KR101622977B1 - 레이저 빔 출력 측정 장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 레이저 빔 출력 측정 장치 및 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 레이저 빔을 조사하고자 하는 부위에서의 레이저 빔의 출력 특성을 정확하게 측정하기 위한 레이저 출력 측정 장치 및 방법에 관한 것이다.
이를 위해 본 발명에서는 레이저 빔을 조사하는 레이저 빔 소스, 상기 레이저 빔 소스로부터 조사된 레이저 빔을 타켓으로 전달하는 광전달부, 상기 광전달부를 통해 조사되는 레이저 빔의 광축 상으로 포인트 빔을 조사하는 포인트 빔 소스, 상기 타겟에 대한 영상을 획득하기 위한 카메라 및 상기 카메라에서 얻어진 상기 레이저 빔과 포인트 빔에 대한 영상 정보로부터 타겟으로의 광 조사 거리를 산출하고 산출된 광 조사 거리로부터 타겟에서의 레이저 빔 출력 특성을 산출하는 연산부를 포함하는 레이저 빔 출력 측정 장치를 통해, 안전하고 정확한 치료가 이루어질 수 있도록 구성된다.

Description

레이저 빔 출력 측정 장치 및 방법 {Apparatus for measuring output of laser beam}

본 발명은 레이저 빔 출력 측정 장치 및 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 레이저 빔을 조사하고자 하는 부위에서의 레이저 빔의 출력 특성을 정확하게 측정하기 위한 레이저 출력 측정 장치 및 방법에 관한 것이다.

오늘날 치료 등의 목적을 위해 레이저빔을 피부에 조사하여 시술하는 다양한 레이저 치료 기법이 개발되고 있으며, 레이저 치료 기법의 이용을 위한 의료용 레이저 장치 역시 활발하게 연구되고 있다.

레이저를 이용한 치료 기법은 피부 재생, 미백, 주름이나 반점 제거, 기미 제거, 광역학 치료, 통증완화, 등 다양한 목적으로 사용되고 있으며, 레이저를 이용한다는 점을 제외하고 사용 목적에 따라서 장치 및 기법에는 차이가 있고, 동일 목적이라 하더라도 레이저빔을 조사하는 조건이나 사용하는 장치에 차이가 있다.

특히, 의료 목적의 레이저 치료를 위해 사용되는 레이저 치료 장치는 일반적으로 치료를 위한 광원으로써의 레이저 조사 수단과 상기 레이저 조사 수단으로부터 조사되는 광을 환자의 치료 부위에 전달하도록 구성된 광섬유 등으로 구성되는 광전달 장치로 구성된다.

이와 같이 레이저 조사수단 및 광 전달장치를 통해 치료부위로 조사되는 레이저 빔의 출력 특성, 즉, 출력 파워(output power)와 빔 형태(beam shape) 등은 레이저 조사수단 또는 광 전달장치의 종류 및 특성, 레이저 조사수단 또는 광 전달장치로부터 치료부위까지의 거리 등의 여러 조건에 의해 변화한다.

따라서, 레이저 빔 발생장치에서 출력되는 레이저 빔의 특성과 실제 치료 부위에 조사되는 레이저 빔의 특성은 서로 차이를 보이게 된다. 그러나, 레이저 빔을 의료용으로 이용하는 경우, 정확하고 안전한 치료를 위해서는 치료 부위에서의 레이저 빔의 정확한 출력 특성을 확인하는 것이 가장 바람직하다.

예를 들어, 기존에 이용되었던 레이저 빔의 출력 에너지에 대한 정보를 제공하는 방식의 일례로써, 레이저 조사수단 또는 광 전달장치와 결합 전에 레이저 빔 발생장치에서 출력되는 빔의 일부를 검출하여 레이저 빔의 출력 에너지를 제시하는 방식이 있다. 그러나, 이러한 방식의 경우, 앞서 설명한 바와 같이 레이저 조사수단 또는 광 전달장치의 형태 및 특성에 따라 레이저 빔 출력 특성이 달라지는 문제점이 나타난다. 따라서, 치료부위로 조사되는 레이저 빔의 정확한 출력 특성에 대한 정보를 제공할 수 없게 된다.

기존에 이용되었던 또 다른 방식으로, 레이저 빔 발생장치에서 출력되는 빔이 레이저 조사수단 또는 광 전달장치를 거쳐 출력되는 빔의 일부를 검출하여 레이저 빔의 출력 에너지를 제시하는 방식이 있다.

그러나, 이러한 방식 또한 치료부위와의 거리에 따라 달라지는 레이저 빔 출력 특성을 고려하지 못하기 때문에, 측정 부위에서의 레이저 빔 출력 특성을 정확하게 측정하기 어려운 문제점이 존재하였다.

한편, 빔 출력 특성 정보를 측정하기 위한 다른 방식으로, 레이저 조사수단 또는 광 전달장치를 통해 레이저 빔이 조사된 다음, 치료부위에서 반사되어 나오는 레이저 빔을 검출하여 출력 에너지를 제시하는 방식이 있다.

그러나, 이러한 반사광을 측정하는 방식의 경우, 치료부위의 특성, 예를 들어, 표면상태, 광 흡수율 및 반사율 등에 따라 측정오차 발생하게 되므로, 정확한 측정이 불가능한 문제점이 존재하였다.

한편, 정확한 초점을 맞춰 레이저 빔을 조사하여 치료하는 경우가 아닌, 광 전달장치를 거쳐 방사형태로 레이저 빔을 치료부위에 조사하는 경우, 일반적으로 레이저의 총 출력파워는 알고 있더라도 치료부위와의 거리나 치료부위에 조사되는 레이저 빔의 출력 분포, 출력 밀도, 조사된 에너지량을 정확히 파악하기 어려운 문제점이 있다.

특히 유연한(flexible) 타입의 광 전달장치를 이용하는 경우처럼 조사광의 위치가 가변적으로 움직이거나 치료부위와의 거리가 떨어져야 하는 경우, 광 전달장치와 치료부위와의 작업거리에 따라서 조사되는 레이저 빔의 출력 분포 및 세기가 달라지므로, 방사되어 조사된 레이저 빔의 치료부위에서의 출력 분포, 출력 밀도, 조사된 에너지량을 정확히 파악하기에는 어려움이 따른다.

이에 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명에서는 레이저 빔과 치료부위와의 거리, 빔의 형태, 출력에 대한 정확한 정보를 파악하여, 이를 통해 치료부위에서의 정확한 치료 에너지의 양과 분포를 알 수 있도록 구성함으로써, 레이저 빔을 이용하여 안전하고 정확한 치료가 이루어질 수 있도록 구성된 레이저 빔 출력 측정 장치 및 방법을 제공하고자 한다.

상기한 목적을 달성하기 위해, 본 발명에서는 레이저 빔을 조사하는 레이저 빔 소스; 상기 레이저 빔 소스로부터 조사된 레이저 빔을 타켓으로 전달하는 광전달부; 상기 광전달부를 통해 조사되는 레이저 빔의 광축 상으로 포인트 빔을 조사하는 포인트 빔 소스; 상기 타겟에 대한 영상을 획득하기 위한 카메라; 상기 카메라에서 얻어진 상기 레이저 빔과 포인트 빔에 대한 영상 정보로부터 타겟으로의 광 조사 거리(d_t)를 산출하고, 산출된 광 조사 거리(d_t)로부터 타겟에서의 레이저 빔 출력 특성을 산출하는 연산부;를 포함하는 레이저 빔 출력 측정 장치를 제공한다.

또한, 상기 연산부에서는 상기 포인트 빔과 상기 레이저 빔의 광축이 교차하는 지점에서 상기 광축에 수직한 기준 평면(Plane 0) 까지의 거리에 해당되는 기준 거리를 미리 산출하여 저장하는 것을 특징으로 하는 레이저 빔 출력 측정 장치를 제공한다.

