KR102491364B1 - 레이저빔 발생수단 및 그 제어시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 레이저빔 발생수단 및 그 제어시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 엔디야그매질을 둘러싸고 후레쉬램프를 복수개 배치하되, 각 후레쉬램프를 순차적으로 작동시킴으로써, 3개 이상의 큐스위치 펄스 레이저빔이 출력되도록 한 레이저빔 발생수단 및 그 제어시스템에 관한 것이다.
본 발명에 따르면, 3개 이상의 큐스위치 펄스 레이저빔을 활용할 수 있으며, 이는 1번 혹은 2번에 걸쳐 강한 레이저 에너지를 전달하는 것에 비해 주변 조직에 대한 레이저 흡수를 최소화하고, 피부 속 레이저 발색단(chromophore)에 레이저 흡수를 집중시킬 수 있어 높은 에너지를 사용한 병변에 대한 치료효과를 극대화하면서 시술에 따른 고통을 최소화할 수 있다는 장점이 있다.

Description

레이저빔 발생수단 및 그 제어시스템 {laser beam generating means and control system therefor}

본 발명은 레이저빔 발생수단 및 그 제어시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 엔디야그매질을 둘러싸고 후레쉬램프를 복수개 배치하되, 각 후레쉬램프를 순차적으로 작동시킴으로써, 3개 이상의 큐스위치 펄스 레이저빔이 출력되도록 한 레이저빔 발생수단 및 그 제어시스템에 관한 것이다.

레이저 조사 장치는 다양한 분야에서 광범위하게 사용되고 있으며, 특히 의료용으로 많이 사용되고 있는 엔디야그(Nd:YAG) 레이저 조사장치는 네오디뮴 이온을 처리한 이트륨 알루미늄 가닛(yttrium aluminum garnet) 결정을 고압 섬광방전관으로 활성화 시켜 1064nm의 근적외선 영역에 속하는 파장의 레이저광을 조사한다.

이러한 1064nm 파장의 펄스 엔디야그 레이저(Long pulsed Nd:YAG laser)는 제모, 안면 혈관 확장증, 정맥 혈관 확장증 등 혈관 치료에 이용되고, 비 침습적 안면 피부 재생술에도 폭 넓게 이용되고 있다.

한편, 엔디야그 레이저 조사장치는 큐스위칭(Q-Switching) 장치를 이용하여 1064nm의 펄스 파장대역을 큐스위치(Q-switched) 레이저, 즉 1064nm의 펄스를 극히 짧은 펄스 폭과 높은 출력 에너지를 갖는 숏 펄스대역으로 변환시킬 수 있다.

이렇게 짧은 펄스 폭과 높은 출력 에너지를 갖는 숏 펄스로 변환된 1064nm 파장의 큐스위치 엔디야그 레이저(Q-switched Nd:YAG laser)는 피부 색소 병변을 치료하는 레이저로서 오타 모반, 눈썹 문신, 아이라인 문신 등에 많이 이용되고 있다.

도 1은 종래의 큐스위치 엔디야그 레이저빔 조사장치의 구조를 나타낸 개념도로서, 편광프리즘(2)과 미러(4), 부분반사거울(5)의 사이에 광변조기(3)를 구성함으로써, 레이저빔발생수단(1)에서 발진된 레이저를 증폭시켜 짧은 시간에 강한 레이저가 발사되도록 하는 구조를 가지고 있다.

즉, 도 1을 참조하면 레이저빔발생수단(1)의 후레쉬램프(1d)에서 방출된 빛을 엔디야그매질(1c)에서 흡수하여 레이저빔이 양방향으로 발진되는데, 큐스위치가 켜진 상태에서 양쪽 거울 사이에서 빛이 반사되어 증폭되면 레이저 발사를 막아 레이저광의 밀도 반전이 최대로 되고, 밀도 반전이 최대로 되는 순간에 큐스위치가 꺼지면, 하나의 펄스의 유효한 큐에너지에 의해 짧은 시간에 강한 레이저가 발사되는 것이다.

그러나, 이러한 종래의 레이저빔발생수단(1)은 도 2 내지 도 4와 같이 레이저챔버(1a)에 필터(1b)가 삽입되고, 상기 필터(1b)에는 엔디야그매질(1c)과 후레쉬램프(1d)가 각각 하나씩만 삽입되는데, 이 경우 광량 부족으로 인해 유효한 큐에너지를 최대 2개의 펄스까지만 사용할 수 있었다(도 5 참조).

