CN106132483B - 用于局部地处理皮肤的皮肤处理装置 - Google Patents
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Abstract
提供了一种皮肤处理装置(100)，用于用光局部地处理皮肤，皮肤处理装置(100)包括顶端(128)、发光元件(106、108)以及包括光学元件(124)和光学元件定位结构(122)的安全机构。发光元件接收来自发光元件的会聚光束。光学元件构造成用作发散透镜。光学元件定位结构将光学元件定位在安全位置或者在顶端与要被处理的皮肤接触时将光学元件定位在处理位置，并且允许光学元件在这两个位置之间的移动。在安全位置，光学元件布置在光轴上的产生对眼睛安全的光束的位置。在处理位置，光学元件布置在光轴上的产生处理光束的另一个位置。
Description
技术领域
本发明涉及皮肤处理装置的领域和用于这种装置的安全方案。更具体地，本申请涉及基于光的精密皮肤处理装置，其中使用相对窄的光束局部地处理皮肤。
背景技术
不同类型的基于光的皮肤处理装置是已知的，这些装置能够处理皮肤内的不同目标。这些基于光的装置使用低功率或中等功率光源，例如LED，或者使用相对高功率光源，例如IPL(强脉冲光)和激光。利用低功率和中等功率光源，能够刺激皮肤内的特定目标如成纤维细胞，以提高胶原蛋白组织的产生。相对较高功率的光源对皮肤内的具体目标例如黑色素、血液或水进行加热以引发局部破坏。这些基于光的皮肤处理取决于皮肤中的选定目标对象的波长吸收特性，并且已知为“选择性光热作用”。点阵(fractional)激光处理装置具有对目标皮肤组织的非消融点阵的光热作用的目的，具体是例如通过加热目标皮肤组织中的水来实现的，从而以热的方式使真皮中的胶原蛋白组织改性。在这些点阵激光处理中，激光脉冲产生由没有被热破坏的组织围绕的热改性皮肤组织的微观处理区域(MTZ)。这推进了皮肤修复机制并且改善了皮肤外观。改性的胶原蛋白将被新的胶原蛋白及时地取代，一般在一至三个月之间。这将导致皱纹和细线的减少。作为附加的优点，表皮中的细胞被破坏并在数日内被取代。表皮细胞的这种取代将带来更均匀的肤色和皮肤的光亮或光泽的整体提升。另外，烧蚀性(ablative)的点阵皮肤处理装置是已知的，因为其完全消除了微区域中的组织。当前，这些烧蚀性装置不太适于家用，但是能够在专业环境中使用。光不仅用来处理皮肤组织，而且还用来实现暂时的头发生长延缓。在这种应用中，宽带IPL(强脉冲光)闪光被用来破坏毛囊并且停止或延缓头发生长。在这种应用中，通过使IPL波长谱和闪光的持续时间与大量存在于头发组织中的黑色素的吸收波长和热驰豫时间相匹配而获得选择性光热作用。另外，IPL能够用来减少色素斑的可见性。
前面提到的两种方案都基于大孔隙装置来高效地处理相对较大的关注区域。然而，对提供提高的精度的装置例如笔状装置的关注越来越大，通过这种装置实现了点处理。笔状装置通常具有相对较小的顶端。将装置设计成具有小处理顶端是相对困难的，该顶端包括提供一定的安全水平以使得装置适于家用的安全机构。该安全机构需要防止皮肤处理装置发射可能伤害人眼的可能不安全的强光。通常是所有的电子装置都包括“ON”按钮，该按钮应当被用户按压以使能特定的装置部件，例如打开光源。理想的是具有附加的安全特征。
公开的专利申请US2012/0323229还有例如公开的专利申请US2004/0176754公开了用来检测皮肤处理装置的具有光出射窗的前侧是否接近或接触皮肤的安全装置。这些安全装置例如基于压力传感器、机械开关或反射计(reflectometer)接触系统等。这种安全装置相对复杂，因此相对昂贵。当这种安全装置需要小型化时，这些安全装置变得更加昂贵并且容易损坏。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于皮肤处理的更好的安全机构。
本发明的第一方面提供一种皮肤处理装置。在从属权利要求中限定了有利的实施方式。
根据本发明的第一方面的皮肤处理装置包括顶端、发光元件和安全机构。顶端布置并构造成与皮肤接触。发光元件布置并构造成在使用时沿着光轴朝向顶端发射光束。光束是会聚光束。光轴沿皮肤处理装置的纵向方向延伸穿过顶端。安全机构邻近顶端设置并且布置成接收光束。安全机构包括光学元件和光学元件定位结构。光学元件布置在光轴上，并且构造成用作发散透镜且布置成与皮肤接触。光学元件在第一侧包括光出射表面并且在与第一侧相反的第二侧包括用于接收光束的光入射表面。光学元件定位结构构造并布置成将光学元件定位在安全位置或者替代性地定位在处理位置并且允许光学元件沿着光轴从安全位置移动至处理位置以及从处理位置移动至安全位置。光学元件定位结构构造成在顶端与皮肤接触时将光学元件定位在处理位置，并且在顶端不与皮肤接触时将光学元件定位在安全位置。在安全位置，光入射表面在光束中布置在光轴上的第一位置，以在光出射表面处获得对眼睛安全的光束。在处理位置，光入射表面在光束中布置在光轴上的与第一位置相隔一定距离的第二位置，以在光出射表面处获得处理光束。
