KR20180137930A

KR20180137930A - 레이저 챔버의 온도 제어 방법 및 장치

Info

Publication number: KR20180137930A
Application number: KR1020170077849A
Authority: KR
Inventors: 변성현; 민완기; 신형수
Original assignee: 스페클립스 주식회사
Priority date: 2017-06-20
Filing date: 2017-06-20
Publication date: 2018-12-28

Abstract

본 발명의 일 실시예에 따르면, 레이저 챔버를 통과하는 폐경로를 순환하는 냉매에 의해 레이저 챔버의 온도를 제어하는 온도 제어 방법으로서, 상기 폐경로를 따라 레이저 챔버로부터 유출되는 냉매를 가열하는 단계; 가열된 냉매를 제1 경로와 제2 경로로 분기하는 단계; 상기 제2 경로로 분기된 냉매를 열교환기를 통과시켜 가열 또는 냉각하는 단계; 및 상기 제1 경로의 냉매와 상기 제2 경로의 냉매를 합하여 상기 레이저 챔버로 공급하는 단계;를 포함하고, 상기 냉매를 분기하는 단계에서, 냉매의 온도에 따라 결정되는 분배 비율로 냉매를 상기 제1 경로와 제2 경로로 분기함으로써, 상기 레이저 챔버로 공급하는 냉매의 온도를 소정 온도범위 내에서 유지하는 것을 특징으로 하는 온도 제어 방법이 개시된다.

Description

레이저 챔버의 온도 제어 방법 및 장치 {Method and apparatus for controlling temperature of laser chamber}

본 발명은 레이저 챔버의 온도를 제어하는 방법 및 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 레이저 챔버를 통과하는 폐경로를 순환하는 냉매의 온도를 조절하여 레이저 챔버의 온도를 조절하고 제어하는 방법 및 장치에 관한 것이다.

최근 의료분야 또는 미용 분야에서 치료 및 수술용이나 미용 목적의 레이저 장치가 널리 보급되고 있다. 레이저 장치의 구동시 일정한 레이저 출력을 위해 레이저 장치를 냉각 또는 가열하여 일정 온도로 유지시키는 것이 필요하다.

종래에 레이저 장치를 냉각하는 수단으로서 도1과 같은 수냉식 냉각장치가 사용되고 있다. 레이저를 발생시키는 레이저 챔버(10)를 관통하는 폐경로(P)를 따라 냉매(예컨대 물)가 순환하도록 구성하고 열교환기(30)에서 냉매를 냉각시켜 레이저 챔버의 온도를 낮춘다.

한편 의료용이나 미용 레이저로서 알렉산드라이트(Alexandrite)를 레이저 이득 매질로 사용하는 레이저도 널리 사용되고 있는데, 알렉산드라이트는 온도가 낮으면 이득 특성이 좋지 않고 온도가 높아질수록 효율이 좋아진다. 일부 연구에 의하면, 알렉산드라이트 매질은 매질 온도가 상온에서부터 대략 225도까지 증가함에 따라 레이저 이득 및 효율이 단조증가하는 특성을 가진다.

따라서 알렉산드라이트와 같은 특성을 갖는 레이저 이득 매질을 사용하는 레이저 장치에서는 레이저 챔버를 상온보다 높게 유지하는 것이 더 바람직하며, 역시 도1과 같은 구성의 히팅 장치를 사용한다. 즉 레이저 챔버(10)를 관통하는 폐경로(P)를 따라 냉매(예컨대 물)가 순환하도록 구성되고 열교환기(30)(또는 히터)에서 냉매를 가열하여 레이저 챔버의 온도를 소정 온도로(예컨대 섭씨 60도 내지 90도 사이의 일정한 온도로) 유지시킨다.

그러나 이러한 종래기술에 따르면 정확한 온도 제어가 어렵다는 문제가 있다. 의료용이나 미용으로 레이저 장치를 사용할 때 레이저의 작동이 불규칙하기 때문에 온도제어 대상이 유동 부하이며, 열교환기(30)나 히터를 이용하여 냉매를 일정 온도로 가열하더라도 오버히팅/언더히팅이 되어 레이저 챔버(10)로 공급하는 냉매의 온도가 목표 온도보다 높거나 낮아지는 경우가 자주 발생한다. 또한 레이저 챔버(10)의 온도가 달라지면 레이저 챔버에서 생성되는 레이저의 출력 에너지나 레이저 파장이 달라지므로 의료용이나 미용 목적의 레이저로 쓸 수 없는 문제점이 있다.

그러므로 레이저 챔버를 일정한 온도로 안정화시켜 일정한 레이저 출력을 갖도록 하는 온도 제어 장치의 필요성이 제기된다.