또한, 종래의 레이저빔발생수단(1)에서는 후레쉬램프(1d)가 엔디야그매질(1c)로부터 일측 방향으로만 이격되어 배치되기 때문에, 레이저빔 패턴이 엔디야그매질(1c) 전체에 고르게 분포되지 못하고, 후레쉬램프(1d)에 인접한 위치(K,도 4 참조)로 편향되어 분포되는 문제점도 있었다.

상술한 문제점을 극복하기 위하여, 본 출원인은 엔디야그매질을 둘러싸고 후레쉬램프를 복수개 배치하여 레이저빔 패턴이 엔디야그매질 전체에 고르게 분포되도록 하되, 각각의 후레쉬램프를 순차적으로 작동시켜 3개 이상의 큐스위치 펄스 레이저빔이 출력되도록 한 레이저빔 발생수단 및 그 제어시스템을 연구·개발하게 된 것이다.

등록특허 제10-1386496호 (2014.04.17.)

본 발명은 레이저빔 발생수단 및 그 제어시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 엔디야그매질을 둘러싸고 후레쉬램프를 복수개 배치하되, 각 후레쉬램프를 순차적으로 작동시킴으로써, 3개 이상의 큐스위치 펄스 레이저빔이 출력되도록 한 레이저빔 발생수단 및 그 제어시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에서는 내부에 필터(200) 및 반사매질(10)을 수용하기 위한 공간이 형성되고, 길이방향 양단부에는 필터삽입홀(110,120)이 형성된 레이저챔버(100); 상기 필터삽입홀(110,120)에 양단부가 끼워져서 밀착 고정되고, 길이방향으로 관통되는 엔디야그매질삽입홀(210)과, 상기 엔디야그매질삽입홀(210)을 둘러싸고 일정한 간격으로 원형으로 배치되면서 길이방향으로 관통되는 복수개의 후레쉬램프삽입홀(220)을 포함하는 필터(200); 상기 엔디야그매질삽입홀(210)에 삽입되어 밀착 고정되는 엔디야그매질(300); 상기 후레쉬램프삽입홀(220)에 삽입되어 밀착 고정되는 후레쉬램프(400); 상기 필터(200)의 각각의 완곡부(230) 사이의 옴폭한 외주면에 필터(200)의 길이방향을 따라 밀착 고정되어 필터(200)를 냉각시키는 냉각수단(500);을 포함하고, 상기 레이저챔버(100)와 필터(200) 사이에는 반사매질(10)이 빈 공간 없이 충진되되, 상기 반사매질(10)은 바륨(barium) 가루로 구성되는 것을 특징으로 하고, 상기 필터(200)는 그 횡단면이 후레쉬램프(400)의 갯수와 동일한 복수개의 완곡부(230)로 이루어진 클로버 형태를 가지는 것을 특징으로 하고, 상기 엔디야그매질삽입홀(210)은 필터(200)의 중심에 배치되는 것을 특징으로 하고, 상기 후레쉬램프삽입홀(220)은 각각의 완곡부(230) 내부에 배치되는 것을 특징으로 하는 레이저빔 발생수단 및 상기 레이저빔 발생수단을 제어하는 시스템에 있어서, 상기 후레쉬램프(400) 각각이 소정의 시간간격을 두고 순차적으로 작동되도록 제어하는 순차작동제어부(1000); 상기 후레쉬램프(400) 각각이 정상적으로 작동되는지 체크하고, 만약 적어도 어느 하나의 후레쉬램프(400)가 정상적으로 작동되지 않으면, 모든 후레쉬램프(400)의 작동을 정지하는 정상작동체크부(2000); 상기 정상작동체크부(2000)에 의해 모든 후레쉬램프(400)의 작동이 정지된 경우 사용자에게 알람을 출력하는 알람출력부(3000);를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저빔 발생수단 제어시스템을 제시한다.

본 발명에 따르면, 3개 이상의 큐스위치 펄스 레이저빔을 활용할 수 있으며, 이는 1번 혹은 2번에 걸쳐 강한 레이저 에너지를 전달하는 것에 비해 주변 조직에 대한 레이저 흡수를 최소화하고, 피부 속 레이저 발색단(chromophore)에 레이저 흡수를 집중시킬 수 있어 높은 에너지를 사용한 병변에 대한 치료효과를 극대화하면서 시술에 따른 고통을 최소화할 수 있다는 장점이 있다.

