ES2672325T3 - Sistema láser de semiconductor del tipo de refrigeración bilateral para uso médico de belleza - Google Patents

Sistema láser de semiconductor del tipo de refrigeración bilateral para uso médico de belleza Download PDF

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Abstract

Un sistema de láser de semiconductor del tipo de refrigeración bilateral para uso médico de belleza, que incluye: una matriz (1) de láseres de semiconductor que comprende una multitud de láseres de semiconductor apilados, una guía de ondas óptica (2) dispuesta delante de una superficie emisora de luz de la matriz (1) de láseres de semiconductor, una ventana de contacto (3) transparente que hace tope contra un extremo de la salida de luz de la guía de ondas óptica (2), un par de bloques de refrigeración (4) para la refrigeración por conducción de la ventana de contacto (3), un primer bloque (6) de flujo continuo de agua y un segundo bloque (8) de flujo continuo de agua; en los que, la matriz (1) de láseres de semiconductor se dispone sobre el segundo bloque (8) de flujo continuo de agua y una barrera aislante está dispuesta entre ellos; el primer bloque (6) de flujo continuo de agua comprende una base y un cabezal en forma de U ubicado en la base; las partes central y trasera de la guía de ondas óptica (2) se incrustan en el cabezal en forma de U; y un bloque fijo (11) se dispone sobre una parte correspondiente de la guía de ondas óptica (2) para presionar firmemente y fijar la guía de ondas óptica (2); se proporciona una separación entre la guía de ondas óptica (2) y las paredes laterales del cabezal en forma de U; se disponen simétrica y secuencialmente un par de refrigeradores termoeléctricos (5) y el par de bloques (4) de refrigeración en los lados exteriores del cabezal en forma de U; y el par de bloques (4) de refrigeración se extiende a una parte delantera de la guía de ondas óptica (2) y rodea las paredes laterales de la ventana de contacto (3) y la parte delantera de la guía de ondas óptica (2).

Description

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DESCRIPCION
Sistema láser de semiconductor del tipo de refrigeración bilateral para uso médico de belleza Campo de la invención
La presente invención se refiere al campo de un láser de semiconductor, y más particularmente a un sistema láser de semiconductor del tipo de refrigeración bilateral para uso médico de belleza.
Antecedentes de la invención
Como un campo de aplicación importante del láser, el tratamiento médico con láser se ha desarrollado rápidamente y ha madurado gradualmente. Con un tamaño pequeño, peso liviano, larga vida útil, bajo consumo de energía, cobertura de longitud de onda amplia, etc., los láseres de semiconductor son particularmente adecuados para la fabricación de instrumentos médicos.
Los instrumentos de depilación láser actualmente disponibles en el mercado incluyen láser de rubí (con una longitud de onda de 694 nm), láser de alejandrita (con una longitud de onda de 755 nm), láser de semiconductor (con una longitud de onda de 810 nm) y láser de conmutación Q de Nd YAG (con una longitud de onda de 1064 nm), entre los cuales, el láser de semiconductor ha demostrado ser una herramienta segura y efectiva para la depilación.
Se estima que en 2010 hay alrededor de 5 millones de personas en cirugía de depilación láser en todo el mundo. Otra aplicación importante del láser de semiconductor en el campo de la belleza es llevar a cabo la renovación de la piel mediante la eliminación de arrugas y el rejuvenecimiento de la piel. El láser es absorbido por la humedad en el tejido de colágeno dérmico para producir un efecto térmico que estimula la regeneración y la remodelación del colágeno, que alisa y suaviza la piel y proporciona elasticidad a la piel. Además, el láser también se puede usar para el tratamiento de lesiones pigmentarias oscuras y azules, tales como pecas, pigmentación traumática, eliminación de tatuajes, cejas, delineador de ojos y similares.
La fuente térmica más ampliamente utilizada en oftalmología es el láser de semiconductor, que puede utilizarse para el tratamiento del glaucoma refractario, la hipertensión intraocular refractaria después de la inyección de aceite de silicio y la fotocoagulación y fijación de la retina y similares.
