KR101849974B1

KR101849974B1 - 개구수 제어 유닛, 이를 채용한 가변형 광 프로브 및 깊이 스캐닝 방법

Info

Publication number: KR101849974B1
Application number: KR1020110093647A
Authority: KR
Inventors: 최민석; 이승완; 김운배; 이은성; 정규동; 장종현
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2011-09-16
Filing date: 2011-09-16
Publication date: 2018-04-19
Anticipated expiration: 2031-09-16
Also published as: CN102998790B; EP2570075A3; CN102998790A; EP2570075A2; JP2013064995A; US9629552B2; JP5969858B2; KR20130030104A; US20130070249A1; EP2570075B1

Abstract

NA(Numerical aperture) 제어 유닛, 이를 채용한 가변형 광 프로브가 개시된다. 개시된 NA 제어 유닛은 광이 투과되는 개구가 조절되는 개구 조절 유닛; 상기 개구를 통과한 광을 포커싱하며, 초점 거리가 조절되는 초점 조절 유닛;을 포함한다. 개시된 가변형 광 프로브는 광전송부; 상기 광전송부를 통해 전송된 광을 평행광으로 콜리메이팅하는 콜리메이터; 광을 검사 대상인 샘플에 포커싱하며, NA가 제어되는 NA 제어 유닛; 상기 NA 제어 유닛을 통과한 광이 상기 샘플의 소정 영역을 스캐닝하도록 상기 광전송부를 통해 전송된 광의 경로을 바꾸는 스캐너;를 포함한다.

Description

개구수 제어 유닛, 이를 채용한 가변형 광 프로브 및 깊이 스캐닝 방법{Numerical aperture controlling unit, variable optic probe and depth scanning method using the same}

본 개시는 개구수(numerical aperture, NA)를 제어하는 NA 제어 유닛, 이를 채용한 가변형 광 프로브 및 깊이 스캐닝 방법 에 관한 것이다.

의료 영상(Medical Imaging) 분야에서는 인체의 피부 표면(tissue)에 대한 정보와 함께 하부의 단층을 정밀 촬영하는 기술에 대한 요구가 증가하고 있다. 특히 대부분의 암(cancer)은 상피 세포 하부에서 발생하여 혈관이 존재하는 진피 세포 내부로 전파되기 때문에 조기 발견이 가능할 경우 암에 의한 피해를 획기적으로 감소시킬 수 있다. 기존의 MRI (magnetic resonance imaging), CT (x-ray computed tomography), 초음파 등의 이미징 기술은 피부를 관통하여 내부 단층을 촬영할 수 있지만 해상도가 낮아 사이즈가 작은 조기 암의 검출은 불가능하다. 반면, 최근에 소개된 OCT (optical coherence tomography) 기술은 기존 이미징 방법에 비해 피부속 침투 깊이는 2~3 mm로 낮지만 해상도가 초음파의 10배 정도로 높아 크기가 50~100um 정도의 조기암의 검출 가능성이 있는 것으로 연구가 진행 중이다. 그러나 이러한 OCT 기술도 해상도가 현미경 수준보다 낮기 때문에 실제 암의 판별에 사용되는 생검(biopsy) 및 histology를 대체하지는 못한다.

최근에 일부 OCT 연구자들은 OCT의 단층 촬영 특성과 공초점 현미경(confocal microscope)과 같은 고해상도 표면 촬영 방법을 융합하여 생검 (biopsy)를 실시하지 않고 티슈(Tissue) 내부의 암 진단을 실시간으로 하고자 하는 궁극적인 목표를 갖고 연구를 진행 중이다. 그러나 현미경의 대물렌즈는 수평방향 고해상도를 위해 고(high) NA(numerical aperture)의 광학계를 필요로 하는 반면 OCT는 깊이 정보를 획득하기 위해 깊이 방향의 스팟 크기(spot size)가 상대적으로 균일한, 즉 DOF (depth of focus)가 큰 저(Low) NA의 광학계를 필요로 한다.

본 개시는 포커스/초점 조절과 개구 조절을 선택적으로, 또는 동시에 수행하여 NA를 제어하는 NA제어 유닛, 이를 채용한 가변형 광 프로브 및 깊이 스캐닝 방법을 제시하고자 한다.

일 유형에 따르는 NA(numerical aperture) 제어 유닛은 광이 투과되는 개구가 조절되는 개구 조절 유닛; 상기 개구 조절 유닛으로부터 미리 정해진 위치에 배치되어 상기 개구를 통과한 광을 포커싱하며, 초점 거리가 조절되는 초점 조절 유닛;을 포함한다.

상기 개구 조절 유닛은, 기계적으로 개구 크기가 조절되는 조리개로 구성될 수 있다.

상기 개구 조절 유닛은 미소 전기 유체 방식으로 개구 크기가 조절되는 액체 조리개로 구성될 수 있다.

상기 개구 조절 유닛은 유체가 유동되는 공간을 구성하는 챔버; 상기 챔버 내에 마련된 것으로, 서로 혼합되지 않는 성질을 가지며, 하나는 투광성의, 다른 하나는 차광성 또는 흡광성의 물질로 형성된 제1유체와 제2유체; 상기 챔버의 내측면에 마련된 것으로, 상기 챔버 내에 전기장을 형성하기 위해 전압이 인가되는 하나 이상의 전극들이 어레이된 전극부;를 포함하며, 전기장에 따른 상기 제1유체와 상기 제2유체간 계면 위치 변화에 의해 광이 투과되는 개구가 조절될 수 있다.

상기 제1유체와 제2유체 중 어느 하나는 액체 금속 또는 극성 액체이고, 다른 하나는 기체 또는 비극성 액체로 구성될 수 있다.

상기 챔버의 영역은 제1채널과, 상기 제1채널의 상부에 상기 제1채널과 연결되게 마련된 제2채널을 포함하며, 상기 제1채널과 제2채널 각각에서 일어나는 상기 제1유체와 제2유체간 계면 위치 변화에 의해 상기 개구 범위가 정해질 수 있다.

상기 제1채널은 상기 전극부가 형성된 제1기판과, 상기 제1기판과 이격되게 마련된 것으로, 중심부에 제1관통홀이 형성되고, 주변부에 제2관통홀이 형성된 제2기판과, 상기 제1기판과 상기 제2기판 사이에 내부 공간을 형성하도록 마련된 제1스페이서에 의해 형성될 수 있다.

상기 제2채널은 상기 제2기판과, 상기 제2기판과 이격되게 마련된 제3기판과, 상기 제2기판과 상기 제3기판 사이에 내부 공간을 형성하도록 마련된 제2스페이서에 의해 형성될 수 있다.

상기 초점 조절 유닛은 유체 표면으로 렌즈면을 형성하고 유체 유동을 이용하여 렌즈면의 형상을 조절하여 초점거리를 조절하는 액체 렌즈로 이루어질 수 있다.

상기 유체 유동이 전기 습윤 방식 또는 압력식으로 일어날 수 있다.

