ОПТИЧЕСКОЕ ЛЕЗВИЕ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ СРЕЗАНИЯ ВОЛОС
OPTIC BLADE AND ELECTRIC HAIR CUTTING DEVICE

Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к устройству для срезания волос, предназначенному для срезания волос вблизи кожи части тела человека или части тела животного, содержащему оптический источник, предпочтительно лазерный источник, выполненный с возможностью генерации оптического излучения для срезания волос, оптическое лезвие, содержащее лезвийный корпус, выполненный с возможностью наведения оптического излучения, причем лезвийный корпус имеет продольное направление, определяющее ширину области ухода за кожей, причем, дополнительно, лезвийный корпус суживается по ширине в направлении лезвия, перпендикулярном продольному направлению, и суженную концевую часть, выполненную с возможностью вывода оптического излучения из оптического лезвия, и блок оптической фокусировки. Изобретение также относится к способу использования устройства для срезания волос.
Уровень техники
В документе WO 2008/115899 А2 описано компактное и портативное оптическое устройство для бритья, которое срезает стволы волос с использованием электромагнитного излучения. Согласно предпочтительному варианту осуществления, оптическое устройство для бритья включает в себя источник питания, подключенный к одному или нескольким оптическим компонентам. Оптическое устройство, например оптическое лезвие, может быть связано с матрицей оптических компонентов и выровнено с ним.
Оптический(е) компонент(ы) может/могут подавать свет в оптику на основании электрической энергии от источника питания. Оптический(е) компонент(ы) или оптика может/могут манипулировать электромагнитным излучением и направлять его для срезания стволов волос.
Классические способы бритья, широко применяемые для удаления волос на лице и/или теле, предусматривают использование определенного средства отбора, обеспечивающего избирательное удаление волос, исключая при этом потенциальный риск повреждения кожи. Для типичного электрического средства для бритья, например обычных сеточных и вращательных бритвенных систем, средство отбора содержит механический фильтр, через который волосы могут, по существу, проникать и входить в закрытую зону срезания, тогда как кожа не способна, по существу, проникать через него, что позволяет избежать чрезмерного повреждения и раздражения кожи. Во вращательной бритве манипулирование, предпочтительно, осуществляется бреющей головкой, и срезание, предпочтительно, осуществляется ножом. Для лезвийных бритв средство отбора обычно содержит механическое приспособление, сочетающее в себе элемент для натяжения кожи и скользящую полоску, которое ограничивает площадь кожи, доступную действию лезвия, в то время как пружинная система позади ножа эффективно ограничивает силу локального взаимодействия между лезвием и кожей во избежание пореза кожи. Средство, обеспечивающее избирательность в отношении волос и кожи, входящее в состав механизма срезания, активно ограничивает потенциальную близость бритвенного приспособления для обеспечения приемлемой степени раздражения кожи.
Традиционные электрические бритвенные системы либо ограничивают близость режущего элемента к коже, например вращательные/сеточные бритвы, либо ограничивают величину силы, с которой лезвие действует на кожу, например лезвийные бритвы, во избежание случайного пореза кожи и раздражения кожи, ссадин и царапин. Процесс бритья этими традиционными бритвенными приспособлениями обычно содержит некоторые или все из следующих подпроцессов: подготовку кожи, манипулирование кожей, манипулирование волосами, оттягивание волос, срезание волос и последующий уход за кожей. Существует много переменных процесса, которые оказывают влияние на конечный результат, как то: условия окружающей среды, например влажность и температура; обращение с устройством, например скорость, время, точность и давление; способность устройства следовать контурам, а также свойства волос/кожи.
То, каким образом каждый из традиционных бритвенных способов обеспечивает баланс между близостью и раздражением, в значительной степени зависит от его конкретных характеристик. В лезвийной бритвенной системе каждое из нескольких последовательно расположенных лезвий оттягивают волосы в ходе срезания, т.е. лезвия тянут волосы, срезая их. Таким образом, следующее лезвие получает возможность срезать волосы на еще более низком уровне, достигая очень хорошей степени близости. Для вращательного бритья близость достигается за счет манипулирования волосами в сочетании с оттягиванием волос, что совместно обеспечивает достаточно хорошую близость. В сеточных бритвах, где отсутствует действенное средство оттягивания волос, для достижения близости в основном применяются тонкая сетка, примыкающая к коже, и манипулирование волосами.
Для каждого из описанных способов, объем манипулирования ограничен в силу ограничений, налагаемых желанием поддерживать целостность кожи и сохранять комфорт в процессе бритья. Например, для лезвийных бритв важно ограничивать величину силы, необходимой для срезания волос, поскольку в противном случае эффект вытягивания волос становится весьма неприятным, несмотря на то, что может приводить к увеличению близости. Для значительного манипулирования кожей, например, в сеточной или вращательной бритвенной системе, требуется большая величина локального давления на кожу, что обуславливает исключительные требования к усилию, прилагаемому устройством и, следовательно, пользователем к коже, которое может приводить к чрезмерному поднятию кожи через отверстия и прорези в закрытую зону резания и, таким образом, к раздражению кожи. Оттягивающее средство вращательных бритвенных систем ограничено с учетом необходимого ускорения волос, составляющего порядка 1000 g, и вероятностью правильного захвата и оттягивания каждого волоса.
Однако проблема, связанная с каждым из вышеупомянутых методов, состоит в том, что процессы манипулирования волосами и кожей обычно осуществляются тем же средством, которое, в итоге, используется для срезания волос, что значительно ограничивает объем применяемого манипулирования, делая методы манипулирования не вполне оптимальными. Кроме того, в каждом из упомянутых способов, процесс срезания не оптимален, т.е., если объект находится перед лезвием или внутри закрытой зоны срезания, он будет срезан независимо от того, правильно ли им манипулируют и является ли он вообще волосом.
