KR20220022164A - 끌림 방지 기능을 갖는 레이저 장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 끌림 방지 기능을 갖는 레이저 장치에 관한 것이다. 끌림 방지 기능을 갖는 레이저 장치는, 이동 속도를 측정하며, 대상물 표면상의 동일 지점에 레이저 빔 스팟이 형성되도록 상기 이동 속도에 따라 레이저 빔의 지향 방향을 조정하는 핸드 피스, 및 상기 레이저 빔을 생성하며, 상기 이동 속도에 따라 상기 레이저 빔의 지향 방향을 조정하도록 상기 핸드 피스를 제어하는 본체를 포함할 수 있다.

Description

끌림 방지 기능을 갖는 레이저 장치 및 방법{Laser device of preventing spread and method thereof}
본 발명은 끌림 방지 기능을 갖는 레이저 장치에 관한 것이다.
레이저는, 대상물을 절단하거나 용접하는데 이용된다. 한편, 레이저는, 피부를 천공, 절제하거나 조직을 가열하는 등 의료 장비에도 다양하게 이용되고 있다. 빛을 이용한 피부 치료의 목적으로 LASER, IPL(Intense Pulsed Light)과 같은 기기들을 이용한다. 레이저 치료는, 피부에 미세한 열손상 어레이를 생성시켜 피부가 자연 치유되도록 유도하는 치료방법이다. 레이저 치료는, 의료진의 숙련도에 따라 효과가 달라질 수 있다. 예를 들어, 레이저를 피부에 인가하는 핸드 피스의 이동 속도는, 피부의 일부를 레이저 빔으로 천공하여 형성된 홀간의 간격뿐 아니라, 홀의 형태에도 영향을 줄 수 있다. 핸드 피스를 규정된 속도 이상으로 이동시킬 경우, 레이저 빔의 끌림 현상이 발생하여, 홀의 형태가 이동 방향측으로 연장될 수 있다.
한국 등록특허공보 10-0822664
본 발명은 끌림 현상을 방지할 수 있는 레이저 장치를 제공한다.
본 발명의 일측면에 따르면, 끌림 방지 기능을 갖는 레이저 장치가 제공된다. 끌림 방지 기능을 갖는 레이저 장치는, 이동 속도를 측정하며, 대상물 표면상의 동일 지점에 레이저 빔 스팟이 형성되도록 상기 이동 속도에 따라 레이저 빔의 지향 방향을 조정하는 핸드 피스, 및 상기 레이저 빔을 생성하며, 상기 이동 속도에 따라 상기 레이저 빔의 지향 방향을 조정하도록 상기 핸드 피스를 제어하는 본체를 포함할 수 있다.
일 실시예로, 상기 핸드 피스는, 제1 방향 및 제2 방향의 조합으로 정의되는 이동 방향을 따라 상기 이동 속도를 측정하며, 상기 레이저 빔의 출력 시구간의 시점에서 상기 레이저 빔의 상기 지향 방향이 상기 이동 방향으로 경사지게 시작하고, 상기 출력 시구간의 종점에서 상기 레이저 빔의 상기 지향 방향이 상기 이동 방향의 반대 방향으로 경사지게 종료하도록, 상기 레이저 빔의 상기 지향 방향을 조정할 수 있다.
일 실시예로, 상기 핸드 피스는, 상기 레이저 빔을 출력하는 레이저 출력부, 상기 이동 속도에 따라 상기 레이저 빔의 상기 지향 방향을 조정하여 상기 출력 시구간 동안 상기 레이저 빔 스팟이 상기 동일 지점에 형성되도록 하는 갈바노 스캐너, 및 상기 핸드 피스의 상기 이동 속도를 측정하는 센서를 포함할 수 있다.
일 실시예로, 상기 본체는, 상기 출력 시구간 동안 상기 레이저 빔을 생성하는 레이저 생성부, 상기 이동 속도에 따라 상기 레이저 빔의 지향 방향을 조정하도록 상기 갈바노 스캐너를 구동하는 스캐너 제어 명령을 생성하는 제어부를 포함할 수 있다.
일 실시예로, 상기 제어부는, 상기 레이저 생성부가 상기 출력 시구간 사이에 개재된 휴지 시구간을 조정하도록 하는 레이저 제어 명령을 더 생성할 수 있다.
일 실시예로, 상기 핸드 피스는, 상기 출력 시구간 동안 상기 레이저 빔을 연속 조사할 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 끌림 방지 기능을 갖는 레이저 장치의 핸드 피스가 제공된다. 핸드 피스는, 제1 방향 및 제2 방향의 조합으로 정의되는 이동 방향을 따라 이동하며, 출력 시구간 동안 레이저 빔을 출력하며, 휴지 시구간 동안 레이저 빔의 출력을 정지하는 레이저 출력부, 이동 속도에 따라 상기 레이저 빔의 지향 방향을 조정하여 상기 출력 시구간 동안 상기 레이저 빔 스팟이 대상물 표면상의 동일 지점에 형성되도록 하는 갈바노 스캐너, 및 상기 이동 속도를 측정하는 센서를 포함할 수 있다.
일 실시예로, 상기 갈바노 스캐너는, 상기 출력 시구간의 시점에서 상기 레이저 빔의 상기 지향 방향이 상기 이동 방향으로 경사지게 시작하고, 상기 출력 시구간의 종점에서 상기 레이저 빔의 상기 지향 방향이 상기 이동 방향의 반대 방향으로 경사지게 종료하도록, 상기 지향 방향을 조정할 수 있다.
일 실시예로, 상기 갈바노 스캐너는, 상기 출력 시구간의 시점에서 상기 레이저 빔의 상기 지향 방향이 상기 동일 지점을 향해 수직하게 시작하고, 상기 출력 시구간의 종점에서 상기 레이저 빔의 상기 지향 방향이 상기 이동 방향의 반대 방향으로 경사지게 종료하도록, 상기 지향 방향을 조정할 수 있다.