상기 초점 조절 유닛은 투광성이며 극성인 제1유체; 상기 제1유체와 혼합되지 않는 성질을 가지며 투광성인 제2유체; 상기 제1유체와 제2유체를 수용하는 내부 공간을 가지는 챔버; 상기 제1유체와 제2유체의 경계면으로, 상기 렌즈면을 이루는 제1면; 상기 제1유체와 제2유체의 경계면으로, 상기 렌즈면의 곡률변화를 유도하는 제2면; 상기 챔버 내에 마련된 것으로, 상기 렌즈면에 대응하는 렌즈의 직경을 형성하는 제1관통홀과, 상기 제2유체의 통로를 형성하는 제2관통홀이 형성된 제1중간판; 상기 제2면의 위치를 변화시키는 전기장을 형성하기 위한 전극부;를 포함할 수 있다.

상기 제1유체는 극성 액체이고, 상기 제2유체는 기체 또는 비극성 액체로 구성될 수 있다.

또한, 일 유형에 따르는 깊이 스캐닝 방법은 상기 NA 제어 유닛을 이용하여 샘플을 깊이 방향으로 스캔하며 광을 조사하며, 초점 거리와 개구 크기를 동시에 변화시켜, 일정한 NA를 유지한다.

또한, 일 유형에 따르는 가변형 광 프로브는 광전송부; 상기 광전송부를 통해 전송된 광을 평행광으로 콜리메이팅하는 콜리메이터; 광을 검사 대상인 샘플에 포커싱하는 것으로, 제1항의 NA 제어 유닛; 상기 NA 제어 유닛을 통과한 광이 상기 샘플의 소정 영역을 스캐닝하도록 상기 광전송부를 통해 전송된 광의 경로를 바꾸는 스캐너;를 포함한다.

상기 광전송부는 광섬유로 이루어질 수 있다.

상기 스캐너는 상기 광섬유의 일단에 조립되어, 상기 광섬유의 변형을 유도하여 광 경로를 바꾸는 액츄에이터로 이루어질 수 있고, 또는, 미러면을 구동하여 광경로를 바꾸는 MEMS 스캐너로 이루어질 수 있다.

또한, 일 유형에 따르는 영상 진단 시스템은 광원부; 상기 광원부로부터의 광을 검사 대상인 티슈에 조사하는 것으로, 제15항의 가변형 광 프로브; 상기 티슈에서 반사된 광으로부터 상기 티슈의 이미지를 검출하는 검출부;를 포함한다.

또한, 상기 영상 진단 시스템을 이용하여 이미지를 검출하는 방법은 소정 NA값으로, 상기 티슈 표면으로부터의 제1깊이에 광이 포커싱 되도록 상기 NA 제어 유닛을 조절하는 단계; 상기 제1깊이의 소정영역을 스캐닝하며 이미지를 검출하는 단계; 초점 거리를 증가시켜 상기 티슈 표면으로부터의 제2깊이에 광이 포커싱되도록 상기 초점 제어 유닛을 조절하고, 상기 소정 NA값이 유지되도록 상기 개구 조절 유닛의 개구 크기를 조절하는 단계; 상기 제2깊이의 소정 영역을 스캐닝하며 이미지를 검출하는 단계;를 포함한다.

또한 일 유형에 따른 영상 진단 시스템은 광을 조사하는 광원부; 상기 광원부로부터의 광이 투과되는 개구가 조절되는 개구 조절 유닛; 상기 개구 조절 유닛으로부터 미리 정해진 위치에 배치되어, 상기 개구를 통과한 광을 샘플에 포커싱하며, 초점 거리가 조절되는 초점 조절 유닛; 상기 샘플로부터 반사된 광으로부터 샘플의 이미지를 검출하는 검출부;를 포함하며, 상기 개구 조절 유닛 및 상기 초점 조절 유닛의 조절을 통해 NA(numerical aperture)를 제어하여 상기 샘플과 상기 초점 조절 유닛간의 거리 변화 없이 샘플의 깊이 이미지를 촬영하는 것을 특징으로 한다.

상기 개구 조절 유닛은, 기계적으로 개구 크기가 조절되는 조리개 또는 유압을 이용하여 개구 크기가 조절되는 액체 조리개 또는 미소 전기 유체 방식으로 개구 크기가 조절되는 액체 조리개를 포함할 수 있다.

상기 초점 조절 유닛은 액정(liquid crystal)에 전기장 구배(gradient)를 형성하고, 이에 따른 굴절률 구배를 유도하여 초점거리를 조절하는 액정 렌즈로 이루어질 수 있다.

상기 광원부로부터의 광을 상기 샘플의 소정 수평 영역에 스캐닝하는 스캐너;를 더 포함할 수 있다.

또한, 일 유형에 따른 영상 진단 방법은 광원부에서 광을 조사하는 단계; 조사된 광의 NA를 제어하며 샘플내의 소정 위치에 광을 포커싱 하는 단계; 샘플에서 반사된 광을 검출하는 단계;를 포함한다.

상기 영상 진단 방법은 상기 광원부로부터 상기 샘플을 향하는 광과 상기 샘플로부터 반사되는 광의 경로를 분기하는 단계;를 더 포함할 수 있다.

상기 영상 진단 방법은 상기 광원부로부터의 광을 소정 간섭광으로 변조하는 단계;를 더 포함할 수 있으며, 이 경우, 상기 광원부로부터의 광을 일부 분기하여 레퍼런스 미러를 향하게 하고, 상기 레퍼런스 미러로부터 반사된 광을 이용하여 상기 간섭광을 형성할 수 있다.

상기 영상 진단 방법은 상기 검출부에서 검출된 신호를 영상 신호로 처리하는 단계;를 더 포함할 수 있다.

상술한 NA 제어 유닛은 개구 조절 및/또는 포커스/초점 조절을 이용하여 필요한 수평 해상도, DOF에 알맞은 NA를 구현할 수 있다.

상술한 깊이 스캐닝 방법은 개구 조절, 포커스/초점 조절을 동시에 수행하여 요구되는 NA값을 유지하며 깊이 스캐닝이 가능하다.

상술한 NA 제어 유닛을 구비한 가변형 광프로브는 높은 수평 해상도, 높은 DOF (depth of focus)가 요구되는 영상 진단 시스템으로 적용 가능하다.

