KR20190129669A - 멀티 펄스 레이저 결합 장치 및 그 방법 - Google Patents

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Abstract

멀티 펄스 레이저 결합 장치 및 그 방법을 제공한다. 멀티 펄스 레이저 결합 장치는 i) 상호 이격되어 위치하고 각각 제1 레이저빔 및 제2 레이저빔을 출사하는 제1 레이저 소스부 및 제2 레이저 소스부, ii) 일방향으로 길게 뻗은 중공형 본체, iii) 일방향과 직교하는 방향으로 본체에 견고하게 고정되고, 제1 레이저 소스부와 결합되는 제1암 포스트, iv) 일방향과 직교하는 방향으로 본체에 견고하게 고정되고, 제1 레이저빔과 교차하는 방향으로 제2 레이저빔을 출사하는 제2 레이저 소스부와 결합되는 제2암 포스트, v) 본체를 사이에 두고, 제2암의 반대편에서 상기 본체와 연결된 핸드피스 체결부, vi) 중공형 본체에 내장되고, 제1 레이저빔의 파장을 변형하는 파장 제어판, 및 vii) 본체에 내장되고, 제1 레이저빔과 파장 제어판을 통과한 제2 레이저빔이 만나서 결합하는 합성판을 포함한다. 합성판은, i) 합성판 본체, ii) 합성판 본체 위에 형성되고, 제1 레이저빔과 만나며, 제1 레이저빔과 45°를 이루고, 반사 방지막을 포함하는 제1면, 및 iii) 제1면에서 멀어지는 방향을 향하고, 제2 레이저빔과 만나며, 제2 레이저빔과 45°를 이루고, 편광판을 포함하는 제2면을 포함한다. 합성판은 제1 레이저빔과 제2 레이저빔을 결합하여 핸드피스 체결부측으로 출사한다.

Description

멀티 펄스 레이저 결합 장치 및 그 방법 {DEVICE FOR COMBINING MULTI PULSE LASERS AND METHOD FOR THE SAME}
본 발명은 멀티 펄스 레이저 결합 장치 및 그 방법에 관한 것이다. 더욱 상세하게는, 본 발명은 동일 파장 또는 별개의 파장을 가진 두 개의 레이저들을 손실없이 하나의 핸드피스에 결합한 멀티 펄스 레이저 결합 장치 및 그 방법에 관한 것이다.
레이저는 직진성을 가지며 단일 파장으로 단시간내에 높은 출력을 낼 수 있다. 레이저는 피부 조직에 흡수되면 발열 작용과 광화학적인 변화를 일으켜 해당 물질을 변화시키는 특성을 가진다. 따라서 레이저는 잡티, 주근깨, 색소 침착, 문신, 혈관 질환, 주름, 여드름 등의 피부 질환 치료에 사용되고 있다.
레이저로 피부를 치료하는 경우, 레이저의 파장과 펄스 듀레이션을 적절히 선택하여 피부내 발색단을 표적화한다. 이 경우, 상이한 발색단들은 상이한 특성의 레이저들에만 치료 효과가 있다. 만약, 적절한 레이저를 사용하지 않는 경우, 표적 주위 피부가 손상된다. 따라서 상이한 발색단들을 한번에 치료하기 위해서는 다양한 레이저 발생 장치들을 구비할 필요가 있다.
동일한 파장 또는 상이한 파장을 가진 레이저들을 손실없이 하나의 레이저로 합친 멀티 펄스 레이저 결합 장치를 제공하고자 한다. 또한, 전술한 멀티 펄스 레이저의 결합 방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 멀티 펄스 레이저 결합 장치는, i) 상호 이격되어 위치하고 각각 제1 레이저빔 및 제2 레이저빔을 출사하는 제1 레이저 소스부 및 제2 레이저 소스부, ii) 일방향으로 길게 뻗은 중공형 본체, iii) 일방향과 직교하는 방향으로 본체에 견고하게 고정되고, 제1 레이저 소스부와 결합되는 제1암 포스트, iv) 일방향과 직교하는 방향으로 본체에 견고하게 고정되고, 제1 레이저빔과 교차하는 방향으로 제2 레이저빔을 출사하는 제2 레이저 소스부와 결합되는 제2암 포스트, v) 본체를 사이에 두고, 제2암의 반대편에서 본체와 연결된 핸드피스 체결부, vi) 중공형 본체에 내장되고, 제1 레이저빔의 파장을 변형하는 파장 제어판, 및 vii) 본체에 내장되고, 제1 레이저빔과 파장 제어판을 통과한 제2 레이저빔이 만나서 결합하는 합성판을 포함한다. 합성판은, i) 합성판 본체, ii) 합성판 본체 위에 형성되고, 제1 레이저빔과 만나며, 제1 레이저빔과 45°를 이루고, 반사 방지막을 포함하는 제1면, 및 iii) 제1면에서 멀어지는 방향을 향하고, 제2 레이저빔과 만나며, 제2 레이저빔과 45°를 이루고, 편광판을 포함하는 제2면을 포함한다. 합성판은 제1 레이저빔과 제2 레이저빔을 결합하여 핸드피스 체결부측으로 출사한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 멀티 펄스 레이저 결합 장치는 중공형 본체 내에 경사져서 설치되고, 제1 레이저 소스부 및 합성판에 대향하여 제1 레이저빔을 반사시켜 합성판으로 전송하도록 적용된 반사판을 더 포함할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 멀티 펄스 레이저 결합 장치는 중공형 본체 내에 설치되고 반사판과 파장 제어판 사이에 위치하는 나노 줌렌즈를 더 포함할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 멀티 펄스 레이저 결합 장치는 중공형 본체 내에 설치되고 제2암과 합성판 사이에 위치하는 피코 줌렌즈를 더 포함할 수 있다. 제1 레이저빔은 나노초 펄스를 가지고, 제2 레이저빔은 피코초 펄스를 가질 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 멀티 펄스 레이저 결합 장치는, i) 본체, ii) 본체와 연결되고, 제1 레이저 소스부가 결합되도록 적용된 제1암, iii) 본체와 연결되고, 제1 레이저 소스부에서 출사된 제1 레이저빔과 교차하는 방향으로 제2 레이저빔을 출사하는 제2 레이저 소스부를 결합하도록 적용된 제2암, iv) 본체를 사이에 두고, 제1암의 반대편에서 본체와 연결된 핸드피스 체결부, v) 제2암에 내장되고, 제2 레이저빔의 파장을 변형하는 파장 제어판, 및 vi) 본체에 내장되고, 제1 레이저빔과 파장 제어판을 통과한 제2 레이저빔이 만나서 결합하는 합성판을 포함한다. 합성판은, i) 합성판 본체, ii) 합성판 본체 위에 형성되고, 제1 레이저빔과 만나며, 제1 레이저빔과 45°를 이루고, 반사 방지막을 포함하는 제1면, 및 iii) 제1면에서 멀어지는 방향을 향하고, 제2 레이저빔과 만나며, 제2 레이저빔과 45°를 이루고, 편광판을 포함하는 제2면을 포함한다. 합성판은 제1 레이저빔과 제2 레이저빔을 결합하여 핸드피스 체결부측으로 출사한다.
