CN108601615A - 皮肤处理装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种皮肤处理装置，具体地暂时毛发移除装置，所述皮肤处理装置具有光发射单元，所述光发射单元具有基底、安装在所述基底上在至少0.2cm2，具体地至少1.0cm2的区域上的多个第一LED管芯，其中所述第一LED管芯各自被布置用于在介于700nm和980nm之间的远红外或红外波长范围内的第一峰值发射波长下发射光，并且至少一个第二LED管芯被布置用于在介于400nm和低于700nm之间的可见波长范围内的第二峰值发射波长下发射光，其中所述皮肤处理装置被布置成激活所述第一LED管芯以发射处理光脉冲，所述处理光脉冲具体地具有介于10ms和300ms之间的脉冲长度，并且所述第一LED管芯具有辐射通量，使得通过施加所述处理光脉冲来实现至少1J/cm2的用户皮肤上的辐射通量，并且所述皮肤处理装置被布置成激活所述至少一个第二LED管芯以与所述处理光脉冲的所述发射同时发射可见光脉冲。

Description

皮肤处理装置
技术领域
本发明涉及皮肤处理装置，具体地涉及包括多个LED管芯的暂时毛发移除装置。
背景技术
已知皮肤可用相对高强度的光来处理以便实现特定效果，诸如皮肤焕新，并且具体地(暂时)毛发移除(又称暂时毛发生长减少)。适用于至少暂时毛发移除的大多数已知的基于光的皮肤处理装置利用激光光源或闪光灯，因为这两种光源均可以短脉冲提供高强度的光。LED通常被描述为一种可供选择的光源。
文献US 2012/0116373 A1公开了用于将光施加到物体的光施加设备。该设备包括用于产生处理光和感测光的光源，其中控制单元控制光源，使得在处理时间间隔内的处理光和在感测时间间隔内的感测光交替产生。光源优先地为固态光源，具体地发光二极管或激光二极管。优选的是光源包括VCSEL。处理光优先地具有在570nm至1200nm范围内的波长、和在2J/cm2至30J/cm2范围内的能量密度以及在1ms至600ms内的脉冲持续时间。
本公开的目的是提供一种皮肤处理装置，该皮肤处理装置包括多个LED管芯，该装置比已知装置得到改善或至少提供一种替代方案。
发明内容
根据一个方面，提供一种皮肤处理装置，具体地暂时毛发移除装置，该皮肤处理装置具有光发射单元，该光发射单元具有基底、安装在基底上在至少0.2cm2，具体地至少1.0cm2的区域上的多个第一LED管芯，其中第一LED管芯各自被布置用于在介于700nm和980nm之间的远红外或红外波长范围内的第一峰值发射波长下发射光，并且至少一个第二LED管芯被布置用于在介于400nm和低于700nm之间的可见波长范围内的第二峰值发射波长下发射光，其中皮肤处理装置被布置成激活第一LED管芯以发射处理光脉冲，该处理光脉冲具体地具有介于10ms和300ms之间的脉冲长度，并且第一LED管芯具有辐射通量，使得通过施加处理光脉冲实现至少1J/cm2的用户皮肤上的辐射通量，并且皮肤处理装置被布置成激活至少一个第二LED管芯以与处理光脉冲的发射同时发射可见光脉冲。
根据一个方面，提供一种美容皮肤处理，具体地美容毛发移除的方法，该方法包括以下步骤：
提供基底和安装在基底上的多个第一LED管芯，该第一LED管芯被布置用于在介于700nm和980nm之间的远红外至红外波长范围内的第一峰值发射波长下发射光；
提供第二LED管芯，该第二LED管芯被布置用于在介于400nm和低于700nm之间的可见波长范围内发射光；
激活第一LED管芯以发射处理光脉冲；以及
激活至少一个第二LED管芯以与处理光脉冲同时发射可见光脉冲。
附图说明
本公开将通过对示例性实施方案的描述来进一步阐明，其中该描述参照附图。在附图中
图1是示出对数标度的黑素、水和氧血红蛋白的吸收系数相对于介于300nm和2000nm之间的光波长的图；
图2是示出真黑素和棕黑色素的消光系数相对于介于200nm和900nm之间的光波长的图；
图3是根据本公开的光发射单元的示例性实施方案的示意图，该光发射单元包括基底，在该基底上安装LED管芯的八乘以八矩阵；
图4A是安装在基底上的LED管芯的八乘以八矩阵的另一个示例性实施方案，其包括第一和第二LED管芯；
图4B是安装在基底上的LED管芯的十五乘以四矩阵的另外的示例性实施方案，其包括第一和第二LED管芯；
图5是安装在基底上的LED管芯的八乘以八矩阵的另一个示例性实施方案，其包括第一和第二LED管芯；
图6是安装在基底上的LED管芯的八乘以八矩阵的另外的示例性实施方案，其包括第一LED管芯和第二LED管芯的不同子集；
图7A是根据本公开的皮肤处理装置的示例性实施方案的侧视图；
图7B至图7D是如图7A所示的皮肤处理装置的各种示例性头部的前视图，其中指示用于测量皮肤特性的附加传感器的不同位置；
图8是安装在基底上的LED管芯阵列的示意图，该基底继而安装在散热器上以带走过量的热；
图9A是安装在基底上的LED管芯阵列的图示，其中壳体具有围绕在安装的基底区域布置的内反射壁；并且
图9B是具有图9A所示壳体的LED阵列的剖视图。
具体实施方式
一般已知，可通过将光(具体地以至少一种处理光脉冲的形式)施加到皮肤来影响各种类型的皮肤处理。此类皮肤处理涵盖皮肤焕新、皱纹减少、痤疮处理以及(暂时和永久性)毛发移除(也称为毛发生长减少或毛发生长管理，因为毛发不一定通过施加光立即移除)。皮肤处理可被分组成美容处理(诸如仅出于美容原因的毛发移除)和非美容(例如预防性治疗性)处理。具体地，用于实现暂时和/或永久性毛发移除(毛发生长减少-下文仅使用“毛发移除”)的皮肤处理需要比皮肤焕新等所需的辐射通量高得多的由每单位面积LED管芯阵列发射的辐射通量。为了将处理光脉冲施加到皮肤上，已经讨论了各种光源，诸如激光光源、闪光灯(例如氙弧灯)和半导体光源诸如LED。虽然关于毛发移除已经广泛讨论了激光光源和闪光灯，但是已经不太详细地讨论了LED作为光源的应用，具体地因为在短脉冲长度(例如低于10ms)内施加在皮肤上的所需辐射通量容易通过激光或闪光灯递送。现在，本公开涉及半导体光源(其中下文中使用术语LED，这应当涵盖其它固态光源，诸如VCSEL、VECSEL、或OLED，具体地LED管芯阵列(即与封装的LED相比，半导体管芯)及其用于基于光的暂时或永久性毛发移除的用途。