도 1a 및 도 1b는 일 실시예에 따른 NA 제어 유닛의 개략적인 구조로서, 각각 다른 값의 NA를 구현한 예를 보인다.
도 2는 일반적으로 포커싱 광학부재에 정해지는 NA에 따른 수평 해상도와 DOF의 관계를 설명하기 위한 개념도이다.
도 3은 도 1의 NA 제어 유닛에 채용될 수 있는 개구 조절 유닛의 일 예를 보인다.
도 4는 도 1의 NA 제어 유닛에 채용될 수 있는 개구 조절 유닛의 다른 예를 보인다.
도 5는 도 1의 NA 제어 유닛에 채용될 수 있는 초점 조절 유닛의 일 예를 보인다.
도 6은 도 1의 NA 제어 유닛에 채용될 수 있는 초점 조절 유닛의 다른 예를 보인다.
도 7은 도 1의 NA 제어 유닛에 채용될 수 있는 초점 조절 유닛의 또 다른 예를 보인다.
도 8a 내지 도 8c는 NA 제어 유닛을 이용한 깊이 스캐닝 방법을 설명하며, 샘플 내 각각 다른 깊이에서 같은 수평 해상도가 유지되는 것을 보인다.
도 9는 일 실시예에 따른 가변형 광 프로브의 개략적인 구조를 보인다.
도 10은 다른 실시예에 따른 가변형 광 프로브의 개략적인 구조를 보인다.
도 11은 또 다른 실시예에 따른 가변형 광 프로브의 개략적인 구조를 보인다.
도 12는 또 다른 실시예에 따른 가변형 광 프로브의 개략적인 구조를 보인다.
도 13a 및 도 13b는 일 실시예들에 따른 영상 진단 시스템의 개략적인 구조를 보이는 블록도이다.
도 14는 일 실시예에 따른 영상 진단 시스템의 다양한 동작 모드를 설명하기 위한 디자인 윈도우를 보인다.
도 15는 일 실시예에 따른 영상 진단 시스템을 이용한 이미지 검출 방법을 설명하는 흐름도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
1000...NA 제어 유닛 VA, 101, 102...개구 조절 유닛
VF, 201, 202, 203...초점 조절 유닛
2000,2001,2002,2003...가변형 광프로브
2100...광전송부 2200, 2600...스캐너
2300...콜리메이터 2400...광경로전환부재
2800...렌즈 유닛

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이하의 도면들에서 동일한 참조부호는 동일한 구성요소를 지칭하며, 도면상에서 각 구성요소의 크기는 설명의 명료성과 편의상 과장되어 있을 수 있다.

도 1a 및 도 1b는 일 실시예에 따른 NA 제어 유닛(1000)의 개략적인 구조로서, 각각 다른 값의 NA를 구현한 예를 보인다.

도면을 참조하면, NA (numerical aperture) 제어 유닛(1000)은 광이 투과되는 개구가 조절되는 개구 조절 유닛(VA)과, 상기 개구를 통과한 광을 포커싱하며, 초점 거리가 조절되는 초점 제어 유닛(VF)을 포함한다.

개구 조절 유닛(VA)은 광이 통과될 수 있는 개구 크기를 조절함으로써, 입사된 빔의 직경을 조절하여 출사하는 역할을 한다. 예를 들어, 도 1a와 같이 개구가 D1으로 조절된 경우, 개구 조절 유닛(VA)을 통과한 평행광 빔의 직경이 D1이 되며, 도 1b와 같이 개구가 D2로 조절된 경우, 개구 조절 유닛(VA)을 통과한 빔의 직경도 D2가 된다. 개구 조절 유닛(VA)으로는 기계적으로 개구 크기가 조절되는 조리개가 채용될 수 있고, 또는, 펌프 등 유압을 이용하여 개구 크기가 조절되는 액체 조리개가 채용될 수 있다. 또한, 미소 전기 유체 방식으로 개구 크기가 조절되는 액체 조리개가 채용될 수 있다. 이의 상세한 구조에 대해서는 후술하기로 한다.

초점 조절 유닛(VF)은 개구 조절 유닛(VA)으로부터 미리 정해진 위치에 배치되어 개구를 통과한 광을 포커싱하는 것으로, 형태가 가변될 수 있도록 렌즈면을 구성하고 있어 초점 거리를 조절할 수 있다. 예를 들어, 도 1a와 같이, 초점 조절 유닛(VF)이 초점 거리 f1을 갖도록 렌즈면 곡률이 조절되거나, 도 1b와 같이 렌즈면의 곡률을 보다 줄여, 더 긴 초점 거리 f2를 갖도록 초점 거리가 제어될 수 있다. 초점 조절 유닛(VF)으로는 액정 (Liquid Crystal)에 전기장 구배 (gradient)를 형성하고 그에 따른 굴절율 구배를 유도하여 초점거리를 조절하는 액정렌즈가 채용될 수 있다. 또는, 유체 표면으로 렌즈면을 형성하고 유체 유동을 유발하여 렌즈면의 형상을 조절하여 초점 거리를 조절하는 액체 렌즈가 채용될 수 있다. 액체 렌즈로는 유체 유동을 유발하는 방식에 따라 압력식 액체 렌즈, 전기 습윤식 액체 렌즈가 있으며, 이의 상세한 구조에 대해서는 후술하기로 한다.

상술한 바와 같이, 개구와 초점 거리를 모두, 또는 선택적으로 어느 하나를 조절할 수 있도록 NA 제어 유닛(1000)을 구성하는 것은 빔을 조사 대상에 대한 검사 목적에 알맞게 적절한 수평 해상도와 초점 깊이(depth of focus, DOF)를 가지도록 구현하기 위한 것이다. 이에 대해 도 2를 참조하여 설명하기로 한다.

도 2는 일반적으로 포커싱 광학부재(FE)에 정해지는 NA에 따른 수평 해상도와 DOF의 관계를 설명하기 위한 개념도이다.

빔이 포커싱될 때, 점이 아니라, 유한한 크기, Δx의 범위에 집속되며, Δx는 개구(D)와 초점 거리(f)에 의해 다음과 같이 정해진다.

(1)

Δx는 수평 해상도에 관계되며 즉, Δx가 작을수록 수평 해상도는 높아진다. 상기 식(1)에서 나타나는 바와 같이, Δx는 f/D에 비례하는데, 한편, 개구수(numerical aperture, NA)가 D/f에 비례하므로, Δx가 작은 높은 수평 해상도가 필요할 때, NA가 큰 광학계가 요구된다.

초점 깊이(depth of focus, DOF)는 빔 직경이 √2Δx가 되는 범위로 다음과 같이 정해진다.

(2)

DOF는 깊이 방향을 따라 빔 스폿 사이즈가 상대적으로 균일하다고 볼 수 있는 범위를 의미하며, 깊이에 따른 이미지 정보, 예를 들어, 인체 조직의 단층 촬영 이미지를 획득하고자 할 때, DOF가 큰 광학계, 즉, NA가 작은 광학계가 요구된다.

이와 같이, 수평 해상도와 DOF는 트레이드 오프(trade off)의 관계를 가지며, 검사 목적에 알맞게 적절한 NA를 가지는 광학계가 구현되어야 한다.

실시예의 NA 제어 유닛(1000)은 개구 조절 유닛(VA)과 초점 조절 유닛(VF)을 함께 구비하여 NA를 조절할 수 있으므로, 검사 목적에 알맞은 광학계를 구현할 수 있다.

이하에서는, NA 제어 유닛(1000)에 채용될 수 있는 개구 조절 유닛(VA), 초점 조절 유닛(VF)의 다양한 예들을 살펴보기로 한다.

도 3은 도 1의 NA 제어 유닛(1000)에 채용될 수 있는 개구 조절 유닛(101)의 일 예를 보인다.

개구 조절 유닛(101)은 전기 습윤 원리에 의해 유체가 유동되고, 유체 유동에 따라 광이 통과되는 개구(A) 크기가 조절되도록 구성될 수 있다. 개구 조절 유닛(101)은 유체가 유동되는 공간을 구성하는 챔버와, 챔버 내에 마련된 것으로, 서로 혼합되지 않는 성질을 가지며, 하나는 투광성의, 다른 하나는 차광성 또는 흡광성의 물질로 형성된 제1유체(F1)와 제2유체(F2), 챔버의 내측면에 마련되고 챔버 내에 전기장을 형성하기 위해 전압이 인가되는 하나 이상의 전극들이 어레이된 전극부를 포함한다. 전기장에 따라 제1유체(F1)와 상기 제2유체(F2)간 계면 위치 변화에 의해 광이 투과되는 개구가 조절된다.

