optical fiber chuck 210 and fixed.
  • the shape of inserting the optical fibers may be made in various ways.
  • the optical fiber chuck 210 to which the optical fibers are fixed is mounted on the chuck fixing jig 220.
  • the optical fiber chuck 210 may be inserted into the hole provided in the chuck fixing jig 220, and the optical fiber chuck 210 may be rotated in the hole.
  • the polymer tube 230 is inserted with a bundle of front irradiated optical fibers or side irradiated optical fibers. This is to minimize the damage from the outside of the optical fiber.
  • the optical fiber fitted to the polymer tube 230 passes through the circle clamp 240. Tighten the circle clamp 240 while keeping the distance between the optical fibers to move the alignment of the side irradiation optical fibers.
  • the circle clamp 240 may be repositioned to be positioned on a vertical line with the chuck fixing jig 220.
  • the optical fiber is monitored using an optical microscope to adjust the height of the optical fiber while rotating the optical fiber chuck 210 to fix the optical fiber chuck 210 in order to fix in the correct laser irradiation direction.
  • the tip of the optical fiber can be washed with distilled water.
  • the end of the cleaned optical fiber is inserted into the glass tube and the glass tube is fixed using the circle clamp 240. At this time, the position and irradiation direction of the end of the optical fiber can be checked and readjusted using a visible light laser.
  • the adhesive is then applied between the glass tube and the optical fiber using a syringe for the adhesion between the optical fibers and the adhesion between the optical fiber and the glass tube.
  • the adhesive can then be cured using UV and thermosetting.
  • the components for aligning the bundled optical fiber probe 10 including the optical fiber chuck 210, the chuck fixing jig 220, the circle clamp 240, and the like are removed.
  • the bundled optical fiber probe 10 is manufactured, and by using the bundled optical fiber probe manufacturing apparatus 20, the irradiation direction and the height of the optical fibers can be easily adjusted, and the optical fibers are damaged from external damage. I can protect it.

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Abstract

본 발명의 실시예에 따른 번들형 광섬유 프로브는, 중앙에 위치된 전방조사 광섬유를 구비하고, 상기 전방조사 광섬유의 단부는 평면으로 이루어지는 전방조사부 및 측면조사 광섬유가 상기 전방조사부의 외주에 배치되며, 상기 측면조사 광섬유의 끝단에는 경사면이 형성되어 레이저 빔을 측면으로 반사시킬 수 있는 측면조사부를 포함하고, 상기 전방조사부 및 상기 측면조사부가 하나의 묶음으로 형성될 수 있다.

Description

번들형 광섬유 프로브
본 발명은 번들형 광섬유 프로브에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 전방조사 광섬유 및 측면조사 광섬유의 묶음을 형성하는 번들형 광섬유 프로브에 관한 것이다.
광섬유 프로브는 광을 이용한 영상 시스템에서 시스템의 소형화를 위해서 사용된다.
광섬유 프로브 기반의 광을 이용한 단층영상 시스템에서 고분해능을 실현하기 위해서는 넓은 대역폭을 가지는 광원과 더불어 보다 넓은 파장 대역에서 단일 모드로 동작하는 광섬유 프로브가 필요하다.
광학 이미징 시스템의 소형화나 혈관 등과 같은 매우 작은 크기의 샘플의 측면 이미지를 얻기 위해 측면 조사가 가능한 광섬유 프로브가 사용되고 있다.
측면 조사가 가능한 광섬유 프로브를 소형으로 제작하기 위해서 다양한 방법이 사용되고 있는데, 대표적으로 다음과 같이 세 가지 방법이 있다.
첫 번째는 광섬유 일단에 마이크로 프리즘이나 반사거울 등과 같이 벌크 형태의 소자를 설치하여 사용하는 방법, 두 번째는 원통형의 그린(GRIN) 렌즈 또는 상용화된 볼 렌즈 등과 같은 소자를 단일 모드 광섬유의 일단에 접합하고 그린 렌즈 또는 볼 렌즈를 적당한 각도로 절단 혹은 연마하는 방법, 세 번째는 단일 모드 광섬유의 일단에 그린 렌즈 및 마이크로 광 분배기를 차례로 접합하는 방법이 있다.
또한, 2007년 08월 22일에 출원된, 선행문헌 2009-0020026에는 측면 조영이 가능한 광섬유 프로브 및 광섬유 프로브 제조방법에 대하여 설명된다.
이와 같이 광섬유 프로브에 대한 연구가 꾸준히 진행되고 있다.
일 실시예에 따른 목적은 전방조사 광섬유 및 측면조사 광섬유를 묶음으로 구비함으로써, 하나의 광섬유 프로브를 이용하여 다방면으로의 조사 가능한 번들형 광섬유 프로브를 제공하는 것이다.
일 실시예에 따른 목적은 전방조사 광섬유 또는 측면조사 광섬유에 대한 조사방향 또는 레이저 파워를 개별적으로 제어할 수 있는 번들형 광섬유 프로브를 제공하는 것이다.
일 실시예에 따른 목적은 전방조사 광섬유 또는 측면조사 광섬유의 끝단의 높낮이를 서로 다르게 구비함으로써 3차원적인 레이저 제어를 할 수 있는 번들형 광섬유 프로브를 제공하는 것이다.