处理光束通常具有相对较高的能量密度。当皮肤处理装置的顶端与必须被处理的皮肤接触时，皮肤处理装置仅仅发射发光元件的处理光束形式的光束。只有这时光学元件定位结构才将光学元件移动到处理位置。当顶端不与皮肤接触时，光学元件通过光学元件定位结构移动到安全位置。在安全位置下，光学元件将从发光元件接收到的光束折射成对眼睛安全的光束。通常，对眼睛安全的光束具有相对较低的能量密度。因此，在光束的不同发光角下，发射的能量大小相对较低。对眼睛安全的光束具有比处理光束低的能量密度。当不期望地对眼睛安全的光束朝向人眼发射时(这仅在皮肤处理装置不与皮肤接触时才是可能的)，光束比处理光束朝向人眼发射时对人眼更无害。因此，设置有减小伤害用户眼睛的风险的光学安全机构。
另一个优点在于，使安全机构小型化相对容易，因为制造足够小到在皮肤处理装置的顶端处使用的小的光学元件并不困难。借此，安全机构能够相对容易地集成到皮肤处理装置的顶端中。进一步防止了需要电子器件或电子连接件。皮肤处理装置通过设计而变得安全。
光学元件构造成用作发散透镜，这意味着当沿着光轴观察时，光学元件总体上用作负透镜。通常，本领域技术人员将在例如入射光束的特性必须改变时考虑使用会聚透镜。本领域技术人员对负透镜的使用有偏见，因为负透镜通常由于不能够良好地适于将光束聚焦至焦点而无法提供很大的灵活性。因此，发散透镜能够在皮肤处理装置中提供有利的效果是意料之外的。当例如光学元件定位在光束的焦点中或靠近光束的焦点时，光学元件的发散效果几乎被抵消，从而仍可以获得例如足够有效的处理光束，而当光学元件不太靠近光束的焦点时，光被强烈地发散，以便例如获得对眼睛安全的光束。
可选地，由发光元件发射的光束会聚到光轴上的焦点。处理位置是如下位置，其中：光学元件的光入射表面靠近焦点，以在光学元件的光出射表面处获得接近于平行光束的处理光束。在处理位置，光入射表面可以略微偏离焦点，以通过光学元件的发散特性补偿从发光元件接收的光束的会聚特性。
可选地，安全位置是如下位置，其中：光学元件的光入射表面远离焦点，以在光学元件的光出射表面处获得发散的对眼睛安全的光束。
可选地，光学元件定位结构包括弹性元件，该弹性元件用于沿平行于光轴的第一方向并且远离发光元件朝向安全位置向光学元件施加第一力。可选地，光学元件布置在顶端处以在顶端被压向皮肤时接收大致沿朝向处理位置的第二方向的力，以向处理位置移动光学元件。第二方向与第一方向大致相反。因此，根据这些可选的实施方式，光学元件定位结构仅仅使用机械元件使光学元件沿着光轴在处理位置与安全位置之间移动，并且反之亦然。这是相对故障防护的。通过使用用于将光学元件压向安全位置的弹性元件，光学元件具有移动至安全位置的趋势，因此，皮肤处理装置在不被压向皮肤时发射对眼睛安全的光束。可选地，弹性元件是弹簧。
可选地，光学元件定位结构包括壳体，壳体包括邻近顶端的皮肤接触表面布置的前壁，用于通过限制光学元件在第一方向上的移动而限定安全位置。前壁包括开口，在光学元件布置在安全位置的情况下，开口允许光学元件部分地从壳体突出。壳体还包括与顶端的皮肤接触表面相距一定距离布置的移动限制壁，该移动限制壁用于通过在光学元件被压向皮肤时限制光学元件在第二方向上的移动而限定处理位置。因此，限定光学元件能够沿着光轴移动多远的装置也能够由机械元件构成，因此安全位置和处理位置是明确地限定，并且安全机构是相对故障防护的。
可选地，光入射表面具有用作发散透镜的选定形状。可选地，光入射表面是光学元件的第二侧上的凹部的表面。在本实施方式中，光入射表面是凹面。在光学元件的第二侧上，凹部具有圆形横截面形状，并且该圆形横截面形状具有第一半径。在光学元件的安全位置，光束在光束射到光入射表面上的位置处的半径是第一半径的至少80％。可选地，在光学元件的安全位置，光束在光束入射到光入射表面上的位置处的半径在第一半径的80％至100％的范围内。该圆形横截面形状关于光轴对称地布置。当入射光束具有大约等于凹部(其在光学元件的安全位置下用作发散透镜)的圆形横截面形状的第一半径时，光束被凹部强烈地发散。在该可选实施方式中，由发光元件发射的几乎全部的光束都入射在光入射表面上，这防止了在光入射表面的边缘处或在光入射表面外的位置处的不期望的散射或折射效应。当用作发散透镜的光入射表面是光学元件的光入射表面中的凹部时，制造这种发散透镜相对容易。可选地，光入射表面中的凹部具有近似半球形状。当光入射表面中的凹部具有这种形状时，光入射表面的发散效应将相对较大。
