JP7041065B2 - 脱毛装置 - Google Patents

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Description

本発明は脱毛装置に関し、詳細には、複数のＬＥＤダイを有する一時脱毛装置に関する。
比較的高い強度の光で脱毛（一時的な発毛減少としても知られる）を行うことで、（一時及び／又は永久）脱毛にむすびつく、毛髪細胞の特定の部分（基本的にはタンパク質）の熱による凝固（すなわち変性）のような特定の効果が得られることが知られている。少なくとも一時的な脱毛に適した多くの既知の光ベースの脱毛装置ではレーザ光源又はフラッシュランプを用いているが、これは、これらの光源がいずれも高強度の光を短いパルスで与えることができることによる。ＬＥＤは、一般に、皮膚治療のための代替光源の１つとして説明されている。この技術の基本原理は、毛包中に存在するメラニンによる光吸収に基づいたものであり、加熱されたメラニン担体から周囲組織への熱放散により、毛包全体及び場合により更に毛母体が加熱されることによって毛包／毛母体内の関連タンパク質が光熱分解によって変性するというものである。
特許文献、米国特許出願公開第２０１２／０１１６３７３（Ａ１）号は、物体に光を照射する光照射装置を開示している。装置は、処理光と検知光とを生成する光源を備え、制御ユニットが、処理時間間隔の処理光と検知時間間隔の検知光とが交互に生成されるように光源を制御する。光源は、好ましくは固体光源、特に発光ダイオード又はレーザダイオードである。光源はＶＣＳＥＬを含むことが好ましい。処理光は、好ましくは５７０～１２００ｎｍの範囲の波長、及び２～３０Ｊ／ｃｍ２の範囲のエネルギー密度を有し、パルス持続時間は１～６００ｍｓ以内である。
米国特許出願公開第２０１２／０１１６３７３（Ａ１）号
本開示の目的は、従来の装置と比較して改良されているか、又は少なくとも代替手段を与える、複数のＬＥＤダイを有する脱毛装置を提供することにある。
一態様によれば、脱毛装置であって、基板と、該基板上の少なくとも０．２ｃｍ２、詳細には少なくとも１ｃｍ２の領域に実装され、７００ｎｍ～９８０ｎｍの遠赤色又は赤外波長範囲のピーク発光波長を有する複数の第１のＬＥＤダイと、を有する発光ユニットを備え、脱毛装置が、６０ｍｓ～１２０ｍｓの範囲のパルス長を有する処理光パルスを放射するように構成され、第１のＬＥＤダイが、処理光パルスの照射によってユーザの皮膚上で３Ｊ／ｃｍ２～７Ｊ／ｃｍ２の範囲の放射フルエンスが得られるような放射光束を有する、脱毛装置が提供される。
一態様によれば、美容脱毛の方法であって、少なくとも０．２ｃｍ２、詳細には少なくとも１．０ｃｍ２の領域に複数の第１のＬＥＤダイが実装された基板を与える工程であって、第１のＬＥＤダイが、７００ｎｍ～９８０ｎｍの遠赤色又は赤外範囲、詳細には８００ｎｍ～９００ｎｍの範囲のピーク発光波長で発光するように構成されている、工程と、第１のＬＥＤダイを制御して６０ｍｓ～１２０ｍｓの範囲、詳細には８０ｍｓ～１２０ｍｓの範囲のパルス長を有する処理光パルスを放射させる工程であって、複数の第１のＬＥＤダイが、処理光パルスの照射によってユーザの皮膚上で３Ｊ／ｃｍ２～７Ｊ／ｃｍ２の範囲の放射フルエンスが得られるような放射光束を放射するように制御される、工程と、を含む、方法が提供される。
本開示は、図面を参照する例示的実施形態の説明によって更に明らかとなろう。
３００ｎｍ～２０００ｎｍの光の波長に対する対数スケール上のメラニン、水、オキシヘモグロビンの吸収係数を示すグラフである。 ２００ｎｍ～９０００ｎｍの光の波長に対するユーメラニン及びフェオメラニンの吸光係数を示すグラフである。 ８個×８個の第１のＬＥＤダイの行列が実装された基板を有する、本開示に基づく発光ユニットの例示的な一実施形態の概略図である。 複数の第１及び第２のＬＥＤダイを含む、基板上に実装された８個×８個のＬＥＤダイの行列の別の例示的実施形態である。 複数の第１及び第２のＬＥＤダイを含む、基板上に実装された１５個×４個のＬＥＤダイの行列の例示的な一実施形態である。 複数の第１及び第２のＬＥＤダイを含む、基板上に実装された８個×８個のＬＥＤダイの行列の別の例示的実施形態である。 ４種類の異なる複数のＬＥＤダイを含む、基板上に実装された８個×８個のＬＥＤダイの行列の更なる例示的実施形態である。 本開示に基づく脱毛装置の例示的な一実施形態の側面図である。 図７Ａに示される脱毛装置の異なる例示的なヘッド部の正面図であり、皮膚特性を測定するための１つ以上の更なるセンサの異なる位置が示されている。 図７Ａに示される脱毛装置の異なる例示的なヘッド部の正面図であり、皮膚特性を測定するための１つ以上の更なるセンサの異なる位置が示されている。 図７Ａに示される脱毛装置の異なる例示的なヘッド部の正面図であり、皮膚特性を測定するための１つ以上の更なるセンサの異なる位置が示されている。 余分な熱を除去するためのヒートシンク上に実装された基板上に実装されたＬＥＤダイのアレイの概略図である。 実装基板領域の周囲に配置された内側反射壁を有するケーシングを有する基板上に実装されたＬＥＤダイのアレイの図である。 図９Ａに示されるケーシングを有するＬＥＤアレイの切欠き図である。
皮膚に光（具体的には少なくとも１つの処理光パルスの形態）を照射することにより、様々な種類の皮膚処理を行い得ることが一般的に知られている。このような皮膚処理には、皮膚再生、皺低減、ニキビ治療、及び（一時及び永久）脱毛（毛髪が光の照射によって必ずしも直ちに脱毛されるわけではないため、発毛減少又は発毛管理とも称される）が包含され、脱毛用途が本開示の主題である。詳細には、一時及び／又は永久脱毛（発毛減少、以下、単に「脱毛」を用いる）を実現するための皮膚処理で必要とされる、単位面積当たりのＬＥＤダイのアレイによって放射される放射光束は、皮膚再生などで必要とされる放射光束よりも大幅に高い。皮膚に処理光パルスを照射する目的で、レーザ光源、フラッシュランプ（例えばキセノンアークランプ）、及びＬＥＤなどの半導体光源といった様々な光源が検討されてきた。レーザ光源及びフラッシュランプは、脱毛に関して広く検討されているが、光源としてのＬＥＤの応用についてはほとんど検討されていない。これは、詳細には、短いパルス長（例えば、１０ｍｓ以下）で皮膚に照射される必要のある放射フルエンスが、レーザ又はフラッシュランプによって容易に与えられるためである。そこで、本開示は、半導体光源（下記でＬＥＤなる用語が使用される場合、これにはＯＬＥＤなどの他の表面発光固体光源が包含されるものとする）、詳細には、ＬＥＤダイのアレイ（すなわちパッケージ化ＬＥＤではない半導体ダイ）、及び光による一時又は永久脱毛におけるその使用に関するものである。
ＬＥＤダイは、例えば、使用される半導体材料に応じて、紫外（ＵＶ）光から赤外（ＩＲ）光まで、すなわち約２８０ｎｍ～１３００ｎｍの基本的にあらゆる波長の光を放射することができる。ＬＥＤダイは、
Figure 0007041065000001
 の比較的狭いスペクトル帯域幅の光を放射する。本開示において「波長」なる用語がＬＥＤダイに関して使用される場合、この波長は、ピーク発光波長、すなわち、ＬＥＤダイの発光曲線の最大値における波長を意味する。