도 1은 종래의 레이저빔 발진장치의 전체구조를 나타낸 개념도이다.
도 2는 종래의 레이저빔 발진장치의 일부구성인 레이저빔 발진수단의 분해사시도이다.
도 3은 도 2의 결합사시도이다.
도 4는 도 3의 A부 단면도이다.
도 5는 종래의 가우스 분포 형태의 레이저빔 패턴을 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명에 따른 레이저빔 발진수단의 분해사시도이다.
도 7은 도 6의 결합사시도이다.
도 8은 도 7의 A부 단면도이다.
도 9는 본 발명의 레이저빔 발진수단 제어시스템의 구성도이다.
도 10은 본 발명의 순차적으로 작동되는 각각의 후레쉬램프에 따른 각각의 레이저빔 펄스 지속시간에 대한 광량을 나타낸 도면이다.
도 11은 도 10의 후레쉬램프가 순차적으로 작동했을 때 나타나는 전체 레이저빔에 대해 펄스 지속시간에 따른 광량을 나타낸 도면이다.
도 12는 도 11에서 최종적으로 나타난 레이저빔 펄스 지속시간과 광량을 통해 최대 4개의 큐스위칭 빔을 구현하는 모습을 나타낸 도면이다.

이하 첨부된 도면을 바탕으로 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 설명한다. 다만 본 발명의 권리범위는 특허청구범위 기재에 의하여 파악되어야 한다. 또한 본 발명의 요지를 모호하게 하는 공지기술의 설명은 생략한다.

단, 도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도면에 도시된 바에 한정되지 않으며, 여러 부분 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다.

또한, 본 발명의 설명 중 "상", "하" 등의 방향 한정은 이해를 돕기 위해 도 6의 형태를 기준으로 지시하는 것일 뿐, 기준선(또는 도면)을 달리하면 방향도 달리 지시될 것임을 밝혀둔다.

본 발명은 레이저빔 발생수단 및 그 제어시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 엔디야그매질을 둘러싸고 후레쉬램프를 복수개 배치하되, 각 후레쉬램프를 순차적으로 작동시켜 다수의 큐스위치 펄스 레이저빔이 출력되도록 한 레이저빔 발생수단 및 그 제어시스템에 관한 것이다.

도 1은 종래의 레이저빔 발진장치의 전체구조를 나타낸 개념도이다고, 도 2는 종래의 레이저빔 발진장치의 일부구성인 레이저빔 발진수단의 분해사시도이고, 도 3은 도 2의 결합사시도이고, 도 4는 도 3의 A부 단면도이고, 도 5는 종래의 가우스 분포 형태의 레이저빔 패턴을 나타낸 도면이고, 도 6은 본 발명에 따른 레이저빔 발진수단의 분해사시도이고, 도 7은 도 6의 결합사시도이고, 도 8은 도 7의 A부 단면도이고, 도 9는 본 발명의 레이저빔 발진수단 제어시스템의 구성도이고, 도 10은 본 발명의 순차적으로 작동되는 각각의 후레쉬램프에 따른 각각의 레이저빔 펄스 지속시간에 대한 광량을 나타낸 도면이고, 도 11은 도 10의 후레쉬램프가 순차적으로 작동했을 때 나타나는 전체 레이저빔에 대해 펄스 지속시간에 따른 광량을 나타낸 도면이고, 도 12는 도 11에서 최종적으로 나타난 레이저빔 펄스 지속시간과 광량을 통해 최대 4개의 큐스위칭 빔을 구현하는 모습을 나타낸 도면이다.

본 발명에 따른 레이저빔 발생수단은 레이저챔버(100)와, 필터(200)와, 엔디야그매질(300)과, 후레쉬램프(400)와, 냉각수단(500)을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

레이저챔버(100)에 대해 설명한다. 레이저챔버(100)는 내부에 필터(200) 및 반사매질(10)을 수용하기 위한 공간이 형성되고, 길이방향 양단부에는 필터삽입홀(110,120)이 형성된 부분이다.

여기서, 반사매질(10)은 후레쉬램프(400)에서 발생되는 빛을 반사하여 모아줄 수 있는 물질로서, 레이저챔버(100)와 필터(200) 사이에 빈 공간 없이 충진되는 것이 바람직하다(도 8 참조). 반사매질(10)을 얼마나 빈 공간 없이 눌러서 담느냐에 따라 반사율과 에너지가 틀려진다.

