CN220360455U - 光热处理设备 - Google Patents

Abstract

本申请主题涉及光热处理设备，用于在对象上执行或者对对象执行基于光的处理操作。光热处理设备包括用于生成用于执行处理操作的光的光源；二向色滤光器，其相对于入射光以第一角度来布置，以使得根据二向色滤光器的截止波长将入射光分离成透射光分量和反射光分量；光出射窗，光分量通过光出射窗从光热处理设备中射出；光束收集器；以及散热器，其被耦合到光束收集器以消散来自光束收集器的热量。光出射窗和光束收集器相对于二向色滤光器而布置，以使透射光分量和反射光分量中的一者经由光出射窗从光热处理设备射出，并且透射光分量和反射光分量中的另一者入射到光束收集器上。二向色滤光器被提供在实心二向色棱镜的第一表面上或实心二向色长方体中的内表面上。

Description

光热处理设备

技术领域

本公开涉及用于对对象执行基于光的处理操作的光热处理设备。

背景技术

去除不想要的毛发的技术包括削剃、电解、拔毛、激光和光疗法(称为光脱毛)以及注射治疗性抗雄激素。基于光的技术还被用于其它类型的皮肤病处理，包括嫩肤和处理痤疮。

基于光的毛发处理通过将皮肤暴露于明亮的闪光或光脉冲(在非相干源的情况下)来抑制毛发的生长，称为强脉冲光(IPL)。通过使用适当的光能配置，即在波长、强度和/或脉冲持续时间(如果光是脉冲光)方面，可以实现选择性地加热毛发根部和随后对毛囊的暂时或永久损伤。IPL可以由高强度光源来生成，诸如气体放电灯(例如，氙气闪光灯)。光穿透皮肤并在毛发根部等处被黑色素吸收。这会导致毛发根部的温度升高，并随后导致周围组织的温度升高。所生成的热量会损伤毛囊，并且如果温度升高足够，则毛发的生长受到抑制。这个过程被称为光热分解。当以2至4周的间隔重复处理时，可以实现持久的脱发效果。

典型IPL设备中的光装置的主要光学组件是光源，诸如闪光灯、凹背反射器、侧反射器和吸收滤光器。闪光灯向所有方向射出光。背反射器和侧反射器在灯周围形成反射腔，其将光朝向皮肤引导(即，反射腔可以准直由灯射出的光)。可以使用氙闪光灯。由于这些灯具有较宽的射出光谱，因此IPL设备可以包括长通吸收滤光器，其截止波长在500至600纳米(nm)之间，以防止较短波长的光到达皮肤。这些较短波长通常被血液中的血红蛋白吸收，否则会对对象造成不适和副作用，而较长波长的光通过滤光器并入射到对象上，从而在皮肤/毛发上执行光热分解过程。

由于对不想要的光(较短波长的光)的吸收，吸收滤光器会变热。当以高重复率长时间闪烁IPL设备时，吸收滤光器的温度会逐渐升高，并可能达到超过200℃的温度。这种高温会让对象或设备用户感觉到令人不快，因为辐射热通过孔径(光出射窗)到达皮肤以及由于孔径材料本身变得太热而无法触摸。此外，滤光器可能会超过安全接触温度。这可能是个问题，因为在对附件进行更换或清洁时滤光器可能会被暴露给用户。此外，截止波长可能会随着滤光器温度而偏移。

作为使用吸收滤光器将光分离成处理光(即影响脱毛操作的光)和不想要的光(例如较短波长的光)的替代方法，吸收滤光器可以被替换为二向色滤光器，诸如长通二向色反射滤光器或短通二向色反射滤光器。然而，在这种情况下，不想要的光仍存在于光热处理设备中，并且可以光热处理设备的内部“周围反射”，潜在地损坏组件，并且还通过光出射窗离开光热处理设备。在这些布置中，虽然二向色滤光器充当将所生成的光分成处理光和不想要的光的主要分离器，但是可以在光出射窗处或附近提供吸收滤光器以吸收否则会离开光热处理设备的任何“杂散的”不想要的光。然而，在被二向色滤光器分离的大量不想要的光在光热处理设备的内部周围反射的情况下，吸收滤光器将吸收大量光，从而导致上述变热问题。

例如，被二向色滤光器反射的大部分的光可以经由灯周围的反射腔中的多次反射而找到其返回到吸收滤光器的路径，直到它以大角度入射到二向色滤光器上。在大角度下，二向色滤光器将不可避免地发生泄漏并将该光的分量透射到吸收滤光器。通过这个再循环过程，光谱的较短波长端处的大部分能量仍将最终被吸收滤光器吸收，吸收滤光器将仍会变热。此外，一些能量会被转移到灯上，并且这是不可取的，因为它会对灯的使用寿命产生负面影响。

因此，需要针对光热处理设备的光装置的进一步的解决方案来解决变热问题。

US5782895A公开了一种用于光动力疗法的照明器，其包括灯泡、散热器和滤光器组装。滤光器组装在光路中包括以下组件——用于滤除波长低于第一波长的光的高通滤光器、用于滤除波长高于第二波长的光的低通二向色滤光器和反射具有在第一和第二波长之间的波长的二向色镜。通过二向色镜透射的光被朝向散热器引导。

在US2011/0051216A1的照明系统中，由光源生成的光被聚焦并准直到二向色分束器，该二向色分束器将光透射到对象并将不想要的能量朝向热阱48反射以进行散热。