本開示によると、複数の第１のＬＥＤダイは、７００ｎｍ～９８０ｎｍの範囲、詳細には７００ｎｍ～８８０ｎｍの範囲のピーク発光波長で発光する。遠赤色及び赤外領域の不可視光は、ユーメラニンに充分な吸収率を有する一方で血液や水への吸着率は低いため、比較的長いパルスでも毛包に充分な発熱を生じさせる。したがって、この光ウィンドウは、大きな表面の照射（例えば個々の毛包を標的とする点レーザ光照射に対比して）及び家庭用用途において良好に利用することができる。本明細書で検討される長いパルス時間のため、熱が小さなメラニン顆粒から大きな組織容積中に放散するのに充分な時間があるため、ある程度日焼けした皮膚でも皮膚中のメラニンによる処理光の吸収による皮膚内における発熱量は比較的低く保たれる。特定の実施形態では、複数の第１のＬＥＤダイは、７００ｎｍ～７６０ｎｍの範囲、又は８２０ｎｍ～８８０ｎｍの範囲のピーク発光波長で発光する。特定の実施形態では、第１の部分複数の第１のＬＥＤダイは７００ｎｍ～７６０ｎｍの範囲のピーク発光波長で発光し、第２の部分複数の第１のＬＥＤダイは８２０ｎｍ～８８０ｎｍの範囲のピーク発光波長で発光する。特定の実施形態では、少なくとも１個の更なる第２のＬＥＤダイが、可視光領域、すなわち、４００ｎｍ～７００ｎｍの範囲のピーク発光波長で発光する。特定の実施形態では、更なる複数の第３のＬＥＤダイ（複数の第１のＬＥＤダイに加えて、あるいは更に少なくとも１個の第２のＬＥＤダイに加えて）は４８０ｎｍ～５１０ｎｍの範囲のピーク発光波長で発光する。
特定の実施形態では、脱毛装置は、第１のＬＥＤダイを選択的に作動するための複数の第１のＬＥＤダイに接続された制御ユニットを有している（更に、制御ユニットは、存在する場合には、少なくとも１個の第２のＬＥＤダイ及び／又は第３のＬＥＤダイを選択的に作動するための他の任意のＬＥＤダイに接続されてもよい）。制御ユニットは、例えばユーザが変更可能な設定（例えば活性領域の選択）又は少なくとも１つの皮膚特性を測定するためにセンサから与えられるセンサ信号に応じて、第２の部分複数の第１のＬＥＤダイは作動させずに第１の部分複数の第１のＬＥＤダイを作動して処理光パルスを放射させることができる。制御ユニットは、（ａ）処理光パルスの間以外で少なくとも１個の第２のＬＥＤダイを選択的にオン又はオフするか、又は（ｂ）処理光パルスの間若しくは処理光パルスの少なくとも一部の間に個々の第１のＬＥＤダイをオン又はオフするか、又は（ｃ）処理光パルスの間に少なくとも１個の第１のＬＥＤダイの順電流の大きさを変える、ように構成することもできる。
一態様において、以下の説明文は、７００ｎｍ～９８０ｎｍの遠赤色～赤外波長範囲の処理光パルスを放射することによって、６０ｍｓ～１２０ｍｓの範囲、詳細には８０ｍｓ～１２０ｍｓの範囲の光パルスを照射することにより、３Ｊ／ｃｍ２～７Ｊ／ｃｍ２の範囲の放射フルエンスを供給することができる、基板に実装された複数の第１のＬＥＤダイ（規則的なアレイパターンの形で実装することができるが、ＬＥＤダイは不規則な形で実装することもできる）を有する発光ユニットを備えた脱毛装置に重点を置く。より詳細に説明されるように、この範囲の組み合わせは、日焼けした皮膚への熱負荷を最小限に低減する一方で、少なくとも毛包中の関連タンパク質の低温凝固及び場合により更に毛母体の低温凝固に必要なだけの時間にわたって充分な温度を確実に生じさせることにより、ユーメラニンを保有する毛髪の脱毛を行うために選択される。
本開示では、処理光が７００ｎｍ～９８０ｎｍの遠赤から赤外までの波長範囲にあるような比較的長い処理光パルスを利用する。毛包にアポトーシス（プログラムされた細胞死）をもたらすために必要な凝固は、温度及び時間の両方の関数であることが知られている。したがって、７０℃の温度への１ｍｓの曝露は毛包内のタンパク質の凝固を生じるが、６２℃の温度も、毛包がこの温度に１００ｍｓにわたって曝露されれば必要な凝固を生じる。６０ｍｓ又はそれよりも長いパルス長が、特に白い肌に生えた茶色の毛髪を処理するために用いられる３Ｊ／ｃｍ２以上の範囲の放射フルエンスを供給するうえで検討されるが、少なくとも８０ｍｓのパルス長を有する処理光パルスが、特に日焼けした肌に対して検討される。したがって、少なくとも１つの態様によれば、脱毛装置は、少なくとも６０ｍｓのパルス長（詳細には１２０ｍｓ未満）、詳細には８０ｍｓ～１２０ｍｓの範囲のパルス長、更に詳細には約１００ｍｓのパルス長を有する少なくとも１つの処理光パルスを放射するように構成される。
選択された範囲の特定の技術的効果について深く論じることが適当であると考えられる。既に述べたように、発毛低減をもたらすために必要とされる毛包の関連タンパク質又は毛母体の凝固は、短時間の間に関連タンパク質の位置に高い温度が得られるよう（一般的に、メラニン担体に発生する熱はタンパク質の位置に放散するはずである）、高い放射光束の短い処理光パルス（例えば０．１ｍｓ～１０ｍｓのパルス）を照射する際に生じ得る。そのような処理光パルスは、例えばレーザ又はフラッシュランプのような高放射光束光源によって容易に供給することができる。ＬＥＤでは、このような高放射光束のパルスを供給することはできない。現在では、処理光パルスの設定が、関連タンパク質の位置で得られる温度が凝固を生じるうえで充分に高く、その温度が凝固が生じ得る充分に長い時間にわたって与えられるように選択される場合、ＬＥＤもまた、その低い放射光束にもかかわらず、脱毛用途に使用され得ることが見出されている。光は、脱毛の場合、通常はメラニンである標的発色団に吸収される（この場合、茶色味がかったユーメラニンが関連する標的発色団である）。標的発色団は処理光を吸収すると熱くなる。この熱は発色団の周囲の組織中に放散する。組織のある点の温度が上昇し、最終的には処理パルスの間、一定温度の平衡状態に達する。温度は、所定の時間の間、タンパク質凝固をもたらすための閾値温度よりも高い温度である必要がある。閾値温度は、対応する温度が存在する時間に応じて決まる（すなわち、より高い温度では、より低い温度と比較してより短時間で凝固が生じる）。その温度以下では極めて長い露光時間でもタンパク質凝固を生じない絶対閾値温度が存在することは明らかである。７００ｎｍ～９８０ｎｍの範囲の遠赤色～赤外領域の処理光（詳細には８２０ｎｍ～８８０ｎｍの範囲、更に詳細には約８５０ｎｍの波長）では、処理パルスは、皮膚に対する熱負荷を許容されるレベルに留めつつ、効果的な脱毛をもたらす（例えば関連タンパク質の凝固を生じる）ためには、少なくとも６０ｍｓ持続する必要があり、少なくとも３Ｊ／ｃｍ２を供給する必要がある。脱毛では、毛母体も加熱することが望ましい場合がある。毛母体は標的発色団を基本的に含まないことから、熱は毛包から毛母体に放散するはずであるが、これには所定の放散時間を要する。したがって、所定の不可視波長範囲のＬＥＤでは、パルス長を少なくとも約８０ｍｓとすることができ、約１２０ｎｍ以下とすればよく、そのようなパルスは毛母体の関連タンパク質の（低温による）凝固をもたらすために最大約７Ｊ／ｃｍ２を供給することができる。３～７Ｊ／ｃｍ２のフルエンスの１２０ｍｓよりも長いパルス長は必要な凝固温度を生じない可能性があり（放射光束が低すぎるため）、フルエンスを高くすると悪い副作用につながる。約８５０ｎｍの波長では、８０ｍｓ～１２０ｍｓの処理光パルスによって供給される皮膚上のフルエンスは、明るい茶色～中間の茶色の髪に対しては、５Ｊ／ｃｍ２から７Ｊ／ｃｍ２の範囲とすればよく、暗い茶色の髪に対してはフルエンスを３Ｊ／ｃｍ２～５Ｊ／ｃｍ２の範囲とすればよいことが更に見出されている。