또한, 상기 연산부에서는 상기 포인트 빔의 광축과 상기 레이저 빔의 광축 간의 빔 각도와 상기 레이저 빔의 광축으로부터 상기 포인트 빔 결상 위치까지의 거리에 해당하는 빔 간격으로부터 상기 기준 평면과 타겟 간의 거리를 나타내는 보정치를 산출하여, 상기 기준 거리 및 상기 보정치로부터 상기 광 조사 거리(d_t)를 산출하는 것을 특징으로 하는 레이저 빔 출력 측정 장치를 제공한다.

또한, 상기 연산부에서는 상기 포인트 빔 결상 위치로부터 상기 타겟의 위치를 추정하되, 상기 레이저 빔 소스 위치를 기준으로 상기 타겟이 상기 기준 평면의 전후에 위치하는지를 결정하고, 상기 타겟이 상기 기준 평면에 비하여 상기 레이저 빔 소스 측에 가까운 위치에 위치하는 경우에는 상기 보정치를 감산하고, 상기 타겟이 상기 기준 평면에 비하여 상기 레이저 빔 소스 측에 먼 위치에 위치하는 경우에는 상기 보정치를 합산하며, 상기 기준 평면의 위치에 상기 타겟이 위치하는 경우에는 상기 기준 거리를 광 조사 거리(d_t)로 결정하는 것을 특징으로 하는 레이저 빔 출력 측정 장치를 제공한다.

또한, 상기 연산부에서는 산출된 상기 광 조사 거리(d_t)로부터 아래 수식으로부터 레이저 빔 스팟 상에서의 레이저 빔 세기(I(r,z))를 산출하는 것을 특징으로 하는 레이저 빔 출력 측정 장치를 제공한다.

(여기서, ω₀는 빔 웨이스트, θ는 발산각, ω(z)는 빔의 반경, r은 빔의 중심으로부터의 거리)

또한, 상기 포인트 빔 소스의 포인트 빔 조사 각도를 조절하거나, 포인트 빔 조사 각도와 함께 포인트 빔 소스의 위치를 조절하기 위한 포인트 빔 소스 제어 유닛을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 빔 출력 측정 장치를 제공한다.

또한, 상기 레이저 빔의 광축 상에 배치되며, 상기 레이저 빔을 투과시키는 한편 상기 타겟으로부터의 반사광을 반사시켜 카메라 측으로 전달하기 위한 미러를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 빔 출력 측정 장치를 제공한다.

또한, 상기 미러와 상기 광전달부 사이에 위치하며 타겟으로의 빔 사이즈를 조절하기 위한 렌즈를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 빔 출력 측정 장치를 제공한다.

또한, 레이저 빔을 조사하는 레이저 빔 소스; 상기 레이저 빔 소스로부터 조사된 레이저 빔을 전달하는 광전달부; 상기 광전달부를 통해 조사되는 레이저 빔의 광축 상으로 포인트 빔을 조사하는 포인트 빔 소스; 상기 레이저 빔 소스의 광축 주위 영상을 획득하기 위한 카메라; 상기 레이저 빔 소스로부터 출력되는 광을 측정할 수 있도록 위치되는 광검출기; 상기 카메라에서 얻어진 상기 레이저 빔과 포인트 빔에 대한 영상 정보로부터 광검출기로의 광조사 거리(d_d)를 산출하고, 상기 카메라에서 얻어진 영상 신호 세기와 상기 광검출기에서 측정된 레이저 빔의 출력 세기를 비교하여, 카메라 영상 신호의 세기를 결정하는 연산부;를 포함하며, 상기 연산부에서는 광검출기로의 광 조사 거리(d_d)와 동일한 광 조사 거리(d_t)에 타겟이 위치할 때, 상기 타겟에 대한 카메라 영상 신호로부터 레이저 빔 출력 특성을 산출하는 것을 특징으로 하는 레이저 빔 출력 측정 장치를 제공한다.

또한, 상기 연산부에서는 상기 포인트 빔과 상기 레이저 빔의 광축이 교차하는 지점에서 상기 광축에 수직한 기준 평면(Plane 0) 까지의 거리에 해당되는 기준 거리를 미리 산출하여 저장하는 것을 특징으로 하는 레이저 빔 출력 측정 장치를 제공한다.

또한, 상기 연산부에서는 상기 포인트 빔의 광축과 상기 레이저 빔의 광축 간의 빔 각도와 상기 레이저 빔의 광축으로부터 상기 포인트 빔 결상 위치까지의 거리에 해당하는 빔 간격으로부터 상기 기준 평면과 상기 광검출기 또는 상기 타겟 간의 거리를 나타내는 보정치를 산출하여, 상기 기준 거리 및 상기 보정치로부터 상기 광 조사 거리(d_d)를 산출하는 것을 특징으로 하는 레이저 빔 출력 측정 장치를 제공한다.

또한, 상기 연산부에서는 상기 포인트 빔 결상 위치로부터 상기 광검출기의 위치를 추정하되, 상기 레이저 빔 소스 위치를 기준으로 상기 광검출기 또는 상기 타겟이 상기 기준 평면의 전후에 위치하는지를 결정하고, 상기 광검출기 또는 상기 타겟이 상기 기준 평면에 비하여 상기 레이저 빔 소스 측에 가까운 위치에 위치하는 경우에는 상기 보정치를 감산하고, 상기 광검출기 또는 상기 타겟이 상기 기준 평면에 비하여 상기 레이저 빔 소스 측에 먼 위치에 위치하는 경우에는 상기 보정치를 합산하며, 상기 기준 평면의 위치에 상기 광검출기 또는 상기 타겟이 위치하는 경우에는 상기 기준 거리를 각각의 광 조사 거리(d_{d ,} d_t)로 결정하는 것을 특징으로 하는 레이저 빔 출력 측정 장치를 제공한다.

또한, 상기 포인트 빔 소스의 포인트 빔 조사 각도를 조절하거나, 포인트 빔 조사 각도와 함께 포인트 빔 소스의 위치를 조절하기 위한 포인트 빔 소스 제어 유닛을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 빔 출력 측정 장치를 제공한다.

또한, 상기 레이저 빔의 광축 상에 배치되며, 상기 레이저 빔을 투과시키는 한편 상기 타겟으로부터의 반사광을 반사시켜 카메라 측으로 전달하기 위한 미러를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 빔 출력 측정 장치를 제공한다.

또한, 상기 미러와 상기 광전달부 사이에 위치하며 타겟으로의 빔 사이즈를 조절하기 위한 렌즈를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 빔 출력 측정 장치를 제공한다.

한편, 본 발명에서는 레이저 빔 소스와 포인트 빔 소스로부터 각각 레이저 빔과 포인트 빔을 타겟으로 조사하는 단계; 카메라로부터 타겟에 대한 영상을 획득하는 단계; 연산부에서 상기 카메라에서 얻어진 상기 레이저 빔과 포인트 빔에 대한 영상 정보로부터 타겟으로의 광 조사 거리를 산출하는 단계; 상기 연산부에서 산출된 광 조사 거리로부터 타겟에서의 레이저 빔 출력 특성을 산출하는 단계;를 포함하는 레이저 빔 출력 측정 방법을 제공한다.

또한, 상기 연산부에서는 상기 포인트 빔과 상기 레이저 빔의 광축이 교차하는 지점에서 상기 광축에 수직한 기준 평면(Plane 0) 까지의 거리에 해당되는 기준 거리를 미리 산출하여 저장하고, 상기 광 조사 거리를 산출하는 단계에서, 미리 저장된 상기 기준 거리로부터 상기 광 조사 거리를 산출하는 것을 특징으로 하는 레이저 빔 출력 측정 방법을 제공한다.

또한, 상기 광 조사 거리를 산출하는 단계에서는 상기 포인트 빔의 광축과 상기 레이저 빔의 광축 간의 빔 각도와 상기 레이저 빔의 광축으로부터 상기 포인트 빔 결상 위치까지의 거리에 해당하는 빔 간격으로부터 상기 기준 평면과 타겟 간의 거리를 나타내는 보정치를 산출하여, 상기 기준 거리 및 상기 보정치로부터 상기 광 조사 거리를 산출하는 것을 특징으로 하는 레이저 빔 출력 측정 방법을 제공한다.

