KR101410568B1 - 렌즈 배열체를 포함하는 광조사장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 오목한 제 1 렌즈와 볼록한 제 2 렌즈를 다수로 배열하는 렌즈 배열체를 통하여 레이저 다이오드에서 조사되는 광조사면적을 균일하게 함으로써 조사되는 빛의 중첩을 방지하고, 에너지 효율을 증대시키는 렌즈 배열체를 포함하는 광조사장치를 제공한다.

Description

렌즈 배열체를 포함하는 광조사장치{An irradiation apparatus including lens array}

본 발명은 렌즈 배열체를 포함하는 광조사장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 발광부에서 조사되는 빛을 렌즈 배열체에 의해 넓은 면적에 균일하게 조사시키는 렌즈 배열체를 포함하는 광조사장치에 관한 것이다.

최근, 광을 인체의 환부 또는 기관에 조사하여 생리작용을 활성화시킴으로써 치료효과를 거두는 광화학적 치료법이 이용되고 있다.

이러한 광화학적 작용은 식물의 탄소 동화작용에서 볼 수 있는데, 생체에 대해서도 생체 세포를 손상시키지 않을 정도의 저에너지의 광을 조사하면 세포를 활성화시켜서 환부의 자연치유력을 증진시키는 효과가 있는 것으로 알려져 있다.

이를 적극적으로 이용하여, 각종 질병을 치료하기 위한 치료법은 물론이고 환부에 직접 조사하는 저출력 레이저광 치료법(LLLT : Low Level Laser Therapy)이 연구 및 개발되고 있으며, 이와 같은 연구 및 개발의 결과에 따르면 일반적으로 600μm~1000μm 정도의 편광으로서 10mW~100mW 정도의 에너지를 갖는 광이 효과가 큰 것으로 알려져 있으며, 크기나 가격면에서 유리한 레이저 다이오드(LD : Laser Diode)나 엘이디(LED)와 같은 반도체 발광소자가 사용되는 추세에 있다.

하지만, 반도체 발광소자는 점광원에 가까우므로, 이러한 점광원을 저출력 레이저광 치료법(LLLT)에 적용하여 환부에 직접 광을 조사하는 광학적 치료장치는, 일정한 파장의 광을 환부에 동일한 강도로 균일하게 조사하도록 형성되어야 한다.

또한, 저출력 레이저광 치료법(LLLT)에 따르면, 저에너지의 광을 일정한 시간 동안 조사해야 하므로, 이러한 광학적 치료장치는 환부에 장시간 동안 부착하기에도 용이한 파스(pas)와 같은 시트(sheet)의 형태로 이루어지는 것이 바람직하다.

이를 위한 광학적 치료시트 및 치료장치는 다수의 엘이디를 배열하고, 상기 다수의 엘이디에서 조사되는 빛의 강도를 조절함으로써 균일한 빛을 조사하는 것으로 기재되어 있다.

그러나, 전술한 광학적 치료시트 및 치료장치는 엘이디를 촘촘하게 배치하는 경우 점광원에 해당하는 엘이디에서 조사되는 빛이 중첩되어 비효율적이며, 그렇지 않게 배치하는 경우 각각의 엘이디에서 조사되는 전체면적에서 조사되지 않는 부분이 발생하는 문제점이 있었다.

한편, 광을 환부에 균일한 강도로 조사되게 하기 위해서는, 상기에서 언급한 저에너지의 광을 발광하는 반도체 발광소자를 다수 개 마련하여 촘촘하게 배치해야 하지만, 이럴 경우에 광학적 치료장치의 무게도 증가하므로 사용하기에 어려운 문제점이 있었다.

