CN111772790A - 一种led脉冲光脱毛仪 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种LED脉冲光脱毛仪，包括LED光源模块、传感器模块、交互模块和脉冲控制模块；所述LED光源模块用于产生脉冲光，所述脉冲光的光参数是基于毛囊及其周边组织的多种细胞的热弛豫计算得到的；所述传感器模块用于获取工作数据；所述交互模块用于接收控制命令；所述脉冲控制模块用于根据所述工作数据和所述控制命令控制所述LED光源模块工作。该脱毛仪体积小、工作稳定且治疗效果好。

Description

一种LED脉冲光脱毛仪
技术领域
本发明涉及医疗器械技术领域，具体涉及一种LED脉冲光脱毛仪。
背景技术
多余的毛发的生长是困扰人们的一大问题，长期以来，人们采用了刮毛、拔毛、化学试剂脱毛等多种方式，但这些方法只能暂时性去除毛发。随着人造光源的发展，光脱毛法因其脱毛效果好、不易复发逐渐成为脱毛的常见方法。光脱毛仪的光源常为激光或强脉冲光，近年来发光二极管(Light-emitting diodes,LED)技术不断发展，使得LED作为脱毛仪光源成为可能。基于LED的高脉冲光强脱毛仪，是一种通过控制LED光脉冲的光强与功率，对毛发生长区域进行照射进而脱除毛发的设备。光被毛囊中的黑色素选择性吸收局部组织温度升高，在破坏毛囊、脱除毛发的同时减少周围组织的损伤，具有安全可靠、节能环保、体积小等优势。
市面上，一些使用激光为光源的脱毛仪在毛发脱除方面取得了一定的成效，但仍存在一定的局限性。例如，使用激光为光源的脱毛仪，发热较为明显，必须配备冷却头以降低治疗区域的皮肤温度，在增加成本的同时也增大了仪器的体积，另一方面，冷却头在使用过程中必须紧贴皮肤，较低的温度会刺激敏感的皮肤，降低用户体验。且由于激光光束细，单次能辐射的皮肤面积小，重复率低，大大增加了脱毛所需要的时间。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的是提供一种能发射瞬时高光强光束且装置总体发热较低的LED脱毛装置，在保证脱毛效果的同时减少发热并降低成本和设备体积，提高用户体验。
为实现本发明的目的，本发明提供了一种LED脉冲光脱毛仪，包括LED光源模块、传感器模块、交互模块和脉冲控制模块；所述LED光源模块用于产生脉冲光，所述脉冲光的光参数是基于毛囊及其周边组织的多种细胞的热弛豫计算得到的；所述传感器模块用于获取工作数据；所述交互模块用于接收控制命令；所述脉冲控制模块用于根据所述工作数据和所述控制命令控制所述LED光源模块工作。
优选地，所述脉冲光照的光参数包括占空比，所述占空比在Dr1和Dr2范围内；Dr1和Dr2基于毛囊及其周边组织的多种细胞的热弛豫计算得到：Dr1满足T1-T0＝(El×Dr1/f)×α×β1/Ch，式中T1为毛囊黑素小体发生不可逆损伤的最低温度，T0为皮肤组织初始温度，El为LED光源模块的电功率，f为频率，α为光热转化系数，β1为毛囊黑素小体吸收系数，Ch为毛囊黑素小体的比热容；Dr2满足T2-T0＝(El×Dr2/f)×α×β2/Cb，式中T2为表皮细胞发生损伤的最低温度，T0为皮肤组织初始温度，El为LED光源模块的电功率，f为频率，α为光热转化系数，β2为表皮组织吸收系数，Cb为表皮组织比热容。
优选地，所述LED脉冲光脱毛仪还包括外壳，所述LED光源模块设置在所述外壳表面的第一端，所述交互模块设置在所述外壳表面的第二端，所述脉冲控制模块设置在所述外壳内；所述LED光源模块与所述脉冲控制模块电连接，所述脉冲控制模块与所述交互模块电连接。