구체적으로 살펴보면, 챔버의 영역은 제1채널과(C1), 제1채널(C1)의 상부에 제1채널(C1)과 연결되게 마련된 제2채널(C2)을 포함하며, 제1채널(C1)과 제2채널(C2) 각각에서 일어나는 제1유체(F1)와 제2유체(F2)간 계면 위치 변화에 의해 개구 범위가 정해진다. 제1채널은(C1) 제1기판(110)과, 제1기판(110)과 이격되게 마련된 것으로, 중심부에 제1관통홀(TH1)이 형성되고, 주변부에 제2관통홀(TH2)이 형성된 제2기판(150)과, 제1기판(110)과 제2기판(150) 사이에 내부 공간을 형성하도록 마련된 제1스페이서(130)에 의해 형성될 수 있다. 또한, 제2채널(C2)은 제2기판(150)과, 제2기판(150)과 이격되게 마련된 제3기판(190)과, 제2기판(150)과 제3기판(190)사이에 내부 공간을 형성하도록 마련된 제2스페이서(170)에 의해 형성될 수 있다.

제1유체(F1)와 제2유체(F2) 중 어느 하나는 액체 금속 또는 극성 액체이고, 다른 하나는 기체 또는 비극성 액체로 구성될 수 있다.

전극부는 제1기판(110) 상에 형성되고 절연 물질(I)로 코팅된 하나 이상의 전극(E)으로 이루어진 제1전극부(120)와, 제3기판(190) 상에 형성되고 절연 물질(I)로 코팅된 하나 이상의 전극(E)으로 이루어진 제2전극부(180)를 포함한다.

제1전극부(120)는 개구(A)의 디지털 제어를 위해 다수의 전극을 포함하도록 구성될 수 있다.

접지 전극부(R)는 챔버의 내부 어느 한 곳 이상에서 극성 유체와 접촉을 유지하도록 구비될 수 있으며, 예를 들어 극성의 제1유체(F1)와 접촉을 유지하도록 마련될 수 있으며, 도시된 바와 같이, 제1기판(110) 상에 배치될 수 있으며, 다만, 도시된 위치에 한정되지는 않는다.

제1전극부(120), 제2전극부(180)를 이루는 전극은 투명 전도성 재질로 형성될 수 있으며, 예를 들어, ITO(indium tin oxide), IZO(indium zinc oxide)등의 금속산화물, Au, Ag등의 금속 나노입자 분산 박막, CNT(carbon nanotube), 그래핀(graphene) 등의 탄소 나노구조체, poly(3,4-ethylenedioxythiophene) (PEDOT), polypyrrole(PPy), poly(3-hexylthiophene)(P3HT) 등의 전도성 고분자등이 사용될 수 있다.

접지 전극부(R)는 배치 위치상 투광성이 요구되지 않으며, Au, Ag, Al, Cr, Ti등 금속 박막으로 형성될 수 있다.

전기 습윤 현상은 절연체로 코팅된 전극 상의 전해질 액적에 전압을 가하면 액적의 접촉각이 변하는 현상을 의미한다. 즉, 유체, 액적, 절연체가 만나는 삼상 접촉선(three-phase contact line, TCL)에서 각각의 계면장력에 따라 접촉각이 변한다. 전기 습윤 현상을 이용하는 경우, 낮은 전압을 사용하여 빠르고 효과적으로 유체의 유동을 제어할 수 있으며, 가역적으로 유체의 이송 및 제어가 가능하다.

제1전극부(120)의 어느 한 전극(E)에 적절한 전압을 인가하면, 활성화된 구동전극 위의 삼상 접촉선(three-phase contact line, TCL), 즉, 제1유체(F1), 제2유체(F2) 및 절연 물질(I)이 만나는 접선에서 전기기계적 힘이 작용하여 제1유체(F1)가 제1채널(C1)을 통해 중심부로 이동하면서 개구(A)가 축소될 수 있다. 또한, 제2전극부(180)에 적절한 전압을 인가하면, 제1유체(F1)가 제2채널(C2)을 통해 중심부로 이동하면서 제1채널(C1)의 TCL은 가장자리로 밀려 나와 개구(A)가 확장될 수 있다. 제1전극부(120)를 다수 전극(E)으로 구성하는 경우, 활성화된 전극을 변화시킴에 따라 개구(A) 크기를 디지털 방식으로 제어할 수 있다.

도 4는 도 1의 NA 제어 유닛(1000)에 채용될 수 있는 개구 조절 유닛(102)의 다른 예를 보인다.

본 실시예는 본 실시예는 제2기판(150)의 양면에 절연 물질(I)로 코팅된 하나 이상의 전극(E)으로 이루어진 제3전극부(320) 및 제4전극부(380)가 더 구비된 점에서 도 3에서 설명한 개구 조절 유닛(101)과 차이가 있다. 제3전극부(320)는 제1전극부(120)와 함께, 제1채널(C1)에서 발생하는 구동력을 증가시키고, 제4전극부(380)는 제2전극부(180)와 함께, 제2채널(C2)에서 발생하는 구동력을 증가시키는 역할을 한다. 제3전극부(320) 및 제4전극부(380)를 이루는 전극 개수는 도시된 개수에 한정되지는 않는다. 또한, 제2기판(150)의 양면에 각각 제3전극부(320) 및 제4전극부(380)가 구비된 것으로 설명하였지만, 이는 예시적인 것이고, 제2기판(150)의 어느 일면에만 제3전극부(320) 또는 제4전극부(380)가 구비될 수 도 있다.

도 5는 도 1의 NA 제어 유닛에 채용될 수 있는 초점 조절 유닛(201)의 일 예를 보인다.

초점 조절 유닛(201)은 유체 표면으로 렌즈면을 형성하고 유체 유동을 이용하여 렌즈면의 형상을 조절하여 초점거리를 조절하는 액체 렌즈의 형태를 가질 수 있으며, 실시예의 초점 조절 유닛(201)은 상기 유체 유동이 전기 습윤 방식에 따라 일어나는 구성을 갖는다.

도면을 참조하여 구체적인 구성을 살펴보면, 챔버 내부에, 투광성이며 극성인 제1유체(TF1), 제1유체(TF1)와 혼합되지 않는 성질을 가지며 투광성인 제2유체(TF2)가 마련된다. 제1유체(TF1)와 제2유체(TF2)의 경계면은 렌즈면을 이루는 제1면(LS)과 상기 렌즈면의 곡률변화를 유도하는 제2면(IS)을 포함한다. 또한, 제2면(IS)의 위치를 변화시키는 전기장을 형성하기 위한 전극부가 챔버 내에 형성되어 있다. 제1유체(TF1)와 제2유체(TF2)의 경계면이 렌즈면을 이루는 제1면(LS)과 상기 렌즈면의 곡률변화를 유도하는 제2면(IS)을 형성할 수 있도록, 상기 렌즈면에 대응하는 렌즈의 직경을 형성하는 제1관통홀(TH1)과, 제2유체(TF2)의 통로를 형성하는 제2관통홀(TH2)이 형성된 제1중간판(250)이 챔버 내부에 마련된다.