В WO 01/00100 А1 раскрыто режущее лезвие хирургического инструмента, содержащее тело, выполненное из алмаза, режущую кромку и преломляющее средство, через которое лазерное излучение, входящее в тело режущего лезвия, преломляется от точки фокуса. Режущее лезвие также включает в себя отражающую поверхность, имеющую, в целом, параболическую форму, сформированную в теле режущего лезвия, которая предназначена для отражения лазерного излучения, входящего в режущее лезвие через преломляющее средство, к режущей кромке лезвия.
В US-A-4,126,136 раскрыта фотокоагулирующая скальпельная система, включающая в себя скальпель, имеющий острое, прозрачное лезвие для формирования надреза, и лазер, оптически связанный с лезвием, для коагуляции крови рядом с надрезом. Лазерное излучение распространяется к лезвию через оптоволоконный волновод с низкими потерями. Излучение распространяется через волновод и лезвие посредством распространения в многомодовом оптическом волноводе, где каждая мода имеет отдельный угол падения относительно поверхности лезвия. Лазерное излучение выходит из лезвия в позиции режущей кромки лезвия.
Сущность изобретения
Задачей изобретения является обеспечение возможности улучшения баланса между близостью и раздражением сверх пределов возможности традиционных бритвенных систем и, таким образом, улучшение манипулирования волосами и кожей совместно с необязательным срезанием волос.
Эта задача решается за счет объекта независимых пунктов формулы изобретения. Предпочтительные варианты осуществления приведены в зависимых пунктах.
Согласно первому аспекту изобретения, эта задача решается за счет устройства для срезания волос наподобие упомянутого во вступительном абзаце, которое отличается тем, что суженная концевая часть является затупленной и не способна вызывать повреждение кожи, и тем, что суженная концевая часть содержит отражатель, выполненный с возможностью изменения направления оптического излучения до его выхода из оптического лезвия, и выходное отверстие напротив отражателя, причем оптический источник, блок оптической фокусировки и оптическое лезвие размещены таким образом, что оптическое излучение из оптического источника, которое вводится в лезвийный корпус, направляется к суженной концевой части и, после отражения на отражателе, выводится из оптического лезвия через выходное отверстие в область оптической фокусировки перед выходным отверстием.
Согласно первому аспекту изобретения, эта задача решается за счет оптического лезвия, используемого, в частности, в устройстве для срезания волос, содержащего лезвийный корпус, выполненный с возможностью наведения оптического излучения, и суженную концевую часть, выполненную с возможностью обеспечения вывода оптического излучения из оптического лезвия, причем суженная концевая часть содержит отражатель, выполненный с возможностью изменения направления оптического излучения до его выхода из оптического лезвия.
Термин "суженная концевая часть" означает концевую часть оптического лезвия, сужающегося по ширине, предпочтительно непрерывно сужающегося, т.е. ширина лезвийного корпуса предпочтительно уменьшается в направлении лезвия. Возможны разные формы суженной концевой части, предпочтительные варианты осуществления которой будут описаны ниже. Такая суженная концевая часть, предпочтительно, выполнена с возможностью приложения локального давления к поверхности, например поверхности кожи.
Идея изобретения состоит в обеспечении оптического лезвия, позволяющего улучшить баланс между близостью и раздражением при использовании необязательного механизма для срезания волос, в котором оптический элемент, т.е. оптическое лезвие, контактирует с кожей части тела человека или части тела животного, и, таким образом, выполнен с возможностью манипулирования волосами вблизи кожи для обеспечения дополнительной близости за пределами возможности традиционных бритвенных систем; поскольку суженная концевая часть оптического лезвия, предпочтительно, является затупленной и, следовательно, не способна вызывать повреждение кожи, она, предпочтительно, выполнена с возможностью манипулирования кожей при локальном давлении также за пределами ограничений безопасности кожи, налагаемых на традиционные приспособления.
Согласно предпочтительному варианту осуществления изобретения, отражатель выполнен с возможностью фокусировки оптического излучения в фокус перед суженной концевой частью, чтобы оптическое излучение фокусировалось вне оптического лезвия. Предпочтительно, отражатель, по меньшей мере частично, образован поверхностью, более предпочтительно изогнутой поверхностью, суженной концевой части. Нелишне отметить, что оптическое излучение предпочтительно наводится оптическим лезвием посредством отражения, предпочтительно посредством полного отражения. Дополнительно заметим, что термин "отражение" означает отражение, по меньшей мере, части оптического излучения, т.е. возможно также отражение менее 100%. Согласно предпочтительному варианту осуществления изобретения, изогнутая поверхность суженной концевой части содержит выпуклую, вогнутую, параболическую и/или волнистую поверхность.
Дополнительно, согласно предпочтительному варианту осуществления изобретения выходное отверстие является плоским по форме. Однако форма также может быть изогнутой, выпуклой, вогнутой и/или зигзагообразной.
Согласно предпочтительному варианту осуществления изобретения, отражатель содержит параболический отражатель, несферический отражатель, эллиптический отражатель и/или комбинацию несферического блока фокусировки и плоского зеркального отражателя.
Кроме того, согласно предпочтительному варианту осуществления изобретения, выходное отверстие содержит блок фокусировки, выполненный с возможностью фокусировки оптического излучения, по меньшей мере, частично, перпендикулярно поверхности блока фокусировки. Предпочтительно, блок фокусировки содержит пустотелую цилиндрическую менисковую линзу и/или цилиндрическую микролинзу. Предпочтительно, пустотелая цилиндрическая менисковая линза и/или цилиндрическая микролинза размещены в выходном отверстии, которое, предпочтительно, содержит плоскую поверхность. Материал оптического лезвия, предпочтительно, содержит стекло, пластик и/или полупроводник.
Термин "вблизи кожи" означает, предпочтительно, "на, над и/или под кожей". Очевидно, что термин "волосы вблизи кожи части тела человека или части тела животного", предпочтительно, означает, что волос выступает из поверхности кожи части тела человека или части тела животного и/или волос находится на или немного под поверхностью кожи.
Согласно предпочтительному варианту осуществления изобретения, оптическое лезвие выполнено из материала, прозрачного для оптического излучения с длиной волны, которая используется для обнаружения волос и/или для срезания волос.