可选地，光学元件的光出射表面具有突出的、平滑的圆形。在该实施方式中，光出射表面是凸面。当光学元件的光出射表面具有所述突出的、平滑的圆形时，与皮肤接触的皮肤处理装置的顶端可以由光出射表面构成。所述突出的、平滑的圆形在光出射表面与皮肤接触时是舒服的，并且用户可以将皮肤处理装置的顶端在皮肤上移动或滑动而不导致不适感。可选地，突出的、平滑的圆形是近似半球形。该形状在光出射表面在皮肤上移动时非常舒服。
可选地，在光入射表面是具有所述第一半径的球形凹部并且所述光出射表面为球形且具有第二半径的实施方式中，第二半径是第一半径的至少三倍大。具有突出的球形的光出射表面用作会聚透镜。光学元件整体上具有发散特性，因此第二半径比第一半径大，以防止光出射表面抵消光入射表面的发散效应。与第一半径相比，第二半径越大，则光学元件的发散效应越大。可选地，第二半径是第一半径的至少五倍大。可选地，第二半径是第一半径的至少八倍大。
可选地，光学元件由折射率与人的皮肤的折射率相匹配的透光材料制成。特别地，透光材料的折射率在人的皮肤的折射率的80％至120％的范围内。当光学元件的光出射表面与皮肤接触时，光出射表面由于匹配的折射率而仅仅在有限的程度内使光折射。因此，当处于处理位置的光学元件与皮肤接触时，防止了光学元件的光出射表面对处理光束的会聚或发散具有显著的影响。换言之，当处于处理位置的光学元件与皮肤接触时，光入射表面决定了处理光束的会聚或发散。
可选地，皮肤处理装置是笔形，并且构造成被用户的手操作。因此，皮肤处理装置相对较小，并且具有低重量。装置是笔形的这一事实向用户提供了在正被处理的皮肤区域上或周围的更好的视野。由于装置的相对较小的顶端，皮肤处理装置能够以相对较高的精度定位在皮肤上。笔形皮肤处理装置的其他优点包括低制造成本、对消费者的低价、归因于处理区域的改进的靶向性的增大的处理效率、改善的人机工程学和更容易的操作。
可选地，发光元件包括用于发射光束的激光器以及用于向光轴上的焦点会聚光束的透镜。
可选地，对眼睛安全的光束是发散光束。在发散光束的情况下，光束的横截面形状随着距皮肤处理装置的距离增大而变大。因此，当用户增大其眼睛与皮肤处理装置之间的距离时，提高了人眼安全性，这是因为光能沿着较大的横截面区域分布。另外，与平行光束相比，发散光束具有每一发光角的较低能量。可选地，对眼睛安全的光束的光束角大于被光学元件接收的光束的光束角。可选地，对眼睛安全的光束的光束角大于20°。可选地，对眼睛安全的光束的光束角大于28°。这种相对较大的光束角提供了相对较宽地发散的对眼睛安全的光束，因此当皮肤处理装置发射对眼睛安全的光束时伤害人眼的风险相对较低。光束角定义为光束的光轴的相反侧上的光射线之间的角度，其中所述光射线具有为光束的(中心)光射线的最大强度值的一半的强度值。
可选地，处理光束是大致平行光束。应当注意，实际中不可能在使用激光时生成完全平行的光束。因此，在可选的实施方式中，“大致平行”意指处理光束的光束角小于4°。可选地，处理光束的光束角小于2°。可选地，在光出射表面处测量的处理光束的直径小于1mm。这种处理光束足够有效以用高精度局部地处理皮肤，并且由发光元件发射的所有能量都集中在相对较窄的光束中以确保有效的处理。
本发明的这些和其他方面将从下面描述的实施方式显而易见并且将参照这些实施方式进行解释。
本领域技术人员将认识到的是，本发明的上述选择、执行方案和/或方面中的两个或更多个可以以认为有用的任何方式来组合。
装置的修改和变型能够由本领域技术人员基于本文的描述来执行。
附图说明
在附图中：
图1示意性地示出了根据本发明的皮肤处理装置的横截面视图；
图2a示意性地示出了图1的皮肤处理装置的顶端的横截面视图，其中形成了对眼睛安全的光束；
图2b示意性地示出了图1的皮肤处理装置的顶端的横截面视图，其中形成了处理光轴；
图3a示意性地示出了安全机构的一个实施方式的横截面视图，其中光学元件布置在安全位置；
图3b示意性地示出了图3a的安全机构的上述实施方式的横截面视图，其中光学元件布置在处理位置；
图4a至4c示意性地示出了图3a的安全机构的实施方式的横截面视图；
图5a示意性地示出了射线追踪模拟的结果，其中光学元件分别位于安全位置和处理位置；
图5b示意性地示出了射线追踪模拟的结果，其中还考虑了发光元件的透镜；以及
图6示意性地示出了射线追踪模拟的多个结果。
应当注意，在不同的附图中由相同的附图标记指代的项目具有相同的结构特征和相同的功能。在已经解释了这种项目的功能和/或结构的情况下，不需要在详细的说明中重复论述。
附图仅仅是示意性的，并未按比例绘制。特别地，为了清楚起见，一些尺寸被特别放大。
具体实施方式
图1示意性地示出了皮肤处理装置100的横截面视图。皮肤处理装置100是笔形，并且其尺寸和重量使得其能够被用户的手容易地操作。用户可以使用皮肤处理装置100来处理另一个人或动物的皮肤，或者处理他或她自己的皮肤。尽管所呈现的皮肤处理装置100为笔形，但皮肤处理装置100的其他实施方式可以具有用于在局部地处理皮肤的其他合适形状。