제1중간판(250)의 하부 및 상부에는 각각 하부기판(210)과 상부기판(290)이 마련될 수 있으며, 내부공간을 형성하도록, 하부기판(210)과 제1중간판(250) 사이, 제1중간판(250)과 상부기판(290) 사이에는 스페이서부가 마련될 수 있다. 스페이서부는 하부기판(210)과 제1중간판(250) 사이의 제1스페이서(230)와 제1중간판(250)과 상부기판(290) 사이의 제2스페이서(270)로 이루어진다.

하부기판(210), 제1중간판(250), 상부기판(290)은 투광성 소재로 형성될 수 있다.

제1유체(TF1)와 제2유체(TF2)는 굴절률이 서로 다른 투광성 유체로 구성된다. 제1유체(TF1)는 극성 액체, 제2유체(TF2)는 기체 또는 비극성 액체로 구성될 수 있다.

전극부는 도시된 바와 같이, 하부기판(210)의 상면에 형성되고 표면이 절연 물질(I)로 코팅된 전극(E)으로 이루어진 제1전극부(220)와 제1중간판(250)의 하면에 형성되고 표면이 절연 물질(I)로 코팅된 전극(E)으로 이루어진 제2전극부(280)를 포함한다. 다만, 제1전극부(220)와 제2전극부(280) 중 어느 하나만이 구비되는 것도 가능하다.

또한, 제1유체(TF1)와 접하도록 마련된 접지 전극(R)을 더 포함할 수 있다. 접지 전극(R)은 제1기판(210) 상에 배치된 것으로 도시되어 있으나, 전압이 인가되지 않은 상태에서 제1유체(TF1)와 접할 수 있는 어느 위치에나 가능하다. 접지 전극(R)은 선택적으로 구비될 수 있으며, 접지 전극(R)이 구비되는 경우, 구동 전압을 보다 낮게 할 수 있다.

제1전극부(220), 제2전극부(280)를 이루는 전극은 투명 전도성 재질로 형성될 수 있으며, 예를 들어, ITO(indium tin oxide), IZO(indium zinc oxide)등의 금속산화물, Au, Ag등의 금속 나노입자 분산 박막, CNT(carbon nanotube), 그래핀(graphene) 등의 탄소 나노구조체, poly(3,4-ethylenedioxythiophene) (PEDOT), polypyrrole(PPy), poly(3-hexylthiophene)(P3HT) 등의 전도성 고분자등이 사용될 수 있다. 접지 전극(R)는 상술한 투명 전도성 물질로 형성될 수 있고, 배치 위치에 따라 투광성이 요구되지 않는 경우 Au, Ag, Al, Cr, Ti등 금속 박막으로 형성될 수 있다.

초점 조절 유닛(2010)은 전기 습윤 구동에 의해 제2면(IS)에 작용하는 압력이 변하고, 이에 따라 렌즈면인 제1면(LS)의 곡률이 조절된다. 본 실시예에서 제1전극부(220), 제2전극부(280)가 각각 하나의 전극(E)으로 이루어지며, 이 전극(E)에 인가되는 전압 크기를 조절하여 제2면(IS)의 위치를 변화시키게 된다. 전압이 인가되지 않은 상태 또는 인가 전압의 크기가 작아지면, 제2면(IS)은 중심측으로 이동하여, 렌즈면이 되는 제1면(LS)은 보다 볼록해질 수 있다. 인가 전압의 크기를 증가시키면, 제2면(IS)은 양측으로 이동하며, 제1면(LS)의 곡률은 보다 작아지고, 인가 전압이 최대가 될 때, 제1면(LS)은 오목한 곡률을 가질 수 있다.

도 6은 도 1의 NA 제어 유닛(1000)에 채용될 수 있는 초점 조절 유닛(202)의 다른 예를 보인다.

본 실시예의 초점 조절 유닛(202)는 제1전극부(222), 제2전극부(282)가 각각 절연물질(I)로 코팅된 다수의 전극(E)으로 구성된 점에서 전술한 실시예의 초점 조절 유닛(201)과 차이가 있다. 제1전극부(222), 제2전극부(282)를 구성하는 전극(E) 일부를 선택하여 전압을 인가함으로써 렌즈면이 되는 제1면(LS)의 곡률을 디지털 방식으로 제어할 수 있다.

즉, 전극(E)들 중 어느 하나를 선택하여 적절한 전압을 인가하면, 활성화된 구동전극의 삼상 접촉선(three-phase contact line, TCL), 즉, 제1유체(F1), 제2유체(F2)의 경계면인 제2면(IS)과 절연물질(I)이 만나는 접선에서 전기기계적 힘이 작용하여 도시된 바와 같이 제2면(IS)의 위치가 형성되고, 이에 따라 제1면(LS)의 곡률이 정해진다. 가장 안쪽에 배치된 전극(E)을 선택하여 적절한 전압을 인가하면, 제2면(IS)의 위치가 최대한 중심측으로 이동하여 제1면(LS)의 곡률은 보다 커질 수 있다. 또한, 가장 바깥쪽에 배치된 전극(E)을 선택하여 적절한 전압을 인가하면, 제2면(IS)의 위치가 양측으로 최대로 이동하고, 제2면(LS)은 곡률은 커질 수 있고, 또는 오목한 곡률이 형성될 수도 있다.

도면에서, 제1전극부(222), 제2전극부(282), 접지전극(R)이 모두 구비된 것으로 도시되었으나, 제1전극부(222)나 제2전극부(282) 중 어느 하나만 구비될 수 있으며, 접지전극(R)이 생략될 수도 있다.

도 7은 도 1의 NA 제어 유닛(100)에 채용될 수 있는 초점 조절 유닛(203)의 또 다른 일 예를 보인다.

본 실시예의 초점 조절 유닛(203)은 렌즈면의 곡률 변화를 위한 유체 유동이 압력식으로 일어나는 구성을 갖는다. 초점 조절 유닛(203)은 챔버의 내부 공간에 마련된 투광성 유체(TF3)를 포함한다. 챔버의 내부 공간(380)은 기판(310)과 기판(310)에 형성된 프레임(330)에 의해 형성되며, 유실(382), 유로(384), 렌즈실(386)로 이루어진다. 프레임(330) 상부에는 멤브레인(350)이 배치되고, 유실(382)의 상부에 대응하는 멤브레인(350) 상의 위치에는 액츄에이터(370)가 마련된다. 렌즈실(386)의 상부에 대응하는 위치의 멤브레인(350) 일면이 렌즈면(350a)이 된다.

멤브레인(350)은 투명하며 탄성을 가지는 물질, 예를 들어, 실리콘 탄성중합체(elastomer)로 이루어질 수 있다. 또한, 내구성 및 유연성이 우수한 폴리디메틸실록산 (polydimethylsiloxane;PDMS)이 채용될 수 있다.