US6413268B1公开了一种包含UV弧光灯的UV光疗装置，UV弧光灯的光经由二向色镜对准处理机头或风扇和散热器组装。

US4048490A公开了一种用于递送UV光的二向色滤光器系统，其中UV光被引导至工件并且不想要的IR光被二向色滤光器和吸收器布置吸收。吸收器还包括散热器。

实用新型内容

本实用新型的发明目的之一是解决光热处理设备的光装置的变热问题。

根据第一具体方面，提供了一种用于对对象执行基于光的处理操作的光热处理设备。光热处理设备包括用于生成用于执行处理操作的光的光源；二向色滤光器，其相对于入射光以第一角度来布置，以使得根据二向色滤光器的截止波长将入射光分离成透射光分量和反射光分量，其中透射光分量透射通过二向色滤光器并且反射光分量由二向色滤光器反射；光出射窗，其相对于二向色滤光器来布置，以使得透射光分量和反射光分量中的一个经由光出射窗从光热处理设备射出；光束收集器，其相对于二向色滤光器来配置和布置，以使得透射光分量和反射光分量中的另一个入射在光束收集器上并被光束收集器吸收；以及耦合到光束收集器以消散来自光束收集器的热量的散热器。在第一方面，二向色滤光器被提供在实心二向色棱镜的表面或实心二向色长方体中的表面上。实心将入射光从光源引导至对象，并且入射光束的二向色分离发生在该实心介质内。利用实心光导，在正确角度范围内射入的光会由于全内反射而被捕获在光导内。一旦被捕获，光就会保留在波导内部，直到例如它以小于TIR临界角的角度遇到界面。因此，第一方面提供了不想要的光分量被引导到光束收集器，在那里它被吸收，并且在光束收集器中通过吸收光而生成的热量经由耦合的散热器来消散。这降低了光热处理设备中的热量积聚，并且因此改善了在操作光热处理设备时的用户体验。同时，实心介质与二向色滤光器的组合提供了对处理光的更有效限制(即，将路径损耗最小化)，同时将所需波长透射到对象。光热处理设备包括发散空腔部分和会聚空腔部分，其中光源被布置成朝向发散腔段发散空腔部分的一端，光出射窗被布置在会聚空腔部分的一端处，并且二向色滤光器被布置在发散空腔部分和会聚空腔部分之间。

这些和其它方面将从下文描述的(多个)实施例中显而易见并且参考实施例来进行阐明。

本发明的技术方案至少能够取得如下技术效果：第一方面提供了不想要的光分量被引导到光束收集器，在那里它被吸收，并且在光束收集器中通过吸收光而生成的热量经由耦合的散热器来消散，这样降低了光热处理设备中的热量积聚，并且因此改善了在操作光热处理设备时的用户体验，同时，实心介质与二向色滤光器的组合提供了对处理光的更有效限制(即，将路径损耗最小化)。

附图说明

现在将仅通过示例的方式参考以下附图描述示例性实施例，其中：

图1是示例性光热处理设备的图示；

图2是根据第一组实施例的光热处理设备的一部分的图示；

图3是根据第二组实施例的光热处理设备的一部分的图示；

图4示出了一些示例性二向色滤光器和棱镜配置；

图5是根据第三组实施例的光热处理设备的一部分的图示。以及

图6是根据第四组实施例的光热处理设备的一部分的图示。

具体实施方式

图1是示例性光热处理设备2的图示，其可以被用来将光处理应用于皮肤区域。应当了解，图1中的光热处理设备2仅作为本实用新型可以与之一起使用的手持式光热处理设备2的示例而被呈现，并且光热处理设备2不限于图1中所示的形式或手持式光热处理设备。光热处理设备2用于在对象(例如人或动物)的身体上使用，并且在使用过程中被握在用户的一只手或双手中。当光热处理设备2靠近或接触对象的身体部位时，光热处理设备2使用光对对象的毛发和/或皮肤执行一些处理操作。处理操作包括通过光疗法(称为光脱毛处理或强脉冲光处理)去除毛发。处理操作还可以包括嫩肤。可以使用光脉冲或者通过持续地或者更长时间地施加光来执行此类处理。

如本文所描述的，光热处理设备2由“用户”操作或使用，并且将光热处理设备2使用在“对象”的身体上。在一些情况下，用户和对象是同一个人，即光热处理设备2被用户握在手中并且由用户自己使用(例如，使用在他们的腿上的皮肤上)。在其它情况下，用户和对象是不同的人，例如光热处理设备2被用户握在手中，由用户在他人身上使用。

示例性光热处理设备2包括壳体4，壳体4至少包括手柄部分5和头部部分6。手柄部分5被成形为使得用户能够用一只手握住光热处理设备2。头部部分6位于壳体4的头端8处，并且头部部分6被放置成与对象接触以便在对象的身体或皮肤上在头部部分6与该身体或皮肤接触的位置处执行处理操作。

光热处理设备2用于使用诸如光脉冲之类的光来执行处理操作。因此，在图1中，头部部分6包括光出射窗10，也被称为孔径或处理窗，其被布置在壳体4中或壳体4上，使得光出射窗10可以被放置成邻近对象的皮肤或者被放置在对象的皮肤上(例如与之接触)。光热处理设备2包括用于生成光的光源12(在图1中未直接可见)，光将经由光出射窗10被施加到对象的皮肤并实现处理操作。光源12被布置在壳体4中，使得光脉冲从光源12通过光出射窗10而被提供。孔径/光出射窗10可以是在壳体4的头端8处的开口的形式，或者它可以是透光或半透光的窗口(包括波导)的形式(即光线可以通过窗口)。

在图1中所示的示例性实施例中，光出射窗10具有大致矩形的形状，这在皮肤上产生大致矩形形状的皮肤处理区域(在本文中也称为处理区间)。应当了解，光出射窗10可以具有任何其它期望的形状。例如，光出射窗10可以是正方形、椭圆形、圆形或任意的其它多边形形状。