皮肤处理装置100包括：电池102；用于控制皮肤处理装置100的操作和/或驱动光源106(可选地是激光二极管)的电子电路104，其中光源106能够产生光束；聚焦透镜108，其将光源106产生的光束朝向焦点聚焦成会聚光束120；控制开关110；包括安全机构的顶端128，该安全机构包括光学元件124和光学元件定位结构122。光源106、聚焦透镜108和光学元件围绕沿皮肤处理装置100的纵向方向延伸的光轴126布置。光源106和聚焦透镜108共同形成皮肤处理装置100的发光元件，用于产生会聚光束120。皮肤处理装置的实施方式不限于前面讨论的发光元件；也可以使用产生会聚光束120的其他合适的发光元件。皮肤处理装置的实施方式不限于笔形皮肤处理装置。然而，笔形提供了在本文论述的特定优点。
用户可以操作控制开关110来指令皮肤处理装置100产生用于处理皮肤的光束。电子电路104接收来自控制开关110的信号，并且随后电子电路104可以决定驱动光源106以使得光束产生。光源106朝聚焦透镜108发射光束，聚焦透镜108朝处理装置100的皮肤顶端128传输会聚光束120。会聚光束120具有在光轴126上的靠近顶端128的焦点(图1中未示出)。光学元件124和光学元件定位结构122共同形成安全机构。光学元件定位结构122将光学元件124定位在这样的位置：当顶端128被压向要被处理的皮肤时，产生处理光束，该处理光束包括以相对较窄的光束的足够的能量以局部地处理皮肤。光学元件定位结构122将光学元件124定位在这样的位置：当顶端128不被压向要被处理的皮肤时，产生对眼睛安全的光束，对眼睛安全的该光束相对较宽，并且其中(对眼睛安全的光束的横截面的)每单位面积的能量密度、特别是在距顶端一定距离处的能量密度相对较低，使得当用户将对眼睛安全的光束朝眼睛引导时，眼睛不被伤害。在后续的附图中讨论安全机构的细节和实施方式。
应当注意，眼睛安全性不仅仅取决于每一发光角的光能大小。特别地，当发光元件使用二极管激光来产生光时，波长和脉冲长度也是影响对眼睛安全的光束的眼睛安全性的重要参数。IEC-60825-1和ANSI Z136.1标准公开了计算最大容许曝光值的方法。本文主要着重于影响每一发光角的光能大小以获得处理光束并获得对眼睛安全的光束的机构。
图2a示意性地示出了(图1的)皮肤处理装置100的顶端128的横截面视图，其中形成了对眼睛安全的光束260。顶端包括皮肤处理装置100的壳体212的一部分，并且在使用中，穿过该部分的会聚光束120被安全机构接收。该安全机构包括光学元件224和光学元件定位结构222。光学元件224能够沿着光轴126从安全位置252移动至处理位置250，以及从处理位置250移动至安全位置252。安全位置252和处理位置250在图2a中标示为当光学元件224布置在特定的位置时与光学元件224的后侧重合的线。光学元件224的后侧是面向皮肤处理装置的内部的那一侧，并且在使用中，会聚光束120入射在该侧上。安全位置252与会聚光束120的焦点相距一定距离，而处理位置250靠近会聚光束120的焦点。特别地，在图2a的实施方式中，当沿远离发光元件的方向观察时，会聚光束120在经过会聚光束120的焦点之后发散。在一个实施方式中，处于安全位置252的光学元件224在光束发散的区域接收光束。
在图2a的示例中，光学元件具有相对较平的后侧，在该后侧中制造有球形凹部，并且光学元件在前侧具有必须与要被处理的皮肤接触的球形表面。球形凹部的表面形成光入射表面。前侧的球形表面是光学元件的光出射表面。由于球形凹部与球形(前)表面相比相对较小，所以光学元件总体上用作发散透镜。在安全位置252，入射光束120发散并且光学元件224使光束进一步发散以获得对眼睛安全的发散光束260。因此，存在于由发光元件产生的光中的能量的大小沿着大量的发光角分布，并且因此沿特定的发光方向发射的对眼睛安全的光束260的光射线具有相对较低的能量等级，使得当入射在眼睛上时，光束不伤害眼睛。
图2b示意性地示出了皮肤处理装置的顶端的横截面视图，其中形成有处理光束270。在图2b的示例中，皮肤处理装置的顶端被压靠在用户的皮肤299上。在图2a和2b的具体示例中，顶端的最靠外的部分由光学元件224的表面形成。光学元件定位结构222构造成在光学元件的表面压靠在皮肤299上时将光学元件224定位在处理位置250。
在处理位置，光学元件的后侧中的球形凹部靠近会聚光束120的焦点。在该点上，球形凹部的强发散特性被抵消，或者在有限的程度上被用来补偿会聚光束120的会聚特性。结果，形成了具有相对较高的能量密度的相对较窄的处理光束270。处理光束270例如包括具有小于例如1mm的半径的光束内的大致平行定向的光射线。也可以是处理光束270具有轻微发散特性，但是这样处理光束的光束角应当较小，例如不大于4°，或者在另一个示例中不大于2°。