일 실시예에 따른 목적은 내부전반사 또는 금속 반사막을 이용하여 측면조사 광섬유로부터의 레이저 측면 조사각을 제어할 수 있는 번들형 광섬유 프로브를 제공하는 것이다.
일 실시예에 따른 목적은 전방조사 광섬유 또는 측면조사 광섬유의 조사방향 또는 높낮이에 대한 제어가 용이하고, 제작이 간단하며, 외부에 의한 손상을 최소화할 수 있는 번들형 광섬유 프로브 제조장치를 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 일 실시예에 따른 번들형 광섬유 프로브는, 중앙에 위치된 전방조사 광섬유를 구비하고, 상기 전방조사 광섬유의 단부는 평면으로 이루어지는 전방조사부 및 측면조사 광섬유가 상기 전방조사부의 외주에 배치되며, 상기 측면조사 광섬유의 끝단에는 경사면이 형성되어 레이저 빔을 측면으로 반사시킬 수 있는 측면조사부를 포함하고, 상기 전방조사부 및 상기 측면조사부가 하나의 묶음으로 형성될 수 있다.
일 측에 의하면, 상기 전방조사 광섬유 및 상기 측면조사 광섬유는 개별적으로 제어될 수 있는 제어부를 더 포함하고, 상기 제어부는 레이저 조사방향 또는 레이저 파워를 개별적으로 조절할 수 있다.
일 측에 의하면, 상기 제어부는 전방조사 광섬유 및 측면조사 광섬유의 수와 동일한 수의 레이저 빔으로 분할하는 레이저 빔 분할기, 상기 레이저 빔의 경로를 선택적으로 차단할 수 있는 빔 스위치 및 상기 빔 스위치를 통과한 레이저 빔을 상기 전방조사 광섬유 또는 측면조사 광섬유로 보내는 렌즈를 포함할 수 있다.
일 측에 의하면, 상기 제어부는 상기 레이저 빔을 분할 및 결합시킬 수 있는 커플러를 포함하며, 상기 커플러는 복수 개를 구비하여 직렬 또는 병렬로 배치될 수 있다.
일 측에 의하면, 상기 측면조사 광섬유들의 경사면은 서로 다른 각도로 이루어질 수 있으며, 상기 레이저의 내부 전반사를 고려하여 경사면의 각도가 선택될 수 있다.
일 측에 의하면, 상기 측면조사 광섬유들의 경사면에 반사 금속을 코팅하여 금속 반사막을 형성함으로써 레이저 조사 각도를 변화시킬 수 있다.
일 측에 의하면, 상기 전방조사 광섬유 또는 상기 측면조사 광섬유는 서로 다른 직경을 가지거나, 서로 다른 높이에 위치될 수 있다.
일 측에 의하면, 상기 프로브의 단부를 감싸는 글래스 튜브를 더 포함할 수 있으며, 상기 글래스 튜브의 내경이 상기 프로브의 외경에 대응하도록 구비될 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 일 실시예에 따른 번들형 광섬유 프로브 제조장치는, 전방조사 광섬유 또는 측면조사 광섬유를 고정시키는 광섬유 척, 상기 광섬유 척을 고정시키도록 상기 광섬유 척에 장착되는 척 고정 지그 및 상기 폴리머 튜브를 고정시키거나 상기 광섬유의 단부를 감싸는 글래스 튜브를 고정시킬 수 있는 서클 클램프를 포함할 수 있다.
일 측에 의하면, 상기 광섬유의 길이방향에 동축으로 배치되고, 내부로 상기 광섬유를 통과시켜 상기 광섬유를 모아주는 폴리머 튜브를 포함할 수 있다.
일 측에 의하면, 상기 광섬유 척은 회전가능하게 상기 척 고정 지그에 장착되고, 상기 광섬유 척의 회전에 의해 상기 측면조사 광섬유에 의한 조사방향을 조절할 수 있다.
일 측에 의하면, 상기 척 고정 지그에는 상기 광섬유들의 개수에 대응하는 구멍을 구비할 수 있다.
일 실시예에 따른 번들형 광섬유 프로브에 의하면, 전방조사 광섬유 및 측면조사 광섬유를 묶음으로 구비함으로써, 하나의 광섬유 프로브를 이용하여 다방면으로의 조사가 가능하다.
일 실시예에 따른 번들형 광섬유 프로브에 의하면, 전방조사 광섬유 또는 측면조사 광섬유에 대한 조사방향 또는 레이저 파워를 개별적으로 제어할 수 있다.
일 실시예에 따른 번들형 광섬유 프로브에 의하면, 전방조사 광섬유 또는 측면조사 광섬유의 끝단의 높낮이를 서로 다르게 구비함으로써 3차원적인 레이저 제어를 할 수 있다.
일 실시예에 따른 번들형 광섬유 프로브에 의하면, 내부전반사 또는 금속 반사막을 이용하여 측면조사 광섬유로부터의 레이저 측면 조사각을 제어할 수 있다.
일 실시예에 따른 번들형 광섬유 프로브 제조장치에 의하면, 전방조사 광섬유 또는 측면조사 광섬유의 조사방향에 대하여 제어가 용이하고, 제작이 간단하며, 외부에 의한 손상을 최소화할 수 있다.
도 1은 일 실시예에 따른 번들형 광섬유 프로브의 사시도이다.
도 2는 일 실시예에 따른 번들형 광섬유 프로브를 통해 레이저가 통과하는 모습을 도시한다.