일 실시예로, 상기 갈바노 스캐너는, 상기 출력 시구간의 시점에서 상기 레이저 빔의 상기 지향 방향이 상기 이동 방향의 반대 방향으로 제1 각도로 경사지게 시작하고, 상기 출력 시구간의 종점에서 상기 레이저 빔의 상기 지향 방향이 상기 이동 방향의 반대 방향으로 제2 각도로 경사지게 종료하도록, 상기 지향 방향을 조정하되, 상기 제1 각도와 상기 제1 각도는 상이할 수 있다.
일 실시예로, 상기 갈바노 스캐너는, 상기 레이저 빔의 지향 방향을 상기 제1 방향으로 조정하는 제1 미러 및 상기 제1 미러를 회전시키는 제1 구동부 및 상기 레이저 빔의 지향 방향을 상기 제2 방향으로 조정하는 제2 미러 및 상기 제2 미러를 회전시키는 제2 구동부를 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 대상물 표면상의 동일 지점에 레이저 빔 스팟이 형성되도록 하는 방법이 제공된다. 상기 방법은, 핸드 피스의 이동 속도를 측정하는 단계, 레이저 빔의 지향 방향을 조정하는 갈바노 스캐너를 구동하는 스캐너 제어 명령을 상기 이동 속도에 기초하여 생성하는 단계 및 상기 갈바노 스캐너가 상기 스캐너 제어 명령에 따라 출력 시구간의 시작 시점부터 종료 시점까지 상기 레이저 빔의 지향 방향이 상기 동일 지점을 향하도록 조정하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면, 레이저 끌림 현상을 방지함으로써, 레이저를 대상물에 조사하는 시간이 단축될 수 있다.
이하에서, 본 발명은 첨부된 도면에 도시된 실시예를 참조하여 설명된다. 이해를 돕기 위해, 첨부된 전체 도면에 걸쳐, 동일한 구성 요소에는 동일한 도면 부호가 할당되었다. 첨부된 도면에 도시된 구성은 본 발명을 설명하기 위해 예시적으로 구현된 실시예에 불과하며, 본 발명의 범위를 이에 한정하기 위한 것은 아니다. 특히, 첨부된 도면들은, 발명의 이해를 돕기 위해서, 일부 구성 요소를 다소 과장하여 표현하고 있다.
도 1은 레이저 끌림 방지 기능을 갖는 레이저 장치를 기능적으로 도시한 도면이다.
도 2는 갈바노 스캐너의 동작을 예시적으로 도시한 도면이다.
도 3은 핸드 피스 이동중에 레이저 빔을 동일 지점에 조사하는 방식을 예시적으로 도시한 도면이다.
도 4는 레이저 끌림 방지 방법을 예시적으로 도시한 흐름도이다.
도 5는, 핸드 피스의 이동 속도 변경시, 출력 시구간을 일정하게 유지하면서 레이저 끌림 발생을 방지하는 예를 도시한 도면이다.
도 6은, 핸드 피스의 이동 속도 변경시, 레이저 빔 스팟 간격을 일정하게 유지하면서 레이저 끌림 발생을 방지하는 예를 도시한 도면이다.
도 7은, 출력 시구간 동안, 동일 지점에 레이저를 조사하는 방식을 예시적으로 도시한 도면이다.
도 8은 복수의 레이저 빔 스팟을 2차원 평면상에 형성하는 방식을 예시적으로 도시한 도면이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 이를 상세한 설명을 통해 상세히 설명하고자 한다. 여기에서, 끌림 방지 기능을 갖는 레이저 장치 및 방법은, 의료 장비에 적용된 실시예를 중심으로 설명하지만, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 특히, 이하에서 첨부된 도면을 참조하여 설명될 기능, 특징, 실시예들은, 단독으로 또는 다른 실시예와 결합하여 구현될 수 있다. 따라서 본 발명의 범위가 첨부된 도면에 도시된 형태에만 한정되는 것이 아님을 유의하여야 한다.
한편, 본 명세서에서 사용되는 용어 중 “실질적으로”, “거의”, “약” 등과 같은 표현은 실제 구현시 적용되는 마진이나 발생가능한 오차를 고려하기 위한 표현이다. 특별한 언급이 없는 한, “측면”, 또는 “수평”은 도면의 좌우 방향을 언급하기 위한 것이며, “수직”은 도면의 상하 방향을 언급하기 위한 것이다. 한편, 첨부된 도면 전체에 걸쳐서, 동일하거나 유사한 요소는 동일한 도면 부호를 사용하여 인용된다.
도 1은 레이저 끌림 방지 기능을 갖는 레이저 장치를 기능적으로 도시한 도면이며, 도 2는 갈바노 스캐너의 동작을 예시적으로 도시한 도면이다.
도 1 및 2를 함께 참조하면, 레이저 장치는 접촉 또는 비접촉 상태에서 대상물에 레이저를 조사하는 핸드 피스(100) 및 핸드 피스(100)를 제어하는 본체(200)를 포함할 수 있다. 핸드 피스(100)는, 레이저 빔의 진행 방향을 조절하는 갈바노 스캐너(110), 레이저 빔을 출력하는 레이저 출력부(120), 및 핸드 피스(100)의 위치를 측정하기 위한 센서(130)를 포함할 수 있다. 본체(200)는, 레이저 빔을 생성하는 레이저 생성부(210) 및 레이저 장치의 동작을 제어하는 제어부(220)를 포함할 수 있다.
