ЛАЗЕРНАЯ СКАНИРУЮЩАЯ СИСТЕМА, УСТРОЙСТВО ДЛЯ СТРИЖКИ ВОЛОС И СООТВЕТСТВУЮЩИЙ СПОСОБ
LASER SCANNING SYSTEM, HAIR-CUTTING DEVICE AND CORRESPONDING METHOD

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к лазерной сканирующей системе, выполненной с возможностью сканирования лазерным лучом устройства для стрижки волос, причем лазерная сканирующая система содержит лазерное сканирующее устройство для создания сканирующего перемещения лазерного луча и подвижное оптическое устройство для корректировки и/или фокусировки лазерного луча. Кроме того, изобретение относится к соответствующему устройству для стрижки волос (лазерной бритве) и соответствующему способу сканирования лазерным лучом посредством лазерного сканирующего устройства для создания сканирующего перемещения лазерного луча и подвижного оптического устройства для корректировки и/или фокусировки лазерного луча.
Уровень техники
Лазерная сканирующая система для сканирования лазерным лучом устройства для стрижки волос содержит подвижное оптическое устройство, такое как, например, колебательный набор оптических средств, в гармоническом движении направляющий ряд фокальных пятен на кожу человека. Указанное колебательное движение набора гарантирует, что каждая точка, пройденная детектирующим устройством, была проверена на наличие волос и/или потенциально была выбрита подведением оптических импульсов высокой мощности к каждому обнаруженному волосу.
Документ WO 2007/013008 A1 описывает систему для удаления волос, содержащую устройство для обнаружения волос и устройство для удаления волос, которое функционально связано с устройством для обнаружения волос, а также с датчиком изображения, чтобы получить изображение участка кожи, которую нужно обработать, причем датчик изображения содержит подвижную систему линз.
Из-за колебательного движения оптических средств в большинстве конструкций применяется следящий механизм для обеспечения непрерывного перекрытия или выравнивания лазерного луча и подвижного оптического устройства. Этот следящий механизм может состоять, например, из электрооптического или акустооптического отражателя, колеблющегося направляющего зеркала или направляющей призмы, жидкокристаллического отражателя пучка и т.д. Следящий механизм должен быть точно синхронизирован по фазе, амплитуде и основной резонансной частоте подвижного оптического устройства и связанных с ним механических и исполнительных устройств. Кроме того, следящий механизм должен быть достаточно быстрым, чтобы отслеживать перемещение подвижного оптического устройства и быть способным контролировать свет лазера детектирующей системы и, предпочтительно, также свет высокомощного режущего лазерного устройства и вообще быть совместимым с общими требованиями к бритью лазером (т.е. низкая стоимость, низкое напряжение, малый размер, низкое энергопотребление и т.д.) Этому набору требований трудно соответствовать, используя перечисленные выше технические решения. Кроме того, решения также должны работать в различных условиях окружающей среды (температура, давление, влажность) и быть сравнительно ударопрочными и очень надежными.
Сущность изобретения
Задачей изобретения является создание лазерной сканирующей системы для устройства для стрижки волос, соответствующего устройства для стрижки волос и способа сканирования лазерным лучом, дающего возможность точного отслеживания хода подвижного оптического устройства с помощью лазерного излучения.
Эта цель достигается настоящим изобретением, как определено в пп. 1, 10 и 15.
Целью настоящего изобретения является устранение сложностей отслеживания, выполнив лазерную сканирующую систему с возможностью самоотслеживания, то есть перемещение самого подвижного оптического устройства обеспечивает, что надлежащее перекрытие или совмещение подвижного оптического устройства и падающего лазерного луча (детектирующего лазерного луча и/или режущего лазерного луча) всегда будет достигаться.
Согласно изобретению лазерное сканирующее устройство лазерной сканирующей системы содержит компоновку из по меньшей мере одного подвижного оптического элемента, который механически связан с подвижным оптическим устройством, и неподвижной оптической системы, причем подвижный оптический элемент способен устанавливать взаимосвязь положения подвижного оптического устройства с положением мобильного доступа, в котором лазерный луч входит в оптическую систему, а оптическая система способна устанавливать взаимосвязь упомянутого положения мобильного доступа с по меньшей мере одним соответствующим положением, в котором лазерный луч падает на подвижное оптическое устройство и которое зафиксировано на подвижном оптическом устройстве. Перемещение подвижного оптического элемента синхронизировано относительно перемещения подвижного оптического устройства, что позволяет просто и точно отслеживать перемещение подвижного оптического устройства лазерным лучом.
