KR101560361B1 - 의료용 조명장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 의료용 조명장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 엘이디의 빛을 집광하여 광섬유를 통해 전달한 후 사용자가 원하는 각도로 방출하여 조명하도록 함으로써 국소조명시 효과적으로 사용하도록 한 의료용 조명장치에 관한 것이다.
이를 위해, 본 발명은 엘이디와, 상기 엘이디가 내부에 설치되고 엘이디로 전원을 공급하도록 전원공급수단을 구비한 케이스와, 상기 케이스의 내부에 설치되어 상기 엘이디로부터 방사된 빛을 모아주어 광섬유의 입구로 집속시키는 집광렌즈와, 상기 케이스에 커넥터로 연결되어 상기 집광렌즈를 통과한 빛을 원하는 곳으로 전달하는 일정 길이의 광섬유와, 상기 광섬유의 출구에 설치되고 광섬유를 통해 전달된 빛을 원하는 각도로 방출하도록 변환렌즈가 설치된 엔드캡을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.

Description

의료용 조명장치{ILLUMINATING DEVICE FOR MEDICAL}

본 발명은 의료용 조명장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 엘이디의 빛을 집광하여 광섬유를 통해 전달한 후 사용자가 원하는 각도로 방출하여 조명하도록 함으로써 용도에 따라 효과적으로 빛을 방출하도록 한 의료용 조명장치에 관한 것이다.

광전송 장치는 일반적인 조명, 내시경 조명 또는 광통신모듈 등 다양한 분야에서 이용되는 장치를 말한다. 이러한 광전송 장치는 일반적으로 광을 모으기 위한 집광 시스템을 구비하고 있다. 일반적으로, 광원의 표면에서 수직으로 방출되는 광의 세기가 강하지만, 종래의 광전송 장치에 적용되는 집광 시스템의 렌즈는 퍼져나오는 광을 바로 집광하는 곡률로 설계되어 있기 때문에, 평행으로 방출되는 광을 완전히 활용하지 못하고 있다. 또한, 출력되는 광의 세기는, 광원의 세기에 비례하기 때문에, 종래의 광전송 장치에서는 고출력의 광원이 사용될 수밖에 없었다. 따라서, 종래의 광전송 장치는, 냉각장치 또는 파워 서플라이 등의 보조적 장치들이 구비되어야 하기 때문에, 부피가 크고, 무거우며, 고 전력이 사용되었다.

상기한 바와 같은 광전송 장치의 일 예인, LED를 사용하여 제조되고 있는 일반적인 내시경은, 내시경 전두부에 카메라 모듈과 함께 적어도 하나 이상의 LED를 구비하고 있기 때문에, 전두부의 넓이가 넓어져서 미세한 곳에서의 활용능력과 방수능력이 떨어지고 있으며, 고파장대의 광에서 손실이 있기 때문에 사용장소가 제한되고 있다.

또한, 광섬유에 빛을 집광시켜 전달하는 형태 또는 광원을 광섬유에 근접 접착하여 바로 넣어 주는 방식을 이용하고 있는 내시경은, 광 손실의 주가 되는 매질에서 공기 중으로 나올 때의 손실과 공기 중에서 다시 광섬유로 들어갈 때의 손실의 원리가 적용되어 손실이 크고, 난반사 되는 빛을 집광하여 주지 못하여서 효율이 떨어지고, 전달하는 광량이 적으며, 제조의 어려움과 진동과 이동에 있어서의 견고성이 떨어진다.

또한, 종래의 광전송 장치는 광원으로부터 출력된 광을 광섬유에 평행하게 입사시키는 기술이 부족하여 활용성이 떨어지고 있는 문제점이 있었다.

이러한 문제점을 해결하고자 특허등록 제1340605호(2013.11.29, 광섬유를 이용한 광전송 장치)가 개시되었다. 상기 특허기술은 광원에서 나오는 평행광이나 오목거울에 반사되어 평행으로 방사되는 광을 집광렌즈를 거쳐 집광하도록 한 후 광섬유로 입사시켜 광섬유의 종단에서 방사되도록 한 기술로서, 오목거울과 집광렌즈를 통해 광을 효과적으로 광섬유로 입사시키도록 하여 광 입사량을 증가시키도록 함은 물론 발광효율을 높이도록 한 기술이다.