したがって、上記に述べた米国特許出願公開第２０１２／０１１６３７３（Ａ１）号のような文献では、５７０ｎｍ～１２００ｎｍの範囲の波長で発光する広範囲の光源について、１ｍｓ～６００ｍｓのパルス長及び２Ｊ／ｃｍ２～３０Ｊ／ｃｍ２のフルエンスの広い範囲を一般的な形で開示しているが、本明細書で提案される、遠赤色～赤外光の波長範囲で発光するＬＥＤについての３Ｊ／ｃｍ２～７Ｊ／ｃｍ２の範囲のフルエンスで６０ｍｓ～１２０ｍｓの大幅に狭い範囲のパルス長は、「低温」タンパク質凝固を生じる極めて効果的な脱毛をもたらす狭い範囲を与えるものである。更に、これらの極めて長いパルス長にまでパルス長を伸ばすことで（所定のフルエンスで）皮膚に対する熱負荷も低減されるため、より短いパルス長と比較して、メラニン含量の高い皮膚を処理することができる。
基板上に実装されたＬＥＤダイの少なくとも一部は、少なくとも一時的な脱毛を行ううえで充分な実装密度及び光出力（放射光束）を有する。これについては以下の段落でより詳しく説明する。
一態様では、以下の説明は、遠赤色～赤外範囲（例えば８５０ｎｍ）の第１の波長で発光するように構成された複数の第１のＬＥＤダイを含む、基板に実装されたＬＥＤダイを有する発光ユニットを備えた脱毛装置に重点を置く。別の態様では、以下の説明は、第１の波長（例えば８５０ｎｍ）で発光するように構成された第１の部分複数の第１のＬＥＤダイと、第１の波長とは異なる第２の波長（例えば７３０ｎｍ）で発光する第２の部分複数の第１のＬＥＤダイとを含む、基板に実装されたＬＥＤダイを有する発光ユニットを備えた脱毛装置に重点を置く。特定の実施形態では、少なくとも第１の部分複数の第１のＬＥＤダイは、少なくとも一時的な脱毛をもたらすうえで充分な実装密度及び光出力（放射光束）を有する。特定の実施形態では、少なくとも第２のＬＥＤダイは、照明目的で充分なより低い放射光束で可視光を放射するように構成することができる（例えば、第１のＬＥＤダイは、約７００ｎｍよりも長い不可視光波長で発光し、可視光を放射する第２のＬＥＤダイを、処理光パルスが放射されていることを視覚的に示す目的で使用することができる）。異なるＬＥＤダイを同じ基板上に容易に実装することができるため、処理用に構成された第１のＬＥＤダイと照明用に構成された少なくとも１個の第２のＬＥＤダイとを同じ実装領域に配置することができ、それぞれの個別の配線によって別々に制御することができる。特定の実施形態では、同じ種類のＬＥＤダイを個別に制御する代わりにグループとして制御する。詳細には、各ＬＥＤダイを直列に配置することができ、グループとして制御することができる。ＬＥＤダイのアレイの単一の行又は列の各ＬＥＤダイを直列に接続することができるが、同時に制御すべきＬＥＤダイの位置は任意であることは言うまでもない。
完全を期すために、本開示で「パルス長」なる用語を用いる場合、この時間の長さは、半値全幅（ＦＷＨＭ）のパルス強度で測定されるパルス長を意味する。
本明細書では、「放射フルエンス」とはユーザの皮膚上の値として与えられるが、本明細書に述べられる脱毛装置は、ほぼ出口開口部の面に配置されたＬＥＤダイを有するか、又はＬＥＤダイが実装された基板領域が反射性内壁を有するケーシングによって包囲されているため、ユーザの皮膚によって受け止められる（通常動作時に）放射フルエンスとは、ＬＥＤダイが実装された基板領域と処理される皮膚の領域とがほぼ同じサイズであることから、ＬＥＤダイの高さにおいて測定される放射フルエンスを意味することは理解されよう。ＬＥＤダイによって放射された光が、反射ケーシングによって空間的に限定されない発散光線によって皮膚に照射される場合、それぞれの減少係数を考慮する必要がある（すなわち、ＬＥＤダイの面における放射フルエンスは、本明細書で定義される皮膚上での放射フルエンスよりもそれぞれ高くなければならない）。
フラッシュランプと異なり、ＬＥＤダイは、比較的狭い波長帯域（例えば、
Figure 0007041065000002
 のスペクトル帯域幅（ＦＷＨＭ））で発光する。そのため、レーザと同様、ＬＥＤダイは、放射される光が特定の状況（例えば、髪色及び／又は肌色によって決定される）に最適となるように選択することができる。したがって、既知の健康上の理由でフィルタ除去する必要のあるＵＶ部分を含む極めて広い波長スペクトルを放射するフラッシュランプを用いたＩＰＬ（強力パルスライト）装置に通常使用されている光学フィルタを用いる必要がない。
本開示の一態様では、脱毛装置は、例えば２つの異なる波長、３つの異なる波長といった異なる波長で発光するように構成された異なるＬＥＤダイを有する。その一方で、装置は不可視光波長範囲（すなわち遠赤色又は赤外（ＩＲ）光領域）の処理光パルスを放射するように構成されていることから、可視波長で発光するように構成された少なくとも１個の更なるＬＥＤダイを用いてユーザに対して、装置のオン／オフ状態を視覚的に示すことができる。他方で、異なる波長で発光する複数のＬＥＤダイを使用して、特定の状況に合わせて波長を最適に調整することができる（例えば、ユーザ毎に、又は更には単一のユーザにおいて髪色及び／又は肌色を変化させる。ただし詳細には、肌色は処理領域のタンニングに依存する）。これらの可能性を、下記により詳細に説明する。
基本的に、光脱毛は、周囲の皮膚に影響を及ぼすことなく毛包に熱的に影響を及ぼすことにより毛髪の成長を低減又は阻害しようとするものである。毛包に熱的に影響を及ぼすには、毛包中の標的発色団によって光が吸収されなければならない。一般に、標的発色団はメラニンである（すなわち、一般的には茶色味／黒味がかったユーメラニンであるが、大部分が赤毛に存在する赤みがかったフェオメラニンも含む）。図１は、３００ｎｍ～２０００ｎｍの範囲の対数スケールで、メラニン、オキシヘモグロビン（血液）、及び水の相対光吸収率を示したものである（図１の吸収曲線は、Ｃｈｒｉｓｔｉｎｅ Ｃ．Ｄｉｅｒｉｃｋｘ，Ｍ．Ｄ．「Ｌａｓｅｒ Ｈａｉｒ Ｒｅｍｏｖａｌ：Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ Ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ ａｎｄ Ｐｒａｃｔｉｃａｌ Ａｓｐｅｃｔｓ」，Ｌｕｍｅｎｉｓ，２００２－ｗｗｗ．ｌｕｍｅｎｉｓ．ｃｏｍより引用）。毛包のメラニン保持部において発生する熱は周囲組織に放散し、加熱時間及び温度が共に特定の閾値を上回れば最終的にタンパク質の凝固を生じるが、既に説明したように、加熱時間が長いほど凝固を生じる温度は低くなる。