또한, 상기 광 조사 거리를 산출하는 단계에서는 상기 포인트 빔 결상 위치로부터 상기 타겟의 위치를 추정하되, 상기 레이저 빔 소스 위치를 기준으로 상기 타겟이 상기 기준 평면의 전후에 위치하는지를 결정하고, 상기 타겟이 상기 기준 평면에 비하여 상기 레이저 빔 소스 측에 가까운 위치에 위치하는 경우에는 상기 보정치를 감산하고, 상기 타겟이 상기 기준 평면에 비하여 상기 레이저 빔 소스 측에 먼 위치에 위치하는 경우에는 상기 보정치를 합산하며, 상기 기준 평면의 위치에 상기 타겟이 위치하는 경우에는 상기 기준 거리를 광 조사 거리(d_t)로 결정하는 것을 특징으로 하는 레이저 빔 출력 측정 방법을 제공한다.

또한, 상기 레이저 빔 출력 특성을 산출하는 단계에서는 산출된 상기 광 조사 거리로부터 아래 수식으로부터 레이저 빔 스팟 상에서의 레이저 빔 세기(I(r,z))를 산출하는 것을 특징으로 하는 레이저 빔 출력 측정 방법을 제공한다.

(여기서, ω₀는 빔 웨이스트, θ는 발산각, ω(z)는 빔의 반경, r은 빔의 중심으로부터의 거리)

또한, 상기 광 조사 거리를 산출하는 단계 이전에 포인트 빔 소스 제어 유닛에 의하여 포인트 빔이 조사되는 위치를 변경하여 기준 거리를 재설정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 빔 출력 측정 방법을 제공한다.

또한, 광검출기 측으로 레이저 빔 소스로부터 광이 조사되도록 소정의 광 조사 거리(d_d) 상에 광검출기를 위치시키는 단계; 레이저 빔 소스와 포인트 빔 소스로부터 각각 레이저 빔과 포인트 빔을 상기 광검출기로 조사하는 단계; 상기 광검출기로부터 하나 이상의 위치에서 레이저 빔의 출력 세기 정보를 검출하고, 카메라로부터 상기 광검출기 위치에서의 영상 정보를 획득하는 단계; 상기 카메라에서 획득된 영상 신호의 세기 정보를 상기 광검출기에서 검출된 레이저 빔의 출력 세기 정보와 비교하여 상기 광검출기 위치에서의 레이저 빔 출력 분포 및 출력 밀도를 확인하는 단계; 상기 광검출기를 상기 레이저 빔 소스의 광축 상에서 제거하고, 상기 광 조사 거리(d_d)와 동일한 거리에 타겟을 위치시키는 단계; 상기 카메라에서 얻어진 영상 정보로부터 상기 타겟에서의 레이저 빔 출력 특성을 산출하는 단계;를 포함하는 레이저 빔 출력 측정 방법을 제공한다.

또한, 상기 광검출기를 위치시키는 단계 또는 상기 타겟을 위치시키는 단계에서는 상기 카메라에서 얻어진 상기 레이저 빔과 포인트 빔에 대한 영상 정보로부터 연산부에서 광검출기로의 광 조사 거리(d_d) 또는 상기 타겟으로의 광 조사 거리(d_t)를 산출하는 것을 특징으로 하는 레이저 빔 출력 측정 방법을 제공한다.

또한, 상기 연산부에서는 상기 포인트 빔과 상기 레이저 빔의 광축이 교차하는 지점에서 상기 광축에 수직한 기준 평면(Plane 0) 까지의 거리에 해당되는 기준 거리를 미리 산출하여 저장하고, 상기 광 조사 거리를 산출하는 단계에서, 미리 저장된 상기 기준 거리로부터 상기 광 조사 거리를 산출하는 것을 특징으로 하는 레이저 빔 출력 측정 방법을 제공한다.

또한, 상기 광 조사 거리를 산출하는 단계에서는 상기 포인트 빔의 광축과 상기 레이저 빔의 광축 간의 빔 각도와 상기 레이저 빔의 광축으로부터 상기 포인트 빔 결상 위치까지의 거리에 해당하는 빔 간격으로부터 상기 기준 평면과 타겟 간의 거리를 나타내는 보정치를 산출하여, 상기 기준 거리 및 상기 보정치로부터 상기 광 조사 거리를 산출하는 것을 특징으로 하는 레이저 빔 출력 측정 방법을 제공한다.

또한, 상기 광 조사 거리를 산출하는 단계에서는 상기 포인트 빔 결상 위치로부터 상기 타겟의 위치를 추정하되, 상기 레이저 빔 소스 위치를 기준으로 상기 타겟이 상기 기준 평면의 전후에 위치하는지를 결정하고, 상기 타겟이 상기 기준 평면에 비하여 상기 레이저 빔 소스 측에 가까운 위치에 위치하는 경우에는 상기 보정치를 감산하고, 상기 타겟이 상기 기준 평면에 비하여 상기 레이저 빔 소스 측에 먼 위치에 위치하는 경우에는 상기 보정치를 합산하며, 상기 기준 평면의 위치에 상기 타겟이 위치하는 경우에는 상기 기준 거리를 광 조사 거리(d_t)로 결정하는 것을 특징으로 하는 레이저 빔 출력 측정 방법을 제공한다.

또한, 상기 광 조사 거리를 산출하는 단계 이전에 포인트 빔 소스 제어 유닛에 의하여 포인트 빔이 조사되는 위치를 변경하여 기준 거리를 재설정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 빔 출력 측정 방법을 제공한다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 레이저 빔 출력 측정 장치 및 방법에서는 복잡한 구조를 갖는 고가의 위치조정장치 및 거리측정장치 없이도 간단하고 정확하게 치료부위와의 거리를 측정할 수 있을 뿐만 아니라, 이를 통해 측정 부위에서의 정확한 레이저 빔 출력 특성을 측정할 수 있는 효과가 있다.

또한 본 발명에 따르면, 측정된 치료 부위까지의 광 조사 거리로부터 가우시안 분포를 갖는 레이저 빔이 갖는 치료 부위에서의 레이저 빔 출력 특성에 대한 정보를 정확하게 얻을 수 있기 때문에, 치료 부위로 조사되는 치료 에너지량을 정확하게 파악하여 안전하고 정확한 치료가 가능한 효과가 있다.

또한, 본 발명에 따르면, 검출기를 통해 가우시안 분포를 갖는 광원 뿐만 아니라, 가우시안 빔 특성을 갖지 않는 경우에서의 출력 특성을 간단한 방식으로 확인하고 정확한 치료 계획을 수립할 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 레이저 빔 출력 측정 장치의 개략적인 구성을 도시하고 있는 것이고,
도 2는 본 발명에 따른 레이저 빔 출력 측정 장치 및 방법의 개략적인 측정 원리를 설명하기 위하여, 도 1에 나타난 세 개 평면에 대하여 결상된 포인트 소스 빔 및 레이저 빔 스팟을 도시하고 있는 것이고,
도 3은 본 발명에서 가우시안 분포를 갖는 레이저 빔을 조사한 경우, 광 조사 거리에 따라 빔 세기 프로파일의 변화를 개략적으로 도시하고 있는 것이고,
도 4는 본 발명에 따른 레이저 빔 출력 측정 장치에서 검출기를 이용한 레이저 빔 출력 측정 장치 및 방법을 도시하고 있는 것이고,
도 5는 본 발명에 다른 레이저 빔 출력 측정 장치의 또 다른 구현예로써, 빔 사이즈를 조절하기 위한 렌즈가 더 포함된 예를 도시한 것이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 레이저 빔 출력 측정 장치 및 방법을 상세하게 설명한다.

본 발명에 따른 레이저 빔 출력 측정 장치 및 방법은 치료 행위와 같은 의료용의 목적으로 이용되는 레이저 빔의 출력을 정확하게 측정하기 위한 장치 및 방법에 관한 것으로, 치료용 레이저 조사 수단을 포함하되, 이러한 조사 수단으로부터 치료 부위로 조사되는 레이저 빔의 치료 부위에서의 출력을 정확하게 측정하기 위한 장치 및 방법을 제공하고자 한다.

