KR101889872B1 - 파장이 서로 다른 복수 레이저들의 광 경로를 최적화한 피부 트리트먼트 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 파장이 서로 다른 복수 레이저들의 광 경로를 최적화한 피부 트리트먼트 장치를 개시한다. 상기 장치는, 제1 파장의 제1 레이저를 방출하는 제1광원; 상기 제1 파장보다 짧은 제2 파장의 제2 레이저를 방출하는 제2 광원; 상기 제1파장의 1/2인 제3 파장의 제3 레이저를 방출하는 제3 광원; 특정 파장의 레이저는 반사하고 그외의 레이저는 투과하는 컴바이너를 각 광원마다 대응시켜 배치함으로써, 상기 제1 내지 제3 레이저를 단일 출력점에 조사하도록 구성된 광학계; 및 상기 광학계의 상기 출력점에 배치되어, 상기 제1 내지 제3 레이저를 피부를 향하여 전달하는 광 파이버를 포함한다. 이때, 상기 광학계는, 컴바이너들이 상기 출력점으로부터, 상기 제2 레이저를 반사하는 제2 컴바이너, 상기 제1 레이저를 반사하는 제1 컴바이너, 상기 제3 레이저를 반사하는 제3 컴바이너의 순서로 배치된 것을 특징으로 한다.

Description

파장이 서로 다른 복수 레이저들의 광 경로를 최적화한 피부 트리트먼트 장치{SKIN TREATMENT APPARATUS USING LASERS OF DIFFERENT WAVELENGTHS}

본 발명은 파장이 서로 다른 복수의 레이저를 이용한 피부 트리트먼트 장치에 관한 것이다.

대상자의 피부에 다양한 파장의 레이저를 조사하여 피부 상태를 개선하고자 하는 피부 트리트먼트 장치가 공지되어 있다.

이러한 피부 트리트먼트 장치에서 사용하는 레이저의 예로는 1064nm, 755nm, 532nm 파장의 레이저를 들 수 있다.

1064nm 파장의 레이저는, 진피 혈관에 작용하며, 피부색과 관계없이 제모, 피부 재생 효과를 볼 수 있다.

즉, 이러한 1064nm 파장의 레이저는 피부 침투 깊이(Penetration Depth)가 깊고 옥시헤모글로빈(Oxy hemoglobin) 흡수도가 높기 때문에 진피 혈관 치료에 유용하다. 또한, 1064nm 파장의 레이저는 멜라닌 흡수도가 높지 않아서, 피부색이 검은 대상자에서도 탁월한 제모 효과를 얻을 수 있다.

또한, 1064nm 파장의 레이저는 침투 깊이가 깊을 뿐 아니라 물 흡수도가 높아서 진피층 내의 콜라겐을 자극하게 된다. 이로 인해, 잔주름 개선, 피부 재생 효과가 높다.

755nm 파장의 레이저는, 표피의 화이트닝 효과가 있으며, 피부색이 밝은 대상자에게서 높은 제모 효과를 나타낸다.

즉, 755nm 파장의 레이저는 침투 깊이가 1064nm 파장의 레이저보다 조금 얕지만 멜라닌 흡수도가 높아서 1064nm 파장의 레이저보다 제모 효과가 뛰어나다. 하지만, 멜라닌 흡수도가 높다는 이유 때문에, 피부색 타입에 제한을 받는다. 피부가 검은 대상자는 피부가 먼저 에너지를 흡수하여 피부에 손상이 가기 때문에, 피부색이 검은 대상자에게는 사용할 수 없다. 반면에, 755nm 파장의 레이저는 멜라닌 흡수도가 높기 때문에 피부색을 밝게하는 미백효과가 있다.

532nm 파장의 레이저는 표피 혈관에 작용하며, 표피 색소에 좋은 효과를 나타낸다.

즉, 532nm 파장의 레이저는 피부 침투 깊이가 얕고 옥시헤모글로빈 흡수도가 높기 때문에 표피 혈관 치료에 적합하다. 또한, 532nm 파장의 레이저는 1064nm 또는 755nm 파장의 레이저들보다도 멜라닌 흡수도가 가장 높으므로, 색소 질환 치료 효과가 뛰어나다.

한편, 상기한 1064nm, 755nm, 532nm 파장의 레이저들 중 적어도 두가지 이상을 결합하여 대상자에게 처치한다면, 피부 침투 깊이별, 피부색별에 대응하여, 혈관 치료, 제모, 미백 효과를 향상시킬 수 있게 된다. 이러한 이유로, 최근의 레이저를 이용한 피부 트리트먼트 장치들은 적어도 두가지 이상의 파장의 레이저를 동시에 또는 교대로 조사할 수 있도록 구현되고 있다.

