毛发造型设备
技术领域
本发明涉及一种用于例如卷发、卷曲、烫发和拉直的毛发造型设备。
背景技术
WO2014/108775公开了一种使用毛发拉直制剂溶液蒸汽来拉直毛发的系统，该系统包括：连接到电源的毛发拉直熨斗，所述毛发拉直熨斗包括一对按压构件，每个按压构件在其内表面上具有加热块，按压构件通过铰链接合，加热块包括孔，该孔连接到蒸汽传导通道，该蒸汽传导通道被容纳在按压构件中的每个按压构件内部；连接到熨斗的尾端的蒸汽传导管，所述蒸汽传导管通向蒸汽传导通道；并且包括在所述蒸汽传导管的另一端上连接到所述蒸汽传导管的蒸发器，所述蒸发器包括连接到电源的加热元件和被配置成由所述加热元件加热的容器。在本发明的某些实施例中，借助于来自光源的可见或不可见光的辐射来加热毛发。拉直熨斗可以包括透明窗，以用于使来自位于窗后的光源的光通过。与大多数光源中一样，电能中的大部分被转化为热量。通常，对于LED而言，瓦特到瓦特(即所发射的光的功率与输入的电功率)的效率的范围从红光的40％到绿光的15％。为了使光源高效操作并且防止光源损坏，需要去除热量。光源的散热过程可以被视为以两个步骤完成：第一个步骤涉及将热能从光源运送到吸收大量热能的外部散热器上。在第二阶段中，将热量散发到周围环境中。这主要通过自然或强制空气对流来完成。强制空气对流通常涉及负责冷却散热器的电风扇。所产生的加热空气进一步通过空气传导通道输送，并且被迫通过位于拉直熨斗的叶片处的通风开口。所产生的热空气可以被进一步利用以加热毛发。
WO2017080957A1(通过引用并入本文)公开了一种毛发造型设备，其包括热源和辐射源，热源用于将毛发加热至不超过150℃的第一温度，辐射源用于结合来自热源的热量来选择性地将毛发皮质层加热至第二温度，该第二温度超过第一温度并且足够高以用于毛发造型。热源可以由例如热板形成，热板被直接或间接地加热到例如120℃的第一温度，第一温度低于表皮损伤的临界温度。辐射源可以由例如连续波脉冲激光源或具有低通滤波器的强脉冲光设备形成，以用于发射在400nm和600nm之间范围中的波长，优选地发射在450nm和550nm之间范围中的波长，针对大约几毫秒到几秒钟的持续时间，辐射源选择性地将皮质层加热到大约170℃的第二温度T2，该第二温度T2对于造型而言足够高。
发明内容
本发明的目的尤其是提供一种有效的毛发造型设备。本发明由独立权利要求限定。在从属权利要求中定义了有利的实施例。
本发明的实施例提供了一种毛发造型设备，包括热源和光学辐射源，热源用于通过传导来加热毛发，传导经由热源的毛发接触表面与毛发之间的直接接触，光学辐射源用于结合来自热源的热量来通过毛发对光学辐射的吸收，而将毛发加热到足以用于毛发造型的温度，其中热源从由光学辐射源提供的能量中获得热量，并且在优选的实施例中，仅从由光学辐射源提供的能量中获得热量。有利地，热源可以包括耦合到光学辐射源的散热器的热桥，热桥具有用于加热毛发的毛发接触表面。有利地，光学辐射源被不完全透明的盖覆盖，由此光学辐射能被转换成热能，热源包括盖，盖具有用于加热毛发的毛发接触表面。对于对毛发造型有效的波长，盖可以有利地很大程度上透明，而对于对毛发造型不太有效的波长，盖很大程度上不透明。有利地，光学辐射源可以由盖覆盖，盖由热源被加热。
参考下文描述的实施例，本发明的这些和其他方面将变得明显并得到阐明。
附图说明
图1A-图1E、图2A-图2B、图3和图4示出了本发明的各种实施例。
具体实施方式
