KR20150002130A - 광효율을 개선한 내시경용 광원 모듈 - Google Patents

Abstract

본 발명은 광원에서 발광된 빛이 중앙으로 집중하여 발광되도록 구성함으로써, 광량의 손실을 방지하여 광효율을 향상시킨 광효율을 개선한 내시경용 광원 모듈을 제공하는 것을 목적으로 한다. 이를 위해, 본 발명은 광을 출력하는 광원부; 상기 광원부의 상부에 설치되고, 상기 광원부에서 발광되는 광이 입사되면 굴절시켜 평행 광선으로 출력되도록 하는 렌즈부; 및 광이 입사되는 광 입력부와 출사되는 광 출력부가 서로 다른 직경으로 형성되고, 상기 렌즈부가 수납되도록 내부에 중공을 형성하며, 상기 광원부의 상부에 설치되어 상기 렌즈부에서 출력되는 광이 광파이버로 입사되도록 안내하는 경통부를 포함한다. 따라서 본 발명은 광원에서 발광된 빛이 렌즈의 중심축을 중심으로 빛의 밀도가 집중되도록 평행하게 출력함으로써, 광 파이버로 입사되는 광량을 증가시킬 수 있는 장점이 있다.

Description

광효율을 개선한 내시경용 광원 모듈{ENDOSCOPY LIGHTING MODULE IMPROVING LIGHT EFFICIENCY}

본 발명은 광효율을 개선한 내시경용 광원 모듈에 관한 발명으로서, 더욱 상세하게는 광원에서 발광된 빛이 중앙으로 집중하여 발광되도록 구성함으로써, 광량의 손실을 방지하여 광효율을 향상시킨 광효율을 개선한 내시경용 광원 모듈에 관한 것이다.

일반적으로 병원에서는 환자의 건강 검진 또는 수술 등을 위해 내시경(Endoscope)을 많이 사용하고 있고, 이러한 내시경에는 물체의 촬영을 위한 광학모듈이 반드시 적용되고 있다.

내시경은 인체 내부나, 기계 내부 등의 좁은 공간을 영상으로 촬영하여 관찰할 수 있도록 하는 것으로서, 특히 의료분야에 있어서의 내시경은 수술이나 부검과 같은 신체의 개복이나 절개 없이 소형 카메라를 이용하여 인체 내부(위, 기관지, 식도, 대내장, 소내장 등)를 관찰하여 그 이상 여부를 확인할 수 있게 한다.

현재의 내시경은 이러한 의료분야뿐 아니라 정밀한 기계의 해체 없이 내부를 관찰할 수 있게 하거나 또는 파이프 내부의 이상 여부 등을 관찰할 수 있게 하는 등 다양한 산업분야에까지 확대 실시되고 있다.

일반적으로 잘 알려진 기존의 내시경 시스템은, 신체 내부 기관이나 기계 내부 표면을 보기 위해 빛을 조사하는 조명 수단과, 이 조명 수단에서 조사된 빛이 인체 내부 기관의 표면으로 입사되어 반사되는 광신호를 받아 전기적 신호(영상 신호)로 변환하는 촬상소자와, 이 영상 신호를 모니터를 통해 관찰할 수 있도록 전자 신호로 변환하는 엔코더를 포함한 카메라 칩 등으로 이루어진 카메라가 내시경의 선단부에 구성된다.

한편, 조명 수단은 전기적 발광 수단으로서 램프 또는 LED를 사용하고, 상기 램프는 내시경의 선단에 직접 설치되거나 또는 광파이버를 통해 전달된 빛이 조명되도록 한다.

도 1은 종래기술에 따른 내시경용 광원 모듈의 구성을 나타낸 단면도로서, 도 1에 도시한 바와 같이, 종래의 내시경용 광원 모듈(10)은 광원(11)과, 상기 광원(11)의 후측에 설치되어 상기 광원(11)에서 조사되는 빛이 반사경(12)을 통해 반사되도록 하고, 상기 반사된 빛이 광파이버(20)에 입사되도록 한다.

즉 이러한 광파이버(20)를 이용한 광원 모듈(10)은 외부에 별도로 마련되고, 상기 광원 모듈(10)에서 발생된 빛이 광파이버를 통해 인체의 내부를 조명할 수 있게 한다.

그러나 종래기술에 따른 광원 모듈(10)은 출력되는 빛의 광량에 비해 빛이 입력되는 광파이버(20)의 단면적이 작아 상기 광파이버(20)로 입사되는 빛(30)과, 상기 광파이버(20)의 외부로 발산되는 빛(31)이 발생하고, 이러한 광파이버(20)의 외부로 손실되는 빛(31)은 광효율을 저하시키는 문제점이 있었다.

