Прибор для обработки кожи на основе излучения
Изобретение относится к медицинской технике. Прибор для обработки кожи на основе излучения содержит лазерный источник излучения для обеспечения импульсного падающего пучка излучения для обработки кожи посредством индуцированного лазером оптического пробоя ткани волоса или кожи. В одной компоновке фокусирующая система имеет линзу предварительной фокусировки для увеличения схождения падающего пучка излучения и контактирующую с кожей линзу, имеющую выпуклые поверхности ввода излучения и выхода излучения. Положением фокального пятна управляют посредством регулировки промежутка между линзой предварительной фокусировки и линзой для контакта с кожей. В другой компоновке имеет место регулируемая система линз перед регулируемой фокусирующей системой для обеспечения компенсации аберрации в фокусирующей системе. 13 з.п. ф-лы, 7 ил.
ОБЛАСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Данное изобретение относится к прибору для генерации индуцированного лазером оптического пробоя в ткани кожи и который по существу может быть использован для (косметической) обработки кожи человека или животных. Прибор содержит источник излучения и оптическую систему для фокусирования падающего пучка излучения от источника излучения в фокальное пятно, расположенное вне прибора. В фокальном пятне интенсивность излучения достаточно велика для того, чтобы создавать индуцированный лазером оптический пробой.
ПРЕДПОСЫЛКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Такие приборы для обработки кожи на основе излучения, например, используют для косметической обработки, например, такой как обработка морщин, и для срезания волос. При обработке морщин на основе излучения, прибор создает фокальное пятно в слое дермы кожи, подлежащей обработке. Мощность и длительность лазерного импульса и размеры фокального пятна выбирают так, что явление индуцированного лазером оптического пробоя (LIOB) воздействует на кожу для того, чтобы стимулировать повторный рост ткани кожи и, при этом, уменьшать морщины. Пример такого прибора раскрыт в международной патентной заявке, опубликованной как WO2008/001284.
При срезании волос на основе излучения падающий пучок излучения фокусируют внутри волоса, и явление LIOB вызывает срезание волоса. Например, в международной патентной заявке, опубликованной как WO2005/011510, описан прибор для укорочения волос, содержащий лазерный источник для генерации лазерного пучка в течение заданной длительности импульса, оптическую систему для фокусирования лазерного пучка в фокальное пятно и манипулятор лазерного пучка для расположения фокального пятна в целевом положении. Размеры фокального пятна и мощность генерируемого лазерного пучка таковы, что в фокальном пятне лазерный пучок имеет плотность мощности, которая выше характеристического порогового значения для ткани волос, выше которого, в течение заданной длительности импульса явление индуцированного лазером оптического пробоя (LIOB) возникает в ткани волоса.
В целом, индуцированный лазером оптический пробой (LIOB) происходит в средах, которые прозрачны или полупрозрачны для длины волны лазерного пучка, когда плотность мощности (Вт/см2) лазерного пучка в фокальном пятне превышает пороговое значение, которое является характеристическим для конкретной среды. Ниже порогового значения конкретная среда имеет относительно слабые свойства линейного поглощения для конкретной длины волны лазерного пучка. Выше порогового значения среда имеет сильно нелинейные свойства поглощения для конкретной длины волны лазерного пучка, которые являются результатом ионизации среды и формирования плазмы. Это явление LIOB ведет к множеству механических эффектов, таких как кавитация и генерация ударных волн, которые повреждают среду в положениях, окружающих положение явления LIOB.
Обнаружено, что явление LIOB можно использовать для разрушения и укорочения волос, растущих из кожи. Ткань волоса прозрачна или полупрозрачна для длин волн между приблизительно 500 нм и 2000 нм. Для каждого значения длины волны в этом диапазоне явления LIOB возникают в ткани волоса в местоположении фокального пятна, когда плотность мощности (Вт/см2) лазерного пучка в фокальном пятне превышает пороговое значение, которое является характеристическим для ткани волоса. Указанное пороговое значение довольно близко к пороговому значению, которое является характеристическим для водных сред и ткани, и зависит от длительности импульса лазерного пучка. В частности, пороговое значение требуемой плотности мощности снижается, когда увеличивают длительность импульса.
Для того чтобы достигать механических эффектов в результате явления LIOB, которые достаточно эффективны, чтобы вызывать значимое повреждение, т. е. по меньшей мере начальное разрушение волоса, достаточно длительности импульса порядка, например, 10 нс. Для этого значения длительности импульса, пороговое значение плотности мощности лазерного пучка в фокальном пятне составляет порядка 2×1010 Вт/см2. Для описанной длительности импульса и при достаточно малых размерах получаемого фокального пятна, например, с помощью линзы, имеющей достаточно большую числовую апертуру, этого порогового значения можно достичь при общей энергии импульса только несколько десятых миллиджоуля. Значения параметров схожего порядка можно использовать для того, чтобы генерировать эффект LIOB в ткани кожи, как описано в WO2008/001284 более подробно.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Желательно, чтобы профессиональный прибор для обработки кожи на основе LIOB создавал повреждения на различных или нескольких глубинах внутри кожи, чтобы достигать более высокого эффекта обработки и/или, в частности, для обработки глубоких морщин, татуировок или других характеристик кожи. Также кожа не имеет равномерную толщину по всей площади кожи человека. Диапазон глубины такого прибора, например, предпочтительно представляет собой диапазон от 100 мкм до 1000 мкм. Кроме того, прибор должен быть способен обеспечивать этот признак фокуса переменной глубины без чрезмерно сложных модификаций системы. В идеале, глубина обработки должна быть регулируемой без вмешательства технического специалиста.
Максимальная достижимая глубина обработки в целом ограничена величиной доступной мощности лазера и физической глубиной дермы с одной стороны и близостью к окну выхода излучения прибора с другой стороны. Обработка слишком близко к окну (т.е. конечному оптическому элементу на пути лазера) может вести к оптическому разрушению в окне, приводя к устойчивому отказу прибора.
Также желательно, чтобы прибор делал возможной быструю обработку на разных отличающихся глубинах обработки, чтобы подходить для множества областей применения. Таким образом, предпочтительно также предусмотрен путь для удобного сканирования фокуса по области субъекта, подлежащей обработке.
Как указано выше в настоящем описании, генерация LIOB в коже, в частности, с использованием излучения, для которого кожа главным образом прозрачна, требует относительно высокой плотности мощности излучения. Однако, поскольку эпидермис содержит множество хромофоров, таких как меланин, остаточное линейное поглощение в эпидермисе не является незначительным. Таким образом, хотя импульсы излучения такой высокой плотности мощности можно выдавать с использованием доступных лазеров, задача данного прибора состоит в том, чтобы создавать такие LIOB в дерме кожи, при этом оставляя эпидермис главным образом незатронутым. Для того чтобы защищать эпидермис, необходима относительно большая числовая апертура (NA) оптической системы по меньшей мере для некоторых глубин обработки (в частности, для малых) под поверхностью кожи.
Отдельные линзы, которые имеют и большую числовую апертуру и большое свободное рабочее расстояние, обычно относительно громоздки. Например, масса типичных известных водно-иммерсионных объективов, имеющих типичные свободные рабочие расстояния в воде 3,3 и 2,2 мм, например, в значительной мере слишком велика для того, чтобы сделать возможным высокое ускорение во время сканирования. Дополнительно, их незатененная апертура велика, что ведет к относительно громоздкой сканирующей оптике, необходимой для того, чтобы отклонять пучок. Другая проблема, связанная с такой линзой объектива общего назначения, состоит в том, что ее не оптимизировали для использования с фокусировкой внутри кожи, что ведет к сниженной эффективности в применениях этих типов.
Дополнительная проблема, которая, таким образом, возникает в системе, имеющей регулируемую глубину фокуса, состоит в том, что когда пучок фокусируют на нескольких глубинах внутри кожи, качество пучка в фокусе будет снижено в результате (сферической) аберрации. Эти аберрации вводятся за счет переменной глубины мишени у различных объективов и вариаций влажности кожи от области к области у субъекта и от субъекта к субъекту. Снижение качества пучка в фокусе в результате аберраций может предотвращать возникновение LIOB для части или всех обрабатывающих импульсов и, тем самым, может вести к плохому эффекту обработки.
Требования пользователей быть способными обрабатывать субъекта на различных глубинах, таким образом, преимущественно относятся к оптимизации эффекта обработки, связанной с одной или более из указанных выше проблем.
Следовательно, существует потребность в приборе для генерации LIOB, в котором внесения излучения в кожу достаточно для различных глубин фокуса в коже.
Задача изобретения состоит в том, чтобы по меньшей мере частично удовлетворить эту потребность.