제1 레이저빔의 파장이 755nm 또는 1064nm인 경우, 제1면에서 제1 레이저빔의 투과율이 90% 이상일 수 있다. 제2 레이저빔의 파장이 755nm 또는 1064nm인 경우, 제2면에서 제2 레이저빔의 반사율이 98% 이상일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 멀티 펄스 레이저 결합 방법은, i) 제1 레이저빔 및 제2 레이저빔을 제공하는 단계, ii) 제1 레이저빔이 조사되어 합성판으로 45°로 입사되면서 P파 레이저빔으로 편광되어 직진 통과하는 단계, iii) 제2 레이저빔이 파장 제어판을 통과하면서 S파 레이저빔으로 편광되는 단계, 및 iv) S파 레이저빔이 합성판에서 45°로 반사되어 P파 레이저빔과 함께 출사되는 단계를 포함한다. 제1 레이저빔 및 제2 레이저빔은 각각 Q 스위칭되어 출력된다.
제1 레이저빔 및 제2 레이저빔을 제공하는 단계에서, 제1 레이저빔의 파장 및 제2 레이저빔의 파장은 각각 755nm 및 1064nm으로 이루어진 군에서 선택될 수 있다. S파 레이저빔이 P파 레이저빔과 함께 출사되는 단계에서, 제1 레이저빔의 투과율은 90% 이상이고, 제2 레이저빔의 반사율은 98% 이상일 수 있다.
S파 레이저빔이 P파 레이저빔과 함께 출사되는 단계에서, S파 레이저빔 및 P파 레이저빔은 피코초 펄스 및 나노초 펄스로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 펄스를 포함할 수 있다. 제1 레이저빔은 나노초 펄스를 가지고, 제2 레이저빔은 피코초 펄스를 가지며, 나노초 펄스는 5ns 내지 10ns의 파장을 가지고, 피코초 펄스는 150ps 내지 1000ps의 파장을 가질 수 있다.
멀티 펄스 레이저 결합 장치를 사용하여 손실없이 동일하거나 상이한 파장의 레이저들을 함께 사용할 수 있다. 예를 들면, 피코초 레이저빔과 나노초 레이저빔을 합쳐서 동시 또는 순차적으로 조사하므로, 피부 질환을 효율적으로 치료할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 멀티 펄스 레이저 결합 장치의 개략적인 도면이다.
도 2는 도 1의 멀티 펄스 레이저 결합 장치의 기본 작동 원리를 나타낸 개략적인 도면이다.
도 3은 도 1의 멀티 펄스 레이저 결합 장치의 개략적인 작동 개념도이다.
도 4는 도 1의 합성판을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 5는 도 1의 멀티 펄스 레이저 결합 장치를 통해 출력되는 펄스 듀레이션 그래프이다.
도 6은 도 1의 멀티 펄스 레이저 결합 장치의 다양한 사용예의 개략적인 도면이다.
도 7은 본 발명의 제2 실시예에 따른 멀티 펄스 레이저 결합 장치의 개략적인 도면이다.
도 8은 도 7의 멀티 펄스 레이저 결합 장치의 개략적인 작동 개념도이다
도 9는 도 7의 멀티 펄스 레이저 결합 장치의 다양한 사용예의 개략적인 도면이다.
여기서 사용되는 전문용어는 단지 특정 실시예를 언급하기 위한 것이며, 본 발명을 한정하는 것을 의도하지 않는다. 여기서 사용되는 단수 형태들은 문구들이 이와 명백히 반대의 의미를 나타내지 않는 한 복수 형태들도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함하는"의 의미는 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소 및/또는 성분을 구체화하며, 다른 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소, 성분 및/또는 군의 존재나 부가를 제외시키는 것은 아니다.
