KR20090066206A - 피부재생용 레이저장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 피부재생용 레이저장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 광원으로 펄스폭 및 진폭의 조절이 가능한 플래시램프를 이용하고, 발진기에서 발생된 1440nm의 파장을 갖는 레이저빔을 광파이버를 통해 전송하고 2차원 스캐너를 통해 수백마이크로미터의 직경을 갖는 레이저빔의 스팟을 피부에 조사함으로서 피부손상을 최소화하고, 레이저빔의 피부침투 깊이의 조절이 가능한 피부재생용 레이저장치에 관한 것이다.

본 발명의 피부재생용 레이저장치는 펄스폭 및 진폭의 조절이 가능한 레이저빔을 발생시키는 레이저발진기; 입사되는 레이저빔의 출력 스폿(spot)을 작게하여 피부에 조사하는 스캐너; 상기 레이저발진기에서 출력되는 레이저빔을 상기 스캐너로 전송하는 전송수단;을 포함하여 이루어진다.

그리고 상기 레이저발진기에서 발생되는 레이저빔의 파장은 1400nm 내지 1500nm 사이의 어느 한 값인 것을 특징으로 하고, 상기 레이저발진기의 광원은 펄스폭 및 진폭의 조절이 가능한 플래시램프인 것을 특징으로 한다.

레이저, 치료, 피부, 발산각, 발진기, 스캐너, 광파이버

Description

피부재생용 레이저장치{LASER APPARATUS}

본 발명은 피부재생용 레이저장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 광원으로 펄스폭 및 진폭의 조절이 가능한 플래시램프를 이용하고, 발진기에서 발생된 1440nm의 파장을 갖는 레이저빔을 광파이버를 통해 전송하고 2차원 스캐터를 통해 수백마이크로미터의 직경을 갖는 레이저빔의 스팟을 피부에 조사함으로서 피부손상을 최소화하고, 레이저빔의 피부침투 깊이의 조절이 가능한 피부재생용 레이저장치에 관한 것이다.

피부재생용 레이저장치로는 CO2레이저, 다이오드레이저, 플래시램프레이저 등이 있는데, 상대적으로 구현이 간단하고 피부에 조사되는 레이저빔 스팟의 미세픽셀(직경이 수백마이크로미터)이 가능한 CO2레이저, 다이오드레이저가 주를 이루고 있다.

그러나 CO2레이저, 다이오드레이저의 광원(CO2, 다이오드)은 펄스폭은 조절가능하나 진폭은 조절이 되지 않기 때문에, 피부에 조사되는 레이저빔의 에너지는 펄스폭만으로 조절한다. 그래서 고에너지의 레이저빔을 피부에 조사하기 위해서는 긴 펄스폭을 갖는 레이저빔을 발생시켜야하고, 그리하여 피부는 보다 많은 시간을 레이저빔에 노출되어 손상을 받게 된다.

반면, 플래시램프레이저의 광원(플래시램프)은 펄스폭과 진폭의 조절이 가능하기 때문에 고에너지의 레이저빔을 발생시키기 위해 펄스폭은 그대로 두고 진폭을 늘리면 되므로 피부 손상의 문제가 적다.

그러나 종래의 플래시램프레이저는 피부에 조사되는 레이저빔 스팟의 직경은 CO2레이저, 다이오드레이저의 레이저빔의 직경보다 훨씬 큰 수mm이다. CO2레이저, 다이오드레이저의 레이저빔 스팟의 직경은 수백umm이다.

그래서 CO2레이저, 다이오드레이저를 사용하여 시술하면 흉터가 거의 남지 않지만, 플래시램프레이저를 사용하면 시술후에 흉터가 크게 남고 오랜시간 동안 지속되는 문제가 있다. 피부는 레이저빔이 직접 조사된 부분과 그 주변까지 레이저치료의 효과를 갖지만 흉터는 레이저빔이 조사된 부분에만 생김으로 이와 같은 결과가 발생하게 되는 것이다.