액츄에이터(370)는 투광성 유체(TF3)에 압력을 인가하도록 마련되는 것으로, 통상적으로 사용되고 있는 다양한 방식의 액츄에이터가 사용될 수 있다. 예를 들어, 두께가 매우 얇고 소비 전력이 작은 전기적 능동 폴리머(electro active polymer:EAP)로 이루어진 통상의 폴리머 액츄에이터가 사용될 수 있으며, P(VDF-TrFE_CFE), P(VDF-TrFE-CTFE)와 같은 혼성 중합체로 제작된 완화형 강유전성(relaxor ferroelectric) 폴리머 액츄에이터가 채용될 수 있다. 액츄에이터(370)는, 전압 인가에 따라 전왜 변형(electrostrictive strain)이 유발되어 인접한 투광성 유체(TF3)에 압력을 인가하게 된다.

광학 유체(TF3)로는 예를 들어, 실리콘 오일이 채용될 수 있다.

액츄에이터(370)의 구동에 따라 유실(382)내의 투광성 유체(TF3)에 압력이 가해지면, 투광성 유체(TF3)가 유로(384)를 따라 렌즈실(386)로 이동하여 렌즈면(350a)의 형상이 변화된다.

도 1의 NA 제어 유닛(1000)에 채용될 수 있는 초점 조절 유닛은 상술한 예들 이외에도, 다른 구성이 채용될 수 있으며, 예를 들어, 액정 (Liquid Crystal)에 전기장 구배 (gradient)를 형성하고 그에 따른 굴절율 구배를 유도하여 초점거리를 조절하는 액정렌즈로 이루어질 수 있다.

도 8a 내지 도 8c는 실시예에 따른 NA 제어 유닛(1000)을 이용한 깊이 스캐닝 방법을 설명하며, 샘플(S) 내 각각 다른 깊이에서 같은 수평 해상도가 유지되는 것을 보인다.

도 8a와 같이, 샘플(S) 내 소정 깊이 위치에서 포커싱 되도록 초점 조절 유닛(VF)의 초점 거리를 조절하고, 상기 초점 거리에서 검사 목적에 알맞은 NA를 구현하도록 개구 조절 유닛(VA)의 개구를 조절한다.

도 8b는 샘플(S) 내 깊이 위치를 변경하여 광이 포커싱되도록 초점 조절 유닛(VF)의 초점 거리를 조절하고, 정해진 NA값이 유지되도록 개구 조절 유닛(VA)의 개구를 조절한다. 초점 거리가 증가한 만큼, 개구를 증가시키게 된다.

도 8c도 마찬가지로, 샘플(S) 내 깊이 위치가 변경되도록 초점 거리를 조절하고, 변경된 초점 거리에서 정해진 NA 값이 유지되도록 개구 조절 유닛(VA)의 개구를 조절한다.

이러한 방식의 깊이 스캐닝에서는 일반적인 OCT (typical OCT)의 깊이 스캔시, 깊이에 따라 빔 스팟 크기(Δx')가 증가, 즉, 수평 해상도가 감소하는 것과 달리, 일정한 빔 스팟 크기(Δx)를 유지하여, 필요한 초점 깊이(DOF) 범위에서, 일정한 수평 해상도를 유지할 수 있다.

도 9는 실시예에 따른 가변형 광 프로브(2000)의 개략적인 구조를 보인다.

도면을 참조하면, 가변형 광 프로브(2001)는 광전송부(2100), 광전송부(2100)를 통해 전송된 광을 평행광으로 콜리메이팅하는 콜리메이터(2300), 광을 검사 대상인 샘플에 포커싱하며, NA를 제어할 수 있는 NA 제어 유닛(1000), NA 제어 유닛(1000)을 통과한 광이 샘플(S)의 소정 영역을 스캐닝하도록 광전송부(2100)를 통해 전송된 광의 경로을 바꾸는 스캐너(2200)를 포함한다.

광전송부(2100)는 광섬유로 이루어지질 수 있으며, 스캐너(2200)는 도시된 바와 같이, 광섬유의 일단에 조립되어, 광섬유의 변형을 유도하여 광 경로를 바꾸는 액츄에이터로 이루어질 수 있다. 액츄에이터로는 압전 액츄에이터(piezo actuator)나, 기타, PZT, 형상 기억합금 등 캔티레버(cantilever) 형태를 구동할 수 있는 다양한 방법 및 재료가 사용될 수 있다.

콜리메이터(2300)는 하나 이상의 렌즈를 포함할 수 있다.

NA 제어 유닛(1000)은 개구 조절 유닛(VA), 초점 조절 유닛(VF)을 포함하며, 전술한 다양한 예들의 개구 조절 유닛(VA), 초점 조절 유닛(VF)이 채용될 수 있다.

도 10은 다른 실시예에 따른 가변형 광 프로브(2001)의 개략적인 구조를 보인다.

본 실시예의 가변형 광 브로브(2001)는 NA 제어 유닛(1000)을 통과한 광의 수차 보정을 위한 렌즈 유닛(2800)을 더 구비하며, 렌즈 유닛(2800)은 하나 이상의 렌즈를 포함할 수 있다.

도 11은 다른 실시예에 따른 가변형 광 프로브(2002)의 개략적인 구조를 보인다.

본 실시예의 가변형 광 프로브(2002)는 미러면을 구동하여 광경로를 바꾸는 MEMS 스캐너(2600)을 구비하는 점에서 전술한 가변형 광 프로브(2001, 2002)와 차이가 있으며, MEMS 스캐너(2600)는 개구 조절 유닛(VA)과 초점 조절 유닛(VF) 사이에 배치될 수 있다. 또한, 개구 조절 유닛(VA)과 MEMS 스캐너(2600) 사이에는, 개구 조절 유닛(VA)을 투과한 광이 경로를 바꾸어 MEMS 스캐너(2600)에 입사하도록 광경로변환부재(2400)가 더 배치될 수 있다.

도 12는 또 다른 실시예에 따른 가변형 광 프로브(2003)의 개략적인 구조를 보인다.

본 실시예의 가변형 광 브로브(2003)는 개구 조절 유닛(VA), 초점 조절 유닛(VF)을 통과한 광의 수차 보정을 위한 렌즈 유닛(2800)을 더 구비하며, 렌즈 유닛(2800)은 하나 이상의 렌즈를 포함할 수 있다.

도 13a는 실시예에 따른 영상 진단 시스템(3000)의 개략적인 구조를 보이는 블록도이다.

영상 진단 시스템(3000)은 광원부, 광원부로부터의 광을 검사 대상인 샘플(S), 예를 들어 인체 조직인 티슈(tissue)에 스캐닝하는 것으로, NA를 제어할 수 있는 가변형 광프로브, 샘플(S)에서 반사된 광으로부터 샘플(S)의 이미지를 검출하는 검출부를 포함한다.

가변형 광프로브로는 전술한 실시예들의 가변형 광프로브(2000,2001,2002,2003)들이 채용될 수 있으며, 검사 목적에 따라, 개구, 초점거리, 개구수를 적절히 조절할 수 있다.

검출부는 샘플(S)의 이미지를 센싱하기 위한 CCD와 같은 이미지 센서를 포함할 수 있다.