도 3은 제 1 실시예에 따른 제어부를 도시한다.
도 4는 제 2 실시예에 따른 제어부를 도시한다.
도 5는 제 3 실시예에 따른 제어부를 도시한다.
도 6a, 도 6b 및 도 6c는 일 실시예에 따른 번들형 광섬유 프로브의 변형 예이다.
도 7a 및 도 7b는 일 실시예에 따른 번들형 광섬유 프로브에서 서로 다른 높낮이로 배치되는 광섬유들을 도시한다.
도 8은 측면조사 광섬유에 금속 반사막이 형성된 모습을 도시한다.
도 9는 일 실시예에 따른 번들형 광섬유 프로브 제조장치를 도시한다.
이하에서, 본 발명에 따른 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 그러나, 본 발명이 실시예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 각 도면에 제시된 동일한 참조 부호는 동일한 부재를 나타낸다.
도 1은 일 실시예에 따른 번들형 광섬유 프로브의 사시도이고, 도 2는 일 실시예에 따른 번들형 광섬유 프로브를 통해 레이저가 통과하는 모습을 도시한다.
도 1 내지 2를 참조하여, 일 실시예에 따른 번들형 광섬유 프로브(10)는 전방조사부 및 측면조사부를 포함할 수 있다.
상기 전방조사부는 번들형 광섬유 프로브(10)의 중앙에 배치되며, 전방조사 광섬유(110)를 포함할 수 있다.
여기에서, 광섬유는 석영유리나 플라스틱 등의 투명한 유전체를 가늘고 길게 뽑아서 만든 섬유로, 직경은 일반적으로 0.1 내지 1mm이다. 광섬유는 굴절율이 높은 매질이 중심을 이루고 주변은 굴절율이 낮은 매질로 덮혀져 있다. 구체적으로, 중앙의 코어(core) 부분과 이를 둘러싼 클래딩(cladding)이라는 부분이 이중원기둥 모양을 하고 있으며, 그 외부에는 충격으로부터 보호하기 위해 합성수지 피복을 1∼2차례 입힌다.
또한, 광섬유의 원리는 전반사의 원리이다. 예를 들어, 굴절률이 다른 두 가지 투명체의 경계면에서 빛이 입사하는 각도가 조건에 맞을 경우 빛의 완전반사가 일어나는 현상을 이용한 것이다. 구체적으로, 빛이 광섬유를 통과하여 나갈 때에, 클래딩은 거울과 같은 역할을 수행하여 빛을 반사한다. 이 반사된 빛은 다시 코어 속을 통과하고 다시 클래딩으로 가서 반사된다. 이러한 과정이 반복됨으로써 빛이 광섬유를 통하여 전송되는 것이다. 따라서, 코어와 클래딩의 경계면에서 반사만 일으키고 굴절이 일어나지 않아 빛이 방출되지 않고 광섬유의 끝부분까지 도달될 수 있다.
이러한 전방조사 광섬유(110)의 단부는 평면으로 이루어져 있어, 레이저가 전방조사 광섬유(110)를 통해 전방조사 광섬유(110)의 길이방향을 따라 곧게 나아갈 수 있다.
상기 전방조사부의 외주에는 측면조사부가 배치될 수 있다.
상기 측면조사부는 측면조사 광섬유(120)를 포함할 수 있으며, 측면조사 광섬유(120)는 전술한 전방조사 광섬유(110)와 동일한 재질, 직경을 구비하는 것으로 도시하였으나, 이에 한정되지 아니하고, 다른 재질, 직경을 구비할 수 있다.
또한, 전방조사 광섬유(110)를 중심에 두고 복수 개의 측면조사 광섬유들(120)이 전방조사 광섬유(110)의 외주방향으로 둘러쌈으로써, 하나의 묶음으로 형성되는 것으로 도시하였으나, 전방조사부와 측면조사부의 묶음은 필요에 따라 다양한 형상으로 될 수 있으며, 측면조사 광섬유(120)의 개수 또한 다양하게 구비될 수 있음은 당연하다.
상기 측면조사 광섬유(120)의 끝단에는 경사면(A)이 형성될 수 있다. 따라서 측면조사 광섬유(120)는 경사면(A)을 형성하기 위해 전방조사 광섬유(110)와 묶음으로 형성되기 전에 연마(polishing) 과정을 거친다. 예를 들어, 척에 측면조사 광섬유(120)를 삽입시켜, 원하는 경사각(B)으로 이러한 척을 연마 지그에 장착시킨 후에, 연마 지그를 그라인더 쪽으로 이동시켜 측면조사 광섬유(120)의 끝단에 경사면(A)이 형성될 수 있다. 이후 경사면에 래핑 시트(lapping sheet)를 이용하여 다듬질을 할 수 있다.
이때 경사각(B)은 측면조사 광섬유(120)의 클래드와 코어의 굴절률을 고려한 내부전반사를 이용할 수 있는 각도로 선택될 수 있다. 구체적으로, 측면조사 광섬유(120)를 통해 레이저 빔이 손실되지 않고 전부 조사대상으로 전달될 수 있는 각도를 고려하여 경사각(B)이 선택될 수 있다.
이러한 경사면(A)에 의해 광섬유를 통과하는 레이저 빔은 측면조사 광섬유(120)의 끝단에서 측면을 향해 반사될 수 있다. 예를 들어, 경사각(B)이 45도일 경우, 광섬유를 통과한 레이저 빔은 레이저 빔의 입사 방향과 직교 방향으로, 번들형 광섬유 프로브(10)의 외부로 반사될 수 있다.