따라서, 일반적인 반도체 발광소자는 발광 강도를 크게 제작하더라도 그 크기가 크게 증가하지 아니하므로, 광학적 치료장치는 발광 강도가 큰 적은 수의 반도체 발광소자를 사용하되 광을 적절히 분산시켜 필요로 하는 균일한 광면을 갖도록 하는 기술이 요구되는 실정이다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 오목한 제 1 렌즈와 볼록한 제 2 렌즈를 다수로 배열하는 렌즈 배열체를 통하여 레이저 다이오드에서 조사되는 광조사면적을 균일하게 하는 렌즈 배열체를 포함하는 광조사장치를 제공하는 것이다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명에 따른 렌즈 배열체를 포함하는 광조사장치는 고정부; 상기 고정부에 삽입되는 다수의 발광소자로 이루어진 발광부; 및 상기 발광부에서 발생한 빛의 조사방향 상에 상기 발광부와 이격되어 배치되는 렌즈 배열체;를 포함하고, 상기 렌즈 배열체는 2x2 이상의 행렬로 배열된 곡면 형상인 다수의 렌즈의 조합으로 이루어져 상기 발광부에서 발생하는 빛의 조사 면적을 증가시키는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 다수의 렌즈는 구형의 곡면을 포함하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 다수의 렌즈는 그 양측면이 오목한 제 1 곡면과 볼록한 제 2 곡면을 포함하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 제 1 곡면과 상기 제 2 곡면은 서로 직교하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 다수의 렌즈 각각은 오목한 제 1 곡면과 편평한 타면을 지닌 제 1 렌즈; 및 볼록한 제 2 곡면과 편평한 타면을 지닌 제 2 렌즈를 포함하고, 상기 제 1 렌즈의 편평한 면과 상기 제 2 렌즈의 편평한 면은 서로 마주보도록 배치되는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 고정부는, 정방형의 베이스판; 상기 다수의 발광소자와 전기적으로 연결되어 상기 베이스판의 하부에 배치되는 회로기판; 및 상기 베이스판의 상부에 배치되는 고정판을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 다수의 렌즈는 상기 발광소자와 각각 대응하도록 배치되고, 상기 다수의 렌즈 직경 및 상기 다수의 렌즈 중심 간의 피치는 7.5mm인 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 광조사장치는, 상기 회로기판과 전기적으로 연결되어 상기 회로기판에 전원을 공급하는 전원공급부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 발광소자는 레이저 다이오드인 것을 특징으로 한다.

상기한 바와 같은 본 발명은 볼록한 제 1 렌즈와 오목한 제 2 렌즈를 다수로 배열하는 렌즈 배열체를 통하여 레이저 다이오드에서 조사되는 광조사면적을 넓으면서도 균일하도록 함으로써 조사되는 빛의 중첩을 방지하는 효과가 발생한다.

또한, 본 발명은 상기한 빛의 중첩을 방지함에 따라 에너지 효율을 증대시키는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 렌즈 배열체를 포함하는 광조사장치의 일 방향에서의 사시도,
도 2는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 렌즈 배열체를 포함하는 광조사장치의 일 방향에서의 분해사시도,
도 3은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 렌즈의 일 방향에서의 사시도,
도 4의 (a)는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 렌즈의 일 방향에서의 사시도,
도 4의 (b)는 도 4의 (a)의 렌즈를 분리 배치한 상태를 보이는 사시도,
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 렌즈 배열체를 포함하는 광조사장치의 일체형 렌즈에 의한 광조사면적을 해석한 그래프,
도 6은 종래 기술에 따른 렌즈에 의한 광조사 분포를 나타낸 그래프,
도 7의 (a)는 종래 기술에 의한 광조사면적을 나타낸 사진, 및
도 7의 (b)는 본 발명의 실시예에 따른 렌즈 배열체를 포함하는 광조사장에 의한 광조사면적을 나타낸 사진이다.

본 발명에 따른 렌즈 배열체를 포함하는 광조사장치를 이루는 구성요소들은 필요에 따라 일체형으로 사용되거나 각각 분리되어 사용될 수 있다. 또한, 사용 형태에 따라 일부 구성요소를 생략하여 사용 가능하다.

본 발명에 따른 렌즈 배열체를 포함하는 광조사장치(100)의 바람직한 실시 예를 도 1 내지 도 6을 참조하여 설명한다. 이 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다. 또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 기술되어야 할 것이다.

<제 1 실시예 >

이하, 도 1 내지 도 3을 참조하여 본 발명의 제 1 실시예에 따른 렌즈 배열체를 포함하는 광조사장치(100)를 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 제 1 실시예에 따른 렌즈 배열체를 포함하는 광조사장치(100)는 고정부(110), 고정부(110)에 삽입되는 다수의 발광소자(121)로 이루어진 발광부(120), 발광부(120)에서 발생한 빛의 조사방향 상에 발광부(120)와 이격되어 배치되는 렌즈 배열체(130) 및 회로기판(112)과 전기적으로 연결되어 회로기판(112)에 전원을 공급하는 전원공급부(140)를 포함한다.