또한, 대한민국 등록특허 제1038292호에 광량 손실 방지 기능을 갖는 내시경용 광학계가 제안되었다.

이러한 내시경용 광학계는 중앙부분에 광차폐부를 형성한 광파이버와 사면에 광투과부와 광반사부를 형성한 빔스플리터에 의해 빔스플리터로 입사되는 조명광의 투과로 인한 광손실을 방지할 수 있도록 구성되었다.

그러나 이러한 내시경용 광학계는 광원 모듈에서 출력되는 빛이 광파이버로 직접 입력되도록 구성되어 단면적이 작은 광파이버로 입사되는 과정에서 많은 광량의 손실이 발생하는 문제점이 있다.

이러한 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 광원에서 발광된 빛이 중앙으로 집중하여 발광되도록 구성함으로써, 광량의 손실을 방지하여 광효율을 향상시킨 광효율을 개선한 내시경용 광원 모듈을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 내시경용 광원 모듈로서, 광을 출력하는 광원부; 상기 광원부의 상부에 설치되고, 상기 광원부에서 발광되는 광이 입사되면 굴절시켜 평행 광선으로 출력되도록 하는 렌즈부; 및 광이 입사되는 광 입력부와 출사되는 광 출력부가 서로 다른 직경으로 형성되고, 상기 렌즈부가 수납되도록 하며, 상기 광원부의 상부에 설치되어 상기 렌즈부에서 출력되는 광이 광파이버로 입사되도록 안내하는 경통부를 포함한다.

또한, 본 발명에 따른 상기 렌즈부는 배광각 축소 렌즈인 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 상기 경통부는 렌즈부가 설치되어 광원부에서 발광되는 광이 상기 렌즈부를 통해 입력되도록 하는 광 입력부; 상기 렌즈부에서 굴절된 광이 광 출력부로 안내되도록 경로를 형성하는 광 가이드부; 및 상기 광 입력부보다 작은 직경으로 형성되어 상기 렌즈부로부터 출력되는 광이 광파이버에 입사되도록 하는 광 출력부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 상기 광 가이드부는 표면에 상기 렌즈부에서 굴절된 빛이 반사되도록 하는 광 반사부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 상기 내시경용 광원 모듈은 상기 렌즈부에서 출력되는 광을 한 곳으로 모아 출력되도록 하는 보조 렌즈부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 상기 내시경용 광원 모듈은 상기 경통부가 광원부의 상부 중앙에 위치할 수 있도록 고정하는 지지부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 광원에서 발광된 빛이 렌즈의 중심축을 중심으로 빛의 밀도가 집중되도록 평행하게 출력함으로써, 광 파이버로 입사되는 광량을 증가시킬 수 있는 장점이 있다.

또한, 본 발명은 광원에서 출력되는 광원의 손실을 방지하여 광효율을 향상시킬 수 있는 장점이 있다.

또한, 본 발명은 광원에서 발광되는 빛이 좁은 배광 각을 갖을 수 있게 구성함으로써, 광 파이버의 두께를 감소시키고, 장비의 소형화가 가능한 장점이 있다.

도 1 은 종래기술에 따른 내시경용 광원 모듈의 구성을 나타낸 단면도.
도 2 는 본 발명에 따른 광효율을 개선한 내시경용 광원 모듈의 구성을 나타낸 분해 사시도.
도 3 은 도 2에 따른 광효율을 개선한 내시경용 광원 모듈의 결합 상태를 나타낸 단면도.
도 4 는 도 2에 따른 광효율을 개선한 내시경용 광원 모듈의 배광 패턴을 나타낸 예시도.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 광효율을 개선한 내시경용 광원 모듈의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다.

도 2는 본 발명에 따른 광효율을 개선한 내시경용 광원 모듈의 구성을 나타낸 분해 사시도이고, 도 3은 도 2에 따른 광효율을 개선한 내시경용 광원 모듈의 결합 상태를 나타낸 단면도이며, 도 4는 도 2에 따른 광효율을 개선한 내시경용 광원 모듈의 배광 패턴을 나타낸 예시도이다.

도 2 내지 도 4에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따른 내시경용 광원 모듈(100)은 광원에서 발광된 빛을 평행 광선 또는 한 곳으로 모이도록 하여 광량의 손실 방지와 광효율을 개선할 수 있도록 광원부(110)와, 렌즈부(120)와, 경통부(130)와, 보조 렌즈부(140)와, 지지부(150)를 포함하여 구성된다.

상기 광원부(110)는 조명용 광을 출력하는 구성으로서, 기판(111)과, 적어도 하나의 LED 칩(112)을 포함하고, 상기 기판(111)의 양측에는 지지부(150)와 결합을 위한 결합공(113)이 형성된다.