Con el desarrollo y la maduración de la tecnología del láser de semiconductor, el láser de semiconductor exhibe cada vez más ventajas y el alcance de la aplicación del mismo se está expandiendo rápidamente, cubriendo casi los ámbitos de aplicación de todos los demás láseres. El láser de semiconductor no solo puede compensar las deficiencias de la dificultad de la transmisión de fibra óptica y el funcionamiento inconveniente de un láser de CO2 de alta energía, sino que también compensa las deficiencias de la baja eficiencia y la incómoda disipación de calor de un láser sólido bombeado mediante lámpara, por lo que es un potencial láser médico predominante.
La Patente China N° CN1452465 describe un dispositivo de depilación láser de Yama Ltd., Japón. El dispositivo emplea un láser de semiconductor con una potencia de salida desde 5 mW hasta 1500 mW y una longitud de onda desde 600 nm hasta 1600 nm para la depilación. Sin embargo, el sistema tiene una potencia de salida baja, un tamaño de punto de luz pequeño y una longitud de onda de salida no ajustable, por lo que la eficiencia de la depilación es muy baja.
Además se describen sistemas de láser con disposiciones de refrigeración, por ejemplo, en los documentos WO 2009/014312 o CN 102 570 289.
Compendio de la invención
En vista de los problemas descritos anteriormente, un objetivo de la invención es proporcionar un sistema de láser de semiconductor del tipo de refrigeración bilateral para uso médico de belleza. La ventana de contacto del sistema puede contactar la piel directamente.
El objeto de la presente descripción se logra mediante la siguiente solución técnica.
Un sistema de láser de semiconductor del tipo de refrigeración bilateral incluye: una matriz de láseres de semiconductor que incluye una multitud de láseres de semiconductor apilados,
una guía de ondas óptica dispuesta delante de una superficie emisora de luz de la matriz de láser de semiconductor,
una ventana de contacto transparente que se apoya contra un extremo de la salida de luz de la guía de ondas óptica,
un par de bloques de refrigeración para la refrigeración por conducción de la ventana de contacto, y un primer bloque de flujo continuo de agua, en el que,
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la matriz de láseres de semiconductor está dispuesta en un segundo bloque de flujo continuo de agua y una barrera aislante está dispuesta entre ellos;
el primer bloque de flujo continuo de agua incluye una base y un cabezal en forma de U ubicado en la base; las partes central y posterior de la guía de ondas óptica están incrustadas en el cabezal en forma de U; y se dispone un bloque fijo en una parte correspondiente de la guía de ondas óptica para presionar firmemente y fijar la guía de ondas óptica;
un espacio que se proporciona entre la guía de ondas ópticas y las paredes laterales del cabezal en forma de U; un par de refrigeradores termoeléctricos (TEC) y un par de bloques de refrigeración que se disponen secuencial y simétricamente en los lados exteriores del cabezal en forma de U; y el par de bloques de refrigeración que se extienden a una parte delantera de la guía de ondas óptica y rodean las paredes laterales de la ventana de contacto y la parte delantera de la guía de ondas óptica.
En base al esquema técnico básico mencionado anteriormente, la presente invención también proporciona las siguientes limitaciones y mejoras optimizadas.
Un canal de guía que se proporciona sobre una superficie de una base del primer bloque de flujo continuo de agua para guiar el exceso de agua hacia la descarga.
La guía de ondas óptica en su conjunto es un cilindro, un tronco de cono, un prisma o un tronco de un prisma, según se desee.
La ventana de contacto está fabricada de zafiro, vidrio K9, vidrio de cuarzo o diamante; y la guía de ondas óptica está fabricada de zafiro, vidrio K9 o diamante.
La ventana de contacto y la guía de ondas óptica son una estructura integrada de zafiro.
La ventana de contacto y las partes delanteras de los bloques de refrigeración presentan una estructura de protuberancia como un conjunto.
Los canales de refrigeración líquida del primer bloque de flujo continuo de agua y del segundo bloque de flujo continuo de agua están conectados en serie o son independientes entre sí.
Los bloques de refrigeración están hechos de cobre, aluminio, hierro, cobre chapado en oro, aluminio chapado en oro, acero inoxidable o diamante.