한편, 레이저를 이용한 피부 트리트먼트 장치는, 두가지 이상의 파장의 레이저들을 방출하는 광원들로부터의 레이저를 광학계를 이용하여 하나의 출력점에 집중시키고, 출력점에 광 파이버를 위치시킴으로써, 집중된 레이저를 광 파이버를 통해 대상자의 원하는 위치까지 전달하는 방식으로 구현된다.

이때, 광원들로부터 출력점까지의 광 경로는 최소인 것이 유리하다. 하지만, 광학계를 구성하는 광학부품들(예를 들면, 빔 컴바이너(beam combiner) 또는 다이크로익 미러(dichroic mirror; 또는, 이색성 미러), 반사 미러 등)을 중첩시켜 배치할 수는 없고 광 경로상에 일렬로 배치해야 하므로, 광원들 및 광학부품들의 배치 방식을 잘 조합할 필요가 있다.

본 발명은, 서로 다른 복수 레이저들의 광 경로를 최적화한 피부 트리트먼트 장치에 있어서, 광원으로부터 광 파이버에 이르는 광 경로를 최적화하여 최적의 피부 트리트먼트 효과를 얻을 수 있게 하고자 한다.

또한, 광학계를 구성하는 구성부품들의 제작 특성에 맞추어 광원과 각 구성부품들의 배열을 최적화하고자 한다.

상술한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 파장이 서로 다른 복수 레이저들의 광 경로를 최적화한 피부 트리트먼트 장치는, 제1 파장의 제1 레이저를 방출하는 제1광원; 상기 제1 파장보다 짧은 제2 파장의 제2 레이저를 방출하는 제2 광원; 상기 제1 파장의 1/2인 제3 파장의 제3 레이저를 방출하는 제3 광원; 특정 파장의 레이저는 반사하고 그외의 레이저는 투과하는 컴바이너를 각 광원마다 대응시켜 배치함으로써, 상기 제1 내지 제3 레이저를 단일 출력점에 조사하도록 구성된 광학계; 및 상기 광학계의 상기 출력점에 배치되어, 상기 제1 내지 제3 레이저를 피부를 향하여 전달하는 광 파이버를 포함하고, 상기 컴바이너는 반사 효율이 투과 효율보다 높게 설계되고, 상기 광학계는: 상기 제1 레이저만을 반사하고 그외 레이저는 투과하는 제1 컴바이너, 상기 제2 레이저만을 반사하고 그외 레이저는 투과하는 제2 컴바이너, 상기 제3 레이저만을 반사하고 그외 레이저는 투과하는 제3 컴바이너를 포함하고, 상기 컴바이너들이 상기 출력점으로부터, 상기 제2 컴바이너, 상기 제1 컴바이너, 상기 제3 컴바이너의 순서로 배치될 수 있다.

이때, 상기 제1 파장은 1064±10nm이고, 상기 제2 파장은 755±10nm이고, 상기 제3 파장은 532±10nm일 수 있다.

또한, 상기 제2 레이저의 출력은 상기 제1 레이저의 출력보다 작거나 같을 수 있다.

또한, 상기 제1 내지 제3 광원은, 광 방출 타이밍을 시분할하여 교대로 레이저를 방출하도록 제어될 수 있다.

또한, 상기 광학계의 상기 제1 내지 제3 컴바이너는 일렬로 배열되어 입사 경로를 구성하고, 상기 제1 내지 제3 광원은, 상기 입사 경로와 평행하게 각자의 레이저를 방출하도록 배치되고, 방출된 레이저들은 각자의 반사미러에 의해 대응하는 컴바이너로 반사될 수 있다.

또한, 상기 제1 내지 제3 광원 중 적어도 하나의 광원은, 상기 입사 경로의 방향에 대해 역방향으로 레이저를 방출하도록 배치될 수 있다.

또한, 상기 제1 광원은 상기 입사 경로의 한쪽 옆에 배치되고, 상기 제2 광원 및 상기 제3 광원은 상기 입사 경로의 다른쪽 옆에 함께 배치될 수 있다.

상술한 바와 같은 구성에 의하면, 피부 트리트먼트를 위해 서로 보완적으로 사용될 수 있는 서로 다른 파장의 레이저들을 하나의 장치에서 사용할 수 있게 된다.

특히, 광원으로부터 광 파이버에 이르는 광 경로를 최적화함으로써 장치의 크기 및 무게를 줄일 수 있다.

또한, 광학계를 구성하는 구성부품들의 반사율 및 투과율 특성을 고려하여 광원과 각 구성부품들의 배치 순서를 최적화함으로써, 최대 광 결합 효율을 얻을 수 있게 된다. 이로써, 최적의 피부 트리트먼트 효과를 제공하는 피부 트리트먼트 장치를 구현할 수 있다.