Предпочтительно, оптическое лезвие дополнительно содержит блок управления, выполненный с возможностью регулировки локального давления на, по меньшей мере, часть кожи, когда устройство для срезания волос приближается к коже. Предпочтительно, блок управления содержит пружинную систему и/или датчик давления.
Согласно предпочтительному варианту осуществления изобретения, устройство для срезания волос содержит сканер, выполненный с возможностью наведения оптического излучения выходящего из оптического источника, к точке вдоль оптического лезвия. Предпочтительно, сканер выполнен с возможностью вибрации, по меньшей мере, частично, параллельно выходному отверстию для адресации в точку вне оптического лезвия в режиме повторения. Предпочтительно, сканер содержит зеркало, блок фокусировки, диск с совокупностью цилиндрических блоков фокусировки и/или фокусирующую матрицу с совокупностью цилиндрических блоков фокусировки.
Согласно третьему аспекту изобретения, вышеозначенная задача решается за счет способа применения устройства для срезания волос в соответствии с изобретением, согласно которому срезание волос с помощью устройства для срезания волос выполняют в направлении, противоположном направлению роста волос на коже.
Идея изобретения состоит в обеспечении оптического лезвия, которое, предпочтительно, вступает в контакт с кожей и волосами. Оптическое лезвие, предпочтительно, предназначено для манипулирования волосами из кожи и/или предназначено для обеспечения возможности срезания волос посредством лазерного пучка, который, предпочтительно, наводится на конец оптического лезвия на уровне, близком к первоначальному уровню поверхности кожи относительно волос или за его пределами. Однако оптическое лезвие, в принципе, можно комбинировать со средством активного манипулирования, предназначенного для манипулирования волосами из кожи и/или предназначенного для обеспечения возможности срезания волос посредством лазерного пучка, который, предпочтительно, наводится на конец оптического лезвия на уровне, близком к первоначальному уровню поверхности кожи относительно волос или за его пределами. Оптическое лезвие, предпочтительно, предназначено выполнять несколько функций: манипулирования волосами и кожей и наведения и, предпочтительно, фокусировки режущего лазерного излучения к цели. Дополнительной функцией может быть наведение и, предпочтительно, фокусировка обнаруживающего лазерного излучения к цели.
Предпочтительно, предусмотрен детектор, выполненный с возможностью обнаружения присутствия волос, находящихся в контакте с оптическим лезвием или в непосредственной близости от него, предпочтительно, обеспечивающий возможность лазерного срезания в случае обнаружения волоса, тем самым, делающий процесс срезания необязательным и позволяющий избежать пореза кожи, которая может, предпочтительно, оказываться перед оптическим лезвием. Таким образом, механизм манипулирования и режущий блок, предпочтительно, отделяются друг от друга.
Оптическое лезвие содержит удлиненный затупленный корпус, благоприятную для кожи область контакта с кожей и/или область выхода света в непосредственной близости от области контакта с кожей. Блок оптической фокусировки обеспечен для образования области оптической фокусировки, предпочтительно, светового пучка обнаружения волос, и/или светового пучка срезания волос относительно области выхода света, и/или области контакта с кожей. Оптическое лезвие, предпочтительно, перемещается в ходе эксплуатации по поверхности кожи и, предпочтительно, прижимается к поверхности кожи, в результате чего кожа локально деформируется областью контакта с кожей и/или производится манипулирование волосами, например, средством манипулирования, в, по существу, вертикальное положение перед областью выхода света. Устройство для срезания волос, предпочтительно, содержит оптический сканер, который сканирует, предпочтительно непрерывно, световой пучок обнаружения волос вдоль области фокусировки. Кроме того, предпочтительно, предусмотрен блок распознавания волос, выполненный с возможностью анализа сигнала, выдаваемого оптическим детектором, который принимает, через оптическое лезвие, свет, отраженный средой, фактически обеспеченной в области фокусировки. Когда блок распознавания волос обнаруживает конкретные оптические свойства, указывающие присутствие волос, световой пучок срезания волос, предпочтительно, активируется и/или направляется в позицию в области фокусировки, где обнаружен волос.
Оказалось, что при использовании оптического лезвия характеристики фокусировки можно поддерживать почти постоянными также в присутствии воды, добавок для бритья и/или остатков кожи в или вблизи позиции выхода, где лазерный пучок выходит из оптического лезвия. С этой целью, предпочтительно, предусмотрены пустотелая цилиндрическая менисковая линза в позиции, где лазерный пучок выходит из оптического лезвия, и фокусирующая структура, которая заставляет лучи лазерного пучка выходить из менисковой линзы в направлениях, перпендикулярных поверхности менисковой линзы. Таким образом, лучи лазерного пучка не будут преломляться на границе раздела между линзой и внешней средой, благодаря чему никакие изменения показателя преломления среды вне оптического лезвия не влияют на угол падения лазерного пучка и позицию фокуса. Предпочтительно, оптическое лезвие изготавливается в процессе штамповки как монолитная линза, содержащая сравнительно большую и легко изготавливаемую несферическую поверхность и очень маленькую менисковую линзу.
Кроме того, заметим, что оптическое лезвие может обеспечивать точную позицию фокуса перед отверстием выхода света суженной концевой части. Предпочтительно, это достигается за счет изогнутой фокусирующей поверхности оптического лезвия, размещенной непосредственно напротив выходного отверстия. Таким образом, можно добиться достаточной числовой апертуры для срезания волос.
Оптическое лезвие является затупленным. Дополнительно, оптическое лезвие, предпочтительно, выполнено с возможностью манипулирования волосами и кожей, чтобы волосы, по меньшей мере частично, отделялись от кожи и вступали в контакт с оптическим лезвием или оказывались в непосредственной близости от него. Кроме того, оптическое лезвие, предпочтительно, предназначено для наведения и/или для фокусировки светового пучка к своей передней поверхности вблизи кожи для обнаружения присутствия волос. Кроме того, оптическое лезвие, предпочтительно, предназначено для направления лазерного излучения, предпочтительно надлежащим образом сфокусированного лазерного излучения, к волосам для осуществления процесса срезания.