그러나 상기 기술은 광섬유로 입사된 광을 단순히 종단에서 방사되도록 한 것으로, 방사되는 광량의 조절이 불가능함으로써 특정 용도로만 사용이 가능하고, 그에 따라 사용 용도에 따라 각각 방사량이 다른 조명장치를 구입하여야 하는 번거로움과 비용이 부담되는 문제점이 있었다.

본 발명의 배경이 되는 기술로, 등록특허공보 제1340605호(2013.11.29, 광섬유를 이용한 광전송 장치), 공개특허공보 제2006-0051201호(2006.05.19, 발광소자를 이용한 조명장치), 등록실용신안공보 제0454749호(2011.07.18, 의료용 광원장치)가 개시되어 있다.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 창안된 것으로, 본 발명의 목적은 광섬유를 통해 전달되어 방사되는 광의 각도를 사용자가 원하는 각도로 조절하여 사용할 수 있음으로써 하나의 조명장치로 각각의 용도에 필요한 광각을 갖도록 조절하여 사용할 수 있으며, 사용자가 엔드캡에 설치된 초점거리조절캡을 회전동작 또는 전후방으로 이동동작 등 간단한 조작을 통해 초점거리를 조절할 수 있어 취급이 용이하고 편리하게 사용할 수 있는 의료용 조명장치를 제공하는 데 있다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 구성은, 엘이디(10)와, 상기 엘이디(10)가 내부에 설치되고 엘이디(10)로 전원을 공급하도록 전원공급수단(25)을 구비한 케이스(20)와, 상기 케이스(20)의 내부에 설치되어 상기 엘이디(10)로부터 방사된 빛을 모아주어 광섬유(40)의 입구로 집속시키는 집광렌즈(30)와, 상기 케이스(20)에 커넥터로 연결되어 상기 집광렌즈(30)를 통과한 빛을 원하는 곳으로 전달하는 일정 길이의 광섬유(40)와, 상기 광섬유(40)의 출구를 감싸도록 설치되는 엔드캡(50)을 포함하여 이루어진 의료용 조명장치에 있어서, 상기 엔드캡(50)에는 일측이 엔드캡(50)을 감싼 채 그 엔드캡(50)에서 위치가 가변되게 나선결합되어 초점거리를 조절하고 타측 내부에 광섬유(40)를 통해 전달된 빛을 원하는 각도로 방출하도록 변환렌즈(55)가 구비된 초점거리조절캡(60)이 설치되고, 상기 케이스(20)의 내부에는 상기 집광렌즈(30)의 후단에 설치되어 집광렌즈(30)를 통과한 빛의 각도를 좁혀 광섬유(40)로 전달하도록 협각렌즈(35)가 더 설치되며, 상기 변환렌즈(55)를 통과한 빛을 광각으로 굴절시켜 방출시키고자 하는 경우 상기 변환렌즈(55)의 후단에 광각렌즈(65)가 설치되고, 상기 변환렌즈(55)를 통과한 빛을 협각으로 굴절시켜 방출시키고자 하는 경우 상기 변환렌즈(55)의 후단에 협각렌즈(70)가 설치된 것을 특징으로 한다.