도 1는 본 발명에 따른 3가지 서로 다른 파장의 레이저를 이용하는 피부 트리트먼트 장치에 있어서, 광원과 광학계를 배치하는 방법의 일례를 도시한다.
도 2는 상기 피부 트리트먼트 장치에 있어서, 광원과 광학계를 배치하는 방법의 다른 예를 도시한다.
도 3은 상기 피부 트리트먼트 장치에 있어서, 광원과 광학계를 배치하는 방법의 또다른 예를 도시한다.
도 4는 상기 피부 트리트먼트 장치에 있어서, 광원과 광학계를 배치하는 방법의 또다른 예를 도시한다.
도 5는 상기 피부 트리트먼트 장치에 있어서, 광원과 광학계를 배치하는 방법의 바람직한 예시를 도시한다.
도 6은 도 5에 도시된 광원과 광학계를 배치하는 바람직한 예시의 변형예를 도시한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 파장이 서로 다른 복수 레이저들의 광 경로를 최적화한 피부 트리트먼트 장치와 관련한 다양한 실시예를 설명한다. 참고로, 본 발명의 각 구성 요소를 지칭하는 용어들은 그 기능을 고려하여 예시적으로 명명된 것이므로, 용어 자체에 의하여 본 발명의 기술 내용을 예측하고 한정하여 이해해서는 아니될 것이다.

본 발명에 따른 파장이 서로 다른 복수 레이저들의 광 경로를 최적화한 피부 트리트먼트 장치는, 1064±10nm 파장(제1 파장)의 레이저(제1 레이저)와, 755±10nm 파장(제2 파장)의 레이저(제2 레이저), 532±10nm 파장(제3 파장)의 레이저(제3 레이저)를 광섬유를 통해 전달하여 하나의 헤드를 통해 조사할 수 있도록 구현된다.

이를 위하여, 상기 피부 트리트먼트 장치(100)는, 도 1에 도시된 바와 같이, 제1 레이저를 방출하는 제1 광원(S1)과, 제2 레이저를 방출하는 제2 광원(S2)과, 제3 레이저를 방출하는 제3 광원(S3)과, 광원으로부터의 레이저를 광 파이버를 향해 집중시키는 광학계(150)와, 광 파이버를 광학계의 출력점에 결합시키기 위한 파이버커플러(FC)를 구비한다.

광원(또는, 레이저 공진기)에서 출력되는 레이저 빔의 크기는 레이저 로드(Rod)의 사이즈와 비슷하다. 레이저 로드(도시하지 않음)는 일반적으로 원형 막대 형태를 가진다. 레이저 로드는 말단의 절단면 부분으로 레이저가 방출되는데, 그 원형 부분의 사이즈는 7 ~ 10mm 정도이고, 이로써, 레이저 로드로부터 방출되는 레이저 빔의 사이즈도 7~10mm 정도일 수 있다. 방출된 레이저 빔의 사이즈, 그리고 빔의 방향은 광학계를 구성하는 복수의 광학부품들을 통과하면서 임의로 조절될 수 있다.

본 발명에서 이용하는 제1 내지 제3 파장의 레이저를 방출하는 광원의 크기는, 532nm 파장의 광원(S3)이 가장 길다. 532nm 파장의 레이저는, 1064nm 파장의 레이저를 이용하여 만든다. 즉, 532nm 파장의 레이저는, 1064nm 파장의 레이저에서 제2 조화파 발생 원리를 이용한 파장 변환을 통해 얻어진다. 1064nm 파장의 레이저 공진기에 KTP 및 이색성 미러 등의 광학 부품을 추가될 수 있다. KTP는 1064nm 레이저를 532nm 레이저로 파장 변환시키는 광학부품이다. 그리고 이색성 미러는 1064nm 파장의 레이저는 반사시키고 532nm 파장의 레이저는 투과시켜, 변환된 532nm 파장의 레이저만을 분리한다. 1064nm 레이저가 KTP에서 변환되어 532nm 레이저가 출력될 때에는, 변환효율이 높지 않기 때문에 레이저 에너지의 일부만 변환된다. 532nm 파장의 레이저를 방출하는 광원은, 1064nm 파장의 레이저를 방출하는 공진기와 이러한 광학 부품들을 구비해야 하므로, 크기가 다른 광원에 비해 크다.

한편, 각 광원들(S1, S2, S3)로부터 방출된 레이저들은 광학계(150)를 통과하면서 하나의 출력점으로 집중된다. 출력점에는 광 파이버가 배치될 수 있다. 광학계(150)는 각 광원으로부터의 레이저를 반사시키는 반사 미러들(제1 미러, 제2 미러, 제3 미러)과, 각 미러들로부터 반사된 레이저를 출력점으로 반사시키는 컴바이너들(combiner)(제1 컴바이너, 제2 컴바이너, 제3 컴바이너)을 포함할 수 있다.