Эта задача достигается с использованием прибора, как определено независимыми пунктами формулы изобретения. Зависимые пункты формулы изобретения предусматривают преимущественные варианты осуществления.
Прибор содержит фокусирующую систему, содержащую линзу предварительной фокусировки для создания сходящегося пучка излучения и линзу фокусировки для введения пучка излучения в кожу. Линза фокусировки подходит для контакта с кожей или непосредственно или через дополнительные текучие вещества или фольгу, как объясняется в настоящем описании далее. Она имеет показатель преломления, который сравним с или больше показателя преломления кожи или эпидермиса кожи, так что введение пучка излучения в кожу достигается с большой NA в коже. Фокусирующая система содержит управляющее устройство, которое позволяет задавать различные глубины фокуса с использованием фокусирующей системы посредством простого изменения промежутка между линзой предварительной фокусировки и линзой фокусировки. Поверхность линзы фокусировки, которая принимает сходящийся пучок излучения, делают выпуклой. Это снижает явления лучепреломления и возможные аберрации, вводимые при этом, по сравнению с ситуацией с плоской поверхностью. Аберрации могут ухудшать качество фокуса, которое для успешного LIOB является важным параметром ввиду некоторых из указанных выше проблем. Выпуклая поверхность также служит для того, чтобы делать возможным или поддерживать достижение более высокой NA в коже. Например, выпуклая поверхность линзы фокусировки по меньшей мере в меньшей степени ухудшает введение пучка излучения в кожу на поверхности контакта с кожей для достижения большой NA. Настройки устройства, позволяющие задавать другую глубину фокуса (расстояние от фокусирующей системы (т. е. линзы фокусировки) до фокуса), допускают изменение промежутка между линзой предварительной фокусировки и линзой фокусировки, при этом уменьшая сопутствующее введение этих аберраций или уменьшение NA по сравнению с плоской поверхностью. Таким образом, прибор предусматривает фокусирующую систему, которая дает управляемую глубину, т. е. положение фокуса по глубине под поверхностью кожи, и которую можно реализовать при низкой стоимости и простой применимости к системе. Это предоставляет усовершенствование для других решений, которые позволяют реализовать требуемые свободные рабочие расстояния. Например, можно использовать коммерческую асферическую и сферическую оптику, которую обычно разрабатывают для применения в проигрывателях Blue-ray, проигрывателях CD, проигрывателях DVD и для оптических телекоммуникационных длин волн. Однако такая стандартная сферическая оптика обычно громоздка для легкого обращения. Эта оптика также дает низкую эффективность фокусирования в коже для того, чтобы создавать LIOB, поскольку ее оптические свойства и свойства материалов не являются удовлетворительными.
Прибор делает возможной усовершенствованную комбинацию малой массы, большого свободного рабочего расстояния и надлежащей геометрии сопряжения с кожей.
Линза предварительной фокусировки может содержать асферическую линзу. Коммерческую асферическую линзу, например, можно использовать в комбинации со специальной сферической оптикой. Развитие приемов изготовления для миниатюрной асферической оптики все еще отстает от развития специальной сферической оптики. Большую часть асферической микрооптики изготавливают с использованием компрессионного формования стеклянных материалов с низкой Tg и с использованием сложной итеративной конструкции формы. Альтернативные решения включают формование пластмассовой оптики и формование жидкого золь-гелевого кварцевого стекла.
Несмотря на то, что в этих последних двух приемах не используют сложную высокотемпературную стадию конструкции формы, они все еще требуют некоторой итерации в процессе.
Конструкции, содержащие комбинацию полностью специализированной сферической и асферической оптики, позволяют достигать самых высоких значений для числовой апертуры (NA), таких как NA>0,8. Например, можно использовать NA вплоть до 1,2, что возможно при контакте со средой, такой как кожа, с показателем преломления приблизительно от 1,4 до 1,5. Фокусирующая система может иметь числовую апертуру по меньшей мере 0,2, предпочтительно по меньшей мере 0,4, более предпочтительно по меньшей мере 0,6. Такие значения для числовой апертуры относятся к безопасных для лежащих ниже слоев кожи, в частности, эпидермиса. В частности, поскольку эпидермис содержит множество хромофоров, таких как меланин, остаточное линейное поглощение в эпидермисе не является незначительным. Таким образом, предпочтительно поддерживать плотность потока или плотность энергии в таких слоях достаточно низкой. Этого можно достигать посредством обеспечения сильно сфокусированного лазерного пучка, т. е. с большим углом схождения, и, таким образом, с большой числовой апертурой оптической системы. Тогда лазерный пучок покрывает достаточно большую область, чтобы поддерживать плотность потока в эпидермисе в приемлемом диапазоне. В частности, плотность потока в эпидермисе должна составлять самое большее 3 Дж/см2. Следует отметить, что требуемая числовая апертура зависит от глубины обработки и от фактической энергии в импульсе. Модельные расчеты показывают, что числовая апертура по меньшей мере 0,4 достаточна для глубины обработки 0,5 мм и энергии 1 мДж в плазме (в области фокуса), тогда как более высокие NA необходимы для более высоких энергетических уровней и меньших глубин обработки, и наоборот.
В одном из вариантов осуществления кривизна выпуклой поверхности ввода излучения является такой, что в области падения сходящегося пучка импульсного излучения на выпуклую поверхность ввода излучения, лучи сходящегося пучка импульсного излучения входят в линзу фокусировки практически перпендикулярно выпуклой поверхности ввода излучения для по меньшей мере одного конкретного промежутка. Таким образом, по меньшей мере для этого конкретного промежутка нет существенного преломления лучей на поверхности ввода излучения, даже когда эта поверхность противостоит воздуху. В то же время, при использовании, когда линза фокусировки находится в контакте с кожей (непосредственно или через среды с совпадающим показателем), имеет место или практически отсутствуют потери NA сходящегося пучка (когда имеет место совпадение показателя преломления линзы с кожей при показателе преломления между 1,4 и 1,6) или только небольшое увеличение NA, если выходная поверхность имеет некоторую ненулевую положительную оптическую силу. При совпадении показателей, линза фокусировки, таким образом, ведет себя в большей или меньшей степени в качестве прозрачного окна, которое позволяет простую регулировку глубины фокуса посредством простой регулировки промежутка (ценой введения некоторых аберраций, несмотря на то, что это уже снижено).
В одном из вариантов осуществления поверхность выхода излучения является выпуклой. Поверхность выхода излучения может быть сферической. Выпуклость может быть равна выпуклости поверхности ввода излучения. Выпуклость поверхности выхода излучения делает возможным легкое движение/скольжение линзы по поверхности субъекта, которое полезно для реализации ручного или автоматического сканирования этой поверхности в течение обработки. Это сканирующее свойство является преимущественным, поскольку тип сканирования пучка в апертуре по линзе, например, как описано в патентной заявке US2015/0051593, нельзя использовать, когда поверхность ввода излучения делают выпуклой. Это будет вводить слишком большие потери при определении фокальной точки в течение сканирования из-за оптической силы выпуклой поверхности ввода излучения. Таким образом, физическое сканирование фокусирующей системы по поверхности является предпочтительным. Выпуклая поверхность ввода излучения еще более предпочтительна вместе с линзой, у которой показатель совпадает с кожей, как раскрыто в настоящем описании выше.
В одном из вариантов осуществления падающий пучок излучения на линзу предварительной фокусировки является сходящимся. Это делает возможной легкую коррекцию аберраций фокусирующей системы.
Линза предварительной фокусировки может содержать асферическую линзу или дополнительную выпуклую поверхность ввода излучения и плоскую дополнительную поверхность вывода излучения или выпуклую дополнительную поверхность вывода излучения с усредненным радиусом кривизны, превышающем усредненный радиус кривизны поверхности ввода излучения.
В частности, фокусирующая система служит для позиционирования фокального пятна на глубине между 0,2 и 2 мм под поверхностью кожи, в частности, между 0,2 и 1,5 мм или между 0,2 и 1,0 мм или между 0,2 и 0,75 мм или между любыми из предыдущих диапазонов с 0,2 мм границей, замененной на 0,5 мм границу, чтобы быть в дерме, с пределом безопасности для того, чтобы предотвращать нежелательное повреждение другой ткани кожи. Этого можно достичь с помощью специальных различных настроек промежутка с использованием контроллера фокусировки, имеющего или один комплект из линз предварительной фокусировки и линз фокусировки и их относительное смещение на пути пучка излучения, или специальные фиксированные пары таких линз, которые помещают на пути лазерного пучка и выводят из него при необходимости для конкретной глубины фокуса.