优选地，所述LED光源模块包括LED发光板，所述LED发光板在所述外壳表面第一端形成弧形凹陷；所述LED光源模块还包括红光光源，所述红光光源与所述LED灯板的照射范围相同，所述红光光源用于发出红色引导光。
优选地，所述LED灯板上包括多个LED阵列；所述LED阵列由单色LED光源组成，或者所述LED阵列包括峰值波长不同的多种单色LED光源；所述单色LED光源中心波长范围为200nm至1000nm，光谱半波全宽小于40nm。
优选地，所述脉冲控制模块包括脉冲驱动单元和控制器；所述脉冲驱动单元包括多组LED驱动芯片，多组所述LED驱动芯片用于基于所述控制器的控制信号输出多路脉冲激励并分别独立驱动各个所述LED阵列；所述控制器用于输出控制信号，所述控制信号包括多路PWM信号和电压信号；所述PWM信号幅值为0至20V，频率范围为20Hz至20kHz，占空比范围为0.01％至10％；所述电压信号范围为0至2V。
优选地，所述传感器模块包括LED光源模块温度传感器、LED光源模块功率传感器和治疗区域温度传感器；所述LED光源模块温度传感器和所述LED光源模块功率传感器设置在所述LED光源模块上，所述治疗区域温度传感器连接所述外壳并位于所述LED光源模块的外侧。
优选地，当所述LED光源模块温度传感器检测到的温度高于第一预设温度、所述治疗区域温度传感器检测到的温度高于第二预设温度或者所述LED光源模块功率传感器检测到的功率高于预设功率时，所述脉冲控制模块停止所述LED光源模块工作，并通过所述交互模块发出警报。
优选地，所述交互模块包括触控屏和开关按钮，所述触控屏用于接收所述控制命令并显示所述工作数据；所述开关按钮用于控制所述LED光源模块的通断电。
作为可替代的方案，所述LED脉冲光脱毛仪包括壳体和光源支架，所述光源支架通过壳变形的连接管与所述外壳连接，所述LED光源模块设置在所述光源支架内，所述脉冲控制模块设置在所述壳体内，所述交互模块包括设置在所述壳体表面上的触控屏以及设置在所述光源支架上的开关按钮，所述开关按钮用于控制所述LED光源模块的通断电；所述LED光源模块与所述脉冲控制模块电连接，所述脉冲控制模块与所述交互模块电连接；所述光源支架和所述LED光源模块均呈弧形，所述LED光源模块朝向弧形内侧。
与现有技术相比，本发明能够取得以下有益效果：
1、本发明的LED脉冲光脱毛仪能达到与传统激光脱毛仪设备相同的脱毛效果，能够替代激光脱毛仪进行脱毛。本发明的LED脉冲光脱毛仪使用LED脉冲光作为光源，相比传统激光具有光效高、响应快、光谱宽、等优点，光斑均匀且照射面积大，对皮肤刺激小，能够更加灵活的适应不同脱毛部位的需求，是脱毛装置的理想光源。
2、本发明的LED脉冲光脱毛仪设备体积小、成本低、相对激光光源或强脉冲光光源，整体成本相对较低，可以满足不同层次消费者的需求。
3、本发明的LED脉冲光脱毛仪安全性强，基于人体组织的热弛豫计算了频率光的光参数，在保证破坏毛囊细胞的同时不伤害其他组织，高效安全，减少患者不适感。
4、本发明的LED脉冲光脱毛仪工作稳定性强，相比峰值功率低的稳态LED脱毛仪具有更高的峰值功率，对毛发的脱除效果更佳，减少治疗周期。同稳态LED光源相比，使用LED脉冲光源能在更短时间内输出同等能量光束，精准保证毛囊组织升温、毛发脱除的同时减少周围组织的损伤，而在脉冲间隙装置能够充分散热，保证设备工作温度稳定。
5、本发明的LED脉冲光脱毛仪工作稳定性强，相比具有中高功率的稳态LED脱毛仪，宏观上设备产热不明显，无需配备冷却模块，减小了设备体积，提升用户体验。
