CN110445008A - 一种可更换式激光器单元及其阵列 - Google Patents

Abstract

一种可更换式激光器单元及其阵列，由统一外形、统一光学接口的机匣和机箱构成。机匣采用带有锥形空腔和柱形空腔的光学接口使得机匣的激光输出与机箱的光纤输出在没有专业工具的情况下实现精准的机械式对接，并利于机匣激光器元件的输出元件标准化；且带有倾斜角度的上下型导轨能够实现机匣与机箱的精密定位。当更换不同波长的激光器元件时，只需替换机箱内的机匣即可，将不同波长激光器元件的切换，替代为机匣的切换，大幅降低了医护人员进行激光波长切换的难度，提高了激光治疗仪器在医疗领域中的推广率。本发明可更换式激光器阵列，每个机箱内均可更换不同波长的机匣，多个机箱后面可连接多种波长切换器，实现波长的选择输出。

Description

一种可更换式激光器单元及其阵列

技术领域

本发明属于激光及医疗器械领域，具体涉及用于光动力治疗的一种可更换式激光器单元及其阵列。

背景技术

光动力疗法(Photodynamic Therapy，PDT)是利用光动力效应进行疾病诊断和治疗的一种新技术。其作用基础是光动力效应。光动力效应是一种有氧分子参与的伴随生物效应的光敏化反应。其过程是，特定波长的激光照射使组织吸收的光敏剂受到激发，而激发态的光敏剂又把能量传递给周围的氧，生成活性很强的单态氧，单态氧和相邻的生物大分子发生氧化反应，产生细胞毒性作用，进而导致细胞受损乃至死亡。相比传统疗法，光动力疗法具有创伤小、靶向性好、无耐药和毒副作用的优点。

激光是最方便的可携带性光源，具相干性(coherent)和单色性，即能产生高能量的单一波长的光波，输出功率可被精确调控，能直接通过纤维光缆，引入到中空器官和深在肿瘤内。但是激光器的结构复杂，价格高昂，使用步骤繁琐，医护人员对于医疗激光器的使用普遍存在培训不足的情况，而且医护人员在使用医疗激光器时存在畏惧心理，严重阻碍了激光治疗仪器在医疗中的普及推广。

光动力的治疗时间与光敏剂吸收光能力和光传递能量给氧的效力有关。根据治疗中的适应症和光敏剂种类的不同，激光波长和所需能量也不同，大多数光敏剂能强烈吸收630nm或长于630nm的光。例如，Photofrin是一种用于胃癌和膀胱癌的光敏剂，其激发波长为630nm；Metvix是用于基底细胞癌的光敏剂，激发波长为635nm；Foscan是用于头颈部肿瘤的光敏剂，激发波长为652nm；Purlytin是用于乳腺癌和前列腺癌的光敏剂，激发波长为664nm；Talaporfin是用于实体肿瘤的广普光敏剂，激发波长为664nm；Verteporfin是用于基底细胞癌的光敏剂，激发波长为689nm；Lutex是用于前列腺和脑癌的光敏剂，激发波长为732nm。对于光动力治疗这种疗法来说，光敏剂和适用症的种类都非常多，而且还不断有新型光敏剂在市场上推出，普通不具备激光常识的医护人员在更换激光器、更换激光波长时往往束手无策或者很容易犯错。

例如Biolitec公司的DIOMED 630PDT Laser是一种专用于Photofrin药物的光动力激光，发射波长为630nm；桂林兴达公司生成的XD-635AB光动力激光治疗仪的发射波长为635nm，通过光学输出，光纤芯径为400um。其激光器的波长均只能限定为一种，若要更换波长，只能由专业人员采用专业工具进行激光器本体的更换。特别是现有的光动力治疗仪器中使用的激光器均为半导体激光器，通过光纤耦合输出，半导体激光器与光纤耦合输出接口、光纤与光纤耦合输出端口需要精密的机械配合才可实现较高的耦合效率，进行激光器本体的更换时，难以快速的准确对准。

发明内容

基于上述问题，本发明提供了一种能够快速准确实现多种激光器元件简单更换的可更换式激光器单元及其阵列。

一种可更换式激光器单元，包括激光器元件，还包括用于固定所述激光器元件的机匣以及用于卡接所述机匣的机箱；每个机箱可以卡接多个外形完全一致的机匣；所述若干机匣具备相同的外形及光学接口；所述机箱设有唯一的与所述机匣光学接口相匹配的光学接头。所述光学接口包括锥顶在前、轴线向后水平延伸的锥形空腔，所述锥形空腔的锥顶部分向前水平延伸设有与所述锥形空腔相贯通的小柱形空腔，所述锥形空腔的锥底部分向后水平延伸设有大柱形空腔；所述小柱形空腔的前侧直接连接或者通过光纤插芯连接所述激光器元件的激光发出口；对应的所述机箱的后面板设有与之相匹配的光学接头，所述光学接头包括与所述锥形空腔形状相同的锥形适配器以及设于所述锥形适配器轴线位置的外接光纤，所述外接光纤的前端设有可以插接入所述小柱形空腔的外接光纤插芯，所述外接光纤插芯位于所述锥形适配器的前端，所述锥形适配器后端向后延伸有与所述大柱形空腔形状相同的柱形适配器，所述柱形适配器延伸至所述机箱的后板面并与所述机箱的后板面相齐平；

所述机箱包括用于容纳所述机匣的第一容置空间，所述机箱的前面板设有用于将所述机匣水平插入所述第一容置空间的插入口；所述第一容置空间的形状与所述机匣的形状相同；所述机匣的左右面板设有水平的定位凹槽，对应的所述第一容置空间左右面板设有水平定位凸起；所述机箱还包括卡接装置，以及用于容纳所述卡接装置的第二容置空间；所述第二容置空间设于所述第一容置空间的下方且通过设于所述第一容置空间下面板的卡接口与所述第一容置空间相贯通；所述卡接装置包括扣合组件，所述扣合组件包括水平设置的扣合板和设于所述扣合板下方的弹性组件，

所述卡接装置还包括卡接盒，所述卡接盒固定于所述第二容置空间，且所述弹性组件的下方固定于所述卡接盒的底部；所述卡接盒的左右两侧设有若干向后倾斜的上下型导轨，对应的所述扣合板的左右两侧设有若干向后倾斜的上下型导槽；使得所述扣合板可以在弹性装置的作用下向上移动并精确定位所述光学接口的上下位置，使得所述机匣在推入所述第一容置空间时外接光纤插芯与所述小柱形空腔精确对接。