Устройство для срезания волос, предпочтительно, содержит детектор, выполненный с возможностью обнаружения присутствия объекта в фокальной плоскости оптического лезвия и предназначено для различения оптических свойств объекта для оценивания, с высокой степенью вероятности, является ли объект волосом, или является ли объект в действительности чем-то другим, например иммерсионной жидкостью, пузырьком, прыщом, веснушкой, родимым пятном, морщинистой или гладкой кожей. Детектор, предпочтительно, содержит блок управления, выполненный с возможностью интерпретации сигнала, поступающего от датчика обнаружения, для упомянутого оценивания и для активации режущего лазера и/или для наведения режущего лазера в правильную позицию.
Кроме того, оптический режущий источник, например лазерный резак, предпочтительно, выполнен с возможностью срезания волос всех размеров, форм и/или цветов. Предпочтительно, оптический источник резания активируется по требованию в локальной позиции вдоль оптического лезвия для осуществления резания в конкретном положении.
Краткое описание чертежей
Эти и другие аспекты изобретения явствуют из и пояснены со ссылкой на описанные ниже варианты осуществления.
На чертежах:
фиг.1 - внутреннее отражение для отклонения и фокусировки падающего света в точку вне оптического лезвия согласно первому предпочтительному варианту осуществления изобретения;
фиг.2 - схема оптического лезвия, контактирующего с кожей и волосами согласно второму предпочтительному варианту осуществления изобретения;
фиг.3 - вид в направлении оптического лезвия, демонстрирующий использование оптического сканера, содержащего матрицу цилиндрических линз согласно третьему предпочтительному варианту осуществления изобретения;
фиг.4 - схема установки для построения изображений волос и кожи с использованием конфигурации оптического лезвия согласно четвертому предпочтительному варианту осуществления изобретения;
фиг.5 - адресуемый оптический переключатель, выполненный с возможностью направления лазерного пучка высокой мощности на один из сканирующих элементов в конфигурации оптического лезвия согласно пятому предпочтительному варианту осуществления изобретения;
фиг.6 - менисковая линза, демонстрирующая цилиндрическую форму и направление падающих световых лучей под правильными углами к поверхности линзы согласно шестому предпочтительному варианту осуществления изобретения; и
фиг.7 - различные варианты осуществления блока фокусировки с менисковой линзой, используемого в оптическом лезвии согласно седьмому предпочтительному варианту осуществления изобретения.
Подробное описание вариантов осуществления
Оптическое лезвие, согласно изобретению, предпочтительно содержит ряд различных функциональных возможностей, связанных с его механическими, геометрическими и оптическими свойствами, которые будут описаны ниже. Согласно первому предпочтительному варианту осуществления изобретения, материал оптического лезвия прозрачен для света с длиной волны, которая используется для блока обнаружения, а также для режущего блока. Материал, предпочтительно, способен выдерживать значительную интенсивность, используемую в режущем лазере. Кроме того, он, предпочтительно, не вносит сильного двойного лучепреломления во избежание трудностей в процессе обнаружения волос. В зависимости от используемой длины волны света, оптическое лезвие, предпочтительно, изготавливается из стекла в произвольной форме с использованием, например, методов штамповки стекла или алмазного точения или, согласно другим предпочтительным вариантам осуществления изобретения, с использованием особого пластика, например циклоолефиновых полимеров, совместно с методами инжекционного формования.
Согласно первому предпочтительному варианту осуществления изобретения, выбранные длины волны света обнаружения и срезания всегда превышают 1 мкм, и, таким образом, оптическое лезвие предпочтительно изготавливать из полупроводникового материала, например кремния, посредством различных процессов травления. Согласно другим предпочтительным вариантам осуществления изобретения, выбранные длины волны света обнаружения и резания меньше 1 мкм.
Согласно первому предпочтительному варианту осуществления изобретения, оптическое лезвие имеет продольный размер вдоль лезвия, который определяет ширину области ухода за кожей. Ширина, предпочтительно, выбирается достаточно произвольно в зависимости от области применения. Например, для области мужской бороды предпочтительно использовать лезвие шириной от 30 до 50 мм, а для бритья конечностей и торса предпочтительны более широкие лезвия и для детализации в таких областях, как лобковая область, а также для современных форм при обращении с волосами на лице предпочтительно использовать более узкий аппликатор,
Предпочтительно, форма оптического лезвия в разрезе позволяет свету входить с одной стороны оптического лезвия заранее определенным образом и/или выходить на поверхности, ближайшей к режущей стороне лезвия сходящимся образом для фокусировки на некотором расстоянии от поверхности. Оптимальное расстояние фокуса от выходной поверхности оптического лезвия, предпочтительно, зависит от средства обнаружения и срезания волос, от предполагаемой средней и минимальной толщины волос и, следовательно, зависит от места на теле, для которого сконструирована бритва.
Чтобы свет, предпочтительно, сходился в двух направлениях, т.е., предпочтительно, в направлении оптического лезвия и в перпендикулярном направлении, свет, входящий в оптическое лезвие, предпочтительно, сходится, по меньшей мере, в одном направлении вдоль лезвия, тогда как само лезвие предпочтительно использовать для фокусировки в направлении, по меньшей мере, частично, перпендикулярном продольному направлению лезвия.
На фиг.1 показано оптическое лезвие 1 с внутренним отражением для отклонения и фокусировки падающего света, указанного сплошными линиями, в точку вне оптического лезвия 1 причем центральное направление света параллельно поверхности, например поверхности кожи 5, согласно первому предпочтительному варианту осуществления изобретения. Оптическое лезвие 1 содержит лезвийный корпус 3 и суженную концевую часть 2, причем суженная концевая часть 2 содержит параболический отражатель.
Согласно другим предпочтительным вариантам осуществления, отражатель содержит эллиптический отражатель, в который свет входит сверху, предварительно сфокусированным в направлении вдоль оптического лезвия 1, причем само оптическое лезвие 1, предпочтительно, фокусирует и отклоняет свет, чтобы он шел, по существу, параллельно поверхности кожи 5. Отражающие оптические элементы предпочтительны в силу присущей им ахроматической характеристики, которая также делает их пригодными в случаях, когда для обнаружения волос и/или для срезания волос предпочтительно использовать широкий диапазон длин волны.