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상기의 구성으로 이루어진 의료용 조명장치에 따르면, 용도 또는 작업상태에 따라 광의 각도를 조절하여 사용함으로써 발광효율 상승으로 사용상 편의성을 향상시키도록 함은 물론 충분한 조명을 제공하게 되며, 용도마다 각각 조명장치를 구비하지 않아도 됨으로써 구입에 따른 비용부담을 대폭 줄일 수 있게 되는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 의료용 조명장치의 개략적인 구조도,
도 2는 본 발명에 따른 의료용 조명장치에서 집광렌즈에 의해 빛이 굴절되어 광섬유로 집속되는 상태도,
도 3은 도 2에서 집광렌즈 후단에 협각렌즈가 설치된 상태도,
도 4a는 본 발명에 따른 의료용 조명장치에서 변환렌즈(광각렌즈)에 의해 빛이 굴절되어 방출되는 상태도,
도 4b는 본 발명에 따른 의료용 조명장치에서 변환렌즈(협각렌즈)에 의해 빛이 굴절되어 방출되는 상태도,
도 5는 도 4a에서 변환렌즈 후단에 광각렌즈가 설치된 상태도,
도 6은 도 4b에서 변환렌즈 후단에 협각렌즈가 설치된 상태도,
도 7은 본 발명에 따른 의료용 조명장치에서 엔드캡에 설치된 초점거리조절캡의 이동상태도.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 의료용 조명장치를 상세히 설명하기로 한다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 다른 의료용 조명장치는 엘이디(10), 케이스(20), 집광렌즈(30), 광섬유(40), 변환렌즈(55)가 설치된 엔드캡(50), 초점거리 조절을 위한 초점거리조절캡(60)을 포함하여 이루어져 있고, 사용용도로서 내시경은 물론, 수술 조명등이나 국소조명등으로 사용될 수 있다.

상기 엘이디(10)는 광원으로서 모듈화되어 있고, 상기 케이스(20)에 구비된 전원공급수단(25)으로부터 전원을 공급받아 발광되어 진다. 물론 상기 엘이디(10)는 엘이디 외에 OLED를 사용할 수도 있다.

상기 케이스(25)는 전원공급수단(25)은 물론 상기 엘이디(10)와 집광렌즈(30)가 내부에 설치되어 진다.

상기 집광렌즈(30)는 상기 케이스(20)의 내부에 엘이디(10)의 후단에 위치되게 설치되어 엘이디(10)로부터 방사된 빛을 모아주는 렌즈로서, 빛을 모아 광섬유(40)의 입구에 집속시키게 된다. 상기 집광렌즈(30)는 빛을 굴절시켜 상기 광섬유(40)로 정확히 전달할 수 있는 정도의 굴절율을 갖는 렌즈를 사용하도록 한다.

이때, 집광렌즈(30)의 후단에는 협각렌즈(35)를 더 구비할 수 있다. 상기 협각렌즈(35)는 상기 집광렌즈(30)를 통과한 빛의 각도를 더욱 좁혀주도록 하여 광섬유(40)로 전달하는 렌즈로서, 오목렌즈를 사용할 수도 있고 표면에 패턴이 형성된 투명 또는 불투명 투과체를 사용할 수도 있다.

이때, 상기 협각렌즈(35)는 상기 집광렌즈(30)를 통과한 빛의 각도를 10°가량 굴절되게 하여 상기 광섬유(40)로 집속되게 할 수 있다.

또한, 상기 엘이디(10)의 외측으로 반사판(15)을 설치할 수 있는데, 상기 반사판(15)을 설치한 경우에는 반사판에서 빛을 반사시켜 대략 45°의 지향각을 나타내도록 구현하고, 상기 집광렌즈(30)를 통과하면서 약 10°가량 굴절되어 대략 35°의 지향각을 나타내도록 할 수 있다.

물론, 상기 협각렌즈(35)를 구비한 경우에는 35°에서 더 줄어들어 대략 25°의 지향각을 나타내게 되는 것이다.

따라서, 엘이디(10)로부터 방사된 빛을 상기 광섬유(40)로 효과적으로 집속시킬 수 있게 되는 것이다.

상기 광섬유(40)는 집광렌즈(30)를 통과한 빛을 전달하는 매개체 역할을 하는 것으로 일정길이로 형성된다. 본 발명의 조명장치가 내시경에 사용될 경우에는 광섬유 입구에 집속된 빛은 내시경으로 전달되어 의료진이 원하는 환자의 환부를 비추게 되는 것이고, 내시경에 연결하여 사용하지 않고 본 발명의 조명장치 자체를 환자의 환부를 비춰주는 조명용으로 사용할 수도 있다.