作为优选，所述光纤插芯的顶部设有透镜，所述光学接口与所述光学接头对接时、所述外接光纤插芯的光纤前端面与所述透镜的距离所述透镜的焦距相等。作为优选，所述透镜为凸透镜或双凸透镜或折射率渐变透镜。作为优选，所述锥形空腔的锥角为45°。

作为优选，所述卡接装置还包括按钮组件，所述按钮组件包括设于所述第二容置空间对应的机箱的前面板的释放按钮与设于所述释放按钮后方的框型连接件；所述释放按钮的后侧设有竖直条形槽孔，所述扣合板的前侧设有倾斜条形槽孔，所述竖直条形槽孔与所述倾斜条形槽孔的开孔方向垂直于所述机箱的左右面板，且所述倾斜条形槽的条形倾斜方向与所述向后倾斜的上下型导轨的倾斜方向垂直；所述框型连接件的上杆、下杆分别在所述倾斜条形槽和所述竖直条形槽中滑动，所述框型连接件的左杆和右杆分别水平铰接于所述卡接盒的左右面板。

作为优选，所述扣合板还包括设于所述扣合板上部位于所述倾斜条形槽后方的卡扣，对应的所述机匣的下面板设有卡槽；当所述机匣的后面板与所述机箱的后面板对接时，所述卡扣刚好卡入所述卡槽。

作为优选，所述扣合板的上面板设有若干轴线向后倾斜的柱形凸起，所述机匣的下面板设有若干与所述柱形凸起形状相同的柱形通槽；所述卡扣卡入所述卡槽时，所述柱形凸起在所述弹性装置的作用下向上穿过所述卡接口卡入所述柱形通槽。

作为优选，所述柱形凸起与对应的所述柱形通槽内部分别设有公母型电学接口。

作为优选，所述机匣左右面板靠前的部位设有防滑沟槽结构，对应所述防滑沟槽结构，所述插入口还包括开于所述机箱左右面板前方的机匣插拔凹槽。

作为优选，所述机匣的上后部还设有散热片，对应所述散热片的位置，所述机箱的上面板开有强制风冷入口，所述机箱的左面板和/或右面板开有强制风冷出口。

作为优选，所述柱形凸起阵列于所述扣合板的上表面，所述机匣的下面板阵列有对应的柱形通槽，所述向后倾斜的上下型导轨的倾斜角度为45°。

一种可更换式激光器阵列，包括至少两个上述的可更换式激光器单元，每个所述可更换式激光器单元机箱的左右侧面分别设有水平阵列导槽与水平阵列导轨。

作为优选，所述可更换式激光器阵列还包括波长切换器，所述波长切换器包括与所述可更换式激光器阵列若干可更换式激光器单元的光学接口相连(直接相连或间接相连)的若干光纤输入接口和一个光纤输出接口，还包括底座和若干光纤插拔器；所述底座包括底盘以及沿底盘的中心向上延伸的不动轴，所述不动轴自下而上固定有与之轴线相重合的主动齿轮和光纤位移盘；所述光纤插拔器包括光纤插杆、设于所述光纤插杆外围的与所述主动齿轮相啮合的从动齿轮组件；所述光纤插杆一端连接所述光纤输入接口、另一端活动连接所述光纤输出接口；作为优选，多个所述光纤插拔器中心对称设于所述光纤位移盘位于所述主动齿轮径向外围位置的光纤插拔孔，且与所述光纤插拔孔竖直对应的所述光底盘上设有若干用于螺旋连接所述光纤输出接口的输出孔；

作为优选，所述光纤插杆位于所述底盘上方时，所述光纤位移盘在所述主、从传动齿轮的带动下转动；所述光纤插杆转动至所述输出孔上方时，若干所述光纤插杆在所述主、从传动齿轮的带动下沿所述光纤插拔孔上下运动从所述输出孔拔出或插入所述光纤输出接口。

作为优选，所述波长切换器还包括设于所述光纤位移盘上方的微动开关装置，所述微动开关装置包括微动开关盘与若干微动开关元件；所述光纤位移盘上设有与所述光纤插拔器设置角度相同的微动开关定位槽，所述光纤位移盘转动时，所述微动开关元件的触发装置从当前微动开关定位槽移入相邻的微动开关定位槽，同时所述光纤插拔器从当前输出孔上方移入相邻输出孔上方。具体地，所述光纤插拔孔中心对称设于所述光纤位移盘，在所述光纤插拔孔所在的所述光纤位移盘的径向上，均设有对应的微动开关定位槽，以保证光纤插拔器可已在所述光纤位移盘旋转时，准确定位至所述输出孔的上方。

作为优选，所述从动齿轮通过丝杠螺母副与所述光纤插杆相连；在所述光纤插杆上，所述光纤插杆的下部设有与所述光纤插拔孔的定位凸起相匹配的竖直定位槽，所述竖直定位槽的上部设有与所述从动齿轮的丝杠内螺纹相匹配的丝杠外螺纹；

作为优选，所述丝杠外螺纹的上部设有弹簧及弹簧定位轴肩。

作为优选，所述弹簧定位轴肩上部为与所述光纤输出接头相连的光纤插芯，所述光纤插芯的形状为锥形。

作为优选，所述从动齿轮的丝杠内螺纹长于所述光纤插杆的丝杠外螺纹，且所述丝杠外螺纹的顶部与所述丝杠内螺纹的顶部相抵时，和/或所述竖直定位槽的底部与所述定位凸起的底部向抵时，所述光纤插杆的底部至少位于所述底盘的上方。