本開示は、大きな領域の脱毛装置（例えば少なくとも０．２ｃｍ２、詳細には約１～４ｃｍ２、潜在的には最大１０ｃｍ２の処理面積）及び非監視下での家庭での使用（すなわち、使用者が、怪我をするおそれなく、また医療従事者による専門的なサポートを行う必要なく、家庭で処理を行うことを可能とする）に基本的に関する。このような脱毛装置は、個々の毛包を特に個別に処理することなく、大きな皮膚領域を照射する。これは、毛包のない皮膚組織及び真皮組織内に存在する血管にも処理光パルスが照射されることを意味する。このような大きな領域の処理において皮膚組織及び血管に熱の影響が比較的及ばないようにする（すなわち、皮膚組織及び血管への熱効果を家庭での使用で許容されるレベルに維持する）ために、最適な毛包処理は、メラニン吸収率が水による吸収及びオキシヘモグロビンによる吸収と比べて高い波長範囲で生じる。したがって、ユーメラニンを有する茶色味／黒味がかった毛髪（金髪、すなわち、かなり茶色味がかった毛髪を含む）では、特に効率的な波長範囲は、水及びオキシヘモグロビンによる吸収率がメラニンに比べて低い７００ｎｍ～９８０ｎｍの間である。フェオメラニンの吸収曲線はユーメラニンの曲線の下にあるため、発色団としてユーメラニンが基本的に存在せず、標的となり得るのがフェオメラニンだけである場合（すなわち、赤毛の場合）には、光照射による脱毛は困難となる。図２は、ユーメラニン及びフェオメラニンについて（質量）吸光係数曲線を示したものである（Ｔ．Ｓａｒｎａ，Ｈ．Ｍ．Ｓｗａｒｔｚ，Ｔｈｅ ｐｈｙｓｉｃａｌ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ ｍｅｌａｎｉｎｓ，ｉｎ「Ｔｈｅ Ｐｉｇｍｅｎｔａｒｙ Ｓｙｓｔｅｍ」，ｅｄ．Ｊ．Ｊ．Ｎｏｒｄｌｕｎｄ ｅｔ ａｌ．，Ｏｘｆｏｒｄ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ Ｐｒｅｓｓ，１９８８より引用）。吸光係数は、ある物質が特定の波長の光をどの程度強く吸収するかを定義するパラメータである。図２は、７００ｎｍ～９８０ｎｍの波長範囲の特定の放射フルエンスの処理光パルスは赤毛に対する効果が低く、そのため、タンパク質凝固を生じるのに充分に高い温度を毛包内に発生させることができないことを示している。したがって、赤毛は、オキシヘモグロビンが局所的吸収最小値を有する（図１を参照）約５００ｎｍの波長（例えば４８０ｎｍ～５１０ｎｍの波長範囲内）の光を照射することによって最も効果的に処理されるものと考えられる。
光脱毛のための正しいパラメータの設定における主要な因子は、皮膚のメラニンによる光吸収及び皮膚のメラニン含有量に依存する皮膚に対する熱負荷の理解を得ることにある。皮膚のメラニン含量、すなわち皮膚の色は、ＦＳＴタイプＩ（淡い白色）からＦＳＴタイプＶＩ（最も深い色素沈着）までのスキンタイプを決定するフィッツパトリックスキンタイプ（Fitzpatrick skin type、ＦＳＴ）分類スケールに概ね関連している。肌色が濃いほど、皮膚のメラニン含有量が高く、皮膚のメラニン粒子による光吸収性が高いため、皮膚に対する熱負荷が高い。皮膚のメラニン粒子は１μｍ～５μｍの範囲の一般的なサイズを有しているのに対して、毛包は１００μｍ～３００μｍの範囲のサイズを有している。このようなメラニン担体のサイズの大きな差（毛包のメラニン保持部分対皮膚のメラニン顆粒）は、異なる熱放散挙動をもたらす。上述の皮膚のメラニン顆粒の熱弛緩時間が０．１ｍｓ未満であるのに対して、毛包の熱弛緩時間は約１０ｍｓである。現在、毛包に熱による影響を及ぼすためには、一定の放射フルエンス（単位面積当たりの光エネルギー）を一定の時間枠内に照射する必要があると一般的に考えられている。これらのメラニン粒子から熱を放散させ、色素による光吸収による皮膚に対する熱負荷を低減するには、パルス長は皮膚のメラニン顆粒の熱弛緩時間を上回る値を有する必要があると考えられる。このため、パルス長は、詳細には熱緩和時間の１０倍よりも長くすることができる（すなわち、少なくとも約１ｍｓ以上）。白色～中間の肌色（ＦＳＴ Ｉ～ＩＩＩ）では、皮膚のメラニンの光吸収の作用のために熱の影響は限定的であり、最適なパルス長を決定するうえで重要な役割は果たさない。いずれにしても、１ｍｓ又は更には充分なフルエンスを下回るこのような短い光パルスは、今日のＬＥＤダイでは、本明細書で述べられるような高い密度で実装した場合でも発生させることはできない。本開示によれば、上記に説明した理由により、今日のＬＥＤアレイの単純な放射光束の限界値を上回る少なくとも約６０ｍｓのパルス長が検討される。必要とされる放射フルエンスが長すぎる処理光パルスとして与えられる場合、熱放散によって、毛包内で得られる温度は毛包内で効果的なタンパク質凝固が生じるには低すぎる値にまで低下してしまう。パルス長は約１２０ｍｓ以下としなければならないと考えられるが、これは、そうでない場合、凝固に必要な温度（「低温」）に達しないためである（３～７Ｊ／ｃｍ２の範囲のフルエンス値で）。少なくとも一時的な脱毛をもたらす効果（すなわち、一時的又は永久的な発毛の低減が生じるような少なくとも毛包における熱による変化）を得るためには、遠赤色～赤外波長範囲のパルスによってこの時間の間に供給される放射フルエンスは、３Ｊ／ｃｍ２～７Ｊ／ｃｍ２である必要があると考えられる。上記に述べたように、脱毛装置は、８０ｍｓ～１２０ｍｓの範囲のパルス長を有する処理光パルスを放射するように構成することができるが、これは８０ｍｓを越えるパルス長が更に良好な脱毛効果、詳細には毛母体の加熱をもたらし得ることによる。
考慮すべき別の因子として皮膚内部への光の浸透深さがある。光学的浸透深さ（光の強度が１／ｅにまで低下する距離）は、文献により異なるようである。例えば、１つの文献では、色白の白人の皮膚では、５００ｎｍの波長で０．２３０ｍｍの値～１０００ｎｍの波長で約１．６ｍｍの値とされている（Ｒ．Ｒｏｘ Ａｎｄｅｒｓｏｎ ｅｔ ａｌ．，Ｔｈｅ Ｏｐｔｉｃｓ ｏｆ Ｈｕｍａｎ Ｓｋｉｎ，Ｔｈｅ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｖｅ Ｄｅｒｍａｔｏｌｏｇｙ，７７：１３～１９，１９８１）のに対して、別の文献では、５００ｎｍで約０．９ｍｍ～１０００ｎｍで２．６ｍｍの値とされている（Ｂａｓｈｋａｔｏｖ，ｅｔ．ａｌ．；Ｏｐｔｉｃａｌ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ ｈｕｍａｎ ｓｋｉｎ，ｓｕｂｃｕｔａｎｅｏｕｓ ａｎｄ ｍｕｃｏｕｓ ｔｉｓｓｕｅｓ ｉｎ ｔｈｅ ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ ｒａｎｇｅ ｆｒｏｍ ４００ ｔｏ ２０００ｎｍ；Ｊ．Ｐｈｙｓ．Ｄ：Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．３８（２００５）２５４３～２５５５）。これらの差によらず、浸透深さは一般に波長１０００ｎｍから波長５００ｎｍにかけて大幅に減少する。毛包は、皮膚表面の約１～３ｍｍ下に位置している。つまり、赤毛の処理に最適と考えられるこれらの波長は特に浅い浸透深さを有している。また、低波長光の浅い透過深さは更に短い波長の使用も排除し、例えば、約３００ｎｍの紫外光は、紫外光による他のリスクを抜きにしても毛包に基本的に到達すらしない。皮膚組織では５００ｎｍ付近の光の吸収が強いことから、３Ｊ／ｃｍ２～約６Ｊ／ｃｍ２の範囲、詳細には３Ｊ／ｃｍ２～約５Ｊ／ｃｍ２の範囲の放射フルエンスを照射するべきと考えられる。