여기서, 반사 미러는, 도면들에서 "M"으로 표시되며, 특정 파장에 대하여 선택적인 반사율을 가질 수 있으며, 특정 파장에 대하여 약 99.5% 이상의 반사율을 갖도록 제작된 광학부품이다. 반사율은 다르게 조정될 수 있다. 예를 들어, 도 1에서 반사 미러(M2)는 755nm 파장의 레이저에 대해서는 99.5%의 반사율을 보이도록 구성될 수 있다. 하지만, 반사 미러(M2)는 그외의 파장에 대해서는 반사율을 보장하지 않을 수도 있다.

한편, 컴바이너는, 도면들에서 "C"로 표시되며, 특정 파장의 레이저에 대해서는 반사율이 99.5% 이상이고, 그외 다른 파장에 대해서는 투과율이 95% 이상인 특성을 갖도록 제작된 광학부품으로서, 다이크로익 미러(dichroic mirror)를 포함할 수 있다. 컴바이너의 반사율과 투과율은 임의로 조정될 수 있다. 예를 들면, 도 1에서 컴바이너(C3)는, 반사 미러(M3)에서 반사된 레이저는 99.5% 이상 반사시키고, 또다른 컴바이너들(C1, C2)을 거쳐서 입사하는 레이저는 95% 이상 투과시킨다.

이처럼, 컴바이너는 반사 효율이 투과 효율보다 높게 나타나는 광학적 특성을 나타낸다. 따라서, 컴바이너를 이용하여 광 경로를 구성할 때, 상대적으로 출력 손실이 적어야 하는 레이저는 컴바이너에서 반사되도록 하고, 출력 손실을 감수할 수 있는 레이저는 컴바이너를 투과하도록 광 경로를 구성하는 것이 바람직하다.

한편, 광학계(150)의 출력점에는 파이버커플러(fiber coupler)(FC)가 배치되고, 여기에 광 파이버의 일부분(예를 들면, 광의 입사부)이 배치될 수 있다. 출력점에 집중된 레이저들은 커플러에 결합된 광 파이버에 입사되어 광 파이버의 내부를 통해서 원하는 위치에, 예를 들면, 곡선으로 휘어진 광 파이버를 통해 대상자의 피부에 전달될 수 있다.

이때, 광 파이버는 입사되는 레이저의 정렬 상태에 민감하여, 레이저가 입사되는 정렬 상태가 조금만 틀어져도 광 파이버가 깨지는 등으로 손상될 수 잇다.

따라서, 본 발명에서 사용되는 1064nm, 755nm, 532nm 파장의 레이저를 방출하는 각각의 광원으로부터 광 파이버에 이르는 광 경로를 최소화하거나 최적화하기 위하여, 각 광원의 배치, 광학계를 구성하는 반사 미러들 및 컴바이너들의 배치를 조정할 필요가 있다.

즉, 출력이 높은 레이저들은 정렬 민감도를 낮춤으로써, 광원과 광학계의 미세한 틀어짐이 발생하더라도 광 정렬 상태가 유지되어 광 파이버에 손상을 주지 않도록, 이들 부품들을 적절히 배치할 필요가 있다.

또한, 광원 및/또는 다른 광학 부품들의 크기를 고려하고, 더욱, 컴바이너의 광학적 반사/투과 효율을 고려하여, 이들 부품들을 배치하는 것이 중요하다.

도 1은 상기한 3가지 서로 다른 파장의 레이저를 이용하는 피부 트리트먼트 장치에 있어서, 광원과 광학계를 배치하는 방법의 일례를 도시한다. 도면을 참조하면, 각 광원들(S1, S2, S3)로부터의 레이저들이 반사 미러들(M1, M2, M3)과 컴바이너들(C1, C2, C3)을 거쳐 파이버커플러(FC)에 입사되고 있다. 파이버커플러(FC)를 향하여 직선으로 레이저들이 입사하고 있으며, 이 직선 경로(입사 경로(Lc)라고 함)에는 컴바이너들이 파이버커플러(FC)로부터 C3, C1, C2의 순서로 배치되어 있다.

즉, 본 예에서는, 532nm 파장의 레이저를 반사하고 다른 레이저들은 투과하는 컴바이너(C3)가 파이버커플러(FC)에 가장 가까이에 배치되고, 그 다음에 1064nm 파장의 레이저를 반사하고 다른 레이저들은 투과하는 컴바이너(C1)가 배치되고, 그 다음으로 가장 멀리에 755nm 파장의 레이저를 반사하는 컴바이너(C2)가 배치된다.

각 광원들(S1, S2, S3)은 파이버커플러(FC)를 향하는 방향의 반대방향으로 레이저를 방출하고 있으며, 방출된 레이저들은 반사 미러들(M1, M2, M3)에 의해 반사되어 대응하는 컴바이너로 입사된다.