光源12可以生成任何合适的或期望的波长(或波长范围)和/或强度的光脉冲。例如，光源12可以生成可见光、红外(IR)光和/或紫外(UV)光。光源12可以包括任何合适类型的光源，诸如气体放电灯、一个或多个发光二极管(LED)、一个或多个激光器等。

光源可以是气体放电灯。气体放电灯可以包括在壳体(例如管)中的气体，其中气体通常是诸如氙气、氩气或氪气之类的稀有气体或这些气体的混合物。气体放电灯可以是闪光灯，例如氙气闪光灯。

光源12可以提供光谱含量在560-1200纳米(nm)范围内持续约2毫秒(ms)的光脉冲，因为这些波长通过吸收加热毛发和毛发根部中的黑色素，这使毛囊处于静止期，阻止毛发再生，同时皮肤中的其它发色团(例如血红蛋白、水)的吸收是有限的。

光源12可以被配置为提供光脉冲或连续光。也就是说，光源12可以被配置为在短持续时间内(例如小于1秒)生成高强度的光。光的强度应该足够高以在邻近光出射窗10的皮肤或身体部位上实施处理操作。

所图示的光热处理设备2还包括被定位在头部部分6上或头部部分6中的两个皮肤接触传感器14、16，其被用来在生成光之前确定头部部分6是否与皮肤接触以避免光被引导到用户或对象的眼睛。

所图示的光热处理设备2还包括用户控件18，用户可以操作控件以激活光热处理设备2，使得头部部分6在对象的身体上执行所需的处理操作(例如，由光源12生成一个或多个光脉冲)。用户控件18可以是开关、按钮、触摸板等的形式。用户控件18也可以被用来在不同的处理操作之间切换或者在那些处理操作的不同设置之间切换。

如上面所指出，二向色滤光器可以被用在光热处理设备的光装置中，以将由光源生成的相对宽光谱的光分离成处理光(即要被用来实施脱毛操作或其它皮肤/毛发处理的光)和不想要的光(即不适于实施处理操作和/或对对象有害的光)。然而，仍然需要处置仍然存在于光热处理设备中的不想要的光。

根据本文所描述的技术，在光热处理设备中提供光束收集器以吸收不想要的光，并且提供耦合到光束收集器的散热器以消散来自光束收集器的热量。

根据特定实施例，提供了一种用于对对象或向对象执行诸如脱毛、光脱毛之类的基于光的处理操作的光热处理设备。光热处理设备包括用于生成用于执行处理操作的光的光源、相对于从光源入射的光以第一角度布置的二向色滤光器，使得入射光根据二向色滤光器的截止波长而被分离成透射光分量和反射光分量(注意，在实践中截止波长通常不是锐截止，而是在有限波长宽度上具有过渡)。透射光分量是所生成的光中透射通过二向色滤光器的分量，反射光分量是所生成的光中被二向色滤光器反射的分量。光热处理设备包括光出射窗，光分量中的一个通过光出射窗从光热处理设备射出以对对象执行处理操作。光出射窗和光束收集器相对于二向色滤光器被布置，使得透射光分量和反射光分量中的一个经由光出射窗从光热处理设备被射出，而透射光分量和反射光分量中的另一个被入射到光束收集器上。换言之，透射光分量和反射光分量中的一个经由光射出窗从光热处理设备被射出。透射光分量和反射光分量中的另一个被入射到光束收集器上并被光束收集器吸收。因此，在这两种配置中，不想要的光分量被引导到光束收集器，在那里它被吸收，并且光束收集器中因吸收光而生成的热量经由耦合的散热器进行消散。这减少了光热处理设备中的热量积聚，并且因此改善了在操作光热处理设备时的用户体验。

在本文中主要设想了二向色滤光器、光出射窗和光束收集器的两种替代配置。在关于图2所图示的第一种配置中，二向色滤光器使得透射光分量是要执行处理操作的光的分量，并且透射光分量经由光出射窗离开光热处理设备。反射光分量入射到光束收集器上，并被光束收集器接收。在图3所图示的第二配置中，二向色滤光器使得反射光分量是要执行处理操作的光的分量，并且反射光分量经由光出射窗离开光热处理设备。透射光分量入射到光束收集器上，并被光束收集器接收。

如本文中所使用的，术语“处理光”是指所生成的光中要被用来执行处理操作的光分量，并且是旨在经由光出射窗离开光热处理设备的光分量。术语“不想要的光”是指所生成的光中将不被用来执行处理操作的光分量(例如，因为光没有合适的波长和/或光会对对象造成不良影响)，并且是旨在被光束收集器吸收的光分量。

在也在图2和图3中图示出的一些实施例中，除了二向色滤光器之外，光热处理设备还可以包括吸收滤光器，该吸收滤光器相对于二向色滤光器和光出射窗来进行布置，使得经由光出射窗从光热处理设备射出的处理光通过吸收滤光器。吸收滤光器被配置为吸收不想要的光(即，吸收滤光器被配置为吸收具有对应于不想要的光的波长的光)，以防任何不想要的光找到其通向光出射窗的路径。

因此，图2是根据第一组实施例的光热处理设备30的一部分的图示。光热处理设备30包括布置在光热处理设备30的空腔壳体32中的光源12。光源12可以是可控的或被配置为生成光脉冲(例如IPL)或连续的或相对连续的光。

空腔壳体32形成光源12的反射空腔，使得所生成的光通常朝向二向色滤光器34引导，如箭头36所指示。二向色滤光器34是棱镜38的一部分。二向色滤光器34可以是薄膜二向色滤光器。棱镜38位于由空腔壳体32形成的反射腔的出口处。二向色滤光器34可以被形成在棱镜38的一个表面上，在这种情况下，提供第二棱镜39，其与棱镜38中具有二向色滤光器34的表面邻接。备选地，二向色滤光器34可以被形成在棱镜39的一个表面上，在这种情况下，第一棱镜38与棱镜39中具有二向色滤光器的表面邻接。二向色滤光器34透射通过的光穿过第二棱镜39。备选地，二向色滤光器34可以是大致立方体或长方体棱镜(并且因此包括图2中的棱镜元件38和39)的内表面。