이러한 광섬유(40)는 상기 케이스(20)에 커넥터로 연결되어 진다. 상기 커넥터는 높은 수준의 기계적 강도 및 내구성을 제공하면서 높은 주파수에서 반사와 감쇠를 최소화하도록 통상 사용되는 공지의 SMA커넥터를 이용한다.

여기서, 본 발명에 사용되는 상기 광섬유(40)는 유리광섬유인 것이 바람직하다.

상기 광섬유(40)를 유리광섬유로 사용하는 이유는 의료용의 국소조명용으로 사용하는 경우에는 광전송 효율이 높아야 하고 전송손실을 최소화하도록 하여 효율을 극대화시킬 수 있도록 하기 위한 것이며, 따라서 필수적으로 플라스틱광섬유가 아닌 유리광섬유로 이루어진 것을 사용하도록 한다.

상기 광섬유(40)의 출구에 설치되는 상기 엔드캡(50)은 광섬유의 출구를 감싸 보호함과 아울러 출구를 통해 유입되는 먼지 등의 이물질을 차단하도록 설치되는 것으로, 내부에는 상기 광섬유(40)를 통해 전달된 빛을 원하는 각도로 조절하여 방출하도록 변환렌즈(55)가 설치되어 있다.

상기 변환렌즈(55)는 광섬유(40)를 통해 전달된 빛을 굴절시켜 넓게 확산시키거나 좁게 모아 집광시키는 렌즈로서, 사용용도에 맞춰 빛을 굴절시켜 방사시키는 렌즈이다.

즉, 빛을 넓게 확산시켜야 하는 용도의 조명용으로 사용하는 경우에는 확산되는 렌즈를 사용하고, 빛을 좁게 집광시켜야 하는 용도의 조명용으로 사용하는 경우에는 집광렌즈를 사용하면 된다.

도 4a는 광각렌즈를 사용한 경우의 빛의 확산상태를 보인 도면이고, 도 4b는 협각렌즈를 사용한 경우의 빛의 집광상태를 보인 도면이다.

여기서, 사용자가 임의로 상기 변환렌즈(55)의 굴절각을 조절하도록 할 수도 있다.

이를 위해, 상기 엔드캡(50)에는 일측이 엔드캡(50)을 감싼 채 그 엔드캡(50)에서 위치가 가변되게 상기 초점거리조절캡(60)이 결합되어 설치되고, 그 초점거리조절캡(60)의 타측 내부에 상기 변환렌즈(55)를 결합하여 초점거리조절캡(60)의 위치조절을 통해 상기 변환렌즈(55)의 초점거리를 조절하도록 하여 변환렌즈의 굴절각을 조절할 수 있다.

상기 초점거리조절캡(60)의 위치가변구조는 엔드캡(50)에 회동되게 결합되게 하여 인위적인 수동회동을 통해 위치를 가변시키도록 할 수 있다.

여기서, 상기 초점거리조절캡(60)의 위치이동시 굴절각도의 조절간격은 최초 제작시 결정하도록 하고, 본 발명에서는 굴절각이 2°~ 5°간격으로 조절되게 할 수 있다.

한편, 상기 변환렌즈(55)를 통과한 빛을 광각으로 굴절시켜 방출시키고자 하는 경우, 상기 엔드캡(50)에는 상기 변환렌즈(55)의 후단에 설치되게 광각렌즈(65)가 더 설치될 수 있다.

따라서, 변환렌즈가 구비된 것에 비해 더 넓은 각도로 빛을 방출되게 하여 원하는 용도에 맞게 조명하여 사용할 수 있게 된다.

또한, 상기 변환렌즈(55)를 통과한 빛을 협각으로 굴절시켜 방출시키고자 하는 경우, 상기 엔드캡(50)에는 상기 변환렌즈(55)의 후단에 설치되게 협각렌즈(70)가 더 설치될 수 있다.

따라서, 변환렌즈가 구비된 것에 비해 더 좁은 각도로 빛을 방출되게 하여 원하는 용도에 맞게 조명하여 사용할 수 있게 된다.