Предпочтительно, для устройства для срезания волос, содержащего режущий блок и блок обнаружения, желательно, чтобы перетяжка пучка, создаваемая самим оптическим лезвием, и перетяжка, создаваемая блоком фокусировки, который обеспечивает фокус в направлении оптического лезвия, по существу, совпадали. Однако это не обязательно. В ходе эксплуатации оптического лезвия, его предпочтительно перемещать по коже, по меньшей мере, частично перпендикулярно его продольной оси, как в традиционной лезвийной бритве, одновременно оказывая на кожу локальное давление определенной величины. Это локальное давление, предпочтительно, обеспечивается пружинным блоком или активным регулятором, например датчиком давления, или посредством обратной связи с пользователем, т.е. устройство отключается при использовании недостаточного или слишком большого давления. Локальное давление натягивает кожу, благодаря чему волосы больше выступают из волосяных фолликулов, чем в случае полностью расслабленной кожи. Это происходит, когда оптическое лезвие перемещается против локального направления роста волос, т.е. когда угол волоса таков, что волос встает, по существу, вертикально, а не прижимается к коже, в режим, когда оптическое лезвие контактирует с волосом.
На фиг.2 схематически показано оптическое лезвие, контактирующее с кожей и волосами, согласно второму предпочтительному варианту осуществления изобретения. Оптическое лезвие 1 вдавливается в кожу 5, тем самым, предпочтительно, обеспечивая доступ к волосам 6 на уровне ниже поверхности кожи 5, что дает возможность срезать волосы 6 на уровне, который первоначально находился под поверхностью кожи 5. Согласно второму предпочтительному варианту осуществления изобретения, обеспечивается возможность обнаруживать присутствие волоса в позиции фокуса оптического лезвия 1. Кроме того, предпочтительно использовать средство активного манипулирования волосами для манипулирования или оттягивания волос для достижения равномерного, чистого бритья. С этой целью, предпочтительно использовать зазубренные геометрии лезвия.
После того, как волос 6 срезан, и поверхность кожи 5 расслабляется от приложенного натяжения, т.е. оптическое лезвие 1 удалено, предпочтительно, чтобы волос 6 оказался срезанным как можно ближе к поверхности кожи 5 и, возможно, под ней. Заметим, что, если это благоприятно с целью манипулирования волосами и кожей, или если следует препятствовать достижению режущей кромкой поверхности кожи 5, перед оптическим лезвием 1 можно устанавливать дополнительный элемент для натяжения кожи, чтобы сделать поднятие кожи более предсказуемым и гарантировать, что режущий свет остается параллельным открытой области кожи 5 и/или проходит над ней. Предпочтительно, элемент для натяжения кожи дополнительно выполняет функцию дефлектора лазерного пучка, благодаря чему свет, достигающий элемента для натяжения, отклоняется вверх и/или от поверхности кожи 5 и затем поглощается внутри устройства для срезания волос.
Заметим, что контур оптического лезвия не обязан совпадать с контуром механической границы кожи. При желании можно добавить механическое средство, например, для поддержки оптического лезвия или для манипулирования кожей. Это делает взаимодействие между лезвием и кожей, предпочтительно, более комфортным и/или приятным в случае применения с относительно высоким давлением на кожу.
При осуществлении бритья против направления роста волос на коже, лезвие, предпочтительно, устанавливает волосы в, по существу, вертикальном положении относительно поперечного сечения лезвия. Когда основание волоса, т.е. точка, где волос входит в кожу, вступает в контакт с лезвием, его предпочтительно тянуть вместе с лезвием в течение значительного времени. В результате, кожа предпочтительно, постепенно деформируется и развивает достаточное напряжение, чтобы волос, в конце концов, изогнулся под лезвием. В течение этого времени волос, предпочтительно, удобно располагается в плоскости обнаружения оптического лезвия, что гарантирует наличие достаточного времени для обнаружения и/или срезания волоса, после чего он легко проскользнет под оптическим лезвием.
Согласно третьему предпочтительному варианту осуществления изобретения и согласно фиг.3, использование устройства для срезания волос предстоит описать. Используется сканер 7, предпочтительно, обеспечивающий адресацию сходящегося лазерного пучка в каждую позицию вдоль оптического лезвия 1. Сканер 7 содержит сканирующее зеркало, объединенное с блоком фокусировки для отклонения сходящегося пучка по оптическому лезвию. На фиг.3 показана комбинация оптического лезвия 1 и сканера 7 в соответствии с линзовой матрицей. Линзовая матрица, предпочтительно, вибрирует для адресации каждой позиции вдоль оптического лезвия 1 в режиме повторения. Согласно другим предпочтительным вариантам осуществления изобретения, сканер 7 содержит матрицу цилиндрических блоков фокусировки или комбинацию матрицы цилиндрических блоков фокусировки со сканирующим зеркалом для отклонения нескольких разных пучков одновременно или последовательно по разным областям оптического лезвия.
Все линзы, предпочтительно, освещаются одновременно, или лазерный пучок, предпочтительно, последовательно перемещается от линзы к линзе с частотой повторения, значительно превышающей частоту вибрации линзовой матрицы. Для сохранения ахроматического поведения лезвийной и/или сканерной системы, предпочтительно выбирать отражающую оптику вместо того, чтобы использовать изображенную преломляющую линзовую матрицу.
Согласно другим предпочтительным вариантам осуществления изобретения, оптическое лезвие изогнуто в продольном направлении, например, для компенсации косинусной ошибки в случае лезвия, вибрирующего в единичной точке шарнира. В предельном случае, продольная ось может фактически быть цилиндрической, в результате чего фактическое лезвие, предпочтительно, совпадает с торцом дискообразной структуры. Вращающийся диск, предпочтительно, служит для сканирования вдоль лезвия, причем вращающийся диск, предпочтительно, содержит цилиндрические блоки фокусировки, размещенные по его периметру. Каждая область окружности диска, предпочтительно, сканируется N раз за оборот диска, где N - количество блоков цилиндрических линз, размещенных по периметру диска.
