KR20230021437A - 3차원 광 검출 장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 3차원 광 검출 장치에 관한 것이다. 본 발명의 3차원 광 검출 장치는, 광원으로부터 방출된 다중 파장의 광이 샘플에 조사되어 샘플로부터 반사되거나 발산된 광 신호를 검출하는 3차원 광 검출 장치로서, 샘플을 향해 배치된 대물 렌즈, 광 신호로부터 광원의 여기된(excited) 광 신호를 제거하는 밴드 리젝션 필터, 및 밴드 리젝션 필터를 통과한 광 신호에서 형광 신호를 검출하는 적외선 이미지 센서를 포함하고, 적외선 이미지 센서는, 광 신호의 경로 차이로 인해 분리된 2종류의 형광 신호를 구별하여 검출하고, 경로 차이는 광 신호가 적외선 이미지 센서에 도달하는 시간 또는 광 신호가 적외선 이미지 센서까지 도달하는 거리에 의해 생성된다.
Description
본 발명은 3차원 광 검출 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 다중 파장으로 샘플에 조사되어 반사되거나 발산되는 광을 복수의 형광 신호로 구별하여 3차원으로 검출하고 출력할 수 있는 3차원 광 검출 장치에 관한 것이다.
통상적인 형광 이미징 시스템은 임상시험, 동물실험, 양상 유도 수술 등에서 한 개의 파장을 갖는 여기광(exciting light)을 집광하여 대물렌즈를 통과시키고, 관찰부위인 샘플에 여기광을 조사하여 샘플로부터 반사 및 발산(형광신호의 발산(emission)을 의미함)되는 광 신호에 따른 샘플의 변화 또는 구조를 관찰할 수 있다.
이와 같이 종래의 형광 이미징 시스템은 단일 파장의 여기광을 사용하였으므로, 다양한 파장을 이용하여 발광체를 여기(exciting)시키는 것이 불가능하였다. 또한, 광원에서 여기광의 파장 가변이 불가능하여 멀티스펙트럼(multispectrum)을 갖는 다중 형광 영상을 동시에 관측하는 것이 불가능했다.
나아가, 이러한 다중 형광 영상을 여러 개의 형광 신호로 분리하여 검출하거나 관측하여 출력할 수 없으므로, 하나의 형광 신호에 기초하여 형광 영상이 평면적으로 출력될 수밖에 없으므로 3차원 영상 검출이 불가능하였다. 이에, 출력된 형광 영상만으로는 조영제가 존재하는 부분과 이에 유사한 광 신호를 방출하는 부분을 서로 구분하기 어려운 문제점이 있었다.
이로 인해, 형광 신호를 검출하여 출력하는 장치를 사용하더라도 보다 정확하고 정밀한 결과를 요구하는 의학 분야에서는, 보다 정확한 결과를 위해 복수의 조영제마다 새로운 파장을 이용하여 복수의 검사를 수행해야만 하는 문제가 있다.
이와 같이, 다중 파장의 광원을 사용하는 경우, 영상 판독의 정확도가 떨어지거나 추가적인 검출이 필요하는 등 비용 및 시간이 증가하는 문제점이 있었다.
한편, 전술한 배경기술은 발명자가 본 발명의 도출을 위해 보유하고 있었거나, 본 발명의 도출 과정에서 습득한 기술 정보로서, 반드시 본 발명의 출원 전에 일반 공중에게 공개된 공지기술이라 할 수는 없다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 서로 다른 파장의 형광 이미지를 파장마다 구별하여 획득할 수 있는, 3차원 광 검출 장치를 제공하는 것이다. 특히, 서로 다른 파장의 형광 신호를 서로 다른 색상으로 구별하여 출력할 수 있는 3차원 광 검출 장치가 제공될 수 있다.
또한, 본 발명이 해결하고자 하는 다른 과제는 경로분리기를 통해 형광 신호 또는 가시광 신호가 지나가는 경로를 좌측과 우측으로 분리하여, 이에 따른 형광 이미지 및 가시광 이미지를 3차원으로 검출하여 출력할 수 있는, 3차원 광 검출 장치를 제공하는 것이다.
또한, 본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 과제는 파장분리기를 통해 가시광 신호와 서로 다른 파장의 형광 신호를 분리하여 동시에 출력할 수 있는, 3차원 광 검출 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
전술한 바와 같은 과제를 해결하기 위하여 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 광 검출 장치는, 광원으로부터 방출된 다중 파장의 광이 샘플에 조사되어 샘플로부터 반사되거나 발산된 광 신호를 검출하는 3차원 광 검출 장치로서, 샘플을 향해 배치된 대물 렌즈, 광 신호로부터 광원의 여기된(excited) 광 신호를 제거하는 밴드 리젝션 필터, 및 밴드 리젝션 필터를 통과한 광 신호에서 형광 신호를 검출하는 적외선 이미지 센서를 포함하고, 적외선 이미지 센서는, 광 신호의 경로 차이로 인해 분리된 2종류의 형광 신호를 구별하여 검출하고, 경로 차이는 광 신호가 적외선 이미지 센서에 도달하는 시간 또는 광 신호가 적외선 이미지 센서까지 도달하는 거리에 의해 생성된다.
본 발명의 다른 특징에 따른 3차원 광 검출 장치는, 밴드 리젝션 필터와 적외선 이미지 센서 사이에 배치된 줌 렌즈를 더 포함하고, 광 신호의 경로는 좌측 광 경로와 우측 광 경로를 포함하고, 줌 렌즈 및 밴드 리젝션 필터는 좌측 광 경로와 우측 광 경로에 각각 배치될 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 따른 3차원 광 검출 장치는, 적외선 이미지 센서와 줌 렌즈 사이에 배치된 파장분리기, 및 파장분리기에 의해 광 신호로부터 분리된 가시광 신호를 검출하는 가시광선 이미지 센서를 더 포함할 수 있다.
전술한 바와 같은 과제를 해결하기 위하여 본 발명의 다른 실시예에 따른 3차원 광 검출 장치는, 광원으로부터 방출된 다중 파장의 광이 샘플에 조사되어 샘플로부터 반사되거나 발산된 광 신호를 검출하는 3차원 광 검출 장치로서, 샘플을 향해 배치된 렌즈부, 렌즈부와 샘플 사이에 배치되고, 광 신호로부터 광원의 여기된 광 신호를 제거하는 밴드 리젝션 필터, 밴드 리젝션 필터를 통과한 광 신호를 2개의 광 경로로 광 신호로 분리하는 경로분리기, 및 경로분리기에 의해 경로가 분리된 광 신호 중 형광 신호를 각각 검출하는 적외선 이미지 센서를 포함하고, 형광 신호는 서로 평행하면서 경로 상의 거리 차이가 존재하는 2개의 광 경로를 통해 적외선 이미지 센서에 도달하고, 렌즈부는 대물 렌즈 및 줌 렌즈 중 적어도 하나를 포함한다.
