KR101598352B1 - 레이저 투사 핸드피스 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 예컨대, 피부 치료, 내시경 수술 등의 의료 분야에서 정교한 수작업을 하는데 사용되는 레이저 투사 핸드피스가 개시된다. 개시된 레이저 투사 핸드피스는, 파이프(pipe) 형상의 렌즈 지지 경통, 렌즈 지지 경통을 에워싸며, 렌즈 지지 경통의 길이 방향으로 연장된 축선(軸線)을 기준으로 시계 및 반시계 방향으로 회전 가능한 다이얼 파이프(dial pipe), 렌즈 지지 경통 내부에 삽입 지지되고, 다이얼 파이프의 회전 방향 및 회전 각도에 따라 렌즈 지지 경통의 길이 방향으로 이동하는 렌즈(lens), 다이얼 파이프와 일체로 형성되고, 외주면에 복수의 서로 다른 패턴(pattern)이 형성된 패턴 파이프(pattern pipe). 및 패턴 파이프의 외주면 상의 미리 지정된 지점을 시각적으로 감지하는, 적어도 하나의 포토 센서(photo sensor)를 구비하고, 적어도 하나의 포토 센서가 감지하는 패턴이 패턴 파이프의 회전 방향 및 회전 각도에 따라 변경되도록 구성된다.

Description

레이저 투사 핸드피스{Laser projecting handpiece}
본 발명은 예컨대, 피부 치료, 내시경 수술 등의 의료 분야에서 정교한 수작업을 하는데 사용되는 레이저 투사 핸드피스에 관한 것이다.
의료 분야에서는 전통적으로 치과 기공이나 치과 치료 분야에서 핸드피스가 주로 이용되고 있고, 레이저빔(laser beam)을 이용한 치료나 수술이 발달함에 따라 피부 치료, 내시경 수술 등의 분야로 핸드피스의 사용 분야가 확대되고 있다. 레이저 투사 핸드피스는 그 내부에 렌즈(lens)를 구비하며, 핸드피스 내부에서 렌즈의 위치를 변경함에 의해 치료 부위에 조사되는 레이저빔의 직경을 조절할 수 있도록 구성된다.
그런데, 종래의 핸드피스는 변경되는 렌즈의 위치의 실시간으로 감지할 수 있는 수단이 구비되어 있지 않거나, 감지 수단이 구비되어 있다 하더라도 포텐시오미터(potentiometer) 또는 자기센서(magnetic sensor)를 이용한 감지 수단이기 때문에, 작동의 신뢰성이 낮고, 마찰로 인해 파티클(particle)이 발생하여 정확도가 떨어지고 고장 및 오작동이 잦은 문제점이 있었다.
대한민국 등록특허공보 제10-0821532호
본 발명은, 포토 센서를 이용하여 내부의 위치 가변 렌즈의 현재 위치를 실시간으로 정확하게 감지할 수 있는 레이저 투사 핸드피스를 제공한다.
본 발명은, 손으로 쥘 수 있는 펜(pen) 형상의 기구로서, 레이저빔(laser beam)을 전방으로 투사하는 레이저 투사 핸드피스에 있어서, 파이프(pipe) 형상의 렌즈 지지 경통, 상기 렌즈 지지 경통을 에워싸며, 상기 렌즈 지지 경통의 길이 방향으로 연장된 축선(軸線)을 기준으로 시계 및 반시계 방향으로 회전 가능한 다이얼 파이프(dial pipe), 상기 렌즈 지지 경통 내부에 삽입 지지되고, 상기 다이얼 파이프의 회전 방향 및 회전 각도에 따라 상기 렌즈 지지 경통의 길이 방향으로 이동하는 렌즈(lens), 상기 다이얼 파이프와 일체로 형성되고, 외주면에 복수의 서로 다른 패턴(pattern)이 형성된 패턴 파이프(pattern pipe). 및 상기 패턴 파이프의 외주면 상의 미리 지정된 지점을 시각적으로 감지하는, 적어도 하나의 포토 센서(photo sensor)를 구비하고, 상기 적어도 하나의 포토 센서가 감지하는 패턴이 상기 패턴 파이프의 회전 방향 및 회전 각도에 따라 변경되는 레이저 투사 핸드피스를 제공한다.
