"Vorrichtung zur Rasur von Haaren eines Menschen mittels
Laserstrahlung"
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Rasur von Haaren eines Menschen gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie eine Anwendung dieser Vorrichtung.
Eine Vorrichtung der vorgenannten Art ist aus der internationalen Patentanmeldung WO 93/05920 A1 bekannt. Die darin beschriebene Vorrichtung kann eine Basisstation und ein tragbares Handstück umfassen, das der Benutzer in den Arbeitsbereich führen kann, in dem Haare abzurasieren sind. Die Basisstation und das Handstück können über ein Kabel miteinander verbunden sein, das eine Lichtleitfaser umfasst. In der Basisstation ist eine Laserlichtquelle untergebracht, deren Licht durch eine Reihe von Linsen hindurch tritt, bevor es in die Lichtleitfaser eintritt. Nach dem Austritt aus der Lichtleitfaser in dem Handstück tritt die Laserstrahlung ebenfalls durch mehrere Linsen, insbesondere Zylinderlinsen hindurch, so dass Laserstrahlung mit einem linienförmigen Querschnitt aus dem Handstück zur Rasur menschlicher Haare austreten kann.
Als nachteilig bei einer derartigen Vorrichtung erweist sich die Komplexität des optischen Aufbaus, die hohe Herstellungskosten mit sich bringt.
Das der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Problem ist die Schaffung einer Vorrichtung der eingangs genannten Art, die kostengünstiger herstellbar ist.
Dies wird erfindungsgemäß durch eine Vorrichtung der eingangs genannten Art mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1
erreicht. Die Unteransprüche betreffen bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung.
Durch das Vorsehen einer Mehrzahl von Lichtleitfasern zur Übertragung der Laserstrahlung, deren Enden in der tragbaren Einheit derart angeordnet sind , dass die aus diesen Enden austretende Laserstrahlung zumindest teilweise überlappen kann und im überlappten Zustand einen lang gestreckten Strahlquerschnitt aufweist, kann mit einfachen Mitteln ein zur Rasur geeigneter Strahlquerschnitt erzielt werden. Es besteht dabei insbesondere die Möglichkeit, den für die Rasur geeigneten, lang gestreckten Strahlquerschnitt ohne zusätzliche Optikmittel wie Linsen oder mit deutlich weniger oder kostengünstigeren Optikmitteln zu erzielen. Bei einer Ausführung ohne Linsen oder dergleichen vor den Austrittsenden der Lichtleitfasern kann zusätzlich auch auf hochpräzise und damit teure mechanische Halterungen verzichtet werden. Weiterhin entfällt bei der Herstellung der Vorrichtung die aufwändige Justage derartiger Linsen und Halterungen. Ein weiterer Vorteil ergibt sich dadurch, dass auch bei Defekten an einzelnen Lichtwellenleitern die Vorrichtung weiter genutzt werden kann, weil durch die übrigen Lichtwellenleiter weiterhin Laserstrahlung übertragen wird.
Insbesondere können dazu die Enden der Lichtleitfasern in der tragbaren Einheit im Wesentlichen in einer Reihe nebeneinander angeordnet sein, so dass sich im überlappten Zustand der Laserstrahlung ein im Wesentlichen linienförmiger Strahlquerschnitt ergibt. Diese Anordnung der Mehrzahl von Lichtleitfasern ermöglicht also die Schaffung eines linienförmigen Strahlquerschnitts ohne zusätzlich Zylinderlinsen oder dergleichen. Diese Anordnung der Lichtleitfasern kann während der Herstellung der Vorrichtung rein
passiv, das heißt ohne Laserbetrieb erstellt werden, so dass die Herstellungskosten weiter gesenkt werden können.