棱镜38可以是实心棱镜，在这种情况下第二棱镜39也可以是实心棱镜。

二向色滤光器34相对于入射光(箭头36)以第一角度来进行布置，并且通过根据二向色滤光器的截止波长使入射光36中的一些光透射通过二向色滤光器34并从二向色滤光器34反射入射光36中的一些光来对入射光36进行过滤。

在图2中所图示的实施例中，作为处理光的光是波长高于截止波长的光，并且因此二向色滤光器34被配置为透射波长高于截止波长的光，其中波长低于截止波长的光被二向色滤光器34反射。透射光(在本实施例中为处理光)由箭头40来指示，反射光(在本实施例中为不想要的光)由箭头42来指示。截止波长可以在500nm和600nm之间，例如530nm或565nm。如果处理不是脱毛/减发，则截止波长可能具有不同的值。截止波长在本文中被定义为入射光在二向色滤光器上的平均入射角。

将透射光40朝向光出射窗10引导，它可以通过光出射窗10离开光热处理设备30。将反射光42朝向光束收集器44引导，该光束收集器44吸收光，特别是吸收波长至少在对应于反射光42中的光的波长的范围内的光。耦合到光束收集器44的是散热器46，其用于消散来自光束收集器44的热量。

在该图示的实施例中，二向色滤光器34相对于入射光36以45°的角度来进行布置，而光束收集器44/散热器46相对于入射光36以90°的角度来进行布置。然而在替代实施例中，二向色滤光器34相对于入射光36的角度可以不是45°。例如，角度可以接近45°，或者是在30°和60°之间的任何角度。同样，光束收集器44相对于入射光36的角度可以不是90°，尽管优选地，光束收集器44相对于二向色滤光器34被定位为捕获尽可能多的反射光分量42。

由于光束收集器44和散热器46被定位成远离光出射窗10，其通常被放置成与对象的皮肤接触，所以光热处理设备30在使用期间将不会让对象感到热。此外，所吸收的热量得到有效消散，使得散热器的温度通常低于传统设计的吸收式滤光器中超过200℃的温度。

光束收集器44可以由任何合适的材料形成并且具有任何合适的构造。例如，光束收集器可以是黑色材料(诸如金属)的锥形束阱。更简单地说，光束收集器44可以是具有高吸收率和低反射率的“黑色”层。合适的黑色材料的具体示例是黑色阳极氧化铝、镍磷合金和基于碳纳米管的涂层。

散热器46可以由任何合适的材料形成并且具有任何合适的构造。例如，散热器可以是带有翅片的基座，以增加与通过翅片的气流的接触面积。它可以由单块材料制成，如铜或铝合金。备选地，可以将金属板翅片焊接到基座上。

光束收集器和散热器可以被组合成单个元件，例如由阳极氧化铝制成。

如上面所指出的，在图2的实施例中，除了二向色滤光器34之外，光热处理设备30还包括可选的吸收滤光器48。吸收滤光器48被布置在二向色滤光器34和光出射窗10之间，使得透射光分量40穿过吸收滤光器48。吸收滤光器48可以是独立的光学组件，或者它可以被嵌入在光波导中。吸收滤光器48被配置为吸收对应于不想要的光的波长的光，以防波长低于(在该示例中)二向色滤光器34的截止波长的光找到其通往光出射窗10的路径。特别地，实际上，二向色滤光器34的截止波长通常不是锐截止，而是在有限波长宽度上具有过渡。此外，二向色滤光器34的有效性会受到光入射到二向色滤光器34上的角度的影响。因此，波长低于二向色滤光器34的截止波长的一些光可以被二向色滤光器34透射，并被吸收滤光器48吸收。利用二向色滤光器的良好设计，即合并足够的电介质层，不想要的光通过二向色滤光器34的泄漏可以被限制，使得在吸收滤光器48中吸收的功率是在传统的仅吸收式滤光器设计中被吸收式滤光器吸收的功率的一小部分。有效地，反射光分量从光热处理设备30的光引擎中被去除，从而避免了在具有二向色滤光器的传统设备中的再循环/反射问题。

在透射光分量40的光路中的吸收滤光器48之后是可选的光导50，过滤后的透射光分量40通过该光导离开光热处理设备30。光导50可以是光出射窗10，或者可以是光出射窗10的一部分，或者可以与光出射窗10分开。在一些实施例中，不存在光导50。在一些实施例中，光导50可以是被附接到光热处理设备30以改变射出光的特性的可拆卸附件的一部分。例如，一种类型的附件可以提供窄的孔径以减少暴露于透射光分量40的皮肤面积，而另一种类型的附件可以提供更宽的孔径以允许更大面积的皮肤暴露于透射光分量40。

在图2中，在光束收集器44和棱镜38的表面54之间示出了可选的间隙52，反射光分量42通过该间隙离开棱镜38。该间隙52可以是空气间隙，或者是填充有折射率低于棱镜38的另一种材料的间隙。这种低折射率间隙或边界52有利于促进或引起来自光源12的光在其遇到二向色滤光器34之前入射到表面54上的全内反射(TIR)。因此，该间隙52避免或最小化了期望波长的光分量(即，将成为透射光分量40的一部分的那些)被丢失到光束收集器44。