본 발명의 다른 특징에 따른 3차원 광 검출 장치는, 경로분리기는 빔 스플리터(beam splitter)이고, 빔 스플리터에 의해 분리된 광 신호 중 하나가 적외선 이미지 센서를 향하도록 경로를 변경해주는 반사기를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 따른 3차원 광 검출 장치는, 적외선 이미지 센서와 경로분리기 사이에 배치된 파장분리기, 및 파장분리기에 의해 분리된 각각의 가시광 신호를 각각 검출하는 가시광선 이미지 센서를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 경로분리기는 회전 편향 소자이고, 적외선 이미지 센서는 회전 편향 소자에 의해 시간에 따라 좌측 광 경로와 우측 광 경로로 분리된 형광 신호를 검출할 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 따른 3차원 광 검출 장치는, 적외선 이미지 센서와 밴드 리젝션 필터 사이에 배치된 파장분리기, 및 파장분리기에 의해 분리된 가시광 신호를 검출하는 가시광선 이미지 센서를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 따른 3차원 광 검출 장치는, 파장분리기와 가시광선 이미지 센서 사이에 배치된 가시광선 회전 편향 소자를 더 포함하고, 가시광선 이미지 센서는 가시광선 회전 편향 소자에 의해 시간에 따라 좌측 광 경로와 우측 광 경로로 분리된 가시광 신호를 검출할 수 있다.
본 발명의 과제 해결 수단 중 어느 하나에 의하면, 본 발명의 일 실시예는 서로 다른 파장의 형광 이미지를 파장마다 구별하여 획득할 수 있다.
또한, 본 발명의 과제 해결 수단 중 어느 하나에 의하면, 본 발명의 다른 실시예는 형광 이미지 및 가시광 이미지를 3차원으로 검출하여 출력할 수 있다.
나아가, 본 발명의 과제 해결 수단 중 어느 하나에 의하면, 본 발명의 또 다른 실시예는 가시광 신호와 서로 다른 파장의 형광 신호를 분리하여 동시에 출력할 수 있다.
본 발명에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 다중 파장 3차원 형광 이미징 시스템의 개략적인 블록 다이어그램이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 광 검출 장치의 개략적인 블록 다이어그램이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 3차원 광 검출 장치의 개략적인 블록 다이어그램이다.
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 3차원 광 검출 장치의 개략적인 블록 다이어그램이다.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 3차원 광 검출 장치의 개략적인 블록 다이어그램이다.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 3차원 광 검출 장치의 개략적인 블록 다이어그램이다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 3차원 광 검출 장치의 개략적인 블록 다이어그램이다.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 3차원 광 검출 장치의 개략적인 블록 다이어그램이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 광 검출 장치의 개략적인 블록 다이어그램이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 3차원 광 검출 장치의 개략적인 블록 다이어그램이다.
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 3차원 광 검출 장치의 개략적인 블록 다이어그램이다.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 3차원 광 검출 장치의 개략적인 블록 다이어그램이다.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 3차원 광 검출 장치의 개략적인 블록 다이어그램이다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 3차원 광 검출 장치의 개략적인 블록 다이어그램이다.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 3차원 광 검출 장치의 개략적인 블록 다이어그램이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
본 발명의 실시예를 설명하기 위한 도면에 개시된 형상, 크기, 비율, 각도, 개수 등은 예시적인 것이므로 본 발명이 도시된 사항에 한정되는 것은 아니다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다. 본 명세서 상에서 언급된 '포함한다', '갖는다', '이루어진다' 등이 사용되는 경우 '~만'이 사용되지 않는 이상 다른 부분이 추가될 수 있다. 구성요소를 단수로 표현한 경우에 특별히 명시적인 기재 사항이 없는 한 복수를 포함하는 경우를 포함한다.
구성요소를 해석함에 있어서, 별도의 명시적 기재가 없더라도 오차 범위를 포함하는 것으로 해석한다.
비록 제1, 제2 등이 다양한 구성요소들을 서술하기 위해서 사용되나, 이들 구성요소들은 이들 용어에 의해 제한되지 않는다. 이들 용어들은 단지 하나의 구성요소를 다른 구성요소와 구별하기 위하여 사용하는 것이다. 따라서, 이하에서 언급되는 제1 구성요소는 본 발명의 기술적 사상 내에서 제2 구성요소일 수도 있다.
별도로 명시하지 않는 한 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
본 발명의 여러 실시예들의 각각 특징들이 부분적으로 또는 전체적으로 서로 결합 또는 조합 가능하며, 당업자가 충분히 이해할 수 있듯이 기술적으로 다양한 연동 및 구동이 가능하며, 각 실시예들이 서로에 대하여 독립적으로 실시 가능할 수도 있고 연관 관계로 함께 실시 가능할 수도 있다.
한편, 본 발명의 명세서에서 구체적으로 언급되지 않은 본 발명의 기술적 특징에 의해 기대될 수 있는 잠정적인 효과는 본 명세서에 기재된 것과 같이 취급되며, 본 실시예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해 제공된 것인 바, 도면에 도시된 내용은 실제 발명의 구현모습에 비해 과장되어 표현될 수 있으며, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 구성의 상세한 설명은 생략하거나 간략하게 기재한다.
본 명세서에서 다중 파장 광이란, 동시에 서로 다른 복수의 파장들을 갖는 하나의 빔으로 구성된 광일 수 있고, 파장마다 별개의 빔으로 이루어지고 서로 다른 복수의 파장별 빔들로 이루어진 광일 수도 있으며, 하나의 빔에서 시간에 따라 파장이 변하는(파장가변) 광을 의미할 수 있다. 이에, 복수의 파장들을 갖는 광을 방출하는 광원은 다중파장광원, 다중어레이광원, 또는 파장가변광원 등일 수 있으며, 이러한 각각의 광원들은 서로 다른 파장의 광을 동시에 방출할 수도 있고 서로 다른 시간에 방출할 수도 있다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 붙였다. 또한, 도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도시된 바에 한정되지 않는다.
이하 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명을 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 다중 파장 3차원 형광 이미징 시스템의 개략적인 블록 다이어그램이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 다중 파장 3차원 형광 이미징 시스템(10)은 다중 파장 광 조사 장치(100), 3차원 광 검출 장치(200), 및 제어 장치(300)를 포함한다. 이러한 다중 파장 3차원 형광 이미징 시스템(10)에서 다중 파장 광 조사 장치(100)로부터 방출되는 광은 샘플(900)에 도달하고, 샘플(900)에 조사된 광은 반사되거나 발산되어 3차원 광 검출 장치(200)에 도달한다.
다중 파장 광 조사 장치(100)는 다중 파장의 적외선 및 가시광선을 샘플(900)을 향해 방출하는 장치를 의미하며, 신체의 외부 또는 내부를 스캔할 수 있는 다양한 종류의 광을 방출할 수 있는 광 조사 장치를 포함할 수 있다. 예를 들어, 다중 파장 광 조사 장치(100)는 내시경 또는 복강경에서 사용되는 광원이나 이러한 광원을 포함하는 광 조사 장치일 수 있고, 이 외에도 다양한 의료 장비에서 사용되는 광원이나 이러한 광원을 포함하는 광 조사 장치일 수 있다.
구체적으로, 다중 파장 광 조사 장치(100)는 다중 파장의 적외선 및 가시광선을 동시에 또는 순차적으로 샘플(900)을 향해 방출할 수 있다. 다중 파장 광 조사 장치(100)의 광원은 다양한 파장의 레이저를 방출할 수 있으며, 동시에 또는 순차적으로 가시광선도 방출할 수 있다. 바람직하게는 다중 파장 광 조사 장치(100)의 광원으로부터 방출된 광은 멀티모드 섬유(multimode fiber)를 통해 샘플(900)로 조사될 수 있으며, 멀티모드 섬유에 연결된 노이즈 저감기를 통해 레이저의 노이즈가 제거되어 방출될 수 있다.