고정부(110)는 발광부(120) 및 렌즈 배열체(130)를 고정하고 외부에서 가해질 수 있는 충격으로부터 보호하는 기능을 하며, 이러한 고정부(110)는 정방형의 베이스판(111), 다수의 발광소자(121)와 전기적으로 연결되어 베이스판(111)의 하부에 배치되는 회로기판(112) 및 베이스판(111)의 상부에 배치되는 고정판(113)을 포함한다.

베이스판(111)은 가로와 세로의 길이가 서로 같은 정방형의 판부재이지만, 이에 한정되는 것은 아니다.

또한, 베이스판(111)의 중앙부에는 발광부(120)가 삽입될 수 있도록 다수의 관통홀(미도시)이 형성된다. 이때, 형성되는 상기 관통홀은 다수의 발광소자(121)와 대응하도록 다수 형성됨은 물론이다.

회로기판(112)은 다수의 발광소자(121)와 전기적으로 연결되어 베이스판(111)의 하부에 배치된다.

또한, 회로기판(112)의 일측은 도 1에 도시된 바와 같이 전원공급부(140)와 전기적으로 연결된다.

고정판(113)은 베이스판(111)의 상부에 배치된다.

또한, 고정판(113)은 베이스판(111)과 대응하도록 형성되되, 그 중앙부는 다수의 관통홀이 이루는 면적과 대응하도록 관통된다. 여기서, 고정판(113)의 중앙부에는 렌즈 배열체(130)가 배치된다.

발광부(120)는 회로기판(112)과 전기적으로 연결되어 빛을 조사하는 기능을 수행하며, 이러한 발광부(120)에는 발광소자(121)가 배열되어 이루어진다.

발광소자로는 레이저 다이오드를 적용하는 것이 바람직하나, 빛을 공급할 수 있는 것이라면 제한 없이 적용할 수 있음은 물론이다.

레이저 다이오드는 레이저 동작을 시키기 위한 전극을 2개 가지고 있는 반도체 레이저를 말한다. 레이저 다이오드의 특징은 소자 자체는 수백 ㎛각 정도의 크기와 소형으로서 구동전력이 작아 가하는 전류에 의해 레이저광을 직접 변조할 수 있고, 반도체 재료의 선택 조합에 의하여 가시에서 적외에 미치는 발광파장을 얻게 되는 것 등이다.

레이저 다이오드의 동작원리 특징은 유도방출의 과정이 전도대와 가전자대 혹은 불순물대간의 천이에 의하여 행해지고, 여기방법은 광여기, 전자 빔여기, 주입여기 등이 있고, 패브리ㆍ페로 공진기를 구성하는 반사경은 결정의 벽개면을 이용하여 구성할 수 있다. 레이저 다이오드의 재료로서는 Ga, As1-x, Px, Alx, Ga1-xAs, In1-x GaxAs 등, Ⅲ-V 화합물을 중심으로 하여 여러 가지 것이 있다.

한편, 발광소자(121)는 회로기판(112)과 전기적으로 연결되며, 전원공급부(140)에서 공급되는 전원을 통하여 빛을 발생시키게 된다. 이러한 발광소자(121)는 베이스판(113)에 형성된 다수의 관통홀에 각각 삽입된다.

렌즈 배열체(130)는 2x2 이상의 행렬로 배열된 곡면 형상인 다수의 렌즈(131)의 조합으로 이루어져 발광부(120)에서 발생하는 빛의 조사 면적을 증가시키는 역할을 한다. 구체적으로 2x4, 2x6 등의 비정방성 행렬로 배치되는 것도 가능하나, 바람직하게는 이러한 렌즈 배열체(130)는 다수의 렌즈(131)가 2x2, 4x4 등의 정방형으로 배열되어 이루어진다.

렌즈(131)는 그 일면이 구형의 곡면이며, 그 타면은 편평한 면으로 이루어진다. 다수의 렌즈(131)는 다수의 발광소자(121)와 각각 대응하도록 배치된다. 이때, 다수의 렌즈(131)의 볼록한 구면은 다수의 발광소자(121)에서 조사되는 빛의 방향을 따라 배치된다.

또한, 다수의 렌즈(131) 직경 및 다수의 렌즈(131) 중심 간의 피치는 7.5mm인 것이 바람직하다.