本发明的一个实施例的特征在于申请人的在先申请EP3216368(代理人案号2016PF00294，通过引用并入本文)中公开的类型的手持式毛发造型设备，包括：
脉冲驱动的发光二极管(LED)或LED的阵列，被配置成向毛发递送光能，其中：
输出波长在400nm-900nm范围中，其在400nm-650nm范围中，优选在450nm-550nm范围中具有良好的结果，
脉冲宽度在50ms-300ms的范围中，优选在50ms和200ms之间，诸如在100ms-200ms的范围中，或者在50ms和100ms之间，
LED脉冲驱动器电路，用于驱动LED，
控制系统，用于控制LED脉冲驱动器，特别地用于控制脉冲电参数，包括电压、脉冲持续时间和脉冲占空比，
毛发接触界面，被配置成接触毛发并且在由LED提供的脉冲曝光期间，以预先配置的形状(例如为平面，圆柱形)保持毛发，以及
光学屏蔽件，被配置成在毛发的曝光期间阻挡离散光。光学屏蔽件被配置成例如通过将内表面配置成是反射性的并且被配置成具有抛物线形状，来提供从毛发束逸出的光的最大循环利用。
在400nm和900nm之间，并且优选地在450nm和550nm之间的波长范围看起来是用于选择性加热毛发的最佳波长范围。然而，输出800nm至1000nm之间范围中的光的高亮度高效率LED可以产生更好的穿透深度。尽管在这种较高波长下的吸收相对低于使用较低波长的吸收，但借助于发射在800nm至1000nm范围中的光的这种LED进行造型，可以比使用高功率近红外LED更具成本效益。
脉冲宽度可以高达1.5s，以实现具有中等功率LED所需的通量。
要立即加热的毛发体积的热弛豫时间常数看起来为200ms左右。
在一个实验中，一束棕色毛发绕着金属棒(直径15毫米)缠绕到132个单元的650nmLED的阵列上，650nm LED具有3J/cm2的能量通量，并且具有100ms的脉冲宽度。这导致明显的卷曲效果。
通过在一定波长范围中(优选在400nm和900nm之间，更优选在400nm和550nm之间)，并且在较短时间段内(优选地短于300ms)的吸收，光选择性地加热毛发，特别是加热毛发的黑色素。在光脉冲的曝光之后，毛发温度将根据其体积、吸收率和初始温度而增加。
在处理开始时，毛发处于室温(例如20℃)。接下来，在强烈的光脉冲之后，毛发温度增加。在0.05s-1.5s的时间帧内，可以实现180℃的温度增加。但是，在大约0.1s的时间帧内，要实现该温度增加，闪光灯需要大量的光学功率。在大多数情况下，(消费类设备的)LED引擎将不足以做到这一点。此外，如果LED闪光两次或以较长的脉冲持续时间(>0.3s)闪光，则可以以低的多的功率要求实现相同的温度增加，从而降低成本。
被配置成将光学能递送到毛发的发光二极管(LED)也产生热量。尽管已知LED非常节能(例如，对于蓝光)，使用最节能的LED[2017]，大约50％的电输入将变为光能。然而，尽管与其他光源相比这很棒，但这仍然意味着其余50％的输入能量变成了浪费(热量)。根据本发明的原理，不必浪费该热量。虽然针对传导的热扩散速率可以比针对吸收的低，但是向毛发施加的每种形式的热量都是有益的，因为它可以用于减少光学要求。
因此，由于LED不仅产生光能而且还产生热能，热能必须借助于散热器将其从LED中去除，因此可以在毛发被暴露到光之前，以有用的方式有利地使用这种热量来对毛发进行预热。因此，如果通过这样做，毛发被预热到例如60℃的温度，LED只需将毛发从60℃加热到足以用于毛发造型的温度(即高于其玻璃化转变温度)，而不是从室温(例如20℃)加热到足以用于毛发造型的温度。因此，LED需要向毛发提供更少的光能，同时来自LED的热量被有效地重复利用。