El primer bloque de flujo continuo de agua y el segundo bloque de flujo continuo de agua están hechos de cobre, aluminio, acero inoxidable, aluminio anodizado duro o plástico.
Cada uno de los láseres semiconductores incluye chips de barras empaquetados sobre un disipador de calor, y el disipador de calor es un disipador de calor de microcanal, un disipador de calor de macrocanal o un bloque de metal; y los chips de barras incluyen un solo punto luminoso o una multitud de puntos luminosos.
Se dispone una lente de colimación delante de los láseres de semiconductor para la colimación axial rápida o para la colimación axial simultánea rápida y lenta.
Según las soluciones técnicas de la presente invención, en presencia de la lente de colimación dispuesta delante de los láseres de semiconductor para la colimación axial rápida o para la colimación axial simultánea rápida y lenta, la guía de ondas óptica se reemplaza por un par de barreras de luz que son perpendiculares al eje lento y están chapados con películas altamente reflectantes en sus lados internos.
Las barreras de luz están fabricadas de cobre chapado en oro o de cobre chapado en plata.
Las ventajas del sistema láser de semiconductor del tipo de refrigeración bilateral de la invención se resumen a continuación.
1. El ángulo de divergencia de las barras a lo largo del eje rápido en el conjunto de láser de semiconductor está entre 30 grados y 40 grados, y el ángulo de divergencia a lo largo del eje lento está entre 5 grados y 10 grados. En este caso, el uso de la guía de ondas óptica para transmitir láser puede restringir la divergencia de los haces de láser, de modo que los haces de láser se reflejen repetidamente en la guía de ondas óptica para formar puntos de luz uniformes en el extremo.
2. Los refrigeradores del sistema presentan una estructura única, compacta y estable, de modo que la temperatura de la superficie de trabajo adaptada al contacto directo con la piel puede estar cerca del punto de congelación.
3. Los refrigeradores termoeléctricos (TEC) se usan como fuente de refrigeración para ajustar la temperatura de los bloques de refrigeración y enfriar la ventana de contacto a una temperatura tan baja como aproximadamente 5 grados Celsius (es decir, punto de congelación), por lo que el dolor se alivia de forma eficaz durante el tratamiento.
4. Los bloques de flujo continuo de agua están equipados con canales de refrigeración líquida y, por lo tanto, tienen una alta eficiencia de disipación de calor. Además, el bloque de flujo continuo de agua debajo de los refrigeradores termoeléctricos está en conexión en serie con los canales de refrigeración líquida de otras partes, tales como la matriz de láseres de semiconductor, de modo que las rutas de agua de refrigeración de la matriz de láseres de
5 semiconductor y los refrigeradores termoeléctricos (TEC) están conectados en serie y se comunican entre sí a través de los bloques de flujo continuo de agua, presentando una estructura simple. Como resultado, se resuelve el problema de la desconexión de las derivaciones de las rutas convencionales de agua conectadas en paralelo, el láser de semiconductor se puede enfriar con eficacia y el funcionamiento del láser es estable y fiable.
5. La ventana de contacto está diseñada como una estructura de protuberancia, lo que impide la interferencia de 10 elementos auxiliares como el gel refrigerante en el proceso de tratamiento, garantizando así el funcionamiento
estable y fiable del láser. La ventana de contacto es conveniente para el reemplazo, y contacta estrechamente la piel en uso, la temperatura del sitio de contacto está cerca del punto de congelación, lo que protege eficazmente la piel de lesiones por calor y dolor, aumenta la energía del tratamiento y mejora la efectividad terapéutica. En uso, la ventana de contacto presiona la piel y aplana el folículo piloso, de modo que la velocidad de absorción del láser 15 aumenta en un 30-40%.
6. El canal de guía se proporciona en el bloque de flujo continuo de agua para que el exceso de agua resultante de la condensación de la humedad pueda descargarse, evitando así la contaminación del láser de semiconductor.