本发明相对于现有技术优势在于：

1、本发明所述的可更换式激光器单元由统一外形、统一光学接口的内部装有激光器元件的机匣和用于卡接所述机匣的机箱构成。每个机匣内部的激光器元件可以由半导体激光器、固体激光器、气体激光器或其他种类的激光器元件构成，激光的输出通过设于所述机箱后部的同一光学接头输出。机匣采用带有锥形空腔和柱形空腔的光学接口，对应的光学接头设有锥形和柱形适配器，使得所述机匣激光器元件的输出与所述机箱的光纤输出在没有专业工具的情况下实现精准的机械式对接，并利于所述机匣激光器元件的输出元件标准化；且带有倾斜角度的上下型导轨与上下型凹槽能够实现机匣与机箱的精密定位。当更换不同波长的激光器元件时，只需要将所述机箱内的机匣从机箱内抽出，替换成另一个含有发射不同波长激光的激光器元件的机匣即可，将不同波长激光器元件的切换，替代为含有统一外形、统一光学接口的机匣的切换，大幅降低了医护人员进行激光波长切换的难度，提高了激光治疗仪器在医疗领域中的普及推广率。

2、本发明所述的可更换式激光器单元，激光器元件的供电及参数控制由机匣和扣合板上带有倾斜角度的柱形凸起与柱形通槽内的电子接口实现；且带有倾斜角度的柱形凸起与柱形通槽能够实现机匣与机箱的精密定位。

3、本发明所述的可更换式激光器单元，卡接板具有机械卡扣，在放入机匣的卡槽后通过卡槽上的卡扣进行配合，进一步防止机匣脱出。提高了系统的安全性与稳定性。且机匣具有防滑沟槽结构，方便使用者通过手取出或插入机箱第一容置空间，为医护工作者的广泛使用奠定基础。

4、本发明所述的可更换式激光器阵列，机箱上具有统一光纤接头和电子接头，机箱上的光纤接头直接或间接连接外部光纤，可输出多种波长激光并通过多根光纤输出到不同的使用器具如光动力治疗仪或输出到专用的波长切换器。在治疗过程中临时需要更换光敏剂用于治疗，只需购买对应光敏剂波长的机匣插入机箱中即可使用。

5、本发明所述的可更换式激光器阵列，每个机箱内均可更换不同波长的机匣，多个机箱后面可连接多种波长切换器，实现波长的选择输出。

附图说明

图1是本发明可更换式激光器单元的第一实施例的右视剖视结构示意图；

图2是本发明可更换式激光器单元的第一实施例的三维立体结构示意图；

图3是本发明可更换式激光器单元的第一实施例的前视结构示意图；

图4是本发明可更换式激光器单元的第一实施例机匣的三维结构示意图；

图5是本发明可更换式激光器单元的第一实施例机匣的右视剖视结构示意图；

图6是本发明可更换式激光器单元的第一实施例的光学接口右视透视结构示意图；

图7是本发明可更换式激光器单元的第一实施例的光学接头右视透视结构示意图；

图8是本发明可更换式激光器单元的第一实施例的光学接口与光学接头的装配结构示意图；

图9是本发明可更换式激光器单元的第二实施例卡接装置的三维结构示意图；

图10是本发明可更换式激光器单元的第二实施例卡接装置与机匣未扣合状态示意图；

图11是本发明可更换式激光器单元的第二实施例的卡接装置与机匣扣合状态示意图；

图12是本发明可更换式激光器阵列三维结构示意图；

图13是本发明可更换式激光器阵列的可更换式激光器与波长切换器的机械式光纤耦合和切换原理示意图；

图14是本发明可更换式激光器阵列的波长切换器的三维结构示意图；

图15是本发明可更换式激光器阵列的光纤插拔器的三维结构示意图；

图16是本发明可更换式激光器阵列的光纤插拔器的光纤插杆位于极限位置时的剖视结构示意图；

图17是本发明可更换式激光器阵列的光纤插拔器的光纤插杆对接位置时的剖视结构示意图；

图18是本发明可更换式激光器阵列的光纤插杆与光纤输出接口对接状态局部结构示意图；

图19是本发明可更换式激光器阵列的光纤位移盘与微动开关装置结构示意图；

图20是本发明可更换式激光器阵列的微动开关装置透视结构示意图；

图21是本发明可更换式激光器阵列的波长切换器工作流程图。

图中各标号列示如下：

1—机匣；11—电学接口，12—光学接口，121—锥形空腔；122—小柱形空腔；123—大柱形空腔；124—光纤插芯；125—凸透镜；13—柱形通槽；14—卡槽；15—散热片；151-散热片风冷入口；16—水平定位凹槽；17—防滑沟槽结构；18—显示装置；2—机箱；21—第一容置空间；211—插入口；2111—机匣插拔凹槽；212—卡接口；213—水平定位凸起；22—卡接装置；221—扣合组件；2211—扣合板；22111—上下型导槽；22112—倾斜条形槽孔；2212—弹性组件；222—按钮组件；2221—释放按钮；2221a—竖直条形槽孔；2222—框型连接件；22221—上杆，22222—下杆，22223—左杆，22224—右杆；223—卡接盒；2231—上下型导轨；23—第二容置空间；24—柱形凸起；25—光学接头；251—锥形适配器；252—外接光纤；253—外接光纤插芯；254—柱形适配器；26—卡扣；27—强制风冷入口；28—强制风冷出口；29—电学输入接头；3—波长切换器；31—光纤输入接口；32—光纤输出接口；33—底座；331—底盘；3311—输出孔；332—不动轴；34—光纤插拔器；341—光纤插杆；3411—竖直定位槽；342—从动齿轮；3421—丝杠螺母副；3422—光纤插杆轴承；343—弹簧；344—弹簧定位轴肩；35—主动齿轮；36—光纤位移盘；361—光纤插拔孔；362—微动开关定位槽；37—微动开关装置；371—微动开关盘；3711—微动孔；372—微动开关元件；373—微动弹簧；374—限位滚珠；375—微动支杆。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面结合附图和具体实施例，对本发明进行更详细的说明。本说明书及其附图中给出了本发明的较佳的实施例，但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本说明书所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。特别是，本发明所提到的方向用语，例如「上」、「下」、「前」、「后」、「左」、「右」、「内」、「外」、「侧面」等，仅是参考附图的方向，因此，使用的方向用语是用以说明及理解本发明，而非用以限制本发明。

实施例1

一种可更换式激光器单元，如图1-12所示，包括固定有激光器元件的机匣1以及用于卡接所述机匣1的机箱2；所述机匣1具备唯一的电学接口11和若干光学接口12与所述机箱2对接；所述机匣1可从所述机箱2内抽出，并替换成另一个含有发射不同波长激光的激光器元件的机匣。由于本发明附图较多，为了统一辨识，「前」是指附图1-12中机匣插入机箱时的插入口所在位置，也就是所述机箱的前面板的位置为前，与其相对的所述机箱的后面板所在位置为后。具体见图12中的坐标系，其中X轴所指方向为前，Y轴所指方向为右，Z轴所指方向为上。