상기 반사매질(10)은 바륨(barium) 가루로 구성하는 것이 바람직하다. 바륨 가루는 백색 또는 황백색의 분말 또는 고체로, 후레쉬램프(400)에서 생성된 자연광에 가장 가까운 빛의 소멸을 억제시키며 생성된 광량을 최대한으로 유지할 수 있는 매질로서, 녹는점과 끓는점이 매우 높아 후레쉬램프(400)에서 생성된 고열에서도 이상 없이 잘 견딜 수 있는 장점을 가지고 있다.

필터(200)에 대해 설명한다. 필터(200)는 상기 필터삽입홀(110,120)에 양단부가 끼워져서 밀착 고정되는 부분으로서, 후술할 후레쉬램프(400)에서 방출되는 빛 중에서 808nm의 파장대만 통과되도록 하는 역할을 한다.

상기 필터(200)는 길이방향으로 관통되는 엔디야그매질삽입홀(210)과, 상기 엔디야그매질삽입홀(210)을 둘러싸고 일정한 간격으로 배치(바람직하게는 원형으로 배치)되면서 길이방향으로 관통되는 복수개의 후레쉬램프삽입홀(220)을 포함하여 구성되는 부분이다. 본 발명의 도면에서는 후레쉬램프삽입홀(220)을 네 개로 구성하였으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.

구체적으로, 상기 필터(200)는 도 6 내지 도 8과 같이, 그 횡단면이 후레쉬램프(400)의 갯수와 동일한 복수개의 완곡부(230)로 이루어진 클로버 형태로 구성될 수 있다. 이 경우, 상기 엔디야그매질삽입홀(210)은 필터(200)의 중심에 배치되는 것을 특징으로 하고, 상기 후레쉬램프삽입홀(220)은 각각의 완곡부(230) 내부에 배치되는 것을 특징으로 한다.

엔디야그매질(300)에 대해 설명한다. 엔디야그매질(300)은 상기 엔디야그매질삽입홀(210)에 삽입되어 밀착 고정되는 부분으로서, 상기 필터(200)를 통과하는 808nm 파장대의 빛을 흡수하여 1064nm파장의 레이저빔이 방출되는 부분이다.

후레쉬램프(400)에 대해 설명한다. 후레쉬램프(400)는 복수개로 구비되고, 상기 후레쉬램프삽입홀(220) 각각에 삽입되어 밀착 고정되는 부분으로서, 상기 엔디야그매질(300)를 둘러싸고 일정한 간격으로 배치되어, 빛이 방출되는 부분이다.

냉각수단(500)에 대해 설명한다. 냉각수단(500)은 상기 필터(200)의 각각의 완곡부(230) 사이의 옴폭한 외주면에 필터(200)의 길이방향을 따라 밀착 고정되어 필터(200)를 냉각시키는 부분으로서, 냉각효과를 높이기 위하여 열전도율이 높은 금속으로 형성되는 것이 바람직하다.

이하에서는 전술한 형태에 따른 레이저빔 발생수단을 제어하는 시스템에 대해 설명한다.

본 발명에 따른 레이저빔 발생수단 제어시스템은 도 9와 같이, 부(1l000)와, 정상작동체크부(2000), 알람출력부(3000)를 포함하여 구성될 수 있다.

순차작동제어부(1000)에 대해 설명한다. 순차작동제어부(1000)는 도 10과 같이 상기 후레쉬램프(400) 각각이 소정의 시간간격을 두고 순차적으로 작동되도록 제어하는 부분이다. 상기 시간간격은 도 10과 같이 100㎲로 설정할 수 있으나, 반드시 이에 구속되는 것은 아니다.

도 11은 도 10의 후레쉬램프가 순차적으로 작동했을 때 나타나는 전체 레이저빔에 대해 펄스 지속시간에 따른 광량을 나타낸 도면이고, 도 12는 도 11에서 최종적으로 나타난 레이저빔 펄스 지속시간과 광량을 통해 최대 4개의 큐스위칭 빔을 구현하는 모습을 나타낸 도면이다.

즉, 종래에는 충분한 광량 부족으로 인해 도 5와 같이 Δt 시간 간격을 두고 최대 두 개의 펄스까지만 사용할 수 있는 반면에, 본 발명에 따르면 도 10과 같이 복수개의 후레쉬램프(400)를 순차적으로 작동시켜 충분한 광량을 확보할 수 있고, 이에 따라 도 11 내지 도 12와 같이 t' 시간 간격을 두고 네 개의 펄스가 출력될 수 있는 것이다.