구체적으로, 측면조사부에 복수 개의 측면조사 광섬유(120)가 구비될 경우, 각각의 측면조사 광섬유(120)에는 각각의 경사면이 형성되므로, 레이저 빔이 측면조사 광섬유(120)의 개수에 대응하는 방향으로 조사될 수 있다. 따라서, 전체 조사 가능한 방향의 개수는 전방조사 광섬유(110) 및 측면조사 광섬유(120)의 개수일 수 있다. 도 1의 경우, 한 개의 전방조사 광섬유(110) 및 네 개의 측면조사 광섬유(120)로 구성된 번들형 광섬유 프로브(10)의 전체 조사방향은 다섯 개의 방향일 수 있다.
이와 같이, 적절한 형상으로 묶인 전방조사 광섬유(110) 및 측면조사 광섬유(120)를 통해 전방 및 측면을 포함하여 다방면으로 레이저 조사를 할 수 있다. 또한, 측면조사 광섬유(120)와 전방조사 광섬유(110)의 묶음을 다양한 형상으로 하여 3차원적으로 레이저 조사를 할 수 있다.
간략하게 번들형 광섬유 프로브(10)는 다음과 같이 작동될 수 있다.
전방조사 광섬유(110) 및 측면조사 광섬유(120)에 레이저 빔을 입사시키면 각각의 광섬유들을 통해 레이저 빔이 입사방향을 따라 통과할 수 있다. 이후, 전방조사 광섬유(110)의 끝단에서 레이저 빔은 입사방향과 동일한 방향으로 곧게 조사대상으로 전달되는 반면, 측면조사 광섬유(120)의 끝단에는 경사면(A)에 의해서 레이저 빔이 측면으로 반사될 수 있다. 예를 들어, 전방조사 광섬유(110)가 중앙에 배치되고 네 개의 측면조사 광섬유(120)이 전방조사 광섬유(110)의 외주에 90도 간격으로 방사상으로 배치되고 측면조사 광섬유(120)의 끝단이 동일한 평면 상에 놓여진다면, 레이저 빔은 전방조사 광섬유(110)를 통해 전방으로 그리고 네 개의 측면조사 광섬유(120)를 통해 동일 평면에서 네 개의 레이저 빔이 외측 방사상으로 나아가게 된다. 이를 통해 다방면으로 레이저 조사를 할 수 있다.
도 3은 제 1 실시예에 따른 제어부를 도시하고, 도 4는 제 2 실시예에 따른 제어부를 도시하고, 도 5는 제 3 실시예에 따른 제어부를 도시한다.
도 3 내지 도 5를 참조하여, 일 실시예에 따른 번들형 광섬유 프로브(10)에는 제어부(132, 134, 136)가 연결될 수 있다.
상기 제어부(132, 134, 136)는 레이저 공급원과 번들형 광섬유 프로브(10) 사이에 배치되어, 전방조사 광섬유(110) 및 측면조사 광섬유(120)를 통과하는 레이저 빔의 조사방향 또는 레이저 파워를 개별적으로 제어할 수 있다.
특히, 도 3을 참조하여, 제 1 실시예의 제어부(132)에는 레이저 빔 분할기(1322), 미러(1324), 빔 스위치(1326) 및 렌즈(1328)가 포함될 수 있다.
상기 레이저 빔 분할기(1322)는 렌즈로 입사된 광선의 일부는 반사하고, 다른 부분은 투과하는 반사경 또는 기타의 광학 장치를 의미하며, 레이저 공급원으로부터 발생된 레이저 빔을 전방조사 광섬유(110) 및 측면조사 광섬유(120)의 개수와 동일한 수의 레이저 빔으로 분할시키거나, 레이저 빔 분할기(1322)에 입사된 레이저 빔을 투과할 수 있다.
이때 레이저 빔 분할기(1322)의 반사 투과 비율은 조절될 수 있으며, 반사 투과 비율에 의해 레이저 파워가 조절될 수 있다. 구체적으로 반사율과 투과율의 비율에 대응하여 레이저 파워 또한 분할되어 각각의 광섬유들을 통해 전달될 수 있다. 예를 들어 반사율과 투과율이 50:50이라면 레이저 파워 또한 50:50으로 나뉘어 분할된 광섬유들을 통해 전달될 수 있다.
또한, 레이저 빔 분할기(1322)로부터 분할된 레이저 빔은, 레이저 빔 분할기(1322)에 인접하게 배치된 미러(1324)를 통해 레이저 빔이 반사되어 레이저 빔의 경로를 변화시킬 수 있다. 예를 들어, 미러(1324)의 기울어진 각도 또는 레이저 빔 분할기(1322)로부터 분할된 레이저 빔의 입사각에 따라서 레이저 빔의 경로가 변화될 수 있다. 그러나, 경우에 따라 미러(1324)는 배치되지 않을 수 있다.
여기에서 레이저 빔 분할기(1322)와 미러(1324)의 조합은 전방조사 광섬유(110) 및 측면조사 광섬유(120)의 개수 및 반사 투과 비율을 고려하여 선택될 수 있다.