여기서, 532nm 파장의 레이저를 방출하는 광원(S3)이 가장 길고 크기 때문에, 이러한 배치에서는 장치의 전체 크기가 커질 수 있다. 또한,

레이저 빔은 파이버커플러(FC)로부터 거리가 멀어질수록 정렬이 쉽게 틀어질 수 있는데, 1064nm 및 755nm 파장의 레이저들은 상대적으로, 특히 532nm 레이저에 비하여 고출력이다. 따라서, 1064nm 및 755nm 파장의 레이저들을 방출하는 광원들(S1, S2)이 파이버커플러(FC)로부터 멀리 배치되면, 레이저 빔의 정렬이 틀어지기 쉽고, 결과적으로 파이버 표면이 손상될 가능성이 높아지게 된다. 따라서, 이러한 점들을 고려할 때, 532nm 파장의 광원(S3)이 가장 짧은 광 경로를 갖도록 배치된 도 1의 배치 방식은 최적의 배치 방법이라고 할 수 없다.

또한, 각 컴바이너들은 투과 효율(예를 들면, 95%)보다 반사 효율(예를 들면, 99.5%)이 높은데, 도 1과 같이 컴바이너를 배치하게 되면, 1064nm 파장의 레이저는 광원(S1)으로부터 2번의 반사와 1번의 투과를 거쳐 파이버커플러(FC)로 입사되고, 755nm 파장의 레이저는 광원(S2)으로부터 2번의 반사와 2번의 투과를 거쳐 파이버커플러로 입사되고, 532nm 파장의 레이저는 광원(S3)으로부터 2번의 반사를 거쳐 파이버커플러(FC)로 입사하는 경로들을 구성하게 된다.

그리고 예를 들어, 755nm 파장의 레이저는 2번의 투과를 거치면서 출력이 많이 감소한 상태로 파이버커플러(FC)에 도달하게 되고, 광 파이버를 통해 전달되어 피부에 도달할 때에는 광원(S2)으로부터 방출된 시점에 비해 출력이 상당히 감소한 상태가 될 수 있다.

예를 들어, 755nm 레이저와 1064nm 레이저는, 광원으로부터 방출될 때 모두 고출력으로 방출된다. 하지만, 1064nm 레이저의 출력이 755nm 레이저의 출력보다 훨씬 높다. 일반적으로 광원으로부터 방출되는 1064nm 파장 레이저의 최대 출력은 100~120J 정도까지 될 수 있고, 755nm 레이저는 70~75J 정도일 수 있다. 한편, 532nm 레이저는 10J 수준이다.

Nd:YAG 로드와 알렉산드라이트(Alexandrite) 로드의 사이즈가 서로 동일하더라도, Nd:YAG 1064nm 레이저의 출력이 알렉산드라이트 755nm 레이저의 출력보다 높다. 그것은 로드 자체의 특성으로서, 플래시 램프의 광 에너지를 레이저 에너지로 변환하는 효율이 Nd:YAG 로드가 알렉산드라이트 로드보다 높기 때문이다.

피부 트리트먼트 장치를 구성하는 데에는, 1064nm 레이저와 755nm 레이저 둘 다의 출력 모두가 높을수록 바람직하다. 높은 출력의 레이저를 넓게 조사하는 것이 시술 시간을 단축할 수 있기 때문이다. 예를 들어, 전신 제모와 같은 시술에 적용하는 경우에는, 많은 에너지를 넓은 면적으로 조사함으로써 시술 시간을 단축시키는 것이 특히 중요하다.

이처럼, 레이저의 출력이 높을수록 좋으며, 1064nm 레이저의 출력은 충분히 높지만, 755nm 레이저의 출력(더욱, 532nm 레이저 포함)은 상대적으로 낮다. 따라서, 755nm 레이저의 경우 광 파이버에 도달할 때까지 에너지 손실을 최소화하는 것이 중요하다.

물론, 알렉산드라이트 로드의 사이즈를 더 키우고 축전 용량을 더 키워서 광 램프로부터 더 많은 에너지를 공급하면 높은 출력의 755nm 레이저를 얻을 수 있겠지만, 장치의 크기와 무게가 커지며 제작 비용이 높아지는 상대적 관계가 있다.

따라서, 755nm 레이저가 지나는 광 경로에서 투과 횟수 대신 반사 횟수를 늘리는 것이 에너지 손실을 최소화하는 방법이 될 수 있다.

도 2는 상기한 3가지 서로 다른 파장의 레이저를 이용하는 피부 트리트먼트 장치에 있어서, 광원과 광학계를 배치하는 방법의 다른 예를 도시한다. 본 예에서는, 1064nm 파장의 레이저를 반사하는 컴바이너(C1)가 파이버커플러(FC)에 가장 가까이 배치되고, 이어서 755nm 파장의 레이저를 반사하는 컴바이너(C2)와 532nm 파장의 레이저를 반사하는 컴바이너(C3)가 배치된다.