Es besteht die Möglichkeit, dass die Vorrichtung eine Mehrzahl von Laserlichtquellen umfasst, die vorzugsweise als einzelne Laserdioden oder als einzelne Emitter eines Laserdiodenbarrens ausgebildet sind. Insbesondere kann dabei jeder der Laserlichtquellen genau eine Lichtleitfaser zugeordnet sein. Einzelne Laserdioden verfügen gegenüber Laserdiodenbarren über den Vorteil, dass sie eine höhere Lebensdauer aufweisen und bei höheren Temperaturßn betrieben werden können, so dass an die Kühlung geringere Anforderungen gestellt werden müssen. Weiterhin kann ein unabhängiger Betrieb der einzelnen Laserdioden gewählt werden, so dass der Ausfall einer einzelnen Laserdiode nicht zu Defekten weiterer Laserdioden führt und die Vorrichtung trotzdem weiter verwendet werden kann. Dies kann beispielsweise durch eine Reihenschaltung der Laserdioden mit Ausfallsicherung wie niederohmige Überbrückung bei Ausfall einer Diode gewährleistet werden. Weiterhin trägt die Verwendung vieler identischer beziehungsweise gleicher Bauteile, wie die Verwendung mehrerer gleicher Laserdioden und mehrerer gleiche)" Lichtleitfasern aufgrund von Massenfertigung zur Reduktion der Kosten bei.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung kann sich dadurch ergeben, dass jeweils eine Lichtleitfaser derart vor einer der Laserlichtquellen angeordnet sein kann, dass das aus der Laserlichtquelle austretende Laserlicht direkt in die Lichtleitfaser gelangt, insbesondere ohne vorherigen Durchtritt durch Optikmittel wie Linsen oder dergleichen. Somit kann auch auf der Eingangsseite der Lichtleitfasern auf Linsen verzichtet werden, so dass die Kosten weiter gesenkt werden können. Allenfalls könnte zwischen einer Laserdiode oder einem Laserdiodenbarren und der Lichtleitfaser oder den Lichtleitfasern eine Fast-Axis-Kollimations-Linse angeordnet werden, um die
Laserstrahlung hinsichtlich der großen Divergenz in der so genannten Fast-Axis weitgehend zu kollimieren.
Es besteht die Möglichkeit, dass die Übertragungsmittel ein flexibles Kabel umfassen, in dem die Lichtleitfasern dicht gepackt sind. Dabei ergibt sich eine besonders dichte und kompakte Packung, wenn die Anzahl der Lichtleitfasern 7 oder 19 oder 37 beträgt.
Es besteht weiterhin die Möglichkeit, dass das flexible Kabel eine elektrische Signalleitung und/oder mindestens einen Lichtwellenleiter zur Führung sichtbarer Pilotstrahlung umfasst. Vermittels der elektrischen Signalleitung kann beispielsweise die Laserlichtquelle geschaltet werden. Die Pilotstrahlung kann von einer Leuchtdiode oder Laserdiode, die für die Erzeugung sichtbaren Lichts geeignet ist, ausgehen und durch eine zusätzliche Lichtleitfaser der tragbaren Einheit zugeführt werden. Beispielsweise für den Fall, dass die Laserstrahlung aus der tragbaren Einheit in einen Arbeitsbereich zum Rasieren von Haaren austritt, kann die Pilotstrahlung dem Benutzer die Zielführung der Laserstrahlung erleichtern.
Es besteht die Möglichkeit, eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum Desinfizieren oder zum Kunststoffbearbeiten zu verwenden. In diesem Fall muss natürlich die Ausgangsleistung der mindestens einen Laserlichtquelle an die Anwendung angepasst werden. Es zeigt sich jedoch, dass durch den von der entsprechenden Anordnung der Lichtleitfasern erzeugten linienförmigen Strahlquerschnitt ein Schweißen, Schneiden oder Modifizieren von Kunststoff ermöglicht wird.
Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden deutlich anhand der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die beiliegenden Abbildungen. Darin zeigen
Fig. 1 eine schematische perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung;
Fig. 2 schematisch den Aufbau eines Ausführungsbeispiels einer Basiseinheit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung;
Fig. 3 einen Querschnitt durch ein Ausführungsbeispiel einer
Halterung der Lichtleitfasern in der tragbaren Einheit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung;
Fig. 4a einen Querschnitt durch ein Ausführungsbeispiel eines Bündels von 7 Lichtleitfasern einer erfindungsgemäßen Vorrichtung;
Fig. 4b einen Querschnitt durch ein Ausführungsbeispiel eines Bündels von 19 Lichtleitfasern einer erfindungsgemäßen Vorrichtung;
Fig. 4c einen Querschnitt durch ein Ausführungsbeispiel eines Bündels von 37 Lichtleitfasern einer erfindungsgemäßen Vorrichtung;
Fig. 5a eine zweidimensionale Intensitätsverteilung der von einer erfindungsgemäßen Vorrichtung ausgehenden Laserstrahlung in einer Anwendungsebene;
Fig. 5b eine eindimensionale Darstellung der Intensitätsverteilung gemäß Fig. 5a;
Fig. 5c eine weitere eindimensionale Darstellung der Intensitätsverteilung gemäß Fig. 5a;
Wie aus Fig. 1 ersichtlich ist, umfasst eine erfindungsgemäße Vorrichtung eine Basiseinheit 1 , eine tragbare Einheit 2 und ein diese miteinander verbindendes flexibles Kabel 3. Die tragbare Einheit 2 kann an einer Seite eine schlitzförmige Öffnung aufweisen, durch die hindurch Laserstrahlung 4 aus der tragbaren Einheit austreten kann.