6、本发明的LED脉冲光脱毛仪提供多种治疗模式，能够通过PWM调光或电流调光等方式调节光束的光强、频率、占空比，可以依据用户需求进行选择，在毛发脱除上具有通用性。
附图说明
图1为本发明LED脉冲光脱毛仪实施例的结构示意图。
图2为本发明LED脉冲光脱毛仪实施例在另一视角的结构示意图。
图3为本发明LED脉冲光脱毛仪实施例在另一视角的结构示意图。
图4为本发明LED脉冲光脱毛仪实施例的原理图。
以下结合附图以及具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
具体实施方式
如图1至图4所示，本发明实施例提供了一种LED脉冲光脱毛仪，作用于人体毛囊组织，该脱毛仪包括：LED光源模块、脉冲控制模块、传感器模块和交互模块。其中，LED光源模块用于产生脉冲光并朝向毛囊组织及周边其他组织进行光照。脉冲光通过设置光参数实现，光参数是基于毛囊组织的多种细胞的热弛豫计算结果进行设置的。脉冲控制模块用于分析处理用户和设备数据，控制设备运行。传感器模块用于采集设备各方面工作数据提供给脉冲控制模块分析设备状态。交互模块用于人机交互，显示设备状态并接收控制命令。
根据权利要求1所述的热弛豫计算，其特征在于，包括以下步骤：对于频率为f、LED光照电功率为El的脉冲光，照射在初始温度为T0的皮肤组织上。设一个周期内的脉冲能量为Ep＝El×Dr/f，其中Dr为脉冲光的占空比。该脉冲能量作用到目标组织时，黑素小体产生的热效应为Eh＝Ep×α×β1，α为光热转化系数，β1为黑素小体吸收系数。表皮组织产生的热效应Eb＝Ep×α×β2，β2为表皮组织吸收系数；一个光照周期内的光照阶段结束时，黑素小体温度为T1，单位体积温升ΔT1＝T1-T0＝Eh/Ch，Ch为黑素小体的比热容。若温度T1下的黑素小体发生不可逆损伤，设置该光照周期的占空比Dr1为下限；一个光照周期结束时，表皮组织的温度为T2，单位体积温升ΔT2＝T2-T0＝Eb/Cb，Cb为表皮组织比热容。当温度T2下表皮细胞发生损伤，设置LED光照周期占空比Dr2为上限；获得脉冲光的占空比的设置范围为Dr1和Dr2之间。
LED光源模块包括LED发光板11，LED发光板11固定在外壳43上，LED发光板11上有多个LED阵列，在脉冲控制模块的控制下可发出不同参数的脉冲光，LED光源模块与脉冲控制模块通过连接线连接。LED光源模块在工作时能够发出不同参数的光束，对待脱毛处进行脱毛。LED阵列为单色LED光源，或为峰值波长不同的多种单色LED光源，LED阵列光源向远离所述主面的方向发射光线。LED光源模块还带有一组恒流低功率红光LED，用于辅助用户确定仪器工作时的作用范围。优选地，LED发光板11呈弧形凹陷地设置在外壳43上，弧形凹陷用于放置待脱毛的身体部位，例如手臂等。
脉冲控制模块由脉冲驱动单元21和控制器22组成，用于产生脉冲激励电流，脉冲控制模块固定在外壳43内。脉冲驱动单元21能够输出多路脉冲激励电流驱动对应LED阵列，控制器22为整个设备的控制中心，负责收集分析用户指令和传感器数据，通过触控屏41向用户显示设备和治疗信息，并通过控制信号控制脉冲驱动单元21的驱动输出；控制器22发出的控制信号为PWM信号和电压信号。PWM信号幅值为0至5V，频率范围为20Hz至20kHz，用以控制LED光源模块U1发出脉冲光的波长、频率和占空比；电压信号范围为0至2V，用以控制LED光源模块U1发出脉冲光的峰值光强；PWM调光控制的参数包括波长、频率、占空比和峰值电流。