Эффективность, скорость и/или специфичность являются важными параметрами обнаружения волос. Способы обнаружения волос с использованием Confocal Laser Scanning Microscopy (лазерной сканирующей конфокальной микроскопии), сокращенно CLSM, описаны в уровне техники и могут, при желании, использоваться в вариантах осуществления изобретения, например, если предпочтительно избегать двойного лучепреломления оптических элементов. Если обнаружение предпочтительно осуществлять в видимом и ближнем инфракрасном диапазонах спектра, предпочтительно использовать стекло либо подходящий пластик с низким двойным лучепреломлением. Для обнаружения на более длинных волнах, стекло или кремний более пригодны для оптического лезвия.
Для обеспечения надлежащего применения упомянутых способов обнаружения, предпочтительно, чтобы числовая апертура, т.е. конус, в который собирается отраженный свет от цели обнаружения, была как можно выше, и, дополнительно, иммерсионные жидкости используются для подавления паразитных отраженных лучей, возвращающихся от поверхности кожи. Для получения высокой числовой апертуры в направлениях, параллельных и перпендикулярных оптическому лезвию, нужно, чтобы цилиндрические линзы, изображенные на фиг.3, располагались как можно ближе к поверхности кожи, чтобы размер этих элементов оставался малым и, таким образом, амплитуда сканирования поддерживалась в допустимых пределах.
Предпочтительно использовать неотражающее покрытие для конкретной длины волны во избежание внутренних отражений на выходной грани оптического лезвия, или нужно обеспечить, чтобы показатель преломления иммерсионной среды, например добавки для бритья, совпадал с необходимой величиной или превышал ее во избежание внутренних отражений на поверхности лезвия и одновременно был достаточно низким для обеспечения достаточного отражения от волос. Обычно показатель преломления принимает значение между показателями преломления воды и глицерина, чтобы совпадать с показателем преломления кожи и/или не слишком приближаться к показателю преломления волос. Очевидно, что этого можно добиться, например, с помощью многих веществ, которые часто применяются для ухода за кожей, например воды, геля для УЗИ, водоглицериновых смесей, различных растительных/минеральных масел, например смягчающих масел и силиконовых масел, например полидиметилсилоксана, применяемых в шампунях и кондиционерах, и т.д.
На фиг.4 показана компоновочная схема для построения изображений волос и кожи с использованием конфигурации оптического лезвия согласно четвертому предпочтительному варианту осуществления изобретения. Для простоты изображен только один элемент цилиндрического вибрирующего зеркала, т.е. сканера 7. Путь лазерного пучка указан штриховкой. Опишем оптическую систему обнаружения, реализованную в оптическом лезвии 1, предпочтительно, с использованием CLSM.
В качестве оптического сканера 7 используется вибрирующая матрица линз/зеркал, все элементы которой, предпочтительно, одновременно освещаются коллимированным лазерным светом, исходящим из коллимирующей линзы 8. Согласно другим предпочтительным вариантам осуществления, коллимирующая линза заменена коллимирующим зеркалом, или используется их комбинация. Свет, падающий на эту коллимирующую линзу 8, предпочтительно, исходит от сканирующего электромеханического микрозеркала 9, сокращенно МЕМS-зеркала, которое вибрирует синфазно со сканирующим движением линзовой матрицы, в результате чего одна и та же часть лазерного пучка всегда адресуется в один и тот же фокусирующий элемент матрицы. В результате сканирование пучка перед МЕМS-зеркалом 9 не требуется, но требуется такая его фокусировка, чтобы на коллимирующем зеркале 8 создавалась необходимая форма пучка и/или чтобы он четко попадал в апертуру MEMS-зеркала 9.
Для этого предпочтительно вставлять фокусирующую оптику 10, предпочтительно, предназначенную для надлежащего преобразования коллимированного лазерного пучка. Сигнал, возвращающийся от оптического лезвия 1, таким образом, надлежащим образом десканируется и/или служит для построения изображения непосредственно совокупности фотодиодов 11 надлежащего размера посредством единичного светоделителя 12 и/или такой же совокупности линзовых элементов в матричной конфигурации 13.
Таким образом, предполагается, что каждый из блоков фокусировки вибрирующей матрицы 7, предпочтительно, всегда проецирует свой сигнал на один и тот же фотодиод 11. При необходимости, щели и/или малые отверстия без труда можно либо добавить перед фотодиодами 11, либо интегрировать в сканирующее зеркало 9 MEMS. При наличии более сложных требований к построению изображения, дополнительная оптика 14, предпочтительно, размещается за светоделителем 12 для разделения различных фракций возвращенного света, например, на основании длины волны и/или состояния поляризации света, и/или увеличивается количество фотодетекторов.
Сигнал, возвращающийся от фотодиодов 11, предпочтительно, интерпретируется на основании характерных оптических свойств волос, что позволяет устанавливать в каждый момент времени, какой фотодиод принимает сигнал, обусловленный волосом и, следовательно, от какого элемента зеркальной матрицы приходит сигнал и в какой именно фазе колебаний матрицы 7. Затем эта информация, предпочтительно, передается на механизм для срезания, выполненный с возможностью срезания волос в этом конкретном месте.
В зависимости от того, какое приспособление для срезания волос реализуется в бритвенной системе с оптическим лезвием, детектор, предпочтительно, обеспечивает информацию либо о центральной позиции, либо о периферийных краях волоса относительно продольного направления оптического лезвия. Таким образом, приспособление для срезания волос, предпочтительно лазерное приспособление для срезания волос, нацеливается на соответствующую позицию для используемого режима срезания. Например, когда в приспособлении для срезания используются множественные импульсы с очень высокой частотой повторения или квази-CW или CW излучение, система управления, предпочтительно, активирует лазер, когда сканер проходит начальный торец волоса, и/или ей требуется деактивировать лазер, когда сканер проходит конечный торец волоса. Например, когда для срезания волос используется единичный импульс, система управления обеспечивает блок активации, выполненный с возможностью активации режущего лазера в течение заранее определенного времени в ходе сканирования, чтобы лазерный импульс больше или меньше раз попадал в центральную позицию волоса для обеспечения эффективного резания.