구체적으로, 전방조사 광섬유(110) 및 측면조사 광섬유(120)의 개수가 네 개일 경우, 레이저 공급원으로부터 발생된 레이저 빔을 네 개의 레이저 빔으로 분할시켜 개별적인 경로를 구비하도록 레이저 빔 분할기(1322) 및 미러(1324)를 배치시킬 수 있다. 예를 들어, 도 3에서는 레이저 빔을 네 개로 분할시키고 네 개의 개별적인 경로를 가지도록, 세 개의 레이저 빔 분할기(1322) 및 두 개의 미러(1324)를 배치하였으나, 레이저 빔 분할기(1322) 및 미러(1324)의 개수 또는 레이저 빔 분할기(1322) 및 미러(1324)의 배치는 다양하게 변화될 수 있다.
레이저 빔 분할기(1322) 또는 미러(1324)를 통과한 각각의 레이저 빔의 경로에는 레이저 빔의 경로를 선택적으로 차단할 수 있는 빔 스위치(1326)가 개별적으로 배치될 수 있다. 빔 스위치(1326)는 ON/OFF로 전환될 수 있으며, 빔 스위치(1326)가 ON일 때는 레이저 빔을 통과시키고, 빔 스위치(1326)가 OFF일 때에는 레이저 빔을 차단시킬 수 있다. 예를 들어, 원하지 않는 조사방향의 광섬유는 빔 스위치(1326)를 OFF로 하여 차단시키고, 다시 빔 스위치(1326)를 ON으로 하여 그 방향으로 조사를 할 수 있도록 할 수 있다.
상기 빔 스위치(1326) 및 번들형 광섬유 프로브(10) 사이에는, 빔 스위치(1326)를 통과한 레이저 빔을 전방조사 광섬유(110) 또는 측면조사 광섬유(120)로 보내는 렌즈(1328)가 배치될 수 있다. 렌즈(1328)는 분할된 레이저 빔들 각각을 집속하여 초점을 형성하도록 할 수 있다. 도면에는 실린더리컬 렌즈를 구비하여 레이저 빔이 번들형 광섬유 프로브(10)로 보내지도록 예시하였으나, 이에 한정되지 아니하며, 레이저 빔을 집광시킬 수 있는 렌즈라면 어느 것이든 포함할 수 있다.
이와 같이 빔 스위치(1326)의 개별적인 제어에 의해 전방조사 광섬유(110) 및 측면조사 광섬유(120) 중 일부의 광섬유만을 통해 조사할 수 있으며, 원하는 조사방향으로 광섬유들을 용이하게 개별적으로 제어할 수 있다. 게다가 레이저 파워를 개별적으로 제어할 수 있다.
도 4를 참조하여, 제 2 실시예의 제어부(134)에는, 제 1 실시예의 제어부(132)의 레이저 빔 분할기(1322)와 미러(1324) 대신에 스캐닝 미러(scanning mirror; 1342)가 포함된다는 점에서 차이가 있다. 이하에서는 제 1 예시의 제어부(132)와 동일한 구성에 대해서는 생략하기로 한다.
스캐닝 미러(1342)는 미리 설정된 프로그램에 따라 좌우측으로 흔들림 동작을 수행하는 전자기기(미도시)에 고정될 수 있다. 전자기기가 소정의 프로그램에 따라 스캐닝 미러(1342)를 좌우측 양방향으로 흔들어 줌으로써, 스캐닝 미러(1342)에 입사되는 레이저 빔이 좌우측 양방향으로 반사될 수 있다. 이러한 반사 과정을 통해 1차원적인 레이저 빔이 스캐닝 미러(1342)에 의해 2차원적인 레이저 빔으로 변환될 수 있다.
예를 들어, 이러한 스캐닝 미러(1342)는 폴리곤 미러(polygon mirror) 또는 갈바노 미러(galvanometer mirror)에 의해 구현될 수 있다. 폴리곤 미러의 경우, 레이저 공급원으로부터 발생되는 레이저 빔을 등선속도로 이동시키는 특징이 있는 반면, 갈바노 미러는 레이저 공급원으로부터 발생되는 레이저 빔을 비등선속도로 이동시키는 특징이 있다.
또한, 스캐닝 미러(1342)의 개수는 광경로의 개수에 따라 결정될 수 있다. 예를 들어 광경로의 개수가 많이 필요한 경우, 더 많은 스캐닝 미러(1342)를 레이저 공급원 주위에 배치시킬 수 있다.
이처럼 스캐닝 미러(1342)를 통해 반사된 레이저 빔은 렌즈(1346)를 통해 집광될 수 있다. 예를 들어 폴리곤 미러에 의해 반사된 등선속도의 레이저 빔 또는 갈바노 미러에 의해 반사된 비등선석도의 레이저 빔을 집속시켜 초점을 형성하게 할 수 있다.
또한, 렌즈(1346) 이전에 빔 스위치(1344)가 배치되어 레이저 빔의 조사방향이 개별적으로 제어되어 번들형 광섬유 프로브(10)에 전달될 수 있다. 일부 빔 스위치(1344)에서 OFF가 된다면, 그 광섬유에 해당하는 레이저 빔은 차단될 수 있으며, 그 광섬유를 통과하는 레이저 빔의 파워 또한 0으로 될 수 있다.