LED管芯可在紫外(UV)光至红外(IR)光的基本上任何波长(即，约280nm至1300nm)下发射光，例如这取决于所用的半导体材料。LED管芯发射的相对窄的光谱带宽的光。在本公开的情况下，术语“波长”与LED管芯相关使用，该波长意指峰值发射波长，即，在LED管芯的光发射曲线的最大值处的波长。
根据本说明书，多个第一LED管芯在介于700nm和980nm之间的远红外至红外波长范围内，具体地在介于700nm和880nm之间的范围内的峰值发射波长下发射光。在一些实施方案中，第一LED管芯在介于700nm和760nm之间的范围内或在介于820nm和880nm之间的范围内的峰值发射波长下发射光。在一些实施方案中，第一LED管芯的第一子集在介于700nm和760nm之间的范围内的峰值发射波长下发射光，并且第一LED管芯的第二子集在介于820nm和880nm之间的范围内的峰值发射波长下发射光。根据本说明书，至少一个第二LED管芯在可见光波长范围内，即在介于400nm和700nm之间的范围内的峰值发射波长下发射光，以便能够与由第一LEG发射处理光脉冲同时发射可见光脉冲。因为在远红外至红外波长范围内的处理光脉冲对人眼基本上不可见，所以同时的可见光脉冲允许用户更好地理解何时发射处理光脉冲。具体地，如果可见光脉冲与处理光脉冲一样长，则用户理解该装置将被保持在皮肤上。由该装置产生不可见的处理光脉冲也是明显确认的。如将更详细地解释的，至少一个第二LED管芯还可用于不在处理脉冲期间发射可见光，例如，仅用于照明目的，以帮助用户放置皮肤处理装置或者以便识别第一LED管芯的选择的有效区域。
在一些实施方案中，至少一个第二LED管芯也安装在基底上。但这不需要这样，并且第二LED管芯可置于其它地方。在一些实施方案中，可见光脉冲和基本上不可见的处理光脉冲被引导通过装置的共同出射窗口。在一些实施方案中，提供至少两个第二LED管芯，其中两个第二LED管芯在可见波长范围内的不同峰值发射波长下发射。在一些实施方案中，提供至少三个第二LED管芯，该至少三个第二LED管芯各自在可见范围内的不同峰值发射波长下发射，使得可产生中性白色脉冲。在一些实施方案中，皮肤处理装置被布置成依赖于的输入、选择的皮肤处理功能、由处理光脉冲施加的辐射通量、电池充电状态、或装置温度值中的至少一者来用户控制可见脉冲的至少强度(仅需要单个第二LED管芯)或颜色(需要在可见波长范围内的不同峰值发射波长下发射的至少两个第二LED管芯)。然后，一个或多个第二LED管芯也可用于传达另外的信息，例如，皮肤处理装置的一个或多个电池应当再充电或更换。在一些实施方案中，皮肤处理装置包括用于用户控制激活来自至少一个第二LED的可见光脉冲的开关。在将装置置于皮肤上之前，用户可使用此类功能来照明待处理的皮肤。
在一些实施方案中，皮肤处理装置可在毛发移除功能和另一种皮肤处理功能(诸如皮肤焕新功能或痤疮处理功能或皱纹减少功能)之间切换。
在一些实施方案中，皮肤处理装置具有与多个LED管芯连接的控制单元，该控制单元用于选择性地激活LED管芯。控制单元可激活第一LED管芯以发射处理光脉冲，并且同时激活第二LED管芯。控制单元可被布置用于(a)在处理光脉冲之外选择性地接通或切断至少一个第二LED管芯(例如，随着对用户输入的响应，触发可见光脉冲以用于照明目的)，或(b)在处理光脉冲期间或至少在处理脉冲的一部分期间接通或切断单独的LED管芯，或(c)在处理光脉冲期间控制至少一个LED管芯的正向电流。
在一个方面，以下说明关注于皮肤处理装置，该皮肤处理装置具有光发射单元，该光发射单元具有多个安装第一LED管芯的基底(其可以规则阵列图案的形式安装，但第一LED管芯还可以不规则方式安装)，该第一LED管芯能够通过施加在介于10ms和300ms之间的范围内，具体地在介于20ms和200ms之间的范围内，并且更具体地在介于30ms和200ms之间或介于30ms和100ms之间的范围内的光脉冲来递送在1J/cm2至8J/cm2(具体地，1J/cm2至7J/cm2)的范围内的辐射通量。在本公开中，使用相对长的处理光脉冲。已知使毛囊进入细胞凋亡(程序性细胞死亡)所需的凝结作用是温度和时间两者的函数。因此，虽然在1ms内的70摄氏度的温度暴露导致毛囊中的蛋白质凝结，但如果毛囊在100ms的时间段内暴露于62摄氏度的温度，则该温度也导致所需的凝结。因此，虽然设想了10ms和更高的脉冲长度，但具体地用于处理白皙皮肤上的褐色毛发的在4J/cm2和更高的范围内的辐射通量需要以至少一种或多种处理模式使用具有至少60ms，更具体地至少100ms的脉冲长度的处理光脉冲。这在被布置用于在不同波长下发射的不同LED管芯安装在基底上的情况下尤其如此。因此，根据至少一个方面，皮肤处理装置被布置成发射至少一种处理光脉冲，该处理光脉冲具有至少60ms的脉冲长度，具体地在介于80ms和120ms之间的范围内，通常约100ms的脉冲长度。
安装在基底上的LED管芯中的至少一些具有足以影响至少暂时毛发移除的安装密度和光输出功率(辐射通量)。这将在以下段落中更详细地解释。