因此，本发明的一个方面是通过吸收和传导来加热毛发。这可以通过几种方式来完成。首先，通过吸收(光能)来加热毛发，其次，通过传导而向毛发馈送光源的所生成的热量。或相反亦然。最后，这将降低光学系统要求，或至少在LED的加热期间补偿任何的效率下降。根据本发明的一个实施例，优选的是首先使用来自LED(例如，来自散热器)的废热，通过传导来加热毛发，然后才通过光能的吸收来加热毛发，因为通过这样做，接触表面不一定必须足够热以用于获得造型效果，并且该足够热的温度毛发也可能受损。因此，在毛发暴露于光之前，借助于传导对毛发进行预热对毛发的健康更为友好。此外，由于改变加热板的温度需要花费时间，因此如果加热板仅升温到不会因热量而损坏毛发的温度，则系统可以更快地适应最终温度，在该温度之上，毛发造型所需的热量水平仅通过光能的吸收来实现，该光能几乎可以瞬间关闭。出于相同的原因，在光源的两侧都具有导热加热板的系统中(例如，如图1B-图1E中所示)，其中在光被施加到毛发之前和之后，都将传导的热量施加到毛发，或者将在可用于毛发造型的带宽之外的光转换成热量(例如，如图4中所示)的系统中，其中所传导的热量与光同时被施加到毛发，优选的仍是确保用于借助于传导来传递热量的接触表面(在这种情况下，例如，LED的部分透明的盖)的温度低于造型所需的温度，而在该温度之上，毛发造型所需的热量水平仅通过光能的吸收来实现。
在一个实施例中，为了将毛发光热地加热到某个温度，在距毛发较短距离(<1cm)处闪光一个强光源(LED)。这可以利用短的强脉冲(<0.1s)完成，然而这需要很大的光学功率(>4J/cm2)。多次闪光或在更长的曝光时间(>0.3s)内加热毛发更加有效。对于多次闪光，优选在毛发的热弛豫时间内再次脉冲。这降低了光学系统要求，并且可以将已增加的毛发温度用作新的基线。刚闪光(<5s，更优选<1s，最优选<0.3s)后，毛发温度(T0)被增加。温度仅暂时增加：它随时间降低。因此，多次闪光之间的间隔越短，毛发冷却的时间就越少。结果，与其间具有较长间隔(>0.3s)的两次独立闪光相比，其间具有较小间隔(<0.2s)的两次相同的闪光之后的毛发温度更高。
因此，本发明的一个实施例的特征在于，以多次闪光中的两次闪光来加热毛发，以如下方式进行：后续的闪光之间的光间隔优选在毛发体积的热弛豫时间内(＜0.3s)。
为了在更长的脉冲持续时间(>0.3s)内加热毛发，光学要求可以降低，但是与小占空比(例如0.1s)相比，二极管又将升温更多(约100℃)。最后，所生成的热量将降低光学效率。通常，这种热量在环境(空气)中被冷却和/或消散，但是现在循环利用照明系统的热量损耗是本发明的一个方面。在一个实施例中，这通过在LED的散热器和处理区域之间创建热隔离桥来完成。这样，光引擎的所生成的热量经由传导而被馈送到毛发中。这将降低光学系统要求或至少在LED加热期间补偿效率下降。
因此，本发明的实施例规定，光源的散热器热连接到靠近发光处理区域定位的“热板”，以确保光系统的热损耗被重新使用并且被引导到毛发。根据本发明的一个实施例，仅光源产生热量。