도 5를 참조하여, 제 3 예시의 제어부(136)에는 레이저 빔을 분할 또는 결합할 수 있는 커플러(1362)가 포함될 수 있다. 상기 커플러(1362)는 일반적으로 한 줄의 광섬유에서 온 광신호를 복수의 광섬유로 분할, 또는 복수의 광섬유로부터 광신호를 한 줄의 광섬유로 집합시키는 광 부품이다.
상기 커플러(1362)는 예를 들어 50:50, 70: 30, 80:20 등과 같이, 다양한 분할 비율을 가질 수 있으며, 예를 들어 1x2, 1x3, 1x4, 1x5 등과 같이, 한 개의 커플러(1362)로부터 레이저 빔을 두 개, 세 개, 네 개, 다섯 개 등으로 다양하게 분할을 구성할 수 있다. 게다가, 커플러(1362)는 한 개 또는 복수 개를 구비할 수 있으며, 복수 개의 커플러(1362)를 직렬 또는 병렬로 배치시킬 수 있다.
또한, 커플러들(1362) 사이에는 커넥터(미도시)가 위치되어 커플러들(1362) 또는 광섬유들을 서로 연결할 수 있다. 커넥터는 광섬유들끼리 또는 광섬유와 단말기기를 연결하며, 광섬유가 탈착 가능한 접속 부품으로서 광섬유 코드와 통신 기기 내에서 사용될 수 있다. 사용 형태에 따라서 기능 및 조작성의 특성은 기계 커넥터와 같은 모양이나, 구조 및 종류는 다양할 수 있다.
이와 같이, 커플러(1362)에 의한 레이저의 분할 비율 또는 커플러들(1362)의 배치를 다양하게 함으로써, 레이저 빔을 원하는 개수로 분할하여 개별적으로 조절할 수 있도록 할 수 있다.
이러한 제어부(132, 134, 136)에 의해 번들형 광섬유 프로브(10)는 전방조사 광섬유(110) 및 측면조사 광섬유(120)에 의한 조사 유무 또는 그에 의한 조사방향을 개별적으로 제어할 수 있을 뿐 아니라, 각각의 전방조사 광섬유(110) 및 측면조사 광섬유(120)를 통과하는 레이저 파워를 조절할 수 있다.
또한, 일 실시예에 따른 번들형 광섬유 프로브(10)의 끝단에는 번들형 광섬유 프로브(10)를 보호하기 위한 글래스 튜브(미도시)가 구비될 수 있다. 상기 글래스 튜브는 석영 유리와 같은 내열성, 내화학성 및 높은 광학적 특성을 가지는 재질로 이루어지며, 두께는 약 0.4mm 정도의 충격과 압력을 견딜 수 있는 두께로 마련될 수 있다. 또한 내경은 번들형 광섬유 프로브(10)가 충분히 삽입 가능하도록 번들형 광섬유 프로브(10)의 외경에 대응하는 수로 구비될 수 있다.
도 6a, 도 6b 및 도 6c는 일 실시예에 따른 번들형 광섬유 프로브의 변형 예이고, 도 7a 및 도 7b는 일 실시예에 따른 번들형 광섬유 프로브에서 서로 다른 높낮이로 배치되는 광섬유들을 도시하고, 도 8은 측면조사 광섬유에 금속 반사막이 형성된 모습을 도시한다.
도 6a 내지 도 6c를 참조하여, 전방조사 광섬유(110) 및 측면조사 광섬유(120)는 다양한 조합으로 형성될 수 있다.
도 6a 또는 도 6b는 하나의 전방조사 광섬유(110)를 중심에 두고 복수 개의 측면조사 광섬유(120)가 전방조사 광섬유(110)를 둘러싸고 있다. 이때 전방조사 광섬유(110) 및 측면조사 광섬유(120)는 서로 같거나 다른 직경을 구비할 수 있다. 예를 들어 전방조사 광섬유(110) 및 측면조사 광섬유(120)의 직경은 서로 같을 수 있고, 전방조사 광섬유(110) 및 측면조사 광섬유(120)의 직경은 서로 다를 수 있으며, 측면조사 광섬유(120) 각각의 직경은 서로 다를 수 있다. 측면조사 광섬유(120)의 직경이 상대적으로 작다면 상대적으로 많은 수의 측면조사 광섬유(120)를 구비하여 전방조사 광섬유(110)를 둘러쌀 수 있다.
도 6c와 같이 번들형 광섬유 프로브(10)에는 전방조사 광섬유(110)가 구비되지 않고, 측면조사 광섬유(120)만으로 이루어질 수 있다. 이러한 측면조사 광섬유(120)만으로 이루어진 번들형 광섬유 프로브(10)는 전방을 제외한 다른 측면 방향으로 레이저 조사할 필요가 있을 때 유용할 수 있다. 이때 측면조사 광섬유(120) 각각의 직경은 서로 같거나 다를 수 있다. 또한 도면에는 측면조사 광섬유(120)의 묶음의 원형으로 형상으로 도시하였으나, 이에 한정되지 아니하며, 묶음의 형상은 다양할 수 있다.
도 7a 및 도 7b를 참조하여, 측면조사 광섬유(120)는 서로 다른 높낮이로 배치될 수 있다. 이에 의해 측면조사 광섬유(120)를 통과한 레이저 빔이 서로 다른 평면으로 반사될 수 있어, 3차원 공간에서 필요한 방향으로 레이저 조사를 할 수 있다. 예를 들어, 도 7a와 같이, 전방조사 광섬유(110)를 통해 전방으로, 측면조사 광섬유(120)를 통해 높낮이가 다른 두 개의 측면으로 레이저 조사를 할 수 있다. 또한, 도 7b와 같이, 전방조사 광섬유(110)에 의한 레이저 빔이 전술한 제어부에 의해 차단될 경우에는 측면조사 광섬유(120)를 통해 높낮이가 다른 두 개의 측면으로 레이저 조사를 할 수 있다.