상기 패턴은 상기 패턴 파이프의 외주면에 그 길이 방향으로 이격되어 배열된 도트(dot)를 구비하여 구성될 수 있다.
본 발명에 의하면, 포토 센서를 이용하여 비접촉 방식으로 위치 가변 렌즈의 현재 위치를 실시간으로 정확하게 감지할 수 있으며, 작동의 신뢰성이 향상되고, 오작동 및 고장이 적다. 따라서, 이를 이용하여 치료 부위에 조사되는 레이저빔의 직경을 실시간으로 정확하고 신뢰성 있게 계산하여 알려주는 시스템을 구현할 수 있다.
도 1 및 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 레이저 투사 핸드피스의 분해 사시도로서, 도 1은 전방에서 본 도면이고, 도 2는 후방에서 본 도면이다.
도 3은 도 1 및 도 2의 레이저 투사 핸드피스의 단면도와, 이를 구비한 시스템을 도시한 구성도이다.
도 4는 도 5는 도 1 및 도 2의 회전 경통을 도시한 사시도 및 측면도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 레이저 투사 핸드피스를 상세하게 설명한다. 본 명세서에서 사용되는 용어(terminology)들은 본 발명의 바람직한 실시예를 적절히 표현하기 위해 사용된 용어들로서, 이는 사용자 또는 운용자의 의도 또는 본 발명이 속하는 분야의 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 따라서, 본 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
도 1 및 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 레이저 투사 핸드피스의 분해 사시도로서, 도 1은 전방에서 본 도면이고, 도 2는 후방에서 본 도면이고, 도 3은 도 1 및 도 2의 레이저 투사 핸드피스의 단면도와, 이를 구비한 시스템을 도시한 구성도이며, 도 4는 도 5는 도 1 및 도 2의 회전 경통을 도시한 사시도 및 측면도이다. 도 1 내지 도 5를 함께 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 레이저 투사 핸드피스(10)는 손으로 쥘 수 있는 펜(pen) 형상의 기구로서, 렌즈 지지 경통(18), 회전 경통(27), 렌즈(23), 인덱스 부재(index member)(33), 전방 연결 부재(15), 노즐 부재(11), 센서 지지 부재(35), 후방 연결 부재(47), 및 암 연결 부재(50)를 구비한다.
렌즈 지지 경통(18)은 파이프(pipe) 형상의 부재이며, 전방에 상대적으로 내경이 큰 제1 파이프(19)를 구비하고, 후방에 상대적으로 내경이 작은 제2 파이프(21)를 구비한다. 제1 파이프(19)와 제2 파이프(21)는 일체로 형성되고, 제1 파이프(19)에는 파이프 벽을 관통하며 외주면을 따라 나선형으로 연장된 나선 슬롯(slot)이 형성되어 있다.
회전 경통(27)은 일렬로 연장되며 일체로 형성된 다이얼 파이프(dial pipe)(28)와 패턴 파이프(pattern pipe)(30)를 구비한다. 다이얼 파이프(28)는 제1 파이프(19)를 밖에서 에워싸며, 렌즈 지지 경통(18)의 길이 방향, 즉 Z축과 평행한 방향으로 연장된 축선(軸線)(CL)을 기준으로 시계 및 반시계 방향으로 회전 가능하다. 패턴 파이프(30)는 제2 파이프(21)를 밖에서 에워싸며, 외주면에 복수의 서로 다른 패턴(pattern)이 형성되어 있다. 핸드피스(10)의 사용자는 상기 다이얼 파이프(30)를 손으로 쥐고 돌림으로써 제2 파이프(21)를 함께 회전시킬 수 있다.
렌즈(23)는 렌즈 지지 경통(18) 내부에 삽입 지지되고, 다이얼 파이프(28)의 회전 방향 및 회전 각도에 따라 렌즈 지지 경통(18)의 길이 방향으로 이동한다. 렌즈 지지 경통(18) 내에서 렌즈(23)의 위치 이동에 따라 치료 부위에 조사되는 레이저빔의 직경이 조절된다. 구체적으로 렌즈(23)는 링(ring) 형상 또는 파이프 형상의 렌즈 하우징(24)에 고정 지지되고, 렌즈 하우징(24)은 래디얼(radial) 방향으로 돌출된 하나의 돌기(25)를 구비한다. 렌즈 하우징(24)에 지지된 렌즈(23)는 제1 파이프(19) 내부에 삽입 장착되고, 상기 돌기(25)의 말단부는 나선 슬롯(20)을 통해 제1 파이프(19)의 바깥으로 돌출된다.