이러한 다중 파장 광 조사 장치(100)의 광원은, 예를 들어, 광원(110)은 LED, LD, 반도체를 이용한 레이저, 퀀텀 닷(quantum dot) 레이저, 또는 반도체 광학 증폭기 광원일 수 있다. 또한, 이러한 광원(110)은 시간에 따라 서로 다른 파장의 광을 방출하도록 구성될 수 있다. 구체적으로, 다중 파장 광 조사 장치(100)의 광원은 파장가변광원, 다중파장광원, 또는 다중어레이광원 중 어느 하나일 수 있다.
3차원 광 검출 장치(200)는 다중 파장 광 조사 장치(100)의 광원으로부터 방출된 다중 파장의 광이 샘플(900)에 조사되어 샘플(900)로부터 반사되거나 발산된 광 신호를 검출하는 장치이다. 구체적으로, 3차원 광 검출 장치(200)는 다중 파장 광 조사 장치(100)로부터 방출된 근적외선, 중적외선, 또는 적외선과 가시광선을 구별하여 3차원으로 이미징할 수 있도록 검출하는 장치이다. 이러한 3차원 광 검출 장치(200)는 검출한 다양한 광 신호들을 구별하여 이미지 처리하는 이미지 프로세서를 더 포함할 수도 있다. 나아가, 3차원 광 검출 장치(200)는 이미지 프로세서에 의해 처리된 이미지 신호를 출력하는 출력 장치를 더 포함하거나 이러한 출력 장치와 연결될 수 있다. 본 발명의 다양한 실시예들에 따른 3차원 광 검출 장치(200)의 구체적인 구성에 대해서는 이하 도 2 내지 도 8을 참조하여 후술한다.
제어 장치(300)는 다중 파장 3차원 형광 이미징 시스템(10) 내의 구성요소들을 제어할 수 있는 장치로서, 다중 파장 광 조사 장치(100) 및 3차원 광 검출 장치(200)와 전기적으로 통신할 수 있게 유무선상으로 연결되어 있으며 이들 장치를 제어하는 신호를 발생하여 공급할 수 있다. 이러한 제어 장치(300)는 프로세서와 메모리를 포함하며, 예를 들어, 컴퓨터, 모바일 기기, 임베디드 프로그램을 포함하는 다양한 전자 장치 등을 포함할 수 있다. 또한, 이러한 제어 장치(300)는 3차원 광 검출 장치(200)를 통해 광 신호를 수신하여 이미지를 처리하고 출력하는 이미지 처리 프로세서를 더 포함할 수도 있다. 나아가, 제어 장치(300)는 이미지 처리 프로세서를 통해 처리된 이미지를 연결된 디스플레이 장치를 통해 출력하게 할 수도 있다. 제어 장치(300)의 다양한 예시는 상술한 바로 제한되지 않으며, 다중 파장 3차원 형광 이미징 시스템(10)을 제어하기 위한 신호를 생성하고 송신하며, 수신한 데이터를 처리할 수 있는 모든 장치를 포함한다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 다중 파장 3차원 형광 이미징 시스템(10)은 다중 파장 광 조사 장치(100)에서 샘플(900)에 조사되는 다양한 광을 구별하여 검출하고 출력하는 동시에, 검출된 광 신호들을 3차원으로 처리하여 이미지를 보다 정교하게 출력할 수 있고 3차원의 파장별로 구별된 이미지를 통해 보다 정확한 판단 및 진단을 유도할 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 광 검출 장치의 개략적인 블록 다이어그램이다.
도 2를 참조하면, 3차원 광 검출 장치(200)는 대물 렌즈(210), 밴드 리젝션 필터(band rejection filter)(220), 줌(zoom) 렌즈(230), 및 적외선 이지미 센서(260)를 포함한다. 도 2에 도시되지 않았으나 실시예에 따라 3차원 광 검출 장치는 적외선 이미지 센서에 대응하는 대물 렌즈를 더 포함할 수 있다.
구체적으로, 대물 렌즈(210)는 샘플(900)을 향해 배치되어 샘플(900)에서 반사되거나 발산되는 광 신호를 수광한다. 대물 렌즈(210)는, 바람직하게는, 샘플(900)이 배치된 다이(die)에 대응하여 넓은 하나의 렌즈로 구성될 수 있다. 이에, 대물 렌즈(210)는 샘플(900)로부터 다양한 방향으로 반사되거나 발산되는 광을 광범위하게 수광할 수 있다. 대물 렌즈(210)는 수광한 광 신호를 밴드 리젝션 필터(220)로 전달한다.
광 신호의 경로는 좌측 광 경로와 우측 광 경로를 포함한다. 도 2를 참조하면, 좌측 광 경로에는 좌측 밴드 리젝션 필터(221), 좌측 줌 렌즈(231), 및 좌측 적외선 이미지 센서(261)가 배치되고, 우측 광 경로에는 우측 밴드 리젝션 필터(222), 우측 줌 렌즈(232), 및 우측 적외선 이미지 센서(262)가 배치될 수 있다. 이에, 광 신호는 좌측 광 경로와 우측 광 경로로 분리되어, 좌측 광 경로 상의 광 신호는 좌측 밴드 리젝션 필터(221) 및 좌측 줌 렌즈(231)를 거쳐 좌측 적외선 이미지 센서(261)에 도달하고, 우측 광 경로 상의 광 신호는 우측 밴드 리젝션 필터(222) 및 우측 줌 렌즈(232)를 거쳐 우측 적외선 이미지 센서(262)에 도달한다.
밴드 리젝션 필터(220)는 좌측 밴드 리젝션 필터(221)와 우측 밴드 리젝션 필터(222)를 포함한다. 도 2를 참조하면, 밴드 리젝션 필터(220)는 좌측과 우측의 광 경로에 각각 하나씩 배치된다. 이러한 밴드 리젝션 필터(220)는 광 신호로부터 광원의 여기된(excited) 광 신호(이하, 여기광 신호)를 제거한다. 즉, 밴드 리젝션 필터(220)를 각각 좌측과 우측의 광 경로를 물리적으로 분리하여 배치함으로써, 좌측 밴드 리젝션 필터(221)는 좌측으로 전달되는 광 신호에서 광원의 여기광 신호 부분을 제거하고 우측 밴드 리젝션 필터(222)는 우측으로 전달되는 광 신호에서 광원의 여기광 신호 부분을 제거한다. 좌측 밴드 리젝션 필터(221)와 우측 밴드 리젝션 필터(222)는 여기광 신호를 제거한 광 신호를 각각 좌측 줌 렌즈(231)와 우측 줌 렌즈(232)로 전달한다.