Согласно одному предпочтительному варианту осуществления изобретения подвижный оптический элемент и подвижное оптическое устройство жестко связаны друг с другом, а именно напрямую прикреплены друг к другу.
Согласно другому предпочтительному варианту осуществления изобретения подвижный оптический элемент является отражающим элементом, приспособленным для отражения лазерного луча в направлении, параллельном оси перемещения подвижного оптического элемента и подвижного оптического устройства.
Согласно еще одному предпочтительному варианту осуществления изобретения отражающий элемент ориентирован под углом 45° относительно входного направления и относительно выходного направления лазерного луча. Отражающий элемент предпочтительно является одиночным зеркалом, отражающим под углом 45°, установленным прямо на подвижном оптическом устройстве. Зеркало расположено таким образом, что падающий на это зеркало свет претерпевает, помимо изменения на 90° в направлении, параллельном направлению движения подвижного оптического устройства, также латеральное смещение перпендикулярно направлению движения подвижного оптического устройства. Величина такого смещения зависит от текущей фазы подвижного оптического устройства относительно падающего лазерного луча.
Согласно другому предпочтительному варианту осуществления изобретения подвижное оптическое устройство содержит набор оптических средств для корректировки и/или фокусировки лазерного луча. Набор оптических средств предпочтительно является линейным набором конических зеркал, создающих ряд соседних фокальных точек. Положение, в котором лазерный луч падает на подвижное оптическое устройство, предпочтительно является положением на одном из оптических средств.
Согласно другому предпочтительному варианту осуществления изобретения положение мобильного доступа, в котором лазерный луч входит в оптическую систему, закрепленную на лазерном сканирующем устройстве, является положением на первом отражающем элементе оптической системы. В частности, первый отражающий элемент является устройством отражения на 45°, расположенным в некотором месте на неподвижной части лазерной сканирующей системы, например корпусе или раме, так что лазерный луч после отклонения подвижным отражающим элементом (зеркалом) в 45-градусном направлении попадает на закрепленное устройство отражения на 45°. Отражающие поверхности подвижного отражающего элемента и закрепленного первого отражающего устройства расположены параллельно друг другу, так что направления распространения лазерного света до и после двойного отражения совпадают. Так надлежащим образом поддерживается латеральное перемещение лазерного луча.
Согласно еще одному предпочтительному варианту осуществления изобретения оптическая система также содержит второй отражающий элемент и третий отражающий элемент, причем каждый из первого, второго и третьего отражающих элементов ориентирован под углом 45° относительно входного направления и относительно выходного направления лазерного луча.
Используя надлежащую отражающую оптику для изменения направления лазерного луча, можно обеспечить совпадение латерального смещения луча с перемещением подвижного оптического устройства, особенно в том случае, когда подвижное оптическое устройство содержит набор оптических средств, таким образом делая подвижное оптическое устройство самоотслеживающим. Существенно, что подвижный отражающий элемент, ориентированный под углом 45°, расположен вблизи подвижного оптического устройства, так что амплитуда, частота и фаза его перемещения такие же, как у подвижного оптического устройства. Таким образом, все изменения фазы, частоты и амплитуды, связанные с производственными допусками, температурой, давлением, износом и т.д., будут автоматически скомпенсированы без необходимости в дополнительной современной системе считывания и управления с обратной связью и без усовершенствованных систем отклонения пучка для обеспечения отслеживания в любых условиях.
Согласно другому предпочтительному варианту осуществления изобретения, по меньшей мере одно из первого, второго или третьего отражающих средств является частью граненой призмы для выборочной адресации отдельного оптического устройства из набора посредством изменения положения призмы.
Согласно другому предпочтительному варианту осуществления изобретения оптическая система также содержит по меньшей мере один фокусирующий элемент. Фокусирующий элемент является линзой, в частности цилиндрической линзой, установленной на оптическом пути лазерного луча между первым и вторым отражающими средствами оптической системы.
Согласно изобретению устройство для стрижки волос содержит упомянутую выше лазерную сканирующую систему, детектирующую систему для обнаружения волос с помощью лазерного устройства и/или режущую лазерную систему с режущим лазерным устройством.