본 발명에서는 레이저 빔과 치료부위와의 거리, 빔의 형태, 출력에 대한 정확한 정보를 파악하여, 이를 통해 치료부위에서의 정확한 치료 에너지의 양과 분포를 알 수 있도록 구성된다.

특히, 본 발명에서는 고가의 위치조정장치 및 거리측정장치를 사용하지 않고도, 간단하고 정확하게 치료부위와의 거리를 측정할 수 있으며, 이를 통해 측정 부위에서의 정확한 레이저 빔 출력 특성을 측정할 수 있는 장치를 제공하는 것에 특징이 있다.

본 발명에서의 레이저 빔 출력 측정 장치 및 방법은 레이저 빔을 치료용으로 이용되는 것을 예시하여 설명되고 있으나, 광원을 이용한 다양한 진단을 목적으로 하는 설비에도 적용될 수 있음을 유의하여야 한다.

도 1은 본 발명에 따른 레이저 빔 출력 측정 장치의 개략적인 구성을 도시하고 있는 것이고, 도 2는 본 발명에 따른 레이저 빔 출력 측정 장치 및 방법의 개략적인 측정 원리를 설명하기 위하여, 도 1에 나타난 세 개 평면에 대하여 결상된 포인트 소스 빔 및 레이저 빔 스팟을 도시하고 있는 것이다.

구체적으로, 도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 바람직한 일 구현예에 따른 레이저 빔 출력 측정 장치에서는 레이저 빔을 조사하는 레이저 빔 소스(10), 상기 레이저 빔 소스(10)로부터 조사된 레이저 빔을 타켓으로 전달하는 광전달부(20), 상기 광전달부(20)를 통해 조사되는 레이저 빔의 광축 상으로 포인트 빔을 조사하는 포인트 빔 소스(50) 및 상기 타겟에 대한 영상을 획득하기 위한 카메라(30)를 포함하여 구성될 수 있다.

여기서, 상기 광전달부(20)는 상기 레이저 빔 소스(10)로부터 조사되는 레이저 빔을 타겟(치료 부위)로 전달하기 위한 것으로, 레이저 빔 소스(10)의 위치 또는 레이저 조사 수단의 구조에 따라 생략 또는 적절한 구성으로 대체될 수 있다.

또한, 도 1에서와 같이 상기 레이저 빔의 광축 상에 배치되며, 상기 레이저 빔을 투과시키는 한편 상기 타겟으로부터의 반사광을 반사시켜 카메라(30) 측으로 전달하기 위한 다이크로익 미러(40)를 포함하도록 구성할 수 있다.

또한, 본 구현예에서는 상기 카메라(30)에서 얻어진 상기 레이저 빔과 포인트 빔에 대한 영상 정보로부터 타겟으로의 광 조사 거리(d_t)를 산출하고, 산출된 광 조사 거리(d_t)로부터 타겟에서의 레이저 빔 출력 특성을 산출하는 연산부(70) 및 상기 연산부(70)로부터 산출된 레이저 빔 출력 특성 결과에 따라, 레이저 빔의 출력이 원하는 출력이 되도록 레이저 빔을 제어하는 레이저 빔 제어부(80)를 포함하도록 구성할 수 있다.

특히, 상기 연산부(70)는 상기 포인트 빔과 상기 레이저 빔의 광축이 교차하는 지점에서 상기 광축에 수직한 기준 평면(Plane 0) 까지의 거리에 해당되는 기준 거리(d₀)를 미리 산출하여 저장하고, 이를 토대로 광 조사 거리를 산출하게 된다.

상기 기준거리(d₀)의 경우, 포인트 빔 소스(50)의 위치(광전달부로부터 포인트 빔 소스와의 거리)와 레이저 빔의 광축과의 각도를 통해 상기 포인트 빔과 상기 레이저 빔이 교차하는 기준 거리(d₀)를 산출할 수 있다.

이와 관련, 도 1은 상기 레이저 빔의 광축 상에서, 기준 평면(Plane 0)을 기준으로 상기 포인트 빔이 상기 레이저 빔의 광축 상에 전후로 결상되는 경우에 대하여 도시하고 있는 것으로, 상기 레이저 빔의 광축 상에서 전후로 상기 기준 평면에 평행한 제1 평면(plane 1) 및 제2평면(plane 2)과 함께, 광전달부(20)로터 상기 제1 평면(plane 1) 및 상기 제2평면(plane 2)까지의 거리 d₁, d₂를 각각 도시하고 있다.

도 1에 도시된 바와 같이, 제1 평면 상에 타겟이 위치하는 경우에는, 도 1을 기준으로 광축에 대하여 하방(도 2의 우측방향)으로 간격 a 만큼 떨어진 위치에 포인트 빔이 결상되며, 제2 평면 상에 타겟이 위치하는 경우에는 도 1을 기준으로 광축에 대하여 상방(도 2의 좌측방향)으로 간격 b 만큼 떨어진 위치에 포인트 빔이 결상되게 된다.

각각의 경우에 대한 레이저 빔 스팟과 포인트 빔에 대한 영상 정보는 도 2에 도시된 바와 같다. 즉, 타겟이 제1 평면 상에 위치하는 경우, 레이저 빔 스팟은 기준 평면 상에 위치할 경우보다 작아지고, 제2 평면에 위치하는 경우, 레이버 빔 스팟은 기준 평면 상에 위치할 경우보다 커진다. 또한, 포인트 빔의 결상 위치는 도 2의 수평축(A-A', B-B', C-C'; 도 1의 수직 축)을 기준으로 좌우로 이동하게 된다.

상기 기준 평면과 타겟이 위치한 평면 간의 거리를 보정치라고 할 때, 상기 보정치를 산출하게 되면, 광전달부(또는 레이저 빔 소스)로부터 타겟까지의 거리(d_t)를 측정할 수 있게 된다.

즉, 앞서 설명한 바와 같이, 상기 광전달부(또는 레이저 빔 소스)로부터 상기 기준 평면(Plane 0) 까지의 거리에 해당되는 기준 거리(d₀)에서, 타겟 까지의 광 조사 거리는 상술한 보정치를 적용한 값이 되고, 이 때 보정치는 포인트 빔과 레이저 빔의 광축 간의 간격에 대한 tan 값으로부터 산출될 수 있다.

즉, 보정치는 상기 레이저 빔의 광축으로부터 상기 포인트 빔 결상 위치까지의 거리에 해당하는 빔 간격(a)과, 상기 포인트 빔의 광축과 상기 레이저 빔의 광축 간의 빔 각도(α)로부터, 도 1에서 확인할 수 있는 바와 같이 "a/tan(α)" 로 산출될 수 있다.

마찬가지로, 제2 평면에 타겟이 위치하는 경우, 빔 간격이 "b"로 설정되게 되고, 따라서 보정치는 "b/tan(α)"가 된다.

여기서 도 1의 제1 평면 및 제2 평면의 위치에서 확인할 수 있는 바와 같이, 타겟의 위치가 레이저 빔 소스(10)를 기준으로 기준 평면의 앞에 위치하는지 또는 뒤에 위치하는지에 따라 상기 보정치는 감산 또는 합산되게 된다.

구체적으로, 포인트 빔 소스(50) 위치와 포인트 빔 결상이 레이저 빔 광축을 기준으로 동일한 방향으로 상기 기준 평면(Plane 0)에 비하여 상기 레이저 빔 소스(10) 측에 가까운 위치에서 포인트 빔이 결상(타겟이 제1 평면에 위치)되는 것으로 판단된 경우라면, 상기 보정치를 감산하게 된다.

즉, 도 1의 제2 평면 상에 타겟이 위치하는 경우에는 아래와 같은 수학식(1)에 의하여 레이저 빔 소스(10)로부터 타겟까지의 광 조사 거리(d_t)가 결정된다.

또한, 포인트 빔 소스(50) 위치와 포인트 빔 결상이 레이저 빔 광축을 기준으로 서로 반대의 방향으로 상기 기준 평면에 비하여 상기 레이저 빔 소스(10) 측에서 먼 위치에서 포인트 빔이 결상(타겟이 제2 평면에 위치)되는 것으로 판단된 경우라면 상기 보정치를 합산하게 된다.