갈바노 스캐너(110)는, 레이저 빔의 진행 방향을 조절한다. 도 2를 참조하면, 갈바노 스캐너(110)는, 레이저 출력부(120)로부터 출력된 레이저 빔(121)이 향하는 방향을 제1 방향, 예를 들어, x축 방향을 따라 조절하기 위한 제1 구동부(111)와 제1 미러(112), 및 제2 방향, 예를 들어, y축 방향을 따라 조절하기 위한 제2 구동부(113)와 제2 미러(114)를 포함할 수 있다. 제1 미러(112)는 제1 구동부(111)의 회전축에 결합되며, 제1 구동부(111)에 의해 회전하여 레이저 빔(121)을 제2 미러(114)를 향해 반사한다. 제2 미러(114)는 제2 구동부(113)의 회전축에 결합되며, 제2 구동부(113)에 의해 회전하여 레이저 빔(122, 123, 124)을 대상물을 향하도록 반사한다. 제1 구동부(111) 및 제2 구동부(113)은, 예를 들어, 스텝 모터이며, 회전축은 인가된 전기 신호에 의해 정밀하게 회전할 수 있다. 도 2에 예시된 구조에서, 제1 구동부(111)와 제2 구동부는, 각각의 회전축이 실질적으로 수직하도록 제2 구동부(113)가 제1 구동부(111)의 상부에 배치될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
제1 미러(112)를 시계 방향 또는 반시계 방향으로 회전시키면, 제1 미러(112)에서 반사된 레이저 빔(122, 123, 124)이 제2 미러(114)를 향할 때의 각도(이하, 제1 또는 제2 미러에 의해 레이저 빔이 반사되는 각도를 반사각이라 총칭함)가 변화한다. 제2 미러(114)를 소정 각도로 유지한 상태에서, 제1 미러(112)에 의해 반사된 레이저 빔(122, 123, 124)은, 상이한 반사각으로 인해, 제1 방향을 따르는 동일 직선상에 있지만 서로 다른 위치에 도달하게 된다. 따라서, 레이저 빔(122, 123, 124)은, 제2 미러(114) 상에서 상이한 반사각으로 반사되어, 제1 방향을 따르는 동일 직선상에 있지만 서로 다른 위치를 향하게 된다.
유사하게, 제2 미러(114)를 시계 방향 또는 반시계 방향으로 회전시키면, 제2 미러(114) 상에서 레이저 빔(122, 125, 126)의 반사각이 변화한다. 제1 미러(112)가 소정 각도를 유지한 상태에서, 제1 미러(112)에 의해 반사된 레이저 빔(122, 125, 126)은, 제2 미러(114)상의 동일 지점에 도달하지만, 제2 미러(114)의 회전에 의해 상이한 반사각으로 반사된다. 제2 미러(114)에 의해 반사된 레이저 빔(122, 125, 126)은, 제2 방향을 따르는 동일 직선상에 있지만 서로 다른 위치를 향하게 된다.
제1 미러(112) 및 제2 미러(114)의 회전을 조합하면, 레이저 빔(122 내지 126)이 대상물에 도달하는 위치, 즉, 레이저 빔의 스팟을 제1 방향 및 제2 방향의 조합으로 이동시킬 수 있다. 대상물의 표면상의 임의의 위치는, 2차원 좌표로 표현될 수 있다. 따라서, 특정 좌표를 갖는 위치에 스팟이 오도록 하기 위해서, 제1 구동부(111)는 제1 미러(112)를 제1 각도로 회전시키며, 제2 구동부(113)은 제2 미러(114)를 제2 각도로 회전시킬 수 있다.
레이저 출력부(120)는, 본체(200)의 레이저 생성부(210)가 생성한 레이저 빔을 출력한다. 레이저 출력부(120)는, 빔 전달 장치, 예를 들어, 옵티컬 파이버에 의해 레이저 생성부(210)에 광학적으로 연결된 렌즈 모듈이다. 렌즈 모듈은, 레이저 빔을 집중시킬 수 있다. 렌즈 모듈은, 하나 이상의 렌즈로 구성된 복수의 광학계를 포함하며, 렌즈는 일면으로 입사한 레이저 빔을 굴절시켜 타면을 통해 나가게 한다. 도 2에 예시된 구조에서, 레이저 출력부(120)는, 제2 미러(114)의 회전축에 실질적으로 평행하게 배치되어, 제1 미러(112)를 향해 레이저 빔(121)을 출력할 수 있다.
센서(130)는 핸드 피스(100)의 이동 속도를 측정한다. 센서(130)는, 예를 들어, 대상물 표면상에서 핸드 피스(100)의 이동 속도를, 그리고 추가적으로 또는 선택적으로, 이동 방향을 측정하는 옵티컬 센서일 수 있다. 센서(130)가 출력하는 센싱 신호는, 예를 들어, 이동 속 도, 2차원 좌표(또는 이동 거리), 2차원 좌표와 시간, 2차원 좌표와 이동 속도 등 다양한 측정치를 포함할 수 있다. 제어부(220)에 전달된 센싱 신호는, 핸드 피스(100) 및/또는 레이저 생성부(210)를 제어하는데 이용된다.
레이저 생성부(210)는, 대상물의 표면에 조사될 레이저 빔을 생성한다. 예를 들어, 레이저 생성부(210)는, CO2 레이저이며, 생성되는 레이저 빔의 파장은 400~10,600 nm 이며, 출력은 1W~50W일 수 있다.
제어부(220)는, 핸드 피스(100)의 갈바노 스캐너(110) 및 본체(200)의 레이저 생성부(210)를 제어한다. 제어부(220)는, 센싱 신호로부터 이동 속도를 획득 또는 산출하여, 핸드 피스(100)의 이동 속도에 따라 갈바노 스캐너(110)의 제1 미러(112) 및 제2 미러(114)의 회전각을 결정할 수 있다. 추가적으로, 제어부(220)는, 제1 미러(112) 및 제2 미러(114)의 회전각에 연동하여, 또는 회전각에 상관 없이 레이저 생성부(210)를 제어할 수 있다. 제어부(220)에 의한 동작은 도 3 내지 도 7을 참조하여 상세히 설명한다.