具体地，所述机箱2包括用于容纳所述机匣1的第一容置空间21，卡接装置22，以及用于容纳所述卡接装置的第二容置空间23；所述机箱2的前面板设有用于将所述机匣1水平插入所述第一容置空间21的插入口211，所述机匣1通过插入口211进行拆卸更换；所述第二容置空间23设于所述第一容置21空间的下方且通过设于所述第一容置空间21下面板的卡接口212与所述第一容置空间21相贯通；

作为优选，所述机箱2水平对应所述插入口211位置的后面板设有光学接头25，对应所述光学接头25的位置，所述机匣1设有配套的光学接口11。光学接口11内部通过光纤与机匣1内的激光输出口连接。使得不同机匣1具备统一的光学接口11和电学接口12，大幅降低了医护人员进行激光波长切换的难度，提高了激光治疗仪器在医疗领域中的普及推广率。

具体地，如图5-6所示，所述机匣1的光学接口12包括锥顶在前、轴线向后水平延伸的锥形空腔121，所述锥形空腔121的锥顶部分向前水平延伸设有与所述锥形空腔相贯通的小柱形空腔122，所述锥形空腔121的锥底部分向后水平延伸设有大柱形空腔123；所述小柱形空腔122的前侧直接连接或者通过光纤插芯124连接所述激光器元件的激光发出口；

对应的所述机箱2的后面板设有与之相匹配的光学接头25，也即为光纤连接器，如图2和图7所示，所述光学接头25包括与所述锥形空腔121形状相同的锥形适配器251以及设于所述锥形适配器251内部的外接光纤251，所述外接光纤251的前端设有可以插接入所述小柱形空腔122的外接光纤插芯253，所述外接光纤插芯253位于所述锥形适配器251的前端，所述锥形适配器251后端向后延伸有与所述大柱形空腔形状123相同的柱形适配器254，所述柱形适配器254可延伸至与所述机箱2后板面相平齐。

所述光纤插芯124的顶部具有一个透镜，所述透镜为凸透镜125或双凸透镜或折射率渐变透镜，所述光学接口12与所述光学接头25对接时、所述外接光纤插芯253的光纤前端面与所述透镜的距离与所述透镜的焦距相等，或为其一半或为其整数倍；将光纤出射的发散光准直。本实施例中的光纤芯径为400um，光纤插芯124直径为3mm，透镜为凸透镜125。所述小柱形空腔122允许外接光纤插芯253插入。所述光学接头25与所述光学接口12的装配结构如图8所示。激光器元件的光纤插芯124将激光准直输出后，耦合入机箱2的外接光纤插芯253，通过外接光纤252输出。激光器元件的光纤插芯124顶端与机箱2的外接光纤插芯253顶端具有一空隙，防止光纤插芯124与外接光纤插芯253顶端由于外力碰撞磨损损坏，此空隙尺寸可为10um-1000um，本例中此空隙为500um。

作为优选，所述锥形空腔121的锥角为45°。锥角为45度的锥形适配器251及锥形空腔121的设置，配合大柱形空腔123及254柱形适配器的机械结构，使得激光器元件的光纤插芯124与外接光纤插芯253能够精密对接。

作为优选，机匣1在未装入机箱2时，如图1-3所示。所述第一容置空间21的形状与所述机匣1的形状相同；所述机匣1的左右面板设有水平定位凹槽16，对应的所述第一容置空间21左右面板设有水平定位凸起213。

为了实现机匣1与机箱3之间光学接口的精确对接，所述卡接装置22如图9-11所示，所述卡接装置22包括扣合组件221，所述扣合组件221包括水平设置的扣合板2211和设于所述扣合板2211下方的弹性组件2212，还包括卡接盒223，所述卡接盒223固定于所述第二容置空间23，且所述弹性组件2212的下方固定于所述卡接盒223的底部，所述扣合板2211在所述弹性组件2212的作用下上下移动，且其上下移动时不完全脱离所述卡接盒223；所述卡接盒223的左右两侧设有若干轴线向后倾的上下型导轨2231，对应的所述扣合板2211的左右两侧设有上下型导槽22111。或者优选地，所述第二容置空间23的左右两侧面上设有若干轴线向后倾的上下型导轨2231，对应的所述扣合板2211的左右两侧设有上下型导槽22111，所述弹性组件2212的下方固定于所述第二容置空间23的底部。所述扣合板2211上下移动时不完全脱离所述上下型导轨。

本发明所述的可更换式激光器单元由统一外形、统一电学接口11和光学接口12的内部装有激光器元件的机匣1和用于卡接所述机匣1的机箱2构成。每个机匣1内部的激光器元件可以由半导体激光器、固体激光器、气体激光器或其他种类的激光器元件构成，激光的输出通过设于所述机箱2后部的同一光学接头25输出。机匣采用带有锥形空腔和柱形空腔的光学接口，对应的光学接头设有锥形和柱形适配器，使得所述机匣激光器元件的输出与所述机箱的光纤输出在没有专业工具的情况下实现精准的机械式对接，并利于所述机匣激光器元件的输出元件标准化；且带有倾斜角度的上下型导轨与上下型凹槽能够实现机匣1与机箱2的精密定位。当更换不同波长的激光器元件时，只需要将所述机箱2内的机匣1从机箱2内抽出，替换成另一个含有发射不同波长激光的激光器元件的机匣1即可，将不同波长激光器元件的切换，替代为含有统一外形、统一光学接口的机匣1的切换，大幅降低了医护人员进行激光波长切换的难度，提高了激光治疗仪器在医疗领域中的普及推广率。

实施例2

作为优选，本实施例与上述实施例不同地是，如图1-11所示，所述扣合板2211的上面板设有若干轴线向后倾斜的柱形凸起24，对应的所述机匣1的下面板设有若干与所述柱形凸起24形状相同的柱形通槽13；所述柱形凸起24在所述弹性组件2212的作用下向上穿过所述卡接口212卡入所述柱形通槽13；