在图1A-图1E中所示的LED的热循环利用的示例性实施例的特征在于毛发拉直器形式的手持式毛发造型设备20，并且包括曝光单元21，曝光单元21在内部具有发光二极管(LED)的阵列。图1A示出了毛发拉直器的侧视图，而图1B示出了毛发拉直器的一个腿的横截面。LED的散热器热连接到热桥22，热桥22的表面紧挨着LED处理区域。在该实施例中，在毛发暴露于光之前，它们将与热桥22接触。这样，经由热桥22和曝光单元21两者来加热毛发，并且因此需要较少的光学功率，因为通过热桥22的传导加热和来自曝光单元21的光的吸收的结合获得了所需的造型温度(120℃-180℃)。由于热板的热扩散率比光子吸收低，所以热桥22的接触面积优选地尽可能大，以允许尽可能多的毛发温度增加。在这些实施例中，热源包括热桥22，热源用于经由热源的毛发接触表面与毛发之间的直接接触通过传导来加热毛发。因此，图1A-图1E示出了光学辐射源(通过由LED形成的曝光单元21形成)，光学辐射源用于结合来自热源(由热桥22形成)的热量，通过毛发对光学辐射吸收，来将毛发加热到足以用于毛发造型的温度。
为防止LED灯在眼睛中闪耀，仅在设备闭合时，才对LED供电，即，在图1A的毛发拉直器的腿处于将毛发夹在两个腿之间的位置的情况下，这可以借助于开关来检测，仅在该毛发拉直器的脚彼此接触时，该开关才被按下。
图1C-图1E示出了在毛发拉直器20的上部的腿和下部的腿中、在热桥22的多个部分之间的区域中的LED 21的有利布局。该布局是基于以下考虑。在没有毛发被夹在毛发拉直器的两个腿之间的情况下，或者如果毛发没有覆盖整个处理区域，则毛发拉直器的上下腿中的LED将相互照射。LED将吸收来自相对构件的光并且将开始升温，这将对LED的寿命产生负面影响。其次，如果辐照被毛发以外的其他物质吸收，则该辐照没有被用于处理。因此，在图1C-图1E的实施例中，相对的LED被“异相”地定位：毛发拉直器的一个支腿中的LED将不面对毛发拉直器的另一个腿中的另一LED。如果在相对的空白空间处使用了反射材料，则可以循环利用光子。由于优选不应当将反射光引导回它所来自的LED中，因此反射材料应向侧面反射(在本文中，侧面的概念覆盖除了将光反射回到该光起源的LED或多个LED之外的所有方向)。
有利地，在每个腿中，热桥22的接触毛发的部分之间的区域提供有透明盖，该透明盖被热桥22加热(从侧面，或者因为该盖也覆盖了热桥22)。以该方式，在其中可以将热量施加到毛发上的区域增加了。优选地，透明盖不是完全透明的，因为它吸收对于毛发造型没有用的>1000nm的波长。这样，不能有效处理毛发的波长被用于加热处理区域，该热量再次用于毛发造型。
如图2A中所示，本发明的第二实施例图示了一种自动卷发器(例如，如WO2016042476或WO2017029382中所示的类型)，其中根据本发明，在毛发暴露于来自LED单元21的光L并且被缠绕在圆柱体C周围之前，首先沿着热桥22引导毛发H。热桥22确保由LED单元21生成的热量被用于在毛发暴露于来自LED单元21的光L之前预热毛发H。由于光L仅被施加于自动卷发器内侧的毛发，因此该设备本质上是安全的，因为没有光到达眼睛的风险。
图2B中示出了备选实施例，其中圆柱体C被加热到略低于100℃的温度，优选地被加热到在70℃和90℃之间的温度。在该实施例中，LED单元21被定位成使得毛发H首先暴露于来自热桥22和圆柱体C的热量。由于毛发H被热桥22和圆柱体C预先加热，因此需要来自LED单元21的较少的光学能量以将热量加热到对于毛发造型足够热的温度。进一步的改进提供了传感器S(优选地，红外传感器)，以测量由热桥22和圆柱体C进行的预热而导致的毛发温度，并且前馈控制设备(未示出)根据来自传感器S的信号来控制光学辐射源(LED单元21)，以对LED单元21进行前馈控制。在图2B的实施例中，热源22、C的一部分热量来自LED单元21。