도 3은 핸드 피스 이동중에 레이저 빔을 동일 지점에 조사하는 방식을 예시적으로 도시한 도면이다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 핸드 피스(100)의 이동 속도에 무관하게, 레이저 빔의 스팟은 대상물 표면상의 실질적으로 동일 지점 F에 유지될 수 있다. 레이저 빔은 일정량의 에너지를 대상물의 표면에 전달한다. 일반적으로, 핸드 피스의 이동 속도는, 레이저 빔이 동일 지점 F에 에너지를 충분히 전달할 수 있도록, 제한된다. 만일, 핸드 피스의 이동 속도가 제한 속도를 초과할 경우, 레이저 빔의 스팟이 이동 방향으로 이동하게 된다. 이로 인해, 의도된 위치에는 충분한 에너지가 전달되지 않으며, 의도된 위치의 주변, 즉, 에너지가 전달될 필요가 없거나 에너지 전달로 인해 부작용이 발생될 수 있는 영역에도 에너지가 전달될 수 있다.
도 3은, 핸드 피스(100)의 이동중에, 미러를 회전시켜 레이저 빔의 스팟이 대상물의 표면상의 동일 지점 F에 유지되는 실시예를 예시한다. 상술한 바와 같이, 레이저 출력부(120), 제1 미러(112) 및 제2 미러(114)의 배치는 다양할 수 있으며, 그에 따라, 제1 미러(112) 또는 제2 미러(114)의 회전 방향 및/또는 회전각이 달라질 수 있음은 물론이다. 도 3에 예시된 구조에서, 핸드 피스(100)는 제1 방향으로만 이동한다. 따라서, 레이저 빔의 스팟을 제1 방향으로 조절하는 제1 미러(112)는 회전하되, 제2 방향으로 조절하는 제2 미러(114)는 회전하지 않는다. 한편, 예시된 구조에서, 레이저 빔은 실제로 지면(紙面)을 향해 진행하지만, 설명의 편의를 위해, 레이저 빔의 스팟 및 지점 F가 실제 위치보다 훨씬 위쪽에 표현되어 있다.
도 3을 참조하면, 시각 tStart에서, 핸드 피스(100)가 지점 F를 향해 레이저 빔(123)을 조사하기 시작한다. 제2 미러(114)는, 예를 들어, 대상물의 표면과 약 45도가 되도록 회전한 상태를 유지한다. 제1 미러(112)는, 레이저 출력부(120)가 출력한 레이저 빔(121)이 90도 보다 작은 각도 θ1로 반사되어 제2 미러(114)를 향하도록 회전한다. 이 때, 제1 미러(112)와 레이저 빔(121) 사이의 각을 초기 회전각이라 한다. 따라서 레이저 빔의 스팟은 지점 F에 위치한다.
핸드 피스(100)가 제1 방향으로 이동하면서, 제1 미러(112)는, 제1 구동부(111)에 의해 반시계 방향으로 회전한다. 반면에, 제2 미러(114)는, 대상물의 표면과 약 45도가 되도록 회전한 상태를 유지한다. 시각 tEnd에서, 핸드 피스(100)는 지점 F를 향한 레이저 빔의 조사를 마친다. 이 때, 제1 미러(112)는, 레이저 출력부(120)가 출력한 레이저 빔(121)이 90도 보다 큰 각도 θ2로 반사되어 제2 미러(114)를 향하도록 회전한다. 이 때, 제1 미러(112)와 레이저 빔(121) 사이의 각을 최종 회전각이라 한다. 시각 t90에서 레이저 출력부(120)가 출력한 레이저 빔(121)은 제1 미러(112)에 의해 약 90도로 반사되어 제2 미러(114)에 도달한다. 약 90도로 반사되어 제2 미러(114) 상의 도달한 지점을 기준으로 볼 때, θ1로 반사된 레이저 빔은 그 우측에 그리고 θ2로 반사된 레이저 빔은 그 좌측에 각각 도달한다. 반사각이 θ1부터 θ2까지 변하는 동안(즉, 시각 tStart부터 tEnd까지), 레이저 빔(122, 123, 134)은 동일 지점 F를 향하며, 따라서 레이저 빔의 스팟은 지점 F에 위치한다. 한편, 반사각이 θ1에서 θ2로 변하는 동안, 레이저 출력부(120)는, 레이저 빔을 연속 조사하거나, 비연속적으로 조사할 수 있다. 하지만, 어느 경우에도, 레이저 빔의 스팟은, 지점 F에 위치한다. 즉, 시각 t90에서 레이저 빔(122)의 진행 방향을 기준으로 볼 때, 시각 tStart부터 t90사이에서는, 레이저 빔(123)과 레이저 빔(122) 사이의 각 θb가 감소하며, 시각 t90부터 tEnd사이에서는, 레이저 빔(122)과 레이저 빔(124) 사이의 각 θa가 증가한다.
도 4는 레이저 끌림 방지 방법을 예시적으로 도시한 흐름도이다.
도 4를 참조하면, 핸드 피스(100)의 이동 속도가 측정된다(300). 핸드 피스(100)는, 조작자, 예를 들어, 의료진에 의해 대상물에 접촉한 상태로 이동한다. 따라서 핸드 피스(100)의 이동 속도는, 조작자에 따라 달라질 수 있다. 센서(130)는, 핸드 피스(100)의 위치 변경을 감지하여, 변경된 위치를 나타내는 2차원 좌표 및/또는 이동 속도를 산출한다.