특허문헌1: 한국 등록특허 제10-0960240호 (2010년 6월 3일 공고) 특허문헌2: 한국 등록특허 10-1713570호 (2017년 3월 8일 공고)

본 발명의 일 실시예에 따르면, 저장용기에서 냉매를 1차 가열하고 레이저 챔버로 유입되는 냉매의 온도에 기초하여 그 중 일부를 분기하여 열교환기에서 가열/냉각하고 다시 혼합한 후 레이저 챔버로 공급하도록 구성하여 레이저 챔버를 일정한 온도 범위로 유지할 수 있는 레이저 챔버 온도 제어 장치 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 레이저 챔버를 통과하는 폐경로를 순환하는 냉매에 의해 레이저 챔버의 온도를 제어하는 온도 제어 방법으로서, 상기 폐경로를 따라 레이저 챔버로부터 유출되는 냉매를 소정 온도범위 내로 유지하는 단계; 및 냉매가 상기 소정 온도범위로 유지되는 상태에서, (i) 상기 레이저 챔버로 공급하는 냉매의 온도, (ii) 상기 레이저 챔버 내의 레이저 이득 매질의 온도, 및 (iii) 상기 레이저 이득 매질을 둘러싸는 냉매의 온도 중 어느 하나의 온도에 기초하여, 상기 레이저 챔버 내의 레이저 이득 매질을 조사하는 플래쉬 램프의 입력 에너지를 조절하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 온도 제어 방법이 개시된다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 레이저 챔버를 통과하는 폐경로를 순환하는 냉매에 의해 레이저 챔버의 온도를 제어하는 온도 제어 장치로서, 상기 폐경로를 따라 레이저 챔버에서 유출되는 냉매를 온도로 가열하는 히터; 가열된 냉매를 제1 경로와 제2 경로로 분기하는 분기수단; 상기 제2 경로로 분기된 냉매를 가열 또는 냉각하는 열교환기; 상기 제1 경로의 냉매와 제2 경로의 냉매를 합하여 상기 레이저 챔버로 공급하는 적어도 하나의 펌프; 및 상기 레이저 챔버로 공급하는 냉매의 온도를 소정 온도범위로 유지하기 위해, 냉매의 온도에 기초하여 상기 제1 경로와 제2 경로로 분기되는 냉매의 분배 비율을 결정하고 이 분배 비율에 따라 상기 분기수단을 제어하는 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 온도 제어 장치가 개시된다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 저장용기에서 냉매를 1차 가열하고 레이저 챔버로 유입되는 냉매의 온도에 기초하여 그 중 일부를 분기하여 열교환기에서 가열/냉각하고 다시 혼합하도록 구성함으로써 유동 부하에 대한 PID 제어가 가능하고 레이저 챔버를 일정 온도로 유지시켜 레이저 출력을 안정화할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 분기된 냉매를 열교환기에서 가열/냉각할 때 컴프레셔, 라디에이터, 냉각팬 등으로 구성되는 종래 열교환기 대신 열전소자(TEC)를 이용하여 가열/냉각하므로 장치 크기와 전력소비량을 줄이고 응답속도를 높일 수 있다.

도1은 종래의 레이저 챔버 온도 제어 장치를 설명하기 위한 도면,
도2는 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 챔버 온도 제어 장치를 설명하기 위한 블록도,
도3은 일 실시예에 따른 레이저 챔버의 구성을 설명하기 위한 도면,
도4는 일 실시예에 따른 레이저 챔버 온도 제어 방법을 설명하기 위한 흐름도,
도5는 레이저 이득 매질의 온도에 따른 출력 에너지를 설명하기 위한 도면이다.

이상의 본 발명의 목적들, 다른 목적들, 특징들 및 이점들은 첨부된 도면과 관련된 이하의 바람직한 실시예들을 통해서 쉽게 이해될 것이다. 그러나 본 발명은 여기서 설명되는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.

본 명세서의 도면에 있어서, 구성요소들의 길이, 두께, 넓이 등의 수치는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장하여 표시될 수 있다.

본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 '포함한다(comprise)' 및/또는 '포함하는(comprising)'은 언급된 구성요소는 하나 이상의 다른 구성요소의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하도록 한다. 아래의 특정 실시예를 기술하는데 있어서, 여러 가지의 특정적인 내용들은 발명을 더 구체적으로 설명하고 이해를 돕기 위해 작성되었다. 하지만 본 발명을 이해할 수 있을 정도로 이 분야의 지식을 갖고 있는 독자는 이러한 여러 가지의 특정적인 내용들이 없어도 사용될 수 있다는 것을 인지할 수 있다. 어떤 경우에는 발명을 기술하는 데 있어서 흔히 알려졌으면서 발명과 크게 관련 없는 부분들은 본 발명을 설명하는 데 있어 혼돈을 막기 위해 기술하지 않음을 미리 언급해 둔다.