在一个方面，以下说明关注于皮肤处理装置，该皮肤处理装置包括光发射单元，该光发射单元具有安装第一LED管芯和至少一个第二LED管芯的基底，该第一LED管芯被布置用于在不可见波长范围内的第一波长下发射，该第二LED管芯被布置用于在可见波长范围内的第二波长下发射。在一些实施方案中，第一LED管芯具有足以影响至少暂时毛发移除的安装密度和光输出功率(辐射通量)。在一些实施方案中，第二LED管芯可被布置成在足以用于照明目的的较低辐射通量下发射可见光。由于不同的LED管芯可容易地安装在相同的基底上，因此被布置用于处理的第一LED管芯和被布置用于照明的第二LED管芯可被布置在相同的安装区域上，并且可分别通过相应的单独布线来控制。在一些实施方案中，相同类型的LED管芯作为一组控制但不是单独控制。具体地，LED管芯可串联布置，并且然后可作为一组控制。因此，LED管芯阵列的单行或列的LED管芯可串联连接，但是当然，应当同时控制的LED管芯的位置是任意的。
为了完整起见，在本公开使用术语“脉冲长度”的情况下，该时间段意指在半高全宽(FWHM)脉冲强度下测量的脉冲长度
虽然“辐射通量”在此作为用户的皮肤上的值提供，但应当理解，如本文所述的皮肤处理装置具有基本上位于出口水平面处的LED管芯，或者安装有LED管芯的基底区域被具有反射内壁的壳体围绕，使得由用户的皮肤上的辐射通量(在常规操作期间)意指在LED管芯的位置处发射的辐射通量，因为安装LED管芯的基底区域具有与处理的皮肤区域相同的尺寸。在由LED管芯发射的光以不受反射壳体空间限制的发散光束形式施加在皮肤上的情况下，需要考虑相应的减少因子(即LED管芯水平面处的辐射通量必须分别高于本文定义的皮肤上的辐射通量)。
与闪光灯相比，LED管芯在相对窄的波长带(例如，具有的光谱带宽(FWHM))中发射。因此，与激光类似，可选择LED管芯，使得所发射的光对于特定情况而言是最佳的(例如，由毛发颜色和/或皮肤颜色确定)。因此，不需要通常在使用闪光灯的IPL(强脉冲光)装置中使用的光学滤光器，其中闪光灯以包括出于健康原因待滤除的UV部分的非常宽波长的光谱发射。
在本公开的一个方面，皮肤处理装置包括不同的第一LED管芯，该第一LED管芯被布置用于在远红外至红外波长范围内的不同波长下(例如，在两个不同波长、三个不同波长等下)发射处理光。可使用在不同波长下发射的LED管芯以最佳地调节用于特定情况的波长内容(例如，在用户之间或甚至针对单一用户改变毛发颜色和/或皮肤颜色，其中具体地皮肤颜色取决于处理区域的晒黑)。这些可能性将在下文中更详细地解释。
实质上，基于光的毛发移除旨在通过热影响毛囊但不影响周围皮肤而减少或抑制毛发生长。为了热影响毛囊，光必须被毛囊中的目标发色团吸收。一般来讲，目标发色团是黑素(即，通常为褐色/黑色的真黑素，但也为红色的棕黑色素，其主要存在于红色毛发中)。图1示出了在介于300nm和2000nm之间的范围内，对数标度的黑素、氧合血红蛋白(血液)和水的相对光吸收(图1的吸收曲线取自：Christine C.Dierickx，M.D.“Laser HairRemoval:Scientific Principle and Practical Aspects”，Lumenis，2002–www.lumenis.com)。如果加热时间和温度一起高于特定阈值，则毛囊的携带黑素部分中产生的热耗散到周围组织中，并且最终导致蛋白质凝结，其中，如已经解释的，如果加热时间较长则导致凝结的温度降低。
本公开基本上涉及大面积皮肤处理装置(例如，至少0.2cm2的处理面积，具体地约1cm2至4cm2，并且可能至多约10cm2，并且涉及无监控的家庭使用(即允许用户在家进行处理而没有受伤的风险，并且不需要由经过医学培训的人员的专业支持)。此类皮肤处理装置照明大皮肤区域而不特别解决单个毛囊。这意指没有毛囊的皮肤组织，以及存在于皮组织中的血管也受到处理光脉冲的照射。为了使此类大面积处理中的皮肤组织和血管不受热影响(即，使对皮肤组织和血管的热效应保持在家庭使用可接受的水平)，最佳的毛囊处理在其中黑素吸收高于在水中的吸收和被氧血红蛋白吸收的波长范围内进行。因此，对于携带真黑素的褐色/黑色毛发(包括金色毛发，即白褐色毛发)，最佳波长范围介于630nm和900nm之间，其中水和氧血红蛋白的吸收相比于黑素低。如果真黑素作为发色团基本上缺失并且仅可以靶向棕黑色素(即在红色毛发的情况下)，则通过光施加移除毛发变得困难，因为棕黑色素的吸收曲线位于真黑素的曲线下方。图2示出了真黑素和棕黑色素的(质量)消光系数曲线(取自：T.Sarna,H.M.Swartz，“The Pigmentary System”中的The physicalproperties of melanins，J.J.Nordlund等人编辑，牛津大学出版社，1988)。消光系数是定义物质吸收特定波长的光的强度的参数。图2示出在630nm至900nm的波长范围内的特定辐射通量的处理光脉冲对红色毛发具有较小的影响，并且因此不能在毛囊中产生足够高以导致蛋白质凝结的温度。因此据信红色毛发通过在约500nm的波长(例如，在介于480nm和510nm之间的波长范围内)下施加光来最佳进行处理，其中氧血红蛋白具有局部吸收最小值(参见图1)。
设定基于光的毛发移除的正确参数的主要因素是理解皮肤中的黑素对光的吸收以及皮肤上的热负荷，这取决于皮肤的黑素含量。皮肤的黑素含量，即皮肤颜色通常与Fitzpatrick皮肤类型(FST)分类量表相关，由该分类量表确定FST I型(浅白色)至FST VI型(最深色素沉着)皮肤类型。皮肤颜色越深，皮肤中的黑素含量越高，并且由皮肤中的黑素颗粒的光吸收越高，并且因此皮肤上的热负荷越高。皮肤中的黑素颗粒具有在1μm至5μm范围内的典型尺寸，然而毛囊具有在100μm至300μm范围内的尺寸。黑素载体的尺寸的显著差异(毛囊的黑素携带部分相对于皮肤中的黑素颗粒)导致不同的热耗散行为。虽然提及的皮肤中的黑素颗粒具有低于0.1ms的热弛豫时间，但毛囊具有约10ms的热弛豫时间。现在，通常认为需要在特定时间框内施加特定辐射通量(每单位面积光能)，以便热影响毛囊。