영상 진단 시스템(3000)은 또한, 광원부에서 샘플(S)을 향해 조사된 광과 샘플(S)로부터 반사된 광의 경로를 분리하는 빔스플리터, 검출부에서 감지된 신호를 영상 신호로 처리하고 디스플레이하는 영상 신호 처리부를 더 포함할 수 있다.

도 13b는 다른 실시예에 따른 영상 진단 시스템(3001)의 개략적인 구조를 보이는 블록도이다.

영상 진단 시스템(3001)은 광원부, 광원부로부터의 광을 소정 간섭광으로 변조하는 광간섭계, 광을 검사 대상인 샘플(S), 예를 들어 인체 조직인 티슈(tissue)에 스캐닝하는 것으로, NA를 제어할 수 있는 가변형 광프로브, 샘플(S)에서 반사된 광으로부터 샘플(S)의 이미지를 검출하는 검출부, 샘플 이미지가 디스플레이 될 수 있도록 검출부에서 감지된 신호를 영상 신호로 처리하는 영상신호처리부를 포함한다.

광간섭계는 레퍼런스 미러(reference mirror)와 빔스플리터를 포함하며, 광원부에서 조사된 광은 빔스플리터에서 일부 분기되어 레퍼런스 미러를 향한 후 레퍼런스 미러에서 반사된다. 즉, 레퍼런스 미러와 빔스플리터의 상호작용에 의한 간섭광이 가변형 광프로브에 입사된다. 이와 같은 형태의 간섭광은 OCT모드로 동작할 때, 통상적으로 사용된다. 또한, 샘플로부터 반사된 광은 빔스플리터에서 경로 분기되어 검출부를 향한다.

도 14는 도 13a, 도 13b의 영상 진단 시스템(3000, 3001)의 다양한 동작 모드를 설명하기 위한 디자인 윈도우를 보인다.

조직의 내부 단층을 촬영해야 하는 OCT 모드의 경우 초점 깊이가 긴, 즉, NA가 상대적으로 작은 모드에서의 동작이 요구된다. 높은 수평 해상도를 필요로 하는 OCM 모드에서는 NA가 상대적으로 높은 광학계가 요구된다. 이러한 점을 고려하여, 검사 목적에 알맞은 초점 거리, 빔 직경을 구현하도록 동작 모드를 적절히 선택할 수 있다.

또한, 실시예들에 따른 영상 진단 시스템(3000)(3001)은 수평 해상도를 일정하게 유지하며 깊이 스캐닝을 할 수 있는 모드로 사용될 수도 있다. 일반적인 OCT 신호는 깊이에 따라 감소하는데, 이것은 초점 거리를 조절하며 깊이 방향으로 스캐닝할 때 수평 해상도가 감소하기 때문이다. 그러나, 실시예들에 따른 영상 진단 시스템(3000)(3001)은 초점 거리와 개구를 독립적으로 조절할 수 잇는 NA 제어 유닛을 채용하고 있으므로, 초점 거리를 증가시키며 깊이 스캐닝할 때 개구를 조절하여 일정한 NA 값을 유지하는 것이 가능하다. 예를 들어, DS로 표시한 화살표 방향을 따라, NA를 유지하며 깊이 스캐닝하도록 동작할 수 있다.

도 16은 실시예에 따른 영상 진단 시스템(3000)(3001)을 이용한 이미지 검출 방법의 일 예로서, 수평 해상도를 유지하는 깊이 스캐닝을 이용하여 이미지를 검출하는 방법을 설명하는 흐름도이다.

진단 모드 및 이에 알맞은 NA를 결정하고(S101), 깊이 스캐닝 스텝수를 정한다(S102).

상기 정해진 NA값으로, 티슈 표면으로부터의 제1깊이에 광이 포커싱 되도록 NA 제어 유닛의 초점 거리를 조절하고(S103), 정해진 NA, 초점 거리가 구현되도록 개구의 크기를 조절한다(S104).

제1깊이의 소정 영역을 수평 스캐닝하며 이미지를 검출하고, 저장한다(S105).

초점 거리를 증가시켜 티슈 표면으로부터의 제2깊이에 광이 포커싱되도록 초점 조절 유닛을 조절하고(S103), 변경된 초점 거리에서 정해진 NA값이 유지되도록 개구 조절 유닛의 개구 크기를 조절한다(S104). 제2깊이의 소정 영역을 수평 스캐닝하며 이미지를 검출하고, 검출된 이미지를 저장한다(S105).

필요한 스캐닝 스텝수(N) 만큼 단계(S103~S105)들을 반복한 다음, 저장된 이미지(Ik, k=1~N)들을 스티칭한다.

이러한 본원 발명은 이해를 돕기 위하여 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의해 정해져야 할 것이다.