제어부(220)는 갈바노 스캐너(110)를 구동하기 위한 스캐너 제어 명령을 생성한다(310). 레이저 생성부(210)의 동작은, 레이저 빔을 출력하는 출력 시구간 및 레이저 빔을 출력하지 않는 휴지 시구간으로 구성된다. 출력 시구간 동안에 출력된 레이저 빔의 스팟은, 대상물 표면상의 동일 지점 F에 위치한다. 도 3을 다시 참조하면, 출력 시구간의 시작 시점 tStart에서, 제1 미러(120)의 초기 회전각, 회전 시간(또는 각속도), 및 종료 시점 tEnd에서 제1 미러(120)의 최종 회전각은, 핸드 피스(100)의 이동 속도에 의해 결정될 수 있다. 회전 시간은, 제1 미러(120)가 초기 회전각부터 최종 회전각까지 회전하는데 걸리는 시간이며, 각속도로 표현될 수도 있다. 일 실시예로, 초기 회전각, 회전 시간 및 최종 회전각은, 출력 시구간의 시작 시점 tStart 이전에 측정된 이동 속도에 의해 결정될 수 있다. 다른 실시예로, 초기 회전각은 출력 시구간의 시작 시점 tStart 이전에 측정된 이동 속도에 의해 결정되며, 회전 시간 및 최종 회전각은, 출력 시구간 동안에 측정된 이동 속도에 의해 결정될 수도 있다.
스캐너 제어 명령은, 출력 시구간 동안 이동 속도에 기초하여, 제1 미러(120)를 제1 회전각만큼 회전시키도록 제1 구동부(110)를 동작 및/또는 제2 미러(140)를 제2 회전각만큼 회전시키도록 제2 구동부(130)를 동작시키기 위한 명령이다. 예를 들어, 이동 속도가 증가하면, 제1 미러(120) 및/또는 제2 미러(140)의 회전 속도는 증가하면, 반대로, 이동 속도가 감소하면, 회전 속도는 감소할 수 있다. 한편, 이동 속도에 따라 제1 미러(120) 및/또는 제2 미러(140)의 회전각이 달라질 수 있다.
추가적으로, 제어부(220)는 레이저 생성부(210)를 구동하기 위한 레이저 제어 명령을 생성할 수 있다. 레이저 빔의 스팟들은, 일정 거리 간격 및/또는 일정 시간 간격으로 형성될 수 있다. 이동 속도가 증가하면, 휴지 시구간은, 일정 거리 간격을 유지하기 위해서, 짧아질 수 있다. 반대로, 이동 속도가 감소하면, 휴지 시구간은, 일정 거리 간격을 유지하기 위해서, 길어질 수 있다. 레이저 제어 명령은, 출력 시구간의 시작 시점(또는 휴지 시구간의 종료 시점)을 지정하기 위한 명령이다. 추가적으로, 레이저 제어 명령은, 예를 들어, 연속 조사 또는 비연속 조사와 같은 레이저 빔의 출력 방식, 레이저 빔의 세기 또는 스팟의 크기와 같은 레이저 빔의 특성을 추가적으로 지정할 수 있다.
출력 시구간 동안 스캐너 제어 명령에 따라, 갈바노 스캐너(110)는, 레이저 빔의 지향 방향을 조정한다(320). 레이저 빔의 지향 방향은, 제1 미러(120) 및 제2 미러(140)에 의해 조정되며, 대상물 표면상의 동일 지점 F를 향하도록 출력 시구간 동안 지속적으로 변경될 수 있다. 다시 도 3을 참조하면, 스캐너 제어 명령에 의해, 제1 미러(120)는 초기 회전각으로 회전한다. 레이저 빔이 조사되면, 제1 미러(120)는 반시계 방향으로 회전하여, 레이저 빔을 제2 미러(140)상의 상이한 지점을 향하도록 반사한다. 제2 미러(140)는 초기 회전각으로 회전한 상태를 유지하므로, 제2 미러(140)에 반사된 레이저 빔은, 제1 방향상의 상이한 지점을 향한다. 핸드 피스(100)가 이동하는 동안, 제1 방향상의 상이한 지점을 향하는 레이저 빔은, 대상물 표면상의 동일 지점 F에 도달하게 된다.
출력 시구간의 종료 시점에서, 레이저 빔의 출력이 종료된다(330). 최종 회전각까지 회전한 제1 미러(120)는, 다음 출력 시구간에서의 레이저 빔 조정을 위해서, 휴지 시구간 동안 초기 회전각으로 복귀한다. 여기서, 다음 출력 시구간에서의 초기 회전각은, 이전 출력 시구간에서의 초기 회전각과 동일하거나 상이할 수 있다.
도 5는, 핸드 피스의 이동 속도 변경시, 출력 시구간을 일정하게 유지하면서 레이저 끌림을 방지하는 예를 도시한 도면이다. 여기서, 출력 시구간의 시작 시점은 t1, t2이고, 출력 시간(출력 시구간의 종료 시점 - 시작 시점)은 tL이고, 휴지 시간은 ta(휴지 시구간의 종료 시점 - 시작 시점)이며, 레이저 빔 스팟 간격은 da, db, dc로 정의한다.
도 5의 (a)를 참조하면, 핸드 피스(100)의 이동 속도 va가 제한 속도와 같거나 작으면, 레이저 빔의 조사 방향을 조정하지 않더라도 대상물 표면상의 동일 지점 F에 레이저 빔 스팟이 위치할 수 있다. 시각 t1부터 출력 시간 tL동안, 핸드 피스(100)가 레이저 빔을 조사하여 스팟(127t1)이 형성된다. 출력 시간 tL이 종료하면, 핸드 피스(100)는 휴지 시간 ta동안 레이저 빔 조사를 정지한다. 이동 속도 va가 일정하다고 가정할 때, 핸드 피스(100)는 da(=va/ta)만큼 이동하여 시각 t2부터 스팟(127t2)를 형성한다.
도 5의 (b)를 참조하면, 핸드 피스(100)의 이동 속도가 제한 속도보다 크면, 레이저 끌림 현상이 발생한다. 이동 속도 vb가 제한 속도를 초과하면, 핸드 피스(100)가 시각 t1부터 출력 시간 tL동안 이동하는 거리 db는, 이동 속도 va일 때보다 증가한다. 즉, 핸드 피스(100)는, 정상적인 레이저 빔 스팟(127t1)뿐 아니라 불필요한 레이저 빔 스팟(128t1)도 형성하게 된다. 이로 인해, 레이저 스팟의 폭이 핸드 피스(100)의 이동 방향을 따라 끌림(이동 속도 vb가 일정하다고 가정할 때, 핸드 피스(100)는 db(=vb/ta)만큼 이동하여 시각 t2부터 스팟(127t2, 128t2)를 형성한다. 레이저 빔 스팟(128t1)과 레이저 빔 스팟(127t2) 사이 간격 db는 da보다 클 수 있다.