传感器模块由测量设备温度T1的温度传感器31、测量治疗光照位置温度T2的温度传感器32和测量LED电功率W1的电功率传感器组成。以上传感器采集的数据由脉冲控制模块中控制器进行计算分析，用以避免设备故障或用户操作不当造成的危险。
交互模块由触控屏41和开关按钮42组成。触控屏41为10寸彩色触控屏，镶嵌在外壳43上；外壳43为长方形盒体，用于保护和包装设备各模块，材料为金属或塑料。开关按钮42，用来控制设备通断电，材料优选为塑料。
本实施例的脉冲光脱毛仪工作时可以包含以下步骤：触控屏41接收用户的设置和开机命令后，将含有用户治疗信息(治疗类型和治疗功率等)的命令信息发送给控制器22，控制器22基于命令信息加载预设光参数。控制器22还收集并计算分析传感器模块传来的信息。具体地，控制器22收集传感器模块检测到的设备温度Td、治疗区域温度Tp等信息，当Td低于70℃，温度Tp无数据(设备光源没有对着物体)时，设备发出红色引导光，辅助用户将设备调整到合适位置。当接近合适位置后，用户按下开关按钮42，控制器22发送PWM信号和电压控制信号，控制脉冲驱动单元21产生脉冲激励，驱动LED光源模块发出预设参数的脉冲光。治疗过程中，控制器22实时采集温度Td、Tp与光照功率W1。当Td温度超过70℃时，控制器22控制设备停止治疗，并通过触控屏41报警，提醒用户检查设备。当温度Tp超过40℃时，控制器22控制设备停止治疗，并通过触控屏41报警，提醒用户。当功率W1偏差超过5％时，控制器22控制设备停止治疗，并通过触控屏41报警，提醒用户检查设备。
采用本实施例的LED脉冲光脱毛仪对前臂毛发进行脱除，目标组织为毛囊，毛囊是毛发生成的地方，其中毛基质细胞在毛发生长中起到了重要作用，如果对毛基质细胞产生不可逆转的损伤，会导致毛发停止生长并永久性抑制。当光束照射于目标区域时，大部分光能被毛囊吸收，其余部分被其他组织吸收或耗散。毛囊组织的升温与接收的光能量呈正相关关系，但当光能量超过一定阈值，其他组织升温明显，会引起患者不适或造成组织损伤。假设毛囊细胞的有效吸收的光波段的峰值波长为660nm、波段为40nm的光线，从LED发光板发出的脉冲光峰值功率为1W/mm2，占空比Dr为1％。单位区域单次治疗周期照射时长10s，能量密度为10J/cm2(普通激光脱毛的能量密度为5J/cm2至15J/cm2)。每次治疗间隔3至5天为宜，5次为一个疗程，能够有效脱除毛发。
由上可见，本发明公开了一种体积小、工作稳定且治疗效果好的LED脉冲光脱毛仪。
最后需要强调的是，以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明。凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种LED脉冲光脱毛仪，其特征在于：
包括LED光源模块、传感器模块、交互模块和脉冲控制模块；
所述LED光源模块用于产生脉冲光，所述脉冲光的光参数是基于毛囊及其周边组织的多种细胞的热弛豫计算得到的；
所述传感器模块用于获取工作数据；
所述交互模块用于接收控制命令；
所述脉冲控制模块用于根据所述工作数据和所述控制命令控制所述LED光源模块工作。
2.根据权利要求1所述的一种LED脉冲光脱毛仪，其特征在于：
所述脉冲光照的光参数包括占空比，所述占空比在Dr1和Dr2范围内；
Dr1和Dr2基于毛囊及其周边组织的多种细胞的热弛豫计算得到：
Dr1满足T1-T0＝(El×Dr1/f)×α×β1/Ch，式中T1为毛囊黑素小体发生不可逆损伤的最低温度，T0为皮肤组织初始温度，El为LED光源模块的电功率，f为频率，α为光热转化系数，β1为毛囊黑素小体吸收系数，Ch为毛囊黑素小体的比热容；