在图2b中，示出了皮肤299的多个层。顶层是角质层292，在角质层292下方存在的是表皮294，在表皮294下方的是真皮296。相对较窄且足够强大的处理光束270能够穿过角质层292和表皮294层，并且大部分被吸收在真皮296中以获得处理效果。可选地，可以在皮肤299上设置胶或液体290以获得光学元件224与皮肤299之间的更好的光学接触。胶或液体可以是折射率与光学元件224的折射率和皮肤299的折射率大致匹配的折射率匹配的胶或液体，使得在光学元件224与胶或液体之间的界面处和/或在液体或胶与皮肤299之间的界面处，处理光束270的光射线不被折射太多。在一个实施方式中，光学元件224由折射率与皮肤299的折射率匹配的材料制成。在上述内容中，不同材料的折射率“大致”彼此匹配，这意味着彼此偏离不超过20％，或者在另一个实施方式中，彼此偏离不超过10％。
图3a示意性地示出了安全机构300的一个实施方式的横截面视图，其中光学元件布置在安全位置352。安全机构300布置在皮肤处理装置的顶端，例如布置在图1的皮肤处理装置100的顶端128。安全机构300联接至皮肤处理装置100的壳体212。安全机构300包括光学元件224和光学元件定位结构322。光学元件224的特性已经在图2a和2b的背景下进行了论述，并且光学元件224的其他实施方式将在图4a至4c的背景下论述。光学元件定位结构322部分地利用前壁327围封光学元件224，并且包括位置限制壁325。前壁327和位置限制壁限制光学元件224沿光轴的移动。前壁327具有开口280，光学元件224的一部分可以突出穿过开口280，用于发射光束。当光学元件224与前壁327接触并且最大程度地从开口280突出时，光学元件224处于安全位置352。前壁327设计成使得当光学元件224处于安全位置352时，光学元件224的后侧上的球形凹部与入射在球形凹部上的光束的焦点相隔一定距离，因此光学元件224强烈地发散入射光束，因而形成对眼睛安全的光束。光学元件定位结构322在图3a的示例中还包括弹簧323，弹簧323沿朝向安全位置352并因此朝向开口280的第一方向对光学元件施加第一力F1。因此，当没有其他外力施加至光学元件224时，弹簧323迫使光学元件224朝安全位置352移动。应当注意，在图3a的示例中，弹簧向光学元件224施加第一力F1，但其他弹性元件也可以用来向光学元件224施加第一力F1。例如，橡胶可以满足相同的功能。
图3b示意性地示出了安全机构300的一个实施方式的横截面视图，其中光学元件224布置在处理位置350。当皮肤处理装置的顶端被压靠在要被处理的皮肤上时，光学元件224接收第二方向上的第二力F2。第二方向与第一方向大致垂直。当第二力F2大于第一力F1时，光学元件224朝移动限制壁325移动。限制壁325限定处理位置。当光学元件224与移动限制壁325接触时，光学元件224的(背)表面处的球形凹部靠近入射在球形凹部上的光束的焦点，因此光学元件224不使入射光束发散很多，并且获得了处理光束。处理位置352被选择为使得所获得的朝向皮肤离开光学元件224的处理光束相对较窄并且是大致平行的光束。在此背景下，“大致平行”意指所获得的处理光束的光束角小于4°，或者可选地小于2°。光学元件22一脱离与皮肤的接触，光学元件224便不再接收第二力F2，然后第一力F1将光学元件224压回到安全位置352。
前面论述的安全机构300完全基于机械元件和光学元件。通常，这种系统是故障防护的，因为其不取决于必须通过动力启动的电子电路或特定的致动器。然而，安全机构300的实施方式不限于仅仅使用光学元件和机械元件。作为弹簧323的替代，可以使用由电路控制的一个或多个致动器，使得当皮肤处理装置的顶端不与皮肤接触时，致动器向光学元件224提供使光学元件224朝安全位置352移动的力。
图4a至4c示意性地示出了光学元件400、430、460的实施方式的横截面视图。所有的光学元件400、430、460都包括用于接收入射光束的光入射表面404、434、464并且包括光出射表面406、436，处理光束或对眼睛安全的光束通过光出射表面406、436传输。
光学元件400包括光入射表面，该光入射表面为圆形并且由透光材料中的凹部402形成。结果，光入射表面404形成发散透镜。凹部402具有半径Ri。光出射表面406是不具有透镜功能的平表面。当光入射表面404布置在入射光束的焦点处时，光入射表面404的发散特性被抵消，因此靠近焦点的光入射表面404的位置对于获得相对较窄的处理光束是有利的位置。当光入射表面404布置成远离入射光束的焦点时，并且当入射光束在其入射在光入射表面404上的位置处的半径仅仅微微地小于凹部402的半径Ri时，光入射表面的发散特性被最大程度地利用，并且入射光束被强烈地发散。因此，在安全位置，(从发光元件接收的)入射光束的半径大约等于凹部402的Ri，并且至少不大于凹部402的半径Ri，这是因为这将导致不期望的散射效应。