따라서, 도 1의 제1평면 상에 타겟이 위치하는 경우에는 아래와 같은 수학식(2)에 의하여 레이저 빔 소스(10)로부터 타겟까지의 광 조사 거리(d_t)가 결정된다.

포인트 빔이 레이저 광축과 일치하여 상기 기준 평면의 위치에서 포인트 빔이 결상되는 것을 판단된 경우에는 상기 기준 거리를 광 조사 거리(d_t)로 결정하게 된다.

따라서, 본 구현예에서는 상기 포인트 빔 결상 위치로부터 상기 타겟의 위치를 추정하되, 상기 레이저 빔 소스(10) 위치를 기준으로 상기 타겟이 상기 기준 평면의 전후에 위치하는지를 결정한다.

그 결과, 상기 타겟이 상기 기준 평면에 비하여 상기 레이저 빔 소스(10) 측에 가까운 위치에 위치하는 경우에는 상기 보정치를 감산하고, 상기 타겟이 상기 기준 평면에 비하여 상기 레이저 빔 소스(10) 측에 먼 위치에 위치하는 경우에는 상기 보정치를 합산하며, 상기 기준 평면의 위치에 상기 타겟이 위치하는 경우에는 상기 기준 거리를 광 조사 거리로 결정하게 된다.

한편, 도 3은 본 발명에서 가우시안 분포를 갖는 레이저 빔을 조사한 경우, 광 조사 거리에 따라 빔 세기 프로파일의 변화하는 것을 개략적으로 도시하고 있는 것이다.

이러한 도 3에 도시된 바와 같이, 광전달부(20) 측에서의 레이저 빔에 비하여 방사되면서 조사되는 레이저 빔의 출력 특성은 변하게 되며, 이러한 레이저 빔의 출력 특성은 가우시안 분포를 따를 경우, 아래와 같은 수학식(4)를 통해 결정될 수 있다.

(여기서, ω₀는 빔 웨이스트, θ는 발산각, ω(z)는 빔의 반경, r은 빔의 중심으로부터의 거리)

즉, 앞서 산출된 타겟으로의 광 조사 거리(d_t)와 NA(Numerical Aperture)로부터 거리(z) 및 빔의 반경(ω(z))를 구할 수 있으며, 이를 위 수식에 적용함으로써 치료부위로 조사되는 에너지량을 정확하게 파악할 수 있게 된다.

따라서, 위 수식에 산출된 광 조사 거리를 적용함으로써, 레이저 빔의 분포 및 세기에 관한 레이저 빔 특성을 결정할 수 있게 된다.

한편, 도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 레이저 빔 출력 측정 장치에서는 상기 포인트 빔 소스(50)의 포인트 빔 조사 각도를 조절하거나, 포인트 빔 조사 각도와 함께 포인트 빔 소스(50)의 위치를 조절하기 위한 포인트 빔 소스 제어 유닛(60)을 더 포함하도록 구성할 수 있다.

이러한 포인트 빔 소스 제어 유닛(60)을 통해 포인트 빔이 조사되는 위치를 변경할 수 있으며, 이에 따라 기준 거리를 재설정할 수 있다.

가령, 미리 설정된 기준 거리(d₀)가 타겟의 위치와 차이가 크게 날 경우, 오차가 발생될 여지가 있기 때문에 기준 거리를 타겟의 위치와 유사하게 재설정함으로써 보다 정확한 거리 측정을 수행할 수 있다.

한편, 본 발명의 또 다른 실시예에서는 이러한 포인트 빔 소스(50)와 함께 광검출기를 포함하도록 구성할 수 있으며, 도 4에서는 이러한 광검출기(90)를 포함하는 레이저 빔 출력 측정 장치를 도시하고 있다.

도 4에 도시된 바와 같이, 카메라(30)를 통해 얻어지는 이미지를 레이저 빔 세기에 대한 신호로 변환할 경우 스케일 정보를 제외한 상대적인 세기 정보, 즉, 신호의 형상에 대한 개략적인 정보만을 확인할 수 있을 뿐, 구체적인 세기 정보를 확인할 수 없다.

이에 본 구현예에서는 일정 거리(d)를 두고 평면 상에서 광검출기(90)를 위치할 수 있도록 구성함으로써, 단수 또는 복수의 위치(w₁(d), w₂(d))에서 광검출기(90)로부터 검출된 세기 정보를 카메라 이미지로부터의 변환 신호와 비교하여, 레이저 빔에 대한 신호의 형상 정보뿐만 아니라 구체적인 세기 정보까지 카메라(30)를 통해 검출할 수 있게 된다.

따라서, 본 구현예에서는 카메라의 이미지만으로도 조사되는 레이저 빔의 출력 분포 및 출력 밀도를 파악할 수 있도록 구성된다.

이 때, 상기 광검출기(90)는 위와 같은 레이저 빔 출력 정보를 확인한 다음, 타겟이 위치할 수 있도록 제거 가능하게 설치됨이 바람직하다.

따라서, 상기 광검출기(90)는 원하는 위치에 선택적으로 위치할 수 있도록 구성되며, 타겟은 상기 광검출기(90)가 위치한 지점에서의 레이저 빔 소스(10)로부터의 거리 만큼 떨어진 위치 상에 위치할 수 있도록 구성될 수 있다.

이 경우, 타겟은 광검출기(90)와 동일한 거리만큼 레이저 빔 소스(10)로부터 이격되기 때문에, 타겟 위치에서 동일한 빔 출력 특성을 갖게 된다.

한편, 본 구현예에서는 광검출기(90)의 위치를 미리 설정된 거리에 위치하도록 조정하거나, 또는 광검출기의 위치에서의 거리를 측정하도록 구성할 수 있다.

앞서 설명한 도 1의 구현예에 포함된 구성은 이와 같은 광검출기의 위치를 결정하는 작업에 적절히 이용될 수 있다.

즉, 도 1의 구현예에 포함된 구성인 포인트 빔 소스(50) 등을 통해 광검출기(90)가 위치한 정확한 거리(d)를 산출하거나, 또는 원하는 거리(d)에 광검출기(90)를 위치시킬 수 있게 된다. 따라서, 동일한 거리에 위치한 타겟에 조사하는 레이저 빔이 가우시안 분포를 따르지 않는 경우 또는 레이저 빔의 분포 특성을 모르는 경우라 하더라도 타겟에 조사되는 레이저 빔의 출력 분포와 출력 밀도를 정확하게 파악하고 치료에 필요한 광 치료 에너지와 치료 범위를 적절하게 결정할 수 있다.

구체적으로, 도 4에서와 같이 광검출기(90)가 설치된 상태에서, 도 1에서와 같이 설치된 포인트 빔 소스(50)를 이용하여 광검출기가 위치한 거리를 산출할 수 있다. 상기 광검출기는 제거가능하게 설치될 수 있으므로, 광검출기가 제거된 상태에서 동일한 거리 상에 타겟이 위치하게 할 수 있다.

상기 타겟의 위치는 광검출기와 동일한 거리에 위치하는 것으로 족하고, 반드시 광검출기의 위치로 한정되는 것은 아니다.

이 때, 앞서 설명한 바와 같이 카메라 이미지의 변환 신호와 광검출기에서의 신호를 비교함으로써 신호의 세기 정보까지 포함하는 카메라 이미지의 변환 신호를 얻을 수 있게 되므로, 가우시안 빔이 아닌 경우라 하더라도 타겟에 조사되는 레이저 빔의 출력 분포와 출력 밀도를 정확하게 파악할 수 있게 된다.

이 경우, 모든 포인트에서의 광세기를 검출하지 않고, 도 4에서와 같이 몇몇 샘플 포인트(w₁(d), w₂(d))에서만 광검출기를 통해 광세기를 측정한 다음, 카메라 영상 신호와 매칭시키면 타겟에 조사되는 레이저 빔 전체에 대한 광세기 프로파일을 획득할 수 있다.

도 5는 본 발명에 다른 레이저 빔 출력 측정 장치의 또 다른 구현예로써, 빔 사이즈를 조절하기 위한 렌즈가 더 포함된 예를 도시한 것이다.