도 5의 (c)는 이동 속도가 제한 속도보다 크지만 레이저 끌림 현상이 발생하지 않는 구동 방식을 나타낸다. 이동 속도 vb가 제한 속도를 초과하면, 핸드 피스(100)가 시각 t1부터 출력 시간 tL동안 이동하는 거리 db는, 이동 속도 va일 때보다 증가한다. (b)에 예시된 경우와 비교할 때, 핸드 피스(100)는, 시각 t1에 레이저 빔 스팟이 진행 방향을 기준으로 핸드 피스(100)의 앞쪽(또는 우측)에 형성되도록, 레이저 빔의 지향 방향을 경사지게 조정한다. 핸드 피스(100)가 이동할수록, 레이저 빔 스팟은 핸드 피스(100)와 동일선상(또는 정면)에 위치하게 된다. 시각 t1+tL/2에서, 핸드 피스(100)가 레이저 빔 스팟을 정면에 형성했다고 가정하면, 이후부터, 핸드 피스(100)는 레이저 빔의 지향 방향을 경사지게 조정하여, 레이저 빔 스팟이, 핸드 피스(100)의 뒤쪽(또는 좌측)에 형성되도록 한다. 이동 속도 vb가 일정하다고 가정할 때, 핸드 피스(100)는 dc(>db)만큼 이동하여 시각 t2부터 스팟(127t2)를 형성한다. (b)와 비교할 때, 핸드 피스(100)의 이동 거리, 출력 시간 tL 및 휴지 시간 ta는 동일하지만, 레이저 빔 스팟(127t1)과 레이저 빔 스팟(127t2) 사이 간격 dc는 db보다 클 수 있다.
도 6은, 핸드 피스의 이동 속도 변경시, 레이저 빔 스팟 간격을 일정하게 유지하면서 레이저 끌림을 방지하는 예를 도시한 도면이다.
조작자에 의해 이동하는 핸드 피스(100)의 이동 속도는, 일정하지 않을 수 있다. 이동 속도의 변경에도 불구하고, 일정한 레이저 빔 스팟 간격을 유지하면서 레이저 끌림을 방지하는 위해서, 휴지 시구간이 조정될 수 있다. 도 6을 참조하면, 제1 구간 A와 제3 구간 C는, 핸드 피스(100)의 이동 속도가 제한 속도와 같거나 작은 구간이며, 제2 구간 B는 핸드 피스(100)의 이동 속도가 제한 속도를 초과한 구간이다. 이동 속도와 상관 없이, 레이저 빔 스팟 간격은 da로 일정하다.
제1 구간 A에서, 핸드 피스(100)는, 시각 t1 및 t2에서, 대상물 표면에 제1 및 제2 레이저 빔 스팟을 형성한다. 휴지 시간은 ta이며, 레이저 빔 스팟 간격은 da이다. 시각 t2에서 시작된 레이저 빔 조사가 종료된 후, 시각 a에서 핸드 피스(100)의 이동 속도가 제한 속도 이상으로 증가한다. 여기서, 핸드 피스(100)는, 도 5의 (c)에 예시된 방식으로도 레이저 빔 스팟을 형성할 수 있다.
제2 구간 B에서, 시각 a에서의 이동 속도 증가로 인해, 핸드 피스(100)가 제2 레이저 빔 스팟으로부터 da만큼 이동하면, 핸드 피스(100)는, 시각 t3에서, 대상물 표면에 제3 레이저 빔 스팟을 형성한다. 여기서, 시각 t2와 t3 사이의 휴지 시간 tb는, ta보다 작다. 핸드 피스(100)는, 시각 t3에서, 레이저 빔 스팟을 실질적으로 정면에 형성하기 시작하며, 출력 시구간 동안 레이저 빔을 좌측을 향하도록 조정한다. 이는, 출력 시구간은 동일하지만, 제2 구간 B에서의 이동 거리가 제1 구간 A에서의 이동 거리보다 크기 때문이다.
핸드 피스(100)가 제3 레이저 빔 스팟으로부터 da만큼 이동하면, 핸드 피스(100)는, 시각 t4에서, 대상물 표면에 제4 레이저 빔 스팟을 형성한다. 여기서, 시각 t3와 t4 사이의 휴지 시간 tc는 tb보다 작다. 시각 t3에서 레이저 빔 스팟을 형성한 방식과 실질적으로 동일하게, 핸드 피스(100)는, 시각 t4 및 t5에서, 제 4 및 제5 레이저 빔 스팟을 실질적으로 정면에 형성하기 시작하며, 출력 시구간 동안 레이저 빔을 좌측을 향하도록 조정한다. 시각 t5에서 시작된 레이저 빔 조사가 종료된 후, 시각 b에서 핸드 피스(100)의 이동 속도가 제한 속도 이하로 감소한다.
제3 구간 C에서, 시각 b부터 이동 속도가 제한 속도 이하로 감소하였으나, 시각 b까지의 이동 거리가 컸기 때문에, 핸드 피스(100)가 da만큼 이동하는데 걸리는 시간은, 제2 구간 B에서의 시간 보다는 작지만 제1 구간 C에서의 시간보다는 크다. 따라서, 시각 t5와 t6 사이의 휴지 시간 td는, tc보다는 크지만 ta보다는 작다. 핸드 피스(100)는, 시각 t6, t7, t8에서, 대상물 표면에 제6 내지 제8 레이저 빔 스팟을 형성한다.
도 7은, 출력 시구간 동안, 동일 지점에 레이저를 조사하는 방식을 예시적으로 도시한 도면이다.