图3中所示的本发明的另一个实施例的特征在于一种手持式卷发设备30(例如自动卷发器)，其包括具有发光二极管(LEDs)的曝光单元31(例如杆状)。曝光单元31被透明材料覆盖，待处理的毛发缠绕在透明材料周围。在曝光单元31周围的卷发设备30的内部可以是反射性的，以确保所有已发射的光子被最佳地用于毛发造型。
选项1：在透明材料中包括滤光器，该滤光器理想地对发射的LED光完全透明，但吸收经由毛发反射或传导的热量。滤光器只能从外向内使用。反之不行。
选项2：在透明材料中包括滤光器，该滤光器对于小于1000nm的波长(特别地，在400nm和1000nm之间，即对毛发造型有用的波长)透明，并且吸收对毛发造型无用的>1000nm的波长。这样，不能有效处理毛发的波长被用于加热处理区域，该热量再次用于毛发造型。在选项1和选项2中，所吸收的热量加热透明材料，以使其形成热源，热源用于经由热源的毛发接触表面与毛发之间的直接接触通过传导来加热毛发。
选项3：在透明材料中包括滤光器，该滤光器与LED的散热器热连接的同时，对发射的LED光透明。这样，透明材料被加热到大约60℃至100℃的温度，以使其形成热源，热源用于经由热源的毛发接触表面与毛发之间的直接接触通过传导来加热毛发。
选项4：在曝光单元31的表面周围，LED的带与LED的散热器的带交替，从而形成热源，热源用于经由热源的毛发接触表面与毛发之间的直接接触通过传导来加热毛发。这些带优选地被定向在杆状曝光单元31的纵向方向中。
可以组合以上选项1-4中的一个或多个选项。
在图4的实施例中，覆盖光引擎21的透明盖23(例如，由聚碳酸酯或玻璃制成)对光不是完全透明的(80％透明或更高)。这样，盖23被加热，盖23将经由传导而(预)加热毛发。在另一实施例中，覆盖光引擎的透明盖23仅对400nm和1000nm之间的波长(即，对毛发造型有用的波长)透明。其他波长被吸收在盖23中，这将加热盖板(cover plate)。该热量被用于经由传导来(预)加热毛发，因此又以对毛发造型有用的方式被使用。使用不完全透明的盖的额外优点是，由此，当处理毛发时，从毛发逸出的任何湿气将不会在盖上冷凝，冷凝会阻碍光能向毛发的流动。如图4中所示，盖23可以覆盖热桥22，以使盖23也被热桥22加热。在这种情况下，用于经由热源的毛发接触表面与毛发之间的直接接触而通过传导来加热毛发的热源包括热桥22和盖23两者，其中盖形成热源的接触表面。
在一个实施例中，系统使用脉冲LED来对毛发进行造型。输出波长优选在400nm和900nm之间的范围中，并且更优选地在450nm和550nm之间的范围中。脉冲宽度优选地短于或等于200ms，并且更优选地短于或等于100ms。为了防止毛发受损，在毛发表面上的输出能量通量优选在1J/cm2和10J/cm2之间的范围中，更优选地在3J/cm2和7J/cm2之间的范围中，并且最优选地在4J/cm2和6J/cm2之间的范围中。经由“热桥”向处理区域引导LED热量，并且滤光器(吸收器)可以被包括在处理区域中。
总而言之，本发明的实施例的特征在于通过吸收和传导两者来加热并且因此对毛发造型的技术。主要通过吸收(光能)来加热毛发。但是在光生成期间也将生成热量。后者不必在该过程中被浪费：该热量被重新使用到系统中，以降低光学系统要求或至少在LED的加热期间补偿效率的降低。