在第二棱镜39和吸收滤光器48之间示出了另一个间隙56。该间隙56不是必需的，并且吸收滤光器48可以与第二棱镜39接触。

将注意到，在第一棱镜38的入射侧处的低折射率(其可由腔室壳体32中的空气提供)可以帮助限制反射光分量42(其将在由箭头指示的平均传播方向周围具有一定的角度扩展)在它经由表面54离开棱镜38之前通过全内反射将其限制到达棱镜38。

现在转到图3，如上面所指出，在由图3表示的一组实施例中，二向色滤光器使得反射光分量是要执行处理操作的光的分量，并且反射光分量经由光出射窗离开光热处理设备。透射光分量入射到光束收集器上，并被光束收集器接收。

因此，在图3中示出了根据第二组实施例的光热处理设备60的一部分。光热处理设备60包括布置在光热处理设备60的空腔壳体62中的光源12。光源12可以是可控的或被配置为生成光脉冲(例如IPL)或连续的或相对连续的光。

空腔壳体62形成光源12的反射空腔，使得所生成的光通常朝向二向色滤光器64引导，如箭头66所指示。二向色滤光器64是棱镜68的一部分。二向色滤光器64可以是薄膜二向色滤光器。棱镜68位于由空腔壳体62形成的反射腔的出口处。二向色滤光器64可以被形成或提供在棱镜68的一个表面上，在这种情况下，提供第二棱镜69，其与棱镜68中具有二向色滤光器64的表面邻接。备选地，二向色滤光器可以被形成在棱镜69的一个表面上，在这种情况下，第一棱镜68与棱镜69中具有二向色滤光器的表面邻接。二向色滤光器64透射通过的光穿过第二棱镜69。备选地，二向色滤光器64可以被提供在大致立方体或立方体棱镜(并且因此包括图3中的棱镜元件68和69)的内表面上。在这种配置中，其中透射光分量72入射在光束收集器74上并被光束收集器74接收，第二棱镜69可以是薄板(立方体棱镜)——在光束收集器74与其光学接触的情况下，或者第二棱镜69可以被省略，在这种情况下，光束收集器与二向色滤光器64直接光学接触。

棱镜68可以是实心棱镜，在这种情况下第二棱镜69也可以是实心棱镜。

二向色滤光器64相对于入射光(箭头66)以第一角度来进行布置，并且通过根据二向色滤光器的截止波长使入射光66中的一些光透射通过二向色滤光器64并从二向色滤光器64反射入射光66中的一些光来对入射光66进行过滤。

在图3中所图示的实施例中，作为处理光的光是波长高于截止波长的光，并且因此二向色滤光器64被配置为反射波长高于截止波长的光，其中波长低于截止波长的光被透射通过二向色滤光器64。反射光(在本实施例中为处理光)由箭头70来指示，透射光(在本实施例中为不想要的光)由箭头72来指示。截止波长可以在500nm和600nm之间，例如530nm或565nm。如果处理类型不是脱毛/减发，则截止波长可能具有不同的值。

将透射光70朝向光出射窗10引导，它可以通过光出射窗10离开光热处理设备60。将透射光72朝向光束收集器74引导，该光束收集器74吸收光，特别是吸收波长至少在对应于透射光72中的光的波长的范围内的光。耦合到光束收集器74的是散热器76，其用于消散来自光束收集器74的热量。

在该图示的实施例中，二向色滤光器64相对于入射光66以45°的角度来进行布置，而光出射窗10相对于入射光66以90°的角度来进行布置。然而，在替代实施例中，二向色滤光器64相对于入射光66的角度可以不是45°。例如，角度可以接近45°，或者是在30°和60°之间的任何角度。同样，光出射窗10相对于入射光66的角度可以不是90°，尽管优选地，光出射窗10相对于二向色滤光器64被定位为接收尽可能多的反射光分量70.

由于光束收集器74和散热器76被定位成远离光出射窗10，其通常被放置成与对象的皮肤接触，所以光热处理设备60在使用期间将不会让对象感到热。

光束收集器74可以由任何合适的材料形成并且具有任何合适的构造。例如，光束收集器可以是黑色材料(诸如金属)的锥形束阱。更简单地说，光束收集器74可以是具有高吸收率和低反射率的“黑色”层。合适的黑色材料的具体示例是黑色阳极氧化铝、镍磷合金和基于碳纳米管的涂层。

散热器76可以由任何合适的材料形成并且具有任何合适的构造。例如，散热器可以是带有翅片的基座，以增加与通过翅片的气流的接触面积。它可以由单块材料制成，如铜或铝合金。备选地，可以将金属板翅片焊接到基座上。

如上面所指出的，在图3的实施例中，除了二向色滤光器64之外，光热处理设备60还包括可选的吸收滤光器78。吸收滤光器78被布置在二向色滤光器64和光出射窗10之间，使得反射光分量70穿过吸收滤光器78。吸收滤光器78可以是独立的光学组件，或者它可以被嵌入在光波导中。吸收滤光器78被配置为吸收与透射的不想要的光相对应的光的波长，以防止波长低于(在该示例中)二向色滤光器64的截止波长的光找到其通往光出射窗10的路径。特别地，实际上，二向色滤光器64的截止波长通常不是锐截止，而是在有限波长宽度上具有过渡。此外，二向色滤光器64的有效性会受到光入射到二向色滤光器64上的角度的影响。因此，波长低于二向色滤光器64的截止波长的一些光可以被二向色滤光器64反射，并被吸收滤光器78吸收。利用二向色滤光器的良好设计，即合并足够的电介质层，不想要的光通过二向色滤光器64的泄漏可以被限制，使得在吸收滤光器78中吸收的功率是在传统的仅吸收式滤光器设计中被吸收式滤光器吸收的功率的一小部分。有效地，透射光分量从光热处理设备60的光引擎中被去除，从而避免了具有二向色滤光器的传统设备中的再循环/反射问题。