상기 LED 칩(112)은 기판(111)상에 적어도 하나 이상 설치되어 쿨 화이트 색상 또는 웜 화이트 색상의 백색광을 출력하고, 바람직하게는 파워 LED 칩으로 구성된다.

상기 렌즈부(120)는 광원부(110)의 상부에 설치되고, 상기 광원부(110)에서 발광되는 광이 입사되면 굴절시켜 출력되도록 하는 구성으로서, 입사부(121)와 출사부(122)를 포함하여 구성된다.

즉 상기 렌즈부(120)는 광원부(110)에서 발광된 빛이 입사되면, 상기 입사된 빛이 직선방향으로 집중되도록 굴절시켜 출력하는 배광각 축소 렌즈이다.

상기 입사부(121)는 광원부(110)에서 발광되는 빛이 렌즈부(120)의 중심을 지나가게 입사되면, 직선 방향으로 출력되게 볼록 형상의 입사면이 형성되고, 상기 볼록 형상의 입사면을 중심으로 양측에는 상기 광원부(110)에서 측면 방향으로 발광되는 빛이 입사되면 반사시켜 렌즈부(120)의 축과 나란히 출력되게 보조 입사면을 형성한다.

상기 출사부(122)는 중앙이 볼록 형상으로 이루어진 출사면이 형성되고, 상기 중앙이 볼록 형상인 출사면을 중심으로 출사부(122)의 선단부가 상방향으로 경사지게 출사면을 형성하여 출사되는 빛의 경로가 직선방향의 광이 되도록 한다.

따라서, 상기 렌즈부(120)에서 출력되는 빛은 렌즈부(120)의 중심축을 중심으로 빛의 밀도가 집중되는 광으로 출력된다.

상기 경통부(130)는 내부에 중공을 형성한 원통 형상의 부재로서, 광이 입사되는 광 입력부(131)와 출사되는 광 출력부(133)가 서로 다른 직경으로 형성되고, 상기 렌즈부(120)가 수납되도록 내부에 중공을 형성하며, 상기 광원부(110)의 상부에 설치되어 상기 렌즈부(120)에서 출력되는 광이 광파이버(200)로 입사되도록 안내하고, 광 입력부(131)와, 광 가이드부(132)와, 광 출력부(133)와, 광 반사부(134)를 포함하여 구성된다.

상기 광 입력부(131)는 경통부(130)의 일측에 형성되어 렌즈부(120)가 설치되도록 하는 구성으로서, 광원부(110)에서 발광되는 광이 상기 렌즈부(120)를 통해 경통부(130)에 입력되도록 한다.

상기 광 가이드부(132)는 광 입력부(131)의 일측에 설치되어 렌즈부(120)에서 출력되는 광이 광 출력부(133)를 통해 출력되도록 경로를 안내하는 구성으로서, 바람직하게는 상기 광 입력부(131)에서 광 출력부(133)까지의 직경이 작아지는 테이퍼 형상으로 이루어진다.

상기 광 출력부(133)는 경통부(130)의 일측에 광 입력부(131)보다 작은 직경으로 천공된 관통공으로서, 상기 렌즈부(120)로부터 출력되는 광이 경통부(130)를 통과하여 광파이버(200)로 출력되도록 한다.

또한, 상기 광 출력부(133)는 광 파이버(200)와 연결되어 렌즈부(120)에서 출력되는 광이 상기 광 파이버(200)에 입사되도록 안내한다.

상기 광 반사부(134)는 광 가이드부(132)의 표면에 형성되어 상기 렌즈부(120)에서 굴절된 빛이 반사되도록 하여 광 가이드부(132)를 따라 이동하며 광 파이버(200)에 입사되도록 한다.

상기 보조 렌즈부(140)는 렌즈부(120)의 출사부(122) 말단에 설치되어 상기 렌즈부(120)에서 출력되는 광을 한 곳으로 모아 출력되도록 하는 구성으로서, 보조 렌즈 입사부(141)와, 보조 렌즈 출사부(142)를 포함하여 구성된다.

상기 보조 렌즈 입사부(141)는 보조 렌즈부(140)의 일측면에 평면 또는 볼록형상의 구면으로 형성되어 렌즈부(120)에서 출력되는 광이 입사되면, 상기 보조 렌즈부(140)의 중심을 지나는 광은 직선 방향으로 입력되게 하고, 상기 보조 렌즈부(140)의 렌즈 축에 나란하게 입사한 광은 굴절시켜 출력되도록 한다.

상기 보조 렌즈 출사부(142)는 보조 렌즈부(140)의 타측면에 볼록 형상의 구면으로 형성되어 상기 보조 렌즈부(140)의 중심을 지나는 광은 직선 방향으로 출력되게 하고, 상기 보조 렌즈부(140)의 렌즈 축에 나란하게 입사한 광은 굴절시킨 다음 한 곳(예를 들면, 경통부(130)의 광 출력부(133)에 연결된 광 파이버(200)의 입력단)으로 모이도록 출력하여 출력되는 광이 더욱 집중될 수 있게 한다.