作为优选，卡接装置22还包括按钮组件222，所述按钮组件222向后移动时，带动所述扣合板2211沿所述柱形凸起24的轴线方向斜向下移动，所述弹性组件2212从自然状态转换为储能状态，且所述柱形凸起24脱离所述柱形通槽13；进而使得所述机匣2脱离所述扣合板2211，方便从所述插入口211取出机匣1并放入带有不同波长激光器元件的另一个结构相同的机匣，也就是说只需进行机匣1的切换即可完成激光器元件的波长切换。将另一机匣装入所述第一容置空间21后，松开所述按钮组件222，所述按钮组件222向前复位，此时，所述弹性组件2212从储能状态转变为释能状态，所述扣合板2211在所述弹性组件2212弹力的作用下沿所述柱形凸起24的轴线方向斜向上移动至所述柱形凸起24卡入所述柱形通槽13，并为所述激光器元件供电和/或进行激光器元件参数调整控制装置。

作为优选，所述按钮组件222包括设于所述第二容置空间23对应的机箱2前面板的释放按钮2221与设于所述释放按钮2221后方的框型连接件2222；所述释放按钮2221的后侧设有竖直条形槽孔2221a，所述扣合板2211的前侧设有倾斜条形槽孔22112，所述竖直条形槽2221a孔与所述倾斜条形槽22112孔的开孔方向垂直于所述机箱2的左右面板，且所述倾斜条形槽22112的条形倾斜方向垂直于所述柱形凸起24的轴线；所述框型连接件2222的上杆22221、下杆22222分别在所述倾斜条形槽22112和所述竖直条形槽2221a中滑动，所述框型连接件2222的左杆22223和右杆22224分别水平铰接于所述卡接盒223的左右面板。所述释放按钮2221向后移动时，竖直条形槽2221a向后移动，带动所述框型连接件2222的下杆22222在竖直条形槽2221a中向斜后方转动，进而带动所述框型连接件2222的上杆22221在所述倾斜条形槽22112中向斜前方转动，同时所述倾斜条形槽22112的受力方向始终与所述柱形凸起24的倾斜方向相同，进而带动所述扣合板2211沿着所述柱形凸24起的倾斜方向上下平稳移动。

作为优选，所述卡接装置22还包括设于所述扣合板2211上部位于所述柱形凸起24前方的卡扣26，对应的所述机匣1的下面板设有卡槽14；当所述机匣1的后面板与所述机箱2的后面板对接时，所述卡扣26刚好卡入所述卡槽14，且所述柱形凸起24与对应的所述柱形通槽13内部的公母型电学接口相接通。防止机匣1在使用时脱出机箱2。

作为优选，所述机匣1的上后部还设有激光器元件的散热片15，优选地所述散热片15的中间位置开有上下贯通的散热片风冷入口151，对应所述散热片风冷入口151的位置，所述机箱2的上面板开有强制风冷入口27，所述机箱2的左面板和/或右面板开有强制风冷出口28。如图1-5所示，所述散热片15为片状多层结构，外部的主动风冷机构通过强制风冷入口27进风，允许空气垂直及水平流动至强制风冷出口28进行进行散热片15的强制风力制冷。

且所述机匣1的前面板设有显示装置或警示灯18，在激光器元件连接就绪后提示连接完成；并在激光器元件进行工作出光时提示激光正在进行输出。

作为优选，所述柱形凸起24阵列于所述扣合板2211的上表面，所述机匣1的下面板阵列有对应的柱形通槽13。具体如图9-11所示，所述机匣1下面板阵列有18个双排的与水平面之间的夹角为45°的柱形通槽13，每个柱形通槽13内设有环形桶状的金属插芯，金属插芯的中心具有空腔结构，本实施例中空腔的直径为3mm，长度为5mm，容许所述柱形凸起24内部的针状插针插入。对应的所述扣合板的上板面阵列有18个双排的与水平面之间的夹角为45°的柱形凸起24，所述柱形凸起24内部设有与柱形通槽13内部结构相匹配的电学插针。在机匣1插入机箱2的第一容置空间21后，机匣1被卡接装置22锁定，通过按动释放按钮2221解脱锁定后，机匣1可从第一容置空间21中取出。

在机匣1未插入时，扣合板2211及柱形凸起24在弹簧组件2212作用下抬起。如图10所示，扣合板2211后板面为斜面，该斜面始终有一部分与所述卡接盒223的斜面接触，所述斜面的倾斜角度与所述柱形凸起24的轴线倾斜角度相同，机匣1插入时，按下释放按钮2221，压迫扣合板2211的斜面向下移动，同时柱形凸起24及其内部的电学插芯向下移动，使得机匣1能够插入；在插入到一定位置后，比如机匣1的后面板与机箱2的后面板相抵，或所述机匣1的后面板与设于所述机箱2的定位块相抵，松开释放按钮2221，如图11所示，扣合板2211弹起，柱形凸起24及其内部的电学插芯插入机匣的柱形通槽13及电学插芯内，实现电路的连通。同时，光学接口12进行配合实现光学连通。在弹性组件2212如弹簧弹力作用下，机匣1被施以向后的力量，压紧电学接口11及光学接口12，并在卡扣26的限制下，机匣1无法松动或被意外取出。

实施例3

作为优选，所述柱形凸起24与所述柱形通槽13内部分别设有相匹配的公母型电学接口，所述柱形凸起24在所述弹性组件2212的作用下向上穿过所述卡接口212卡入所述柱形通槽13为所述激光器元件供电并进行激光器元件的参数辅助调整；优选地，所述柱形凸起24的电学接口通过设于所述机箱2的电学输出接头29连接电源和/或激光器元件的参数调整控制装置，所述柱形通槽13内的电学接口11分别与激光器元件内部的电源接口和/或功率调整接口、波长调整接口、脉冲调整接口等参数控制接口直接连接；

所述电学接口11一端连接激光器单元的电学接口，另一端连接所述机箱的电学输入接头29。

优选地，所述机匣1左右面板靠前的部位设有防滑沟槽结构17，对应所述防滑沟槽结构17，所述插入口211还包括开于所述机箱2左右面板前方的机匣插拔凹槽2111，方便使用者通过手将所述机匣1从机箱2取出。