이러한 구현예에서는 도 5에서와 같이, 상기 다이크로익 미러(40)와 상기 광전달부(20) 사이에 위치하며 타겟으로의 빔 사이즈를 조절하기 위한 렌즈(100)를 더 포함하게 된다.

앞서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면 타겟에서의 레이저 빔 출력 특성을 정확하게 파악할 수 있기 때문에, 치료 과정에서 상기 렌즈를 이동시킴에 따라 빔 사이즈를 조절할 수 있으며, 치료에 필요한 광 치료 에너지와 치료 범위를 적절하게 선택할 수 있게 된다.

이상 설명한 바와 같은 구성을 갖는 레이저 빔 출력 측정 장치는 다음과 같은 과정을 통해 레이저 빔의 출력 특성을 정확하게 측정하게 된다.

구체적으로, 본 발명에 따른 레이저 빔 출력 측정 방법에서는, 먼저 레이저 빔 소스와 포인트 빔 소스(50)로부터 각각 레이저 빔과 포인트 빔을 타겟으로 조사하는 단계가 수행된다.

이후, 카메라로부터 타겟에 대한 영상을 획득하는 단계가 수행되고, 연산부를 통해 상기 카메라에서 얻어진 상기 레이저 빔과 포인트 빔에 대한 영상 정보로부터 타겟으로의 광 조사 거리를 산출하게 된다.

다음으로, 산출된 광 조사 거리를 이용하여 타겟에서의 레이저 빔 출력 특성을 산출하는 단계가 수행되며, 산출된 결과에 따라, 원하는 출력이 되도록 레이저 빔을 제어하는 단계가 부가적으로 수행될 수 있다.

이 때, 상기 레이저 빔 출력 특성을 산출하는 단계에서는, 상기 연산부에서는 상기 포인트 빔과 상기 레이저 빔의 광축이 교차하는 지점에서 상기 광축에 수직한 기준 평면(Plane 0) 까지의 거리에 해당되는 기준 거리를 미리 산출하여 저장하게 되며, 상기 광 조사 거리를 산출하는 단계에서는 미리 저장된 상기 기준 거리로부터 상기 광 조사 거리를 산출하도록 구성할 수 있다.

또한, 상기 광 조사 거리를 산출하는 단계에서는 상기 포인트 빔의 광축과 상기 레이저 빔의 광축 간의 빔 각도와 상기 레이저 빔의 광축으로부터 상기 포인트 빔 결상 위치까지의 거리에 해당하는 빔 간격으로부터 상기 기준 평면과 타겟 간의 거리를 나타내는 보정치를 산출하여, 상기 기준 거리 및 상기 보정치로부터 상기 광 조사 거리를 산출하도록 구성할 수 있다.

즉, 상기 기준 평면(Plane 0)에 비하여 상기 레이저 빔 소스 측에 가까운 위치에서 포인트 빔이 결상되는 것으로 판단된 경우라면 상기 보정치를 감산하고, 상기 기준 평면에 비하여 상기 레이저 빔 소스 측에 먼 위치에서 포인트 빔이 결상되는 것으로 판단된 경우에는 상기 보정치를 합산하는 방식으로 광 조사 거리 산출이 수행될 수 있다.

만일, 상기 기준 평면의 위치에서 포인트 빔이 결상되는 경우, 상기 연산부에서는 상기 기준 거리를 광 조사 거리로 결정하게 된다.

한편, 상기 광 조사 거리를 산출하는 단계 이전에는 기준 거리를 재설정하는 단계를 더 포함하도록 구성할 수 있다.

이러한 기준 거리 재설정 단계는 포인트 빔 소스(50)의 빔 조사 방향 또는 포인트 빔 소스(50)의 위치 등을 조절함에 따라 포인트 빔이 조사되는 위치를 변경함으로써 구현될 수 있다.

한편, 본 발명의 또 다른 구현예에서는 도 4에서와 같은 장비 구성으로부터 레이저 빔의 출력 특성을 측정할 수 있다. 본 구현예는 도 4에서와 같이 광 경로 인근에 광검출기를 위치시킨 다음, 상기 광검출기에 의하여 카메라 영상 신호의 세기를 결정하고, 광검출기와 동일한 거리에 타겟을 위치시킴으로써 결정된 카메라 영상에 대한 신호 세기 정보를 이용하여 타겟에 대한 레이저 빔 출력 특성을 결정하게 된다.

여기서, 광검출기와 타겟의 위치를 결정하기 위한 거리 측정 과정은 앞서와 실질적으로 동일한 방식으로 진행된다.

즉, 이러한 구현예에서는 도 1에서와 같은 장비 구성으로부터 레이저 빔과 포인트 빔으로 원하는 거리 설정하고, 광검출기를 원하는 거리 상의 평면 내의 한군데 이상의 위치에서 광 세기를 측정하고, 카메라를 통해 얻어진 광 분포 영상을 이용하여 빔의 출력 특성을 산출하는 단계로 된다. 특히, 빔의 출력 특성을 산출하는 단계에서는 광검출기에서 측정된 광 세기를 카메라 영상 신호 프로파일에 매칭시켜 전체 광 분포 세기 정보를 획득하는 단계로써 구현된다.

즉, 상기 단계들은 원하는 일정 거리(d)를 확보하고 광검출기를 위치시키는 단계, 레이저 빔 소스로부터 레이저 빔을 상기 광검출기로 조사하는 단계, 레이저 빔 스팟 내에서 한 군데 이상에서 상기 광검출기를 통해 레이저 빔의 출력 세기 정보를 검출하고, 광검출기를 제거한 후에는 카메라로부터 레이저 빔에 대한 영상을 획득하는 단계 및 상기 카메라에서 획득된 영상 신호의 세기 정보를 상기 광검출기에서 검출된 레이저 빔의 출력 세기 정보와 비교하여, 상기 위치(d)에서의 레이저 빔 출력 분포 및 출력 밀도를 확인하는 단계를 순차적으로 수행함으로써 구성할 수 있다.

구체적으로, 광검출기를 위치시키는 단계는 레이저 빔과 포인트 빔으로 원하는 거리를 설정한 다음, 해당 거리 상에 광검출기를 위치시키거나, 또는 광검출기를 적절한 거리 상에 위치시킨 다음, 광검출기의 위치를 레이저 빔과 포인트 빔을 이용하여 측정함으로써 수행할 수 있다.

이 때, 상기 광검출기에서는 레이저 빔의 출력 세기 정보를 검출하게 되며, 바람직하게는 광검출기를 제거한 상태에서 화이트 보드를 위치시킴으로써, 카메라를 통해 상기 광검출기 위치에서의 영상 정보를 획득하게 된다.

이와 같이 상기 카메라에서 얻어진 상기 레이저 빔에 대한 영상 정보로부터 광검출기에 대한 광 조사 거리 및 광검출기 위치에서의 레이저 빔 특성을 측정하게 된다.

따라서, 앞서 도 1에서 설명한 바와 같은 방식을 통해 카메라에서의 영상 정보로부터 광검출기로의 광 조사 거리(d_d)를 산출하게 된다. 또한, 상기 카메라에서 획득된 영상 신호의 세기 정보를 상기 광검출기에서 검출된 레이저 빔의 출력 세기 정보와 비교하여 상기 광검출기 위치에서의 레이저 빔 출력 분포 및 출력 밀도를 확인하게 된다.

다음으로, 광검출기를 레이저 빔 소스의 광축 상에서 제거하고, 타겟을 상기 레이저 빔 소스의 광축 상에서 상기 광 조사 거리(d_d)와 동일한 거리에 위치시키게 된다.

동일한 위치에 타겟을 위치시키게 될 경우, 측정된 광검출기 위치에서의 카메라 영상 신호에 대한 세기 정보를 그대로 이용할 수 있기 때문에, 상기 카메라에서 얻어진 영상 정보로부터 상기 타겟에서의 레이저 빔 출력 특성을 산출할 수 있게 된다.