据信，脉冲长度应具有高于皮肤中黑素颗粒的热弛豫时间的值，以便允许热从这些黑素颗粒中耗散，并且由于通过颜料的光吸收而减少皮肤上的热负荷。因此，脉冲长度可具体地比热弛豫时间高十倍(即至少约1ms或以上)。对于浅色至中等皮肤颜色(FST I–III)，皮肤中的黑素的光吸收的影响导致有限的热影响，并且在确定最佳脉冲长度方面不起主要作用。无论如何，即使以如本文所述的高密度安装，也不能由目前的LED管芯产生1ms或甚至低于足够通量的此类短光脉冲。根据本公开，考虑至少约10ms的脉冲长度。如果在太长的处理光脉冲中提供必要的辐射通量，则热耗散将可在毛囊中实现的温度降低至对于在毛囊中有效发生凝结种子而言太低的值。据信，脉冲长度不应当长于约300ms，具体地不长于约200ms，该值基本上由毛囊的热弛豫时间确定，并且通常应当在3至10倍于热弛豫时间的范围内(其可以在约10ms的范围内，但对于大毛囊而言可以更高)。在该时间段期间递送的辐射通量应当在1J/cm2至8J/cm2的范围内，以便实现与至少暂时毛发移除相关的效果(即至少毛囊中的热影响的变化，使得暂时或永久性毛发生长减少发生)。对于携带真黑素的毛发和浅色皮肤颜色，通常施加4J/cm2至8J/cm2。脉冲长度通常可在10ms和300ms的范围内，具体地20ms至200ms。如所提及的，皮肤处理装置可被布置成发射具有在介于80ms和120ms之间的范围内的脉冲长度的处理光脉冲。
要考虑的另一个因素是光进入皮肤的穿透深度。光学穿透深度(光强度减小至1/e的距离)似乎在文献中有所不同。例如，对于白种人皮肤，在一篇参考文献中(R.RoxAnderson等人，The Optics of Human Skin，The Journal of InvestigativeDermatology，77：13-19，1981)提供在500nm波长下为0.230mm至在1000nm波长下为约1.6mm的渗透深度值，然而由另一篇参考文献(Bashkatov等人，Optical properties of humanskin,subcutaneous and mucous tissues in the wavelength range from 400to2000nm；J.Phys.D:Appl.Phys.38(2005)2543–2555)提供了对于500nm为约0.9mm并且在1000nm下为2.6mm的值。不依赖于这些差异，穿透深度一般从1000nm的波长到500nm的波长显著减小。毛囊位于皮肤表面下方约1mm至3mm。因此，据信对于红色毛发处理最佳的那些波长具有特别低的穿透深度。低波长光的低穿透深度也不包括使用甚至更低波长的光，例如，约300nm的UV光，其基本上甚至可能不达到毛囊，除了与UV光相关的其它风险之外。由于约500nm的光在皮肤组织中的强吸收，据信待施加在3J/cm2至约6J/cm2范围内，具体地在3J/cm2至5J/cm2范围内的辐射通量。
如前已经提及的，根据本公开的光发射单元具有基底，在该基底上以足够高的密度(例如，每平方厘米约八至约90个LED管芯，但是以每单位面积的管芯数表示的可实现的密度自然也取决于LED管芯的尺寸)安装各自具有特定辐射通量/第一LED管芯的多个第一LED管芯。根据本公开的合适的第一LED管芯的一些示例在下文中讨论。
在第一示例中，多个第一LED管芯安装在基底上，其中该多个中的每个LED管芯被布置成在介于700nm和780nm之间的波长范围内发射。在该范围内发射的LED管芯的一个示例为用于来自Osram GmbH(Munich，Germany)的OSLON150(GF CSHPM1.24–数据表版本1.0)中的LED管芯。相应的LED管芯在730nm(远红外)的峰值发射波长下发射光，其中光谱带宽(FWHM)为Δλ＝±30nm。该LED管芯在350mA的正向电流下具有介于201mW和280mW之间(典型地231mW)的辐射通量(也称为辐射功率)，其中指定正向电流至多1000mA(于是导致660mW的典型辐射通量)。
这些来自Osram的LED管芯(具有约1mm×1mm＝1mm2的管芯尺寸)以约0.2mm的距离安装在基底上，使得8×8＝64个LED管芯可安装在1cm×1cm＝1cm2基底面积上。
一般来讲，大尺寸LED管芯可具有在介于0.5mm至1.5mm乘以0.5mm至1.5mm范围内的尺寸(即，0.25mm2至2.25mm2的尺寸)。LED管芯可通过引线结合(具体地金线结合)连接到基底，但是为了实现高封装形式因子和增强的热耗散，LED管芯也可以经由倒装芯片技术连接到基底(因此可实现89个1×1mm2LED管芯/平方厘米的密度)。在1000mA的指定正向电流下驱动上述Osram LED管芯(64个LED管芯/平方厘米的密度)以发射具有30ms至200ms的脉冲长度的处理光脉冲，导致皮肤上的辐射通量在介于1.267J/cm2和8.448J/cm2之间的范围内(假设所有辐射能量均施加到具有与安装的基底区域尺寸相同的处理区域尺寸的皮肤区域上)。过量热通过LED管芯产生，然而发射光脉冲可通过被动或主动冷却装置例如散热器、散热管或主动液体冷却系统从基底耗散。被动冷却装置(例如，散热器)可通过提供(冷却的)气流来支撑。LED管芯的效率通常为约30％，使得产生8J/cm2辐射通量的处理光脉冲意指必须耗散约18.7J/cm2的过量热。与需要约1s且更多的特定冷却时间的闪光灯相比，LED管芯可以更高的频率进行脉冲并且因此可用LED管芯实现对大皮肤区域的更快的总体处理时间。
在上述第一示例中，八乘以八LED管芯阵列中的四个LED管芯可由不同的LED管芯代替，该不同的LED管芯在不同于第一波长的第二波长下发射(例如，第二波长可位于介于400nm和700nm之间的可见范围内，使得这些不同的LED管芯于是可形成第二LED管芯)，并且对于介于30ms和200ms之间的脉冲强度，皮肤上的通量仍然可基本上覆盖介于1J/cm2和8J/cm2之间的范围。