한편, 회전 경통(27)의 다이얼 파이프(28)에는 내주면에 그 길이 방향으로 연장된 하나의 돌기 수용 그루브(groove)(29)(도 4 참조)가 형성되며, 상기 돌기(25)의 말단부는 상기 돌기 수용 그루브(29)에 수용된다. 이와 같은 구성으로 사용자가 다이얼 파이프(28)를 쥐고 돌리면, 렌즈 지지 경통(18)은 회전하지 않으므로 돌기(25)가 돌기 수용 그루브(29)와 나선 슬롯(20)에 함께 구속되어 제1 파이프(18) 내에서 앞 또는 뒤로 이동한다. 렌즈(23)를 지지하는 렌즈 하우징(24)의 이동 방향과 이동량은 다이얼 파이프(28), 즉 회전 경통(27)의 회전 방향과 회전 각도에 따라 달라진다.
한편, 렌즈 지지 경통(18)의 전단부에는 전방 연결 부재(15)가 고정 결합되고, 전방 연결 부재(15)의 전단부에는 단면이 좁아지게 테이퍼(taper)진 노즐 부재(11)가 고정 결합된다. 노즐 부재(11)의 전방으로 레이저빔이 투사된다. 노즐 부재(11) 전단부에는 레이저빔과 치료 부위 간의 안전 거리를 유지하기 위한 안전 가이드(13)가 마련된다.
인덱스 부재(33)는 링(ring) 형상의 부재로서, 회전 경통(27)의 전방에 렌즈 지지 경통(18) 전단부의 외주면에 끼워진다. 인덱스 부재(33)는 사용자가 회전 경통(28)을 손으로 쥐고 돌린 후 손을 놓았을 때 회전 경통(27)이 변경된 자세를 유지하며 움직이지 않도록 해주는 부재이다. 이로 인해 회전 경통(28)의 회전으로 위치 변경된 렌즈(23)가 그 위치를 유지할 수 있다. 인덱스 부재(33)는 예컨대, 핀(pin)과 홀(hole)의 조합으로, 회전 경통(27)이 회전되었을 때 핀의 말단이 홀에 삽입되어 위치가 고정되는 소위 '핀 구조' 구비하거나, 위아래로 배열된 자석을 구비하여 자력에 의해 위치를 고정하는 소위 '자석 구조'를 구비할 수 있다.
센서 지지 부재(35)는 회전 경통(27)의 패턴 파이프(30)를 밖에서 에워싼다. 암 연결 부재(50)는 렌즈 지지 경통(18)의 제2 파이프(21)의 후단부에 고정 결합된다. 후방 연결 부재(47)는 센서 지지 부재(35)와 암 연결 부재(50)의 사이에 개재되어 암 연결 부재(50)와 센서 지지 부재(35)를 연결한다. 암 연결 부재(50)는 핸드피스(10)를 조종 가능하게 지지하는 관절 암(jointed arm)(미도시)에 고정 결합된다. 따라서, 회전 경통(27)과 렌즈(23), 및 렌즈 하우징(24)만이 렌즈 지지 경통(18)에 대해 회전 또는 이동 가능하고, 나머지 부재들은 렌즈 지지 경통(18)에 대해 고정된다.
상기 관절 암에는 레이저빔을 투사하는 광원으로서, 레이저 다이오드(laser diode)(2)(도 3 참조)가 구비된다. 레이저 다이오드(2)에서 투사된 레이저빔은 암 연결 부재(50)를 통해 핸드피스(10)로 진입하여 축선(CL)을 따라 진행하며, 렌즈 지지 경통(18)를 관통하고 노즐 부재(11)를 통해 핸드피스(10)의 전방으로 투사된다.
레이저 투사 핸드피스(10)는 렌즈(23)의 위치를 감지하는 수단을 구비한다. 상기 수단은 패턴 파이프(30)의 외주면에 형성된 복수의 서로 다른 패턴(pattern)들과, 패턴 파이프(30)의 외주면 상의 미리 지정된 지점을 시각적으로 감지하는 4개의 포토 센서(photo sensor)(44)를 구비한다. 상기 패턴 파이프(30) 외주면의 패턴은 패턴 파이프(30)의 길이 방향, 즉 Z축과 평행하게 이격되어 배열되는 도트(dot)(31)를 구비하여 구성된다. 도 4 및 도 5를 참조하면, 상기 도트(31)는 패턴 파이프(30)의 외주면에서 내측으로 음각 형성되어 있으나, 이에 한정되지 않으며, 외측으로 양각 형성될 수도 있고, 외주면을 관통하는 통공으로 형성될 수도 있다.