도 7의 (a)에서, 핸드 피스(100)는, 레이저 빔을 동일 지점에 연속 조사하여 레이저 빔 스팟을 형성할 수 있다. 출력 시구간 tL의 시작 시점 tStart부터 tEnd까지 대상물 표면에 인가되는 레이저 빔의 에너지는 동일할 수 있다. 도 7의 (b)에서, 핸드 피스(100)는, 레이저 빔을 동일 지점에 비연속 조사하여 레이저 빔 스팟을 형성할 수 있다. 도 7의 (c)에서, 핸드 피스(100)는, 레이저 빔을 동일 지점에 연속 또는 비연속 조사할 수 있다. 출력 시구간 tL의 시작 시점 tStart부터 tEnd까지 대상물 표면에 인가되는 레이저 빔의 에너지는 시간에 따라 감소할 수 있다. 도 7의 (d)에서, 핸드 피스(100)는, 레이저 빔을 동일 지점에 연속 또는 비연속 조사할 수 있다. 출력 시구간 tL의 시작 시점 tStart부터 tEnd까지 대상물 표면에 인가되는 레이저 빔의 에너지는 시간에 따라 증가 후 감소할 수 있다. (c) 및 (d)에서, 대상물 표면에 전달되는 에너지는, 레이저 빔 스팟의 직경에 따라 및/또는 레이저 생성부(220)의 출력에 따라 증가 및/또는 감소할 수 있다.
도 8은 복수의 레이저 빔 스팟을 2차원 평면상에 형성하는 방식을 예시적으로 도시한 도면이다. 도 8의 (a) 내지 (c)에서, 핸드 피스(100)가 조사하는 레이저 빔은, 지면을 향해 조사된다.
서로 직교하는 회전축을 가진 제1 미러(112) 및 제2 미러(114)에 의해서, 레이저 빔은, 2차원 평면상의 임의의 지점을 향하도록 조정될 수 있다. 제1 방향을 따라 레이저 빔의 지향 방향을 조정하는 제1 미러(112) 및 제2 방향을 따라 레이저 빔의 지향 방향을 조정하는 제2 미러(114) 중 어느 하나의 회전각을 고정하면, 복수의 레이저 빔 스팟은, 나머지 회전하는 미러에 의해 실질적으로 동일한 직선상에 형성될 수 있다. 도 8의 (a)에서, 제2 미러(114)의 초기 회전각을 유지한 상태에서, 제1 미러(112)만 회전시켜서 제1 방향을 따라 복수의 레이저 빔 스팟을 형성할 수 있다.
한편, 피부 치료 또는 미용 목적으로 이용되는 프랙셔널 레이저는, 복수의 레이저 빔 스팟을 동시에 형성할 수 있다. 빔 스플리터는, 복수의 레이저 빔을 동시에 출력하여, 복수의 레이저 빔 스팟을 대상물 표면에 동시에 생성할 수 있도록 한다. 상술한 레이저 끌림 방지 기능을 갖는 레이저 장치는, 레이저 빔의 지향 방향을 조정하여, 복수의 레이저 빔 스팟을 생성할 수 있다.
도 8의 (b) 및 (c)는, 핸드 피스(100)가 제1 방향을 따라 좌측에서 우측으로 이동하면서 형성한 복수의 레이저 빔 스팟을 나타낸다. 레이저 끌림을 방지하기 위해서, (b) 및 (c) 모두에서, 레이저 빔 스팟은, 도 3 내지 도 7에서 설명된 방식으로 형성된다. (b)는, 복수의 레이저 빔 스팟이 제1 방향에 경사지게 형성되는 경우를 나타내며, (c)는 복수의 레이저 빔 스팟이 제1 방향 실질적으로 수직하게 형성되는 경우를 나타낸다.
(b)에서, 레이저 끌림이 발생하지 않도록, 핸드 피스(100)는, 레이저 빔의 지향 방향을 제1 방향을 따라 조정하여 제1 내지 제3 레이저 빔 스팟(300, 310, 320)을 생성한다. 갈바노 스캐너(110)는, 제1 레이저 빔 스팟(300)을 형성하는 출력 시구간이 종료하면, 제2 미러(114)를 회전시켜 제2 레이저 빔 스팟(310)이 형성되도록 한다. 제2 레이저 빔 스팟(310)을 형성하는 출력 시구간이 종료하면, 제2 미러(114)를 회전시켜 제3 레이저 빔 스팟(320)이 형성되도록 한다.
(c)에서, 레이저 끌림이 발생하지 않도록, 핸드 피스(100)는, 레이저 빔의 지향 방향을 제1 방향을 따라 조정하여 제1 내지 제3 레이저 빔 스팟(330, 340, 350)을 생성한다. 갈바노 스캐너(110)는, 제1 레이저 빔 스팟(300)을 형성하는 출력 시구간이 종료하면, 제2 미러(114)를 회전시켜 제2 레이저 빔 스팟(310)이 형성되도록 한다. 제2 레이저 빔 스팟(310)을 형성하는 출력 시구간이 종료하면, 제2 미러(114)를 회전시켜 제3 레이저 빔 스팟(320)이 형성되도록 한다. 여기서, 제 1 레이저 빔 스팟(330) 내지 제3 레이저 빔 스팟(350)을 제1 방향에 수직한 직선상에 위치시키기 위해서, 제1 레이저 빔 스팟(330)은, 핸드 피스(100)의 우측에 형성되며, 제3 레이저 빔 스팟(350)은, 핸드 피스(100)의 좌측에 형성될 수 있다.
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 특히, 도면을 참조하여 설명된 본 발명의 특징은, 특정 도면에 도시된 구조에 한정되는 것이 아니며, 독립적으로 또는 다른 특징에 결합되어 구현될 수 있다.