Контроллер фокуса может содержать держатель, содержащий:
- множество линз предварительной фокусировки так, что каждая из них может быть поочередно помещена на пути излучения, причем каждая конкретная из упомянутых линз предварительной фокусировки задает фиксированный промежуток, будучи помещенной на пути излучения так, что этот промежуток отличается от промежутка с другой из упомянутых линз предварительной фокусировки, или
- множество линз фокусировки так, что каждая из них может быть поочередно помещена на пути пучка излучения, причем каждая конкретная из упомянутых линз фокусировки задает фиксированный промежуток, будучи помещенной на пути пучка излучения так, что этот промежуток отличается от промежутка с другой из упомянутых линз фокусировки, или
- множество пар из линзы предварительной фокусировки и линзы фокусировки так, что каждая пара может быть поочередно помещена на пути пучка излучения, причем каждая конкретная пара из упомянутого множества пар задает фиксированный промежуток, будучи помещенной на пути пучка излучения, так что этот промежуток отличается от промежутка с другой из упомянутого множества пар.
Этот вариант осуществления реализует механическую замену линзы предварительной фокусировки относительно линзы фокусировки или механическую замену линзы в отношении конкретной линзы предварительной фокусировки или и то и другое. Он также реализует механическую замену пар линз. Все реализации позволяют задавать и выбирать различные заданные промежутки. Также линзы для конкретного промежутка (и, таким образом, глубины фокуса) можно конкретно регулировать для коррекции аберрации посредством, например, регулировки выпуклой поверхности ввода линзы фокусировки, и/или схождения сходящегося пучка излучения, падающего на выпуклую поверхность ввода излучения (поступающего из линзы предварительной фокусировки). Держатель может быть в форме скользящего элемента, имеющего линзы, расположенные бок о бок, или во вращающемся элементе, таком как карусель. Слайдер можно приводить в действие вручную или через двигатель, приводимый в действие электрически.
Предпочтительно, контроллер фокуса содержит держатель с взаимно смещаемыми линзой предварительной фокусировки и линзой фокусировки для того, чтобы регулировать промежуток в соответствии с необходимостью. Одна из двух или обе могут быть смещаемыми. Этот вариант осуществления допускает регулировку промежутка (и при этом глубины фокуса) плавным/непрерывным образом. Кроме того, контроллер может иметь механические средства/механизмы, которые допускают ручное смещение линз, или это может происходить с помощью двигателей, приводимых в действие электрически, которые двигают механические средства или механизмы.
Линза фокусировки может иметь показатель преломления при длине волны пучка импульсного излучения между 1,4 и 1,8, чтобы соответствовать показателю преломления кожи. Предпочтительно показатель преломления имеет значение в диапазоне равном или выше 1,4, но равном или ниже 1,6, чтобы соответствовать показателю преломления кожи, насколько возможно. Это не только полезно, как раскрыто в настоящем описании выше, но также снижает отражения на поверхности выхода излучения, чтобы при этом предотвращать повреждение линзы фокусировки. При высоких интенсивностях излучения, используемых с LIOB, уже небольшие отражения могут вести к относительно высокоинтенсивному зеркальному фокусу отраженного излучения внутри линзы фокусировки, например, если глубина фокуса мала. Это может повреждать линзу фокусировки.
Вся внешняя поверхность линзы фокусировки или ее части в частях входа излучения или выхода излучения предпочтительно содержит(содержат) антиотражающее покрытие. Это может снижать отражение пучка импульсного излучения. Это может также или дополнительно предотвращать повреждение самой фокусирующей системы излучением, отраженным от кожи или поверхности(ей) самой линзы. Также такое отражение может быть особенно значимым при высоких интенсивностях излучения, используемого для генерации LIOB в коже.
В одном из вариантов осуществления линза фокусировки имеет показатель преломления в диапазоне от 1,4 до 1,6 и, таким образом, практически соответствует показателю преломления кожи. Также поверхность выхода излучения линзы фокусировки является выпуклой. В этом случае линза фокусировки может иметь поверхность выхода излучения, которая является рассеивающей для пучка импульсного излучения, когда находится в контакте с воздухом на поверхности выхода излучения. Многие пути реализации такой рассеивающей поверхности описаны в US2015/0051593.
Это может противостоять другой проблеме, которая может возникать в тех частях оптической системы, через которые излучение выходит из прибора (линза фокусировки), которые могут быть повреждены посредством продуктов LIOB (ударная волна, плазма, высокая плотность мощности). Поврежденная часть выхода излучения оказывает вредоносный эффект на способность прибора обеспечивать достаточно плотный фокус в требуемом положении, что может снижать эффект процесса обработки и/или может увеличивать возникновение нежелательных побочных эффектов, таких как раздражение кожи.
Предпочтительно линза имеет число Аббе между 50 и 85 для того, чтобы снижать дисперсию цвета. Такие числа можно найти в списках материалов, в которые сведены такие числа, как известно в данной области.
Линзу можно выполнять из стекла BK, такого как предпочтительно стекло BK7, или можно выполнять из кварцевого стекла. Линзы этих типов предпочтительны ввиду способности противостоять высоким интенсивностям излучения, используемого для создания эффекта LIOB в коже, при этом имея показатели преломления выше такового у кожи или близкие к нему. Сапфир можно использовать, когда необходим высокий показатель преломления приблизительно 1,8. Кварцевое стекло имеет показатель преломления приблизительно 1,5.
В одной компоновке прибор дополнительно содержит регулируемую систему линз, расположенную на пути излучения перед фокусирующей системой для обеспечения компенсации аберрации в фокусирующей системе. Это позволяет поддерживать эффективность LIOB при различных глубинах фокуса, поскольку для каждой глубины фокуса можно задавать конкретные настройки компенсации. Регулировки предпочтительно достигают электрически, например, с использованием электрически настраиваемых линз, у которых фокусное расстояние можно изменять электрически. Регулировку можно выполнять более легко посредством выпуклой поверхности ввода излучения линзы фокусировки, а также посредством линзы с показателем, совпадающим с кожей.
В первом примере регулируемая система линз содержит электрически настраиваемую линзу, такую как электрически настраиваемая линза на основе полимерного материала. Тогда регулируемая система линз дополнительно может содержать отрицательную линзу на выходе электрически настраиваемой линзы. Эта отрицательная линза обеспечивает компенсацию начальной геометрической формы электрически настраиваемой линзы.
Во втором примере регулируемая система линз содержит электросмачиваемую линзу или линзу с жидкостной фокусировкой.
Прибор предпочтительно содержит сканирующую систему, причем регулируемая система линз предусмотрена на вводе в сканирующую систему.
В другом аспекте заявка определяет способ, включающий этапы:
выдачи пучка (11) импульсного излучения для генерации индуцированного лазером оптического пробоя ткани волоса или кожи;
фокусирования пучка (11) импульсного излучения в фокальное пятно (15) с использованием фокусирующей системы, содержащей линзу предварительной фокусировки и линзу фокусировки;
выдачи пучка импульсного излучения в линзу предварительной фокусировки для генерации с помощью этого сходящегося пучка (12) импульсного излучения;
использование линзы (30) фокусировки, имеющей показатель преломления 1,4 или выше, выпуклую поверхность (38) ввода излучения для приема сходящегося пучка излучения и поверхность (31) выхода излучения для контакта с кожей или волосом.
В одном из вариантов осуществления способ дополнительно включает управление расстоянием от фокального пятна до поверхности выхода излучения посредством регулировки промежутка между линзой предварительной фокусировки и линзой фокусировки. Способ, таким образом, может служить для фокусировки пучка импульсного излучения в ткани кожи или волоса.
Способ по п. 15, который дополнительно включает обеспечение компенсации аберрации с использованием регулируемой системы линз на пути пучка импульсного излучения перед фокусирующей системой.
Способы или применения прибора в соответствии с изобретением предпочтительно предназначены для нетерапевтических способов обработки или применений, в частности, косметических способов, для изменения внешнего вида кожи, например, для омоложения кожи, уменьшения морщин или удаления волос с кожи и т. п.
Этот прибор может служить для генерации LIOB в коже или волосе человека или животного. Прибор может служить для обработки и, в частности, косметической обработки кожи такого человека или животного. Прибор, в частности, можно адаптировать с этой целью и, таким образом, он может представлять собой прибор для обработки кожи на основе излучения.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ФИГУР
Примеры изобретения подробно описаны со ссылкой на сопроводительные схематические рисунки, на которых:
на фиг. 1 представлен известный прибор LIOB для обработки кожи;
на фиг. 2 представлен путь реализации управления глубиной фокуса;
на фиг. 3 представлена конструкция фокусирующей системы;
на фиг. 4 представлена конструкция фокусирующей системы с фиг. 3 в двух крайних положениях фокуса;
на фиг. 5 представлен первый пример системы линз для обеспечения компенсации аберрации;
На фиг. 6 представлен второй пример системы линз для обеспечения компенсации аберрации; и
на фиг. 7 представлена система с фиг. 1, модифицированная для того, чтобы содержать систему линз для компенсации аберрации.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Данная заявка относится к прибору для обработки кожи на основе излучения. Прибор содержит источник излучения и оптическую систему для фокусирования падающего пучка излучения от источника излучения наружу в фокальное пятно, расположенное вне прибора. Фокусированное излучение, таким образом, можно использовать для обработки ткани кожи животного или человека посредством индуцированного лазером оптического пробоя (LIOB) ткани кожи или волоса в ней.