본 발명은 바람직한 실시 예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야의 숙련된 당업자는 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명의 요소들에 대한 수정 및 변경의 가능함을 이해할 수 있을 것이다. 또한, 본 발명의 필수적인 영역을 벗어나지 않는 범위 내에서 특별한 상황들이나 재료에 대하여 많은 변경이 이루어질 수 있다. 그러므로, 본 발명은 본 발명의 바람직한 실시 예의 상세한 설명으로 제한되지 않으며, 첨부된 특허청구범위 내에서 모든 실시 예들을 포함할 것이다.

10: 레이저 빔 소스
20: 광전달부
30: 카메라
40: 다익크로익 미러
50: 포인트 빔 소스
60: 포인트 빔 소스 제어 유닛
70: 연산부
80: 레이저 빔 제어부
90: 광검출기
100: 렌즈

Claims (27)

1. 레이저 빔을 조사하는 레이저 빔 소스;
   상기 레이저 빔 소스로부터 조사된 레이저 빔을 타겟으로 전달하는 광전달부;
   상기 광전달부를 통해 조사되는 레이저 빔의 광축 상으로 포인트 빔을 조사하는 포인트 빔 소스;
   상기 타겟에 대한 영상을 획득하기 위한 카메라;
   상기 카메라에서 얻어진 상기 레이저 빔과 포인트 빔에 대한 영상 정보로부터 구해진 상기 레이저 빔의 광축으로부터 상기 포인트 빔 결상 위치까지의 거리에 해당하는 빔 간격을 이용하여 타겟으로의 광 조사 거리(dt)를 산출하고, 산출된 광 조사 거리(dt)로부터 타겟에서의 레이저 빔 출력 특성을 산출하는 연산부;
   를 포함하는 레이저 빔 출력 측정 장치.
   
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 연산부에서는 상기 포인트 빔과 상기 레이저 빔의 광축이 교차하는 지점에서 상기 광축에 수직한 기준 평면(Plane 0) 까지의 거리에 해당되는 기준 거리를 미리 산출하여 저장하는 것을 특징으로 하는 레이저 빔 출력 측정 장치.
   
3. 청구항 2에 있어서,
   상기 연산부에서는 상기 포인트 빔의 광축과 상기 레이저 빔의 광축 간의 빔 각도와 상기 레이저 빔의 광축으로부터 상기 포인트 빔 결상 위치까지의 거리에 해당하는 빔 간격으로부터 상기 기준 평면과 타겟 간의 거리를 나타내는 보정치를 산출하여, 상기 기준 거리 및 상기 보정치로부터 상기 광 조사 거리(d_t)를 산출하는 것을 특징으로 하는 레이저 빔 출력 측정 장치.
   
4. 청구항 3에 있어서,
   상기 연산부에서는 상기 포인트 빔 결상 위치로부터 상기 타겟의 위치를 추정하되, 상기 레이저 빔 소스 위치를 기준으로 상기 타겟이 상기 기준 평면의 전후에 위치하는지를 결정하고, 상기 타겟이 상기 기준 평면에 비하여 상기 레이저 빔 소스 측에 가까운 위치에 위치하는 경우에는 상기 보정치를 감산하고, 상기 타겟이 상기 기준 평면에 비하여 상기 레이저 빔 소스 측에 먼 위치에 위치하는 경우에는 상기 보정치를 합산하며, 상기 기준 평면의 위치에 상기 타겟이 위치하는 경우에는 상기 기준 거리를 광 조사 거리(d_t)로 결정하는 것을 특징으로 하는 레이저 빔 출력 측정 장치.
   
5. 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 연산부에서는 산출된 상기 광 조사 거리(d_t)로부터 아래 수식으로부터 레이저 빔 스팟 상에서의 레이저 빔 세기(I(r,z))를 산출하는 것을 특징으로 하는 레이저 빔 출력 측정 장치.
   

   

   
   (여기서, ω₀는 빔 웨이스트, θ는 발산각, ω(z)는 빔의 반경, r은 빔의 중심으로부터의 거리)
   
6. 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 포인트 빔 소스의 포인트 빔 조사 각도를 조절하거나, 포인트 빔 조사 각도와 함께 포인트 빔 소스의 위치를 조절하기 위한 포인트 빔 소스 제어 유닛을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 빔 출력 측정 장치.
   
7. 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 레이저 빔의 광축 상에 배치되며, 상기 레이저 빔을 투과시키는 한편 상기 타겟으로부터의 반사광을 반사시켜 카메라 측으로 전달하기 위한 미러를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 빔 출력 측정 장치.
   
8. 청구항 7에 있어서,
   상기 미러와 상기 광전달부 사이에 위치하며 타겟으로의 빔 사이즈를 조절하기 위한 렌즈를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 빔 출력 측정 장치.
   
9. 레이저 빔을 조사하는 레이저 빔 소스;
   상기 레이저 빔 소스로부터 조사된 레이저 빔을 전달하는 광전달부;
   상기 광전달부를 통해 조사되는 레이저 빔의 광축 상으로 포인트 빔을 조사하는 포인트 빔 소스;
   상기 레이저 빔 소스의 광축 주위 영상을 획득하기 위한 카메라;
   상기 레이저 빔 소스로부터 출력되는 광을 측정할 수 있도록 위치되는 광검출기;
   상기 카메라에서 얻어진 상기 레이저 빔과 포인트 빔에 대한 영상 정보로부터 광검출기로의 광조사 거리(d_d)를 산출하고, 상기 카메라에서 얻어진 영상 신호 세기와 상기 광검출기에서 측정된 레이저 빔의 출력 세기를 비교하여, 카메라 영상 신호의 세기를 결정하는 연산부;를 포함하며,
   상기 연산부에서는 광검출기로의 광 조사 거리(d_d)와 동일한 광 조사 거리(d_t)에 타겟이 위치할 때, 상기 타겟에 대한 카메라 영상 신호로부터 레이저 빔 출력 특성을 산출하는 것을 특징으로 하는 레이저 빔 출력 측정 장치.
   
10. 청구항 9에 있어서,
    상기 연산부에서는 상기 포인트 빔과 상기 레이저 빔의 광축이 교차하는 지점에서 상기 광축에 수직한 기준 평면(Plane 0) 까지의 거리에 해당되는 기준 거리를 미리 산출하여 저장하는 것을 특징으로 하는 레이저 빔 출력 측정 장치.
    
11. 청구항 10에 있어서,
    상기 연산부에서는 상기 포인트 빔의 광축과 상기 레이저 빔의 광축 간의 빔 각도와 상기 레이저 빔의 광축으로부터 상기 포인트 빔 결상 위치까지의 거리에 해당하는 빔 간격으로부터 상기 기준 평면과 상기 광검출기 또는 상기 타겟 간의 거리를 나타내는 보정치를 산출하여, 상기 기준 거리 및 상기 보정치로부터 상기 광 조사 거리(d_d)를 산출하는 것을 특징으로 하는 레이저 빔 출력 측정 장치.
    
12. 청구항 11에 있어서,
    상기 연산부에서는 상기 포인트 빔 결상 위치로부터 상기 광검출기의 위치를 추정하되, 상기 레이저 빔 소스 위치를 기준으로 상기 광검출기 또는 상기 타겟이 상기 기준 평면의 전후에 위치하는지를 결정하고, 상기 광검출기 또는 상기 타겟이 상기 기준 평면에 비하여 상기 레이저 빔 소스 측에 가까운 위치에 위치하는 경우에는 상기 보정치를 감산하고, 상기 광검출기 또는 상기 타겟이 상기 기준 평면에 비하여 상기 레이저 빔 소스 측에 먼 위치에 위치하는 경우에는 상기 보정치를 합산하며, 상기 기준 평면의 위치에 상기 광검출기 또는 상기 타겟이 위치하는 경우에는 상기 기준 거리를 각각의 광 조사 거리(d_{d ,} d_t)로 결정하는 것을 특징으로 하는 레이저 빔 출력 측정 장치.
    
13. 청구항 9 내지 청구항 12 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 포인트 빔 소스의 포인트 빔 조사 각도를 조절하거나, 포인트 빔 조사 각도와 함께 포인트 빔 소스의 위치를 조절하기 위한 포인트 빔 소스 제어 유닛을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 빔 출력 측정 장치.
    