패턴 파이프(30)의 외주면에는 축선(CL)에 대해 등각도 간격으로 서로 다른 패턴이 형성된다. 도 5를 참조하여 예를 들면, (1)행부터 (6)행까지 각 행마다 하나씩 6개의 패턴이 형성된다. 가려져 있을 뿐 도 5에서 보이지 않는 패턴 파이프(30)의 뒷면에도 상기 6개의 패턴과 다른 복수 개의 패턴이 형성되어 있을 수 있다. 상기 각 행은 (i)부터 (iv)까지 열이 구비되며, 각 열에는 도트(31)가 형성되거나 형성되지 않을 수 있다. 구체적으로, (1)행은 (ii, iii, iv)열에 도트(31)가 존재하고, (2)행은 (i, iii, iv)열에 도트(31)가 존재하고, (3)행은 (iii, iv)열에 도트(31)가 존재하고, (4)행은 (i, ii, iv)열에 도트(31)가 존재하고, (5)행은 (ii, iv)열에 도트(31)가 존재하고, (6)행은 (i, iv)열에 도트(31)가 존재한다.
도 1 내지 도 3을 다시 참조하면, 4개의 포토 센서(44)는 각각 광(光)을 투사하는 발광부와, 광(광)을 수광(受光)하는 수광부를 구비하며, 센서 탑재 PCB(43)에 탑재된다. 상기 센서 탑재 PCB(43)는 렌즈 지지 경통(18)의 제2 파이프(21) 외주면에 고정 지지되는 PCB 커버(40)에 고정 지지되며, 센서 지지 부재(35)의 측면에 형성된 개구(37)를 통해 4개의 포토 센서(44)는 패턴 파이프(30) 외주면 상의 특정된 지점을 감지하게 된다. 하나의 포토 센서(44)가 (i) 내지 (iv)을 하나씩 담당하여 감지한다. 각 포토 센서(44)는 패턴 파이프(30)의 외주면에서 도트(31)가 있는 지점과 도트(31)가 없는 지점을 다르게 감지한다. 상기 발광부에서 투사된 빛이, 도트(31)가 있는 지점에서 반사되어 상기 수광부에 입사되는 경우와, 도트(31)가 없는 지점에서 반사되어 상기 수광부에 입사되는 경우에 형성되는 신호가 서로 다르기 때문에, 이 차이에 근거하여 각 포토 센서(44)가 담당하는 지점에서 도트(31)의 유무가 판별된다. 따라서, 회전 경통(27), 즉 패턴 파이프(30)의 회전 방향 및 회전 각도에 따라 4개의 포토 센서(44)가 감지하는 패턴의 종류가 변경된다.
도 3 및 도 5를 참조하여 구체적으로 예를 들면, 4개의 포토 센서(44)가 (ii, iii, iv)열에 도트(31)가 있고 (i)열에는 도트(31)가 없는 패턴을 감지하면, 이는 패턴 파이프(30)의 (1)행이 4개의 포토 센서(44)와 마주보는 자세로 회전 경통(27)의 회전 방향과 회전 각도가 변경되었음을 의미한다. 4개의 포토 센서(44)가 (i, iii, iv)열에 도트(31)가 있고 (ii)열에는 도트(31)가 없는 패턴을 감지하면, 이는 패턴 파이프(30)의 (2)행이 4개의 포토 센서(44)와 마주보는 자세로 회전 경통(27)의 회전 방향과 회전 각도가 변경되었음을 의미한다. 4개의 포토 센서(44)가 (iii, iv)열에 도트(31)가 있고 (i, ii)열에는 도트(31)가 없는 패턴을 감지하면, 이는 패턴 파이프(30)의 (3)행이 4개의 포토 센서(44)와 마주보는 자세로 회전 경통(27)의 회전 방향과 회전 각도가 변경되었음을 의미한다. 4개의 포토 센서(44)가 (i, ii, iv)열에 도트(31)가 있고 (iii)열에는 도트(31)가 없는 패턴을 감지하면, 이는 패턴 파이프(30)의 (4)행이 4개의 포토 센서(44)와 마주보는 자세로 회전 경통(27)의 회전 방향과 회전 각도가 변경되었음을 의미한다. 4개의 포토 센서(44)가 (ii, iv)열에 도트(31)가 있고 (i, iii)열에는 도트(31)가 없는 패턴을 감지하면, 이는 패턴 파이프(30)의 (5)행이 4개의 포토 센서(44)와 마주보는 자세로 회전 경통(27)의 회전 방향과 회전 각도가 변경되었음을 의미한다. 4개의 포토 센서(44)가 (i, iv)열에 도트(31)가 있고 (ii, iii)열에는 도트(31)가 없는 패턴을 감지하면, 이는 패턴 파이프(30)의 (6)행이 4개의 포토 센서(44)와 마주보는 자세로 회전 경통(27)의 회전 방향과 회전 각도가 변경되었음을 의미한다. 각 경우에 제1 파이프(19) 내부의 렌즈(23)의 위치는 서로 다르게 됨은 이미 설명한 바이다.
