CN217548203U - 一种用于激光脱毛仪的光源模块及激光脱毛仪 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种用于激光脱毛仪的光源模块及激光脱毛仪，光源模块包括VCSEL激光光源及聚光光学镜头，VCSEL激光光源包括紧密排列的若干VCSEL激光芯片，输出激光波长为650～900纳米，聚光光学镜头用于将VCSEL激光光源输出的激光聚焦在设定区域。激光脱毛仪包括光源模块、散热系统、驱动电源及控制系统。本实用新型采用VCSEL激光芯片作为光源，通过芯片密集排列并匹配聚光光学镜头，能达到接近边发射芯片的单位面积辐射能量，适用于家庭/个人使用的脱毛仪；全部光能量用于毛囊的消除，脱毛效率高，可避免其它波长对表皮灼伤引起的疼痛感；电驱动系统简单且更加安全；散热效果好，可提高光源的发光效率和寿命。

Description

一种用于激光脱毛仪的光源模块及激光脱毛仪

技术领域

本实用新型涉及光电医美器械技术领域，特别是一种用于激光脱毛仪的光源模块及激光脱毛仪。

背景技术

医美领域的脱毛仪，基于选择性光热作用的原理，采用特定波长的光，穿透表皮、以具有丰富黑色素的毛囊为靶目标，选择性的加热和破坏毛囊和周围组织，以期达到永久脱毛的效果。

目前市场上的医美脱毛仪主要有两种：一种是用于医院、诊所的大功率脱毛仪，光源采用808纳米波长的边发式激光巴条，每个激光巴条的电功率100W～300W，光电效率约50％，也就是说每个激光巴条产生50～150W光功率，3～10条激光巴条叠阵排列，形成几百甚至上千瓦电功率的发光模块。典型的边发式激光巴条的尺寸是10×1×0.15立方毫米，功率密度大，封装成本高，需要水冷系统散热。脱毛效果好，但设备成本高，需要专业人员操作，只能在医院或诊所里使用。

另一种是家庭/个人用的脱毛仪，光源采用的是氙气灯管。氙气灯是利用高压放电电离石英管内的惰性氙气而形成电弧光。氙气灯的驱动需要高压；直流电源经过一系列的转换、控制、保护、升压、变频等动作后，产生一个瞬间23000V的点火高压对灯头进行点火。采用氙气灯作为光源的家庭/个人用的脱毛仪有如下不足：

1)氙气灯的光谱广阔，如图1所示，808nm及其邻近波长的能量只是整个氙气灯能量输出的小部分。图2是人体组织的吸收光谱，在650～900纳米之间，水 (Water)、氧合血红蛋白(HbO2)、脱氧血红蛋白(Hb)、脂肪(Lipid)、胶原蛋白 (Collagen)的吸收都达到最低，650nm～900nm近红外波长是穿透人体皮肤和组织的窗口波长范围。而氙气灯的波谱在650～900纳米的波长范围之外有很大份额的能量分布，低于650nm波长的光能量不能穿透表皮，被表皮吸收产生热量，非但不能起到破坏毛囊的作用，反而会灼伤表皮产生疼痛感。脱毛效果和安全的重点在于光波选择性的最大限度的被毛囊的黑色素吸收，而尽量不被血液和表皮等其他组织吸收。关键点是增大毛囊和其他组织之间的温差，让毛囊的温度尽量高，其他组织温度尽量低。为了减少低波长光谱部分，现有技术中，许多家庭/个人用的脱毛仪采用滤光片的方法过滤低波长的光谱，虽然减弱了表皮的疼痛感，但过滤部分的能量变成热量，增加了散热系统的负担。另外虽然滤光片降低了低波长范围的能量，但高于900纳米的波长仍然被皮肤、脂肪、水吸收，会对人体造成损伤。

2)氙气灯是高压放电灯，需要特殊的电源整流器。高压对于手持式设备存在安全风险。市场上流行的家庭/个人用的脱毛仪里都有一个1000uF左右的大尺寸电容，用于产生放电脉冲。经常性充电放电的过程会加速电容的老化，影响脱毛仪的使用寿命。