上記に述べたように、本開示に基づく発光ユニットは、ＬＥＤダイ１個当たり所定の放射フルエンスをそれぞれが有する複数のＬＥＤダイが充分に高い密度で実装された基板を有している（例えば、１平方ｃｍあたり約８個～約９０個のＬＥＤダイであるが、単位面積当たりのダイの数で表される実現可能な密度は当然ながらＬＥＤダイのサイズにも依存する）。本開示に基づいて適当なＬＥＤダイのいくつかの例について以下で検討する。
第１の例では、複数の第１のＬＥＤダイが基板上に実装され、これら複数の第１のＬＥＤダイのそれぞれの第１のＬＥＤダイは７００ｎｍ～７８０ｎｍの波長範囲で発光するように構成される。この範囲で発光するＬＥＤダイの１つの例として、Ｏｓｒａｍ ＧｍｂＨ（Ｍｕｎｉｃｈ，Ｇｅｒｍａｎｙ）より販売されるＯＳＬＯＮ ＳＳＬ（登録商標）１５０（ＧＦ ＣＳＨＰＭ１．２４－データシートバージョン１．０）に使用されているＬＥＤダイがある。各ＬＥＤダイは、スペクトル帯域幅（ＦＷＨＭ）がΔλ＝±３０ｎｍのピーク発光波長７３０ｎｍ（遠赤色）で発光する。このＬＥＤダイは、３５０ｍＡの順電流で２０１ｍＷ～２８０ｍＷ（通常、２３１ｍＷ）の放射光束（放射出力とも呼ばれる）を有し、最大１０００ｍＡの順電流が指定されている（これにより、通常、６６０ｍＷの放射光束を生じる）。
Ｏｓｒａｍ社から販売されているこれらのＬＥＤダイ（約１ｍｍ×１ｍｍ＝１ｍｍ２のダイサイズを有する）を約０．２ｍｍの間隔で基板上に実装することができ、これにより、１ｃｍ×１ｃｍ＝１ｃｍ２の基板面積上に８×８＝６４個のＬＥＤダイを実装することができる。
一般的に、大型のサイズのＬＥＤダイは、０．５ｍｍ～１．５ｍｍ×０．５ｍｍ～１．５ｍｍ（すなわち、０．２５ｍｍ２～２．２５ｍｍ２の面積）の範囲のサイズを有することができる。ＬＥＤダイは、ワイヤボンディング（詳細には金線ボンディング）によって基板に接続することができるが、高いパッケージングフォームファクター及び高い熱放散率を実現するためには、ＬＥＤダイは、フリップチップ技術によって基板に接続してもよい（そうすれば１平方ｃｍ当たり８９個の１×１ｍｍ２のＬＥＤダイの密度を実現することができる）。上記に述べたＯｓｒａｍ社製のＬＥＤダイ（１平方ｃｍ当たり６４個のＬＥＤダイの密度）を指定の順電流である１０００ｍＡで駆動して６０ｍｓ～１２０ｍｓのパルス長を有する処理光パルスを放射することにより、皮膚上の放射フルエンス（全放射エネルギーが、実装された基板面積の大きさと同じ処理面積の大きさの皮膚領域に照射されるものと仮定する）は、２．５３４Ｊ／ｃｍ２～５．０６８Ｊ／ｃｍ２の範囲となる（１平方ｃｍ当たり８９個のＬＥＤダイの密度で７．０５Ｊ／ｃｍ２のフルエンスが得られる）。光パルスを放射する際にＬＥＤダイが発生する余分な熱は、例えばヒートシンク、ヒートパイプ、又は能動的液体冷却システムなどの受動的又は能動的な冷却装置によって基板から放散させることができる。受動的冷却装置（例えばヒートシンク）は、（冷却された）空気流を与えることにより支持することができる。ＬＥＤダイの効率は３０％程度であることが多く、７Ｊ／ｃｍ２の放射フルエンスを発生する処理光パルスは、約１６．３Ｊ／ｃｍ２の余分な熱を放散せざるを得ないことを意味する。約１秒以上の所定の冷却時間を必要とするフラッシュランプに対して、ＬＥＤダイはより高い周波数でパルスさせることができるため、ＬＥＤダイによって大きな皮膚面積でより速やかな全体の処理時間を実現することができる。
上記に述べた第１の例では、８個×８個のＬＥＤダイのアレイのうちの少なくとも１個のＬＥＤダイを、４００ｎｍ～７００ｎｍの可視範囲の、第１の波長とは異なる第２の波長で発光する異なるＬＥＤダイ（第２のＬＥＤダイ）に置き換えることができるが、その場合も皮膚上のフルエンスは６０ｍｓ～１２０ｍｓのパルス長で３Ｊ／ｃｍ２～７Ｊ／ｃｍ２の範囲に実質的にわたる。
第２の例では、ＬＥＤダイは、Ｏｓｒａｍ ＧｍｂＨ（Ｍｕｎｉｃｈ，Ｇｅｒｍａｎｙ）より販売されるＯＳＬＯＮ Ｂｌａｃｋシリーズ（８５０ｎｍ）のものを使用することができる。データシート（２０１４－０１－０９からのバージョン１．１）によれば、各ＬＥＤダイ（１×１ｍｍ２のサイズ）は、スペクトル帯域幅（ＦＷＨＭ）がΔλ＝±３０ｎｍのピーク発光波長８６０ｎｍ（中心波長：８５０ｎｍ）で発光する。全発光光束は、１０００ｍＡの順電流で１０３０ｍＷとして与えられる。１ｃｍ２の基板面積上に予め実装された８個のこのようなＬＥＤダイは、１ｃｍ２の皮膚処理面積上で１２０ｍｓのパルス長当たり、約１Ｊ／ｃｍ２の放射フルエンスを与える（ＬＥＤダイの全放射光束が皮膚処理面積上に照射されると仮定する）。
第３の例では、８個×８個のＬＥＤダイのアレイが１ｃｍ２の基板面積上にやはり実装される。第１の部分複数の４４個の第１のＬＥＤダイ（７３０ｎｍの第１の波長で発光するＯＳＬＯＮ ＳＳＬ（登録商標）１５０）が、第２の部分複数の２０個の第１のＬＥＤダイ（８５０ｎｍの第２の波長で発光するＯＳＬＯＮ Ｂｌａｃｋシリーズ）と本質的に混在している。第１のＬＥＤダイのみがオンされて１２０ｍｓの処理光パルスを放射する場合には、約３．５Ｊ／ｃｍ２のフルエンスを得ることができる。第２のＬＥＤダイ（８５０ｎｍ）のみがオンされて１２０ｍｓの処理光パルスを放射する場合には、約３Ｊ／ｃｍ２のフルエンスを得ることができる。同時にオンされる場合には、１２０ｍｓの処理光パルスで約６Ｊ／ｃｍ２のフルエンスを得ることができる。
更に、脱毛装置は、波長５０２ｎｍのピーク発光波長（５０５ｎｍの通常の主波長）で発光するＯｓｒａｍ ＧｍｂＨ（Ｍｕｎｉｃｈ，Ｇｅｒｍａｎｙ）より販売されるＧｏｌｄｅｎ ＤＲＡＧＯＮ Ｐｌｕｓ ＬＶ Ｗ５ＡＭ ＬＥＤダイを備えてもよい。データシート（バージョン１．１）によれば、このＬＥＤダイは、順電流３５０ｍＡで６７ｌｍの光束を有する。６７ｌｍは、５０５ｎｍの波長で約２４０ｍＷの放射光束に変換される（線形外挿を用いた場合、１０００ｍＡの順電流で約６８４ｍＷ）。主波長５０５ｎｍのＬＥＤダイは主波長の周囲のスペクトル帯域で発光することと、ルーメンのワットへの変換は波長に強く依存していることから、この値はあくまで推定値にすぎない。２００ｍｓの処理光パルスで約３Ｊ／ｃｍ２の放射フルエンスを得るには１平方ｃｍ当たり約２１個のこのような５０５ｎｍのＬＥＤダイが必要とされる。したがって、１平方ｃｍ当たり約４４個の５０５ｎｍのＬＥＤダイは１００ｍｓのパルスで３Ｊ／ｃｍ２の放射フルエンスを与え、約８８個の５０５ｎｍのＬＥＤは１００ｍｓのパルスで約６Ｊ／ｃｍ２の放射フルエンスを与える。約８８個の５０５ｎｍのＬＥＤダイは、５０ｍｓのパルスで約３Ｊ／ｃｍ２の放射フルエンスを与えることができる。脱毛装置は、更に赤毛処理性能を与えるために複数のこのようなＬＥＤダイを有することができる。
本明細書で検討される値は、ＬＥＤダイの放射光束がＬＥＤダイの温度、順電流及び他の因子に依存することから、比較的大まかな参考値である点を理解されたい。
