脱毛仪的原理、拆解分享

前言

家用脱毛仪是近两年兴起的个人护理产品，我第一次接触到该产品是公司做激光雷达项目，与供应厂商技术沟通时聊到激光器件在个护小家电行业的出货量，才知道原来有这么大的市场，所以对这类产品我也一直抱着一探究竟的好奇心理。

最近手里拿到了一个ulike脱毛仪产品，正好借着这个机会，结合产品的拆机研究，对光脱毛的原理、有效性以及我比较关心的安全性问题做一个分析，所以本文的重点讲放在原理性解析和拆机部分，帮大家一起揭开家用脱毛仪的神秘面纱。

一、光子脱毛基本原理

在此之前，我在很多武侠小说里也看到过古老的脱毛方式，先剃，后烫，僧人用香烫了头皮以后，就不长头发了：

实际上这是通过高温把毛囊组织烫坏烫死，和我们现在的光子脱毛仪原理有一定相似性。

通俗一点的说：皮表的毛发中有黑色素，它能吸收特定波长的光能量，脱毛仪就是利用了这一现象，发出该波长的光，使带有黑色素的毛发吸收热量，热量通过辐射以及毛发传递到毛囊深处，持续杀伤毛囊的生长组织，起到脱毛作用。

这一理论是1983年的两位外国学者（Anderson和Parish）提出的著名的“选择性光热解理论”，这个理论的内容为：当光子能量作用在生物组织上时，靶色基的分子只对特定波长的光能量进行选择性的吸收，最终的临床治疗效果体现在光子能量被靶色基分子吸收而形成的能量转化上。在脱毛过程中的靶色基是毛干和毛囊中的黑色素，光子作用在黑色素上使黑色素吸收能量产生高温同时形成热扩散传递，使毛囊的再生组织产生了热灼伤坏死，来完成永久脱毛的临床治疗。

光与生物组织作用有五种类型，光子脱毛仪属于“选择性光热原理”

说白了，光子脱毛，其实是光子与生物组织之间的一种作用机制。

• 光子对生物机体组织的热效应；

• 光子对生物机体组织的光能化学效应；

• 光子对生物机体组织的光能压强效应；

• 光子对生物机体组织的电场磁场作用；

• 光子对生物机体组织的生物刺激效应；

以上每一项类型，大家可以自行搜索具体原理，本文不再具体展开，原理上属于上述第一种——“热效应”，采用的是一种选择性光热原理。

光作用在生物机体组织上的光热作用的六种类型

• 凝固：使蛋白质发生变性，组织发生不可逆损伤；（光子脱毛仪作用机理之一）

• 过热阈值反应：过热阈值反应可以使生物组织机体细胞发生不可逆的变化，例如可以使蛋白质发生变性引起细胞功能的丧失或导致细胞死亡；（光子脱毛仪作用机理之一）

• 蒸发：生物机体组织被加热使细胞内的水份蒸发。引起细胞壁因受压而体积迅速增大，进一步细胞壁被压力冲破，水蒸汽逸出；

• 炭化：使组织迅速炭化发生干性坏死；（光子脱毛仪作用机理之一）

• 燃烧：使组织燃烧；

• 气化：使组织中的成份由固体直接变成气体；

个人分析，光子脱毛仪的光热作用主要是碳化，兼有凝固、过热阈值反应的效应。

二、光子脱毛安全性分析

光子脱毛的生理机理性安全考虑

1. 一般光子脱毛仪清除毛发的生理部位包括：唇部及上下、腋窝、臂部、四肢、胸部、比基尼等，不同生理部位，其毛发特征也不一样，对不同肤色人群也可能会有不同的脱毛条件，因此在确保安全使用光子脱毛类设备时，这些因素是要关注的。

2. 光子脱毛首先要在皮肤面上擦敷冷凝胶，这样可以确保脱毛时不至于被光束烫伤皮肤，然后将脱毛手具出光口贴紧皮肤，并激发手具开关发射特定波长光子完成脱毛。

3. 要达到永久的脱毛效果，必须进行数次脱毛，因为人体的毛发生长有三个周期，并且这三个周期是并行存在的，所以只有经过数次光子脱毛，才能使毛囊的并存生长状态期被摧毁。

光子脱毛机的物理性安全考虑，核心要素：辐射和散热

1. 使用光子脱毛设备，应注意光子对眼睛的伤害。

   尤其对于激光光源的脱毛仪，虽然大部分激光类型脱毛机属于中小功率光子的范畴，光功率密度比较低，大概率是属于安全范畴。但也属于一种激光器，且810nm波段属于肉眼不可见波段，非专业人士，如果不注意，长时间作用，也有对眼睛有伤害，比如，激光驱动设备或者整形系统的损坏，会导致某一瞬间产生超过安全阈值的激光从而导致辐射安全隐患。所以，除了品牌的选择，光源的选择也非常重要，比如在同等应用需求的情况下，脉冲型氙气灯光源脱毛仪也是很好的选择。