7. Una lente de colimación (principalmente para la colimación axial rápida) está dispuesta frente a los láseres de semiconductor para estrechar el ángulo de divergencia, y la guía de ondas óptica puede restringir la divergencia del
20 láser a lo largo del eje lento. Al final, los puntos de luz de la tira se producen a la salida de la guía de ondas óptica, y la densidad de energía de cada punto de luz satisface los requisitos para el tratamiento médico con láser. Solo mediante un solo escaneo se puede lograr el mismo o incluso mejor efecto en comparación con la exposición repetida convencional en los puntos de luz uniformes. Opcionalmente, se disponen un par de barreras de luz perpendiculares al eje lento delante de la superficie emisora de luz del láser de semiconductor para restringir los 25 haces a lo largo del eje lento.
La invención se define en las reivindicaciones, otras realizaciones son meramente ejemplares.
Breve descripción de los dibujos
La FIG. 1 es un estereograma que muestra una estructura de un sistema de láser de semiconductor del tipo de refrigeración bilateral según una realización de la invención;
30 La FIG. 2 es una vista superior del sistema de láser de semiconductor del tipo de refrigeración bilateral de la FIG. 1;
La FIG. 3 es un estereograma que muestra una estructura de un sistema de láser de semiconductor del tipo de refrigeración bilateral equipado con una lente de colimación según una realización de la invención; y
La FIG. 4 es un diagrama esquemático de los puntos de luz según una realización de la invención.
En los dibujos, se utilizan las siguientes referencias numéricas: 1. Matriz de láseres de semiconductor; 2. Guía de 35 ondas óptica; 3. Ventana de contacto; 4. Bloque de refrigeración; 5. Refrigerador termoeléctrico (TEC); 6. Primer bloque de flujo continuo de agua; 7. Disipador de calor; 8. Segundo bloque de flujo continuo de agua; 9. Entrada de agua; 10. Salida de agua; 11. Bloque fijo; 12. Chip de barras (sitio de concentración); 13. Lente de colimación.
Descripción detallada de las realizaciones
La descripción detallada de la invención se dará a continuación junto con los dibujos adjuntos.
40 Como se muestra en las FIGs. 1 y 2, la invención proporciona un sistema de láser de semiconductor del tipo de refrigeración bilateral para uso médico de belleza, particularmente para la depilación. El sistema incluye una matriz 1 de láser de semiconductor, una guía de ondas óptica 2, una ventana de contacto 3, los bloques de refrigeración 4, los refrigeradores termoeléctricos (TEC) 5, un primer bloque 6 de flujo continuo de agua y un segundo bloque 8 de flujo continuo de agua.
45 La matriz 1 de láseres de semiconductor emplea ocho chips 12 de barra de 808 nm que tienen una potencia de salida de 120 W que están empaquetados en un disipador de calor 7 de microcanal. La matriz 1 de láseres de semiconductor se dispone en el segundo bloque 8 de flujo continuo de agua.
La guía de ondas óptica 2 se dispone en el extremo de emisión del láser de la matriz 1 de láseres de semiconductor, y se configura para reflejar y emitir totalmente los haces de láser. La ventana de contacto 3 se apoya contra un 50 extremo de salida de luz de la guía de ondas óptica 2.
El primer bloque 6 de flujo continuo de agua incluye una base y un cabezal en forma de U ubicado en la base. Las partes central y posterior de la guía de ondas óptica 2 están incrustadas en el cabezal en forma de U. Se dispone un bloque fijo 11 en una parte correspondiente de la guía de ondas óptica para presionar firmemente y fijar la guía de
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ondas óptica 2. Se proporciona un espacio entre la guía de ondas óptica y las paredes laterales del cabezal en forma de U. Se disponen un par de refrigeradores termoeléctricos (tEc) y un par de bloques de refrigeración de forma secuencial y simétrica en los lados exteriores del cabezal en forma de U. El par de bloques de refrigeración se extiende a una parte frontal de la guía de ondas óptica y rodea las paredes laterales de la ventana de contacto y la parte frontal de la guía de ondas óptica.