在第二示例中，第一LED管芯可取自来自Osram GmbH(Munich，Germany)的OSLONBlack系列(850nm)。根据数据表(版本1.1，来自2014年01月09日)，相应的LED管芯(尺寸1×1mm2)在860nm的峰值发射波长下(质心波长：850nm)发射光，其中光谱带宽(FWHM)为Δλ＝±30nm。在1000mA的正向电流下，产生1030mW的总辐射通量。已经安装在1cm2的基底区域上的五个此类LED管芯导致在1cm2皮肤处理区域上每200ms脉冲长度约1J/cm2的辐射通量(假设LED管芯的总辐射通量均施加到皮肤处理区域上)。
在第三示例中，再次将8×8LED管芯阵列安装在1cm2的基底区域上。44个第一LED管芯(在730nm的第一波长下发射的OSLON150)的第一子集基本上与20个第一LED管芯(在850nm的第二波长下发射的OSLON Black系列)的第二子集混合。如果仅接通第一LED管芯的第一子集以发射200ms的处理光脉冲，则可实现5.8J/cm2的通量。如果仅接通第一LED管芯的第二子集(850nm)以发射200ms的处理光脉冲，则可实现高于4J/cm2的通量。一起接通，可在200ms处理光脉冲中实现几乎10J/cm2的通量(或在100ms处理光脉冲中实现几乎5J/cm2的通量)。三十三个850nm LED管芯可在30ms脉冲中提供约1J/cm2的通量。
此外，毛发移除装置可包括来自Osram GmbH(Munich，Germany)的Golden DRAGONPlus LV W5AM LED管芯，其在502nm的峰值发射波长(典型的主波长为505nm)下发射光。根据数据表(版本1.1)，LED管芯在350mA的正向电流下具有67lm的光通量。对于505nm的波长，67lm转换为约240mW的辐射通量(当使用线性外推时，在1000mA正向电流下转换为约684mW)。因为505nm主波长LED管芯在主波长附近的光谱带中发射，并且因为流明到瓦特的转换强烈地取决于波长，因此该值仅是估计值。每平方厘米需要约二十一个此类505nm LED管芯，以实现在200ms处理光脉冲中的约3J/cm2的辐射通量。因此，每平方厘米约四十四个505nm LED管芯提供100ms脉冲中的3J/cm2的辐射通量，并且约八十八个505nm LED提供100ms脉冲中的约6J/cm2的辐射通量。约八十八个505nm LED管芯可在50ms脉冲中提供约3J/cm2的辐射通量。毛发移除装置还可包括多个此类LED管芯以便附加地提供红色毛发处理能力。
应当理解，本文所讨论的值是相对粗略的参考值，因为LED管芯的辐射通量取决于LED管芯的温度、正向电流和其它因素。
表1是本说明书的发明人认为代表给定毛发颜色和FST皮肤类型的最佳处理参数的波长、脉冲长度和通量值的总结。应当理解波长表示在每种情况下的波长范围，该范围应当覆盖给定单个波长值附近的±50nm(任选地±30nm)。应当注意在一些实施方案中，皮肤处理装置包括被布置用于发射具有约730nm的峰值发射波长的光的第一LED管芯的第一子集，和被布置用于发射具有约850nm的峰值发射波长的光的第一LED管芯的第二子集，使得控制单元能够根据表1激活第一LED管芯(不包括红色毛发情况)。另外，可存在第一LED管芯的第三子集，该第三子集被布置用于发射具有约500nm的峰值发射波长的光，使得控制单元可根据表1激活第一LED管芯。
毛发颜色 皮肤类型[FST] 波长[nm] 脉冲长度[ms] 通量[J/cm2]
浅褐色/中等 I-II 730 20-200 4-7
深褐色 I-II 730 20-200 2-5
红色 I-II 500 30-200 3-5
浅褐色/中等 III-IV 730+850 20–200 4-7
深褐色 III-IV 730+850 20–200 2-5
红色 III-IV 500 100-200 3-5
浅褐色/中等 V–VI 850 30-200 4-7
深褐色 V–VI 850 30–200 2-5
红色 V–VI - - -
白色/灰色 全部 - - -
表1：根据毛发颜色和FST皮肤类型提供的波长、通量和脉冲长度值。应当理解，波长应当表示在给定的单个波长值附近±50nm的波长范围。
图3为根据本发明的光发射单元10的示例性实施方案的示意图。光发射单元10包括基底100，在该基底上安装64个LED管芯的集合。LED管芯以列A至H和行1至8的8×8规则矩形图案布置，使得LED管芯可通过其在列-行矩阵中的位置来标识。三个LED管芯101A1、101A8和101E5被示例性标识，并且应当理解，矩阵布置中的LED管芯可由其作为后缀加到相应参考标记中的列和行来标识。
应当理解，所示的8×8正方形LED管芯矩阵仅是一个示例，并且LED管芯可以任何合理的方式布置在基底上，如规则方形或矩形矩阵，诸如2×2、2×4、3×6、5×5、10×14、4×15(参见图4B)等矩阵或较少结构化、更随机的图案。代替以规则方形或矩形矩阵布置，LED管芯可以类似于圆形区域而不是方形或矩形区域的规则图案布置。还可以选择安装的基底区域的任何其它形状(例如三角形、梯形、任意形状)。在图4A、5和6的示例中，出于简化讨论的目的，将使用相同的8×8矩阵，但是关于这些附图描述的概念和想法当然也适于刚刚提及的安装LED管芯的基底的其它规则或不规则图案。图4B示出了具有4×15矩阵的实施方案。