전원공급부(140)는 회로기판(112)의 일측과 전기적으로 연결되어 회로기판(112)에 전원을 공급하는 역할을 수행한다.

이상과 같이 본 발명에 따른 렌즈(131)는 다수 개가 렌즈 배열체(130)로 이루어져 실시되는 것을 설명하였으나, 단수의 렌즈(131)가 단독으로 단수의 발광소자(121)와 결합하여 빛을 조사하는 기능을 수행할 수도 있다.

<제 2 실시예 >

이하, 도 1, 도 2, 및 도 4의 (a), (b)를 참조하여 본 발명의 제 2 실시예에 따른 렌즈 배열체를 포함하는 광조사장치(100')를 설명한다. 다만, 제 2 실시예에서 렌즈(131')를 제외한 모든 구성요소들은 제 1 실시예의 구성요소들과 동일하므로 간략하게 설명하기로 하며, 렌즈(131')에 대하여 구체적으로 설명하도록 한다.

본 발명의 제 2 실시예에 따른 렌즈 배열체를 포함하는 광조사장치(100')는 고정부(110), 고정부(110)에 삽입되는 다수의 발광소자(121)로 이루어진 발광부(120), 발광부(120)에서 발생한 빛의 조사방향 상에 발광부(120)와 이격되어 배치되는 렌즈 배열체(130') 및 회로기판(112)과 전기적으로 연결되어 회로기판(112)에 전원을 공급하는 전원공급부(140)를 포함한다.

렌즈 배열체(130')는 2x2 이상의 행렬로 배열된 곡면 형상인 다수의 렌즈(131')의 조합으로 이루어져 발광부(120)에서 발생하는 빛의 조사 면적을 증가시키는 역할을 하며, 이러한 렌즈 배열체(130')는 다수의 렌즈(131')가 배열되어 이루어진다.

도 4의 (a)를 참조하면, 렌즈(131')는 그 양측면에 곡면을 포함한다. 구체적으로 렌즈(131')는 오목한 제 1 곡면과 볼록한 제 2 곡면을 포함한다. 바람직하게는, 제 1 곡면과 제 2 곡면은 서로 직교하도록 배치된다.

다수의 렌즈(131')는 발광부(120)의 다수의 발광소자(121)와 각각 대응하도록 배치된다. 이때, 다수의 렌즈(131')의 볼록한 부분은 다수의 발광소자(121)에서 조사되는 방향을 향하도록 배치된다.

여기에서, 상기 제 1, 2 구면들은 구형상을 이룰 수 있다.

또한, 다수의 렌즈(131') 직경 및 다수의 렌즈(131') 중심 간의 피치는 7.5mm인 것이 바람직할 수 있다.

한편, 도 4의 (b)를 참조할 때, 렌즈(131')는 분리형으로 배치될 수 있다. 구체적으로, 렌즈(131') 각각은 오목한 곡면인 제 1 곡면과 편평한 타면을 지닌 제 1 렌즈(131'a) 및 볼록한 구형인 제 2 곡면과 편평한 타면을 지닌 제 2 렌즈(131'b)를 포함한다.

제 1 렌즈(131'a)는 제 2 렌즈(131'b)와 동일선상에 배열된다.

또한, 제 1 렌즈(131'a)의 편평한 면과 제 2 렌즈(131'b)의 편평한 면은 서로 마주보도록 배치되며, 이러한 배열구조를 통하여 다수의 발광소자(121)에서 조사되는 빛은 보정되어 조사면적이 증가된다.

한편, 렌즈(131')는 복수가 아닌 단수로 사용할 수 있다. 즉, 단수의 렌즈(131')가 단독으로 단수의 발광소자(121)와 결합하여 빛을 조사하는 기능을 수행한다.

<본 발명과 종래 기술의 광조사면적 비교>

이하, 도 5 내지 7을 참조하여, 본 발명에 따른 렌즈 배열체를 포함하는 광조사장치(100, 100')와 종래 기술의 광조사면적을 비교하여 설명하면 다음과 같다.

우선, 도 5의 (a) 및 도 6의 (a)는 각각 본 발명에 따른 렌즈 배열체를 포함하는 광조사장치(100, 100') 및 종래 기술의 조사면적을 해석한 결과를 나타낸 것으로서, 붉은색으로 도시된 영역이 렌즈(131, 131')에 의해 보정된 광조사영역을 나타낸다.