在反射光分量70的光路中的吸收滤光器78之后是可选的光导80，过滤后的反射光分量70通过该光导离开光热处理设备60。光导80可以是光出射窗10，或者可以是光出射窗10的一部分，或者可以与光出射窗10分开。在一些实施例中，不存在光导80。在一些实施例中，光导80可以是被附接到光热处理设备60以改变射出光的特性的可拆卸附件的一部分。例如，一种类型的附件可以提供窄的孔径以减少暴露于反射光分量70的皮肤面积，而另一种类型的附件可以提供更宽的孔径以允许更大面积的皮肤暴露于反射光分量70。

在图3中，在吸收滤光器78(或光波导80，如果存在的话，或者简单地光出射窗10)和棱镜68的表面84之间示出了可选的间隙82，反射光分量72通过该间隙离开棱镜68。该间隙82可以是空气间隙，或者是填充有折射率低于棱镜68的另一种材料的间隙。这种低折射率间隙或边界82有利于促进或引起来自光源12的光在其遇到二向色滤光器64之前入射到表面84上的全内反射(TIR)。因此，该间隙82避免或最小化了不想要的波长的光分量(即，不是反射光分量70的一部分的那些)经由光出射窗10离开光热处理设备60并入射到对象上。注意，即使波导与棱镜68接触，与表面84相邻的中空波导80也有效地形成低折射率边界。

在图3中，在空腔壳体62和棱镜68之间示出了另一个可选的间隙86，由光源12生成的光66进入到该间隙中。间隙86可以是空气间隙，或者是填充有折射率低于棱镜68的另一种材料的间隙。这种低折射率间隙或边界86有利于促进或引起入射到表面90上的反射光分量70的一部分在其通过表面84离开棱镜68之前(其将在由箭头指示的平均传播方向周围具有一定的角度扩展)的全内反射(TIR)。因此，该间隙86避免或最小化了旨在处理的光被反射回光源12上。注意，即使空腔壳体与棱镜68接触，与表面90相邻的中空空腔壳体有效地形成低折射率边界。

光束收集器74/散热器76可以与第二棱镜69的表面接触，透射光分量72通过该表面离开棱镜69，或者它可以通过间隙88与第二棱镜69的表面间隔开。

图4示出了一些示例性的二向色滤光器和棱镜配置。这些示例可以被用在图2和图3中所示的实施例中。如上面所指示的，二向色滤光器34；64是棱镜38；68的一部分。二向色滤光器34；64可以被形成在棱镜38；68的一个表面上，在这种情况下第二棱镜39；69被提供，其与第一棱镜38；68中具有二向色滤光器34；64的表面邻接。备选地，二向色滤光器34可以是大致立方体或长方体棱镜的内表面(并且因此包括图2中的棱镜元件38和39或者图3中的元件68和69)。

可以用与二向色立方体或长方体类似的方式制作带有嵌入式或整体二向色滤光器的棱镜。它以两个互补的棱镜开始，例如棱镜38和39或者68和69。这些棱镜可以由玻璃或光学聚合物制成。电介质多层滤光器在其中一个棱镜上被沉积在将与另一个棱镜接触的表面上。通常，这种多层二向色滤光器是对称的，以使得二向色滤光器的功能对于两个入射方向都是相同的。两个棱镜可以通过粘合剂或水泥或者通过光学接触而被结合在一起。图4示出了具有嵌入在第一实心棱镜102和第二实心棱镜104之间的二向色滤光器106的直角立方体棱镜100。棱镜102、104是截头立方体。图4示出了二向色立方体110形式的替代配置，其由两个具有直角等腰三角形端面的直角棱镜112、114以及在它们之间的二向色滤光器116制成。

在一些实施例中，图2和图3中所示的布置中的一个或多个表面可以被提供有抗反射涂层以最小化不想要的光的再循环/反射和/或最大化处理光的透射。例如，不想要的光分量离开棱镜或其它实心光导进入具有较低折射率的介质(通常是空气)中的表面。否则，在界面处的菲涅耳反射会将不想要的波长范围内的一些能量反射回到光学系统中，这会增加吸收滤光器48、78(如果存在)上的热负荷，或者增加经由光出射窗10入射到对象上的不想要的光量。在图2中所示的布置中，可以将抗反射涂层施加到表面54。在图3中所示的布置中，可以将抗反射涂层施加到与光束收集器74相邻的表面(透射光分量72将通过该表面离开第二棱镜69)上——如果光束收集器74不与该出射表面光学接触。作为另一个示例，处理光离开棱镜进入具有较低折射率的介质中的表面可以被提供有抗反射涂层。否则，界面处的菲涅耳反射会反射处理波长范围内的一些能量，从而减少到达皮肤的处理光量。在图2中所示的布置中，可以将抗反射涂层施加到透射分量40离开棱镜39的表面。在图3中所示的布置中，可以将抗反射涂层施加到表面84。出于同样的原因，在光源所生成的光从具有较低折射率的介质进入棱镜的表面上施加抗反射涂层可能是有用的。

具有约600nm截止波长的多层二向色滤光器的模拟结果已经表明：低于600nm截止波长的入射光功率的大部分将被透射到光束收集器74和散热器76。结果还表明：较高波长(即高于600nm)被二向色滤光器64朝向光出射窗10和对象的皮肤反射。

图5是根据第三组实施例的光热处理设备130的一部分的简化图示。在第三组实施例中，光热处理设备130包括光源12、空腔壳体132、二向色滤光器134、棱镜136、第二棱镜138、光束收集器140和散热器142，它们可以分别对应于在上面参考图2所描述的第一组实施例中的光源12、空腔壳体32、二向色滤光器34、棱镜38、第二棱镜39、光束收集器44和散热器46和/或被配置为它们和/或与它们一起使用。