그리고 종래의 대부분의 레이저장치는 1500~1600nm의 파장을 갖는 레이저빔을 사용하는데, 이 파장의 레이저빔은 수분흡수율이 낮다. 그리고 수분흡수도는 레이저빔의 피부 침투깊이에 반비례하기 때문에 이 파장의 레이저빔은100um 정도 이하의 낮은 깊이의 미세박피시술에 적용하기 어려운 문제를 갖는다.

또한, 레이저빔의 피부침투깊이는 레이저의 진폭으로 조절 가능한데, CO2레이저, 다이오드레이저는 동일한 에너지 상에서의 진폭 저절이 레이저원의 출력용량에 비례한다. 즉, CO2레이저, 다이오드레이저와 같은 CONTINUS 방식의 레이저에서는 스위칭되는 펄스폭이 작을수록 진폭에 해당하는 출력(POWER)이 증가해야 면적에 해당하는 에너지가 동일하게 얻어진다.

또한, 임상적으로 동일한 펄스폭에서는 레이저빔의 피부침투깊이 조절이 어렵다. 즉 깊은 침투깊이를 가지려면 펄스폭을 크게 해야 하는데 이는 피부손상을 동반하는 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해소하기 위해 안출된 것으로서, 플래시램프를 광원으로 사용하여 동일한 에너지를 가지면서 레이저빔의 펄스폭과 진폭의 조절이 가능하고, 스캐너와 반사경, 렌즈 그리고 조리개를 이용하여 레이저빔 스팟의 미세픽셀 구현과 조사영역 조절이 가능하며, 1440nm대의 파장을 갖는 레이저빔을 사용함으로서, 피부손상이나 시술흉터의 발생이 적고 피부 표면(100um 이하)에서부터 일정 깊이(1mm 이상)까지 시술효과를 볼 수 있는 피부재생용 레이저장치를 제공함을 목적으로 한다.

이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 피부재생용 레이저장치는

펄스폭 및 진폭의 조절이 가능한 레이저빔을 발생시키는 레이저발진기;

입사되는 레이저빔의 출력 스폿(spot)을 작게하여 피부에 조사하는 스캐너;

상기 레이저발진기에서 출력되는 레이저빔을 상기 스캐너로 전송하는 전송수단;을 포함하여 이루어진다.

상기 레이저발진기에서 발생되는 레이저빔의 파장은 1000nm 내지 2000nm(보다 바람직하게는1400nm 내지 1500nm) 사이의 어느 한 값인 것을 특징으로 하고,

상기 레이저발진기의 광원은 펄스폭 및 진폭의 조절이 가능한 플래시램프인 것을 특징으로 하고,

상기 전송수단은 광파이버인 것을 특징으로 하고,

상기 광파이버와 상기 스캐너 사이에는 상기 광파이버에서 출력되는 레이저빔의 발산각을 줄여 스캐너로 전송하는 조리개 또는 렌즈가 구비되어 있는 것을 특징으로 하고,

상기 레이저발진기는 상기 플래시램프가 발산하는 광을 엔디야그(Nd:YAG)매질 사이에서 공진시키는 제1반사경, 제2반사경과

상기 엔디야그매질을 통과하여 특정파장의 레이저빔으로 변형된 광을 상기 광파이버로 전송하기위한 커플링렌즈(15)와 ,

상기 엔디야그매질과 상기 제2반사경 사이에 배치되어 전송되는 레이저빔의 공진거리를 늘리면서 1440nm 파장의 빛만 반사시키고 나머지는 모두 투과시켜버리 는 제3반사경 및 제4반사경을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.

상기한 바와 같은 구성을 갖는 본 발명은 레이저빔의 에너지크기를 진폭으로 조절가능함으로써 피부손상을 줄이고, 레이저빔 스팟을 미세픽셀로 구현 가능하여 시술흉터의 발생을 줄이고, 1400nm대의 파장을 갖고 진폭의 조절이 가능한 레이저빔을 이용하므로 피부표면에서 일정깊이 까지 레이저빔을 침투시켜 피부 내부의 콜라겐물질의 합성을 작극시켜 피부에 탄력을 가져오고 흉터 또는 노화된 피부의 재생이 가능하도록 한다.