도2는 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 챔버 온도 제어 장치를 설명하기 위한 블록도이고 도3은 이러한 온도 제어의 대상이 되는 레이저 챔버의 예시적 구성을 나타낸다.

도면을 참조하면, 일 실시예에 따른 레이저 챔버 온도 제어 장치는 레이저 챔버(100)에서 배출되는 냉매를 저장하는 저장용기(200), 경로 분기수단(410), 경로 결합부재(430), 열교환기(300), 하나 이상의 온도센서(220, 500), 제어부(600), 및 냉매가 흐르는 배관들(P1 내지 P5)을 포함할 수 있다.

레이저 챔버(100)는 레이저를 발생시키는 장치로서 종래의 임의의 구조의 레이저 발생 장치가 사용될 수 있다. 이와 관련하여 도3은 예시적인 레이저 챔버(100)를 개략적으로 도시하였다. 도시한 실시예에서 레이저 챔버(100)는 하우징(110), 레이저 이득 매질(laser gain medium)(120), 플래쉬 램프(130), 반사기(reflector)(140), 미러(151,152), 및 전력 공급부(160)를 포함할 수 있다.

레이저 이득 매질(120)로서 예를 들어 알렉산드라이트(Alexandrite), 엔디야그(Nd:YAG), 루비 등의 공지의 이득 매질 중 하나를 사용할 수 있으며, 이하의 실시예에서는 알렉산드라이트를 사용하는 것으로 가정한다. 플래쉬 램프(130)는 레이저 이득 매질(120) 주위에 배치되어 이득 매질(120)에 여기광을 조사한다. 플래쉬 램프(130)는 전력 공급부(160)로부터 전원을 공급받아 여기광을 조사할 수 있다. 전력 공급부(160)는 하우징(110)의 내부 또는 외부에 설치될 수 있다. 반사기(140)는 플래쉬 램프(130)를 둘러싸도록 배치되고, 플래쉬 램프(130)에서 조사되는 여기광이 손실되지 않고 레이저 이득 매질(120)로 조사될 수 있도록 한다. 레이저 이득 매질(120)이 플래쉬 램프(130)로부터 여기광을 받으면 양쪽의 미러(151,152) 사이에서 빛이 왕복하며 유도방출에 의한 증폭을 야기하여 레이저광(L)을 생성한다.

도3에 도시한 레이저 챔버(100)는 일반적인 레이저 발생 장치를 개략적으로 나타낸 것으로 본 발명의 레이저 챔버 온도 제어 장치에는 이러한 레이저 챔버(100) 외에 다른 구성이나 방식의 레이저 발생 장치가 사용될 수 있음은 물론이다.

다시 도2를 참조하면, 저장 용기(200)는 레이저 챔버(100)에서 배관(P1)을 따라 배출되는 냉매를 저장하는 저장 탱크이다. 냉매로서는 열교환에 용이한 임의의 유체가 사용될 수 있다. 일 실시예에서 냉매로서 물(H2O)을 사용한다. 저장 용기(200)는 냉매를 가열하는 히터(210) 및 냉매의 온도를 측정하는 온도센서(220)를 포함할 수 있다. 히터(210)는 전기에 의해 열을 발생하는 전기 히터일 수 있으나 이에 제한되지 않고 다양한 종류나 방식의 히터가 사용될 수 있다. 일 실시예에서, 온도센서(220)에서 측정한 온도 데이터가 제어부(600)로 전달되고, 제어부(600)가 히터(210)의 동작을 제어하여 냉매를 가열할 수 있다. 대안적 실시예에서, 냉매를 냉각할 수도 있으며, 이 경우 히터(210) 대신에 임의의 냉각수단(도시 생략)이 설치될 수도 있을 것이다. 다만 본 명세서의 실시예에서는 고온에서 높은 출력 성능을 나타내는 알렉산드라이트를 레이저 이득 매질(120)로 사용하는 것을 전제로 하였으므로, 레이저 이득 매질(120)의 온도를 상온 보다 높게 유지하기 위해 냉매를 가열하는 히터(210)를 설치하였음을 이해할 것이다. 한편, 대안적 실시예에서 저장용기(200)가 생략될 수도 있다. 예컨대 히터(210)가 배관들(P1,P2)과 직접 접촉하도록 구성되어 배관(P1,P2)을 흐르는 냉매를 가열할 수도 있을 것이다.