줌 렌즈(230)는 좌측 줌 렌즈(231)와 우측 줌 렌즈(232)를 포함한다. 줌 렌즈(230)는 밴드 리젝션 필터(220)와 적외선 이미지 센서(260) 사이에 배치될 수 있다. 도 2를 참조하면, 좌측 줌 렌즈(231)는 좌측 광 경로 상에서 좌측 밴드 리젝션 필터(221) 다음으로 배치되고, 우측 줌 렌즈(232)는 우측 광 경로 상에서 우측 밴드 리젝션 필터(222) 다음으로 배치된다. 좌측 줌 렌즈(231)는 좌측 광 경로에서 여기광 신호가 제거된 형광 신호를 좌측 적외선 이미지 센서(261)로 전달하고, 우측 줌 렌즈(232)는 우측 광 경로에서 여기광 신호가 제거된 형광 신호를 우측 적외선 이미지 센서(262)로 전달한다.
줌 렌즈(230)는 초점 거리를 조절하거나 화상의 크기를 조절할 수 있다. 이에, 좌측 줌 렌즈(231)를 통해서는 좌측 광 경로에서 초점 거리 또는 화상의 크기가 조절될 수 있고, 우측 줌 렌즈(232)를 통해서는 우측 광 경로에서 초점 거리 또는 화상의 크기가 조절될 수 있다.
적외선 이미지 센서(260)는 좌측 적외선 이미지 센서(261) 및 우측 적외선 이미지 센서(262)를 포함한다.
여기서, 좌측 광 경로와 우측 광 경로는 물리적인 경로의 분리로 인해 생성되며, 좌측 광 경로와 우측 광 경로 사이에는 경로 차이가 존재한다. 이러한 경로 차이는 광 신호가 적외선 이미지 센서(260)에 도달하는 시간 또는 광 신호가 적외선 이미지 센서(260)까지 도달하는 거리에 의해 생성된다. 구체적으로, 좌측 광 경로와 우측 광 경로 사이의 경로 차이는, 광 신호가 좌측 적외선 이미지 센서(261)에 도달하는 시간과 광 신호가 우측 적외선 이미지 센서(262)에 도달하는 시간의 차이로 생성되거나, 광 신호가 좌측 적외선 이미지 센서(261)까지 도달하는 거리와 광 신호가 우측 적외선 이미지 센서(262)까지 도달하는 거리 사이의 차이로 생성된다. 도 2에 따른 본 발명의 일 실시예에서는 좌측 광 경로와 우측 광 경로가 물리적으로 분리되어 있으므로, 경로 차이는 광 신호가 좌측 적외선 이미지 센서(261)까지 도달하는 거리와 광 신호가 우측 적외선 이미지 센서(262)까지 도달하는 거리 사이의 차이로 생성될 수 있다.
본 명세서에서 적외선 이미지 센서(260)는 근적외선, 중적외선, 또는 원적외선 등 적외선 영역 내의 다양한 파장의 형광 신호를 검출할 수 있다. 즉, 적외선 이미지 센서(260)는 밴드 리젝션 필터(220)를 통과한 광 신호에서 다양한 파장의 형광 신호를 검출할 수 있다. 이에, 적외선 이미지 센서(260)는 광 신호의 경로 차이로 인해 분리된 2종류의 형광 신호를 구별하여 검출한다. 구체적으로, 광 신호가 좌측 광 경로와 우측 광 경로로 분리되어, 적외선 이미지 센서(260)는 좌측 적외선 이미지 센서(261)를 통해 좌측 광 경로에서의 형광 신호를 구별하여 검출하고, 우측 적외선 이미지 센서(262)를 통해 우측 광 경로에서의 형광 신호를 구별하여 검출한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 광 검출 장치(200)는 좌측과 우측으로 분리된 광 경로 상에 각각 배치된 밴드 리젝션 필터, 줌 렌즈 및 적외선 이미지 센서를 통해, 좌측 광 경로에서의 형광 신호와 우측 광 경로에서의 형광 신호를 각각 검출하고, 이에 따라 형광 신호를 3차원으로 검출하여 출력할 수 있다. 또한, 3차원 광 검출 장치(200)는 다중 파장 광 조사 장치(100)에서 방출된 다중 파장의 광으로부터 형광 신호를 각 파장별로 구별하여 검출함으로써, 복수의 형광 신호를 구별하여 3차원으로 표현하게 할 수 있다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 3차원 광 검출 장치의 개략적인 블록 다이어그램이다. 도 3에 도시된 3차원 광 검출 장치(201)는 도 2의 3차원 광 검출 장치(200)에서 파장분리기(340), 적외선 대물 렌즈(350), 가시광선 대물 렌즈(370), 및 가시광선 이미지 센서(380)를 더 포함하고 나머지 구성은 실질적으로 동일하므로, 동일한 구성에 대한 중복 설명은 생략한다.
도 3을 참조하면, 파장분리기(340)는 적외선 이미지 센서(260)와 줌 렌즈(230) 사이에 배치된다. 파장분리기(340)는 좌측 광 경로에 배치된 좌측 파장분리기(341) 및 우측 광 경로에 배치된 우측 파장분리기(342)를 포함한다. 다시 말해, 좌측 파장분리기(341)는 좌측 적외선 이미지 센서(261)와 좌측 줌 렌즈(231) 사이에 배치되고, 우측 파장분리기(342)는 우측 적외선 이미지 센서(262)와 우측 줌 렌즈(232) 사이에 배치된다.
파장분리기(340)는 특정 파장을 기준으로 광 신호를 분리할 수 있다. 구체적으로, 파장분리기(340)는 적외선과 가시광선 사이의 파장을 기준으로, 밴드 리젝션 필터(220) 및 줌 렌즈(230) 중 적어도 어느 하나를 통과한 광 신호를 적외선의 형광 신호와 가시광선 영역의 가시광 신호로 분리할 수 있다. 파장분리기(340)는, 예를 들어, 다이크로익 미러(dichroic mirror), 파장 스플리터, 또는 빔 스플리터(beam splitter) 일 수 있다.
도 3을 참조하면, 좌측 파장분리기(341)는 좌측 밴드 리젝션 필터(221) 및 좌측 줌 렌즈(231)를 통과한 광 신호를 형광 신호와 가시광 신호로 분리하고, 우측 파장분리기(342)는 우측 밴드 리젝션 필터(222) 및 우측 줌 렌즈(232)를 통과한 광 신호를 형광 신호와 가시광 신호로 분리할 수 있다. 이와 같이, 파장분리기(340)에 의해 분리된 형광 신호와 가시광 신호는 각각 적외선 이미지 센서(260)와 가시광선 이미지 센서(380)를 향하여 전달된다.
가시광선 이미지 센서(380)는 파장분리기(340)에 의해 광 신호로부터 분리된 가시광 신호를 검출한다. 가시광선 이미지 센서(380)는 좌측 가시광선 이미지 센서(381) 및 우측 가시광선 이미지 센서(382)를 포함한다. 도 3을 참조하면, 좌측 가시광선 이미지 센서(381)는 좌측 파장분리기(341)에 의해 좌측 광 경로를 따라 이동하는 광 신호로부터 분리된 가시광 신호를 검출하고, 우측 가시광선 이미지 센서(382)는 우측 파장분리기(342)에 의해 우측 광 경로를 따라 이동하는 광 신호로부터 분리된 가시광 신호를 검출한다.