정상작동체크부(2000)에 대해 설명한다. 정상작동체크부(2000)는 상기 후레쉬램프(400) 각각이 정상적으로 작동되는지 체크하고, 만약 적어도 어느 하나의 후레쉬램프(400)가 정상적으로 작동되지 않으면, 모든 후레쉬램프(400)의 작동을 정지하는 부분이다. 복수개의 후레쉬램프(400) 중 어느 하나라고 작동되지 않으면, 발명의 목적이 달성되기 어렵기 때문이다.

알람출력부(3000)에 대해 설명한다. 알람출력부(3000)는 상기 정상작동체크부(2000)에 의해 모든 후레쉬램프(400)의 작동이 정지된 경우 사용자에게 알람을 출력하는 부분이다.

본 발명에 따르면, 3개 이상의 큐스위치 펄스 레이저빔을 활용할 수 있으며, 이는 1번 혹은 2번에 걸쳐 강한 레이저 에너지를 전달하는 것에 비해 주변 조직에 대한 레이저 흡수를 최소화하고, 피부 속 레이저 발색단(chromophore)에 레이저 흡수를 집중시킬 수 있어 높은 에너지를 사용한 병변에 대한 치료효과를 극대화하면서 시술에 따른 고통을 최소화할 수 있다는 장점이 있다.

이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것은 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경 가능함은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 명백할 것이다.

100 : 레이저챔버
110,120 : 필터삽입홀
200 : 필터
210 : 엔디야그매질삽입홀
220 : 후레쉬램프삽입홀
230 : 완곡부
300 : 엔디야그매질
400 : 후레쉬램프
500 : 냉각수단
1000 : 순차작동제어부
2000 : 정상작동체크부
3000 : 알람출력부
10 : 반사매질
1 : 레이저빔발생수단
1a : 레이저챔버
1b : 필터
1c : 엔디야그매질
1d : 후레쉬램프
2 : 편광프리즘
3 : 광변조기
4 : 미러
5 : 부분반사거울

Claims (5)

1. 내부에 필터(200) 및 반사매질(10)을 수용하기 위한 공간이 형성되고, 길이방향 양단부에는 필터삽입홀(110,120)이 형성된 레이저챔버(100); 상기 필터삽입홀(110,120)에 양단부가 끼워져서 밀착 고정되고, 길이방향으로 관통되는 엔디야그매질삽입홀(210)과, 상기 엔디야그매질삽입홀(210)을 둘러싸고 일정한 간격으로 원형으로 배치되면서 길이방향으로 관통되는 복수개의 후레쉬램프삽입홀(220)을 포함하는 필터(200); 상기 엔디야그매질삽입홀(210)에 삽입되어 밀착 고정되는 엔디야그매질(300); 상기 후레쉬램프삽입홀(220)에 삽입되어 밀착 고정되는 후레쉬램프(400); 상기 필터(200)의 각각의 완곡부(230) 사이의 옴폭한 외주면에 필터(200)의 길이방향을 따라 밀착 고정되어 필터(200)를 냉각시키는 냉각수단(500);을 포함하고, 상기 레이저챔버(100)와 필터(200) 사이에는 반사매질(10)이 빈 공간 없이 충진되되, 상기 반사매질(10)은 바륨(barium) 가루로 구성되는 것을 특징으로 하고, 상기 필터(200)는 그 횡단면이 후레쉬램프(400)의 갯수와 동일한 복수개의 완곡부(230)로 이루어진 클로버 형태를 가지는 것을 특징으로 하고, 상기 엔디야그매질삽입홀(210)은 필터(200)의 중심에 배치되는 것을 특징으로 하고, 상기 후레쉬램프삽입홀(220)은 각각의 완곡부(230) 내부에 배치되는 것을 특징으로 하는 레이저빔 발생수단을 제어하는 시스템에 있어서,
   
   상기 후레쉬램프(400) 각각이 소정의 시간간격을 두고 순차적으로 작동되도록 제어하는 순차작동제어부(1000);
   상기 후레쉬램프(400) 각각이 정상적으로 작동되는지 체크하고, 만약 적어도 어느 하나의 후레쉬램프(400)가 정상적으로 작동되지 않으면, 모든 후레쉬램프(400)의 작동을 정지하는 정상작동체크부(2000);
   상기 정상작동체크부(2000)에 의해 모든 후레쉬램프(400)의 작동이 정지된 경우 사용자에게 알람을 출력하는 알람출력부(3000);를 포함하는 것을 특징으로 하는
   레이저빔 발생수단 제어시스템.
   
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