2. 光子脱毛属于热效应，务必选择最可靠的制冷方案和散热方案。

   光子脱毛过程，为避免肌肤被烫伤或者脱毛过程有痛感，需选择最可靠的制冷方案，目前主流体验感比较好的一般选择TEC制冷或VC液冷+石墨烯热传导+蓝宝石方案，请认准院线级A++蓝宝石等级，品质越好的蓝宝石散热以及触感将会大大提升脱毛体验感。

光子脱毛的安全性离不开对参数的理解

一般光子脱毛仪，会对脉冲宽度、能量及照射时间等参数进行设置。我们在使用脱毛仪前，需对光子脱毛参数的含义有一定的理解。

• 波长：如下左图所示人体皮肤组织，和下右图所示较长的波长对人体皮肤组织的穿透更深。就光子的穿透深度和黑色素的吸收而言，选择810nm对毛干热的作用更有效。并且810nm被称为脱毛“金标准”，对脱毛具有最广泛的有效性和安全性，另外还需考虑个体的具体情况，还应在治疗时选择合适的波长。

• 能量密度：作为一个参考，目前临床医用设备选择的功率密度在5-40J／cm^2，可达到较强的脱毛效果。

• 光斑面积：临床研究表明光斑面积小于7mm会使光的散射增加，影响穿透深度，方型光斑能更好地覆盖治疗区域，光斑应该足够大，以保证毛囊的激光能量足够大。目前常用最小光斑9mmｘ9mm，12mmｘ12mm，或更大方形或矩形光斑。

• 脉宽：为了避免损伤皮肤同时有效破坏毛囊，光子作用于皮肤的脉冲时间也非常重要。人体皮肤组织的热驰豫时间：＜10ms，富含黑色素的毛囊的热驰豫时间：10~100ms。脉宽长度要与毛囊的热驰豫时间相近，热驰豫时间是物体受热后温度降低一半所需要的时间。

光子脱毛仪使用前后护理注意事项

脱毛完毕后，操作区域的皮肤有可能会显现不同程度的红斑和肿痛，毛囊肿大，通常情况下，几小时后会自行消退，若现象比较严重，应冰敷半小时，再适当涂抹紫草油和凝胶等；治疗后避光防晒。若现象不减轻，应及时就医对症处理。

其他注意事项如下：

• 选择一款靠谱的光子脱毛仪：选择正规品牌的产品，要查阅产品的各项认证，以保证产品的安全性，因为劣质脱毛仪是有一定概率对人体产生伤害的。

• 要清楚自己身体条件是否满足光子脱毛条件：本身疤痕体质者、手臂有开放伤口、光过敏者、伤口感染者、晒伤等情况均不能进行光子脱毛。

• 脱毛后护理：光子脱毛后尽量不要食用发性食品，以及做好防晒的措施。

三、光子脱毛仪的两种主要类型

光子脱毛仪目前主流采用强脉冲氙气灯或半导体激光器。

激光、IPL脱毛仪的优缺点分析

• 从作用效率角度，半导体激光器型脱毛仪，由于出光为直接与毛囊黑色素起作用的单色光，辐射光能量更集中，因此光辐射光功率密度高，一般认为半导体激光器脱毛仪更加的高效。但是实际作用效率，要根据实际使用情况具体分析。脱毛作用面积角度上，如上图，也是由于半导体激光器是点光源照射，IPL型的是大面积照射，因此，对于浅层区域毛发，半导体激光脱毛仪效率低于IPL型。脱毛作用深度角度，由于半导体激光器的光功率密度更高，作用深度也会比IPL型更高，因此，在深层区毛发，单位时间，单位面积半导体激光脱毛仪效率高于IPL型，但由于IPL型辐射面积大的多，虽然照射能量低，但是可以增加照射时间来达到同等效果，以实现空间换取时间来弥补。

• 从性价比角度，由于半导体激光器光源以及驱动本身价格高，还需配套光学整形系统，可见光指示系统，因此光源模块价格会比IPL强脉冲型氙灯价格更高；

• 就临床使用经验而言，IPL强脉冲氙灯型发展历史更悠久，临床验证时间也更长，因此临床上表现上可能消费者更容易接受一些；

• 从技术成熟度而言，IPL强脉冲氙灯型脱毛仪因为硬件发展成熟度更高，相应性价比会更高。

• 体验感与安全性上，半导体激光器只对毛囊黑色素加热产生痛感，IPL型除了目标波段，其他波段也会对皮肤其他组织产生一定的热量，但实际因为二者产生的制热痛感主要还是来自于毛囊黑色素的加热导致的神经烧痛，半导体激光器光功率密度很高，目标黑色素加热导致的痛感会更加明显，实际使用，都会涂覆冷凝胶做冷凝处理，同样还会有物理降温措施，因而，只要产品质量可靠，实际体感差别不是很大。