이러한 배치에 의하면, 출력이 가장 높은 1064nm 파장의 레이저는 2번의 반사만을 거치는 것에 비하여, 출력이 비교적 낮은 755nm 파장의 레이저는 2번의 반사 및 1번의 투과를 거치게 되므로, 755nm 파장의 레이저의 출력은 더욱 낮아지게 된다. 또한, 532nm 파장의 레이저가 파이버커플러(FC)로부터 가장 멀리 배치되므로, 출력이 상대적으로 낮은 532nm 파장의 레이저에게는 불리하다. 또한, 컴바이너(C1)의 경우, 1064nm 파장은 반사시키고, 755nm 및 532nm 파장은 투과시켜야 하는데, 투과하는 532nm 파장은 반사하는 1064nm 파장의 고조파(harmonics)가 되어, 532nm 파장의 레이저의 투과율이 낮아지게 된다. 따라서, 도 2의 배치 방식은 최적의 배치 방법이라고 할 수 없다.

도 3은 상기한 3가지 서로 다른 파장의 레이저를 이용하는 피부 트리트먼트 장치에 있어서, 광원과 광학계를 배치하는 방법의 또다른 예를 도시한다. 본 예에서 컴바이너들은, 파이버커플러(FC)로부터, 755nm 파장의 레이저를 반사하는 컴바이너(C2), 1064nm 파장의 레이저를 반사하는 컴바이너(C1), 532nm 파장의 레이저를 반사하는 컴바이너(C3)의 순서로 배치된다.

이때, 파이버커플러(FC)와 가장 가까운 컴바이너(C2)는, 755nm 파장의 레이저는 반사시키고 1064nm 파장 및 532nm 파장의 레이저는 모두 투과시킨다. 이때, 투과하는 레이저의 파장들(1064nm과 532nm)은 서로 고조파 관계에 있기 때문에, 이 파장의 레이저들에 대해서는 상대적으로 투과율이 높다. 따라서, 755nm 파장을 반사하고 1064nm 및 532nm 파장들을 투과하도록 컴바이너(C2)를 구성하는 것이 바람직하다. 즉, 컴바이너를 제작하기 위해 반사/투과 코팅 공정을 거치게 되는데, 이렇게, 서로 고조파 관계에 있는 파장은 함께 투과시키도록 구성하는 것이 컴바이너 제작을 위한 코팅의 효율이 높아진다.

결론으로, 파이버커플러(FC)로부터 컴바이너를 C2, C1, C3의 순서로 배치하는 것이 가장 바람직하다. 이러한 배치에서는, 출력이 비교적 낮은 755nm 파장의 레이저는 2번의 반사를 거치므로 출력의 감소가 최소화되고, 출력이 가장 높은 1064nm 파장의 레이저는 2회의 반사 및 1회의 투과를 거쳐서 출력이 감소하더라도 다른 레이저들에 비해서는 여전히 높은 출력이다.

한편, 도 3의 배치에서는 파이버커플러(FC)를 기준으로 한쪽에 모든 광원들(S1, S2, S3)을 배치하게 되므로, 특정의 레이저에 대해서는, 컴바이너로부터 광원까지 이르는 거리가 길어져서 광 경로가 길어지는 단점이 있다. 예를 들면, 532nm 파장을 반사하는 컴바이너(C3)로부터 532nm 파장을 반사하는 반사 미러(M3)까지의 거리가 특히 길다. 따라서, 광원의 배치를 재구성할 필요가 있다.

도 4는 상기한 3가지 서로 다른 파장의 레이저를 이용하는 피부 트리트먼트 장치에 있어서, 광원과 광학계를 배치하는 방법의 더욱 또다른 예를 도시한다. 도면에서, 컴바이너들은, 도 3에 도시된 바와 같이, 파이버커플러(FC)로부터, C2, C1, C3의 순서로 배치되어 있다.

그리고, 1064nm 파장의 레이저를 방출하는 광원(S1)과 755nm 파장의 레이저를 방출하는 광원(S2)이 입사 경로(Lc)의 옆이면서 같은 쪽에 배치되고, 532nm 파장의 레이저를 방출하는 광원(S3)이 다른 쪽에 배치되어 있다.

이러한 구성에 의하면, 도 3의 배치에 비하여, 광원(S3)으로부터 파이버커플러(FC)에 이르는 532nm 파장 레이저의 광 경로(L3)가 짧아졌다. 하지만, 여전히 1064nm 파장 레이저의 광 경로(L1)는 길다. 즉, 고출력인 1064nm 파장 레이저의 경로(L1)를 더 줄이는 것이 정렬 민감도를 낮추는 측면에서 바람직하다.