저장용기(200)에서 가열된 냉매는 배관(P2)으로 배출된 후 분기수단(410)에서 두 갈래의 경로, 즉 제1 경로 및 제2 경로로 분기된다. 도면에서 배관(P3)은 제1 경로를 나타내고 배관(P4)은 제2 경로를 나타낸다. 일 실시예에서 분기수단(410)은 비례제어밸브로 구현될 수 있고, 제어부(600)가 비례제어밸브의 동작을 제어할 수 있다. 예를 들어, 제어부(600)는 제1 경로와 제2 경로로 분기되는 냉매의 분배 비율을 100:0 (즉 제1 경로만 개방하고 제2 경로를 폐쇄) 내지 0:100 (즉 제1 경로를 폐쇄하고 제2 경로만 개방) 사이의 임의의 비율로 분기하도록 제어할 수 있다.

제2 경로로 분기된 냉매는 열교환기(300)에서 냉각 또는 가열될 수 있다. 예를 들어, 배관(P5)을 통해 레이저 챔버(100)로 유입되는 냉매의 온도가 목표 온도보다 낮으면 열교환기(300)에서 냉매를 가열하고 목표 온도보다 높으면 냉매를 냉각할 수 있다. 챔버(100)로 유입되는 냉매의 온도는 예컨대 레이저 챔버(100)에 인접하여 설치된 온도센서(500)에서 측정할 수 있다. 일 실시예에서 온도센서(500)는 레이저 챔버(100)로 유입되기 직전의 냉매의 온도를 측정하고 이 측정값을 제어부(600)로 전송하고, 제어부(600)는 이 측정값에 기초하여 열교환기(300)에서 냉매를 가열 또는 냉각할 수 있다.

도시한 실시예에서 열교환기(300)는 열교환용 배관(310), 열전소자(TEC)(320), 및 방열핀(330)으로 구성될 수 있다. 열교환용 배관(310)은 제2 경로의 배관(P2)과 연통하여 연결된 것으로, 열교환을 위해 배관이 지그재그 형태로 배치될 수 있다. 열전소자(320)는 열교환용 배관(310)과 접촉하도록 배치되고 제어부(600)의 제어에 의해 전력을 공급받을 수 있다. 열전소자(320)의 일측면이 열교환용 배관(310)에 부착되고 이와 대향하는 타측면은 방열핀(330)에 부착될 수 있다.

배관(P3)을 흐르는 제1 경로의 냉매와 배관(P4)을 흐르는 제2 경로의 냉매는 경로 결합부재(430)에서 혼합된 후 배관(P5)을 통해 레이저 챔버(100)로 유입된다. 경로 결합부재(430)는 예컨대 티(T) 형상 또는 Y-브랜치 형상의 배관 결합부재로 구현될 수 있다.

레이저 챔버(100)로 유입되는 냉매는 레이저 챔버(100)가 소정 목표 온도에서 동작하도록 또는 소정 온도범위 내에서 동작하도록 레이저 챔버(100)를 냉각 또는 가열한다. 일 실시예에서, 레이저 챔버(100)의 냉각 또는 가열을 위해 예컨대 레이저 챔버(100)의 하우징(110) 내부 전체에 냉매가 흐르도록 구성할 수 있다. 대안적 실시예에서, 하우징(110) 내의 냉각 또는 가열이 필요한 일부 구성요소에만 냉매가 접촉하도록 구성할 수도 있다. 예를 들어 냉매가 흐르는 배관이 레이저 이득 매질(120)만 둘러싸도록 구성할 수 있고, 또는 레이저 이득 매질(120) 및 플래쉬 램프(130)를 포함한 영역을 둘러싸도록 구성할 수도 있다.

제어부(600)는 하나 이상의 온도센서(220 또는 500)로부터 냉매 또는 레이저 챔버(100)의 온도 측정값을 수신할 수 있고, 이들 중 어느 하나의 값에 기초하여 히터(210), 열교환기(300), 분기수단(410) 중 적어도 하나의 동작을 제어하여 냉매의 온도를 조절할 수 있다.

일 실시예에서, 제어부(600)는 히터(210)를 제어하여 저장용기(200) 내의 냉매의 온도를 조절할 수 있다. 제어부(600)는 일정한 전력을 히터(210)에 공급하여 냉매를 가열할 수도 있고, 대안적으로, 온도센서(220)가 측정한 냉매의 온도 측정값에 기초하여 냉매를 가열할 수도 있다.