이하에서는 도면을 참조하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다.

도1은 본 발명에 따른 레이저장치의 전체 구성도를 도시한 것이다.

도면에서 보듯이, 본 발명은 레이저발진기(10), 스캐너(30), 전송수단(20), 그리고 레이저발진기(10)를 컨트롤하는 컨트롤러(60)를 포함하여 이루어진다.

상기 레이저발진기(10)는 광원인 플래시램프(11)와, 상기 플래시램프(11)에서 발산되는 빛이 통과하면서 특정대의 파장을 갖는 레이저빔으로 변환되는 매질(13)로서 크리스탈로드(crystal rod)인 Nd:YAG매질(13)과, 상기 플래시램프(11)에서 발산되는 빛을 공진시켜 상기 Nd:YAG매질(13)을 통과하도록 하는 제1반사 경(R1)과 제2반사경, 상기 Nd:YAG매질(13)을 통과한 빛을 집속시켜 전송수단(20)으로 안내하는 커플링렌즈(15)를 포함하여 이루어진다.

위와 같은 플래시램프(11), Nd:YAG매질(13). 제1,제2반사경(R1,R2)은 종래의 레이저발진기(10)의 구성과 다를 바 없으므로 이에 대한 구체적인 설명은 생략한다.

플래시램프(11)에서 발산되는 빛은 Nd:YAG매질(13)을 통과하면서 1000~2000nm대의 파장을 갖는 레이저빔으로 변환된다. 보다 바람직한 파장은 1400~1500nm대이고, 더욱 바람직한 파장은 1440nm이다. 이 파장대(1400~1500nm)의 레이저빔은 도2의 물(수분)흡수도 그래프에서 보는 바와 같이 종래의 피부재생용 레이저장치의 주를 이루는 1500~1600nm의 파장보다 물흡수도 2~3배 높다.

수분흡수도는 레이저빔을 동일에너지로 피부 조사시 침투 깊이에 반비례하고, 침투깊이는 피부내의 레이저 피부반응 위치를 결정하기 때문에 1500~1600nm의 파장의 레이저빔은 미세박피시술 시에 필요한 100um 정도 이하의 낮은 깊이에서 레이저 반응을 통한 시술에는 적용하기 어렵다.

반면, 1400~1500nm(특히 1440nm)대의 파장은 수분흡수도가 높아 미세박피시술에 적합하다. 또한, 레이저빔의 침투깊이는 레이저빔 펄스의 진폭 크기에 비례한다. 따라서 광원으로 다이오드나 CO2를 사용하는 레이저장치는 침투깊이 조절이 곤란하지만, 플래시램프(11)를 광원으로 사용하는 본 발명은 레이저빔 펄스의 진폭 조절으로 침투깊이 조절이 가능하다. 이처럼 광원으로 플래시램프(11)를 사용하고 ,1440nm의 파장을 갖는 레이저빔을 발생시키는 본 발명의 레이저장치는 레이저빔의 에너지 조절(펄스폭은 유지하고 진폭은 변화)만으로 피부의 낮은위치에서 깊은위치까지 레이저빔을 침투시켜 피부자극이 가능하다.

상기 플래시램프(11)는 전원부(50)(power supply)로부터 전원을 공급받아 빛을 발산하며, 그 발산하는 빛의 펄스폭과 진폭은 전원부(50)에서 공급되는 전원에 의해 제어된다.

플래시램프(11)에서 발산하는 빛의 진폭은 상기 전원부(50)의 커패시터에 충전되어 있는 전압에 의해 제어된다. 즉, 에너지는 전원부(50)의 커패시터에 충전된 전압이 일정한 임피던스를 가진 플래시램프(11)에 인가되면서 발생되는 전류의 곱에 비례한다.