四、ulike Air3机器简介

为了把理论落到实处，我选取了现在市面上大热的一款脱毛仪进行真机拆解，打算看看内部结构。我手里这款Air3是ulike的新一代产品，不得不说，工业设计非常精致，打开后，主机及所有附件如下：

不同于其他便携式小家电产品，脱毛仪由于功率比较大，所以使用时是需要连接外部电源的，24VDC输出，最大电流2.8A：

机身底部、北部和侧面都有大面积散热窗口，也说明了激光器件峰值功率高、发热大，所以畅通的气流很重要：

最重要的灯头照射部分，以及上面的蓝宝石窗口（闪光口），可以看到这个窗口的有效面积占比较大，周边椭圆的无效面积小，脱毛操作时的效率更高：

开关机+模式切换键在机器正面的左下角，机身正面的大按键是激光发射键，可单次、可连续。

前面说了这种强光设备作用时小面积内能量很强，不能用眼睛直视，所以产品中也附带了保护用的墨镜，墨镜的主要作用是通过镀膜拦截主机发出的高能量所在波长区间的光线，来保护眼睛，所以这里建议大家，平时也要妥善保管这个墨镜，不要把表面刮坏，也尽量不要用其他未知过滤性能的墨镜来替代：

第一次脱毛的人要注意，通过前面的原理，我们应该能了解到脱毛并不是处理皮肤外面的毛发，而是清理毛囊内的，所以脱毛前要首先用刮刀刮除外部毛发，这个是配套的刮毛刀：

此外，Air3作为ulike最新一代产品，与前代Air+相比，在以下技术点上做了升级：

大家在看一个科技产品时，往往会比较关注专利，但从一个产品研发工程师的角度，我最关心的是产品的各项实验认证，这些认证都是需要第三方权威机构测试通过才能出具，具有公平、严苛的要求，Air3通过了全球30多个认证，特别是安全相关的认证。

大家不要小看这些认证，这些是产品开发过程中，难度最高的环节，我20年的硬件开发生涯，几乎没遇到过一个电子产品要做30多项认证，要求较高的工控和车载都没有这么多。

五、ulike Air3内部拆解

我曾尝试在知乎及全网搜索脱毛仪相关的电路和器件拆机内容，非常稀有，几乎找不到，更多的分析是集中在理论性原理分析，比如光源类型，所以干脆自己做了拆机。

拆机的最大难度在于机器上下盖板之间的暗扣太多，且配有其他隐藏的螺丝固定，需要花较多时间摸索出一套先后顺序才能拆解，我这个拆的时候就没那么顺利了，塑料壳的部分卡扣有磨损，不过里面的电路板最终还是见到了真面目。

电路板正面：下图左侧大面积的散热器件，右侧以电源电路为主，多路DC-DC电源转换电路，其中最重要的部分是将输入低压直流转换成高压电源那部分的Boost电路，包含一个绕满铜色漆包线的变压器用于升压，一个贴着白色绝缘保护皮的超大电解电容用于储能：

看到这里，我发现，其实脱毛仪的电路原理，与专业闪光灯极为类似，升压电路+大容量储能元件，1300uF/350V高耐压电解电容：

电路板反面：MCU是核心控制部分，型号是STM32G030，由于空间的局限，它做在一个铜色柔性线路板上，通过FPC方式与绿色主板连接，在背面也能看到白色一大块，这个电解电容太大了，为了节省空间，在主板上开了槽，贯穿式设计。

除了ST的MCU，还有一个Holtek的BS83A02C，这也是个小的控制器，主要用作皮肤压紧、触摸感应，这个后面会说到：

最核心的部分，我们看看它的光源，把灯头全部拆开后能看到这是一种氙气灯管：

也就是说，可以确定地是ulike air3的光源方案属于强脉冲光的氙气灯，内部是惰性气体，它的工作原理和驱动方式如下（简单一点理解就是靠高压差产生气体放电）：

对比上图，在电路板上也能找到对应的设计，点火器T2是变压器原理，触发后输出高压通过一根管子接到灯管：

功率器件可控硅：

这就印证了ulike官方宣传页中，对air3的光波长范围描述：“560nm~1200nm”，这是氙气灯的特色，接近于日光的光谱，如果是半导体激光，那宣传的应该是某个固定波长，比如810nm左右，这也是用户可以自行分辨该产品采用了何种光源方案的方法。