在第三组实施例中，光热处理设备130包括与二向色滤光器134相组合的透射吸收滤光器144。例如，二向色滤光器134可以被沉积在吸收滤光器144的顶部。吸收滤光器144被配置为让处理波长范围内的光分量通过，并且吸收不想要的波长范围内的光的波长。以这种方式，减少了用于光的界面的数量，使得反射光损失可以被最小化，同时减少了吸收滤光器144对光的吸收(由于大部分不想要的光被二向色滤光器134反射)意味着温度被保持足够低，使得所有组件(吸收滤光器144(具有二向色滤光器134)和棱镜136和138)可以被粘合或光学接触。

如上面所指出的，所呈现的实施例可以减少到达吸收滤光器(如果存在的话)或经由光出射窗离开光热处理设备的不想要的光的量。下面参考图6讨论的第四组实施例是第二配置的变体，其中二向色滤光器使得反射光分量是要执行处理操作的光的分量，并且反射光分量经由光出射窗离开光热处理设备。该变体提供了使用实心棱镜68的替代方案。

简而言之，第四组实施例在图3中所示的第二组实施例上进行扩展，并提供了反射腔设计以促进阻止光从光源直接朝向光出射窗射出(即任何未入射在二向色滤光器上的光)，确保光被有效地过滤。

因此，图6是根据第四组实施例的光热处理设备150的一部分的图示。与根据图3中的第二组实施例的光热处理设备60共同的光热处理设备150的组件和特征使用相同的附图标记，并且上面提供的关于那些组件和特征的细节也适用于光热处理设备150。因此，空腔壳体152形成用于光源12的反射腔，使得所生成的光通常朝向二向色滤光器64引导，如箭头154所指示，光源(12)被布置成朝向所述发散空腔部分(152)的一端。该空腔壳体152被称为发散空腔部分152，因为它使光源所生成的光朝向二向色滤光器64成形/反射，使得从发散空腔部分152射出的光的角分布被会聚在光轴154周围。在一些实施例中，发散空腔部分152是或类似于圆锥形部分。

尽管光的角分布经由发散空腔部分152变窄，但是光仍然可以避开二向色滤光器64并朝向光出射窗10引导。因此，在光出射窗10之前提供会聚空腔部分156。在一些实施例中，光出射窗10可以在会聚空腔部分156的顶点处或附近。如图6中所示，发散空腔部分152和会聚空腔部分156相对于彼此成90°角(或接近90°)。在一些实施例中，会聚空腔部分156是或类似于圆锥形部分。

会聚空腔部分156被成形和定位成将直接从发散空腔部分152进入会聚空腔部分156的光(即没有首先与二向色滤光器64相互作用的光)反射回到发散空腔部分152(可能经由二向色滤光器)。这种反射光由箭头158表示。因此，如果来自光源12的光154直接进入会聚空腔部分156，则它在光可以到达光出射窗10之前经由会聚空腔部分156的壁的反射而被引导回到光源12。因此，防止了从光源12朝向光出射窗10的直接射出，从而确保了基本上所有的光都被二向色滤光器64有效地过滤，除了可能很小(<百分之几)一部分(取决于发散和会聚部分的确切设计)和/或从反射器中的残余表面粗糙度散射的光。

在图6的实施例中，二向色滤光器64是棱镜160的表面，其横截面可以是矩形或大致矩形。光束收集器74和散热器76被布置成与棱镜160的相对表面邻近，使得二向色滤光器64透射的光穿过棱镜160并进入光束收集器74中。

光束收集器74/散热器76可以与棱镜的表面(透射光分量通过该表面离开棱镜)接触，或者它可以与棱镜160的表面间隔开。

在一些实施例中，可以另外提供吸收滤光器78以吸收该残余光和/或未被二向色滤光器完美过滤的光的光谱中的任何潜在有害或不想要的部分以防止到达皮肤。由于需要被吸收滤光器78吸收的光量大大减少，如在先前的配置中一样，因此在光热处理设备150的操作期间吸收滤光器78的温度几乎不会升高。吸收滤光器78还可以用作发散空腔部分152上的高压的电隔离器，同时还用作光出射窗10以实现高效光递送和IPL疼痛缓解。

模拟已经表明，通过仔细设计发散和会聚空腔部分152、156，在光出射窗10处或附近的吸收滤光器上的未过滤曝光剂量的不希望的部分可以被减少到总量的仅百分之几，从而使这种吸收滤光器基本上保持在室温下，并且在所有处理条件下都可以安全触摸。

因此，提供了一种光热处理设备，其中不想要的光分量被引导到光束收集器，在光束收集器那里不想要的光分量被吸收，并且所耦合的散热器通过吸收光在光束收集器中生成的热量，消散了生成的热量。这样降低了光热处理设备中的热量积聚，从而改善了操作光热处理设备时的用户体验。

通过研究附图、公开内容和所附权利要求，本领域技术人员在实践本文所描述的原理和技术时可以理解和实现对公开的实施例的变型。在权利要求中，词语“包括”不排除其它的元件或步骤，不定冠词“一”或“一个”不排除复数。单个处理器或其它单元可以实现权利要求中列举的若干项目的功能。某些措施在相互不同的从属权利要求中叙述的事实并不表明这些措施的组合不能被有利地使用。计算机程序可以被存储或分发在合适的介质上，诸如与其它硬件一起被提供或作为其它硬件的一部分被提供的光学存储介质或固态介质，但是也可以其它形式来分发，诸如经由互联网或其它有线或无线电信系统来分发。权利要求中的任何附图标记均不应被解释为限制范围。

Claims (13)