도 8을 참조하여, 측면조사 광섬유(120)의 경사면에는 금속 반사막(C)이 형성될 수 있다. 이는 측면조사 광섬유(120)에 경사면이 형성된 이후에 수행될 수 있다. 상기 금속 반사막(C)은 은(Ag)과 같은 반사 금속을 경사면에 코팅함으로써 형성될 수 있다. 일반적으로 주기율표의 금속 원소들은 빛을 반사하여 고유한 금속 광택을 내는 특징이 있으므로, 은 이외의 니켈, 알루미늄 등 다른 금속 원소들을 포함할 수 있음은 당연하다.
경사면에 금속 반사막(C)이 형성될 경우, 측면조사 광섬유(120)를 통과한 레이저 빔이 금속 반사막(C)에 의해 반사율을 향상시킬 수 있다.
따라서 전술한 것과 같이 내부전반사를 고려하여 측면조사 광섬유(120)의 경사각(B)과 금속 반사막(C)을 결정하여 레이저 빔이 반사되는 각도를 다양하게 할 수 있다.
도 9는 일 실시예에 따른 번들형 광섬유 프로브 제조장치(20)를 도시한다.
도 9를 참조하여, 일 실시예에 따른 번들형 광섬유 프로브 제조장치(20)는 광섬유 척(210), 척 고정 지그(220), 폴리머 튜브(230) 및 서클 클램프(240)를 포함할 수 있다.
상기 광섬유 척(210)은 전방조사 광섬유 또는 측면조사 광섬유를 고정시킬 수 있으며, 후술할 척 고정 지그(220)에 회전 가능하게 장착될 수 있다. 광섬유 척(210)의 회전에 의해 측면조사 광섬유의 조사방향을 정렬시킬 수 있어, 측면조사 광섬유에 의한 조사방향을 조절할 수 있다.
상기 척 고정 지그(220)는 광섬유 척(210)을 고정시키도록 광섬유 척(210)에 장착되며, 번들형 광섬유 프로브(10)의 전방조사 광섬유 또는 측면조사 광섬유의 개수에 대응하는 구멍을 구비할 수 있다. 예를 들어 광섬유의 총 개수가 5개라면, 5개의 광섬유를 고정시키기 위해 5개의 광섬유 척(210)이 필요하므로, 5개의 광섬유 척(210)을 장착하도록 척 고정 지그(220)에는 5개의 구멍이 구비되어야 한다.
또한, 광섬유 척(210)에 대하여 광섬유의 길이방향에 동축으로 폴리머 튜브(230)가 배치될 수 있다.
상기 폴리머 튜브(230)는 부드러운 폴리머 재질로써, 광섬유를 내부로 통과시켜 모아줄 수 있다. 이러한 폴리머 튜브(230)는 후술할 서클 클램프(240)에 의한 광섬유 손상을 최소화시킬 수 있으며, 번들형 광섬유 프로브(10) 제작 시 외부의 손상으로부터 광섬유를 보호할 수 있다.
또한, 폴리머 튜브(230)를 고정시키거나 또는 번들형 광섬유 프로브(10) 의 단부를 감싸는 글래스 튜브를 고정시키도록 서클 클램프(240)가 구비될 수 있다.
상기 서클 클램프(240)는 광섬유를 모아주고 고정할 수 있는 장치로, 복수 개를 구비하여 광섬유를 동축으로 모아주고 정렬할 때 광섬유를 고정할 수 있다. 또한 광섬유와 글래스 튜브를 동축으로 정렬시킬 수 있다. 게다가 서클 클램프(240)에는 개구부가 있어, 조리개와 같은 방식으로, 광섬유들의 외경에 대응하도록 개구부의 열림 정도를 조절할 수 있다.
이러한 구성의 번들형 광섬유 프로브 제작 장치(20)를 이용하여, 번들형 광섬유 프로브(10)는 다음과 같이 제작될 수 있다.
우선, 전방조사 광섬유 또는 측면이 연마된 측면조사 광섬유를 광섬유 척(210)에 넣고 고정시킨다. 이때 광섬유들을 삽입하는 형상은 다양하게 이루어질 수 있다.
이어서 광섬유들이 고정된 광섬유 척(210)을 척 고정 지그(220)에 장착한다. 척 고정 지그(220)에 구비된 구멍에 광섬유 척(210)을 삽입하여 장착할 수 있으며, 광섬유 척(210)은 구멍 내에서 회전 가능하다.
이어서 폴리머 튜브(230)에 전방조사 광섬유 또는 측면조사 광섬유들의 묶음을 삽입시킨다. 이는 광섬유의 외부로부터의 손상을 최소화하기 위함이다.
폴리머 튜브(230)에 끼워진 광섬유는 서클 클램프(240)에 통과시킨다. 측면조사 광섬유들의 정렬을 위해 광섬유들이 움직일 정도의 간격을 유지한 채 서클 클램프(240)를 조여준다. 또한 서클 클램프(240)를 척 고정 지그(220)와 수직선상에 위치하도록 위치를 재조정할 수 있다.