도 5의 (a) 및 도 6의 (a)에서와 같이 본 발명에 따른 렌즈 배열체를 포함하는 광조사장치(100, 100')에 의해 보정된 광조사면적은 종래 기술의 광조사면적보다 넓고 균일하게 분포하여 조사되는 것을 확인할 수 있었다.

또한, 도 5의 (b), (c)는 도 5의 (a)에서 각각 x, y축에 따른 광조사면적을 나타낸 것이고, 도 6의 (b), (c)는 도 6의 (a)에서 각각 x, y축에 따른 광조사면적을 나타낸 것이다.

우선, 본 발명에 의해 빛이 최초로 조사되는 광조사범위는 도 5의 (b), (c)에서 -60mm ~ 60mm으로 120mm의 절대값을 나타낸 반면, 종래 기술에 의해 최초로 조사되는 광조사범위는 도 6의 (b), (c)에서 -10mm ~ 10mm, -25mm ~ 25mm으로 20mm, 50mm의 절대값을 나타낸 것으로 확인되었다.

또한, 본 발명에 의해 빛이 보정된 후 균일하게 조사되는 면적은 도 5의 (b), (c)에서 -40mm ~ 40mm으로 80mm의 절대값을 나타낸 반면, 종래 기술에 의해 빛이 보정된 후 균일하게 조사되는 면적은 0mm으로 점광원이 조사되는 것으로 확인되었다.

위와 같은 결과는 본 발명에 따른 렌즈(131, 131')에 의해 보정된 빛이 종래 기술보다 넓고 균일하게 조사되는 것을 보여준다.

다음, 도 7의 (a)는 종래 기술에 의한 광조사면적을 나타낸 사진이고, 도 7의 (b)는 본 발명의 제 1, 2 실시예에 의한 광조사면적을 나타낸 사진이다.

도시된 바와 같이 도 7의 (a)의 경우 5cm x 5cm의 면적에서 빛이 조사되지 않는 영역(A)가 존재하는 반면, 도 7의 (b)의 경우 5cm x 5cm의 면적에서 빛이 조사되지 않는 영역(A')가 존재하지 않는 것을 확인할 수 있었다.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 참조하여 설명하였지만, 당업계에서 통상의 지식을 가진 자라면 이하의 특허 청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역을 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

100, 100' : 렌즈 배열체를 포함하는 광조사장치
110 : 고정부
111 : 베이스판
112 : 회로기판
113 : 고정판
120 : 발광부
121 : 발광소자
130, 130' : 렌즈 배열체
131, 131' : 렌즈
131'a : 제 1 렌즈
131'b : 제 2 렌즈
140 : 전원공급부

Claims (9)

1. 고정부;
   상기 고정부에 삽입되는 다수의 발광소자로 이루어진 발광부; 및
   상기 발광부에서 발생한 빛의 조사방향 상에 상기 발광부와 이격되어 배치되는 렌즈 배열체;를 포함하고,
   상기 렌즈 배열체는 2x2 이상의 행렬로 배열된 곡면 형상인 다수의 렌즈의 조합으로 이루어져 상기 발광부에서 발생하는 빛의 조사 면적을 증가시키며,
   상기 다수의 렌즈는 그 양측면이 오목한 제 1 곡면과 볼록한 제 2 곡면을 포함하는 것을 특징으로 하는,
   렌즈 배열체를 포함하는 광조사장치.
   
2. 삭제
3. 삭제
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 제 1 곡면과 상기 제 2 곡면은 서로 직교하는 것을 특징으로 하는,
   렌즈 배열체를 포함하는 광조사장치.
   
5. 제 1 항에 있어서,
   상기 다수의 렌즈 각각은 상기 오목한 제 1 곡면과 편평한 면을 지닌 제 1 렌즈; 및
   상기 볼록한 제 2 곡면과 편평한 면을 지닌 제 2 렌즈를 포함하고,
   상기 제 1 렌즈의 편평한 면과 상기 제 2 렌즈의 편평한 면은 서로 마주보도록 배치되는 것을 특징으로 하는,
   렌즈 배열체를 포함하는 광조사장치.
   
6. 삭제
7. 삭제
8. 삭제
9. 제 1 항에 있어서,
   상기 발광소자는 레이저 다이오드인 것을 특징으로 하는,
   렌즈 배열체를 포함하는 광조사장치.

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