Aus Fig. 2 sind schematisch Einzelheiten einer beispielhaften Ausführungsform einer Basiseinheit 1 ersichtlich. Diese Basiseinheit 1 umfasst einen Kühlkörper 5, auf dem eine Mehrzahl von Laserdioden 6 angebracht ist. Durch die Anordnung der Laserdioden 6 auf einem gemeinsamen Kühlkörper 5 wird die von den einzelnen Laserdioden 6 erzeugte Wärme vergleichsweise gleichmäßig verteilt, wodurch die thermische Belastung der Laserdioden 6 aufgrund kleiner Temperaturgradienten gering ist.
Beispielsweise können etwa 10 bis 30 Laserdioden 6, vorzugsweise etwa 19 Laserdioden 6 vorgesehen sein. Die Laserdioden 6 können jeweils eine optische Leistung von etwa 3 W bis 8 W bei einer Emissionswellenlänge zwischen 800 nm und 1000 nm aufweisen.
Anstelle einer Mehrzahl von Laserdioden 6 kann bei einer alternativen Ausführungsform auch ein Laserdiodenbarren mit einer Mehrzahl von Emissionsquellen vorgesehen sein. Es besteht auch die Möglichkeit, eine Mehrzahl von Laserdiodenbarren vorzusehen.
Vor einer jeder der Laserdioden 6 ist eine Lichtleitfaser 7 positioniert, in die das von der entsprechenden Laserdiode 6 ausgehende Licht eintreten kann. Dabei sind in der abgebildeten Ausführungsform keine Optikmittel wie Linsen oder dergleichen zwischen der Laserdiode 6 und dem Eintrittsende der Lichtleitfaser 7 angeordnet. Bei
entsprechendem Abstand und geeigneter Positionierung kann trotzdem gewährleistet werden, dass ein Großteil des aus der Laserdiode austretenden Lichtes in die Lichtleitfaser 7 einkoppelt. Die Lichtleitfasern 7 können jeweils einen Kerndurchmesser von 100 μm und eine numerische Apertur von 0,22 aufweisen. Die Lichtleitfasern 7 können mit Metall beschichtet sein, um sie flexibler zu machen und ihre Bruchfestigkeit gegenüber unbeschichteten Lichtleitfasern zu erhöhen.
Es kann auch zwischen der Laserdiode 6 und der entsprechenden Lichtleitfaser 7 eine Linse, beispielsweise eine Fast-Axis- Kollimationslinse vorgesehen sein, um die Divergenz des aus der Laserdiode 6 austretenden Laserlichts hinsichtlich der Richtung senkrecht zur aktiven Schicht vor dem Eintritt in die Lichtleitfaser 7 zumindest teilweise zu kollimieren.
Die Basiseinheit 1 kann neben den abgebildeten Laserdioden 6 und dem Kühlkörper 5 ein Netzteil mit einer Stromversorgung für die Laserdioden sowie eine Steuerelektronik umfassen. Die einzelnen Laserdioden 6 können in Reihe geschaltet sein, wobei insbesondere Mittel zur niederohmigen Überbrückung einer ausgefallenen Laserdiode 6 vorgesehen sein können, um einen reibungslosen Betrieb der Vorrichtung auch bei Ausfall einzelner Laserdioden zu gewährleisten. Bei dieser Reihenschaltung der einzelnen Laserdioden 6 treten wesentlich geringere Ströme auf als bei Laserdiodenbarren. Dadurch können elektrische Leitungen mit kleineren Querschnitten und einfachere elektronische Schaltungen eingesetzt werden.
Weiterhin kann in der Basiseinheit 1 auch die Kühlungsversorgung für die Laserdioden 6 untergebracht sein, die insbesondere als Luftkühlung oder als Kühlung mit Peltierelementen ausgebildet ist.