表１は、本明細書の発明者らが、所与の毛色及びＦＳＴスキンタイプに対する最適な処理パラメータを表しているものと考えるところの波長、パルス長、及びフルエンス値をまとめたものである。波長は、それぞれの場合で波長範囲の代表的なものであると理解され、その範囲は、所与の１つの波長の値の周囲の±５０ｎｍ（場合により±３０ｎｍ）の範囲をカバーするものとする。注意すべき点として、特定の実施形態では、脱毛装置は、制御ユニットが表１に従って（赤毛の場合を除き）ＬＥＤダイを作動することができるように、７３０ｎｍ付近のピーク発光波長で発光するように構成された第１の部分複数の第１のＬＥＤダイと、８５０ｎｍ付近のピーク発光波長で発光するように構成された第２の部分複数の第１のＬＥＤダイとを有する。更に、制御ユニットが表１に従ってＬＥＤダイを作動することができるように、５００ｎｍ付近のピーク発光波長で発光するように構成された複数の第３のＬＥＤダイ（例えば更なる基板上に配置された）が存在してもよい。
Figure 0007041065000003
図３は、本発明に基づく発光ユニット１０の例示的な一実施形態の概略図である。発光ユニット１０は、６４個の複数のＬＥＤダイが実装された基板１００を有している。ＬＥＤダイは、行Ａ～Ｈと列１～８とからなる８×８の規則的な矩形のパターンに配列されており、各ＬＥＤダイを行列内のそれらの位置によって識別することができる。例として３個のＬＥＤダイ１０１Ａ１、１０１Ａ８、及び１０１Ｅ５が示されており、行列の配列内のＬＥＤダイは、それぞれの参照数字に添え字として付与された行と列とによって識別することができることが理解される。
８×８の正方形のＬＥＤダイの行列はあくまで一例にすぎず、ＬＥＤダイは、２×２、２×４、３×６、５×５、１０×１４、４×１５（図４Ｂを参照）といった行列などの正方形又は長方形の行列、あるいはそれほど組織化されていない、よりランダムなパターンとして、任意の実用的な形で基板上に配列することができる点を理解されたい。ＬＥＤダイは、正方形又は長方形の行列として配列する代わりに、正方形又は長方形の領域よりもむしろ円形の領域に似た規則的なパターンで配列することもできる。実装される基板領域の他の任意の形状も選択することができる（例えば、三角形、台形、任意形状）。図４Ａ、図５及び図６の例では、説明を簡単にする目的で同じ８×８の行列を用いるが、これらの図に関して説明される概念及び発想は、上述の、基板に実装されるＬＥＤダイの他の規則的又は不規則的なパターンにも適用可能であることは言うまでもない。図４Ｂは、４×１５の行列を用いた一実施形態を示している。
制御ユニット２０は、ＬＥＤダイ１０１の各々に選択的に電圧及び電流を供給するためにＬＥＤダイの行列に接続されたリード線を有している。上記で述べたように、８×８の行列は、各列が同時に制御されるように直列に接続された８列のＬＥＤダイを有している。一般的に、制御ユニット２０は、すべてのＬＥＤダイを同時にオン及びオフするように構成することができるが、制御ユニット２０は基板上に実装されたＬＥＤダイのそれぞれを個別にオン又はオフするように構成することもできる。一般的に、制御ユニットは、複数のＬＥＤダイに任意の適当な方法で接続することができる。８×８の行列のすべてのＬＥＤダイを７００ｎｍ～９８０ｎｍの遠赤色～赤外波長範囲の所定の第１の波長で発光する第１のＬＥＤダイとして構成することもできるが、下記にやはり述べるように、この行列のＬＥＤダイの一部のものを異なるＬＥＤダイとして実現してもよい。
制御ユニット２０には、例えば肌色（色素沈着レベル）などの皮膚特定を測定するためのセンサ３０が接続されている。センサは、皮膚を照射する光源を有してもよく、センサはセンサに後方散乱される（例えば光ダイオードにより実現される）光の量から肌色などの皮膚特性を決定するように構成することができる。更に、制御ユニット２０は、詳細には、例えば光強度及び／又はパルス長などの測定された肌色に基づいて少なくとも１つの処理パラメータを制御するように構成することができる。センサ３０は、任意選択的な要素として理解されるべきである。
この場合、制御ユニット２０はユーザインターフェース４０、５０、６０、７０にも接続されており、ユーザが発光ユニット１０の各側面を制御することを可能とする。ここで、ユーザインターフェースは、４つの入力素子４０、５０、６０、及び７０を有している。第１の入力素子４０をオン／オフスイッチとして構成することができる。第２の入力素子５０は、処理のタイプを選択するスイッチとして構成することができ、例えば第２の入力素子５０は、ユーザが脱毛機能と皮膚再生機能との間で切り替えを行うことを可能とするものとすることができる。更に、制御ユニット２０は選択された処理のタイプに基づいて少なくとも１つの処理パラメータを制御するように構成することができ、例えば、ＬＥＤダイによって放射される放射光束を、脱毛機能におけるよりも、皮膚再生機能でより低くすることができる。第３の入力素子６０は、ユーザが髪色を入力できるように構成することができる。更に、制御ユニット２０は、髪色に応じて少なくとも１つの処理パラメータを制御するように構成することができる。第４の入力要素７０は、ユーザが、皮膚に照射される最大放射フルエンスの値を設定できるように構成することができる（例えば３Ｊ／ｃｍ２～７Ｊ／ｃｍ２の範囲の値）。ここで、制御ユニット２０は、選択された最大放射フルエンスを上回らない放射フルエンスの光パルスのみを照射するように構成することができる。これに加えるか又はこれに代えて、入力素子のうちの１つは、ユーザが、実装されたＬＥＤダイの第１の活性領域から第２の活性領域に切り替えることができるように構成することができる（以下の図４Ａ及び４Ｂに関する説明を参照）。入力素子４０、５０、６０、又は７０のそれぞれは、入力ノブ又はスライダー、あるいはタッチ感受性ボード上のタッチ感受性スイッチとして構成することができる。制御ユニット２０に有線接続されているものに対して、ユーザインターフェースは、制御ユニット２０と無線で接続された別の装置上で実現することができる。図３に示されるような４つの入力素子の代わりに、ユーザインターフェースは、１個、２個、３個、５個、６個、又は任意の数の入力素子を有することができる。特定の実施形態では、発光ユニット１０はいずれのユーザインターフェースも含まず、自動化された形で動作するように構成することができる。上記に述べた機能の他の又は更なる機能をユーザインターフェースを介して実現することができる。