다르게 정의하지는 않았지만, 여기에 사용되는 기술용어 및 과학용어를 포함하는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 일반적으로 이해하는 의미와 동일한 의미를 가진다. 보통 사용되는 사전에 정의된 용어들은 관련기술문헌과 현재 개시된 내용에 부합하는 의미를 가지는 것으로 추가 해석되고, 정의되지 않는 한 이상적이거나 매우 공식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하에서 사용하는 '레이저'라는 용어는 펄스 레이저 또는 연속광 레이저를 의미한다. '레이저'는 임의의 파장 대역을 가질 수 있다. 예를 들면, UV(Ultra violet) 대역, 가시광(Visible light) 대역, 또는 IR(Infra-red) 대역을 들 수 있다. 또한, '발생 광'이라는 용어는 레이저를 신체 조직에 조사시 발생하는 모든 광들을 의미한다. 예를 들면, '발생 광'은 플라즈마 광, 반사광, 산란광, 또는 형광광을 의미한다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 멀티 펄스 레이저 결합 장치(100)를 개략적으로 나타낸다. 도 1의 멀티 펄스 레이저 결합 장치(100)의 구조는 단지 본 발명을 예시하기 위한 것이며, 본 발명이 여기에 한정되는 것은 아니다. 따라서 멀티 펄스 레이저 결합 장치의 구조를 다른 형태로도 변형할 수 있다.
도 1에 도시한 바와 같이, 멀티 펄스 레이저 결합 장치(100)는 중공형 본체(20), 제1암 포스트(21), 제2암 포스트(23), 제1 레이저 소스부(L1), 제2 레이저 소스부(L2), 핸드피스 체결부(15), 파장 제어판(19) 및 합성판(10)을 포함한다. 이외에, 멀티 펄스 레이저 결합 장치(100)는 반사판(27)과 나노 줌렌즈(25)를 더 포함할 수 있다.
멀티 펄스 레이저 결합 장치(100)에서는 중공형 본체(20) 내부에 반사판(27), 나노 줌렌즈(25), 파장 제어판(19) 및 합성판(10)을 모두 고정시킨다. 여기서, 중공형 본체(20) 대신에 기존에 사용하던 7 관절암의 각 관절을 고정시켜서 그대로 사용할 수도 있다.
중공형 본체(20)는 제1 레이저 소스부(L1) 및 제2 레이저 소스부(L2)와 견고하게 결합되므로, 핸드피스 체결부(15)에 결합되는 관절(미도시, 이하 동일)이 움직이더라도 출력되는 레이저의 세기가 균일하게 유지된다. 좀더 구체적으로, 제1 암 포스트(21) 및 제2 암 포스트(23)는 각각 제1 레이저 소스부(L1) 및 제2 레이저 소스부(L2)와 링캡을 돌려서 고정하는 형태와 볼트로 고정시켜서 견고하게 고정한다. 그 결과, 관절이 움직이더라도 멀티 펄스 레이저 결합 장치(100)에서 출력되는 레이저의 세기가 변하지 않고 균일하게 유지된다.
도 1에 도시한 바와 같이, 본체(20)에는 y축 방향을 따라 각각 제1암 포스트(21) 및 제2암 포스트(23)가 나란히 연결된다. 즉, 제1암 포스트(21)와 제2암 포스트(23)가 상호 평행하게 이격되어 있다. 제1암 포스트(21)와 제2암 포스트(23)는 각각 제1 레이저 소스부(L1) 및 제2 레이저 소스부(L2)와 견고하게 결합된다.
도 1에 화살표로 나타낸 바와 같이, 제1 레이저 소스부(L1)에서 출사된 제1 레이저빔은 +y축 방향을 따라 핸드피스 체결부(15)로 진행한다. 또한, 제2 레이저 소스부(L2)에서 출사된 제2 레이저빔은 +y축 방향을 따라 진행하다가 반사판(27)에 의해 반사된 후 +x축 방향을 따라 진행해 합성판(10)으로 입사된다.
핸드피스 체결부(15)는 중공형 본체(20)의 우측 위로 연결된다. 따라서 중공형 본체(20)는 제1암 포스트(21)와 핸드피스 체결부(15) 사이에 위치하고, 핸드피스 체결부(15)는 제1암 포스트(21)의 반대편에서 중공형 본체(20)와 연결된다.
중공형 본체(20) 내부에 설치된 나노 줌렌즈(25)는 제2 레이저빔이 제1 레이저빔과 다르기 때문에 상호 다른 거리에 따라 보정한 스팟 크기를 조절한다. 파장 제어판(19)도 중공형 본체(20)에 내장된다. 파장 제어판(19)은 제2 레이저 소스부(L2)에서 출사된 제2 레이저빔의 파장을 변형한다. 즉, 제2 레이저빔의 파장을 1/2 또는 1/4로 변조하여 S파 레이저빔으로 변조한다. 파장 제어판(19)은 빠른 축에 대해 느린 축으로 가는 편광 방향의 레이저광을 반파장 또는 1/4 파장만큼 차이가 나도록 만든다. 따라서 파장 제어판을 돌리면 빠른 축 방향이 돌려지고, 이로써 빠른 축에 대한 편광 성분을 조절할 수 있다. 그 결과, 편광 방향이 전체적으로 돌아간다. 예를 들면, 빠른 축과 편광 방향의 일치를 0도로 정의하는 경우, 45도를 돌리면 편광은 90도가 돌아간다. 즉, 돌리고 싶은 편광의 절반에 해당하는 각도가 되도록 파장 제어판을 돌려서 조절할 수 있다.
합성판(10)은 중공형 본체(20)에 내장된다. 제1 레이저빔과 파장 제어판(19)을 통과한 제2 레이저빔이 만나서 합성판(10)에서 결합한다. 합성판(10)은 이들 두 레이저빔들을 합성하여 핸드피스 체결부(15)를 향해 멀티 펄스 레이저빔을 출사한다. 합성판(10)의 상세한 구조는 추후에 도 4를 통하여 좀더 상세하게 설명한다.