如在通过引用并入本文的共同待决的申请EP17190266.1(其具有与本申请相同的优先权日期(代理人的案号：2017PF02406))中更详细地阐述的，本发明的实施例涉及一种毛发造型设备，包括：用于将光能递送到毛发的光引擎，其中毛发造型设备被布置成响应于光能被施加到毛发，而允许从毛发中逸出的湿气从毛发造型设备中逸出。优选地，光引擎是用于毛发造型的唯一能源。通风机可以使湿气远离光引擎。处理器可以控制光引擎，在这种情况下，通风机还可以用来冷却处理器和/或光引擎。毛发造型设备可以包括夹持构件，该夹持构件被布置成允许毛发被引导在夹持构件之间并且由夹持构件造型，夹持构件中的至少一个被提供有光引擎。夹持构件中的至少一个可以被提供有用于允许湿气逸出的开口，或者提供有用于允许空气进入以便将湿气输送出毛发造型设备的开口。夹持构件可以具有不协调的形状，以允许湿气从毛发造型设备中逸出。包括光引擎的毛发处理区域可以具有间隙，可以引导毛发通过该间隙，该间隙足够宽以允许湿气逸出。间隙的宽度可以在0.3mm和5mm之间，并且优选地在1mm和2mm之间。
如在通过引用并入本文的共同待决的申请EP17190268.7(其具有与本申请相同的优先权日期(代理人的案号：2017PF02407))中更详细地阐述的，本发明的实施例涉及一种毛发造型设备，其包括用于辐射毛发的光学辐射源、用于测量辐射毛发的效果的传感器单元以及用于根据来自传感器单元的信号来控制光学辐射源的前馈控制设备。光学辐射源可以产生具有第一能量密度的第一闪光，该第一能量密度可以低于光热毛发再塑形所需的能量密度，光学辐射源被控制，以根据响应于第一闪光而获得的传感器信号来产生后续的闪光，该后续的闪光可以具有至少第一能量密度。传感器单元可以包括在毛发流的方向上被布置在光学辐射源之前的传感器。沿着毛发在其中被引导的方向，毛发造型设备可以包括：第一传感器、根据来自第一传感器的信号而被控制的第一LED单元、第二传感器、以及根据来自第二传感器的信号而被控制的第二LED单元。引导毛发通过毛发造型设备的方向可以确定光学辐射源的哪个部分将充当第一LED单元。毛发造型设备可以包括驱动机构，来以一定速度使毛发沿着光学辐射源移动，由前馈控制设备根据来自传感器单元的信号来控制该速度。
如在通过引用并入本文的共同待决的申请EP17190269.5(其具有与本申请相同的优先权日期(代理人的案号：2017PF02408))中更详细地阐述的，本发明的实施例涉及一种毛发造型设备，其具有元件的二维阵列以使毛发处于造型温度，其中元件产生光学辐射能量。元件可以包括一个或多个LED，并且优选地包括多个LED，在这种情况下，LED以簇被驱动，簇可以具有彼此不同的形状和大小。毛发造型设备可以包括传感器，以获得与元件的二维阵列相对的面积光吸收测量，并且包括控制单元，以用于根据测量来单独地控制元件。毛发造型设备可以从两侧辐射毛发，两侧都包括面积光吸收测量。传感器可以包括暂时不发光的LED。
应当注意，上述实施例说明而不是限制本发明，并且在不背离所附权利要求的范围的情况下，本领域技术人员将能够设计许多备选实施例。在权利要求中，被放置在括号之间的任何附图标记都不应当被解释为对权利要求的限制。单词“包括”不排除权利要求中列出的元件或步骤之外的元件或步骤的存在。元件之前的单词“一”或“一个”不排除存在多个这样的元件。用于控制光学辐射源的控制单元可以凭借包括几个不同元件的硬件和/或凭借被适当编程的处理器来实施。在列举几个部件的设备权利要求中，这些部件中的几个可以由一个相同的硬件来体现。在没有相互引用的互不相同的从属权利要求中记载了某些措施的这一事实，并不表示不能有利地使用这些措施的组合。