이때 광학현미경(optical microscope)을 이용해서 광섬유 끝단을 모니터링 하면서 광섬유의 높낮이를 조절하며 정확한 레이저 조사방향으로 고정하기 위해 광섬유 척(210)을 회전하면서 광섬유를 방향 조절한다.
광섬유의 방향 및 높낮이를 조절한 후에 광섬유의 팁(tip)을 세척한다. 예를 들어 광섬유의 팁은 증류수에 의해 세척될 수 있다.
세척된 광섬유의 끝단을 글래스 튜브에 삽입시키고 서클 클램프(240)를 이용하여 글래스 튜브를 고정시킨다. 이때 가시광 레이저를 이용하여 광섬유 끝단 위치 및 조사방향을 확인하고 재조정할 수 있다.
이어서 광섬유간의 접착 및 광섬유와 글래스 튜브와의 접착을 위해 주사기를 이용하여 접착제를 글래스 튜브와 광섬유 사이에 도포한다. 이후 자외선 및 열경화를 이용해 접착제를 경화시킬 수 있다.
마지막으로, 접착제가 경화된 이후에 광섬유 척(210), 척 고정 지그(220) 및 서클 클램프(240) 등을 포함한 번들형 광섬유 프로브(10)를 정렬시키기 위한 부품을 제거한다.
이러한 과정을 거쳐 번들형 광섬유 프로브(10)가 제작되며, 이와 같이 번들형 광섬유 프로브 제작 장치(20)를 사용함으로써, 광섬유들의 조사방향 및 높낮이를 용이하게 조절할 수 있으며, 광섬유들을 외부에 의한 손상으로부터 보호할 수 있다.
이상과 같이 본 발명의 실시예에서는 구체적인 구성 요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.
본문에 포함되어 있음.

Claims (12)

  1. 중앙에 위치된 전방조사 광섬유를 구비하고, 상기 전방조사 광섬유의 단부는 평면으로 이루어지는 전방조사부; 및
    측면조사 광섬유가 상기 전방조사부의 외주에 배치되며, 상기 측면조사 광섬유의 끝단에는 경사면이 형성되어 레이저 빔을 측면으로 반사시킬 수 있는 측면조사부;
    를 포함하고,
    상기 전방조사부 및 상기 측면조사부가 하나의 묶음으로 형성되는 번들형 광섬유 프로브.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 전방조사 광섬유 및 상기 측면조사 광섬유는 개별적으로 제어될 수 있는 제어부를 더 포함하고, 상기 제어부는 레이저 조사방향 또는 레이저 파워를 개별적으로 조절할 수 있는 번들형 광섬유 프로브.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는 전방조사 광섬유 및 측면조사 광섬유의 수와 동일한 수의 레이저 빔으로 분할하는 레이저 빔 분할기, 상기 레이저 빔의 경로를 선택적으로 차단할 수 있는 빔 스위치 및 상기 빔 스위치를 통과한 레이저 빔을 상기 전방조사 광섬유 또는 측면조사 광섬유로 보내는 렌즈를 포함하는 번들형 광섬유 프로브.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 레이저 빔을 분할 및 결합시킬 수 있는 커플러를 포함하며, 상기 커플러는 복수 개를 구비하여 직렬 또는 병렬로 배치될 수 있는 번들형 광섬유 프로브.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 측면조사 광섬유들의 경사면은 서로 다른 각도로 이루어질 수 있으며, 상기 레이저의 내부 전반사를 고려하여 경사면의 각도가 선택될 수 있는 번들형 광섬유 프로브.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 측면조사 광섬유들의 경사면에 반사 금속을 코팅하여 금속 반사막을 형성함으로써 레이저 조사 각도를 변화시킬 수 있는 번들형 광섬유 프로브.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 전방조사 광섬유 또는 상기 측면조사 광섬유는 서로 다른 직경을 가지거나, 서로 다른 높이에 위치될 수 있는 번들형 광섬유 프로브.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 프로브의 단부를 감싸는 글래스 튜브를 더 포함할 수 있으며, 상기 글래스 튜브의 내경이 상기 프로브의 외경에 대응하도록 구비되는 번들형 광섬유 프로브.
  9. 전방조사 광섬유 또는 측면조사 광섬유를 고정시키는 광섬유 척;
    상기 광섬유 척을 고정시키도록 상기 광섬유 척에 장착되는 척 고정 지그; 및
    상기 폴리머 튜브를 고정시키거나 상기 광섬유의 단부를 감싸는 글래스 튜브를 고정시킬 수 있는 서클 클램프;
    를 포함하는 번들형 광섬유 프로브 제조장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 광섬유의 길이방향에 동축으로 배치되고, 내부로 상기 광섬유를 통과시켜 상기 광섬유를 모아주는 폴리머 튜브를 포함하는 번들형 광섬유 프로브 제조장치.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 광섬유 척은 회전가능하게 상기 척 고정 지그에 장착되고, 상기 광섬유 척의 회전에 의해 상기 측면조사 광섬유에 의한 조사방향을 조절할 수 있는 번들형 광섬유 프로브 제조장치.
  12. 제9항에 있어서,
    상기 척 고정 지그에는 상기 광섬유들의 개수에 대응하는 구멍을 구비하는 번들형 광섬유 프로브 제조장치.
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