도 2는 도 1의 멀티 펄스 레이저 결합 장치(100)의 기본 작동 원리를 개략적으로 나타낸다. 도 2의 멀티 펄스 레이저 결합 장치(100)의 기본 작동 원리는 단지 본 발명을 예시하기 위한 것이며, 본 발명이 여기에 한정되는 것은 아니다. 따라서 이를 다른 형태로도 변형할 수 있다.
도 2에 도시한 바와 같이, 제1 레이저 소스부(L1) 및 제2 레이저 소스부(L2)에서 각각 제1 레이저빔 및 제2 레이저빔이 제공된다. 먼저 제1 레이저 소스부(L1)로부터 조사되어 -y축 방향을 향해 직진하는 제1 레이저빔은 조사되어 합성판(10)으로 입사된다. 제1 레이저빔은 비편향되거나 P파 레이저빔일 수 있다. 합성판(10)으로 입사된 제1 레이저빔은 P파 레이저빔으로 편광되어 직진 통과한다.
한편, 제2 레이저 소스부(L2)로부터 출사된 제2 레이저빔은 제1 레이저빔과 직각 교차하도록 +x축 방향을 향한다. 제2 레이저빔은 파장 제어판(19)를 통과하면서 S파 레이저빔으로 편광된다. S파 레이저빔은 합성판(10)으로 입사해 반사된다. 이를 위해 합성판(10)은 제1 레이저빔의 진행 방향 및 제2 레이저빔의 진행 방향과 각각 45°를 이룬다. 그 결과, 합성판(10)에서 반사된 S파 레이저빔과 P파 레이저빔을 함께 가지는 멀티 펄스 에너지빔으로 출사될 수 있다. 이 에너지빔은피코초 펄스 및 나노초 펄스를 포함한다.
여기서, 제1 레이저빔과 제2 레이저빔은 모두 755nm의 파장 또는 1064nm의 파장을 가지거나 이들을 혼합하여 사용할 수 있다. 이 경우, 제1 레이저빔의 투과율은 90% 이상일 수 있다. 또한, 제2 레이저빔의 반사율은 98% 이상일 수 있다.
종래에는 동일한 파장을 가지는 2개의 레이저빔들을 하나로 결합하는 경우, 투과율 50% 및 반사율 50%에 불과하여 에너지 효율이 낮았다. 이와는 대조적으로 본 발명의 일 실시예에서는 투과율과 반사율 손실이 거의 없는 레이저빔을 얻을 수 있다. 즉, 90% 이상의 투과율과 98% 이상의 반사율을 가진 레이저빔을 얻을 수 있다. 좀더 바람직하게는, 98% 이상의 투과율과 98% 이상의 반사율을 가진 레이저빔을 얻을 수 있다. 이 경우, 제1 레이저빔과 제2 레이저빔은 서로 다른 파장을 가진다. 즉, 제1 레이저빔이 755nm의 파장을 가지는 경우, 제2 레이저빔은 1064nm의 파장을 가진다. 또는, 제1 레이저빔이 1064nm의 파장을 가지는 경우, 제2 레이저빔은 755nm의 파장을 가진다.
그 결과, 다양한 치료 목적에 부합하는 레이저 소스들을 임의로 선택하여 사용할 수 있다. 예를 들면, 손발톱 진균증을 치료하는 경우 1064nm 파장의 레이저빔이 적합하므로, 제1 레이저 소스부 및 제2 레이저 소스부에 Nd:YAG를 사용할 수 있다. 1064nm 파장의 레이저빔을 5ns 내지 10ns의 펄스폭과 100ps 내지 1000ps의 펄스 반복율을 가지는 피코초 레이저로 사용할 수 있다. 또는, 나노초 레이저로도 사용할 수 있다.
또한, 흑색 선조를 치료하는 경우, 755nm 파장의 레이저빔이 적합하다. 755nm 파장의 레이저빔을 피코초 레이저나 나노초 레이저로 사용할 수 있다. 이 경우, 제1 레이저 소스부 및 제2 레이저 소스부에 알렉산드라이트를 사용한다. 나아가, 이들을 혼합하여 각각 제1 레이저 소스부 및 제2 레이저 소스부에 사용할 수도 있다. 이외에도, 파장에 있어서 193nm의 엑시머, 488-514nm의 아르곤, 532nm의 KTP, 585-595nm의 Dye, 694nm의 루비, 808-980nm의 다이오드, 1320nm의 Nd:YAG, 2940nm의 Er:YAG, 10,600nm의 CO2 등을 사용할 수도 있다. 이러한 다양한 파장의 레이저들을 혼합하는 경우, 치료 효과를 높일 수 있다. 따라서 이들을 P파 레이저빔과 S파 레이저빔으로 편광한 후 합성하는 방법을 통하여 다양한 파장의 레이저들을 혼합한다.
도 3은 도 1의 멀티 펄스 레이저 결합 장치(100)의 작동 개념도를 개략적으로 나타낸다. 이러한 작동 개념도는 단지 본 발명을 예시하기 위한 것이며, 본 발명이 여기에 한정되는 것은 아니다. 도 3의 작동 개념도는 도 2의 멀티 펄스 레이저 결합 장치(100)의 기본 작동 원리와 유사하므로, 동일한 부분에는 동일한 도면 부호를 사용하며 그 상세한 설명을 생략한다.