В первом аспекте заявка относится к прибору с конкретной фокусирующей системой 23 и предусматривает систему линз, которая делает возможной регулировку положения фокуса, при этом также обеспечивая оптимальное сопряжение с кожей, с использованием сопрягающей среды, такой как прозрачный лист, накладываемый между кожей и системой, или без нее.
В первом аспекте фокусирующая система имеет линзу предварительной фокусировки для увеличения схождения падающего пучка излучения и линзу фокусировки, имеющую выпуклую поверхность ввода излучения и поверхность выхода излучения для контакта с поверхностью субъекта, подлежащего обработке. Такой контакт объяснен более подробно в настоящем описании далее. Линза фокусировки выполнена с возможностью приема сходящегося пучка излучения из линзы предварительной фокусировки. Поверхность ввода излучения линзы фокусировки является выпуклой, например, для того, чтобы снижать лучепреломление по сравнению с плоской поверхностью ввода излучения. Предпочтительно кривизна выпуклой поверхности является такой, что лучи сходящегося пучка излучения входят в поверхность ввода излучения практически перпендикулярно. Как следствие, поверхность ввода излучения имеет существенно меньшую или нулевую оптическую силу. Выпуклая поверхность у поверхности ввода излучения служит для того, чтобы снижать потерю NA и введение аберраций из-за вхождения излучения в линзу фокусировки. Это важно, поскольку генерация LIOB в дерме кожи обычно требует плотного фокуса излучения хорошего качества в коже при относительно большой NA.
Положением фокального пятна (расстоянием от фокусирующей системы, которое можно измерять как расстояние от поверхности выхода излучения линзы фокусировки) управляют посредством регулировки расстояния между линзой предварительной фокусировки и линзой фокусировки.
Имеет место регулируемая система линз перед регулируемой фокусирующей системой для обеспечения компенсации аберрации в регулируемой фокусирующей системе.
Предпочтительно линзу фокусировки адаптируют для применения в качестве контактирующей с кожей линзы, и по существу она может представлять собой контактирующую с кожей линзу. Среды для усовершенствования оптического контакта между линзой и кожей, такие как текучие вещества с соответствующими показателями преломления, можно наносить между линзой и кожей при использовании прибора, а материал линзы можно адаптировать для более хорошего соответствия показателю преломления текучего вещества или самой кожи. Контактирующая с кожей линза может эффективно действовать в качестве окна выхода излучения в приборе, когда его используют.
Может иметь место оптическое окно, отдельное от прибора или части прибора, применяемой между кожей и линзой фокусировки. Это отдельное оптическое окно может представлять собой оптически прозрачный лист (одно- или многослойный) относительно малой толщины и податливый/изгибаемый/гибкий, так что он по меньшей мере частично приспосабливается в целом к кривизне кожи. Окно должно по показателю соответствовать линзе фокусировки и коже или иметь показатель, который находится между таковыми у линзы и кожи. Предпочтительно среды с соответствующим показателем, такие как гели или текучие вещества, находятся между линзой и окном и окном и кожей. Пример такого листа раскрыт в WO2013/128380. Тогда линза фокусировки может служить для контакта с оптически прозрачным листом, накладываемым или подлежащим наложению на кожу, и ее можно называть линзой, контактирующей с оптически прозрачным листом.
Прежде чем описать изобретение подробно, описан один из примеров прибора того типа, к которому относится изобретение. Однако возможны другие приборы, для которых изобретение будет работать.
На фиг. 1 представлена LIOB система 1 для обработки кожи 3, имеющей поверхность 5. Поверхность в этом случае представляет собой голую кожу, но может быть покрыта прозрачным листом для приведения в соответствие показателей, как раскрыто в настоящем описании выше.
Система 1 содержит источник 9 излучения для генерации лазерного пучка 11 излучения в течение по меньшей мере заданной длительности импульса, и она содержит оптическую систему 13 для фокусирования лазерного пучка 11 в фокальное пятно 15 и для расположения фокального пятна 15 в целевом положении в коже 3, которая по меньшей мере частично прозрачна для излучения от источника 9 излучения. Другими словами, предпочтительно источник излучения представляет собой тот, который дает излучения, которое практически не или не полностью поглощается тканью кожи.
Пример оптической системы 13, схематически показанной на фиг. 1, содержит отражающую пучок систему 17, формирующую пучок систему 19, систему 21 сканирования пучка и фокусирующую систему 23, эти системы могут содержать одно или более зеркал, призм, делителей пучка, поляризаторов, оптических волокон, линз, отверстий, затворов и т. п., которые подходят для манипулирования излучением от источника излучения. Например, сканирующая система содержит сканирующие призмы. Отражающая пучок система 17 в этом случае представляет собой дихроический делитель пучка. Отражение пучка и формирование пучка обеспечивают расширение или сжатие и введение дополнительного схождения или расхождения в пучок излучения.
Фокусирующая система имеет выбор фокусной глубины, формирование и фокусирование пучка и поверхность/окно вывода излучения, которые в этом случае также подходят для образования контакта с кожей или листом, наложенным на кожу. Несмотря на то, что не изображено конкретно на фиг. 1, может иметь место подвесная система следования контуру для манипулирования фокусирующей системой так, чтобы она была способна поддерживать контакт поверхности вывода излучения с поверхностью кожи, когда прибор используют и независимо от того, покрыта ли кожа прозрачным листом, наложенным на нее.
По меньшей мере часть оптической системы 13 и/или путь лазерного пучка 11 можно окружать такой блокирующей излучение оболочкой, которая, например, содержит непрозрачные трубки и/или одно или более оптических волокон. Это можно осуществлять, например, для безопасности (глаз) пользователя, поскольку пучки излучения могут иметь высокую энергию в приборах на основе LIOB.
Источник 9 излучения предпочтительно представляет собой лазерный источник излучения, выполненный с возможностью испускать заданное число лазерных импульсов с заданной длиной волны (которую незначительно или лучше вовсе не поглощает ткань кожи) и с заданной длительностью импульса и скоростью или частотой повторения. Систему 1 можно выполнять так, что целевое положение фокального пятна 15 может быть под поверхностью кожи. Размеры фокального пятна 15 и мощность генерируемого лазерного пучка таковы, что в фокальном пятне 15 лазерный пучок 11 имеет плотность мощности, которая выше характеристического порогового значения для ткани кожи, выше которого, в течение заданной длительности импульса, происходит событие индуцируемого лазером оптического пробоя.
Может иметь место световодная система между лазерным источником 9 и дихроическим делителем 17 пучка в форме шарнирного плеча (не показано на фиг. 1). Плечо может иметь трубки и зеркала для того, чтобы направлять излучение внутри них. Тогда отражающая пучок система 17 и последующие компоненты формируют часть ручного блока с подходящим захватом для удержания пользователем. Шарнирное плечо делает возможным легкое трехмерное движение ручного блока во время использования прибора. Из-за ошибок выравнивания зеркал шарнирного плеча, пучок может расширяться перед вхождением в шарнирное плечо и затем сжиматься после этого перед наведением пучка и коррекцией аберрации. Другие подходящие световодные структуры также можно использовать. Ручной блок можно делать отсоединяемым от световодных структур, что допускает легкую замену.
Кожа 3 содержит несколько слоев с различными оптическими свойствами. Эпидермис состоит из самых внешних слоев и образует водонепроницаемый защитный барьер с показателем преломления приблизительно от 1,4 до 1,5. Самый внешний слой эпидермиса представляет собой роговой слой, который, из-за его микроскопических флуктуаций шероховатости, препятствует передаче излучения между прибором 1 и кожей 3. По этой причине сопрягающее текучее вещество предпочтительно предусматривают между фокусирующей системой и кожей с показателем преломления, который должен соответствовать показателю кожи и/или выходной линзы фокусирующей системы.
Под эпидермисом находится дерма. Дерма содержит коллагеновые волокна, на которые направлена обработка кожи с использованием прибора в соответствии с изобретением.