La disposición de la estructura de refrigeración se puede entender desde otra perspectiva. Los primeros bloques 6 de flujo continuo de agua se disponen en dos lados de la guía de ondas óptica 2, y los refrigeradores termoeléctricos (TEC) 5 se disponen en los lados exteriores de los dos primeros bloques 6 de flujo continuo de agua. Los dos primeros bloques 6 de flujo continuo de agua pueden integrarse en los dos los lados de la guía de ondas óptica 2. El bloque fijo 11 se dispone sobre y presiona a la guía de ondas óptica. Los bloques de refrigeración 4 se disponen en los lados exteriores de los refrigeradores termoeléctricos (TEC) 5. Las partes delanteras de los dos bloques de refrigeración 4 rodean la ventana de contacto 3 y refrigeran la ventana de contacto 3.
Para mejorar la densidad de energía, la guía de ondas óptica se presenta en forma de un tronco de un prisma o un tronco de un cono con capacidad de hacer converger al haz. En la práctica, si la guía de ondas óptica es un metal, debería ser hueca, y los cuatro lados internos de la misma deberían chaparse con películas reflectantes. Opcionalmente, la guía de ondas óptica puede estar fabricada de material transparente, tal como vidrio, resina, zafiro y diamante, que puede ser sólida o hueca. Preferiblemente, la guía de ondas óptica está fabricada de zafiro, vidrio K9 o diamante.
La ventana de contacto 3 y la guía de ondas óptica 2 son una estructura integrada, preferiblemente, fabricada de zafiro. La mayor parte de la energía del láser se restringe y se transmite en la guía de ondas óptica 2 y no puede desbordarse.
Preferiblemente, la ventana de contacto y las partes delanteras de los bloques de refrigeración presentan una estructura de protuberancia como un conjunto. Los bloques 4 de refrigeración están fabricados de materiales de alta conductividad térmica, tales como cobre, aluminio, hierro, cobre chapado en oro, aluminio chapado en oro, acero inoxidable o diamante.
Los primeros bloques 6 de flujo continuo de agua y los segundos bloques 8 de flujo continuo de agua están dispuestos separados unos de los otros en el espacio, ambos fabricados de cobre, y una multitud de canales de refrigeración de líquido están dispuestos en el medio tanto de los primeros bloques 6 de flujo continuo de agua como de los segundos bloques 8 de flujo continuo de agua. Además, se proporciona un canal de guía sobre una superficie de una base de los primeros bloques de flujo continuo de agua para guiar el exceso de agua hacia la descarga.
La ruta de agua de refrigeración de la matriz 1 de láseres de semiconductor, es decir, los segundos bloques 8 de flujo continuo de agua, y la ruta de agua de refrigeración de los refrigeradores termoeléctricos (TEC) 5, es decir, los primeros bloques de flujo continuo de agua, están conectados en serie. En los segundos bloques 8 de flujo continuo de agua, el agua fluye desde la entrada 9 de agua, pasa a través de la matriz 1 de láseres de semiconductor, alcanza los dos primeros bloques 6 de flujo continuo de agua, y sale de la salida 10 de agua.
Opcionalmente, para facilitar el procesamiento, los canales de refrigeración de líquido de los primeros bloques de flujo continuo de agua y de los segundos bloques de flujo continuo de agua están conectados en serie o son independientes entre sí.
En este ejemplo, en la superficie del extremo de trabajo de la ventana de contacto 3, la potencia de salida del láser puede alcanzar 787,2 W, la temperatura de la ventana de contacto puede ser inferior a 5 grados Celsius, y los puntos de luz producidos son uniformes.
Además, como se muestra en la FIG. 3, según sea necesario, se dispone una lente de colimación 13 delante de los láseres de semiconductor para la colimación axial rápida o para la colimación axial simultánea rápida y lenta. Como resultado, se generan puntos de luz de tira en la salida de la guía de ondas óptica (como se muestra en la FIG. 4). La densidad de energía de cada punto de luz de tira puede satisfacer los requisitos médicos. Solo mediante un único escaneo se puede lograr el mismo o incluso mejor efecto en comparación con la exposición repetida convencional en los puntos de luz uniformes.
En presencia de la lente de colimación 13, la guía de ondas óptica puede reemplazarse por un par de barreras de luz que son perpendiculares al eje lento y están chapadas con películas de alta reflectividad en sus lados interiores, de modo que se evita la divergencia del eje lento. Las barreras de luz están fabricadas de cobre chapado en oro o de cobre chapado en plata.