14. 청구항 9 내지 청구항 12 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 레이저 빔의 광축 상에 배치되며, 상기 레이저 빔을 투과시키는 한편 상기 타겟으로부터의 반사광을 반사시켜 카메라 측으로 전달하기 위한 미러를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 빔 출력 측정 장치.
    
15. 청구항 14에 있어서,
    상기 미러와 상기 광전달부 사이에 위치하며 타겟으로의 빔 사이즈를 조절하기 위한 렌즈를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 빔 출력 측정 장치.
    
16. 레이저 빔 소스와 포인트 빔 소스로부터 각각 레이저 빔과 포인트 빔을 타겟으로 조사하는 단계;
    카메라로부터 타겟에 대한 영상을 획득하는 단계;
    연산부에서 상기 카메라에서 얻어진 상기 레이저 빔과 포인트 빔에 대한 영상 정보로부터 상기 레이저 빔의 광축으로부터 상기 포인트 빔 결상 위치까지의 거리에 해당하는 빔 간격을 이용하여 타겟으로의 광 조사 거리(dt)를 산출하는 단계;
    상기 연산부에서 산출된 광 조사 거리로부터 타겟에서의 레이저 빔 출력 특성을 산출하는 단계;를 포함하는 레이저 빔 출력 측정 방법.
    
17. 청구항 16에 있어서,
    상기 연산부에서는 상기 포인트 빔과 상기 레이저 빔의 광축이 교차하는 지점에서 상기 광축에 수직한 기준 평면(Plane 0) 까지의 거리에 해당되는 기준 거리를 미리 산출하여 저장하고, 상기 광 조사 거리를 산출하는 단계에서, 미리 저장된 상기 기준 거리로부터 상기 광 조사 거리를 산출하는 것을 특징으로 하는 레이저 빔 출력 측정 방법.
    
18. 청구항 17에 있어서,
    상기 광 조사 거리를 산출하는 단계에서는 상기 포인트 빔의 광축과 상기 레이저 빔의 광축 간의 빔 각도와 상기 레이저 빔의 광축으로부터 상기 포인트 빔 결상 위치까지의 거리에 해당하는 빔 간격으로부터 상기 기준 평면과 타겟 간의 거리를 나타내는 보정치를 산출하여, 상기 기준 거리 및 상기 보정치로부터 상기 광 조사 거리를 산출하는 것을 특징으로 하는 레이저 빔 출력 측정 방법.
    
19. 청구항 18에 있어서,
    상기 광 조사 거리를 산출하는 단계에서는 상기 포인트 빔 결상 위치로부터 상기 타겟의 위치를 추정하되, 상기 레이저 빔 소스 위치를 기준으로 상기 타겟이 상기 기준 평면의 전후에 위치하는지를 결정하고, 상기 타겟이 상기 기준 평면에 비하여 상기 레이저 빔 소스 측에 가까운 위치에 위치하는 경우에는 상기 보정치를 감산하고, 상기 타겟이 상기 기준 평면에 비하여 상기 레이저 빔 소스 측에 먼 위치에 위치하는 경우에는 상기 보정치를 합산하며, 상기 기준 평면의 위치에 상기 타겟이 위치하는 경우에는 상기 기준 거리를 광 조사 거리(d_t)로 결정하는 것을 특징으로 하는 레이저 빔 출력 측정 방법.
    
20. 청구항 16 내지 청구항 19 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 레이저 빔 출력 특성을 산출하는 단계에서는 산출된 상기 광 조사 거리로부터 아래 수식으로부터 레이저 빔 스팟 상에서의 레이저 빔 세기(I(r,z))를 산출하는 것을 특징으로 하는 레이저 빔 출력 측정 방법.
    

    

    
    (여기서, ω₀는 빔 웨이스트, θ는 발산각, ω(z)는 빔의 반경, r은 빔의 중심으로부터의 거리)
    
21. 청구항 17 내지 청구항 19 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 광 조사 거리를 산출하는 단계 이전에 포인트 빔 소스 제어 유닛에 의하여 포인트 빔이 조사되는 위치를 변경하여 기준 거리를 재설정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 빔 출력 측정 방법.
    
22. 광검출기 측으로 레이저 빔 소스로부터 광이 조사되도록 소정의 광 조사 거리(d_d) 상에 광검출기를 위치시키는 단계;
    레이저 빔 소스와 포인트 빔 소스로부터 각각 레이저 빔과 포인트 빔을 상기 광검출기로 조사하는 단계;
    상기 광검출기로부터 하나 이상의 위치에서 레이저 빔의 출력 세기 정보를 검출하고, 카메라로부터 상기 광검출기 위치에서의 영상 정보를 획득하는 단계;
    상기 카메라에서 획득된 영상 신호의 세기 정보를 상기 광검출기에서 검출된 레이저 빔의 출력 세기 정보와 비교하여 상기 광검출기 위치에서의 레이저 빔 출력 분포 및 출력 밀도를 확인하는 단계;
    상기 광검출기를 상기 레이저 빔 소스의 광축 상에서 제거하고, 상기 광 조사 거리(d_d)와 동일한 거리에 타겟을 위치시키는 단계;
    상기 카메라에서 얻어진 영상 정보로부터 상기 타겟에서의 레이저 빔 출력 특성을 산출하는 단계;
    를 포함하는 레이저 빔 출력 측정 방법.
    
23. 청구항 22에 있어서,
    상기 광검출기를 위치시키는 단계 또는 상기 타겟을 위치시키는 단계에서는 상기 카메라에서 얻어진 상기 레이저 빔과 포인트 빔에 대한 영상 정보로부터 연산부에서 광검출기로의 광 조사 거리(d_d) 또는 상기 타겟으로의 광 조사 거리(d_t)를 산출하는 것을 특징으로 하는 레이저 빔 출력 측정 방법.
    
24. 청구항 23에 있어서,
    상기 연산부에서는 상기 포인트 빔과 상기 레이저 빔의 광축이 교차하는 지점에서 상기 광축에 수직한 기준 평면(Plane 0) 까지의 거리에 해당되는 기준 거리를 미리 산출하여 저장하고, 상기 광 조사 거리를 산출하는 단계에서, 미리 저장된 상기 기준 거리로부터 상기 광 조사 거리를 산출하는 것을 특징으로 하는 레이저 빔 출력 측정 방법.
    
25. 청구항 24에 있어서,
    상기 광 조사 거리를 산출하는 단계에서는 상기 포인트 빔의 광축과 상기 레이저 빔의 광축 간의 빔 각도와 상기 레이저 빔의 광축으로부터 상기 포인트 빔 결상 위치까지의 거리에 해당하는 빔 간격으로부터 상기 기준 평면과 타겟 간의 거리를 나타내는 보정치를 산출하여, 상기 기준 거리 및 상기 보정치로부터 상기 광 조사 거리를 산출하는 것을 특징으로 하는 레이저 빔 출력 측정 방법.
    
26. 청구항 25에 있어서,
    상기 광 조사 거리를 산출하는 단계에서는 상기 포인트 빔 결상 위치로부터 상기 타겟의 위치를 추정하되, 상기 레이저 빔 소스 위치를 기준으로 상기 타겟이 상기 기준 평면의 전후에 위치하는지를 결정하고, 상기 타겟이 상기 기준 평면에 비하여 상기 레이저 빔 소스 측에 가까운 위치에 위치하는 경우에는 상기 보정치를 감산하고, 상기 타겟이 상기 기준 평면에 비하여 상기 레이저 빔 소스 측에 먼 위치에 위치하는 경우에는 상기 보정치를 합산하며, 상기 기준 평면의 위치에 상기 타겟이 위치하는 경우에는 상기 기준 거리를 광 조사 거리(d_t)로 결정하는 것을 특징으로 하는 레이저 빔 출력 측정 방법.
    
27. 청구항 22 내지 청구항 26 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 광 조사 거리를 산출하는 단계 이전에 포인트 빔 소스 제어 유닛에 의하여 포인트 빔이 조사되는 위치를 변경하여 기준 거리를 재설정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 빔 출력 측정 방법.
    

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