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KR101406434B1 - 번들형 광섬유 프로브 - Google Patents

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KR101406434B1
KR101406434B1 KR1020130005812A KR20130005812A KR101406434B1 KR 101406434 B1 KR101406434 B1 KR 101406434B1 KR 1020130005812 A KR1020130005812 A KR 1020130005812A KR 20130005812 A KR20130005812 A KR 20130005812A KR 101406434 B1 KR101406434 B1 KR 101406434B1
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KR
South Korea
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optical fiber
laser beam
irradiation
illuminating
laser
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KR1020130005812A
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English (en)
Inventor
이호
손익부
김창환
전명진
박호용
Original Assignee
광주과학기술원
경북대학교 산학협력단
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Publication date
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Priority to PCT/KR2014/000464 priority patent/WO2014112801A1/ko
Priority to CN201480016634.4A priority patent/CN105074519B/zh
Priority to US14/761,859 priority patent/US9829634B2/en
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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{BUNDLE-TYPE OPTICAL FIBER PROBE}
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 6 (a) 내지 (c)는 일 실시예에 따른 번들형 광섬유 프로브의 변형 예이다.
도 7 (a) 내지 (b)는 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 6 (a) 내지 (c)는 일 실시예에 따른 번들형 광섬유 프로브의 변형 예이고, 도 7 (a) 내지 (b)는 일 실시예에 따른 번들형 광섬유 프로브에서 서로 다른 높낮이로 배치되는 광섬유들을 도시하고, 도 8은 측면조사 광섬유에 금속 반사막이 형성된 모습을 도시한다.
도 6 (a) 내지 (c)를 참조하여, 전방조사 광섬유(110) 및 측면조사 광섬유(120)는 다양한 조합으로 형성될 수 있다.
도 6 (a) 또는 (b)는 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 6 (c)과 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 7 (a) 내지 (b)를 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 7 (a)와 같이, 전방조사 광섬유(110)를 통해 전방으로, 측면조사 광섬유(120)를 통해 높낮이가 다른 두 개의 측면으로 레이저 조사를 할 수 있다. 또한, 도 7 (b)와 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.
10: 번들형 광섬유 프로브
110: 전방조사 광섬유
120: 측면조사 광섬유
132, 134, 136: 제어부
1322: 레이저 빔 분할기
1324: 미러
1326, 1344: 빔 스위치
1328, 1346: 렌즈
1342: 스캐닝 미러
1362: 커플러
20: 번들형 광섬유 프로브 제조 장치
210: 광섬유 척
220: 척 고정 지그
230: 폴리머 튜브
240: 서클 클램프
A: 경사면
B: 경사각
C: 금속 반사막

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. 제2항에 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. 제2항에 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 전방조사 광섬유 또는 측면조사 광섬유를 감싸는 폴리머 튜브를 고정시키거나 상기 전방조사 광섬유 또는 측면조사 광섬유의 단부를 감싸는 글래스 튜브를 고정시킬 수 있는 서클 클램프;
    를 포함하는 번들형 광섬유 프로브 제조장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 폴리머 튜브는 상기 광섬유의 길이방향에 동축으로 배치되고, 내부로 상기 광섬유를 통과시켜 상기 광섬유를 모아주는 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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