1.一种光热处理设备(2；30；60；130)，用于在对象上执行或者对对象执行基于光的处理操作，所述光热处理设备(2；30；60；130)包括：

光源(12)，用于生成用于执行所述处理操作的光；

二向色滤光器(34；64；104；134)，所述二向色滤光器(34；64；104；134)相对于入射光以第一角度布置，以使得根据所述二向色滤光器(34；64；104；134)的截止波长将所述入射光分离成透射光分量和反射光分量，其中所述透射光分量透射通过所述二向色滤光器(34；64；104；134)并且所述反射光分量被所述二向色滤光器(34；64；104；134)反射；

光出射窗(10)，所述光出射窗(10)相对于所述二向色滤光器(34；64；104；134)来布置，以使得所述透射光分量和所述反射光分量中的一个分量经由所述光出射窗(10)从所述光热处理设备(2；30；60；130)发射射出；

光束收集器(44；74；140)，所述光束收集器(44；74；140)被相对于所述二向色滤光器(34；64；104；134)来配置和布置，以使得所述透射光分量和所述反射光分量中的另一个分量入射在所述光束收集器(44；74；140)上并且被所述光束收集器(44；74；140)吸收；和

散热器(46；76；142)，所述散热器(46；76；142)被耦合到所述光束收集器(44；74；140)以消散来自所述光束收集器(44；74；140)的热量；

其特征在于，所述二向色滤光器(34；64；104；134)被提供在实心二向色棱镜(38；68)的第一表面上或实心二向色长方体中的内表面上。

2.根据权利要求1所述的光热处理设备(2；30；60；130)，其特征在于，所述光热处理设备还包括被相对于所述二向色滤光器(34；64；104；134)和所述光出射窗(10)布置的吸收滤光器，以使得经由所述光出射窗(10)从所述光热处理设备(2；30；60；130)射出的所述透射光分量和所述反射光分量中的一个分量穿过所述吸收滤光器。

3.根据权利要求2所述的光热处理设备(2；30；60；130)，其特征在于，所述吸收滤光器(48；78；144)被配置为吸收具有与所述透射光分量和所述反射光分量中的另一个分量的波长相对应的波长的光。

4.根据权利要求2或3所述的光热处理设备(2；30；60；130)，其特征在于，所述吸收滤光器(48；78；144)与所述二向色滤光器(34；64；104；134)组合。

5.根据权利要求1-3中任一项所述的光热处理设备(2；30；60；130)，其特征在于，当所述二向色滤光器(34；64；104；134)被提供在实心二向色棱镜(38；68)的第一表面上时，所述光热处理设备还包括第二棱镜(39；69)，所述第二棱镜(39；69)被布置成与所述实心二向色棱镜(38；68)的所述第一表面接触，以使得由所述二向色滤光器(34；64；104；134)透射的所述光分量穿过所述第二棱镜(39；69)。

6.根据权利要求5所述的光热处理设备(2；30；60；130)，其特征在于，在所述二向色棱镜(38；68)的第二表面处提供低折射率边界，所述反射光分量通过所述第二表面离开所述二向色棱镜(38；68)，其中所述低折射率边界具有低于所述二向色棱镜(38；68)的折射率。

7.根据权利要求1-3中任一项所述的光热处理设备(2；30；60；130)，其特征在于，当所述二向色滤光器(34；64；104；134)被提供在实心二向色长方体的内表面上时，低折射率边界被提供在所述二向色长方体的第一表面处，所述反射光分量通过所述第一表面离开所述二向色长方体，其中所述低折射率边界具有低于所述二向色长方体的折射率。

8.根据权利要求1-3中任一项所述的光热处理设备(2；30；60；130)，其特征在于，所述二向色滤光器(34；64；104；134)、光出射窗(10)和光束收集器(44；74；140)被相对于彼此配置，以使得所述透射光分量经由所述光出射窗(10)从所述光热处理设备(2；30；60；130)射出并且所述反射光分量入射在所述光束收集器(44；74；140)上。

9.根据权利要求8所述的光热处理设备(2；30；60；130)，其特征在于，所述二向色滤光器(34；64；104；134)被配置为使得所述透射光分量包括具有高于所述截止波长的波长的光，并且所述反射光分量包括具有低于所述截止波长的波长的光。

10.根据权利要求1-3中任一项所述的光热处理设备(2；30；60；130)，其特征在于，所述二向色滤光器(34；64；104；134)、光出射窗(10)和光束收集器(44；74；140)被相对于彼此配置，以使得所述反射光分量经由所述光出射窗(10)从所述光热处理设备(2；30；60；130)射出并且所述透射光分量入射在所述光束收集器(44；74；140)上。

11.根据权利要求10所述的光热处理设备(2；30；60；130)，其特征在于，所述二向色滤光器(34；64；104；134)被配置为使得所述透射光分量包括低于所述截止波长的波长的光，并且所述反射光分量包括具有高于所述截止波长的波长的光。

12.根据权利要求10所述的光热处理设备(2；30；60；130)，其特征在于，所述光热处理设备(2；30；60；130)包括发散空腔部分(152)和会聚空腔部分(156)，其中所述光源(12)被布置成朝向所述发散空腔部分(152)的第一端，所述光出射窗(10)被布置在所述会聚空腔部分(156)的一端处，并且所述二向色滤光器(34；64；104；134)被布置在所述发散空腔部分(152)和所述会聚空腔部分(156)之间。

13.根据权利要求12所述的光热处理设备(2；30；60；130)，其特征在于，所述会聚空腔部分(156)和发散空腔部分(152)被配置成使得进入所述会聚空腔部分(156)而未从所述二向色滤光器(34；64；104；134)反射的光被所述会聚空腔部分(156)远离所述光出射窗(10)并且朝向所述发散空腔部分(152)反射。