光学元件430的光入射表面434也是以透光材料中的圆形凹部432，用作相对强的发散透镜。圆形凹部432在从光学元件的主体突出的部分中制造。光出射表面436是平滑的圆形表面，用作会聚透镜。凹部432的半径Ri比圆形光出射表面436的半径RO小至少数倍，例如至少小半径RO的3倍，或者至少小5倍。结果，光出射表面436的会聚特性比光入射表面434的发散特性小，并且光学元件430总体上用作发散透镜。平滑的圆形光出射表面436具有对于接触要被处理的皮肤而言以及对于在要被处理的皮肤上移动而言舒服的形状。
光学元件460类似于光学元件430，然而圆形凹部462不是设置在从光学元件的主体突出的元件中，而是直接设置在光学元件的主体中，因此光学元件460由于制造方面的优势而可以更加低廉。
光入射表面404、434、464的形状的具体实施方式是对应于球的一部分(例如半球)的形状。光出射表面436的形状的具体实施方式是对应于球的一部分(例如半球)的形状。
图5a示意性地示出了用于如下情形的射线追踪模拟的结果502、504，其中光学元件430分别布置在安全位置252和处理位置250。在每个模拟结果502、504的左侧，绘制了从皮肤处理装置的发光元件(例如见图1)接收的会聚光束120。会聚光束120聚焦在焦点FP处。在焦点FP之外(假设光学元件不直接位于焦点FP的前面或位于FP处)，即在图5a中为在焦点FP的右侧，光束120发散。在模拟结果502中能够看到，光学元件430的安全位置252对应于光束120的位置，在该位置处光束120已经在发散。在安全位置252，光束120具有大约等于形成光入射表面的圆形凹部的半径的半径。在该位置，光入射表面使光束发散成相对较宽的光束。如在模拟结果502中看到的，光出射表面的会聚效应没有抵消光入射表面的发散效应。结果，获得了对眼睛安全的光束260。
模拟结果504表明光学元件430处于其处理位置。处理位置250被选择为使得所获得的处理光束270的横截面形状相对较小，并且使得处理光束270的光束角相对较小。例如，处理光束的横截面形状的直径小于1mm，其中处理光束270的横截面是在光学元件430的光出射表面测量的。例如，处理光束270的光束角小于4°，其中光束角是在光学元件430内测量的。由于光束120会聚至焦点FP，所以能够通过将光学元件430的光入射表面定位成靠近焦点FP并且可选地定位成微微地位于焦点FP的前面而获得相对较窄的处理光束270。在焦点FP的前面意指在这种情况下处于光束120仍会聚至焦点FP但是光束120的直径相对较小的位置。
所示距离506是光学元件430沿着光轴从处理位置250移动至安全位置252或者从安全位置252移动至处理位置250的距离。
图5b示意性地示出了射线追踪模拟的结果550，其中还考虑了发光元件的透镜552。在图的最左侧部分，大致平行的光束被发光元件的透镜552接收。这种大致平行的光束可以例如由发光元件的激光二极管产生。透镜552具有焦距df并且将光束120聚焦至其焦点FP。光束120具有第一光束角θ1。光学元件在其光入射表面434接收光束120，并且在其光出射表面436发射光束。发射的光束具有光束角θ2。在图5b的示例中，光学元件430位于其安全位置，因此发射的光束是对眼睛安全的光束260。
在一个实施方式中，光入射表面434和光出射表面436具有半球形状。光入射表面434形成具有-0.2mm的焦距并具有0.2mm的透镜半径的透镜。光出射表面436形成具有2mm的焦距并具有2mm的透镜半径的透镜。透镜552例如具有2mm的透镜直径和30mm的焦距，并且因此第一光束角θ1为大约8°。光入射表面434布置在光束发散并且具有大约2mm的半径的位置。然后，第二光束角θ2为大约30°。当光学元件430处于其处理位置时，第二光束角θ2小于4°，或者可选地小于2°，或者可选地小于1°。可选地，当光学元件430处于其处理位置时，处理光束的光射线大致平行地布置。
图6示意性地示出了射线追踪模拟600、610、620、630、640的多个结果。模拟结果600示出了在光学元件430处于其安全位置的情况下，所接收的光束120如何通过光学元件430被折射成对眼睛安全的光束。模拟结果630示出了光学元件的一个可能的处理位置，其中在光学元件的光出射表面获得了非常窄的处理光束270。模拟结果610和620示出了光学元件的中间位置。特别地，模拟结果620示出了光学元件的位置，使得光入射表面恰好位于所接收的光束120的焦点FP处。在光学元件的该位置下，光学元件的发散效应被抵消。根据所接收的光束120，在光学元件的该位置下，由光学元件传输的光束622相对较窄。当该光束622窄到足以获得适当的处理效果时、例如当光束622具有小于4°的光束角时，光束622也可以是处理光束(因此焦点位置也可以是处理位置)。在模拟结果640的示例中，光学元件430处于所接收的光束120仍在会聚的位置。在该位置，光学元件430的发散效应将会聚光束变为发散光束，然而当与对眼睛安全的光束260相比时，光束角小于对眼睛安全的光束260的光束角。