控制单元20具有与LED管芯矩阵连接的引线，以便选择性地向LED管芯101中的每一个提供电压和电流供应。如前所提及的，8×8矩阵具有8列LED管芯，该LED管芯串联连接，使得列中的每一个在相同时刻进行控制。一般来讲，虽然控制单元20可被布置成同时接通和切断所有LED管芯，但控制单元20也可被布置成独立地接通或切断安装在基底上的LED管芯中的每一个。一般来讲，控制单元可以任何合适的方式与多个LED管芯连接。图3中所示的LED管芯101中的一个可以为第二LED管芯，然而其它63个LED管芯为第一LED管芯。但是第二LD管芯也可与安装第一LED管芯的基底物理分离。
控制单元20与用于测量皮肤特性例如皮肤颜色(色素沉着水平)的传感器30联接。传感器可包括照明皮肤的光源，并且传感器可被布置成由反向散射到传感器的光量(例如，由发光二极管实现)确定皮肤特性，诸如皮肤颜色。然后控制单元20可具体地被布置成基于所测量的皮肤颜色来控制至少一个处理参数，例如光强度和/或脉冲长度。传感器30应被理解为任选的特征结构。
在此，控制单元20还与用户界面40、50、60、70联接，从而允许用户控制光发射单元10的各个方面。在此，用户界面包括四个输入元件40、50、60和70。第一输入元件40可被布置为通/断开关。第二输入元件50可被布置为用于选择处理类型的开关，例如第二输入元件50可允许用户在毛发移除功能和皮肤焕新功能之间切换。然后控制单元20可被布置成基于所选类型的处理来控制至少一个处理参数，例如用于皮肤焕新功能的由LED管芯发射的辐射通量可低于用于毛发移除功能的由LED管芯发射的辐射通量。第三输入元件60可被布置成允许用户输入毛发颜色。然后控制单元20可被布置成根据毛发颜色控制至少一个处理参数。第四输入元件70可被布置成允许用户设定待施加到皮肤上的最大辐射通量值(例如，介于1J/cm2和8J/cm2之间的范围内的值)。然后控制单元20可被布置成仅施加辐射通量不高于所选最大辐射通量的光脉冲。除此之外或另选地，输入元件中的一个可被布置成允许用户也在处理光脉冲的持续期间之外或触发可见光脉冲。控制单元20然后可被布置成激活至少一个第二LED管芯以发射可见光脉冲，例如用于照明待处理的皮肤。除此之外或另选地，输入元件中的一个可被布置成允许用户从安装的第一LED管芯的第一有效区域切换到第二有效区域(参见下文结合图4A和图4B的描述)。输入元件40、50、60或70中的每一个可被布置为输入旋钮或滑动件或作为触敏板上的触敏开关。相比于与控制单元20引线连接，用户界面可在单独的装置上实现，该单独的装置以无线方式与控制单元20连接。代替如图3所示的四个输入元件，用户界面可具有一个、两个、三个、五个、六个或任何数量的输入元件。在一些实施方案中，光发射单元10不含任何用户界面，并且可被布置成以自动方式操作。可经由用户界面实现除上述功能之外的其它功能或附加功能。
图4A示出了安装在基底100A上的多个第一LED管芯102和第二LED管芯103的一种示例性布置。多个第一LED管芯102具有57个构件。多个第二LED管芯103具有七个构件。第二LED管芯的第二子集103的七个构件通过其矩阵位置标识为103A1、103E1、103H1、103A5、103E5、103A8和103H8。第一LED管芯的集合102被布置成在远红外或红外(IR)波长(第一波长)下发射，该波长对人眼基本上不可见。第一LED管芯用于将处理光脉冲施加到皮肤表面。第二LED管芯103被布置成在介于400nm和700nm之间的可见波长范围内发射，并且第二LED管芯可被具体地布置为低辐射通量LED管芯，其不适用于在足以用于暂时毛发移除的强度水平下发射光(例如，在约2V供应电压下，第二LED管芯可具有低于100mA，具体地约50mA或20mA的指定正向电流)。第二LED管芯用于与不可见处理光脉冲同时发射可见光脉冲。此外，第二LED管芯可用于指示具体地在处理光脉冲的持续时间之外的时间段内的LED管芯矩阵的有效区域。接通第二LED管芯103A1、103E1、103A5和103E5，然后指示仅布置在那四个第二LED管芯之间的第一LED管芯将用于将光施加到皮肤(第一有效区域A1由虚线指示)，然而接通第二LED管芯103A1、103H1、103A8和103H8指示将使用全部多个第一LED管芯(第二有效区域A2由虚点线指示)。较小的第一有效区域A1可用于面部皮肤处理(较小的有效区域A1允许更精确地靶向小面部区域)，然而较大的有效区域A2可用于身体皮肤处理(更快处理)。如上已经提及的，可提供输入元件以允许用户在可能的有效区域之间切换。根据LED管芯的图案，可使用至少两个第二LED管芯来指示有效区域(例如，第二LED管芯可被布置在方形或矩形布置的相对拐角中)。在一些实施方案中，第一LED管芯的有效区域可被第二LED管芯围绕以指示有效区域(例如，除了发射可见光脉冲之外)。应当注意，代替具有用于指示第一LED管芯的有效区域的第二LED管芯，该功能可由第三LED管芯负责，并且至少一个第二LED管芯设置在其它位置。
一般来讲，在一些实施方案中，仅将单个第二LED管芯安装在基底上(例如，63个第一LED管芯的第一子集可以8×8矩阵安装在基底上(如图4A所示)并且仅一个第二LED管芯)。第二LED然后可被布置成具体地在低辐射通量(例如，低于100mW，通常在约20mA至50mA的正向电流下)，在可见波长范围内(即，在介于400nm和700nm之间)发射光。控制此类第二LED管芯以与处理光脉冲的发射同时发射可见光。
在一些实施方案中，两个或三个第二LED管芯以紧密的空间关系安装在基底上，其中两个或三个第二LED各自在不同的可见波长下发射(例如，第二LED管芯的波长可选自约625nm、约520nm和约465nm的波长-因此三个第二LED管芯基本上提供RGB LED的功能)，使得三个第二LED管芯的单独的强度控制将允许定制由三个第二LED管芯发射的总体光颜色，并且其具体地允许产生自然白色。这种第二LED管芯的集合可用于照明目的或仅用于可见地指示其它形式的不可见处理光脉冲被发射到皮肤上。可提供输入元件，使得用户可设定偏好的颜色。一般来讲，皮肤处理装置(并且具体地控制单元)可被布置成影响由至少一个第二LED管芯发射的可见光的强度或颜色中的至少一者(当然，颜色可仅在存在至少两个第二LED管芯时改变，该第二LED管芯在不同的可见波长下发射)。具体地，强度或颜色变化可用于指示电池充电状态、传达选择的皮肤处理模式、指示装置温度值、传达选择的或施加的辐射通量值等。例如，红灯可指示皮肤处理装置的电池很快将被更换或再充电，而蓝光可指示皮肤处理装置变得太热并且将很快抑制进一步处理光脉冲。