일 실시예에서, 제어부(600)는 제1 경로(P3)와 제2 경로(P4)로 분기되는 냉매의 분배 비율을 결정하고 이 분배 비율에 따라 분기수단(410)을 제어할 수 있다. 예를 들어, 레이저 챔버(100)로 공급할 냉매의 온도를 기설정된 목표 온도범위로 유지하기 위해, 냉매의 온도 또는 레이저 이득 매질의 온도에 기초하여, 제1 경로(P3)와 제2 경로(P4)로 분기되는 냉매의 분배 비율을 결정하고 이 분배 비율에 따라 분기수단(410)을 제어할 수 있다. 이 때 냉매의 온도는, 예를 들어 레이저 챔버(100) 외부에 설치된 온도센서(500)가 측정한 냉매 온도일 수도 있고 레이저 챔버(100) 내에 설치된 온도센서(도시 생략)가 측정한 냉매 온도일 수도 있다. 또한 이 때 레이저 이득 매질의 온도는 레이저 이득 매질(120)의 온도를 측정하는 온도센서(도시 생략)가 측정한 온도일 수 있다.

일 실시예에서, 제어부(600)는 열교환기(300)에 의한 냉매의 가열 또는 냉각을 조절할 수 있다. 예를 들어, 레이저 챔버(100)로 공급할 냉매의 온도를 기설정된 목표 온도범위로 유지하기 위해, 냉매의 온도 또는 레이저 이득 매질의 온도에 기초하여, 열전소자(320)에 공급하는 전력을 조절할 수 있다. 이 때 냉매의 온도는, 예를 들어 레이저 챔버(100) 외부에 설치된 온도센서(500)가 측정한 온도일 수도 있고 레이저 챔버(100) 내에 설치된 온도센서(도시 생략)가 측정한 온도일 수도 있다. 또한 이 때 레이저 이득 매질의 온도는 레이저 이득 매질(120)의 온도를 측정하는 온도센서(도시 생략)가 측정한 온도일 수 있다.

일 실시예에서, 제어부(600)는 레이저 챔버(100) 내의 플래쉬 램프(130)의 입력 에너지를 조절하여 레이저 챔버(100)에서 생성되는 레이저의 출력 에너지를 조절할 수 있다. 예를 들어, 레이저 챔버(100)로 공급하는 냉매의 온도가 기설정된 목표 온도범위에서 유지되는 상태에서, (i) 레이저 챔버(100)로 공급되는 냉매의 온도, (ii) 레이저 이득 매질(120)의 온도, 및 (iii) 레이저 이득 매질(120)를 둘러싸는 냉매의 온도 중 적어도 어느 하나의 온도에 기초하여 플래쉬 램프(130)의 입력 에너지를 조절할 수 있다.

이상 상술한 실시예에서는 하나의 제어부(600)가 히터(210), 열교환기(300), 분기수단(410), 플래쉬 램프(130)를 모두 제어하는 것으로 설명하였지만, 대안적 실시예에서, 제어부(600)가 히터(210), 열교환기(300), 분기수단(410), 및 플래쉬 램프(130) 중 일부를 제어하고 나머지 일부는 다른 제어수단에 의해 제어될 수도 있음은 물론이다.

또한 도시한 실시예에서 예컨대 펌프와 같이 냉매를 폐경로를 따라 순환시키는 수단을 명시적으로 도시하지 않았지만 당업자는 이러한 구성요소들도 필요에 따라 본 발명의 레이저 챔버 온도 제어 장치에 포함될 수 있음을 이해할 것이다.

이제 도4를 참조하여 일 실시예에 따른 레이저 챔버 온도 제어 방법을 설명한다. 설명의 편의를 위해, 레이저 이득 매질(120)로서 알렉산드라이트를 사용하며 고출력을 위해 높은 온도(예를 들어 90도)로 레이저 이득 매질(120)를 유지하는 경우를 예시적으로 설명한다.

도면을 참조하면, 단계(S110)에서 저장용기(200)의 냉매를 가열한다. 일 실시예에서 온도센서(220)의 온도 측정값에 기초하여 제어부가 히터(210)의 동작을 제어하여 냉매를 기설정된 온도로 가열할 수 있다. 예를 들어, 레이저 챔버(100)로 공급된 냉매의 목표 온도가 섭씨 90도라고 가정하면, 제어부(600)는 이 목표 온도에 기초하여 저장용기(200)의 냉매를 가열할 수 있다. 온도센서(220)를 사용하지 않는 대안적 실시예에서, 제어부(600)가 일정한 전력을 히터(210)에 인가하여 냉매를 가열할 수도 있다.

가열된 냉매는 배관(P2)을 따라 분기수단(410)에 이르고, 제어부(600)는 분기수단(410)을 제어하여 냉매를 제1 경로와 제2 경로로 분기한다(단계 S120). 일 실시예에서 레이저 챔버(100)로 공급될 냉매의 온도에 기초하여 이 분기의 분배 비율을 결정할 수 있다. 예컨대 제어부(600)는 온도센서(500)가 측정한 온도, 또는 레이저 챔버(100) 내에 설치된 온도센서(도시생략)가 측정한 냉매의 온도, 또는 레이저 이득 매질(120)의 온도를 측정하는 온도센서(도시생략)가 측정한 레이저 이득 매질의 온도 중 적어도 하나에 기초하여, 제1 경로와 제2 경로로 분기되는 냉매의 분배 비율을 결정할 수 있다.