Цель обработки кожи состоит в том, чтобы создавать фокус 15 пучка 11 излучения в дерме для того, чтобы создавать микроскопические повреждения, которые в свою очередь могут вести к образованию нового коллагена благодаря, как полагают, нормальным механизмам восстановления, работающим в коже, которые запускают посредством повреждений. Кроме того, цель состоит в том, чтобы оставлять эпидермис незатронутым в течение создания этого дермального LIOB.
Источником 9 излучения можно управлять с использованием необязательного контроллера 25, который может предусматривать пользовательский интерфейс для настройки, например, интенсивностей лазера, ширины или длительности импульса и скоростей повторения или даже настройки длины волны, если возможно, с источником под рукой. Также одной или более частями оптической системы 13 можно управлять с использованием необязательного контроллера (не показано), который можно интегрировать с необязательным контроллером 25 источника излучения для того, чтобы управлять одним или более свойствами целевого положения и/или фокального пятна, такими как глубина фокального пятна, измеряемая от поверхности выхода излучения из прибора.
Параметры фокусировки лазерного пучка можно определять посредством подходящих настроек формирования системы формирования и/или фокусировки пучка, например, посредством регулировки числовой апертуры фокусирующей системы. Подходящие значения числовой апертуры NA фокусирующей системы можно выбирать из диапазона 0,05<NA<nm, в котором nm представляет собой показатель преломления среды для длины волны лазера во время работы. Пояснения и подходящие значения NA для различных энергий пучка, которые можно использовать с этим изобретением, раскрыты в WO2008001284. Также диапазоны длин волн для лазерных источников и их настройки энергии, пригодные для использования с данным изобретением, раскрыты в WO2008001284. Следовательно, специалисты в этой области могут обратиться к WO2008001284 за этими и другими (подробными) вариантами, а также к способам работы, которые можно реализовать в или использовать с прибором по данному изобретению. Следует отметить, что такие варианты и способы использования можно реализовать без описанных систем сенсорной обратной связи и способов из WO2008001284.
Один подходящий источник излучения содержит Nd:YAG лазер с модулируемой добротностью, испускающий лазерные импульсы при длине волны примерно 1064 нм с длительностью импульса примерно 5-10 нс, хотя также можно использовать другие лазеры, например, Nd:Cr:Yag 3-уровневый лазер и/или диодные лазеры.
В примерном приборе с фиг. 1, отражающая пучок система 17 содержит дихроический делитель пучка, который отражает лазерное излучение, но пропускает излучение с видимой длиной волны, в этом случае это предпочтительно, поскольку в этом случае излучение в зеленом диапазоне спектра имеет удвоенную частоту относительно лазерного источника излучения. Таким образом, излучение видимой длины волны, принимаемое от кожи 3, захватывают с помощью оптической системы и выдают в качестве сигнала 11' обратной связи, который можно использовать для управления системой или вручную или автоматически. Известно, что LIOB может вызывать удвоение частоты излучения в коже при определенных условиях, и это можно использовать для того, чтобы измерять или оценивать фактическую глубину обработки и/или степень обработки. Дополнительное описание того, как реализовать такую обратную связь, описано в патентной заявке с номером публикации WO2013128330.
Следует отметить, что конкретная конструкция со сканированием и движением пучка, описанная выше, является только одним из примеров. Как изложено выше, данное изобретение относится к конструкции фокусирующей системы, которую можно использовать во многих других различных конфигурациях системы для генерации LIOB в коже, например, лазер с низкой скоростью повторения и компоновкой линз по изобретению можно использовать в качестве обособленного прибора без использования какого-либо сканирования, так что по меньшей мере сканирующая система 21 не присутствует. В этом случае для обработки более крупных областей кожи потребитель или оператор может перемещать прибор вручную.
Можно регулировать фокусную глубину ниже поверхности кожи, обеспечиваемую фокусирующей системой 23.
На фиг. 2 представлен один способ реализации такой регулировки. Фокусирующая система 23 содержит набор линз фокусировки, каждая из которых имеет поверхность/окна 26 вывода излучения с отличающейся глубиной фокуса, а оптический путь обеспечивают до одной из линз с помощью двигателя 27 сканера, который поворачивает сканирующую систему 21. Поверхности/окна 26 вывода удерживают с помощью подвесной системы 28 следования контуру. Поверхности/окна вывода, таким образом, располагают около кругового пути, а система отметок обеспечивает позиционирование относительно сканирующей системы 21. Могут иметь место четыре поверхности/окна 26 вывода, и, таким образом, четыре набора линз, каждый отдельно подпружинен для обеспечения следования контуру.
Сканирующую систему 21 используют для сканирования фокуса по области кожи.
Электромеханическая система приводит в действие сканирующую систему для того, чтобы перемещать положение пучка и также перемещать фокусирующую систему 23 (т. е. линзу объектива) синхронно. Таким образом, фокусирующая система сканирует физически, тогда как все компоненты выше сканирующей системы 21 остаются неподвижными.
Один из примеров лазера, который можно использовать в системе с фиг. 1, имеет максимальную частоту повторения 1000 Гц, а в типичной схеме обработки используют шаг повреждения 200 мкм, что ведет к типичной максимальной скорости сканирования 200 мм/с. Эта скорость сканирования исключает любые возможности сканирования только вручную по причине недостатка управления, когда применяют эти скорости сканирования руками.
Дополнительно, любой сканирующей системе стартстопного типа будет крайне сложно достигать этой скорости сканирования на коротком расстоянии ускорения, что приведет к механическим вибрациям и неэффективному использованию возможностей лазера. Более легко управляемая более низкая скорость сканирования будет значительно увеличивать время обработки для больших площадей поверхности.
Чтобы преодолеть эту проблему, можно использовать сканирование с непрерывным движением, предпочтительно на основе вращательного движения, которое позволяет легко достигать этих скоростей сканирования и не страдает сильными вибрациями и неэффективным использованием возможностей лазера. С этой целью установку вращающейся призмы можно использовать в сканирующей системе 21.
Первая возможная конструкция призмы содержит ромбоид. Две противоположные параллельные торцевые грани выполняют функцию граней полного внутреннего отражения (например, имеют форму ромба, как показано на фиг. 1 в виде сбоку). Они находятся под углом 45° к направлению падающего излучения. Два внутренних отражения в призме обеспечивают латеральный сдвиг падающего пучка с тем, чтобы выходящий пучок был параллелен, но латерально смещен относительно вводимого пучка. Посредством вращения призмы вокруг оси, перпендикулярной направлению латерального сдвига, и, следовательно, параллельной направлению падающего пучка, круговой путь охватывают выводимым пучком. Вращение происходит вокруг оси вводимого пучка. Радиус охватываемого круга представляет собой длину ромбоида. Ромбоидные призмы можно изготавливать с использованием антиотражающих покрытий на тех гранях, где необходимо.
Вторая возможная конструкция призмы представляет собой призму Дове. Две торцевые грани выполняют функцию границ лучепреломления, а нижняя грань выполняет функцию грани полного внутреннего отражения. Торцевые грани находятся под углом 45° к падающему излучению, но они находятся под углом 90° друг к другу, вместо того, чтобы быть параллельными друг другу, как в ромбоидной призме (таким образом, с другим видом сбоку, нежели тот, который представлен схематически на фиг. 1). Два лучепреломления и одно полное внутреннее отражение в призме снова обеспечивают латеральный сдвиг падающего пучка с тем, чтобы выходящий пучок был параллелен, но латерально смещен относительно вводимого пучка. Посредством вращения призм вокруг оси, перпендикулярной направлению латерального сдвига и, следовательно, параллельно направлению падающего пучка, круговой путь охватывают выводимым пучком. Вращение происходит вокруг оси вводимого пучка. Величина смещения пучка зависит от положения падающего пучка относительно поверхности ввода у призмы Дове и от размера призмы. Призму поворачивают вокруг главного падающего луча. Антиотражающие покрытия также можно добавлять на наклонные поверхности для того, чтобы снижать потери при отражении.
Вращающуюся призму механически уравновешивают для того, чтобы избегать вибрации. Крепление призмы подвешивают на шарикоподшипниках и соединяют непосредственно с ротором двигателя с тем, чтобы минимизировать влияние настроек коррекции аберрации, оказываемое на эффективную числовую апертуру для сфокусированного излучения.
На фиг. 3 представлена конструкция фокусирующей системы 23. Она содержит комбинацию линзы 30 фокусировки, через которую излучение выходит из прибора прежде, чем войти в кожу, и линзы 32 предварительной фокусировки.