도 3을 다시 참조하면, 레이저 투사 핸드피스(10)를 구비하는 시스템은, 레이저 투사 핸드피스(10)와, 레이저 다이오드(2)를 포함하고 상기 핸드피스(10)를 지지하는 관절 암(미도시)과, 프로세서(processor)(4)와, 디스플레이 장치(6)를 구비할 수 있다. 상기 프로세서(4)는 4개의 포토 센서(44)에서 발생된 감지 신호를 수신하여 제1 파이프(19) 내에서 렌즈(23)의 위치와, 그에 따른 치료 부위에 입사되는 레이저빔의 직경을 계산한다. 디스플레이 장치(6)에는 상기 프로세서(4)에서 계산된 렌즈(23)의 위치와 레이저빔의 직경이 표시된다. 사용자가 회전 경통(27)을 손으로 쥐고 회전시키면 그 즉시 실시간으로 디스플레이 장치(6)에 렌즈(23)의 위치와 레이저빔의 직경이 표시되도록 구성될 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 보호범위는 첨부된 특허청구범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.
10: 레이저 투사 핸드피스 11: 노즐 부재
15: 전방 연결 부재 18: 렌즈 지지 경통
20: 나선 슬롯 23: 렌즈
27: 회전 경통 30: 패턴 파이프
33: 인덱스 부재 35: 센서 지지 부재
44: 포토 센서 50: 암 연결 부재

Claims (2)

  1. 손으로 쥘 수 있는 펜(pen) 형상의 기구로서, 레이저빔(laser beam)을 전방으로 투사하는 레이저 투사 핸드피스에 있어서,
    파이프(pipe) 형상의 렌즈 지지 경통;
    상기 렌즈 지지 경통을 에워싸며, 상기 렌즈 지지 경통의 길이 방향으로 연장된 축선(軸線)을 기준으로 시계 및 반시계 방향으로 회전 가능한 다이얼 파이프(dial pipe);
    상기 렌즈 지지 경통 내부에 삽입 지지되고, 상기 다이얼 파이프의 회전 방향 및 회전 각도에 따라 상기 렌즈 지지 경통의 길이 방향으로 이동하는 렌즈(lens);
    상기 다이얼 파이프와 일체로 형성되고, 외주면의 길이 방향에 따라 이격되어 홈 형상으로 파여서 형성된 도트 패턴이 원주 방향으로 이격되어 형성되며, 상기 각각의 도트 패턴이 모두 다른 패턴 파이프(pattern pipe); 및,
    상기 패턴 파이프의 외주면 상의 미리 지정된 지점을 시각적으로 감지하는, 적어도 하나의 포토 센서(photo sensor);를 구비하고,
    상기 적어도 하나의 포토 센서는 상기 도트패턴이 있을 수 있는 위치에 도트가 있는 지점과 도트가 없는 지점을 다르게 감지하는 것을 특징으로 하는 레이저 투사 핸드피스.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 패턴은 상기 패턴 파이프의 외주면에 그 길이 방향으로 이격되어 배열된 4개의 홈 형상의 도트(dot)를 구비하여 구성되는 것을 특징으로 하는 레이저 투사 핸드피스.
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