도 3에 도시된 바와 같이, 3차원 광 검출 장치(201)는 파장분리기(340)와 적외선 이미지 센서(260) 사이에 적외선 대물 렌즈(350)를 더 포함할 수 있고, 파장분리기(340)와 가시광선 이미지 센서(380) 사이에 가시광선 대물 렌즈(370)를 더 포함할 수 있다. 적외선 대물 렌즈(350)는 파장분리기(340)를 통과한 형광 신호를 집광하여 적외선 이미지 센서(260)로 전달할 수 있고, 가시광선 대물 렌즈(370)는 파장분리기(340)로부터 분리된 가시광 신호를 집광하여 가시광선 이미지 센서(380)로 전달할 수 있다.
적외선 대물 렌즈(350) 및 가시광선 대물 렌즈(370)는 좌측 광 경로와 우측 광 경로에 각각 배치될 수 있다. 즉, 적외선 대물 렌즈(350)는 좌측 광 경로에 배치된 좌측 적외선 대물 렌즈(351) 및 우측 광 경로에 배치된 우측 적외선 대물 렌즈(352)를 포함하고, 가시광선 대물 렌즈(370)는 좌측 광 경로에 배치된 좌측 가시광선 대물 렌즈(371) 및 우측 광 경로에 배치된 우측 가시광선 대물 렌즈(372)를 포함한다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 3차원 광 검출 장치(201)는 파장분리기(340)를 통해 형광 신호와 가시광 신호로 분리하고, 분리된 형광 신호와 가시광 신호가 각각 적외선 이미지 센서(260)와 가시광선 이미지 센서(380)에 의해 검출된다. 이에, 3차원 광 검출 장치(201)는 좌측 광 경로 및 우측 광 경로에서 각각 형광 신호와 가시광 신호를 검출할 수 있으며, 이에 따라 다중 파장의 형광 신호와 함께 가시광 신호도 3차원으로 검출하여 출력할 수 있다. 이에, 3차원 광 검출 장치(201)는 다중 파장 광 조사 장치(100)에서 방출된 다중 파장의 광으로부터 형광 신호를 각 파장별로 구별하여 검출하고, 형광 신호와 함께 가시광 신호도 검출함으로써, 복수의 형광 신호와 가시광 신호를 구별하여 3차원으로 표현하게 할 수 있다. 본 발명에 따른 3차원 광 검출 장치를 포함하는 의료 장비에서는 복수의 조영제를 사용하여 복수의 종류의 표적 세포(예를 들어, 암세포)를 서로 다른 색상으로 구분하여 확인할 수 있으며, 이를 3차원으로 표시함에 따라 보다 정확하고 정밀한 진단을 가능하게 할 수 있다.
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 3차원 광 검출 장치의 개략적인 블록 다이어그램이다. 도 4에서 좌측 적외선 이미지 센서(461)와 우측 적외선 이미지 센서(462)는 도 2 및 도 3에서 설명된 좌측 적외선 이미지 센서(261)와 우측 적외선 이미지 센서(262)와 실질적으로 동일한 기능을 수행하는 구성이므로, 이에 대한 중복설명은 생략한다.
도 4를 참조하면, 3차원 광 검출 장치(400)는 밴드 리젝션 필터(410), 렌즈부(420), 경로분리기(430), 반사기(435), 적외선 대물 렌즈(450), 및 적외선 이미지 센서(460)를 포함한다.
밴드 리젝션 필터(410)는 렌즈부(420)와 샘플(900) 사이에 배치된다. 밴드 리젝션 필터(410)는 샘플(900)에 인접하여 샘플(900)로부터 반사되거나 발산되는 광 신호를 수신한다. 이러한 밴드 리젝션 필터(410)는 샘플(900)로부터 반사되거나 발산되는 광 신호로부터 광원의 여기된 광 신호를 제거한다.
렌즈부(420)는 샘플(900)을 향하여 밴드 리젝션 필터(410) 이후에 배치된다. 렌즈부(420)는 대물 렌즈 및 줌 렌즈 중 적어도 하나를 포함한다. 이에, 렌즈부(420)는 대물 렌즈를 통해 밴드 리젝션 필터(410)를 통과한 광 신호를 집광하고, 줌 렌즈를 통해서는 밴드 리젝션 필터(410)를 통과한 광 신호의 경로에서 초점 거리 또는 샘플 화상의 크기를 조절할 수 있다. 렌즈부(420)는 본 발명의 실시예에 따라 대물 렌즈 및 줌 렌즈 중 적어도 하나를 포함하여 다양하게 구성될 수 있다.
도 4를 참조하면, 경로분리기(430)는 적외선 이미지 센서(460)와 렌즈부(420) 사이에 배치된다. 이러한 경로분리기(430)는 빔 스플리터일 수 있다. 경로분리기(430)는 밴드 리젝션 필터(410)를 통과한 광 신호를 2개의 광 경로로 광 신호로 분리한다. 즉, 경로분리기(430)는 광 신호를 좌측 광 경로를 향하는 좌측 광 신호와 우측 광 경로를 향하는 우측 광 신호로 분리한다.
반사기(435)는 경로분리기(430)에 의해 분리된 광 신호를 적외선 이미지 센서(460)를 향하도록 반사하여 경로를 변경한다. 예를 들어, 도 4를 참조하면, 경로분리기(430)에 의해 분리된 2개의 광 경로 중에서 좌측 광 경로를 향하는 좌측 광 신호는 반사기(435)에 의해 좌측 적외선 이미지 센서(461)를 향해 반사된다.
도 4를 참조하면, 3차원 광 검출 장치(400)는 경로분리기(430)와 적외선 이미지 센서(460) 사이에 적외선 대물 렌즈(450)를 더 포함할 수 있다. 적외선 대물 렌즈(450)는 경로분리기(430)를 통과한 형광 신호를 집광하여 적외선 이미지 센서(460)로 전달할 수 있다. 또한, 적외선 대물 렌즈(450)는 좌측 광 경로와 우측 광 경로에 각각 배치될 수 있다. 즉, 적외선 대물 렌즈(450)는 좌측 광 경로에 배치된 좌측 적외선 대물 렌즈(451) 및 우측 광 경로에 배치된 우측 적외선 대물 렌즈(452)를 포함한다.
적외선 이미지 센서(460)는 경로분리기(430)에 의해 경로가 좌측과 우측으로 분리된 광 신호 중 형광 신호를 각각 검출할 수 있다. 구체적으로, 좌측 광 경로에 배치된 좌측 적외선 이미지 센서(461)는 경로분리기(430)에 의해 경로가 분리되어 좌측 광 경로를 따라 전달된 좌측 광 신호 중에서 형광 신호를 검출할 수 있고, 우측 광 경로에 배치된 우측 적외선 이미지 센서(462)는 경로분리기(430)에 의해 경로가 분리되어 우측 광 경로를 따라 전달된 우측 광 신호 중에서 형광 신호를 검출할 수 있다.