Die von den einzelnen Laserdioden 6 ausgehenden Lichtleitfasern 7 werden zu einem Bündel zusammengefasst und sind Teil des flexiblen Kabels 3, das die Basiseinheit 1 mit der tragbaren Einheit 2 verbindet. In dem Kabel 3 können weiterhin elektrische Signalleitungen, beispielsweise zur Schaltung oder Steuerung der Laserdioden 6 aufgenommen sein. Zusätzlich kann das Kabel 3 eine oder mehrere Lichtleitfasern zur Führung sichtbarer Pilotstrahlung umfassen. Diese Pilotstrahlung kann von einer in der Basiseinheit vorgesehenen Laserdiode oder Leuchtdiode ausgehen, die Licht im sichtbaren Bereich des Spektrums aussendet. Die Pilotstrahlung kann dem Benutzer verdeutlichen, welchen Verlauf die Laserstrahlung nach dem Austritt aus der tragbaren Einheit 2 nimmt.
Aus Fig. 3 ist ein Detail eines Ausführungsbeispiels einer tragbaren Einheit 2 ersichtlich. Insbesondere umfasst dieses Ausführungsbeispiel ein Halteteil 8 mit einer Mehrzahl von V-förmigen Nuten 9. In einer jeder dieser Nuten 9 ist eine der Lichtleitfasern 7 angeordnet. Die Lichtleitfasern 7 werden in den Nuten 9 durch eine Platte 10 gehalten, die auf der von den Nuten 9 abgewandten Seite der Lichtleitfasern 7 an diesen anliegt und beispielsweise mit dem Halteteil 8 verbunden ist. Die tragbare Einheit 2 kann ein für die Laserstrahlung 4 transparentes Schutzfenster umfassen, das die Enden der Lichtleitfasern 7 gegen äußere Einflüsse schützen kann. Insbesondere kann die tragbare Einheit 2 hermetisch gegen Feuchtigkeit und dergleichen abgeschlossen sein.
Der Abstand der unteren Enden der Nuten 9 zueinander kann zwischen 0,5 mm und 5 mm, insbesondere etwa 1 mm betragen. Der Abstand der Achsen der Lichtleitfasern 7 zueinander kann somit ebenfalls etwa 1 mm betragen. Das aus den einzelnen Lichtleitfasern 7 austretende Laserlicht überlappt bereits kurz hinter dem Ende der Lichtleitfasern 7 miteinander. In Fig. 5a ist zweidimensional die
Intensitätsverteilung der überlappten Laserstrahlung in einem Abstand von 3 mm hinter dem Ende der Lichtleitfasern 7 dargestellt. Dabei entsprechen dunklere Bereich einer höheren Intensität als hellere Bereiche.
In Fig. 5b und Fig. 5c sind die Intensitäten der Laserstrahlung jeweils gegen eine Ortskoordinate X oder Y aufgetragen, wobei die Richtungen X und Y senkrecht zueinander sind. Fig. 5b zeigt deutlich, dass die Intensitätsunterschiede zwischen den dunkleren Punkten in Fig. 5a, die den Kernen der einzelnen Lichtleitfasern 7 zugeordnet werden können, und den helleren Übergangs- oder Überlappbereichen zwar vorhanden aber nicht sehr ausgeprägt sind. Dadurch kann in einem Arbeitsabstand von 2 mm von dem Austrittsort der Laserstrahlung aus der tragbaren Einheit 2 eine für das Rasieren menschlicher Haare ausreichende Homogenität der linienartig überlappten Laserstrahlung gewährleistet werden.
Die mechanischen Toleranzanforderungen an das Halteteil 8 sind sehr gering, da durch eine leichte Änderung des Abstandes der Lichtleitfasern 7 zueinander die Intensitätsverteilung der überlappten Laserstrahlung nur unwesentlich beeinflusst wird. Dementsprechend ist die tragbare Einheit 2 aufgrund der großen mechanischen Toleranzen des Halteteils 8 weitestgehend unanfällig für äußere mechanische oder thermische Einflüsse. Diese Robustheit der tragbaren Einheit 2 wird durch das Schutzfenster und die hermetische Abdichtung der tragbaren Einheit 2 verstärkt.
In Fig. 4a ist die beispielhafte Anordnung von 7 Lichtleitfasern 7, in Fig. 4b die beispielhafte Anordnung von 19 Lichtleitfasern 7 und in Fig. 4c die beispielhafte Anordnung von 37 Lichtleitfasern 7 in einem Bündel von Lichtleitfasern dargestellt. Die genannten Zahlen von
Lichtleitfasern 7 ermöglichen jeweils eine sehr kompakte Anordnung der Lichtwellenleiter 7 in dem Bündel.