일 예로서 온도센서(500)의 온도값에 기초하여 분배 비율을 결정하는 경우, 예컨대 레이저 챔버(100)로 공급되기 직전의 냉매의 온도가 95도로 측정되었다고 가정하면, 제어부(600)는, 냉매의 온도를 목표 온도(예컨대 90도) 또는 목표 온도범위(예컨대 87도에서 93도 사이)로 맞추기 위해 냉매의 일부를 제2 경로로 분기하고 이 제2 경로로 분기된 냉매를 열교환기(300)에서 냉각시킨 후 경로 결합부재(430)에서 혼합시킨다. 예를 들어 배관(P2)을 흐르는 냉매의 90%를 제1 경로의 배관(P3)으로 분기하고 10%의 냉매를 제2 경로의 배관(P4)으로 분기시킨 후, 제2 경로의 배관(P4)을 흐르는 냉매를 열교환기(300)에서 제1 소정 온도로 냉각시킬 수 있다. 이 경우 또 다르게는, 배관(P2)을 흐르는 냉매의 80%를 제1 경로의 배관(P3)으로 분기하고 20%의 냉매를 제2 경로의 배관(P4)으로 분기시킨 후, 제2 경로의 배관(P4)을 흐르는 냉매를 열교환기(300)에서 제2 소정 온도로 냉각시킬 수도 있다. 즉 제어부(600)는 분기수단(410)에서의 분배 비율과 열전소자(320)의 공급 전력 중 적어도 하나를 조절하여 냉매를 목표 온도 또는 목표 온도범위 내로 유지할 수 있다.

제1 경로의 배관(P3)을 통과한 냉매와 열교환기(300)를 통과한 제2 경로의 냉매는 경로 결합부재(430)를 통과하면서 혼합되고 배관(P5)을 통해 레이저 챔버(100)로 공급된다. 제어부(600)가 히터(210)와 열교환기(300) 및 분기수단(410)을 제어하여 냉매를 목표 온도 또는 목표 온도범위가 되도록 조절하였으므로 이상적으로는(ideally) 레이저 챔버(100)로 공급되기 직전의 냉매 온도가 목표 온도나 온도 범위로 일정하게 유지되어야 하지만, 레이저 유동 부하로 인한 오버히팅/언더히팅 등의 환경적 변수로 인해 실제 레이저 챔버(100)로 공급되는 냉매가 정확히 그 목표 온도가 아닐 수 있다.

따라서 본 발명의 일 실시예에서, 일정한 레이저의 출력을 위해 레이저 입력 에너지를 미세조정하는 단계를 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 제어부(600)는 온도센서(500)가 측정한 온도, 또는 레이저 챔버(100) 내에 설치된 온도센서(도시생략)가 측정한 냉매의 온도, 또는 레이저 이득 매질(120)의 온도를 측정하는 온도센서(도시생략)가 측정한 레이저 이득 매질의 온도 중 적어도 하나에 기초하여 레이저 입력 에너지를 조절할 수 있다(단계 S130).

일 실시예에서 레이저 입력 에너지의 조절은 플래쉬 램프(130)의 입력 에너지를 조절하는 것을 의미한다. 즉 레이저 이득 매질(120)에 여기광을 조사하는 플래쉬 램프(130)에 공급할 전력을 조절하여 레이저 입력 에너지를 조절할 수 있다.

이와 관련하여 도5는 알렉산드라이트 레이저 이득 매질(120)의 온도에 따른 출력 에너지를 도식적으로 나타낸 것으로, X축은 플래쉬 램프(130)에 인가하는 에너지이고 Y축은 레이저의 출력 에너지이다. 도면의 A 내지 C 그래프로 도시한 것처럼 매질의 온도가 87도, 90도, 93도 등으로 일정한 상태에서 입력 에너지가 증가할수록 레이저 출력 에너지도 증가한다.

그런데 알렉산드라이트는 매질의 온도가 높아질수록 이득이 좋아지므로, 도면에 도시한 것처럼 예컨대 알렉산드라이트 매질의 온도가 90도일 때는 A 그래프를 따라 입력/출력 에너지가 변하지만 매질의 온도가 93도가 되면 동일 입력에너지 대비 출력이 커지므로 B 그래프를 따르게 되고 매질의 온도가 87도이면 C 그래프를 따르게 된다. 매질의 온도에 관계없이 레이저 출력 에너지가 항상 일정한 목표 출력 에너지(Et)를 얻기 위해서는 플래쉬 램프(130)에 인가할 전력이 매질의 온도에 따라 달라짐을 알 수 있다.