实施例4

一种可更换式激光器阵列，包括至少两个上述的可更换式激光器单元，每个所述可更换式激光器单元机箱的左右侧面分别设有水平阵列导槽与水平阵列导轨。通过水平阵列导槽与水平阵列导轨进行多个可更换式激光器单元的并列卡接安装，实现可更换式激光器阵列的简单拆卸和更换。此时作为优选方案，所述机箱2对应所述散热片的后面板上也开有强制风冷出口28。

这些多个外形和输出接口保持统一，机箱2上具有统一光学接头25和电学接头的多个可更换式激光器单元组成可更换式激光器阵列，机箱2上的光纤接头25直接或间接连接外部光纤，可输出多种波长激光并通过多根光纤输出到不同的使用器具如光动力治疗仪或输出到专用的波长切换器3。具体如图12所示，图中机箱2数量为4个，机匣1数量为2个。按照上述方式，本可更换式激光器阵列可实现机匣2(激光器元件)的快捷、方便的拆装，更换激光器单元可更换不同输出波长。例如，假如目前只有630nm和664nm两个发射波长的激光器元件的机匣，在治疗过程中临时需要采用Foscan光敏剂用于治疗(治疗波长为652nm)，只需购买652nm发射波长的机匣1插入空置的机箱中即可使用。

可更换式激光器阵列的每个可更换式激光器单元的电学接口均可连接光动力治疗仪的供电和控制系统，由光动力治疗仪进行统一供电和控制。可更换式激光器阵列输出的光学接口连接外接光纤，本例中4个机箱阵列连接4根外接光纤。这些外接光纤可直接与波长切换器相连接，实现波长的选择输出；也可分别连接不同的光动力治疗仪。

波长切换器可有多种方式实现，例如通过多合一的光纤耦合器耦合至一根光纤输出，控制激光器阵列的输出波长实现波长选择；或通过波分复用器(WDM)实现多个波长的复用和选择。还可用机械运动方式控制多根光纤与一根或几根光纤的耦合和切换。

实施例5

可更换式激光器阵列与波长切换器的机械式光纤耦合和切换的原理如图13所示。通过与多根输入光纤相连的多个光纤插拔器；与光纤输出接口的相对位置变化，当某根输入光纤与光纤输出接口的位置对准时，输出该光纤内的激光，实现切换不同波长输出的效果。

要保证光纤耦合的效率，需要光纤插拔器与光纤输出接口具有精密的对准效果。为实现这一效果，需要将单纯的位移运动控制优化为位移-插入-拔出-位移的循环运动，或者通过机械自动运动模拟手动插入光纤接口的动作。为实现这一复杂的运动效果，本发明采用如下方案：

所述波长切换器3，如图14-20所示，包括与所述可更换式激光器阵列若干可更换式激光器单元的光学接头25相连(直接相连或间接相连)的若干光纤输入接口31和一个光纤输出接口32，还包括底座33和若干光纤插拔器34；所述底座33包括底盘331以及沿底盘331的中心向上延伸的不动轴332，所述不动轴332自下而上固定有以所述不动轴332的轴线为旋转轴的主动齿轮35和光纤位移盘36；所述底座33不能够旋转和移动，是整个波长切换器3与其他外围设备固定的中心；优选地，所述主动齿轮35和/或光纤位移盘36与所述不动轴332之间设有轴承。

所述光纤插拔器34包括光纤插杆341、设于所述光纤插杆341外围的与所述主动齿轮35相啮合的从动齿轮342；所述光纤插杆342的轴线位置设有光纤，所述光纤插杆342的光纤一端连接所述光纤输入接口31、另一端连接所述光纤输出接口32，反之亦可；

作为优选，所述光纤插拔器34均匀或中心对称设于所述光纤位移盘36位于所述主动齿轮35径向外围的位置，且与所述光纤插拔器34竖直对应的所述底盘331上设有若干用于螺旋连接所述光纤输出接口32的输出孔3311；对应的所述光纤输出接口32设有与所述输出孔3311相螺接的外螺纹；

所述光纤位移盘36上位于所述主动齿轮35径向外围的位置设有用于定位所述光纤插拔器34的光纤插拔孔361；

所述光纤插杆341位于所述底盘331上方时，所述光纤位移盘36在所述主动齿轮35、从动齿轮342的带动下转动，带动所述光纤插拔器34绕所述不动轴332的轴线转动；所述光纤插杆341绕所述不动轴332的轴线转动至所述输出孔3311上方时，所述光纤插杆341在所述主动齿轮35、从动齿轮342的带动下沿所述光纤插拔孔361上下运动从所述输出孔3311拔出或插入所述光纤输出接口32。

采用一个大的主动齿轮35和一个小的从动齿轮342构成主要传动结构，光纤插拔器34设于所述小从动齿轮342中心位置。当从动齿轮342的中心轴位置固定不动时，主动齿轮35转动带动从动齿轮342转动，从动齿轮342转动带动光纤插杆341上下运动，完成光纤插杆341的插入—拔出动作；当从动齿轮342的中心轴可以移动，即所述光纤插杆341完全位于所述底盘331上方时，从动齿轮35与所述光纤插拔器34锁死，二者不能够围绕自己的轴心转动，从动齿轮342在主动齿轮35的带动下沿主动齿轮35带动光纤位移盘36做旋转运动，实现光纤插拔器34的转动平移动作。

作为优选，如图19-20所示，所述波长切换器3还包括设于所述光纤位移盘36上方的微动开关装置37，所述微动开关装置37包括微动开关盘371、若干微动开关元件372、微动弹簧373、限位滚珠374和微动支杆375；所述微动开关盘371上设有微动孔3711；微动弹簧373、限位滚珠374和微动支杆375设于所述微动孔3711内，且所述微动弹簧373套接于所述微动支杆375，所述微动支杆375一端与所述微动开关元件372触发装置相抵，另一端与所述限位滚珠374相抵；所述光纤位移盘36上设有与所述光纤插拔器34设置角度相同的微动开关定位槽362，所述光纤位移盘36转动时，所述限位滚珠374从当前微动开关定位槽362移入相邻的微动开关定位槽，同时所述光纤插拔器34从当前输出孔3311上方移入相邻输出孔上方。具体地，所述光纤插拔孔361中心对称设于所述光纤位移盘36，在所述光纤插拔孔361所在的所述光纤位移盘36的径向上，均设有对应的微动开关定位槽362，以保证光纤插拔器34可在所述光纤位移盘36旋转时，准确定位至所述输出孔3311的上方。