図４Ａは、基板１００Ａ上に実装された複数のＬＥＤダイ１０２及び１０３の構成の一例である。複数の第１のＬＥＤダイ１０２は５７個の要素を有している。複数の第２のＬＥＤダイ１０３は７個の要素を有している。第２の部分複数の第２のＬＥＤダイ１０３の７個の要素は、それらの行列での位置によって１０３Ａ１、１０３Ｅ１、１０３Ｈ１、１０３Ａ５、１０３Ｅ５、１０３Ａ８、及び１０３Ｈ８として識別される。第１の部分複数の第１のＬＥＤダイ１０２は、ヒトの目に基本的に見えない遠赤色又は赤外（ＩＲ）波長（第１の波長）で発光するように構成することができる。したがって、第１のＬＥＤダイは、皮膚表面に処理光パルスを照射するために使用される。更に、第２のＬＥＤダイ１０３は、４００ｎｍ～７００ｎｍの可視波長範囲（第１の波長と異なる第２の波長）で発光するように構成することができ、詳細には、第２のＬＥＤダイは、一時的な脱毛を行うのに充分な強度レベルで発光させるのには適していない低放射光束のＬＥＤダイとして構成することができる（例えば、第２のＬＥＤダイは、約２Ｖの供給電圧において約１００ｍＡ未満、詳細には約５０ｍＡ又は２０ｍＡの指定された順電流を有することができる）。追加的又は代替的に、第２のＬＥＤダイは、ＬＥＤダイの行列の活性領域を示すために使用することができる。これにより、オンされた第２のＬＥＤダイ１０３Ａ１、１０３Ｅ１、１０３Ａ５、及び１０３Ｅ５は、これら４個の第２のＬＥＤダイの間に配置された第１のＬＥＤダイのみが皮膚に光を照射するために使用されることを示す（第１の活性領域Ａ１が破線により示されている）のに対して、オンされた第２のＬＥＤダイ１０３Ａ１、１０３Ｈ１、１０３Ａ８、及び１０３Ｈ８は、第１の部分複数の第１のＬＥＤダイの全体が使用されることを示す（第２の活性領域Ａ２が一点鎖線により示されている）。より小さい第１の活性領域Ａ１が顔面の皮膚の処理に有用である（より小さい活性領域Ａ１は小さい顔の領域をより正確に標的化することができる）のに対して、より大きな活性領域Ａ２は身体の皮膚の処理に有用である（より速やかな処理）。既に上記に述べたように、ユーザが可能な活性領域の間で切り替えることができるように入力素子を設けることができる。ＬＥＤダイのパターンに応じて、少なくとも２個の第２のＬＥＤダイを用いて活性領域を示すことができる（例えば、第２のＬＥＤダイを正方形又は長方形の配列の互いに反対側の隅に配置することができる）。特定の実施形態では、第１のＬＥＤダイの活性領域を第２のＬＥＤダイによって取り囲むことで活性領域を示すことができる。
一般的に、特定の実施形態では、基板上に１個だけの第２のＬＥＤダイが実装される（例えば図４Ａに示されるように６３個の複数の第１のＬＥＤダイと１個だけの第２のＬＥＤダイが８×８の行列で基板上に実装される）。第２のＬＥＤダイは、詳細には、低い放射光束（例えば、通常、約２０ｍＡ～５０ｍＡの順電流で１００ｍＷ未満）で可視波長範囲（すなわち４００ｎｍ～７００ｎｍの間）で発光するように構成することができる。このような第２のＬＥＤダイは照明の目的で使用することができる。すなわち、第２のＬＥＤダイを、ヒトの目に見えない処理光パルスの放射と同時に可視光を放射するように制御する。
特定の実施形態では、それぞれが異なる可視波長で発光する３個の第２のＬＥＤ（６２５ｎｍ、５２０ｎｍ、及び４６５ｎｍ付近、したがって３個の第２のＬＥＤダイは基本的にＲＧＢのＬＥＤの機能を与える）が近接した空間的関係で基板上に実装されることにより、３個の第２のＬＥＤダイの個別の強度の制御によって３個の第２のＬＥＤダイによって放射される全体の光の色が調整される。このような第２のＬＥＤダイは照明の目的で使用するか、又は不可視光パルス（不可視のＩＲ波長範囲にあるために見えない）が皮膚に放射されていることを視覚的に示すためだけに使用することができる。ユーザが好ましい色を設定することができるように入力素子を設けることができる。更に、照明の目的で使用されるこのような少なくとも１個の第２のＬＥＤダイが、第１のＬＥＤダイのアレイの活性領域のサイズの識別に用いられる第２のＬＥＤダイ以外に存在してもよい。
図４Ｂは、図４Ａに示される実施形態に似た基板１００ＡＡ上に実装された４×１５のＬＥＤダイの行列の例示的な一実施形態を示しており、処理光パルスを放射するように構成された５４個の複数の第１のＬＥＤダイ１０２Ａに加えて、６個の複数の第２のＬＥＤダイ１０３Ａが、第１の活性領域Ａ３又はより大きい第２の活性領域Ａ４を示すために可視波長範囲で発光するように配列されている。このような長方形のＬＥＤダイのアレイは、図４Ａに示されるようなＬＥＤダイアレイを使用することができるように１つの皮膚処理領域から別の皮膚処理領域へと次々と動かされる代わりに皮膚に沿って連続的に動かされる脱毛装置に特に使用される。このような滑らかな動きは、長方形のＬＥＤダイアレイの長軸に垂直な方向に特に生じ得る。特定の実施形態では、滑らかに使用される脱毛装置は、皮膚に沿って装置が動かされる速度を測定するための速度センサを有することができる。したがって、この脱毛装置を、測定された滑らかな運動の速度に応じて連続した処理光パルス間の時間を制御するように構成することで、処理光パルスが皮膚に途切れることなく（すなわち、隙間や重なり合いを基本的に生じることなく）照射されるようにすることができる。長方形の形状のため、より小さい活性領域Ａ３がＬＥＤの行列の幅全体をカバーしており、これにより、より小さい活性領域Ａ３を処理領域上に正確に位置決めする助けとなる。
図５は、８×８のＬＥＤダイの行列の例示的な一実施形態を示しており、３２個の第１の部分複数の第１のＬＥＤダイ１０４と、３２個の第２の部分複数の第１のＬＥＤダイ１０５とが基板１００Ｂ上に市松模様のパターンで実装されている（例えば、実装された基板領域にわたって第１及び第２のＬＥＤダイが基本的に均一に分布することになる）。詳細には、実装されたＬＥＤダイのアレイが操作時に処理される皮膚に近接して配置される場合、第１の部分複数の第１のＬＥＤダイ又は第２の部分複数の第２のダイのみを作動させることにより、実質的に均一な照明が実現される。第１の部分複数のＬＥＤダイ１０４を、例えば８５０ｎｍのような第１の波長で発光するように構成することができ（詳細には、少なくとも一時的な脱毛に充分な強度レベルで）、第２の部分複数の第２のＬＥＤダイを第１の波長とは異なる第２の波長で発光するように構成することができる（例えば第２の波長は７３０ｎｍとすることができる）。第２の部分複数の第１のＬＥＤダイは、単独でも少なくとも一時的な脱毛に充分な放射光束で発光することができるが、第２のＬＥＤダイは脱毛に充分な放射光束で発光することもできる。市松模様のパターンで配列する代わりに、第１及び第２の部分複数の第１のＬＥＤダイを他の任意のパターンで配置することもでき、第２の部分複数からの第１のＬＥＤダイよりも多いか又は少ない第１の部分複数からの第１のＬＥＤダイを設けることができる（例えば、２個、７個、１０個、１６個、２０個、４０個など）。上記に述べたように、ここで示した８×８の行列はあくまで例示の目的のものにすぎず、少なくとも第１のＬＥＤダイが通常の動作時に皮膚に６０ｍｓ～１２０ｍｓのパルス長を有するパルスで少なくとも３Ｊ／ｃｍ２の放射フルエンスを発生させるように配列されている限り、あらゆる任意の数の第１のＬＥＤダイを、あらゆる任意のパターンで配列することができる。
図６は、基板１００Ｃ上に実装された８×８のＬＥＤダイの行列の別の例示的な実施形態を示しており、４種類の異なる複数のＬＥＤダイが基板１００Ｃ上に実装されている。２０個の第１の部分複数の第１のＬＥＤダイ１０６、２１個の第２の部分複数の第１のＬＥＤダイ１０７、及び２１個の第３の複数の第３のＬＥＤダイ１０８が交互に基板上に実装されている。ＬＥＤダイアレイの中心には、照明の目的に適した放射光束で可視波長範囲で発光するように構成された２個の第２のＬＥＤダイ１０９が実装されている。特定の実施形態では、第１の部分複数の第１のＬＥＤダイ１０６は第１の波長（例えば８５０ｎｍ）で発光するように構成することができ、第２の部分複数の第１のＬＥＤダイ１０７は第１の波長とは異なる第２の波長（例えば７３０ｎｍ）で発光するように構成することができ、複数の第３のＬＥＤダイ１０８は第１及び第２の波長とは異なる第３の波長（例えば５０５ｎｍ）で発光するように構成することができる。