이와 같이, 형광 신호는 경로분리기(430)와 반사기(435)에 의해 2개의 광 경로로 분리되고, 이러한 2개의 광 경로는 서로 평행하면서 경로 상의 거리 차이가 존재한다. 이에, 형광 신호는 상술한 2개의 광 경로인 좌측 및 우측 광 경로를 통해 각각 좌측 적외선 이미지 센서(461) 및 우측 적외선 이미지 센서(462)에 도달한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 3차원 광 검출 장치(400)는 경로분리기(430)와 반사기(435)에 의해 하나의 밴드 리젝션 필터와 선택적으로 적용가능한 렌즈부만으로 3차원으로 형광 신호를 검출할 수 있도록 광 경로를 좌측과 우측으로 분리할 수 있다. 이에, 3차원 광 검출 장치(400)는 보다 소형화되고 간단한 구성만으로 광 경로를 좌측과 우측으로 분리할 수 있고 이에 따라 다중 파장의 형광 신호를 3차원으로 검출하여 출력할 수 있다.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 3차원 광 검출 장치의 개략적인 블록 다이어그램이다. 도 5에 도시된 3차원 광 검출 장치(401)는 도 4의 3차원 광 검출 장치(400)에서 파장분리기(540), 가시광선 대물 렌즈(570), 및 가시광선 이미지 센서(580)를 더 포함하고 나머지 구성은 실질적으로 동일하므로, 동일한 구성에 대한 중복 설명은 생략한다.
도 5를 참조하면, 파장분리기(540)는 적외선 이미지 센서(460)와 경로분리기(430) 사이에 배치된다. 또한, 파장분리기(540)는 좌측 광 경로와 우측 광 경로 상에 각각 배치될 수 있으며 좌측 파장분리기(541) 및 우측 파장분리기(542)를 포함한다. 구체적으로, 좌측 광 경로 상에 배치된 좌측 파장분리기(541)는 경로분리기(430)에 의해 좌측 광 경로로 분리되고 반사기(435)에 의해 경로가 변경된 좌측 광 신호를 형광 신호와 가시광 신호로 분리하고, 우측 광 경로 상에 배치된 우측 파장분리기(542)는 경로분리기(430)에 의해 우측 광 경로로 분리된 우측 광 신호를 형광 신호와 가시광 신호로 분리한다. 이에, 좌측 파장분리기(541)에 의해 분리된 형광 신호는 좌측 적외선 이미지 센서(461)를 향하고 좌측 파장분리기(541)에 의해 분리된 가시광 신호는 좌측 가시광선 이미지 센서(581)를 향한다. 마찬가지로, 우측 파장분리기(542)에 의해 분리된 형광 신호는 우측 적외선 이미지 센서(462)를 향하고 우측 파장분리기(542)에 의해 분리된 가시광 신호는 우측 가시광선 이미지 센서(582)를 향한다.
가시광선 이미지 센서(580)는 파장분리기(540)에 의해 분리된 좌측 광 신호 및 우측 광 신호 각각에서 가시광 신호를 검출한다. 가시광선 이미지 센서(580)는 좌측 가시광선 이미지 센서(581) 및 우측 가시광선 이미지 센서(582)를 포함한다. 도 5를 참조하면, 좌측 가시광선 이미지 센서(581)는 좌측 파장분리기(541)에 의해 좌측 광 경로를 따라 이동하는 좌측 광 신호로부터 분리된 가시광 신호를 검출하고, 우측 가시광선 이미지 센서(582)는 우측 파장분리기(542)에 의해 우측 광 경로를 따라 이동하는 우측 광 신호로부터 분리된 가시광 신호를 검출한다.
도 5를 참조하면, 3차원 광 검출 장치(401)는 파장분리기(540)와 가시광선 이미지 센서(580) 사이에 가시광선 대물 렌즈(570)를 더 포함할 수 있다. 가시광선 대물 렌즈(570)는 파장분리기(540)로부터 분리된 가시광 신호를 집광하여 가시광선 이미지 센서(580)로 전달할 수 있다. 구체적으로, 좌측 광 경로에 배치된 좌측 가시광선 대물 렌즈(571)는 좌측 파장분리기(541)로부터 분리된 좌측 가시광 신호를 좌측 가시광선 이미지 센서(581)로 전달할 수 있고, 우측 광 경로에 배치된 우측 가시광선 대물 렌즈(572)는 우측 파장분리기(542)로부터 분리된 우측 가시광 신호를 우측 가시광선 이미지 센서(582)로 전달할 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 3차원 광 검출 장치(401)는 광 신호를 파장분리기(540)를 통해 형광 신호와 가시광 신호로 분리하여, 경로분리기(430)와 반사기(435)를 통해 좌측과 우측으로 분리된 광 신호를 각각 형광 신호와 가시광 신호로 분리할 수 있다. 즉, 3차원 광 검출 장치(401)는 좌측과 우측에서 각각 형광 신호와 가시광 신호를 분리하여 검출할 수 있다. 이에, 3차원 광 검출 장치(401)는 경로분리기(430) 및 반사기(435)를 포함함으로써 렌즈와 필터의 수를 줄여 구성을 간결하게 할 수 있고, 이와 동시에 다중 파장의 형광 신호를 구별하여 검출하면서 가시광 신호도 검출함으로써, 복수의 형광 신호와 가시광 신호를 구별하여 3차원으로 표현하게 할 수 있다. 본 발명에 따른 3차원 광 검출 장치를 포함하는 의료 장비에서는 복수의 조영제를 사용하여 복수의 종류의 표적 세포(예를 들어, 암세포)를 서로 다른 색상으로 구분하여 확인할 수 있으며, 이를 3차원으로 표시함에 따라 보다 정확하고 정밀한 진단을 가능하게 할 수 있다.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 3차원 광 검출 장치의 개략적인 블록 다이어그램이다. 도 6에 도시된 3차원 광 검출 장치(600)는 도 4의 3차원 광 검출 장치(400)에서 경로분리기(430) 및 반사기(435) 대신에 회전 편향 소자(630)를 포함하는 것으로, 밴드 리젝션 필터(410) 및 렌즈부(420)는 도 4의 3차원 광 검출 장치(400)에서와 실질적으로 동일하므로, 동일한 구성에 대한 중복 설명은 생략한다.
도 6을 참조하면, 3차원 광 검출 장치(600)는 경로분리기로 회전 편향 소자(630)를 포함하며, 이에 따라 하나의 적외선 대물 렌즈(650) 및 하나의 적외선 이미지 센서(660)를 포함한다.
경로분리기인 회전 편향 소자(630)는 일정한 시간에 따라 밴드 리젝션 필터(410) 및 렌즈부(420)를 통과한 광 신호의 편향을 변경함으로써, 광 신호의 경로를 시간적으로 또는 공간적으로 분리할 수 있다. 이에, 회전 편향 소자(630)를 통과한 광 신호는 일정한 시간 간격마다 특정 편향을 갖도록 변경되어 적외선 이미지 센서(660)를 향하며, 시간 간격 및 편향을 조절하여 2가지 이상의 광 경로를 갖는 광 신호로 분리될 수 있다. 즉, 회전 편향 소자(630)는 광 신호를 시간 또는 편향에 따라 좌측 광 신호와 우측 광 신호로 분리할 수 있다. 특히, 도 6에서의 회전 편향 소자(630)는 밴드 리젝션 필터(410) 및 렌즈부(420)를 통과한 광 신호를 시간 또는 편향에 따라 좌측 형광 신호와 우측 형광 신호로 분리할 수 있다.