此结构主要有两个功能：1.当光纤插拔器34对准底盘331上的光纤输出接口32且完全位于所述底盘331上方时，限位滚珠374在微动弹簧373的驱动下滚入光纤位移盘36上表面的微动开关定位槽362中后，光纤位移盘36的转动阻力增加而不能够转动，主动齿轮35的旋转使得光纤插拔器34沿自身轴心旋转，促动光纤插杆341向下运动，直至插入底盘331上的光纤输出接口32；2.主动齿轮35反向转动，带动光纤插拔器34脱离光纤输出接口32并回缩至最上极限位置后，从动齿轮342旋转阻力增大，限位滚珠374被迫脱离光纤位移盘36上表面的微动开关定位槽362，主动齿轮35带动光纤插拔器34位移至下一个光纤输出接口上方。

限位滚珠374通过微动支杆375和微动弹簧373与微动开关元件372的触发装置连接。当限位滚珠374脱离光纤位移盘36上的微动开关定位槽362后，其位置升高，触动微动开关元件372打开；当限位滚珠374进入光纤位移盘36上的微动开关定位槽362后，其位置降低，微动开关元件372关闭。根据微动开关元件372的信号可判断限位滚珠374是否在微动开关定位槽362内，进行主动齿轮35转动方向的控制。

上述波长切换器3使用主动齿轮353即可实现多个激光波长的光纤输入、一个激光波长的输出的耦合切换输出，在输入及输出光纤接口增多时，仅需安装更多的光纤插拔器34和耦出光纤接头即可。避免了在光纤接口增多时，使用多个转动及位移控制装置带来的控制复杂性及耦合精度的降低。上述波长切换器3的输出耦合不仅可采用一根光纤输出，还可采用两根或多跟光纤输出，其原理与一根光纤相似。

作为优选，所述从动齿轮342通过丝杠螺母副3421与所述光纤插杆341相连；在所述光纤插杆341上，所述光纤插杆341的上部设有与所述光纤插拔孔361的定位凸起相匹配的竖直定位槽3411，竖直定位槽3411与光纤插拔孔361中的定位凸起相锁定，使得光纤插杆341相对于光纤位移盘36不进行旋转。所述光纤插杆341上位于所述竖直定位槽3411的下方设有与所述从动齿轮342的丝杠内螺纹相匹配的丝杠外螺纹，当所述从动齿轮342转动时，通过丝杠螺母副3421推动所述光纤插杆341上下移动；

作为优选，所述从动齿轮342与所述光纤插杆341之间设有光纤插杆轴承3422，所述光纤插杆轴承3422至少由2个能够承受轴向相反作用力的轴承组成。本实施例中，所述光纤插杆轴承3422有3个，保证平稳旋转、上下移动平稳。

所述主动齿轮35可设于所述底盘33与所述光纤位移盘36之间、或之上或之下，位置根据需要灵活调整。

作为优选，所述丝杠外螺纹的下部设有弹簧343及弹簧定位轴肩344；作为优选，所述弹簧定位轴肩344下方为与所述光纤输出接口32相连的光纤插芯；

弹簧343及弹簧定位轴肩344使得光纤插杆341在插入光纤输出接口32时具有弹性，避免光纤插芯头部损坏；同时在插入后具有向下的压力，使光纤插芯间的耦合足够紧密而不松脱。

作为优选，所述从动齿轮342的丝杠内螺纹长于所述光纤插杆341的丝杠外螺纹，且所述丝杠外螺纹的顶部与所述丝杠内螺纹的顶部相抵时，和/或所述竖直定位槽3411的底部与所述光纤插拔孔361定位凸起的底部相抵时，所述光纤插杆341的底部至少完全位于所述331底盘的上方，使得光纤插杆341在主动和传动齿轮带动下脱离光纤输出接口32回缩时，如回缩到如图16所示的极限位置，丝杠外螺纹达到丝杠内螺纹的上方尽头，和/或所述光纤插拔孔361定位凸起达到所述光纤插杆341上的竖直定位槽3411的底部，从而从动齿轮342将不能沿自身轴心旋转，而在主动齿轮35的作用下带动光纤位移盘36旋转。所述光纤插杆341的极限位置由丝杠外螺纹达到丝杠内螺纹的上方尽头，和/或所述光纤插拔孔361定位凸起达到所述光纤插杆341上的竖直定位槽3411的底部来限定。所述光纤插杆341与所述光纤输出接口32的对接位置，由所述主动齿轮35反向移动的圈数来实现精准定位。

其流程逻辑图如图21所示：

开始状态之前，光纤插杆341完全位于所述底盘的上方，且丝杠外螺纹达到丝杠内螺纹的上方尽头和/或所述光纤插拔孔361定位凸起达到所述光纤插杆341上的竖直定位槽3411的底部，所述光纤插杆341被定位到极限位置(即所述光纤插杆341拔出到上方的极限位置)；所述限位滚珠374位于微动开关定位槽362中。

第一阶段，所述光纤位移盘36转动带动光纤插拔器34从当前光纤输出接口32移至下一个光纤输出接口，具体为：控制所述主动齿轮35正向转动，带动所述光纤位移盘36转动，进而所述限位滚珠374从微动开关定位槽362中移出，微动开关元件374打开。所述限位滚珠374在所述光纤位移盘36转动下卡入至所述光纤位移盘36的下一个微动开关定位槽，所述微动开关元件374关闭；所述微动开关的启闭动作控制所述主动齿轮35开始反向转动。

第二阶段，所述光纤插拔器34的光纤插杆341向下移动与光纤输出接口32对接，具体为：所述主动齿轮35开始反向转动；所述主动齿轮35反向转动一定圈数，带动所述光纤插杆341向下移动到所述光纤输出接口32并激光耦合输出至光动力治疗仪，进行光动力治疗。

第三阶段，所述光纤插拔器34的光纤插杆341向上移动至极限位置，具体为：当治疗完毕后，控制所述主动齿轮35正向转动，所述光纤插杆341向上移动逐渐移出光纤输出接口32，最终移动到上述的开始状态之前的位置，完成一个使用周期。