Claims

광이 투과되는 개구가 조절되는 개구 조절 유닛;
상기 개구 조절 유닛으로부터 미리 정해진 위치에 배치되어, 상기 개구를 통과한 광을 포커싱하며, 초점 거리가 조절되는 초점 조절 유닛;을 포함하며,
상기 개구 조절 유닛은
유체가 유동되는 공간을 구성하는 챔버;
상기 챔버 내에 마련된 것으로, 서로 혼합되지 않는 성질을 가지며, 하나는 투광성의, 다른 하나는 차광성 또는 흡광성의 물질로 형성된 제1유체와 제2유체;
상기 챔버의 내측면에 마련된 것으로, 상기 챔버 내에 전기장을 형성하기 위해 전압이 인가되는 하나 이상의 전극들이 어레이된 전극부;를 포함하며,
전기장에 따른 상기 제1유체와 상기 제2유체간 계면 위치 변화에 의해 광이 투과되는 개구가 조절되며,
상기 챔버의 영역은
제1채널과,
상기 제1채널의 상부에 상기 제1채널과 연결되게 마련된 제2채널을 포함하며,
상기 제1채널과 제2채널 각각에서 일어나는 상기 제1유체와 제2유체간 계면 위치 변화에 의해 상기 개구 범위가 정해지며,
상기 제1채널은
상기 전극부가 형성된 제1기판과,
상기 제1기판과 이격되게 마련된 것으로, 중심부에 제1관통홀이 형성되고, 주변부에 제2관통홀이 형성된 제2기판과,
상기 제1기판과 상기 제2기판 사이에 내부 공간을 형성하도록 마련된 제1스페이서에 의해 형성되고,
상기 제2채널은
상기 제2기판과,
상기 제2기판과 이격되게 마련된 제3기판과,
상기 제2기판과 상기 제3기판 사이에 내부 공간을 형성하도록 마련된 제2스페이서에 의해 형성되는 NA(numerical aperture) 제어 유닛.
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제1항에 있어서,
상기 제1유체와 제2유체 중 어느 하나는 액체 금속 또는 극성 액체이고, 다른 하나는 기체 또는 비극성 액체로 구성되는 NA 제어 유닛.
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제1항에 있어서,
상기 초점 조절 유닛은
액정(liquid crystal)에 전기장 구배(gradient)를 형성하고, 이에 따른 굴절률 구배를 유도하여 초점거리를 조절하는 액정 렌즈로 이루어진 NA 제어 유닛.
제1항에 있어서,
상기 초점 조절 유닛은
유체 표면으로 렌즈면을 형성하고 유체 유동을 이용하여 렌즈면의 형상을 조절하여 초점거리를 조절하는 액체 렌즈로 이루어지는 NA 제어 유닛.
제11항에 있어서,
상기 유체 유동이 전기 습윤 방식에 따라 일어나는 NA 제어 유닛.
제12항에 있어서,
상기 초점 조절 유닛은
투광성이며 극성인 제1유체;
상기 제1유체와 혼합되지 않는 성질을 가지며 투광성인 제2유체;
상기 제1유체와 제2유체를 수용하는 내부 공간을 가지는 챔버;
상기 제1유체와 제2유체의 경계면으로, 상기 렌즈면을 이루는 제1면;
상기 제1유체와 제2유체의 경계면으로, 상기 렌즈면의 곡률변화를 유도하는 제2면;
상기 챔버 내에 마련된 것으로, 상기 렌즈면에 대응하는 렌즈의 직경을 형성하는 제1관통홀과, 상기 제2유체의 통로를 형성하는 제2관통홀이 형성된 제1중간판;
상기 제2면의 위치를 변화시키는 전기장을 형성하기 위한 전극부;를 포함하는 NA 제어 유닛.
제13항에 있어서,
상기 제1유체는 극성 액체이고,
상기 제2유체는 기체 또는 비극성 액체로 구성되는 NA 제어 유닛.
제11항에 있어서,
상기 유체 유동이 압력식으로 일어나는 NA 제어 유닛.
샘플을 깊이 방향으로 스캔하며 광을 조사하는 스캐닝 방법에 있어서,
제1항의 NA 제어 유닛을 이용하여 초점 거리와 개구 크기를 동시에 변화시켜, 일정한 NA를 유지하는 스캐닝 방법.
광전송부;
상기 광전송부를 통해 전송된 광을 평행광으로 콜리메이팅하는 콜리메이터;
광을 검사 대상인 샘플에 포커싱하는 것으로, 제1항의 NA 제어 유닛;
상기 NA 제어 유닛을 통과한 광이 상기 샘플의 소정 영역을 스캐닝하도록 상기 광전송부를 통해 전송된 광의 경로을 바꾸는 스캐너;를 포함하는 가변형 광 프로브.
제17항에 있어서,
상기 광전송부는 광섬유로 이루어지는 가변형 광 프로브.
제18항에 있어서,
상기 스캐너는 상기 광섬유의 일단에 조립되어, 상기 광섬유의 변형을 유도하여 광 경로를 바꾸는 액츄에이터로 이루어지는 가변형 광 프로브.
제18항에 있어서,
상기 스캐너는 미러면을 구동하여 광경로를 바꾸는 MEMS 스캐너로 이루어지는 가변형 광 프로브.
제20항에 있어서,
상기 MEMS 스캐너는 상기 개구 조절 유닛과 초점 조절 유닛 사이에 배치되는 가변형 광 프로브.
제21항에 있어서,
상기 개구 조절 유닛과 MEMS 스캐너 사이에는 상기 개구 조절 유닛을 투과한 광이 경로를 바꾸어 상기 MEMS 스캐너에 입사하도록 배치된 광경로변환부재가 더 마련된 가변형 광 프로브.
제17항에 있어서,
상기 NA 제어 유닛을 통과한 광의 수차 보정을 위한 렌즈 유닛을 더 구비하는 가변형 광 프로브.
광원부;
상기 광원부로부터의 광을 검사 대상인 티슈에 조사하는 것으로, 제17항의 가변형 광 프로브;
상기 티슈에서 반사된 광으로부터 상기 티슈의 이미지를 검출하는 검출부;를 포함하는 영상 진단 시스템.
제24항의 영상 진단 시스템을 이용하여 이미지를 검출하는 방법에 있어서,
소정 NA값으로, 상기 티슈 표면으로부터의 제1깊이에 광이 포커싱 되도록 상기 NA 제어 유닛을 조절하는 단계;
상기 제1깊이의 소정영역을 스캐닝하며 이미지를 검출하는 단계;
초점 거리를 증가시켜 상기 티슈 표면으로부터의 제2깊이에 광이 포커싱되도록 상기 초점 조절 유닛을 조절하고, 상기 소정 NA값이 유지되도록 상기 개구 조절 유닛의 개구 크기를 조절하는 단계;
상기 제2깊이의 소정 영역을 스캐닝하며 이미지를 검출하는 단계;를 포함하는 방법.
광을 조사하는 광원부;
상기 광원부로부터의 광이 투과되는 개구를 조절하며 상기 개구를 통과한 광을 샘플에 포커싱하는, 제1항의 NA 제어 유닛;
상기 샘플로부터 반사된 광으로부터 샘플의 이미지를 검출하는 검출부;를 포함하며,
상기 개구 조절 유닛 및 상기 초점 조절 유닛의 조절을 통해 NA(numerical aperture)를 제어하여 상기 샘플과 상기 초점 조절 유닛간의 거리 변화 없이 샘플의 깊이 이미지를 촬영하는 하는 영상 진단 시스템.
제26항에 있어서,
상기 개구 조절 유닛은,
기계적으로 개구 크기가 조절되는 조리개 또는 유압을 이용하여 개구 크기가 조절되는 액체 조리개 또는 미소 전기 유체 방식으로 개구 크기가 조절되는 액체 조리개를 포함하는 영상 진단 시스템.
제26항에 있어서,
상기 초점 조절 유닛은
유체 표면으로 렌즈면을 형성하고 유체 유동을 이용하여 렌즈면의 형상을 조절하여 초점거리를 조절하는 액체 렌즈로 이루어지는 영상 진단 시스템.
제28항에 있어서,
상기 유체 유동이 전기 습윤 방식 또는 압력식으로 일어나는 영상 진단 시스템.
제26항에 있어서,
상기 초점 조절 유닛은
액정(liquid crystal)에 전기장 구배(gradient)를 형성하고, 이에 따른 굴절률 구배를 유도하여 초점거리를 조절하는 액정 렌즈로 이루어진 영상 진단 시스템.
제26항에 있어서,
상기 광원부로부터의 광을 상기 샘플의 소정 수평 영역에 스캐닝하는 스캐너;를 더 포함하는 영상 진단 시스템.
광원부에서 광을 조사하는 단계;
제1항의 NA 제어 유닛을 이용하여, 조사된 광의 NA를 제어하며 샘플내의 소정 위치에 광을 포커싱 하는 단계;
샘플에서 반사된 광을 검출하는 단계;를 포함하는 영상 진단 방법.
제32항에 있어서,
상기 광원부로부터 상기 샘플을 향하는 광과 상기 샘플로부터 반사되는 광의 경로를 분기하는 단계;를 더 포함하는 영상 진단 방법.
제32항에 있어서,
상기 광원부로부터의 광을 소정 간섭광으로 변조하는 단계;를 더 포함하는 영상 진단 방법.
제34항에 있어서,
상기 광원부로부터의 광을 일부 분기하여 레퍼런스 미러를 향하게 하고, 상기 레퍼런스 미러로부터 반사된 광을 이용하여 상기 간섭광을 형성하는 영상 진단 방법.
제32항에 있어서,
상기 샘플에서 반사된 광을 검출하는 단계에서 검출된 신호를 영상 신호로 처리하는 단계;를 더 포함하는 영상 진단 방법.