总之，本申请提供了一种用于在局部地处理用光处理皮肤的皮肤处理装置。该皮肤处理装置包括顶端、发光元件以及包括光学元件和光学元件定位结构的安全机构。光学元件接收来自发光元件的会聚光束。光学元件构造成用作发散透镜。光学元件定位结构将光学元件定位在安全位置或者在顶端与要被处理的皮肤接触时将光学元件定位在处理位置，并且允许这两个位置之间的移动。在安全位置，光学元件布置在光轴上的产生对眼睛安全的光束的位置。在处理位置，光学元件布置在光轴上的另一个位置以产生处理光束。
应当注意，上述实施方式示例了本发明而非限制本发明，并且本领域技术人员将能够在不偏离所附权利要求的范围的情况下设计很多替代性实施方式。
在权利要求中，置于括号之间的任何附图标记都不应被理解为限制本发明。动词“包括”及其变化形式的使用并不排除除了权利要求中所述的元件或步骤以外的元件或步骤的存在。元件之前的冠词“一”并不排除多个这种元件的存在。本发明可以通过包括多个独特元件的硬件来实施。在列举了多个特征的装置权利要求中，这些特征中的一些可以通过同一个硬件项目来实施。在相互不同的从属权利要求中述及特定的特征并不表明不能够有利地使用这些特征的组合。
Claims (20)
1.一种皮肤处理装置(100)，用于用光局部地处理皮肤(299)，所述皮肤处理装置(100)包括：
-顶端(128)，所述顶端(128)布置并构造成与皮肤接触；
-发光元件(106、108)，所述发光元件(106、108)布置并构造成在使用时朝向所述顶端(128)沿着光轴(126)发射光束(120)，所述光束(120)是会聚光束(120)，所述光轴(126)沿所述皮肤处理装置(100)的纵向方向延伸穿过所述顶端(128)；
-安全机构(300)，所述安全机构(300)邻近所述顶端(128)设置并且布置成接收所述光束(120)，
其中，所述安全机构(300)包括：
-光学元件(124、224、400、430、460)，所述光学元件(124、224、400、430、460)布置在所述光轴上(126)，并且构造成用作发散透镜且布置成与皮肤(299)接触，所述光学元件(124、224、400、430、460)在第一侧包括光出射表面(406、436)并且在与所述第一侧相反的第二侧包括用于接收所述光束(120)的光入射表面(404、434、464)，
-光学元件定位结构(122、222、322)，所述光学元件定位结构(122、222、322)构造并布置成将所述光学元件(124、224、400、430、460)定位在安全位置(252、352)或者替代性地定位在处理位置(250、350)并且允许所述光学元件(124、224、400、430、460)沿着所述光轴(126)从所述安全位置(252、352)移动至所述处理位置(250、350)以及从所述处理位置(250、350)移动至所述安全位置(252、352)，所述光学元件定位结构(122、222、322)构造成在所述顶端(128)与皮肤(229)接触时将所述光学元件(124、224、400、430、460)定位在所述处理位置(250、350)，并且在所述顶端(128)不与皮肤(229)接触时将所述光学元件(124、224、400、430、460)定位在所述安全位置(252、352)，其中，
-在所述安全位置(252、352)，所述光入射表面(404、434、464)在所述光束(120)中布置在所述光轴(126)上的第一位置，以在所述光出射表面(406、436)处获得对眼睛安全的光束(260)，并且
-在所述处理位置(250、350)，所述光入射表面(404、434、464)在所述光束(120)中布置在所述光轴(126)上的与所述第一位置相隔一定距离的第二位置，以在所述光出射表面(406、436)处获得处理光束(270)。
2.根据权利要求1所述的皮肤处理装置(100)，其中，所述光学元件定位结构(122、222、322)包括弹性元件(323)，用于沿平行于所述光轴(126)的第一方向并且远离所述发光元件(106、108)朝向所述安全位置(252、352)向所述光学元件(124、224、400、430、460)施加第一力(F1)。
3.根据权利要求2所述的皮肤处理装置(100)，其中，所述光学元件(124、224、400、430、460)布置在所述顶端(128)处以在所述顶端被压向皮肤(299)时接收大致沿朝向所述处理位置(250、350)的第二方向的力(F2)，以朝向所述处理位置(250、350)移动所述光学元件(124、224、400、430、460)，所述第二方向与所述第一方向大致相反。