회전 편향 소자(630)에 의해 좌측 광 경로와 우측 광 경로로 분리된 광 신호는 하나의 적외선 대물 렌즈(650)를 통과하여 하나의 적외선 이미지 센서(660)에 도달할 수 있다. 이에, 적외선 이미지 센서(660)는 회전 편향 소자(630)에 의해 시간 또는 편향에 따라 좌측 광 경로와 우측 광 경로로 분리된 형광 신호를 검출할 수 있다. 즉, 적외선 이미지 센서(660)는 시간 또는 편향에 따른 좌측 형광 신호와 우측 형광 신호를 구분하여 검출할 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 3차원 광 검출 장치(600)는 회전 편향 소자(630)에 의해 광 신호를 2가지 경로의 광 신호로 간단하게 분리할 수 있다. 나아가, 회전 편향 소자(630)에 의해 좌측 광 신호와 우측 광 신호로 분리된 광 신호는 하나의 적외선 대물 렌즈(650)를 통과하고, 하나의 적외선 이미지 센서(660)에 의해 좌측 광 경로 상의 형광 신호와 우측 광 경로 상의 형광 신호가 분리되어 검출될 수 있다. 이에, 3차원 광 검출 장치(600)는 적은 수의 이미지 센서와 대물렌즈를 사용하여 보다 간단하게 구현될 수 있으며, 이를 통해 3차원 광 검출 장치의 소형화 및 경량화가 가능해진다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 3차원 광 검출 장치의 개략적인 블록 다이어그램이다. 도 7의 3차원 광 검출 장치(601)는 도 6의 3차원 광 검출 장치(600)에서 파장분리기(740), 가시광선 대물 렌즈(770), 및 가시광선 이미지 센서(780)를 더 포함하여, 나머지 구성은 실질적으로 동일하므로, 동일한 구성에 대한 중복 설명은 생략한다.
도 7을 참조하면, 파장분리기(740)는 적외선 이미지 센서(660)와 밴드 리젝션 필터(410) 사이에 배치된다. 이에, 밴드 리젝션 필터(410)와 렌즈부(420)를 통과한 광 신호 중에서 형광 신호는 파장분리기(740)를 통과하여 적외선 이미지 센서(660)로 전달되고, 밴드 리젝션 필터(410)와 렌즈부(420)를 통과한 광 신호 중에서 가시광 신호는 파장분리기(740)에 의해 분리되어 가시광선 이미지 센서(780)로 전달된다.
도 7을 참조하면, 가시광선 대물 렌즈(770)는 파장분리기(740)와 가시광선 이미지 센서(780) 사이에 배치된다. 이에, 파장 분리기(740)에 의해 분리된 가시광 신호가 가시광선 대물 렌즈(770)를 통과하여 가시광선 이미지 센서(780)에 도달한다. 따라서, 가시광선 이미지 센서(780)는 파장분리기(740)에 의해 분리된 가시광 신호를 검출한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 3차원 광 검출 장치(601)는 광 신호를 파장분리기(740)를 통해 형광 신호와 가시광 신호로 분리하여, 형광 신호는 회전 편향 소자(630)를 통과하여 적외선 이미지 센서(660)로 전달되고 가시광 신호는 가시광선 이미지 센서(780)에 전달된다. 이에, 3차원 광 검출 장치(601)는 형광 신호를 3차원으로 파장을 구별하여 검출하고 출력할 수 있고, 동시에 가시광 신호를 검출하여 출력할 수도 있다.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 3차원 광 검출 장치의 개략적인 블록 다이어그램이다. 도 8의 3차원 광 검출 장치(602)는 도 7의 3차원 광 검출 장치(601)에서 가시광선 이미지 센서(880)를 향한 가시광선 회전 편향 소자(830)를 더 포함하여, 나머지 구성은 실질적으로 동일하므로, 동일한 구성에 대한 중복 설명은 생략한다.
도 8을 참조하면, 가시광선 회전 편향 소자(830)는 파장분리기(740)와 가시광선 이미지 센서(880) 사이에 배치된다. 가시광선 회전 편향 소자(830)는 파장분리기(740)에 의해 분리된 가시광 신호의 편향을 변경함으로써, 가시광 신호의 경로를 시간적으로 또는 공간적으로 분리할 수 있다. 이에, 가시광선 회전 편향 소자(830)를 통과한 가시광 신호는 일정한 시간 간격마다 특정 편향을 갖도록 변경되어 가시광선 이미지 센서(880)를 향하며, 시간 간격 및 편향을 조절하여 2가지 이상의 광 경로를 갖는 가시광 신호로 분리될 수 있다. 즉, 가시광선 회전 편향 소자(830)는 파장분리기(740)에 의해 분리된 가시광 신호를 시간 또는 편향에 따라 좌측 가시광 신호와 우측 가시광 신호로 분리할 수 있다.
가시광선 회전 편향 소자(830)에 의해 좌측 광 경로와 우측 광 경로로 분리된 가시광 신호는 하나의 가시광선 대물 렌즈(870)를 통과하여 하나의 가시광선 이미지 센서(880)에 도달할 수 있다. 이에, 가시광선 이미지 센서(880)는 가시광선 회전 편향 소자(830)에 의해 시간 또는 편향에 따라 좌측 광 경로와 우측 광 경로로 분리된 가시광 신호를 구분하여 검출할 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 3차원 광 검출 장치(602)는 파장분리기(740)를 통해 분리된 형광 신호와 가시광 신호를 각각 회전 편향 소자(630)와 가시광선 회전 편향 소자(830)를 통과시킴으로써, 형광 신호와 가시광 신호를 각각 좌측 광 경로와 우측 광 경로로 분리할 수 있다. 이에, 3차원 광 검출 장치(602)는 하나의 적외선 이미지 센서(660)를 통해 3차원의 형광 신호를 검출하여 출력할 수 있고, 하나의 가시광선 이미지 센서(880)를 통해 3차원의 가시광 신호를 검출하여 출력할 수 있다. 이에, 3차원 광 검출 장치(602)는 파장분리기(740), 회전 편향 소자(630), 및 가시광선 회전 편향 소자(830)를 포함함으로써 렌즈와 필터의 수를 줄여 구성을 간결하게 할 수 있고, 이와 동시에 다중 파장의 형광 신호와 가시광 신호를 구별하여 3차원으로 검출하고 표현하게 할 수 있다. 본 발명에 따른 3차원 광 검출 장치를 포함하는 의료 장비에서는 복수의 조영제를 사용하여 복수의 종류의 표적 세포(예를 들어, 암세포)를 서로 다른 색상으로 구분하여 확인할 수 있으며, 다른 주변의 세포나 장기들도 컬러로 표시하여 이를 3차원으로 표시함에 따라 보다 정확하고 정밀한 진단을 가능하게 할 수 있다. 나아가, 여러 종류의 조영제에 따른 서로 다른 파장의 여러 형광 신호로 한번에 구별할 수 있게 됨으로써, 여러 부분의 병변이나 세포의 상태를 한번에 확인할 수 있다.