플래시램프(11)에서 발산하는 빛의 펄스폭은 상기 전원부(50)의 스위칭소자인 IGBT의 도통시간에 의해 제어된다. 즉, 펄스폭은 IGBT의 게이트를 펄스폭의 시간만큼 ON시킴으로서 제어된다.

그리고 상기 플래시램프(11)에서 발산되는 빛의 진폭과 펄스폭은 전원부(50)에 연결되어 있는 컨트롤러(60)에 의해 사용자가 직접 조절하게 된다.

레이저발진기(10)에서 생성된 레이저빔은 렌즈(15)와 가이드부재(17)를 거쳐 전송수단인 광파이버(20)로 입력된다. 상기 광파이버(20)는 약 200um의 내경을 갖는다. 광파이버(20)는 레이저빔의 전송 정밀도가 높고, 스캐너(30)의 정밀한 움직 임을 가능케 하여 사용자의 시술 편리성을 높일 수 있다.

상기 스캐너(30)는 광파이버(20)를 통해 전송되는 레이저빔을 여러 렌즈를 통과시켜 수백마이크로미터의 직경을 갖는 미세픽셀로 변형하여 피부에 조사시킨다. 또한 임의의 2차원 위치로 레이저빔을 조사할 수 있도록 2개의 액튜에이터(X,Y)를 부착하여 각각 X축, Y축에 대응하는 피부의 일정위치에 레이저를 조사하도록 구동된다.

광파이버(20)로부터 출력된 레이저빔은 스캐너(30)의 제1렌즈(L1)를 통과하여 발산각이 작고 직경이 수mm인 평행광으로 바뀐 후 구동부(31)에 부착된 거울을 통과하면서 거울의 각도에 따른 2차원 평면내의 일정위치에 조사되도록 굴절되고, 이는 다시 제2렌즈(L2)를 통과하면서 스팟 직경이 매우 작은 픽셀의 레이저빔으로 변환되어 피부에 조사된다.

피부에 조사되는 레이저빔의 스팟(s)의 직경은 아래의 수식과 같다.

s = λ*f*M2*k/d

s : focal diameter on target

λ : wavelength

f : focal distance

M2(M의 제곱) : beam quality

k : correction factor (normally from 1.5 to 2.0)

d : beam diameter prior to focusing

상기 M2 값은 다이오드 광원에서는 이상적인 값인 1에 가까운 값을 갖고, 플래시램프(11) 광원에서는 10이상의 값을 갖는다. 따라서 플래시램프(11)레이저에서는 레이저빔 스팟의 미세픽셀 구현이 쉽지 않다.

상기 M2 값은 레이저발진기(10)에서 발생되는 레이저빔의 발산각과 빔직경에 비례하므로 레이저빔 스팟을 작게하기 위해서는 발산각과 빔직경을 작게 할 필요가 있다. 레이저의 특성상 그 공진거리를 늘리면 레이저빔의 발산각이 작아진다. 반면, 길어진 공진거리에 따른 빔 얼라인먼트의 높은 정확도가 요구된다.

본 발명에서는 레이저빔의 공진거리를 늘리면서 빔 얼라인먼트의 왜곡을 줄이기 위해 도3에서 보는 바와 같이 제1반사경(R1)과 제2반사경(R2) 사이에 제3반사경(R3)과 제4반사경(R4)을 배치시켰다. 상기 제3반사경(R3)과 제4반사경(R4)은 1440nm대의 파장을 갖는 레이저빔은 반사시켜 광파이버(20)로 전송되도록 하고, 그 외의 파장을 갖는 레이저빔은 투과시켜 소멸시키는 역할도 겸한다.

그리고 상기 M2 값에 영향을 주는 것이 광파이버(20)에서 출력되어 스캐너(30)의 제1렌즈(L1)로 입사될 때 레이저의 입사각은 광파이버의 NA값이 된다. 즉, 입사각이 커지면 스캐너(30)의 제1렌즈(L1)를 통과한 평행광인 레이저빔의 발산각이 커지고, 이는 M2 값이 커지는 것과 같은 영향을 주기 때문에 최대한 입사각을 작게 하는 것이 좋다.