상기 지지부(150)는 단면 형상이 'ㄷ'자인 프레임 부재로서, 광원부(110)의 기판(111)과 볼트(160)를 통해 체결되어 경통부(130)가 광원부(110)의 상부 중앙에 위치할 수 있도록 고정하고, 이를 위해 렌즈 안착부(151)와, 결합공(152)을 포함하여 구성된다.

상기 렌즈 안착부(151)는 지지부(150)의 임의의 위치에 천공되고, 렌즈부(120)가 안착되도록 지지부(150)의 상방향으로 일정 길이 돌출되어 형성된다.

상기 결합공(152)은 지지부(150)의 양측 선단부에 천공되어 볼트(160)를 통해 기판(111)에 천공된 결합공(113)에 체결되어 상기 지지부(150)가 광원부(110)의 상측에 고정되도록 한다.

따라서 광원부(110)에서 발광된 빛이 렌즈부(120)를 통해 상기 렌즈부(120)의 중심축을 중심으로 빛의 밀도가 집중되도록 광을 출력함으로써, 광 파이버(200)로 입사되는 광량이 증가할 수 있게 한다.

또한, 광원부(110)에서 출력되는 광원의 손실을 방지하여 광효율을 향상시킬 수 있게 된다.

또한, 광원에서 발광되는 빛이 좁은 배광 각을 갖을 수 있게 구성함으로써, 광 파이버의 두께를 감소시키고, 장비의 소형화가 가능하게 된다.

상기와 같이, 본 발명의 바람직한 실시 예를 참조하여 설명하였지만 해당 기술 분야의 숙련된 당업자라면 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

또한, 본 발명의 실시예를 설명하는 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있으며, 상술된 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있으므로, 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

100 : 광원 모듈 110 : 광원부
111 : 기판 112 : LED 칩
113 : 결합공 120 : 렌즈부
121 : 입사부 122 : 출사부
130 : 경통부 131 : 광 입력부
132 : 광 가이드부 133 : 광 출력부
134 : 광 반사부 140 : 보조 렌즈부
141 : 보조 렌즈 입사부 142 : 보조 렌즈 출사부
150 : 지지부 151 : 렌즈 안착부
152 : 결합공 160 : 볼트
200 : 광파이버

Claims (6)

1. 내시경용 광원 모듈로서,
   광을 출력하는 광원부(110);
   상기 광원부(110)의 상부에 설치되고, 상기 광원부(110)에서 발광되는 광이 입사되면 굴절시켜 평행 광선으로 출력되도록 하는 렌즈부(120); 및
   광이 입사되는 광 입력부(131)와 출사되는 광 출력부(133)가 서로 다른 직경으로 형성되고, 상기 렌즈부(120)가 수납되도록 하며, 상기 광원부(110)의 상부에 설치되어 상기 렌즈부(120)에서 출력되는 광이 광파이버(200)로 입사되도록 안내하는 경통부(130)를 포함하는 광효율을 개선한 내시경용 광원 모듈.
   
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 렌즈부(120)는 배광각 축소 렌즈인 것을 특징으로 하는 광효율을 개선한 내시경용 광원 모듈.
   
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 경통부(130)는 렌즈부(120)가 설치되어 광원부(110)에서 발광되는 광이 상기 렌즈부(120)를 통해 입력되도록 하는 광 입력부(131);
   상기 렌즈부(120)에서 굴절된 광이 광 출력부(133)로 안내되도록 경로를 형성하는 광 가이드부(132); 및
   상기 광 입력부(131)보다 작은 직경으로 형성되어 상기 렌즈부(120)로부터 출력되는 광이 광파이버(200)에 입사되도록 하는 광 출력부(133)를 포함하는 것을 특징으로 하는 광효율을 개선한 내시경용 광원 모듈.
   
4. 제 3 항에 있어서,
   상기 광 가이드부(132)는 표면에 상기 렌즈부(120)에서 굴절된 빛이 반사되도록 하는 광 반사부(134)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광효율을 개선한 내시경용 광원 모듈.
   
5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 내시경용 광원 모듈은 상기 렌즈부(120)에서 출력되는 광을 한 곳으로 모아 출력되도록 하는 보조 렌즈부(140)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광효율을 개선한 내시경용 광원 모듈.
   
6. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 내시경용 광원 모듈은 상기 경통부(130)가 광원부(110)의 상부 중앙에 위치할 수 있도록 고정하는 지지부(150)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광효율을 개선한 내시경용 광원 모듈.
   

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