본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타나며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

Claims (12)

  1. 이동 속도를 측정하며, 대상물 표면상의 동일 지점에 레이저 빔 스팟이 형성되도록 상기 이동 속도에 따라 레이저 빔의 지향 방향을 조정하는 핸드 피스; 및
    상기 레이저 빔을 생성하며, 상기 이동 속도에 따라 상기 레이저 빔의 지향 방향을 조정하도록 상기 핸드 피스를 제어하는 본체를 포함하는 끌림 방지 기능을 갖는 레이저 장치.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 핸드 피스는,
    제1 방향 및 제2 방향의 조합으로 정의되는 이동 방향을 따라 상기 이동 속도를 측정하며,
    상기 레이저 빔의 출력 시구간의 시점에서 상기 레이저 빔의 상기 지향 방향이 상기 이동 방향으로 경사지게 시작하고, 상기 출력 시구간의 종점에서 상기 레이저 빔의 상기 지향 방향이 상기 이동 방향의 반대 방향으로 경사지게 종료하도록, 상기 레이저 빔의 상기 지향 방향을 조정하는, 끌림 방지 기능을 갖는 레이저 장치.
  3. 청구항 2에 있어서, 상기 핸드 피스는,
    상기 레이저 빔을 출력하는 레이저 출력부;
    상기 이동 속도에 따라 상기 레이저 빔의 상기 지향 방향을 조정하여 상기 출력 시구간 동안 상기 레이저 빔 스팟이 상기 동일 지점에 형성되도록 하는 갈바노 스캐너; 및
    상기 핸드 피스의 상기 이동 속도를 측정하는 센서를 포함하는, 끌림 방지 기능을 갖는 레이저 장치.
  4. 청구항 3에 있어서, 상기 본체는,
    상기 출력 시구간 동안 상기 레이저 빔을 생성하는 레이저 생성부;
    상기 이동 속도에 따라 상기 레이저 빔의 지향 방향을 조정하도록 상기 갈바노 스캐너를 구동하는 스캐너 제어 명령을 생성하는 제어부를 포함하는, 끌림 방지 기능을 갖는 레이저 장치.
  5. 청구항 4에 있어서, 상기 제어부는, 상기 레이저 생성부가 상기 출력 시구간 사이에 개재된 휴지 시구간을 조정하도록 하는 레이저 제어 명령을 더 생성하는, 끌림 방지 기능을 갖는 레이저 장치.
  6. 청구항 2에 있어서, 상기 핸드 피스는, 상기 출력 시구간 동안 상기 레이저 빔을 연속 조사하는, 끌림 방지 기능을 갖는 레이저 장치.
  7. 제1 방향 및 제2 방향의 조합으로 정의되는 이동 방향을 따라 이동하는 핸드 피스에 있어서,
    출력 시구간 동안 레이저 빔을 출력하며, 휴지 시구간 동안 레이저 빔의 출력을 정지하는 레이저 출력부;
    이동 속도에 따라 상기 레이저 빔의 지향 방향을 조정하여 상기 출력 시구간 동안 상기 레이저 빔 스팟이 대상물 표면상의 동일 지점에 형성되도록 하는 갈바노 스캐너; 및
    상기 이동 속도를 측정하는 센서를 포함하는, 끌림 방지 기능을 갖는 레이저 장치의 핸드 피스.
  8. 청구항 7에 있어서, 상기 갈바노 스캐너는,
    상기 출력 시구간의 시점에서 상기 레이저 빔의 상기 지향 방향이 상기 이동 방향으로 경사지게 시작하고, 상기 출력 시구간의 종점에서 상기 레이저 빔의 상기 지향 방향이 상기 이동 방향의 반대 방향으로 경사지게 종료하도록, 상기 지향 방향을 조정하는, 끌림 방지 기능을 갖는 레이저 장치의 핸드 피스.
  9. 청구항 7에 있어서, 상기 갈바노 스캐너는,
    상기 출력 시구간의 시점에서 상기 레이저 빔의 상기 지향 방향이 상기 동일 지점을 향해 수직하게 시작하고, 상기 출력 시구간의 종점에서 상기 레이저 빔의 상기 지향 방향이 상기 이동 방향의 반대 방향으로 경사지게 종료하도록, 상기 지향 방향을 조정하는, 끌림 방지 기능을 갖는 레이저 장치의 핸드 피스.
  10. 청구항 7에 있어서, 상기 갈바노 스캐너는,
    상기 출력 시구간의 시점에서 상기 레이저 빔의 상기 지향 방향이 상기 이동 방향의 반대 방향으로 제1 각도로 경사지게 시작하고, 상기 출력 시구간의 종점에서 상기 레이저 빔의 상기 지향 방향이 상기 이동 방향의 반대 방향으로 제2 각도로 경사지게 종료하도록, 상기 지향 방향을 조정하되, 상기 제1 각도와 상기 제1 각도는 상이한, 끌림 방지 기능을 갖는 레이저 장치의 핸드 피스.
  11. 청구항 7에 있어서, 상기 갈바노 스캐너는,
    상기 레이저 빔의 지향 방향을 상기 제1 방향으로 조정하는 제1 미러 및 상기 제1 미러를 회전시키는 제1 구동부; 및
    상기 레이저 빔의 지향 방향을 상기 제2 방향으로 조정하는 제2 미러 및 상기 제2 미러를 회전시키는 제2 구동부를 포함하는, 끌림 방지 기능을 갖는 레이저 장치의 핸드 피스.
  12. 대상물 표면상의 동일 지점에 레이저 빔 스팟이 형성되도록 하는 방법에 있어서,
    핸드 피스의 이동 속도를 측정하는 단계;
    레이저 빔의 지향 방향을 조정하는 갈바노 스캐너를 구동하는 스캐너 제어 명령을 상기 이동 속도에 기초하여 생성하는 단계; 및
    상기 갈바노 스캐너가 상기 스캐너 제어 명령에 따라 출력 시구간의 시작 시점부터 종료 시점까지 상기 레이저 빔의 지향 방향이 상기 동일 지점을 향하도록 조정하는 단계를 포함하는, 레이저 끌림 방지 방법.
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