도 3에 도시한 바와 같이, 제2 레이저 소스부(L2)로부터 출사된 제2 레이저빔은 반사판(27)에 의해 나노 줌렌즈(25)측으로 반사 굴절된다. 즉, 제2 레이저빔은 +y축 방향으로 진행하다가 90도 반사되어 +x축 방향으로 진행한다. 반사판(27)을 이용하여 제2 레이저빔의 진행 방향을 변경시키는 방법을 사용하여 멀티 펄스 레이저 결합 장치를 단순화할 수 있다. 나노 줌렌즈(25)는 제2 레이저빔이 제1 레이저빔과 다르기 때문에 상호 다른 거리에 따라 보정한 스팟 크기를 조절한다. 제2 레이저빔은 제1 레이저빔과 혼합되기 전에 7 관절암 또는 직각으로 굴절되어 중공형 본체(20)를 통해 전달되므로 그 길이가 더 커진다. 따라서 옵틱 유닛에 결정된 레이저의 초점 거리가 상이해져서 궁극적으로 핸드피스를 통해 출력되는 스팟 크기가 달라진다. 나노 줌렌즈(25)는 이를 보정하는 역할을 한다. 즉, 나노 줌렌즈(25)를 이용하여 거리를 보정함으로써 스팟 크기를 동일하게 유지시킨다.
제2 레이저빔은 파장 제어판(19)를 통과하면서 S파 레이저빔으로 편광된다. S파 레이저빔은 합성판(10)으로 입사해 +y축 방향으로 반사된다. 이를 위해 합성판(10)은 제1 레이저빔의 진행 방향 및 제2 레이저빔의 진행 방향과 각각 45°를 이룬다. 그 결과, 합성판(10)에서 반사된 S파 레이저빔과 P파 레이저빔을 함께 가지는 멀티 펄스 레이저빔으로 출사될 수 있다. 이 레이저빔은 피코초 펄스 및 나노초 펄스를 포함한다.
도 4는 도 1의 합성판(10)을 개략적으로 나타낸다. 도 4의 확대원은 IV-IV선을 따라 자른 합성판(10)의 단면 구조를 개략적으로 나타낸다. 도 4의 합성판(10)의 단면 구조는 단지 본 발명을 예시하기 위한 것이며, 본 발명이 여기에 한정되는 것은 아니다. 따라서 합성판(10)의 단면 구조를 다른 형태도로 변형할 수 있다.
도 4의 확대원에 도시한 바와 같이, 합성판(10)은 합성판 본체(101), 제1면(103) 및 제2면(105)을 포함한다. 이외에 필요에 따라 합성판(10)은 다른 요소들을 더 포함할 수 있다. 제1면(103) 및 제2면(105)은 합성판 본체(101)를 가공하여 형성되거나 가공된 후 합성판 본체(101)에 부착될 수 있다. 또한, 제1면(103) 및 제2면(105)은 합성판 본체(101)와 동일한 소재를 사용하여 제조할 수 있다.
합성판 본체(101)는 프리즘으로 사용되는 유리, 좀더 구체적으로 BK7 광학 유리로 제조된다. 이외에, 수정, 사파이어 또는 용융 실리카(fused silica)로도 제조될 수도 있다. 합성판 본체(101)는 수 mm 단위 두께의 원판 형태를 가진다. 렌즈의 유효경(clear aperture)은 합성판 본체(101) 직경의 85% 정도일 수 있다. 평탄도는 633nm 파장빔에서 λ/8이다.
제1면(103)은 합성판 본체(101) 위에 형성된다. 제1면(103)은 합성판 본체(101) 위에 일체로 형성될 수 있고, 합성판 본체(101)와 별도로 코팅 등에 의해 형성될 수도 있다. 제1면(103)은 V형 반사 방지막(anti-reflection, AR)을 포함한다. 반사 방지막은 투과하는 광의 양을 극대화하고 원하지 않는 광의 반사를 최소화한다. 반사 방지막의 표면 반사율은 1% 이하이고, 그 투과율은 95% 이상이다. 반사 방지막은 나노 크기의 광학 돌기들로 이루어질 수 있다. 여기서, 광학 돌기들은 1nm 내지 100nm의 높이로 형성된다. 광학 돌기들은 유리를 산 용액으로 습식 식각하여 형성할 수 있다.
이러한 제1면(103)을 이용하는 경우, 제1 레이저빔에 대한 P파 반사율은 0.25% 이하로 조절된다. 특히, 제1 레이저빔이 1064nm 파장을 가지는 경우, P파 반사율을 최소화할 수 있다. 따라서 제1 레이저빔의 P파 성분만 손실되지 않고 합성판(10)을 통과한다.
제1면(103)에서 멀어지는 방향을 향하는 제2면(105)도 합성판 본체(101) 위에 형성된다. 제2면(105)은 합성판 본체(101) 위에 일체로 형성될 수 있고, 합성판 본체(101)와 코팅 등에 의해 별도로 형성될 수도 있다. 제2면(105)은 고출력 편광판(high power plate polarizer, HPPB)으로 되어 있다. 고출력 편광판은 입사광, 비편광빔, 단색빔을 각각 S 성분 및 P 성분으로 분리시킬 수 있다. 고출력 편광판은 BK7A 광학 유리로 제조될 수 있다.
제2면(105)을 이용하는 경우, S파 레이저빔의 반사율은 98% 이상이며, P파 레이저빔의 투과율은 90% 이상이다. 그 결과, 합성판(10)은 제2 레이저빔의 성분 중 S파 레이저빔만 반사시켜서 핸드피스 체결부(15)로 보내고, P파 레이저빔은 그대로 통과시킨다. 따라서 합성판(10)에 의해 S파 레이저빔만 추출할 수 있다.
도 5는 도 1의 멀티 펄스 레이저 결합 장치(100)로부터 출력되는 결합된 레이저빔 펄스의 그래프를 나타낸다. 도 5의 레이저빔 펄스는 단지 본 발명을 예시하기 위한 것이며, 본 발명이 여기에 한정되는 것은 아니다. 따라서 레이저빔 펄스의 형태를 다르게 변형할 수 있다.