3)氙气灯是灯管，360度发光，需要有效的光学聚光系统将弥散周围的光聚集在脱毛的辐射窗口，聚光过程中的光能量损失很大。

实用新型内容

本实用新型的主要目的是克服现有技术的缺点，提供一种用于激光脱毛仪的光源模块及激光脱毛仪，适用于家庭/个人使用的脱毛仪，可提高脱毛效率，降低疼痛感，且无高压危险，使用更安全，更加便携。

本实用新型采用如下技术方案：

一种用于激光脱毛仪的光源模块，包括有VCSEL激光光源及聚光光学镜头，所述VCSEL激光光源包括紧密排列的若干VCSEL激光芯片，若干VCSEL激光芯片之间相互串联或组合并联后再串联，VCSEL激光芯片输出激光波长为650～900纳米，所述聚光光学镜头设置于VCSEL激光光源前方，用于将VCSEL激光光源输出的激光聚焦在设定区域。

进一步地，所述VCSEL激光芯片输出激光波长为808纳米。

进一步地，所述VCSEL激光光源的若干VCSEL激光芯片呈矩形阵列式排布，或沿圆形周向均匀分布。

进一步地，所述VCSEL激光光源包括两排呈矩形阵列式并列紧密排布的VCSEL 激光芯片,所述聚光光学镜头采用半圆柱体球面光学透镜或半圆柱体非球面光学透镜，用于将VCSEL激光光源输出的激光聚焦在长方形或线性区域。

进一步地，所述VCSEL激光光源包括沿若干圈同心圆周向均匀紧密排布的 VCSEL激光芯片，所述聚光光学镜头采用半球球面光学透镜或半球非球面光学透镜，用于将VCSEL激光光源输出的激光聚焦在圆形区域或点。

进一步地，所述VCSEL激光芯片的电极连接有导线，导线自远离VCSEL激光芯片发光面的外围侧面引出。

一种激光脱毛仪，包括上述的用于激光脱毛仪的光源模块，还包括有散热系统、驱动电源及控制系统。

进一步地，所述散热系统包括陶瓷基板、热管、叶片式散热器及涡轮风扇，所述陶瓷基板上设置有热焊盘和电路焊盘，热焊盘和电路焊盘分离设置并互相电绝缘，所述VCSEL激光芯片焊接在陶瓷基板上，所述陶瓷基板的热焊盘焊接在热管表面，热管连接叶片式散热器，用于将热量输送至叶片式散热器，涡轮风扇用于通过排风带走叶片式散热器的热量。

进一步地，所述驱动电源采用电压不高于40V的直流电源。

进一步地，所述激光脱毛仪还包括有冰敷系统。

由上述对本实用新型的描述可知，与现有技术相比，本实用新型具有如下有益效果：

第一，本实用新型采用VCSEL激光芯片替代边发射激光芯片作为光源，通过芯片密集排列并匹配聚光光学镜头，克服了单VCSEL激光芯片功率密度小的问题，使辐射光强在聚焦面超过30瓦/平方厘米，能达到接近边发射芯片的单位面积辐射能量，适用于家庭/个人使用的脱毛仪。另外，VCSEL激光芯片的光束发射角小，容易聚焦，光学能量损失小。

第二，本实用新型采用808纳米的单一波长激光取代氙气灯的宽带波长，全部光能量用于毛囊的消除，使破坏毛囊的功能更有效，脱毛效率高，脱毛效果更好，而且可避免其它波长对表皮灼伤引起的疼痛感。同时，高的脱毛效率使得耗能更低，减少了散热的需求，相应的散热系统的尺寸可减小，脱毛仪的机械尺寸也随之减小，重量减轻，更加便携。

第三，VCSEL激光芯片之间相互串联或组合并联后再串联，由于单颗VCSEL激光芯片的驱动电流为2～3A，电压约为2V，因此，采用电流2～3A、电压40V以下的直流电源即可驱动，简化了个人/家庭式脱毛仪的电驱动系统，无高压危险，使用更加安全。

第四，本实用新型的散热系统采用了一系列优化的散热方法，通过将VCSEL 激光芯片焊接在热电分离的陶瓷基板上，陶瓷基板的热焊盘焊接在热管表面，热管连接叶片式散热器，可将热量输送至叶片式散热器，并通过涡轮风扇排风带走叶片式散热器的热量，可高效散热，降低激光芯片的节点温度，提高光源的发光效率和寿命。