Сама по себе операция срезания волос, предпочтительно, осуществляется посредством термальных эффектов, т.е. плавления и/или испарения, или посредством так называемых эффектов лазерной абляции, за счет которых материал, предпочтительно, нагревается настолько быстро, что на оставшейся щетине вряд ли появляется какой-либо термический остаток или зона теплового воздействия и/или срезанная часть щетины не прилипнет к оптическому лезвию. Согласно другим предпочтительным вариантам осуществления изобретения, срезание осуществляется посредством лазерного оптического пробоя, сокращенно LIOB, при котором внутри волоса образуется изолированная плазма, предпочтительно, порождающая ударные волны и взрывное образование пузырьков для осуществления резания волоса изнутри наружу.
В уровне техники известны процессы термической резки и резки LIOB. Хотя для реализации посредством оптического лезвия пригодные диапазоны длин волны для этих процессов, предпочтительно, охватывают длины волны, которые, в принципе, могут быть опасны для кожи, поскольку оптическое лезвие, предпочтительно, устроено так, что свет излучается, по существу, параллельно коже и/или от нее, потенциально опасных эффектов удается избежать.
На фиг.5 показан адресуемый оптический переключатель, выполненный с возможностью направления лазерного пучка высокой мощности на один из сканирующих элементов в конфигурации оптического лезвия согласно пятому предпочтительному варианту осуществления изобретения. В этом переключателе каждая призма 15 смонтирована на пьезоприводе, который, в необязательном порядке, приводит призму 15 в контакт с оптическим волноводом. Благодаря обеспечению плотного контакта условия для полного внутреннего отражения внутри оптического волновода, по существу, нарушаются, и лазерный пучок выводится из волновода через призму к соответствующему линзовому/зеркальному элементу. Для адресации к правильному сканирующему линзовому или зеркальному элементу предпочтительно использовать либо устройство MEMS, либо согласно другим предпочтительным вариантам осуществления изобретения любое известное средство быстрой цифровой адресации, например средство 15 адресации лазерным пучком на основе полного внутреннего отражения, сокращенно TIR, показанное на фиг.5.
Согласно другим предпочтительным вариантам осуществления изобретения, эти два средства используются совместно, причем грубая адресация осуществляется с помощью устройства TIR, и более точное нацеливание обеспечивается посредством MEMS-зеркала. Предпочтительно, блок управления либо обеспечивает активацию надлежащей призмы для вхождения в контакт с волноводом TIR прежде, чем она активирует лазер для генерации импульса или последовательности импульсов, либо использует пьезоприводы и переключатель TIR, чтобы действовать как затвор механического переключателя добротности лазера для осуществления процесса срезания. В последнем случае, средство 15 адресации на основе TIR предпочтительно размещать внутри лазерного резонатора.
Согласно другим предпочтительным вариантам осуществления изобретения, режущий лазер можно легко встроить в вышеописанный детектор. Например, очевидно, что между светоделителем 12 и фокусирующей оптикой 10, изображенными на фиг.4, остается много места для размещения дополнительного светоделителя для ввода света режущей системы, генерируемого системой, изображенной на фиг.5. Таким образом, оптические пути блока обнаружения и режущего блока, по существу, перекрывают друг друга, что значительно снижает риск ложного срабатывания. Каждая из призм TIR ставится в соответствие с комбинацией одного блока фокусировки и/или одного фотодиода обнаружения, что позволяет очень просто обрабатывать и/или интерпретировать сигнал, причем блок управления гарантирует, что единомоментно активируется не более одного пьезопривода.
Изобретение демонстрирует возможность полной параллелизации и/или обеспечивает полное использование удлиненной геометрии оптического лезвия. Например, при использовании более широких или более узких лезвий, либо увеличиваются шаг линзовых элементов и амплитуда вибрационного сканирующего движения, либо увеличивается количество сканирующих линз и соответствующих призм TIR и схем обнаружения, в зависимости от того, что более благоприятно с точки зрения проектировщика системы.
В лазерной бритве с оптическим лезвием оптический элемент в виде микроцилиндрической асферической линзы встроен в оптическое лезвие и контактирует с кожей и волосами части тела человека или части тела животного согласно шестому предпочтительному варианту осуществления изобретения. Волосы являются волосами человеческой бороды согласно шестому предпочтительному варианту осуществления изобретения. Таким образом, волос, находящийся в непосредственной близости от лезвия или в контакте с ним, предпочтительно обнаруживается и/или срезается посредством лазерного пучка, исходящего из микролинзы. Предпочтительно, оптическое лезвие нечувствительно к типу используемой добавки для бритья и, таким образом, также менее чувствительно к остатку бритья, который все время присутствует в процессе бритья. Кроме того, по сравнению со сложной миниатюрной асферической формой микролинзы, изобретение повышает технологичность оптического лезвия за счет избавления от необходимости в этих малых асферических признаках и предпочтительной замены их сферическими структурами, изготавливать которые проще и дешевле.
Независимо от выбранного режима срезания, оптическое лезвие предпочтительно содержит тот или иной блок оптической фокусировки, который контактирует с кожей и волосами и/или который позволяет срезать волосы вблизи блока фокусировки.
Обычно конец суженной концевой части оптического лезвия находится в очень неблагоприятной среде, что подразумевает различные условия окружающей среды, например присутствие остатков кожи/волос, разные формы добавок, кремов для кожи, воды, пота, кожного сала и т.д. Каждое из упомянутых веществ может приводить к различному фокусирующему поведению оптического элемента в силу их соответствующих значений показателя преломления. Шестой предпочтительный вариант осуществления изобретения демонстрирует возможность сделать оптический элемент нечувствительным к таким изменениям, в то же время поддерживая общие свойства оптического лезвия, например манипулирование кожей/волосами, высокое качество фокусировки света и/или механической жесткости, соответственно.