图4B示出了类似于图4A中所示的实施方案，安装在基底100AA上的四乘以十五LED管芯矩阵的示例性实施方案，其中除了被布置用于发射处理光脉冲的54个第一LED管芯的集合102A之外，还布置六个第二LED管芯的集合103A以发射在可见波长范围内的光，以便指示第一有效区域A3或更大的第二有效区域A4。具体地，此类矩形LED管芯阵列可用于皮肤处理装置中，该皮肤处理装置在皮肤上连续移动，而不是随后从一个皮肤处理区域移动到另一个皮肤处理区域，为此可使用如图4A中所示的LED管芯阵列。滑动运动具体地可沿垂直于矩形LED管芯阵列的长轴的方向进行。在一些实施方案中，滑动利用的皮肤处理装置可包括用于确定装置在皮肤上移动的速度的速度传感器。然后，皮肤处理装置可被布置成根据确定的滑动速度控制连续处理光脉冲之间的时间段，使得处理光脉冲无缝地施加到皮肤上(即，基本上没有间隙或重叠)。由于矩形形状，较小的有效区域A3覆盖LED矩阵的全宽，这有助于将小有效区域A3精确定位到处理区域上。
图5示出了LED管芯的8×8矩阵的示例性实施方案，其中三十二个第一LED管芯的集合104和三十二个第二LED管芯的集合105以棋盘图案安装在基底100B上(例如，导致第一和第二LED管芯在安装的基底区域上的基本上均匀的分布)。多个第二LED管芯可以能够单独也足以用于至少暂时毛发移除的辐射通量下发射，但第二LED管芯也可在足以用于皮肤焕新或其它皮肤处理的辐射通量下发射。然后，第二LED管芯(即，第二LED管芯中的至少一个)用于与第一LED管芯的不可见处理光脉冲同时发射可见光脉冲，但是该设备可具有其中多个第二LED管芯也被激活以发射处理光脉冲的模式(例如，用于痤疮处理，其中可使用具有约410nm波长的蓝光)。代替以棋盘图案布置，第一和第二LED管芯也可以任何其它图案布置，并且可以存在比第一LED管芯更多或更少的第二LED管芯(例如，两个、七个、十个、十六个、二十个、四十个等)。如前已经提及的，在此描述的八乘以八矩阵仅出于示例性目的，并且任何任意数量的第一和第二LED管芯可以任何任意图案布置。
图6示出了安装在基底100C上的LED管芯的8×8矩阵的另一个示例性实施方案，其中第一LED管芯106、107、108的三个不同子集安装在基底100C上，并且另外两个第二LED管芯109也安装在基底上。二十一个第一LED管芯的第一子集106、二十一个第一LED管芯的第二子集107和二十一个第一LED管芯的第三集合108以交替的方式安装在基底上。在LED管芯阵列的中心，安装两个第二LED管芯109，其被布置成在适用于照明目的的辐射通量下在可见波长范围内发射。在一些实施方案中，第一LED管芯的第一子集106可被布置成在第一波长下(例如，在850nm下)发射，第一LED管芯的第二子集107可被布置成在不同于第一波长的第二波长下(例如，730nm)发射，并且第三LED管芯的第三集合108可被布置成在不同于第一和第二波长的第三波长下(例如，505nm)发射。
图7A示出根据本发明的皮肤处理装置80的图示。如前述段落中所述的光发射单元用于皮肤处理装置80中。皮肤处理装置80具有用于发射处理光脉冲的头部部分81和用于由用户的手握持皮肤处理装置80的柄部部分82。控制元件85被布置在柄部部分82处，以用于至少接通/切断皮肤处理装置80。图7B至图7D示出了头部部分81A、81B、81C的不同实施方案的前视图，其中该实施方案基本上仅在用于测量至少一个皮肤特性的传感器或多个传感器95A、95B、95C的位置方面不同。头部部分81A、81B、81C各自具有相应的出口90A、90B或90C，通过该出口处理光脉冲和同时的可见光脉冲将在操作期间发射(出口是不可见和可见脉冲的共同出口)。具有安装在基底上的多个LED管芯的基底可被布置成紧跟在出口90A、90B、90C的后面，或者基底可被布置成距出口90A、90B、90C而不是头部部分81A、81B、81C约或少于10mm的特定距离。由对待由LED管芯发射的光基本上透明的材料制成的出射窗91A、91B、91C覆盖出口90A、90B、90C。出口90A、90B、90C可具有在0.2mm2至10cm2范围内，具体地在1cm2至4cm2范围内的尺寸。然后，基底的安装区域可具有与出口90A、90B、90C相同的尺寸和形状。在一些实施方案中，不存在出射窗91A、91B、91C。在图7B的实施方案中，皮肤处理装置包括用于测量至少一个皮肤特性的两个传感器95A，这两个传感器95A布置在出口90A的两个相对侧上。在图7C和7D中所示的实施方案中，仅分别用于测量至少一个皮肤特性的单一传感器95B和95C分别安装在头部部分81B和81C上。在图7C中，传感器95B被布置在出口90B的下面，使得传感器95B相对于通常运动方向被布置在出口90B之前(根据图7C的装置可以滑动模式使用)。在图7D中，传感器95C布置在出口90C的中心区域中。在此类情况下，靠近出口90C设置的基底可具有相应的切口，使得传感器可布置在切口中或者可通过该切口操作。一个或多个传感器95A、95B、95C还可允许确定皮肤接触，使得光发射单元的控制单元可被布置成仅在确定皮肤接触的情况下触发处理光脉冲的发射。
图8是安装LED管芯阵列200的基底的图示，该基底安装在散热器210上以传送走操作中由LED管芯产生的过量热。风扇可被布置成靠近散热器以支持远离散热器的热耗散。