이를 위해 본 발명에서는 도4에서 보는 바와 같이 광파이버(20)의 출력단과 스캐너(30)의 제1렌즈(L1)(collimation lens) 사이에 조리개(40)를 배치시켰다. 상기 조리개는 빛을 수렴시키는 렌즈(미도시)로 대체될 수도 있다.

도면에서 알 수 있는 광파이버(20)의 출력단의 레이저빔(도면에 점선으로 표시하였음)은 조리개(40)를 통과하면서 입사각이 작아지게 되고, 제1렌즈(L1)를 통하여 발산각이 매우 작은 평행광의 레이저빔으로 변형된다. 그리고 스캐너(30) 내부의 거울 각도에 의해 정해진 위치에 초점이 이루어지도록 굴절되고 제2렌즈(L2)(focusing lens)를 통하면서 초점(스팟)의 직경이 수백마이크로미터 이하의 마이크로픽셀로 변형되어 피부에 조사된다.

이상에서 본 발명을 설명함에 있어 첨부된 도면을 참조하여 특정 형상과 구조를 갖는 피부재생용 레이저장치에 대해 설명하였으나 본 발명은 당업자에 의하여 다양한 변형 및 변경이 가능하고, 이러한 변형 및 변경은 본 발명의 보호범위에 속하는 것으로 해석되어야 한다.

도 1 은 본 발명에 따른 레이저장치의 개략적인 전체 구성도.

도 2 는 레이저빔의 파장에 따른 수분흡수도.

도 3 은 레이저발진기에서 발생되는 레이저빔의 발산각을 줄이기 위해 도입된 반사경을 도시한 도면.

도 4 는 스캐너로 인입되는 레이저빔의 발산각을 줄이기 위해 도입된 조리개를 도시한 도면.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

10 : 레이저발진기 11 : 플래시램프

13 : Nd:YAG매질 R1,R2,R3,R4 : 반사경

20 : 광파이버 30 : 스캐너

40 : 조리개 50 : 전원부

60 : 컨트롤러

Claims (6)

1. 펄스폭 및 진폭의 조절이 가능한 레이저빔을 발생시키는 레이저발진기;

   입사되는 레이저빔의 출력 스폿(spot)을 작게하여 피부에 조사하는 스캐너;

   상기 레이저발진기에서 출력되는 레이저빔을 상기 스캐너로 전송하는 전송수단;을 포함하여 이루어진 피부재생용 레이저장치.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 레이저발진기에서 발생되는 레이저빔의 파장은 1000nm 내지 2000nm 사이의 어느 한 값인 것을 특징으로 하는 피부재생용 레이저장치.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 레이저발진기의 광원은 펄스폭 및 진폭의 조절이 가능한 플래시램프인 것을 특징으로 하는 피부재생용 레이저장치.
4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 전송수단은 광파이버인 것을 특징으로 하는 피부재생용 레이저장치.
5. 제 4 항에 있어서,

   상기 광파이버와 상기 스캐너 사이에는 상기 광파이버에서 출력되는 레이저 빔의 발산각을 줄여 스캐너로 전송하는 조리개 또는 렌즈가 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 피부재생용 레이저장치.
6. 제 5 항에 있어서,

   상기 레이저발진기는 상기 플래시램프가 발산하는 광을 엔디야그(Nd:YAG)매질 사이에서 공진시키는 제1반사경과 제2반사경,

   상기 제2반사경과 상기 광파이버 사이에 배치되어 상기 엔디야그매질을 통과하여 특정파장의 레이저빔으로 변형된 광을 상기 광파이버로 집속하는 커플링렌즈,

   상기 엔디야그매질과 상기 제2반사경 사이에 배치되어 해당파장(1440nm)만 반사시키고 그 외에 다른 파장을 투과시키며 광 경로를 바꾸어 제1반사경과 제2반사경 사이의 레이저빔의 공진거리를 늘리면서 레이저빔의 얼라인먼트 왜곡은 절감시키는 제3반사경과 제4반사경을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 피부재생용 레이저장치.

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