도 5는 상기한 3가지 서로 다른 파장의 레이저를 이용하는 피부 트리트먼트 장치에 있어서, 광원과 광학계를 배치하는 방법의 가장 바람직한 첫번째 예시를 도시한다. 본 예시에서는, 도 3 또는 도 4와 마찬가지로, 파이버커플러(FC)로부터 C2, C1, C3의 순서로 컴바이너들을 배치하고, 1064nm 파장의 레이저를 방출하는 광원(S1)은 입사 경로(Lc)의 한쪽 옆(도면에서는 Lc의 왼쪽)에 배치하고, 755nm 파장의 레이저를 방출하는 광원(S2)과 532nm 파장의 레이저를 방출하는 광원(S3)은 입사 경로(Lc)의 다른쪽 옆(도면에서는 Lc의 오른쪽)에 배치하고 있다.

이때, 각 광원들(S1, S2, S3)은 입사 경로(Lc)에서 파이버커플러(FC)를 향하는 방향의 역방향을 바라보도록 배치되어 있다.

이러한 구성에 의하면, 각 컴바이너들의 투과율 및 반사율을 고려하여 각 광 경로를 최적으로 구성할 수 있으므로, 최대 광 효율을 얻을 수 있다. 또한, 고출력인 1064nm 파장의 레이저의 광 경로(L1)와 755nm 파장의 레이저의 광 경로(L2)를 최소로 하면, 고출력 레이저의 광 경로가 짧아지므로 정렬 민감도가 낮아지게 되어 광 파이버의 출력점에 빔을 정렬시키기 쉽고 또한 광의 정렬이 어긋날 가능성도 줄어들게 되어, 광 파이버가 손상될 가능성이 최소화된다. 또한, 장치의 폭 및 길이를 최소화할 수 있어서 장치의 길이/크기 및 무게를 최소화할 수 있다.

도 6은 도 5에 도시된 광원과 광학계를 배치하는 방법의 다른 변형예를 도시한다. 본 예에서는, 각 광원과 컴바이너들의 배치된 위치는 도 5의 구성과 동일하고, 다만, 크기가 상대적으로 작은 광원인 S1과 S2를 반대로 바라보도록 배치하고 있다. 이렇게 배치하면, 1064nm 파장 레이저의 광 경로(L1)와 755nm 파장 레이저의 광 경로(L2)는 도 5의 경로 길이와 동일하지만, 532nm 파장 레이저의 광 경로(L3)는, 755nm 파장의 레이저를 방출하는 광원(S2)의 길이만큼 더 길어지게 된다. 따라서, 장치의 크기가 도 5의 그것에 비하여 더 커질 수 있다.

상기한 도 5 또는 도 6에 도시된 바와 같은 구성에 의하면, 파이버커플러에 가장 가까이에 있는 컴바이너(C2)는 755nm 파장은 반사하고, 1064nm 및 532nm 파장은 투과하도록 코팅되어 제작된다. 또한, 컴바이너(C1)는 1064nm 파장은 반사하고 532nm 파장은 투과하도록 코팅되고, 컴바이너는 532nm 파장을 반사하도록 코팅되어 제작될 수 있다.

그리고, 광원(S1)을 입사 경로(Lc)의 한쪽 옆에, 광원들(S2, S3)을 Lc의 다른쪽 옆에 적절히 분할 배치함으로써, 모든 광원으로부터의 레이저는 2번의 반사를 통해 파이버커플러(FC)에 입사된다.

이로써, 컴바이너(C2)에서 반사되는 레이저(예를 들면, 755nm 파장의 레이저)의 광 경로가 가장 짧고, 컴바이너(C1)에서 반사되는 레이저(예를 들면, 1064nm 파장의 레이저)의 광 경로가 그 다음으로 짧고, 컴바이너(C3)에서 반사되는 레이저(예를 들면, 532nm 파장의 레이저)의 광 경로가 가장 길다.

이러한 배치 방식으로 광원과 광학부품들이 배치된 본 발명에 따른 3가지 서로 다른 파장의 레이저를 이용하는 피부 트리트먼트 장치(100)에 의하면, 하나의 장치에서 1064nm, 755nm, 532nm 파장의 레이저를 동시에 또는 교대로 방출하여 대상자의 피부에 조사할 수 있다. 특히, 상기 각 파장의 특성에 따라 피부 침투 깊이별, 피부 색상별, 병변별로 최적의 레이저를 활용하여 치료를 수행할 수 있게 된다.

본 발명은, 이렇게 3가지 파장의 레이저를 함께 사용함에 있어서, 최단 광 경로, 최대 빔 결합 효율, 최소 장치 크기/무게를 실현할 수 있다.