본 발명의 일 실시예에서, 제어부(600)는 도5와 같은 매질의 온도에 따른 입력에너지-출력에너지 관계식을 계산하여, 주어진 출력 에너지를 얻기 위한 플래쉬 램프에 인가할 에너지(전력) 값을 산출할 수 있다. 대안적 실시예에서, 본 발명의 온도 제어 장치가 도5와 같은 매질의 온도에 따른 입력에너지-출력에너지 관계에 관한 데이터를 데이터베이스나 룩업 테이블의 형태로 저장하고 있는 데이터 저장수단(도시 생략)을 포함할 수 있고, 제어부(600)가 매질의 온도(또는 냉매의 온도)와 목표 출력 에너지 값에 기초하여 이 데이터 저장수단으로부터 플래쉬 램프에 인가할 에너지 값을 획득할 수 있다.

이와 같이 단계(S130)에서, 제어부(600)가 플래쉬 램프(130)에 인가할 에너지 값을 획득한 후 이에 기초하여 전력 공급부(160)를 제어하여 플래쉬 램프(130)에 인가할 전력을 조절할 수 있고 이에 따라 레이저의 출력 에너지를 일정하게 유지할 수 있다.

이상과 같이 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 명세서의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능함을 이해할 수 있다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

100: 레이저 챔버
200: 저장용기
300: 열교환기
410: 분기수단
430: 경로 결합부재
500: 온도센서
600: 제어부

Claims

레이저 챔버를 통과하는 폐경로를 순환하는 냉매에 의해 레이저 챔버의 온도를 제어하는 온도 제어 방법으로서,
상기 폐경로를 따라 레이저 챔버로부터 유출되는 냉매를 가열하는 단계;
가열된 냉매를 제1 경로와 제2 경로로 분기하는 단계;
상기 제2 경로로 분기된 냉매를 열교환기를 통과시켜 가열 또는 냉각하는 단계; 및
상기 제1 경로의 냉매와 상기 제2 경로의 냉매를 합하여 상기 레이저 챔버로 공급하는 단계;를 포함하고,
상기 냉매를 분기하는 단계에서, 냉매의 온도에 따라 결정되는 분배 비율로 냉매를 상기 제1 경로와 제2 경로로 분기함으로써, 상기 레이저 챔버로 공급하는 냉매의 온도를 소정 온도범위 내에서 유지하는 것을 특징으로 하는 온도 제어 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 열교환기는 상기 냉매가 통과하는 배관 및 상기 배관과 접촉하는 열전소자를 포함하는 것을 특징으로 하는 온도 제어 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 레이저 챔버로 공급하는 냉매의 온도에 기초하여 상기 제1 경로와 제2 경로로 분기되는 냉매의 분배 비율을 결정하는 것을 특징으로 하는 온도 제어 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 레이저 챔버로 공급하는 냉매의 온도를 상기 소정 온도범위로 유지하는 상태에서, 상기 레이저 챔버로 공급하는 냉매의 온도에 기초하여, 상기 레이저 챔버 내의 레이저 이득 매질에 조사하는 플래쉬 램프의 입력 에너지를 조절하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 온도 제어 방법.
제 4 항에 있어서, 상기 플래쉬 램프의 입력 에너지를 조절하는 단계는,
레이저 챔버에서 출력되는 레이저의 목표 출력 에너지를 설정하는 단계;
상기 레이저 챔버로 공급하는 냉매의 현재 온도 하에서 상기 목표 출력 에너지를 얻기 위한 플래쉬 램프의 입력 에너지 값을 획득하는 단계; 및
상기 입력 에너지 값을 얻기 위한 전력을 상기 플래쉬 램프에 공급하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 온도 제어 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 레이저 챔버로 공급하는 냉매의 온도를 상기 소정 온도범위로 유지하는 상태에서, 상기 레이저 챔버 내의 레이저 이득 매질의 온도 또는 상기 레이저 이득 매질을 둘러싸는 냉매의 온도에 기초하여, 상기 레이저 이득 매질에 조사하는 플래쉬 램프의 입력 에너지를 조절하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 온도 제어 방법.
제 6 항에 있어서, 상기 플래쉬 램프의 입력 에너지를 조절하는 단계는,