4.根据权利要求3所述的皮肤处理装置(100)，其中，所述光学元件定位结构(122、222、322)包括壳体，所述壳体包括：
-邻近所述顶端(128)的皮肤接触表面布置的前壁(327)，所述前壁(327)用于通过限制所述光学元件(124、224、400、430、460)在所述第一方向上的移动而限定所述安全位置(252、352)，所述前壁(327)包括开口(280)，在所述光学元件(124、224、400、430、460)布置在所述安全位置(252、352)的情况下，所述开口(280)用于允许所述光学元件(124、224、400、430、460)部分地从所述壳体突出；
-与所述顶端(128)的所述皮肤接触表面相距一定距离布置的移动限制壁(325)，所述移动限制壁(325)用于通过在所述光学元件(124、224、400、430、460)被压向皮肤(299)时限制所述光学元件(124、224、400、430、460)在所述第二方向上的移动而限定所述处理位置(250、350)。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的皮肤处理装置(100)，其中，所述光入射表面(404、434、464)构造成发散透镜。
6.根据权利要求5所述的皮肤处理装置(100)，其中，所述光入射表面(404、434、464)是所述光学元件(124、224、400、430、460)中的凹部(402、432、462)的表面，所述凹部(402、432、462)在所述光学元件的所述第二侧上具有圆形横截面形状，所述圆形横截面形状具有第一半径(Ri)，并且其中在所述光学元件的所述安全位置(252、352)，所述光束(120)在所述光束(120)入射到所述光入射表面(404、434、464)上的位置处的半径是所述第一半径(Ri)的至少80％。
7.根据权利要求6所述的皮肤处理装置(100)，其中，所述凹部(402、432、462)为球形。
8.根据权利要求1-4中任一项所述的皮肤处理装置(100)，其中，所述光学元件(124、224、400、430、460)的所述光出射表面(406、436)具有突出的、平滑的圆形。
9.根据权利要求8所述的皮肤处理装置(100)，其中，所述突出的、平滑的圆形为球形。
10.根据权利要求6或7所述的皮肤处理装置(100)，其中，所述光学元件(124、224、400、430、460)的所述光出射表面(406、436)具有突出的、平滑的圆形。
11.根据权利要求10所述的皮肤处理装置(100)，其中，所述光入射表面(404、434、464)是具有所述第一半径(Ri)的球形凹部，并且其中所述光出射表面(406、436)是具有第二半径(RO)的球形表面，所述第二半径(RO)是所述第一半径(Ri)的至少三倍大。
12.根据权利要求11所述的皮肤处理装置(100)，其中，所述第二半径(RO)是所述第一半径(Ri)的至少五倍大。
13.根据权利要求1-4、6、7、9、11和12中任一项所述的皮肤处理装置(100)，其中，所述光学元件(124、224、400、430、460)由折射率与人的皮肤的折射率相匹配的透光材料制成。
14.根据权利要求1-4、6、7、9、11和12中任一项所述的皮肤处理装置(100)，其中，所述皮肤处理装置(100)是笔形，并且构造成被用户的手操作。
15.根据权利要求1-4、6、7、9、11和12中任一项所述的皮肤处理装置(100)，其中，所述发光元件包括用于发射所述光束(120)的激光器(106)以及用于向所述光轴(126)上的焦点(Fp)会聚所述光束(120)的透镜(108)。
16.根据权利要求1-4、6、7、9、11和12中任一项所述的皮肤处理装置(100)，其中，所述对眼睛安全的光束(260)是发散光束。
17.根据权利要求16所述的皮肤处理装置(100)，其中，所述对眼睛安全的光束(260)的光束角(θ2)大于所述光束(120)的光束角(θ1)。
18.根据权利要求17所述的皮肤处理装置(100)，其中，所述对眼睛安全的光束(260)的光束角(θ2)大于20°。
19.根据权利要求1-4、6、7、9、11、12和18中任一项所述的皮肤处理装置(100)，其中，所述处理光束(270)是大致平行光束。
20.根据权利要求19所述的皮肤处理装置(100)，其中，所述处理光束(270)的光束角小于4°，并且其中在所述光出射表面(406、436)处测量的所述处理光束(270)的直径小于1mm。
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