Линзу 30 изготавливают из оптического материала, такого как оптическое стекло, предпочтительно с числом Аббе в диапазоне от 50 до 85, чтобы минимизировать дисперсию. Наиболее предпочтительно показатель преломления этой линзы близок к или больше чем 1,4, т. е. к показателю преломления кожи. Это будет обеспечивать большую NA излучения в коже. Насколько возможно, согласование снижает отражение между выходной поверхностью фокусирующей системы и поверхностью кожи (с использованием или без использования прозрачного листа, применяемого между), при этом уменьшая повреждение, обусловленное отражениями поверхности и системы и кожи. Предпочтительно показатель преломления составляет между 1,4 и 1,8 или между 1,4 и 1,6 или между 1,4 и 1,55 или даже между 1,4 и 1,5. Также оптический материал предпочтительно выбирают для того, чтобы выдерживать высокие интенсивности лазерного пучка излучения, используемого при генерации LIOB в коже. Неорганические материалы предпочтительнее пластмассовых материалов. Учитывая указанное выше, можно использовать, например, стекло Borosilicate Crown (BK) и, в частности, тип BK7. Они имеют показатели преломления 1,5, который выше, но близок к 1,4, при этом обеспечивая хорошую стабильность материала и число Аббе для генерации LIOB при сниженных отражениях. Альтернативно можно использовать линзу из кварцевого стекла, который имеет показатель преломления 1,46. Наиболее предпочтительно линзу фокусировки изготавливают из оптического стекла BK7 или кварцевого стекла. Сапфир можно использовать, если необходим показатель преломления приблизительно 1,8. Специалисты в данной области смогут найти дополнительные материалы линз с требуемым показателем преломления в известном уровне техники и в списках.
Линза 30 включает двояковыпуклую линзу, например, в этом случае двояковыпуклую линзу из кварцевого стекла. Она имеет антиотражающие покрытия 31 по меньшей мере на стороне поверхности вывода, подходящие для 1064 нм высокомощного лазера, но этот слой не всегда необходим. Выпуклые поверхности на каждой стороне линзы имеют одну и ту же кривизну и конструкцию, но это не обязательно имеет место.
Линза 30 имеет первую поверхность ввода и вторую поверхность вывода. Первая поверхность является сферической и создает фокус в конкретной фокальной точке в коже. Вторая поверхность также является сферической и предназначена для непосредственного контакта с кожей или покрывающей кожу прозрачной подложкой. Сферические поверхности избегают внесения аберраций и допускают большую NA излучения в коже. Вторая поверхность не влияет на фокусные углы лучей, она только увеличивает фокусный угол или, если показатель преломления приведен в соответствие с кожей, с которой линза образует контакт, практически не влияет на них. Линза 30 предпочтительно имеет высокий порог повреждения. Числовую апертуру линзы увеличивают на коэффициент, соответствующий показателю преломления кожи. Если показатель приведен в соответствие, числовая апертура становится инвариантной к глубине фокуса.
Большая числовая апертура линзы 30 обозначает, что практически невозможно сканировать фокус из сканирующей системы по очень значимой части размера линзы объектива. Например, типичная область, которую можно сканировать посредством отклонения пучка по линзе объектива с фиксированной большой числовой апертурой, составляет примерно 10% от радиуса самой линзы. Например, она будет ограничена несколькими сотнями микрометров. Чем больше числовая апертура, тем сложнее это становится, так что область сканирования ограничена даже больше только несколькими десятками микрометров, что в пределах размеров одной зоны обработки. Таким образом, сканирование включает движение линзы объектива в целом. В частности, это имеет место вследствие введения выпуклой поверхности ввода излучения линзы 30.
Линза 32 содержит коммерчески доступную асферическую линзу, способную поддерживать интенсивность лазера. Задача линзы 32 состоит в том, чтобы преобразовывать близкое к коллимированному излучение 11 (см. фиг. 1) в требуемый угол схождения. Линза 32 имеет первую асферическую поверхность 34 линзы. Линза 32 в этом случае имеет большую числовую апертуру (в воздухе), такую как 0,7 или выше.
Лучи излучения после прохождения первой поверхности 34 линзы фокусирующей системы показаны на фиг. 3 сходящимися. Это вместе с выпуклой поверхностью ввода линзы 30 обусловливает то, что лучепреломление на этой поверхности является меньшим или даже отсутствует (лучи падают перпендикулярно). Таким образом, на большую NA, создаваемую линзой 32, эта поверхность не оказывает отрицательного влияния, по сравнению с ситуацией, где поверхность ввода должна быть плоской.
Известны асферические линзы, подходящие для использования с лазерными диодами, фотодиодами и волоконными сопрягающими системами, а также в области оптической регистрации данных. В качестве примера, подходящие линзы производит LightPath Technologies Inc.
Линза 32 имеет выпуклую первую поверхность 34 ввода излучения и плоскую поверхность 36 выхода излучения или еще выпуклую поверхность 36 выхода излучения с поверхность линзы с большим радиусом кривизны, чем поверхность ввода излучения.
Асферическую линзу можно использовать слегка за пределами ее расчетной длины волны, например, 780 нм, что ведет к слегка более низкому показателю преломления материала стекла ECO-550, из которого ее изготавливают в этом случае. Тогда, как следствие, схождение излучения, падающего на асферическую поверхность, нужно регулировать по этому эффекту, т. е. необходимо слегка сходящееся падение.
Линзу 32 можно сформировать из того же материала, что и линзу 30, но ее можно создавать из более дешевого и легкого в производстве материала, поскольку интенсивность в линзе 32 ниже по сравнению с другими линзами. Таким образом, линзу 30 также можно создавать из оптического стекла BK7 или кварцевого стекла или других материалов.
Линза 32 предварительной фокусировки, например, содержит линзу Lightpath 352230-1064 с фокусным расстоянием f=4,55 мм и NA=0,55 с 1064 нм антиотражающим покрытием.
Линза 30, например, содержит двояковыпуклую линзу из кварцевого стекла с 1064 нм антиотражающим покрытием и с радиусом кривизны поверхностей линзы r1,2=3,2248 мм, диаметром 3,6 мм и толщиной 2 мм, измеренной в центре линзы 30 вдоль ее оптической оси.
Промежуток между двумя линзами 30, 32 можно регулировать, чтобы менять глубину фокуса. Это может происходить вручную, но предпочтительно происходит электрически или иным образом под аппаратным управлением. Регулировку можно осуществлять во время обработки, хотя предпочтительно регулировкой управляют например, когда лазерное излучение по меньшей мере не входит в линзу 30, но предпочтительно не входит в фокусирующую систему. Обычно регулировку глубины фокуса не осуществляют в реальном времени во время обработки. Следует отметить, что сходящийся пучок излучения, падающий на выпуклую поверхность ввода линзы 30, служит для того, чтобы минимизировать аберрации и изменения NA (и сопутствующих характеристик фокуса) пучка при изменении расстояния между линзами. Аберрации дополнительно снижаются, когда показатель линзы совпадает с кожей. В этом случае, будучи использованной при контакте с кожей, линза 30 фактически может быть невидимой для пучка излучения, так сказать, если поверхность ввода имеет правильную выпуклость. Таким образом, эффективного управления глубиной фокуса достигают через вариации промежутка. Следует отметить, что глубину фокуса задают как расстояние от фокального пятна до фокусирующей системы, т. е. расстояние от фокального пятна до поверхности выхода излучения линзы 30. Поскольку глубина фокуса, необходимая для данного применения, очень мала, т. е., например, между 200 мкм и 1000 мкм (толщина слоя дермы кожи, на который направлен прибор), этот путь управления глубиной фокуса возможен без существенного изменения качества фокуса при регулировке глубины.
Линзы можно помещать в держатели, которые могут скользить друг относительно друга для того, чтобы менять расстояние между линзами. Это может происходить вручную с использованием настройки механической или с помощью двигателя и под управлением электроники.
Имеет место тракт управления между контроллером 25 и фокусирующей системой 23, как показано на фиг. 1. Регулировка показана на фиг. 4.
На фиг. 4A представлен первый нулевой промежуток между двумя линзами, который в этом случае соответствует максимальной глубине фокуса, например, приблизительно 750 мкм. На фиг. 4B представлен максимальный промежуток между двумя линзами, который соответствует минимальной глубине фокуса, например, приблизительно 200 мкм.
Управление с обратной связью можно использовать, например, с использованием излучения, принимаемого от кожи, и датчика изображения и процессора изображения. Как указано в настоящем описании ранее, такое излучения может представлять собой видимое лазерное излучение с удвоенной частотой, генерируемое в коже. Затем изображение, захваченное с помощью датчика изображения, можно использовать для того, чтобы определять свойства контакта между фокусирующей системой и тканью кожи, и фокус можно регулировать соответствующим образом. Такая регулировка, например, может учитывать сухость кожи.