레이저 챔버에서 출력되는 레이저의 목표 출력 에너지를 설정하는 단계;
상기 레이저 이득 매질의 온도 또는 레이저 이득 매질을 둘러싸는 냉매의 온도 하에서 상기 목표 출력 에너지를 얻기 위한 플래쉬 램프의 입력 에너지 값을 획득하는 단계; 및
상기 입력 에너지 값을 얻기 위한 전력을 상기 플래쉬 램프에 공급하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 온도 제어 방법.
레이저 챔버를 통과하는 폐경로를 순환하는 냉매에 의해 레이저 챔버의 온도를 제어하는 온도 제어 방법으로서,
상기 폐경로를 따라 레이저 챔버로부터 유출되는 냉매를 소정 온도범위 내로 유지하는 단계; 및
냉매가 상기 소정 온도범위로 유지되는 상태에서, (i) 상기 레이저 챔버로 공급하는 냉매의 온도, (ii) 상기 레이저 챔버 내의 레이저 이득 매질의 온도, 및 (iii) 상기 레이저 이득 매질을 둘러싸는 냉매의 온도 중 어느 하나의 온도에 기초하여, 상기 레이저 챔버 내의 레이저 이득 매질에 조사하는 플래쉬 램프의 입력 에너지를 조절하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 온도 제어 방법.
제 8 항에 있어서, 상기 플래쉬 램프의 입력 에너지를 조절하는 단계는,
레이저 챔버에서 출력되는 레이저의 목표 출력 에너지를 설정하는 단계;
(i) 상기 레이저 챔버로 공급하는 냉매의 현재 온도, (ii) 상기 레이저 챔버 내의 레이저 이득 매질의 온도, 및 (iii) 상기 레이저 이득 매질을 둘러싸는 냉매의 온도 중 어느 하나의 온도 하에서 상기 목표 출력 에너지를 얻기 위한 플래쉬 램프의 입력 에너지 값을 획득하는 단계; 및
상기 입력 에너지 값을 얻기 위한 전력을 상기 플래쉬 램프에 공급하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 온도 제어 방법.
레이저 챔버를 통과하는 폐경로를 순환하는 냉매에 의해 레이저 챔버의 온도를 제어하는 온도 제어 장치로서,
상기 폐경로를 따라 레이저 챔버에서 유출되는 냉매를 가열하는 히터(210);
가열된 냉매를 제1 경로와 제2 경로로 분기하는 분기수단(410);
상기 제2 경로로 분기된 냉매를 가열 또는 냉각하는 열교환기(300);
상기 제1 경로의 냉매와 제2 경로의 냉매를 합하여 상기 레이저 챔버로 공급하는 적어도 하나의 펌프; 및
상기 레이저 챔버로 공급하는 냉매의 온도를 소정 온도범위로 유지하기 위해, 냉매의 온도에 기초하여 상기 제1 경로와 제2 경로로 분기되는 냉매의 분배 비율을 결정하고 이 분배 비율에 따라 상기 분기수단을 제어하는 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 온도 제어 장치.
제 10 항에 있어서, 상기 열교환기는,
상기 냉매가 통과하는 배관; 및
상기 배관과 접촉하는 열전소자;를 포함하는 것을 특징으로 하는 온도 제어 장치.
제 10 항에 있어서,
상기 제어부가, 상기 레이저 챔버로 공급하는 냉매의 온도에 기초하여 상기 제1 경로와 제2 경로로 분기되는 냉매의 분배 비율을 결정하는 것을 특징으로 하는 온도 제어 장치.
제 10 항에 있어서,
상기 레이저 챔버로 공급하는 냉매의 온도를 상기 소정 온도범위로 유지하는 상태에서, 상기 제어부가 상기 레이저 챔버 내의 레이저 이득 매질에 조사하는 플래쉬 램프의 입력 에너지를 조절하도록 구성된 것을 특징으로 하는 온도 제어 장치.
제 13 항에 있어서,
상기 제어부가, (i) 상기 레이저 챔버로 공급하는 냉매의 온도, (ii) 상기 레이저 챔버 내의 레이저 이득 매질의 온도, 및 (iii) 상기 레이저 이득 매질을 둘러싸는 냉매의 온도 중 어느 하나의 온도에 기초하여, 상기 플래쉬 램프의 입력 에너지를 조절하도록 구성된 것을 특징으로 하는 온도 제어 장치.
제 13 항에 있어서, 상기 제어부가,
레이저 챔버에서 출력되는 레이저의 목표 출력 에너지를 설정하고,
(i) 상기 레이저 챔버로 공급하는 냉매의 현재 온도, (ii) 상기 레이저 챔버 내의 레이저 이득 매질의 온도, 및 (iii) 상기 레이저 이득 매질을 둘러싸는 냉매의 온도 중 어느 하나의 온도 하에서 상기 목표 출력 에너지를 얻기 위한 플래쉬 램프의 입력 에너지 값을 획득하고, 그리고
상기 입력 에너지 값을 얻기 위한 전력을 상기 플래쉬 램프에 공급함으로써, 상기 플래쉬 램프의 입력 에너지를 조절하도록 구성된 것을 특징으로 하는 온도 제어 장치.