본 명세서에서, 각 블록은 특정된 논리적 기능(들)을 실행하기 위한 하나 이상의 실행 가능한 인스트럭션들을 포함하는 모듈, 세그먼트 또는 코드의 일부를 나타낼 수 있다. 또한, 몇 가지 대체 실시예들에서는 블록들에서 언급된 기능들이 순서를 벗어나서 발생하는 것도 가능함을 주목해야 한다. 예컨대, 잇달아 도시되어 있는 두 개의 블록들은 사실 실질적으로 동시에 수행되는 것도 가능하고 또는 그 블록들 또는 단계들이 때때로 해당하는 기능에 따라 역순으로 수행되는 것도 가능하다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 더욱 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 반드시 이러한 실시예로 국한되는 것은 아니고, 본 발명의 기술사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양하게 변형실시될 수 있다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 그러므로, 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100 다중 파장 광 조사 장치
200, 201, 400, 401, 600, 601, 602 3차원 광 검출 장치
210 대물 렌즈
220, 410 밴드 리젝션 필터
221 좌측 밴드 리젝션 필터
222 우측 밴드 리젝션 필터
230 줌 렌즈
231 좌측 줌 렌즈
232 우측 줌 렌즈
260, 460, 660 적외선 이미지 센서
261, 461 좌측 적외선 이미지 센서
262, 462 우측 적외선 이미지 센서
300 제어 장치
340, 540, 740 파장분리기
341, 541 좌측 파장분리기
342, 542 우측 파장분리기
350, 450, 650 적외선 대물 렌즈
351, 451 좌측 적외선 대물 렌즈
352, 452 우측 적외선 대물 렌즈
370, 570, 770, 870 가시광선 대물 렌즈
371, 571 좌측 가시광선 대물 렌즈
372, 572 우측 가시광선 대물 렌즈
380, 580, 780, 880 가시광선 이미지 센서
381, 581 좌측 가시광선 이미지 센서
382, 582 우측 가시광선 이미지 센서
420 렌즈부
430 경로분리기
435 반사기
630 회전 편향 소자
870 가시광선 회전 편향 소자
900 샘플(다이)
200, 201, 400, 401, 600, 601, 602 3차원 광 검출 장치
210 대물 렌즈
220, 410 밴드 리젝션 필터
221 좌측 밴드 리젝션 필터
222 우측 밴드 리젝션 필터
230 줌 렌즈
231 좌측 줌 렌즈
232 우측 줌 렌즈
260, 460, 660 적외선 이미지 센서
261, 461 좌측 적외선 이미지 센서
262, 462 우측 적외선 이미지 센서
300 제어 장치
340, 540, 740 파장분리기
341, 541 좌측 파장분리기
342, 542 우측 파장분리기
350, 450, 650 적외선 대물 렌즈
351, 451 좌측 적외선 대물 렌즈
352, 452 우측 적외선 대물 렌즈
370, 570, 770, 870 가시광선 대물 렌즈
371, 571 좌측 가시광선 대물 렌즈
372, 572 우측 가시광선 대물 렌즈
380, 580, 780, 880 가시광선 이미지 센서
381, 581 좌측 가시광선 이미지 센서
382, 582 우측 가시광선 이미지 센서
420 렌즈부
430 경로분리기
435 반사기
630 회전 편향 소자
870 가시광선 회전 편향 소자
900 샘플(다이)
Claims (9)
- 광원으로부터 방출된 다중 파장의 광이 샘플에 조사되어 상기 샘플로부터 반사되거나 발산된 광 신호를 검출하는 3차원 광 검출 장치로서,
상기 샘플을 향해 배치된 대물 렌즈;
상기 광 신호로부터 상기 광원의 여기된(excited) 광 신호를 제거하는 밴드 리젝션 필터; 및
상기 밴드 리젝션 필터를 통과한 상기 광 신호에서 형광 신호를 검출하는 적외선 이미지 센서를 포함하고,
상기 적외선 이미지 센서는, 상기 광 신호의 경로 차이로 인해 분리된 2종류의 형광 신호를 구별하여 검출하고, 상기 경로 차이는 상기 광 신호가 상기 적외선 이미지 센서에 도달하는 시간 또는 상기 광 신호가 상기 적외선 이미지 센서까지 도달하는 거리에 의해 생성된,
3차원 광 검출 장치. - 제1항에 있어서,
상기 밴드 리젝션 필터와 상기 적외선 이미지 센서 사이에 배치된 줌 렌즈를 더 포함하고,
상기 광 신호의 경로는 좌측 광 경로와 우측 광 경로를 포함하고,
상기 줌 렌즈 및 상기 밴드 리젝션 필터는 상기 좌측 광 경로와 상기 우측 광 경로에 각각 배치된,
3차원 광 검출 장치. - 제2항에 있어서,
상기 적외선 이미지 센서와 상기 줌 렌즈 사이에 배치된 파장분리기; 및
상기 파장분리기에 의해 상기 광 신호로부터 분리된 가시광 신호를 검출하는 가시광선 이미지 센서를 더 포함하는,
3차원 광 검출 장치. - 광원으로부터 방출된 다중 파장의 광이 샘플에 조사되어 상기 샘플로부터 반사되거나 발산된 광 신호를 검출하는 3차원 광 검출 장치로서,
상기 샘플을 향해 배치된 렌즈부;
상기 렌즈부와 상기 샘플 사이에 배치되고, 상기 광 신호로부터 상기 광원의 여기된 광 신호를 제거하는 밴드 리젝션 필터;
상기 밴드 리젝션 필터를 통과한 광 신호를 2개의 광 경로로 광 신호로 분리하는 경로분리기; 및
상기 경로분리기에 의해 경로가 분리된 상기 광 신호 중 형광 신호를 각각 검출하는 적외선 이미지 센서를 포함하고,
상기 형광 신호는 서로 평행하면서 경로 상의 거리 차이가 존재하는 2개의 광 경로를 통해 상기 적외선 이미지 센서에 도달하고,
상기 렌즈부는 대물 렌즈 및 줌 렌즈 중 적어도 하나를 포함하는,
3차원 광 검출 장치. - 제4항에 있어서,
상기 경로분리기는 빔 스플리터(beam splitter)이고,
상기 빔 스플리터에 의해 분리된 상기 광 신호 중 하나가 상기 적외선 이미지 센서를 향하도록 경로를 변경해주는 반사기를 더 포함하는,
3차원 광 검출 장치. - 제5항에 있어서,
상기 적외선 이미지 센서와 상기 경로분리기 사이에 배치된 파장분리기; 및
상기 파장분리기에 의해 분리된 각각의 가시광 신호를 각각 검출하는 가시광선 이미지 센서를 더 포함하는,
3차원 광 검출 장치. - 제4항에 있어서,
상기 경로분리기는 회전 편향 소자이고,
상기 적외선 이미지 센서는 상기 회전 편향 소자에 의해 시간에 따라 좌측 광 경로와 우측 광 경로로 분리된 상기 형광 신호를 검출하는,
3차원 광 검출 장치. - 제7항에 있어서,
상기 적외선 이미지 센서와 상기 밴드 리젝션 필터 사이에 배치된 파장분리기; 및
상기 파장분리기에 의해 분리된 가시광 신호를 검출하는 가시광선 이미지 센서를 더 포함하는,
3차원 광 검출 장치. - 제8항에 있어서,
상기 파장분리기와 상기 가시광선 이미지 센서 사이에 배치된 가시광선 회전 편향 소자를 더 포함하고,
상기 가시광선 이미지 센서는 상기 가시광선 회전 편향 소자에 의해 시간에 따라 좌측 광 경로와 우측 광 경로로 분리된 가시광 신호를 검출하는,
3차원 광 검출 장치.
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|---|---|---|---|
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| KR1020210103305A KR102549929B1 (ko) | 2021-08-05 | 2021-08-05 | 3차원 광 검출 장치 |
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