도 5에 도시한 바와 같이, 레이저빔 펄스는 피코초 펄스 및 나노초 펄스가 혼합된 형태를 가진다. 도 5의 상부에는 피코초 펄스를 나타내고, 도 5의 하부에는 나노초 펄스를 편의상 설명을 위해 각각 별개로 분리하여 나타내었지만 실제로 이들은 혼합된 형태로 나타난다. 도 5의 상부에 나타낸 1000ps 및 150ps의 피코초 펄스는 실제로 150ps 내지 1000ps의 파장을 가질 수 있다. 한편, 도 5의 하부에 나타낸 10ns 및 5ns의 나노초 펄스는 실제로 5ns 내지 10ns의 파장을 가질 수 있다. 레이저빔 펄스에는 이러한 피코초 펄스 및 나노초 펄스가 함께 결합되어 있다.
이와 같이 결합된 레이저빔이 주기적으로 조사되므로, 레이저가 적어도 하나의 펄스 단위로 조사되어 끊기기 전까지의 펄스 인가 기간은 매 주기가 될 수 있다. 그 결과, 레이저빔을 피부 등에 조사하는 경우, 치료 대상 부위의 치료 효과를 극대화할 수 있다. 즉, 멀티 펄스 레이저빔들이 교번하여 반복적으로 조사되므로, 실질적인 레이저 치료 시간을 단축하고 치료 효율을 향상시킬 수 있다.
도 6은 도 1의 멀티 펄스 레이저 결합 장치(100)의 다양한 사용예들을 개략적으로 나타낸다. 이러한 멀티 펄스 레이저 결합 장치(100)의 사용예들은 단지 본 발명을 예시하기 위한 것이며, 본 발명이 여기에 한정되는 것은 아니다. 따라서 멀티 펄스 레이저 결합 장치(100)의 사용예들을 다른 형태로도 변형할 수 있다.
도 6에 점선 화살표로 도시한 바와 같이, 핸드피스 체결부(15)에 다양한 핸드피스들(300, 400, 500)을 끼워서 사용할 수 있다. 즉, 치료 용도에 맞게 맞춤형으로 각 핸드피스들(300, 400, 500)을 적용한다.
예를 들면, 핸드피스(300)는 렌즈, 좀더 구체적으로 마이크로 렌즈 어레이(30)를 포함한다. 마이크로 렌즈 어레이(30)는 각 개구의 중심에 광축을 합치 가능하다. 각 개구의 상은 게이트 전극(미도시)에 대응하는 영역에 S파 레이저빔과 P파 레이저빔을 축소시켜 포커싱하는 방법으로 치료 부위에 집중되어 그 치료 효과를 높일 수 있다.
한편, 핸드피스(400)는 초점 렌즈(30)와 회절광학소자(diffractive optical elements, DOE)(42)를 포함한다. 초점 렌즈(40)는 렌즈에 포함된다. 초점 렌즈(40)와 회절광학소자(42)를 함께 사용해 멀티 펄스 레이저빔을 치료할 대상에 조사함으로써 치료 효과를 극대화할 수 있다. 또한, 핸드피스(500)는 줌인 및 줌아웃이 가능하므로, 이를 통해 치료 부위에 집중되는 레이저의 강도를 조절할 수 있다. 그 결과, 치료 대상물의 효율적인 치료가 가능하다.
도 7은 본 발명의 제2 실시예에 따른 멀티 펄스 레이저 결합 장치(200)을 개략적으로 나타낸다. 도 7의 멀티 펄스 레이저 결합 장치(200)의 구조는 단지 본 발명을 예시하기 위한 것이며, 본 발명이 여기에 한정되는 것은 아니다. 따라서 멀티 펄스 레이저 결합 장치의 구조를 다른 형태로도 변형할 수 있다. 한편, 도 7의 멀티 펄스 레이저 결합 장치(200)의 구조는 도 1의 멀티 펄스 레이저 결합 장치(100)의 구조와 유사하므로, 동일한 부분에는 동일한 도면 부호를 사용하며, 그 상세한 설명을 생략한다.
도 7에 도시한 바와 같이, 멀티 펄스 레이저 결합 장치(200)는 본체(17), 제1암(11), 제2암(13), 핸드피스 체결부(15), 파장 제어판(19) 및 합성판(10)을 포함한다. 이외에, 필요에 따라 멀티 펄스 레이저 결합 장치(200)는 다른 부품들을 더 포함할 수 있다.
도 7에 도시한 바와 같이, 본체(17)에는 y축 방향을 따라 제1암(11)이 연결되고, x축 방향을 따라 제2암(13)이 연결된다. 즉, 제1암(11)과 제2암(13)은 각각 y축 방향 및 x축 방향으로 길게 뻗어 상호 직각으로 교차하는 형태를 가진다. 본체(17)와 연결되지 않은 제1암(11)의 일측은 개구되어 있으므로, 제1 레이저 소스부(미도시)와 결합될 수 있다. 본체(17)와 연결되지 않은 제2암(13)의 일측도 개구되어 제2 레이저 소스부(미도시)와 결합된다.
도 7에 점선 화살표로 나타낸 바와 같이, 제1 레이저 소스부에서 출사된 제1 레이저빔은 -y축 방향을 따라 핸드피스 체결부(15)로 진행한다. 또한, 제2 레이저 소스부에서 출사된 제2 레이저빔은 +x축 방향을 따라 합성판(10)으로 진행한다. 이를 위해 제2암(13)은 제1 레이저빔과 교차하는 방향인 x축 방향으로 제2 레이저 소스부와 결합된다.
핸드피스 체결부(15)는 본체(17)의 아래에 연결된다. 따라서 본체(17)는 제1암(11)과 핸드피스 체결부(15) 사이에 위치하고, 핸드피스 체결부(15)는 제1암(11)의 반대편에서 본체(17)와 연결된다.