附图说明

图1是氙气灯的辐射光谱示意图；

图2是人体组织的吸收光谱示意图；

图3是本实用新型实施例1的VCSEL激光光源的俯视结构示意图，图中示出了VCSEL激光芯片的排布结构；

图4是本实用新型实施例1的光源模块的整体结构俯视图；

图5是本实用新型实施例1的光源模块的整体结构仰视图；

图6是本实用新型实施例1的光源模块的整体结构正视图；

图7是本实用新型实施例1的光源模块的整体结构侧视图；

图8是本实用新型实施例2的VCSEL激光光源的俯视结构示意图，图中示出了VCSEL激光芯片的排布结构；

图9是本实用新型实施例2的光源模块的整体结构俯视图；

图10是本实用新型实施例2的光源模块的整体结构正视图；

图11是本实用新型实施例2的光源模块的整体结构侧视图。

图中：1.VCSEL激光光源，11.VCSEL激光芯片，2.聚光光学镜头，3.导线，4. 电极，5.氮化铝陶瓷基板，51.热焊盘。

具体实施方式

以下通过具体实施方式对本实用新型作进一步的描述。

实施例1

参照图3至图7，本实用新型的一种用于激光脱毛仪的光源模块，包括有VCSEL 激光光源1及聚光光学镜头2，VCSEL激光光源1包括紧密排列的20颗VCSEL激光芯片11，20颗VCSEL激光芯片11之间相互串联，VCSEL激光芯片11输出激光波长为808纳米。聚光光学镜头2设置于VCSEL激光光源1前方，用于将VCSEL激光光源1输出的激光聚焦在设定区域。其中：VCSEL激光芯片中“VCSEL”的全称是 Vertical-Cavity Surface-Emitting Laser，VCSEL激光芯片即垂直共振腔面发射型激光芯片。

VCSEL激光光源1的20颗VCSEL激光芯片11分两排呈矩形阵列式并列紧密排布。聚光光学镜头2采用半圆柱体非球面光学透镜，用于将VCSEL激光光源1输出的激光聚焦在长方形区域。VCSEL激光芯片11的正、负电极分别在芯片的上、下端面，正、负电极连接有用于连接电路板的导线3，导线3自远离VCSEL激光芯片 11发光面的外围侧面引出，并连接至电路板上的电极4，不影响芯片的无空隙排列。

本实用新型的一种激光脱毛仪，包括上述的用于脱毛仪的光源模块，还包括有散热系统、驱动电源、控制系统及冰敷系统。散热系统包括电热分离的氮化铝陶瓷基板5、热管、叶片式散热器及涡轮风扇。氮化铝陶瓷基板5上设置有热焊盘51 和电路焊盘，热焊盘51和电路焊盘分离设置并互相电绝缘。热管的一端压成平面。 VCSEL激光芯片11焊接在氮化铝陶瓷基板5上，氮化铝陶瓷基板5的热焊盘51通过金属焊接或银胶粘接在热管的平面表面，热管与叶片式散热器焊接固定，用于将热量输送至叶片式散热器，涡轮风扇用于通过排风带走叶片式散热器的热量。VCSEL 激光芯片11底部存在镀金。氮化铝陶瓷基板的焊盘表面真空镀3～4微米厚、280℃熔点的共晶80金20锡合金。VCSEL激光芯片11和氮化铝陶瓷基板的焊盘表面接触，在真空炉中无助焊剂焊接，可以取得无空洞的焊接效果，导热效果更好。所述驱动电源采用标准的40V/2A直流电源。所述控制系统用于控制激光脱毛仪各模块及系统协同工作，冰敷系统用于实现脱毛后皮肤表面的冰敷功能，控制系统及冰敷系统均采用现有技术。