在测试过程和拆机过程中最让我感觉意外的是，机器一开机就能明显听到风扇的声音，打开外壳后，散热部分占据了小半个机器的面积。

如此大篇幅的散热设计，我想理由有下面4个：

1、Air3属于强脉冲氙灯方案，广谱波，为了有效脱毛部分的波长达到一定的功率，氙灯的总体功率较高，出光口能量密度是7J/c㎡，出光面积是3.3c㎡，最高出光总能量大于21J/c㎡，光源功率越大，发热也越大。

2、驱动氙气灯的电路，特别是控制光源开关的功率器件在大电流下发热严重。

3、之所以叫冰点脱毛，是因为特别对蓝宝石玻璃部分做了散热（甚至是制冷）处理，来降低皮肤部位对其他波长的光线吸收后形成的温升。

4、散热功率越高，散热速度越快，才能实现更高频次的连续闪光。

经过分析，这是一种TEC方案，半导体制冷片，该器件在直流电压驱动下，能够一边对蓝宝石玻璃制冷，一边通过铜散热器放热，对于蓝宝石玻璃来说，有主动降温作用，这也是为什么ulike称之为“冰点脱毛仪”的奥秘所在。

看看TEC的“冰点”效果，电源开启后大概几十秒，能明显看到蓝宝石窗口很快就有冷凝水，如果不触碰皮肤导热，甚至会产生冰冻，可见这个“冰点降温”是落到实处的：

拆解蓝宝石窗口时，能看到上面有个滤光片，作用是把氙灯的泛光的波长范围限制到有效范围：

除了铜散热器，还有相对于这个小产品的大功率风扇，额定功率6W：

这里还有个小细节，MCU的柔性线路板上有一个NTC探头的接入，用于检测机器温度，我想这应该是用于动态调节风扇功率，或者过热保护等其他温度逻辑：

除此以外，Air3实测如果不贴紧皮肤，是不会触发脉冲光的，这个功能的实现是通过灯头上，围绕着蓝宝石那一圈FPC电路，如果不出意外的话，这是双通道触摸感应芯片引出的2个大面积pad，利用的是人体电容感应原理：

并且逻辑上只有判断2个pad都触摸到时，认为肌肤接触是紧密的，此时正面按键下的灯才会亮起，此时如果按下才会有光线打出，这样就不容易漏光：

以上是ulike air3比较关键的设计，此外，还有其他一些小功能：

机壳内嵌了一个NFC标签，里面应该有一串SN号，通过手机的近场通信来鉴别产品的真伪识别。

最后，来到了光谱和光强测试环节，普通照度计主要是针对可见光谱（390nm~780nm），但ulike air3的是560nm~1200nm，前面提到的选择性光热原理脱毛的最佳波长是810nm，所以普通照度计很可能无法检测该波长下的能量值，通过朋友借到了光谱仪和光功率计，我的思路是先测光谱，验证air3闪光时的波长分布，再测主要波长下的能量强度。但不幸的是，测试时光谱仪遇到故障，没成，这个环节，只有等后续了。

不过大致看了下光功率，峰值功率还是挺大的：

本次拆机未能深入分析的部分：

一个脱毛仪的效果取决于有效光的波长，及其能量密度，但由于短时间的光功率很大，不能持续发光，有器件发热以及功率问题，这就涉及到单次光源的脉冲宽度，以及连续模式下的脉冲间隔。

我测了脉冲宽度大概是1.3ms，但是对该波形无法评价，因为目前还不熟悉评判标准，在什么时序组合下，效果最好，并且安全。

拆机到此结束，目的也是为了让大家和我一起深入了解该类产品的内部设计、原理。

这里也提醒大家：如没有一定的电子基础，不要随意去拆解脱毛仪产品，即使不接电源，内部的电解电容内也可能残余上百伏电压 ，会有一定危险性，我的拆解也是确保没有风险的前提下进行的。

六、总结

通过本次对光子脱毛仪的相关理论研究，我自己也基本上搞清楚了这类产品的技术原理，这是一种利用了特定波长的高频脉冲能量对毛囊内相应组织的破坏，确实能够对毛发生长起到抑制作用，该技术的有效性是科学的，同时也存在安全性的问题，需要产品本身对能量的控制、人体皮肤的防护有可靠的安全技术手段。

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最后，大家如果有什么问题，也可以随时讨论，毕竟每个人认知有限，我如果哪里写错、测错了，也请大家指正，大家有什么产品比较感兴趣、需要拆机的，也可以告诉我。

作者声明本文无利益相关，欢迎值友理性交流，和谐讨论～