파장 제어판(19)은 제2암(13)에 내장된다. 파장 제어판(19)은 제2 레이저 소스부에서 출력된 제2 레이저빔의 파장을 변형한다. 즉, 제2 레이저 소스부에서 출사된 제2 레이저빔의 파장을 1/2 또는 1/4로 변조하여 S파 레이저빔으로 변조한다. 파장 제어판은 빠른 축에 대해 느린 축으로 가는 편광 방향의 레이저광을 반파장 또는 1/4 파장만큼 차이가 나도록 만든다. 따라서 파장 제어판을 돌리면 빠른 축 방향이 돌려지고, 이로써 빠른 축에 대한 편광 성분을 조절할 수 있다. 그 결과, 편광 방향이 전체적으로 돌아간다. 예를 들면, 빠른 축과 편광 방향의 일치를 0도로 정의하는 경우, 45도를 돌리면 편광은 90도가 돌아간다. 즉, 돌리고 싶은 편광의 절반에 해당하는 각도가 되도록 파장 제어판을 돌려서 조절할 수 있다.
합성판(10)은 본체(17)에 내장된다. 제1 레이저빔과 펄스 변조부를 통과한 제2 레이저빔이 만나서 합성판(10)에서 결합한다. 합성판(10)은 이들 두 레이저빔들을 합성하여 핸드피스 체결부(15)를 향해 멀티 펄스 레이저빔을 출사한다.
도 8은 도 7의 멀티 펄스 레이저 결합 장치(200)의 작동 원리를 개략적으로 나타낸다. 도 8은 도 2와 유사하므로, 동일한 부분에는 동일한 도면 부호를 사용하며, 그 상세한 설명을 생략한다.
도 8에 도시한 바와 같이, Q 스위치들(QS1, QS2)을 사용하여 멀티 펄스 레이저 결합 장치를 구현할 수 있다. 레이저빔들은 Q 스위칭되면서 공진 증폭된다. Q 스위치는 모드 로킹(mode locking)과 함께 레이저 매질내의 방출 에너지를 한꺼번에 끄집어내기 위하여 사용한다.
예를 들면, 제1 Q 스위치(QS1)는 1064nm 파장의 나노초 펄스를 가지는 레이저빔을 출력한다. 또한, 제2 Q 스위치(QS2)는 755nm의 파장의 피코초 펄스를 가지는 레이저빔을 출력한다. Q 스위치는 레이저빔의 Q를 순간적으로 변화시킴으로써 레이저빔을 비발진 상태에서 발진 상태로 갑자기 이행시켜 펄스의 피크 출력을 크게 할 수 있다. 여기서 제1 레이저빔은 Nd:YAG로부터 출력될 수 있고, 제2 레이저빔은 알렉산드라이트로부터 출력될 수 있다.
도 9는 도 7의 멀티 펄스 레이저 결합 장치(200)의 다양한 사용예들을 개략적으로 나타낸다. 이러한 멀티 펄스 레이저 결합 장치(200)의 사용예들은 단지 본 발명을 예시하기 위한 것이며, 본 발명이 여기에 한정되는 것은 아니다. 따라서 멀티 펄스 레이저 결합 장치(200)의 사용예들을 다른 형태로도 변형할 수 있다. 도 9의 사용예는 도 6의 사용예와 유사하므로, 동일한 부분에는 동일한 도면부호를 사용하며 그 상세한 설명을 생략한다.
도 9에 점선 화살표로 도시한 바와 같이, 핸드피스 체결부(15)에 다양한 핸드피스들(300, 400, 500)을 끼워서 사용할 수 있다. 즉, 치료 용도에 맞게 맞춤형으로 각 핸드피스들(300, 400, 500)을 적용하여 활용할 수 있다.
본 발명을 앞서 기재한 바에 따라 설명하였지만, 다음에 기재하는 특허청구범위의 개념과 범위를 벗어나지 않는 한, 다양한 수정 및 변형이 가능하다는 것을 본 발명이 속하는 기술 분야에서 종사하는 자들은 쉽게 이해할 것이다.
10. 합성판
14. 피코 줌 렌즈
15. 핸드피스 체결부
17. 본체
19. 파장 제어판
20. 중공형 본체
21, 23. 암 포스트
25. 나노 줌렌즈
27. 반사판
30. 마이크로 렌즈 어레이
40. 초점 렌즈
42. 회절광학소자
100, 200. 멀티 펄스 레이저 결합 장치
101. 합성판 본체
103, 105. 면
300, 400, 500. 핸드피스
L1, L2. 레이저 소스부

Claims (12)

  1. 상호 이격되어 위치하고 각각 제1 레이저빔 및 제2 레이저빔을 출사하는 제1 레이저 소스부 및 제2 레이저 소스부,
    일방향으로 길게 뻗은 중공형 본체,
    상기 일방향과 직교하는 방향으로 상기 본체에 견고하게 고정되고, 상기 제1 레이저 소스부와 결합되는 제1암 포스트,
    상기 일방향과 직교하는 방향으로 상기 본체에 견고하게 고정되고, 상기 제1 레이저빔과 교차하는 방향으로 상기 제2 레이저빔을 출사하는 제2 레이저 소스부와 결합되는 제2암 포스트,
    상기 본체를 사이에 두고, 상기 제2암의 반대편에서 상기 본체와 연결된 핸드피스 체결부,
    상기 중공형 본체에 내장되고, 상기 제1 레이저빔의 파장을 변형하는 파장 제어판, 및
    상기 본체에 내장되고, 상기 제1 레이저빔과 상기 파장 제어판을 통과한 상기 제2 레이저빔이 만나서 결합하는 합성판
    을 포함하고,
    상기 합성판은,
    합성판 본체,
    상기 합성판 본체 위에 형성되고, 상기 제1 레이저빔과 만나며, 상기 제1 레이저빔과 45°를 이루고, 반사 방지막을 포함하는 제1면, 및
    상기 제1면에서 멀어지는 방향을 향하고, 상기 제2 레이저빔과 만나며, 상기 제2 레이저빔과 45°를 이루고, 편광판을 포함하는 제2면
    을 포함하고,
    상기 합성판은 상기 제1 레이저빔과 상기 제2 레이저빔을 결합하여 상기 핸드피스 체결부측으로 출사하는 멀티 펄스 레이저 결합 장치.