Dr2满足T2-T0＝(El×Dr2/f)×α×β2/Cb，式中T2为表皮细胞发生损伤的最低温度，T0为皮肤组织初始温度，El为LED光源模块的电功率，f为频率，α为光热转化系数，β2为表皮组织吸收系数，Cb为表皮组织比热容。
3.根据权利要求1或2所述的一种LED脉冲光脱毛仪，其特征在于：
所述LED脉冲光脱毛仪还包括外壳，所述LED光源模块设置在所述外壳表面的第一端，所述交互模块设置在所述外壳表面的第二端，所述脉冲控制模块设置在所述外壳内；
所述LED光源模块与所述脉冲控制模块电连接，所述脉冲控制模块与所述交互模块电连接。
4.根据权利要求3所述的一种LED脉冲光脱毛仪，其特征在于：
所述LED光源模块包括LED发光板，所述LED发光板在所述外壳表面第一端形成弧形凹陷；
所述LED光源模块还包括红光光源，所述红光光源与所述LED灯板的照射范围相同，所述红光光源用于发出红色引导光。
5.根据权利要求4所述的一种LED脉冲光脱毛仪，其特征在于：
所述LED灯板上包括多个LED阵列；
所述LED阵列由单色LED光源组成，或者所述LED阵列包括峰值波长不同的多种单色LED光源；所述单色LED光源中心波长范围为200nm至1000nm，光谱半波全宽小于40nm。
6.根据权利要求3所述的一种LED脉冲光脱毛仪，其特征在于：
所述脉冲控制模块包括脉冲驱动单元和控制器；
所述脉冲驱动单元包括多组LED驱动芯片，多组所述LED驱动芯片用于基于所述控制器的控制信号输出多路脉冲激励并分别独立驱动各个所述LED阵列；
所述控制器用于输出控制信号，所述控制信号包括多路PWM信号和电压信号；所述PWM信号幅值为0至20V，频率范围为20Hz至20kHz，占空比范围为0.01％至10％；所述电压信号范围为0至2V。
7.根据权利要求3所述的一种LED脉冲光脱毛仪，其特征在于：
所述传感器模块包括LED光源模块温度传感器、LED光源模块功率传感器和治疗区域温度传感器；
所述LED光源模块温度传感器和所述LED光源模块功率传感器设置在所述LED光源模块上，所述治疗区域温度传感器连接所述外壳并位于所述LED光源模块的外侧。
8.根据权利要求7所述的一种LED脉冲光脱毛仪，其特征在于：
当所述LED光源模块温度传感器检测到的温度高于第一预设温度、所述治疗区域温度传感器检测到的温度高于第二预设温度或者所述LED光源模块功率传感器检测到的功率高于预设功率时，所述脉冲控制模块停止所述LED光源模块工作，并通过所述交互模块发出警报。
9.根据权利要求3所述的一种LED脉冲光脱毛仪，其特征在于：
所述交互模块包括触控屏和开关按钮，所述触控屏用于接收所述控制命令并显示所述工作数据；所述开关按钮用于控制所述LED光源模块的通断电。
10.根据权利要求1或2所述的一种LED脉冲光脱毛仪，其特征在于：
所述LED脉冲光脱毛仪还包括壳体和光源支架，所述光源支架通过可变形的连接管与所述壳体连接，所述LED光源模块设置在所述光源支架内，所述脉冲控制模块设置在所述壳体内，所述交互模块包括设置在所述壳体表面上的触控屏以及设置在所述光源支架上的开关按钮，所述开关按钮用于控制所述LED光源模块的通断电；
所述LED光源模块与所述脉冲控制模块电连接，所述脉冲控制模块与所述交互模块电连接；
所述光源支架和所述LED光源模块均呈弧形，所述LED光源模块的发光方向朝向弧形内侧。
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