図７Ａは、本発明に基づく脱毛装置８０の図を示す。脱毛装置８０には、上記の段落で述べた発光ユニットが使用されている。脱毛装置８０は、処理光パルスを放射するためのヘッド部８１と、ユーザが手で脱毛装置８０を保持するためのハンドル部８２とを有している。脱毛装置８０を少なくともオン／オフするための制御素子８５がハンドル部８２に配置されている。図７Ｂ～図７Ｄは、ヘッド部８１Ａ、８１Ｂ、８１Ｃの異なる実施形態の正面図を示しており、各実施形態は、少なくとも１つの皮膚特性を測定するための１乃至複数のセンサ９５Ａ、９５Ｂ、９５Ｃの位置においてのみ本質的に異なっている。ヘッド部８１Ａ、８１Ｂ、８１Ｃはそれぞれ、操作時に処理光パルスがそこから放射される各出口開口部９０Ａ、９０Ｂ、又は９０Ｃを有している。複数のＬＥＤダイが実装された基板は、各出口開口部９０Ａ、９０Ｂ、又は９０Ｃのすぐ後方に配置してもよく、又は基板は、ヘッド部８１Ａ、８１Ｂ、８１Ｃの内部に各出口開口部９０Ａ、９０Ｂ、又は９０Ｃから約１０ｍｍ又は１０ｍｍ未満の特定の距離に配置してもよい。ＬＥＤダイが放射する光を基本的に透過する材料で形成された出口窓９１Ａ、９１Ｂ、９１Ｃが各出口開口部９０Ａ、９０Ｂ、又は９０Ｃを覆っている。出口開口部９０Ａ、９０Ｂ、又は９０Ｃは、０．２ｍｍ２～１０ｃｍ２の範囲、詳細には１ｃｍ２～４ｃｍ２の範囲のサイズを有することができる。したがって、基板の実装領域は、各出口開口部９０Ａ、９０Ｂ、又は９０Ｃと同じサイズ及び形状を有することができる。特定の実施形態では、出口窓９１Ａ、９１Ｂ、９１Ｃは設けられない。図７Ｂの実施形態では、脱毛装置は、少なくとも１つの皮膚特性を測定するための２個のセンサ９５Ａを有しており、これら２個のセンサ９５Ａは出口開口部９０Ａの互いに反対側の２辺に配置されている。図７Ｃ及び７Ｄに示される実施形態では、少なくとも１つの皮膚特性を測定するための１個のみのセンサ９５Ｂ及び９５Ｃがそれぞれ、ヘッド部８１Ｂ及び８１Ｃ上にそれぞれ配置されている。図７Ｃでは、センサ９５Ｂは出口開口部９０Ｂの下に配置されているため、センサ９５Ｂは通常の運動方向（図７Ｃに基づく装置は滑らかな運動モードで使用することができる）に対して出口開口部９０Ｂの手前に配置されている。図７Ｄでは、センサ９５Ｃは出口開口部９０Ｃの中心領域に配置されている。この場合、出口開口部９０Ｃに近接して配置される基板は対応する切欠き部を有することができ、それによりセンサを切欠き部内に配置してこの切欠き部を通じて操作することができる。１乃至複数のセンサ９５Ａ、９５Ｂ、９５Ｃが皮膚との接触を検出するようにしてもよく、これにより、皮膚との接触が検出された場合に処理光パルスの放射のみをトリガするように発光ユニットの制御ユニットを構成することができる。
図８は、動作時にＬＥＤダイが発生する余分な熱を伝達除去するためのヒートシンク２１０上に実装された基板実装ＬＥＤダイアレイ２００の図である。ヒートシンクの近くにファンを配置することによってヒートシンクからの熱の放散を助けることができる。
図９Ａ及び図９Ｂは、基板実装ＬＥＤダイアレイ３００の斜視図及び断面図を示しており、ケーシング３１０が実装領域３２０の周囲に実装されている。ケーシング３１０は、ＬＥＤダイが放射する光に対して高い反射性を有する内壁表面３１１を有している。内壁表面３１１は、研磨された金属又は拡散反射性のプラスチック若しくはセラミック材料で形成され得る反射性コーティングを有することができる。これにより、ケーシング３１０は、ＬＥＤダイが放射する光をＬＥＤダイの面から脱毛装置の出口開口部まで基本的に損失がないように案内する機能を有し、ＬＥＤダイの面における放射光束は出口開口部が皮膚に置かれる際に処理領域上で測定される放射光束と基本的に同じとなる。
本明細書に開示した寸法及び値は、列挙された正確な数値に厳密に限定されるものと理解されるべきではない。むしろ、別段の指定がない限り、かかる寸法はそれぞれ、列挙された値及びその値の周辺の機能的に等価な範囲の両方を意味するものとする。例えば、「４０ｍｍ」として開示される寸法は、「約４０ｍｍ」を意味するものとする。

Claims (10)

  1. 脱毛装置であって、基板と、該基板上の少なくとも０．２ｃｍ 2 の領域に実装され、７００ｎｍ～９８０ｎｍの遠赤色～赤外波長範囲のピーク発光波長を有する複数の第１のＬＥＤダイと、を有する発光ユニットを備え、前記脱毛装置が、６０ｍｓ～１２０ｍｓの範囲のパルス長を有する処理光パルスを放射するように構成され、前記複数の第１のＬＥＤダイが、前記処理光パルスの照射によってユーザの皮膚上で３Ｊ／ｃｍ2～７Ｊ／ｃｍ2の範囲の放射フルエンスが得られるような放射光束を有し、
    前記複数の第１のＬＥＤダイが、１平方ｃｍ当たり少なくとも８個のＬＥＤダイの密度で前記基板上に実装されている、脱毛装置。
  2. 前記第１のＬＥＤダイが、８００ｎｍ～９００ｎｍの赤外範囲にピーク発光波長を有する、請求項１に記載の脱毛装置。
  3. 前記パルス長が８０ｍｓ～１２０ｍｓの範囲である、請求項１又は２に記載の脱毛装置。
  4. 前記複数の第１のＬＥＤダイを制御するための制御ユニットを更に備え、前記選択された放射光束が第１のＬＥＤダイ１個当たり少なくとも２００ｍＷである、請求項１～３のいずれか１項に記載の脱毛装置。
  5. 一時脱毛に必要とされる放射光束よりも低い放射光束の放射光束で４００ｎｍ～７００ｎｍの可視波長範囲のピーク発光波長で発光するための少なくとも１個の第２のＬＥＤダイが配置された、請求項１～４のいずれか１項に記載の脱毛装置。
  6. 前記制御ユニットが、前記少なくとも１個の第２のＬＥＤダイを制御して１００ｍＷ未満の放射光束で、かつ処理光パルスが放射されている時間外に、可視光を選択的に放射させるように構成されている、請求項５に記載の脱毛装置。
  7. 前記基板上に実装された前記複数の第１のＬＥＤダイの活性領域を選択するための制御素子を更に備え、少なくとも２個の第２のＬＥＤダイを用いて前記選択された活性領域を選択的に示す、請求項１～６のいずれか１項に記載の脱毛装置。
  8. 前記実装基板領域が、本質的に前記実装基板領域の形状及び面積を有する内室を画定するケーシングによって包囲され、前記ケーシングが、前記第１のＬＥＤダイが放射する光に対して反射性を有する内壁を有することにより、単位面積当たりの前記第１のＬＥＤダイの前記放射光束が前記ケーシングの出口開口部まで本質的に保存される、請求項１～７のいずれか１項に記載の脱毛装置。
  9. 前記発光ユニットが、少なくとも１つの皮膚特性を測定するための少なくとも１個のセンサを有し、該センサが、前記測定された皮膚特性に基づいて前記複数の第１のＬＥＤダイのうちの少なくとも１個の第１のＬＥＤダイの発光を制御するために前記制御ユニットに接続されている、請求項４～８のいずれか１項に記載の脱毛装置。
  10. 出口開口部を更に備え、前記第１のＬＥＤダイのそれぞれと、前記出口開口部の領域との間の垂直距離が１０ｍｍ未満である、請求項１～９のいずれか１項に記載の脱毛装置。
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