Комбинация из двух линз вводит некоторые ограничения в отношении пользовательского описания. Это связано с ограниченным свободным рабочим расстоянием асферической линзы 32 в комбинации с ограничениями минимальной достижимой толщины линзы 30 для контакта с кожей. Как следствие, максимальная достижимая глубина обработки внутри дермы может составлять приблизительно 750 мкм, слегка меньше предпочтительного 1 мм.
Относительный сдвиг в расстоянии между двумя линзами подразумевает, что для компенсации нужно устанавливать некоторое средство коррекции аберрации. Примеры того, как реализовать эту коррекцию аберрации, рассмотрены далее.
Дополнительно, асферическую линзу в примере выше используют слегка за пределами ее расчетной длины волны 780 нм, что ведет к слегка более низкому показателю преломления материала стекла ECO-550, из которого ее изготавливают. Как следствие, схождение излучения, падающего на асферическую поверхность, нужно регулировать по этому эффекту, т. е. необходимо слегка сходящееся падение.
Изобретение относится к приборам для обработки кожи на основе LIOB. Фокусирующая система дает усовершенствованный контакт с кожей, однородное оптическое сопряжение, и она предотвращает повреждение контактного окна/выходной линзы и повреждение кожи. Также она делает возможным плавное следование контуру для обработки кожи или даже бритья, при желании. Таким образом, обработка кожи может включать процесс удаления волос при бритье. Во время использования фокусирующая систему 23 перемещают по поверхности кожи, подлежащей обработке или бритью. Фокусирующая система формирует выходное окно, чтобы позволять падающему пучку излучения покидать прибор. Тогда фокусирующая система формирует оптическое лезвие.
Обработка кожи может включать прибор для омоложения кожи для уменьшения морщин, которые могут возникать в коже человека в результате нормальных процессов старения. Во время использования, фокусирующий элемент прижимают или держат близко к коже, подлежащей обработке. Выходное окно (такое как линза 30), формируемое фокусирующей системой, держат параллельно коже, и падающий пучок излучения покидает выходное окно и входит в кожу в направлении, практически перпендикулярном поверхности кожи. Как описано в WO2013/128380, прозрачный лист, содержаний одно или более текущих веществ с соответствующим показателем, можно предусмотреть между линзой фокусировки (или, если присутствует, выходным окном дополнительного плоского выходного окна) и кожей. Это является предпочтительной установкой и способом использования данного изобретения, поскольку может увеличивать латеральное движение фокусирующей системы по коже или, скорее, по верхней поверхности прозрачного листа. Лист можно использовать для улучшенного соответствия показателей, а также уплощения кожи посредством притягивания кожи к нему через капиллярные силы шероховатости рогового слоя, также как подробно описано в WO2013/128380. Подробности о таком листе или фольге раскрыты в приведенном источнике и предназначены в качестве части данного изобретения, но для краткости не повторены здесь.
Таким образом, во всех применениях прибора в соответствии с изобретением иммерсионное текучее вещество можно предусмотреть между фокусирующей системой и поверхностью кожи. Предпочтительно, используют иммерсионное текучее вещество с показателем преломления, близким к показателю преломления линзы для контакта с кожей фокусирующей системы 23 и кожи или волос, где должен возникать LIOB. С этой целью подходят текучие вещества с показателем преломления примерно от 1,4 примерно до 1,5. Также вода, несмотря на несколько пониженный показатель преломления 1,33, может для некоторых приборов и приложений быть подходящим иммерсионным текучим веществом. Примеры текучих веществ, пригодных для использования с прозрачным листом, предоставлены в WO2013/128380.
Как указано выше, способность к варьированию фокуса обозначает, что может потребоваться установка некоторой коррекции аберрации для осуществления компенсации.
Эту коррекцию аберрации можно реализовать в различных точках в системе, например, до или после формирования пучка (с помощью формирующей пучок системы 19). Кроме того, формирующую пучок систему 19 можно реализовать посредством фокусирующей системы 23 с тем, чтобы обеспечивать только коррекцию аберрации между отражающей пучок системой 17 и сканирующей системой 21.
Для того чтобы корректировать сферическую аберрацию, которую ожидают при фокусировке на различных глубинах внутри кожи, расхождение пучка, падающего на сканирующие призмы сканирующей системы 21, можно делать регулируемым.
Самое простое решение будет состоять в том, чтобы позволять пользователю регулировать расхождение пучка посредством манипулирования положениями одной или более линз. Однако, поскольку размещение этих линз достаточно критично и систему должны приводить в действие пользователи без опыта в лазерной оптике, будет лучше реализовать некоторую форму автоматизированной регулировки, которая регулирует положение или силу линзы в зависимости от выбранной фокусной глубины, или даже на лету, например, в зависимости от наблюдаемой интенсивности вспышки LIOB.
Конструкция по данной заявке делает возможной более легкую коррекцию аберрации, например, через сниженное лучепреломление на поверхности ввода линзы 30.
Поскольку моторизованное фокусирование обычно требует много пространства и является механически сложным и обычно слишком медленным, чтобы отвечать на динамические вариации, для этой коррекции аберрации является предпочтительным адаптивный оптический элемент.
Два примера подходящего адаптивного оптического элемента представляют собой электрически настраиваемую низкодисперсную полимерную линзу и жидкостную линзу фокусировки. Они представляют собой два примера электрически настраиваемых линз.
Электрически настраиваемая низкодисперсная полимерная линза основана на эластической деформации гибкого полимера посредством исполнительного механизма со звуковой катушкой. Такие линзы, например, коммерчески доступны в компании Optotune (торговая марка). Жидкостная линза фокусировки основана на принципе электросмачивания, в соответствии с которым кривизну поверхности контакта между водной фазой с низким показателем преломления и жидкостной масляной фазой с высоким показателем преломления меняют посредством изменения свойств смачивания поверхностей оправы линзы. Такие линзы, например, коммерчески доступны в компании Varioptic (торговая марка) или Optilux (торговая марка). Такие линзы также описаны, например, в US7616737 или US7808717 и источниках в них.
Низкодисперсная полимерная линза имеет преимущества в отношении большого диаметра отверстия, например, 10 мм, по сравнению с диаметром 2,5 мм у готовых жидкостных линз фокусировки. Более крупная линза делает выставление менее сложным. Недостаток полимерной линзы связан с ее чувствительностью к температуре, что может вести к неправильной фокусной глубине и/или физическому повреждению при работе или при непрерывной высокой мощности лазера или высоких электрических токах возбуждения для звуковой катушки. Линза фокусировки на основе текучей среды имеет преимущество в виде потребления очень маленького тока.
Линзы предпочтительно предоставляют с покрытиями, которые подходят для 1064 нм лазерного излучения высокой мощности.
На фиг. 5 представлена конструкция трансфокатора на основе полимерной линзы.
На фиг. 5 представлен блок управления 40 (звуковая катушка), полимерная линза 42 и дополнительная отрицательная линза 44.
Отрицательная линза компенсирует общее фокусное расстояние положительной полимерной линзы так, что излучение все еще будет почти коллимированным после прохождения через две линзы. Дополнительную отрицательную линзу 44 используют для того, чтобы сделать возможной регулировку пучка в подходящем диапазоне между сходящимся и слегка расходящимся.
Полимерная линза содержит корпус, который содержит звуковую катушку и связанную механику и множество окон для того, чтобы защищать чувствительную выпуклую полимерную поверхность от внешних воздействий.
Цель регулировки состоит в том, чтобы компенсировать аберрации, индуцируемые всей оптической системой. Фокусирующая система фактически содержит множество линз и саму кожу. Эта система может варьировать по многим причинам:
(i) Пользователь или оператор выбирает другой набор линз фокусировки для того, чтобы менять глубину обработки внутри кожи.
(ii) Падающий лазерный пучок претерпевает изменения, например, из-за изменений в рабочей температуре.
(iii) Изменение профиля показателя преломления в коже, которую обрабатывают, вследствие различных уровней гидратации и т. д.
Регулировка может слегка изменять расхождение пучка, падающего на линзы объектива (при этом сохраняя диаметр пучка главным образом неизменным), что можно использовать для того, чтобы снижать влияние эффектов, указанных выше, на качество фокусирования. Кроме того, оптическая симуляция показывает, что при использовании инструментов этих типов также можно эффективно снижать аберрации более высокого порядка (в частности, сферические аберрации 3-го порядка).
Конструкцию трансфокатора помещают перед асферической линзой 32 фокусирующей системы 23.
Для того чтобы ограничивать влияние переменного расхождения на диаметр пучка, падающего на асферическую линзу 32 фокусирующей системы 23, элементы коррекции аберрации помещают как можно ближе к сканирующей системе 21, эффективно ограничивая величину пространства, которое доступно для размещения механических компонентов и сканирующих двигателей.