其中控制主动齿轮正向转动可由设于所述波长切换器33的控制系统控制，也可由所述光动力治疗仪控制，具体设置方式为在所述波长切换器33的控制系统操纵界面或光动力治疗仪控制界面上设置启动开关。所述主动齿轮从正向转动转换为反向转动在微动开关装置37的一次完整的启闭动作控制。

微动开关定位槽微动开关定位槽微动开关定位槽微动开关定位槽微动开关定位槽微动开关定位槽微动开关定位槽微动开关定位槽。

应当指出，以上所述具体实施方式可以使本领域的技术人员更全面地理解本发明，但不以任何方式限制本发明。因此，尽管本说明书参照附图和实施例对本发明已进行了详细的说明，但是，本领域技术人员应当理解，仍然可以对本发明进行修改或者等同替换，总之，一切不脱离本发明的精神和范围的技术方案及其改变，其均应涵盖在本发明专利的保护范围当中。

Claims (10)

1.一种可更换式激光器单元，包括激光器元件，其特征在于，还包括用于固定所述激光器元件的机匣以及用于卡接所述机匣的机箱；所述机匣具备相同的外形及光学接口；所述光学接口包括锥顶在前、轴线向后水平延伸的锥形空腔，所述锥形空腔的锥顶部分向前水平延伸设有与所述锥形空腔相贯通的小柱形空腔，所述锥形空腔的锥底部分向后水平延伸设有大柱形空腔；所述小柱形空腔的前侧直接连接或者通过光纤插芯连接所述激光器元件的激光发出口；对应的所述机箱的后面板设有与之相匹配的光学接头，所述光学接头包括与所述锥形空腔形状相同的锥形适配器以及设于所述锥形适配器轴线位置的外接光纤，所述外接光纤的前端设有可以插接入所述小柱形空腔的外接光纤插芯，所述外接光纤插芯位于所述锥形适配器的前端，所述锥形适配器后端向后延伸有与所述大柱形空腔形状相同的柱形适配器，所述柱形适配器延伸至所述机箱的后板面并与所述机箱的后板面相齐平；

所述机箱包括用于容纳所述机匣的第一容置空间，所述机箱的前面板设有用于将所述机匣水平插入所述第一容置空间的插入口；所述第一容置空间的形状与所述机匣的形状相同；所述机匣的左右面板设有水平的定位凹槽，对应的所述第一容置空间左右面板设有水平定位凸起；所述机箱还包括卡接装置，以及用于容纳所述卡接装置的第二容置空间；所述第二容置空间设于所述第一容置空间的下方且通过设于所述第一容置空间下面板的卡接口与所述第一容置空间相贯通；所述卡接装置包括扣合组件，所述扣合组件包括水平设置的扣合板和设于所述扣合板下方的弹性组件，

所述卡接装置还包括卡接盒，所述卡接盒固定于所述第二容置空间，且所述弹性组件的下方固定于所述卡接盒的底部；所述卡接盒的左右两侧设有若干向后倾斜的上下型导轨，对应的所述扣合板的左右两侧设有若干向后倾斜的上下型导槽；使得所述扣合板可以在弹性装置的作用下向上移动并精确定位所述光学接口的上下位置，使得所述机匣在推入所述第一容置空间时外接光纤插芯与所述小柱形空腔精确对接。

2.根据权利要求1所述的可更换式激光器单元，其特征在于，所述光纤插芯的顶部设有透镜，所述光学接口与所述光学接头对接时、所述外接光纤插芯的光纤前端面与所述透镜的距离所述透镜的焦距相等。

3.根据权利要求1所述的可更换式激光器单元，其特征在于，所述锥形空腔的锥角为45°。

4.根据权利要求1-3之一所述的可更换式激光器单元，其特征在于，所述卡接装置还包括按钮组件，所述按钮组件包括设于所述第二容置空间对应的机箱的前面板的释放按钮与设于所述释放按钮后方的框型连接件；所述释放按钮的后侧设有竖直条形槽孔，所述扣合板的前侧设有倾斜条形槽孔，所述竖直条形槽孔与所述倾斜条形槽孔的开孔方向垂直于所述机箱的左右面板，且所述倾斜条形槽的条形倾斜方向与所述向后倾斜的上下型导轨的倾斜方向垂直；所述框型连接件的上杆、下杆分别在所述倾斜条形槽和所述竖直条形槽中滑动，所述框型连接件的左杆和右杆分别水平铰接于所述卡接盒的左右面板。

5.根据权利要求4所述的可更换式激光器单元，其特征在于，所述扣合板还包括设于所述扣合板上部位于所述倾斜条形槽后方的卡扣，对应的所述机匣的下面板设有卡槽；当所述机匣的后面板与所述机箱的后面板对接时，所述卡扣刚好卡入所述卡槽。

6.根据权利要求5所述的可更换式激光器单元，其特征在于，所述扣合板的上面板设有若干轴线向后倾斜的柱形凸起，所述机匣的下面板设有若干与所述柱形凸起形状相同的柱形通槽；所述卡扣卡入所述卡槽时，所述柱形凸起在所述弹性装置的作用下向上穿过所述卡接口卡入所述柱形通槽。

7.根据权利要求6所述的可更换式激光器单元，其特征在于，所述柱形凸起与对应的所述柱形通槽内部分别设有公母型电学接口；

优选地，所述透镜为凸透镜或双凸透镜或折射率渐变透镜。

8.根据权利要求6或7所述的可更换式激光器单元，其特征在于，所述柱形凸起阵列于所述扣合板的上表面，所述机匣的下面板阵列有对应的柱形通槽，所述向后倾斜的上下型导轨的倾斜角度为45°。

9.根据权利要求8之一所述的可更换式激光器单元，其特征在于，所述机匣的上后部还设有散热片，对应所述散热片的位置，所述机箱的上面板开有强制风冷入口，所述机箱的左面板和/或右面板开有强制风冷出口；

优选地，所述机匣左右面板靠前的部位设有防滑沟槽结构，对应所述防滑沟槽结构，所述插入口还包括开于所述机箱左右面板前方的机匣插拔凹槽。

10.一种可更换式激光器阵列，其特征在于，包括至少两个权利要求1-9之一所述的可更换式激光器单元，每个所述可更换式激光器单元机箱的左右侧面分别设有水平阵列导槽与水平阵列导轨。