图9A和9B示出透视图和穿过安装LED管芯阵列300的基底的切口，其中壳体310围绕安装区域320安装。壳体310具有内壁表面311，该内壁表面对于由LED管芯发射的光具有高反射性。内壁表面311可具有反射涂层，该内壁表面可由抛光的金属或由漫反射塑料或陶瓷材料制成。壳体310于是用于以基本上无损耗的方式将由LED管芯发射的光从LED管芯水平面引导至皮肤处理装置的出口，并且LED管芯的水平面上的辐射通量与当出口置于皮肤上时处理区域上测量的辐射通量基本上相同。
本文所公开的量纲和值不应理解为严格限于所引用的精确数值。相反，除非另外指明，否则每个这样的量纲旨在表示所述值以及围绕该值功能上等同的范围。例如，公开为“40mm”的量纲旨在表示“约40mm”。

Claims (15)

1.一种皮肤处理装置，具体地暂时毛发移除装置，所述皮肤处理装置包括：
光发射单元，所述光发射单元包括基底、安装在所述基底上在至少0.2cm2，具体地至少1.0cm2的区域上的多个第一LED管芯，其中所述第一LED管芯各自被布置用于在介于700nm和980nm之间的远红外或红外波长范围内的第一峰值发射波长下发射光，并且至少一个第二LED管芯被布置用于在介于400nm和低于700nm之间的可见波长范围内的第二峰值发射波长下发射光；
其中所述皮肤处理装置被布置成激活所述第一LED管芯以发射处理光脉冲，所述处理光脉冲具体地具有介于10ms和300ms之间的脉冲长度，并且所述第一LED管芯具有辐射通量，使得通过施加所述处理光脉冲来实现至少1J/cm2的用户皮肤上的辐射通量；并且
所述皮肤处理装置被布置成激活所述至少一个第二LED管芯以与所述处理光脉冲的所述发射同时发射可见光脉冲。
2.根据权利要求1所述的皮肤处理装置，所述皮肤处理装置还包括出口，并且所述皮肤处理装置被布置成使得所述处理光脉冲和所述可见光脉冲经由所述出口离开所述皮肤处理装置。
3.根据权利要求1或权利要求2所述的皮肤处理装置，所述皮肤处理装置还包括控制单元，所述控制单元用于激活所述第一LED管芯以发射所述处理光脉冲并且激活所述至少一个第二LED管芯以与所述处理光脉冲同时发射所述可见光脉冲。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的皮肤处理装置，其中所述第一峰值发射波长处于介于700nm和780nm之间、或介于800nm和900nm之间的波长范围内。
5.根据权利要求1至5中任一项所述的皮肤处理装置，其中所述第一LED管芯中的每一个具有可在所述脉冲长度内施加的至少0.6瓦特的辐射通量。
6.根据权利要求3至5中任一项所述的皮肤处理装置，其中所述控制单元被布置成激活所述第二LED管芯以也在所述处理光脉冲的持续时间之外发射可见光。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的皮肤处理装置，其中所述皮肤处理装置还包括用于测量皮肤特性的至少一个传感器和与皮肤传感器联接的控制单元，所述控制单元用于基于由所述传感器测量的所述皮肤特性控制所述LED管芯。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的皮肤处理装置，所述皮肤处理装置还包括用于在第一皮肤处理功能具体地暂时毛发移除功能和第二皮肤处理功能具体地皮肤焕新功能之间切换的控制元件。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的皮肤处理装置，所述皮肤处理装置包括至少另外的第二LED管芯，所述至少另外的第二LED管芯被布置用于在介于400nm和700nm之间的可见范围内的另外的峰值发射波长下发射光，所述另外的峰值发射波长不同于所述第二峰值发射波长，具体地其中存在至少两个另外的第二LED管芯，所述至少两个另外的第二LED管芯各自在不同的峰值发射波长下在所述可见范围内发射，任选地其中所述三个第二LED管芯被选择成使得能够产生自然白光。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的皮肤处理装置，其中所述装置被布置成控制所述可见光脉冲的强度或颜色中的至少一者，具体地依赖于用户的输入、选择的皮肤处理功能、所述处理光脉冲的辐射通量、电池充电状态或装置温度值中的至少一者。
11.根据权利要求1至10中任一项所述的皮肤处理装置，所述皮肤处理装置还包括用于用户控制激活由所述至少一个第二LED管芯发射可见光脉冲的开关。
12.根据权利要求1至11中任一项所述的皮肤处理装置，其中所述至少一个第二LED管芯也安装在所述基底上。
13.根据权利要求1至12中任一项所述的皮肤处理装置，所述皮肤处理装置包括安装在所述基底上的至少三个第二LED管芯，所述第二LED管芯设置在适用于指示所述第一LED管芯的选择的有效区域的位置处，并且所述皮肤处理装置被布置成具有不同尺寸的两个可选择的有效区域，其中较大的可选择的有效区域包括较小的可选择的有效区域。
14.一种美容皮肤处理，具体地美容毛发移除的方法，所述方法包括以下步骤：
提供基底和安装在所述基底上的多个第一LED管芯，所述第一LED管芯被布置用于在介于700nm和980nm之间的远红外至红外波长范围内的第一峰值发射波长下发射光；
提供第二LED管芯，所述第二LED管芯被布置用于在介于400nm和低于700nm之间的可见波长范围内发射光；
激活所述第一LED管芯以发射处理光脉冲；以及
激活所述至少一个第二LED管芯以与所述处理光脉冲同时发射可见光脉冲。
15.根据权利要求14所述的方法，所述方法还包括引导所述处理光脉冲和所述可见光脉冲通过出口的步骤。
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