На фиг. 6 представлен ход лучей электросмачиваемой линзы 50, используемой для коррекции аберрации.
Линза вносит очень небольшую величину схождения. Для этой линзы не требуется дополнительная компенсация начальной кривизны. Вместо этого, может требоваться, чтобы линза вносила небольшую величину расхождения. Падающий пучок близок к коллимированному, и необходимая регулировка обычно мала.
На фиг. 7 представлена система с фиг. 1, модифицированная для того, чтобы содержать регулируемую систему 60 линз для коррекции аберрации фокусирующей системы 23. Регулируемой системой 60 линз управляют посредством контроллера 25 синхронно с регулировкой настройкой глубины фокуса фокусирующей системы 23 с тем, чтобы коррекция аберрации совпадала с настройкой фокусирующей системы 23. Регулируемая система 60 линз предусмотрена на вводе в сканирующую систему 21.
Сканирующая система, например, содержит набор линз 23 объектива для различных глубин. Регулируемую систему линз совместно использует каждая из этих линз объектива, тогда как выбранная линза объектива сканирует кожу. Таким образом, компонент коррекции аберрации остается в статической части системы. Коррекция аберрации учитывает глубину фокуса, т. е. линзу объектива, которую выбрали, а также аберрацию, вносимую всеми другими компонентами на оптическом пути. Цель состоит в том, чтобы скомпенсировать сферическую аберрацию без изменения диаметра пучка. Сферическую аберрацию, например, вводят посредством линзы 32 предварительной фокусировки.
Таким образом, система коррекции аберрации, которая может быть громоздкой и тяжелой, не требует сканирования фокусирующей системой 23 (линзы объектива), что сделает сканирование на высоких скоростях и в непрерывном движении сложным, по причине необходимости скользящих электрических контактов и т. д. и по той причине, что движение также может вызывать вибрацию в самих настраиваемых линзах. Линзы фокусировки и оправы, образующие фокусирующую систему 23, весят только несколько граммов. Полимерная настраиваемая линза, например, весит только десятков граммов, без учета ассоциированных оправ и плоско-вогнутых линз.
Таким образом, коррекция аберрации является статичной в пространстве, несмотря на то, что она может варьировать по времени в зависимости от различных средств обратной связи, которые являются пространственно зависимыми (например, на основе интенсивности вспышки или слышимой обратной связи).
Система с фиг. 1 и 7 имеет один конкретный набор оптических компонентов между лазером и фокусирующей системой. Однако эта компоновка не предназначена в качестве ограничения. Фокусирующую систему и систему компенсации аберрации по изобретению можно использовать в различных конфигурациях системы с меньшим или большим числом компонентов. Как ясно из приведенного описания, изобретение относится, в частности, к конечной фокусирующей системе, которая образует контакт с кожей, и к системе компенсации аберрации.
Коррекция аберрации представляет особый интерес для электрически регулируемой фокусирующей системы, такой как описано в связи с первым аспектом изобретения. Однако коррекцию аберрации также можно использовать в связи с механически регулируемой фокусирующей системой, такой как показано на фиг. 2.
В частности, не всеми аберрациями можно управлять в выбираемом наборе регулировок, так что тонкая настройка может быть желательной от случая к случаю или динамическим образом.
Система коррекции аберрации не обладает достаточной мощностью, чтобы значительно влиять на фокусную глубину, так что систему показателей (с фиг. 2) можно комбинировать с системой коррекции аберрации.
Следует отметить, что указанные выше варианты осуществления иллюстрируют изобретение, вместо того, чтобы ограничивать его, и что специалисты в данной области будут способны сконструировать многие альтернативные варианты осуществления, не отступая от объема приложенной формулы изобретения. В формуле изобретения любые ссылочные позиции, помещенные в круглые скобки, не следует толковать в качестве ограничения пункта формулы изобретения. Использование глагола «содержать» и его спряжений не исключает присутствия элементов или этапов, отличных от тех, что указаны в пункте формулы изобретения. Элемент в единственном числе не исключает присутствия множества таких элементов. Изобретение можно реализовать посредством аппаратного обеспечения, содержащего несколько отдельных элементов, и посредством подходящим образом запрограммированного компьютера. В пункте формулы изобретения на прибор, где перечислено несколько средств, несколько из этих средств можно осуществлять посредством одной и той же единицы аппаратного обеспечения. Сам факт того, что определенные средства перечислены во взаимно различных зависимых пунктах формулы изобретения, не указывает на то, что комбинацию этих средств нельзя использовать с пользой.
1. Прибор (1) для обработки кожи на основе излучения, содержащий:
источник (9) излучения для выдачи пучка (11) импульсного излучения для генерации индуцированного лазером оптического пробоя ткани волоса или кожи;
- фокусирующую систему (23) для фокусирования пучка (11) излучения в фокальное пятно (15) в ткани волоса или кожи, причем фокусирующая система содержит:
- линзу (32) предварительной фокусировки для генерации сходящегося пучка (12) импульсного излучения; и
- линзу (30) фокусировки, имеющую:
- выпуклую поверхность (38) ввода излучения для приема сходящегося пучка излучения; и
- поверхность (31) выхода излучения для контакта с кожей или волосом,
- показатель преломления 1,4 или выше; и
- контроллер (23) фокуса для управления расстоянием от фокального пятна до поверхности выхода излучения посредством регулировки промежутка между линзой предварительной фокусировки и линзой фокусировки.
2. Прибор по п. 1, причем кривизна выпуклой поверхности ввода излучения является такой, что в области падения сходящегося пучка (11) импульсного излучения на выпуклую поверхность ввода излучения лучи сходящегося пучка импульсного излучения входят в линзу фокусировки практически перпендикулярно выпуклой поверхности ввода излучения для по меньшей мере одного конкретного промежутка.
3. Прибор по любому из пп. 1 или 2, причем поверхность выхода излучения является выпуклой.
4. Прибор по любому из предыдущих пунктов, причем пучок излучения, падающий на линзу предварительной фокусировки, является сходящимся.
5. Прибор по любому из предыдущих пунктов, причем линза предварительной фокусировки содержит асферическую линзу.
6. Прибор по любому предыдущему пункту, причем линза предварительной фокусировки содержит:
- дополнительную выпуклую поверхность ввода излучения; и
- плоскую дополнительную поверхность вывода излучения или выпуклую дополнительную поверхность вывода излучения с усредненным радиусом кривизны, превышающим усредненный радиус кривизны поверхности ввода излучения.
7. Прибор по любому предыдущему пункту, причем линза фокусировки имеет показатель преломления при длине волны пучка импульсного излучения в диапазоне между 1,4 и 1,6.
8. Прибор по любому предыдущему пункту, причем линза фокусировки сформирована из стекла BK, предпочтительно стекла BK 7, или кварцевого стекла.
9. Прибор по любому предыдущему пункту, причем внешняя поверхность линзы фокусировки содержит антиотражающее покрытие на поверхности выхода излучения для снижения отражения пучка импульсного излучения.
10. Прибор по любому из предыдущих пунктов, причем контроллер фокуса содержит держатель, содержащий:
- линзы предварительной фокусировки так, что каждая из них может быть поочередно помещена на пути излучения, причем каждая конкретная из упомянутых линз предварительной фокусировки задает фиксированный промежуток, будучи помещенной на пути излучения, так что этот промежуток отличается от промежутка с другой из упомянутых линз предварительной фокусировки, или
- линзы фокусировки так, что каждая из них может быть поочередно помещена на пути излучения, причем каждая конкретная из упомянутых линз фокусировки задает фиксированный промежуток, будучи помещенной на пути излучения, так что этот промежуток отличается от промежутка с другой из упомянутых линз фокусировки, или
- пары из линзы предварительной фокусировки и линзы фокусировки так, что каждая пара может быть поочередно помещена на пути излучения, причем каждая конкретная пара из упомянутого множества пар задает фиксированный промежуток, будучи помещенной на пути излучения, так что этот промежуток отличается от промежутка с другой из упомянутого множества пар.
11. Прибор по любому предыдущему пункту, дополнительно содержащий регулируемую систему линз, расположенную на пути пучка импульсного излучения перед фокусирующей системой для обеспечения компенсации аберрации в фокусирующей системе.
12. Прибор по п. 11, причем регулируемая система линз содержит электрически настраиваемую линзу (42), такую как электросмачиваемая линза или линза (50) с жидкостной фокусировкой.
13. Прибор по п. 11, причем регулируемая система линз дополнительно содержит отрицательную линзу (44) на выходе электрически настраиваемой линзы (42).
14. Прибор по любому из пп. 11-13, содержащий сканирующую систему (21) для сканирования фокального пятна, причем регулируемая система линз предусмотрена на вводе в сканирующую систему (21).