추가로, 상기 3가지 파장의 레이저들은 2가지 이상의 레이저가 동시에 방출되어 대상자의 피부에 동시에 조사될 수도 있다. 하지만, 2가지 이상의 레이저를 함께 적용하고자 하는 경우, 시분할된 타이밍에 교대로 조사하도록 제어되는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명에 따른 피부 트리트먼트 장치(100)에는, 피부에 영향을 미치지 않는 레이저를 조사하는 기능이 추가될 수 있다. 이 레이저는 상기 3가지 파장의 치료용 레이저들을 조사하기에 앞서서, 상기 치료용 레이저가 조사될 지점을 식별하기 위해 사용되는 가이드 빔으로 사용될 수 있다. 가이드 빔은 도 5 및 도 6에 도시된 광원(LD)으로부터 조사될 수 있으며, 반사 미러(M4)에서 반사되어 입사 경로(Lc)를 통해 파이버커플러(FC)에 입사될 수 있다. 가이드 빔은 예를 들면 400~450nm 파장일 수 있다. 반사 미러(M4)는 이러한 가이드 빔을 대부분 반사시켜 입사 경로에 배치된 컴바이너들에 입사시킨다. 이러한 구성에는, 각 컴바이너들은 400~450nm 파장의 가이드 빔을 투과시키는 특성을 가져야 한다.

이때, 가이드 빔은 실질적으로 치료 효과를 가지지 않으므로, 광학계를 통과하면서 출력이 어느 정도 감소되어도 무방하다. 따라서, 가이드 빔은 입사 경로(Lc)에서 가장 긴 경로를 가져도 무방하다.

이상에서 설명된 본 발명의 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 보여준 것에 불과하며, 본 발명의 보호 범위는 이하 특허청구범위에 의하여 해석되어야 마땅할 것이다. 또한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것인 바, 본 발명과 균등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (7)

1064±10nm 범위인 제1 파장의 제1 레이저를 방출하는 제1광원;
상기 제1 파장보다 짧은 755±10nm인 제2 파장의 제2 레이저를 방출하는 제2 광원;
상기 제1 파장의 1/2인 532±10nm인 제3 파장의 제3 레이저를 방출하는 제3 광원;
특정 파장의 레이저는 반사하고 그외의 레이저는 투과하는 컴바이너 - 상기 컴바이너는 반사 효율이 투과 효율보다 높음 - 를 각 광원마다 대응시켜 배치함으로써, 상기 제1 내지 제3 레이저를 단일 출력점에 조사하도록 구성된 광학계; 및
상기 광학계의 상기 출력점에 배치되어, 상기 제1 내지 제3 레이저를 피부를 향하여 전달하는 광 파이버를 포함하고,
상기 제1 내지 제3 레이저의 출력은, 상기 제3레이저 < 상기 제2 레이저 ≤ 상기 제1 레이저의 순서를 나타내고,
상기 광학계는:
상기 제1 레이저만을 반사하고 그외 레이저는 투과하는 제1 컴바이너, 상기 제2 레이저만을 반사하고 그외 레이저는 투과하는 제2 컴바이너, 상기 제3 레이저만을 반사하고 그외 레이저는 투과하는 제3 컴바이너를 포함하고,
상기 제1 내지 제3 컴바이너는 상기 출력점을 항하여 일렬 직선으로 배열되어 입사 경로를 구성하고,
상기 컴바이너들이 상기 출력점으로부터, 상기 제2 컴바이너, 상기 제1 컴바이너, 상기 제3 컴바이너의 순서로 배치된 것을 특징으로 하는, 파장이 서로 다른 복수 레이저들의 광 경로를 최적화한 피부 트리트먼트 장치.

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제1항에 있어서,
상기 제1 내지 제3 광원은, 광 방출 타이밍을 시분할하여 교대로 레이저를 방출하도록 제어되는 것을 특징으로 하는, 파장이 서로 다른 복수 레이저들의 광 경로를 최적화한 피부 트리트먼트 장치.

제1항에 있어서,
상기 제1 내지 제3 광원은, 상기 입사 경로와 평행하게 각자의 레이저를 방출하도록 배치되고, 방출된 레이저들은 각자의 반사미러에 의해 대응하는 컴바이너로 반사되는 것을 특징으로 하는, 파장이 서로 다른 복수 레이저들의 광 경로를 최적화한 피부 트리트먼트 장치.

제5항에 있어서,
상기 제1 내지 제3 광원 중 적어도 하나의 광원은, 상기 입사 경로의 방향에 대해 역방향으로 레이저를 방출하도록 배치되는 것을 특징으로 하는, 파장이 서로 다른 복수 레이저들의 광 경로를 최적화한 피부 트리트먼트 장치.

제5항에 있어서,
상기 제1 광원은 상기 입사 경로의 한쪽 옆에 배치되고,
상기 제2 광원 및 상기 제3 광원은 상기 입사 경로의 다른쪽 옆에 함께 배치되는 것을 특징으로 하는, 파장이 서로 다른 복수 레이저들의 광 경로를 최적화한 피부 트리트먼트 장치.

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