  2. 제1항에서,
    상기 중공형 본체 내에 경사져서 설치되고, 상기 제1 레이저 소스부 및 상기 합성판에 대향하여 상기 제1 레이저빔을 반사시켜 상기 합성판으로 전송하도록 적용된 반사판을 더 포함하는 멀티 펄스 레이저 결합 장치.
  3. 제2항에서,
    상기 중공형 본체 내에 설치되고 상기 반사판과 상기 파장 제어판 사이에 위치하는 나노 줌렌즈를 더 포함하는 멀티 펄스 레이저 결합 장치.
  4. 제3항에서,
    상기 중공형 본체 내에 설치되고 상기 제2암과 상기 합성판 사이에 위치하는 피코 줌렌즈를 더 포함하는 멀티 펄스 레이저 결합 장치.
  5. 제1항에서,
    상기 제1 레이저빔은 나노초 펄스를 가지고, 상기 제2 레이저빔은 피코초 펄스를 가지는 멀티 펄스 레이저 결합 장치.
  6. 본체,
    상기 본체와 연결되고, 제1 레이저 소스부가 결합되도록 적용된 제1암,
    상기 본체와 연결되고, 상기 제1 레이저 소스부에서 출사된 제1 레이저빔과 교차하는 방향으로 제2 레이저빔을 출사하는 제2 레이저 소스부를 결합하도록 적용된 제2암,
    상기 본체를 사이에 두고, 상기 제1암의 반대편에서 상기 본체와 연결된 핸드피스 체결부,
    상기 제2암에 내장되고, 상기 제2 레이저빔의 파장을 변형하는 파장 제어판, 및
    상기 본체에 내장되고, 상기 제1 레이저빔과 상기 파장 제어판을 통과한 상기 제2 레이저빔이 만나서 결합하는 합성판
    을 포함하고,
    상기 합성판은,
    합성판 본체,
    상기 합성판 본체 위에 형성되고, 상기 제1 레이저빔과 만나며, 상기 제1 레이저빔과 45°를 이루고, 반사 방지막을 포함하는 제1면, 및
    상기 제1면에서 멀어지는 방향을 향하고, 상기 제2 레이저빔과 만나며, 상기 제2 레이저빔과 45°를 이루고, 편광판을 포함하는 제2면
    을 포함하고,
    상기 합성판은 상기 제1 레이저빔과 상기 제2 레이저빔을 결합하여 상기 핸드피스 체결부측으로 출사하는 멀티 펄스 레이저 결합 장치.
  7. 제1항 또는 제6항에서,
    상기 제1 레이저빔의 파장이 755nm 또는 1064nm인 경우, 상기 제1면에서 상기 제1 레이저빔의 투과율이 90% 이상인 멀티 펄스 레이저 결합 장치.
  8. 제1항 또는 제6항에서,
    상기 제2 레이저빔의 파장이 755nm 또는 1064nm인 경우, 상기 제2면에서 상기 제2 레이저빔의 반사율이 98% 이상인 멀티 펄스 레이저 결합 장치.
  9. 제1 레이저빔 및 제2 레이저빔을 제공하는 단계,
    상기 제1 레이저빔이 조사되어 합성판으로 45°로 입사되면서 P파 레이저빔으로 편광되어 직진 통과하는 단계,
    상기 제2 레이저빔이 파장 제어판을 통과하면서 S파 레이저빔으로 편광되는 단계, 및
    상기 S파 레이저빔이 상기 합성판에서 45°로 반사되어 상기 P파 레이저빔과 함께 출사되는 단계
    를 포함하고,
    상기 제1 레이저빔 및 상기 제2 레이저빔은 각각 Q 스위칭되어 출력되는 멀티 펄스 레이저 결합 방법.
  10. 제9항에서,
    상기 제1 레이저빔 및 상기 제2 레이저빔을 제공하는 단계에서, 상기 제1 레이저빔의 파장 및 상기 제2 레이저빔의 파장은 각각 755nm 및 1064nm으로 이루어진 군에서 선택되고,
    상기 S파 레이저빔이 상기 P파 레이저빔과 함께 출사되는 단계에서, 상기 제1 레이저빔의 투과율은 90% 이상이고, 상기 제2 레이저빔의 반사율은 98% 이상인 멀티 펄스 레이저 결합 방법.
  11. 제9항에서,
    상기 S파 레이저빔이 상기 P파 레이저빔과 함께 출사되는 단계에서, 상기 S파 레이저빔 및 상기 P파 레이저빔은 피코초 펄스 및 나노초 펄스로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 펄스를 포함하는 멀티 펄스 레이저 결합 방법.
  12. 제11항에서,
    상기 제1 레이저빔은 나노초 펄스를 가지고, 상기 제2 레이저빔은 피코초 펄스를 가지며,
    상기 나노초 펄스는 5ns 내지 10ns의 파장을 가지고,
    상기 피코초 펄스는 150ps 내지 1000ps의 파장을 가지는 멀티 펄스 레이저 결합 방법.
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