상기와 같이 구성된 본 발명에 따르면, 엘이디(10)에서 방사된 빛은 집광렌즈(30)를 통과하면서 굴절되어져 모아지게 되고, 그 상태로 광섬유(40)의 입구로 집속되어 진다.

협각렌즈(35)가 구비된 경우에는 집광렌즈(30)를 통과한 빛이 협각렌즈(35)를 통과하면서 굴절되어 더 협각으로 모아지게 됨으로써 집광렌즈(30)를 통해 굴절되어 광섬유(40)의 가장자리쪽으로 집속되는 빛의 손실을 최소화할 수 있게 된다.

광섬유(40)로 집속된 빛은 광섬유(40)를 따라 이동되어 진 후 출구를 통해 방출되는데, 출구의 엔드캡(50)에 설치된 변환렌즈(55)를 통과하면서 굴절되어져 방출된다.

이때, 변환렌즈(55)가 광각렌즈인 경우에는 광각으로 굴절되어져 방출되고, 변환렌즈(55)가 협각렌즈인 경우에는 협각으로 굴절되어 방출되어 진다.

그리고 본 발명에서는 초점거리조절캡(60)을 회전시켜 방출되는 빛의 굴절각도를 조절하여 초점거리를 제어할 수 있는데, 사용자가 원하는 조명각도(광각인 경우 광각각도, 협각인 경우 협각각도)로 손쉽게 조절하여 해당 용도에 맞게 사용할 수 있는 장점이 있다.

이와 같이, 본 발명은 엘이디에서 방사되는 빛을 광섬유 입구로 효과적으로 집속한 후 광섬유 출구를 통해 해당 용도에 맞는 조명용으로 사용하도록 용도에 적합한 각도로 굴절시켜 변환하여 방출되도록 한 것으로, 의료용의 국소조명으로 효과적으로 사용할 수 있는 유용한 발명이다.

10: 엘이디 15: 반사판
20: 케이스 25: 전원공급수단
30: 집광렌즈 35,70: 협각렌즈
40: 광섬유 50: 엔드캡
55: 변환렌즈 60: 초점거리조절캡
65: 광각렌즈

Claims (6)

1. 엘이디(10)와, 상기 엘이디(10)가 내부에 설치되고 엘이디(10)로 전원을 공급하도록 전원공급수단(25)을 구비한 케이스(20)와, 상기 케이스(20)의 내부에 설치되어 상기 엘이디(10)로부터 방사된 빛을 모아주어 광섬유(40)의 입구로 집속시키는 집광렌즈(30)와, 상기 케이스(20)에 커넥터로 연결되어 상기 집광렌즈(30)를 통과한 빛을 원하는 곳으로 전달하는 일정 길이의 광섬유(40)와, 상기 광섬유(40)의 출구를 감싸도록 설치되는 엔드캡(50)을 포함하여 이루어진 의료용 조명장치에 있어서,
   상기 엔드캡(50)에는 일측이 엔드캡(50)을 감싼 채 그 엔드캡(50)에서 위치가 가변되게 나선결합되어 초점거리를 조절하고 타측 내부에 광섬유(40)를 통해 전달된 빛을 원하는 각도로 방출하도록 변환렌즈(55)가 구비된 초점거리조절캡(60)이 설치되고, 상기 케이스(20)의 내부에는 상기 집광렌즈(30)의 후단에 설치되어 집광렌즈(30)를 통과한 빛의 각도를 좁혀 광섬유(40)로 전달하도록 협각렌즈(35)가 더 설치되며,
   상기 변환렌즈(55)를 통과한 빛을 광각으로 굴절시켜 방출시키고자 하는 경우 상기 변환렌즈(55)의 후단에 광각렌즈(65)가 설치되고, 상기 변환렌즈(55)를 통과한 빛을 협각으로 굴절시켜 방출시키고자 하는 경우 상기 변환렌즈(55)의 후단에 협각렌즈(70)가 설치된 것을 특징으로 하는 의료용 조명장치.
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