Дополнительная идея состоит в обеспечении сферических поверхностей, которые, предпочтительно, легко миниатюризировать и, таким образом, более дешевой конструкции, поскольку известно, что изготовление миниатюрных асферических цилиндрических оптических элементов достаточно сложно, и, следовательно, изготовление одноэлементного асферического конца достаточно дорого. Нелишне отметить, что оптическое лезвие предпочтительно изготавливать из любого типа стекла, пригодного для выбранной длины волны и пригодного, например, для точной штамповки. В этом состоит отличие от оптического элемента, который опирается на разность показателей преломления между стеклом и иммерсионной средой, т.е. добавкой для бритья, для обеспечения оптической фокусирующей силы.
На фиг.6 показана менисковая линза 16, демонстрирующая цилиндрическую форму и направление падающих световых лучей под правильными углами к поверхности линзы, согласно шестому предпочтительному варианту осуществления изобретения. Менисковая линза 16 размещена на выходном отверстии 17, которое, предпочтительно, располагается на суженной концевой части оптического лезвия 1. Поэтому оптическое лезвие 1 предпочтительно изолировать от ее изменчивой среды посредством сферической цилиндрической микролинзы, которая представляет собой менисковую линзу 16 в этом варианте осуществления. Такая линза представляет собой, в сущности, отрезок цилиндрической трубки, центр вращения которой совпадает с позицией перетяжки пучка света, падающего на поверхность линзы.
Из простой параксиальной оптики трассировки лучей, изображенной на фиг.6, очевидно, что никакие изменения показателя преломления среды вне оптического лезвия 1, предпочтительно, не влияют на угол падения и, следовательно, силу линзы и/или позицию фокусировки света, соответственно. Это объясняется тем, что все световые лучи падают под правильными углами к поверхности менисковой линзы 16 и поэтому не отражаются границей раздела между линзой и внешней средой. Выходное отверстие 17 имеет плоскую форму в этом шестом предпочтительном варианте осуществления изобретения. Предпочтительно, выходное отверстие 17 не размещено перед менисковой линзой 16, в противном случае действие менисковой линзы 16, по меньшей мере частично, пренебрегалось бы.
На фиг.7 показаны различные варианты фокусирующих элементов, в состав которых входит менисковая линза 16, которая используется в оптическом лезвии 1 согласно седьмому предпочтительному варианту осуществления изобретения. На фиг.7, слева направо, показаны параболический отражатель, общий асферический отражатель, эллиптический отражатель и преломляющий отражатель с относительно низкой числовой апертурой, фокусирующий посредством комбинации асферической линзы и плоского зеркального отражателя. Такие фокусирующие элементы предпочтительно использовать для фокусировки света в позиции геометрического центра менисковой линзы 16. Вблизи фокуса, менисковая линза 16, предпочтительно, изолирует поверхности оптической фокусировки от неблагоприятной среды, окружающей конец оптического лезвия 1, сама будучи сравнительно нечувствительной к различным значениям показателя преломления материалов, окружающих ее и/или контактирующих с ней.
Согласно другим предпочтительным вариантам осуществления изобретения, фокусирующий элемент и менисковая линза выполнены в виде оптического элемента, содержащего поверхности, покрытые надлежащим образом для отражения и/или пропускания света на соответствующих границах раздела. Это, предпочтительно, обеспечивает конструкцию монолитной линзы со сравнительно большими и легко изготавливаемыми асферическими поверхностями и/или структуру очень маленькой менисковой линзы, которая является цилиндрической и которую, следовательно, также сравнительно легко изготавливать с использованием, например, методов точной штамповки стекла, особенно по сравнению с трудностями конструирования, с которыми приходится сталкиваться при изготовлении асферических поверхностей в таком миниатюрном масштабе. Конструирование такого оптического лезвия предпочтительно осуществлять путем создания пресс-формы эллиптической формы, благодаря чему малые оси эллипса, по меньшей мере частично, перпендикулярны плоскости пресс-формы, и длинные оси, по меньшей мере частично, лежат в одной плоскости с пресс-формой. При разливке стекла, поверхность стекла, которая, предпочтительно, выступает из пресс-формы после застывания, легко поддается шлифовке и/или полировке для образования некритичной плоской поверхности. Затем малую цилиндрическую линзу легко зашлифовать и/или заполировать в стекло в правильной позиции до того, как стекло будет изъято из пресс-формы для дальнейшей обработки.
Нелишне отметить, что использование предложенных геометрий, предпочтительно, приводит к тому, что фокусировка осуществляется исключительно отражательными средствами, что делает линзовую конструкцию внутренне ахроматической и/или независимой от фактически используемого типа стекла. Предпочтительно выбирать типы стекла, пригодные для точной штамповки и, в то же время, обладающие высокой прозрачностью для всех длин волны, которые могут использоваться, без необходимости в очень высоком показателе преломления для фокусировки в окружающую иммерсионную среду с высоким показателем преломления. В этом состоит отличие от геометрий оптического лезвия, предусматривающих применение асферической поверхности в качестве последней оптической границы раздела.
Хотя изобретение проиллюстрировано и подробно описано на чертежах и в вышеприведенном описании, такие иллюстрацию и описание следует рассматривать в иллюстративном, но не ограничительном порядке; изобретение не ограничивается раскрытыми вариантами осуществления.
Специалист в данной области техники может предложить и реализовать другие вариации раскрытых вариантов осуществления в практическом осуществлении заявленного изобретения, изучив чертежи, описание и нижеследующую формулу изобретения. В формуле изобретения, слово "содержащий" не исключает наличия других элементов или этапов, и употребление названия элемента в единственном числе не исключает наличия совокупности таких элементов. Лишь тот факт, что определенные характеристики упомянуты во взаимно различных пунктах формулы изобретения, не говорит о том, что нельзя выгодно использовать комбинацию этих характеристик. Никакие условные обозначения в формуле изобретения не следует рассматривать в плане ограничения ее объема.