Claims (11)

  1. 5
    10
    15
    20
    25
    30
    35
    40
    45
    REIVINDICACIONES
    1. Un sistema de láser de semiconductor del tipo de refrigeración bilateral para uso médico de belleza, que incluye:
    una matriz (1) de láseres de semiconductor que comprende una multitud de láseres de semiconductor apilados,
    una guía de ondas óptica (2) dispuesta delante de una superficie emisora de luz de la matriz (1) de láseres de semiconductor,
    una ventana de contacto (3) transparente que hace tope contra un extremo de la salida de luz de la guía de ondas óptica (2),
    un par de bloques de refrigeración (4) para la refrigeración por conducción de la ventana de contacto (3),
    un primer bloque (6) de flujo continuo de agua y un segundo bloque (8) de flujo continuo de agua; en los que,
    la matriz (1) de láseres de semiconductor se dispone sobre el segundo bloque (8) de flujo continuo de agua y una barrera aislante está dispuesta entre ellos;
    el primer bloque (6) de flujo continuo de agua comprende una base y un cabezal en forma de U ubicado en la base; las partes central y trasera de la guía de ondas óptica (2) se incrustan en el cabezal en forma de U; y un bloque fijo (11) se dispone sobre una parte correspondiente de la guía de ondas óptica (2) para presionar firmemente y fijar la guía de ondas óptica (2);
    se proporciona una separación entre la guía de ondas óptica (2) y las paredes laterales del cabezal en forma de U; se disponen simétrica y secuencialmente un par de refrigeradores termoeléctricos (5) y el par de bloques (4) de refrigeración en los lados exteriores del cabezal en forma de U;
    y el par de bloques (4) de refrigeración se extiende a una parte delantera de la guía de ondas óptica (2) y rodea las paredes laterales de la ventana de contacto (3) y la parte delantera de la guía de ondas óptica (2).
  2. 2. El sistema de la reivindicación 1, en el que se proporciona un canal de guía sobre una superficie de una base del primer bloque (6) de flujo continuo de agua para guiar el exceso de agua hacia la descarga.
  3. 3. El sistema de la reivindicación 1, en el que la guía de ondas óptica (2) como un conjunto es un prima o un tronco de un prisma.
  4. 4. El sistema de la reivindicación 1, en el que la ventana de contacto (3) se fabrica de zafiro, vidrio K9, cristal de cuarzo o diamante; y la guía de ondas óptica (2) se fabrica de zafiro, vidrio K9 o diamante.
  5. 5. El sistema de la reivindicación 1, en el que la ventana de contacto (3) y la guía de ondas óptica (2) son una estructura integrada de zafiro.
  6. 6. El sistema de la reivindicación 1, en el que la ventana de contacto (3) y las partes delanteras de los bloques de refrigeración (4) presentan una estructura de protuberancia como un conjunto.
  7. 7. El sistema de la reivindicación 1, en el que los canales de refrigeración de líquido del primer bloque (6) de flujo continuo de agua y del segundo bloque (8) de flujo continuo de agua están conectados en serie o son independientes entre sí.
  8. 8. El sistema de la reivindicación 1, en el que los bloques de refrigeración (4) están fabricados de cobre, aluminio, hierro, cobre chapado en plata, aluminio chapado en oro, acero inoxidable o diamante.
  9. 9. El sistema de la reivindicación 1, en el que el primer bloque (6) de flujo continuo de agua y el segundo bloque (8) de flujo continuo de agua están fabricados de cobre, aluminio, acero inoxidable, aluminio anodizado duro o plástico.
  10. 10. El sistema de la reivindicación 1, en el que cada uno de los láseres de semiconductor comprenden chips (12) de barra empaquetados sobre un disipador (7) de calor, y el disipador (7) de calor es un disipador de calor de microcanal, un disipador de calor de macrocanal o un bloque de metal; y los chips (12) de barra comprenden un solo punto luminoso o una multitud de puntos luminosos.
  11. 11. El sistema de la reivindicación 1, en el que la lente (13) de colimación se dispone en frente de los láseres de semiconductor para la colimación axial rápida o para la colimación axial lenta y rápida simultánea.
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