由于6焦耳/平方厘米是破坏毛囊的能量阈值，为避免热能向毛囊周围扩散，损坏周围的细胞组织，必须在热弛豫的时间内达到能量阈值。本实施例的VCSEL 激光芯片的输出光功率为2瓦/平方毫米，驱动电流为3A，电压2.4V，工作方式是 QCW准连续工作方式。激光脱毛仪工作时，VCSEL激光芯片的光束散射角一般在25 度左右，通过聚光光学镜头将光束进一步聚焦后，光斑为长方形，光强在离聚光光学镜头2顶点约5mm的聚焦面可达到35瓦/平方厘米以上的辐射强度，不到0.2 秒的辐射时间就可以达到6焦耳/平方厘米的脱毛阈值，实现脱毛效果。0.2秒小于毛囊周围组织的热弛豫时间，激光只损害毛囊而不伤害周围的组织。

实施例2

参照图8至图11，本实施例与实施例1的区别在于：所述VCSEL激光光源包括分别沿两圈同心圆的周向均匀紧密分布的共12颗VCSEL激光芯片。所述聚光光学镜头采用半球非球面光学透镜，用于将VCSEL激光光源输出的激光聚焦在圆形区域。所述VCSEL激光芯片输出激光波长为650纳米。

实施例3

本实施例与实施例1的区别在于：所述VCSEL激光芯片输出激光波长为900 纳米。所述VCSEL激光光源的20颗VCSEL激光芯片之间两两串联后再串联。所述聚光光学镜头采用半圆柱体球面光学透镜。

上述仅为本实用新型的三个具体实施方式，但本实用新型的设计构思并不局限于此，凡利用此构思对本实用新型进行非实质性的改动，均应属于侵犯本实用新型保护范围的行为。

Claims (10)

1.一种用于激光脱毛仪的光源模块，其特征在于：包括有VCSEL激光光源及聚光光学镜头，所述VCSEL激光光源包括紧密排列的若干VCSEL激光芯片，若干VCSEL激光芯片之间相互串联或组合并联后再串联，VCSEL激光芯片输出激光波长为650～900纳米，所述聚光光学镜头设置于VCSEL激光光源前方，用于将VCSEL激光光源输出的激光聚焦在设定区域。

2.如权利要求1所述的一种用于激光脱毛仪的光源模块，其特征在于：所述VCSEL激光芯片输出激光波长为808纳米。

3.如权利要求1所述的一种用于激光脱毛仪的光源模块，其特征在于：所述VCSEL激光光源的若干VCSEL激光芯片呈矩形阵列式排布，或沿圆形周向均匀分布。

4.如权利要求1或3所述的一种用于激光脱毛仪的光源模块，其特征在于：所述VCSEL激光光源包括两排呈矩形阵列式并列紧密排布的VCSEL激光芯片,所述聚光光学镜头采用半圆柱体球面光学透镜或半圆柱体非球面光学透镜，用于将VCSEL激光光源输出的激光聚焦在长方形或线性区域。

5.如权利要求1或3所述的一种用于激光脱毛仪的光源模块，其特征在于：所述VCSEL激光光源包括沿若干圈同心圆周向均匀紧密排布的VCSEL激光芯片，所述聚光光学镜头采用半球球面光学透镜或半球非球面光学透镜，用于将VCSEL激光光源输出的激光聚焦在圆形区域或点。

6.如权利要求1或3所述的一种用于激光脱毛仪的光源模块，其特征在于：所述VCSEL激光芯片的电极连接有导线，导线自远离VCSEL激光芯片发光面的外围侧面引出。

7.一种激光脱毛仪，其特征在于：包括如权利要求1至6任一所述的用于激光脱毛仪的光源模块，还包括有散热系统、驱动电源及控制系统。

8.如权利要求7所述的一种激光脱毛仪，其特征在于：所述散热系统包括陶瓷基板、热管、叶片式散热器及涡轮风扇，所述陶瓷基板上设置有热焊盘和电路焊盘，热焊盘和电路焊盘分离设置并互相电绝缘，所述VCSEL激光芯片焊接在陶瓷基板上，所述陶瓷基板的热焊盘焊接在热管表面，热管连接叶片式散热器，用于将热量输送至叶片式散热器，涡轮风扇用于通过排风带走叶片式散热器的热量。

9.如权利要求7所述的一种激光脱毛仪，其特征在于：所述驱动电源采用电压不高于40V的直流电源。

10.如权利要求7所述的一种激光脱毛仪，其特征在于：还包括有冰敷系统。

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