Согласно одному предпочтительному варианту осуществления изобретения в детектирующей системе и/или в режущей лазерной системе используется общий оптический путь устройства для стрижки волос. Лазерный луч детектирующей системы и/или режущей лазерной системы использует общий оптический путь для воздействия на подвижный оптический элемент.
Согласно другому предпочтительному варианту осуществления изобретения детектирующая система содержит устройство разделения луча, установленное на общем оптическом пути, причем устройство разделения луча оптически связано с лазерным устройством посредством первого оптического пути и оптически связано с детектирующим устройством посредством второго оптического пути.
Согласно другому предпочтительному варианту осуществления изобретения детектирующее устройство содержит фокусирующую систему, микроотверстие и детектор, установленные на втором оптическом пути.
Согласно другому предпочтительному варианту осуществления изобретения режущая лазерная система содержит дополнительное устройство разделения луча, установленное на общем оптическом пути, причем это дополнительное устройство разделения луча соединяется с режущим лазерным устройством посредством дополнительного оптического пути.
Согласно изобретению в способе сканирования лазерным лучом используется лазерное сканирующее устройство, имеющее компоновку из неподвижной оптической системы и по меньшей мере одного подвижного оптического элемента, который механически связан с подвижным оптическим устройством, причем подвижный оптический элемент устанавливает взаимосвязь положения подвижного оптического устройства с положением мобильного доступа, в котором лазерный луч входит в неподвижную оптическую систему, а неподвижная оптическая система устанавливает взаимосвязь упомянутого положения мобильного доступа лазерного луча с по меньшей мере одним соответствующим положением на подвижном оптическом устройстве, в котором лазерный луч падает на подвижное оптическое устройство и которое зафиксировано на подвижном оптическом устройстве. Предпочтительно, чтобы подвижный оптический элемент и подвижное оптическое устройство были жестко соединены друг с другом, в частности напрямую прикреплены друг к другу. В частности, подвижный оптический элемент является отражающим элементом, предназначенным для отражения лазерного луча в направлении, параллельном оси перемещения подвижного оптического элемента и подвижного оптического устройства.
Согласно одному предпочтительному варианту осуществления изобретения отражающий элемент ориентирован под углом 45° относительно направления входящего лазерного луча и относительно направления исходящего лазерного луча. Отражающий элемент предпочтительно является одиночным зеркалом, отражающим под углом 45°, установленным прямо на подвижном оптическом устройстве. Зеркало позиционировано таким образом, что свет, падающий на это зеркало, претерпевает кроме изменения направления на 90° параллельно направлению движения подвижного оптического устройства также латеральное смещение перпендикулярно направлению движения подвижного оптического устройства. Величина такого смещения зависит от фактической фазы подвижного оптического устройства относительно падающего лазерного луча.
Краткое описание чертежей
Эти и другие аспекты изобретения выявятся и будут пояснены на описываемых ниже вариантах осуществления.
На чертежах:
фиг.1 схематически показывает лазерную сканирующую систему для сканирования лазерным лучом устройства для стрижки волос согласно предпочтительному варианту изобретения;
фиг.2 схематически показывает устройство для стрижки волос, содержащее лазерную сканирующую систему согласно фиг.1, детектирующую систему и режущую лазерную систему;
фиг.3 иллюстрирует внутреннее отражение для отклонения и фокусировки падающего луча света на точку снаружи оптического лезвия, находящегося в контакте с кожей и волосами.
Подробное описание вариантов осуществления
Фиг.1 иллюстрирует лазерную сканирующую систему 1 для сканирования лазерного луча 3 устройства для стрижки волос. Лазерный луч 3 может быть лазерным лучом режущего лазерного устройство большой мощности или лазерным лучом лазерного устройства детектирующей системы. Лазерная сканирующая система 1 содержит два главных модуля: подвижное оптическое устройство 5 для корректировки и/или фокусировки исходящего сканирующего лазерного луча и лазерное сканирующее устройство 7 для создания сканирующего движения сканирующего лазерного луча. Перемещение оптического устройства 5 предпочтительно является колебательным перемещением, что показано двунаправленной стрелкой 9.
Подвижное оптическое устройство 5, показанное на фиг.1, содержит линейный набор оптических средств 5a, 5b, 5c, 5d, 5e, 5f, 5g для корректировки и/или фокусировки исходящего сканирующего лазерного луча. Упомянутые оптические средства представляют собой конические зеркала, создающие ряд соседних фокальных точек.
Сканирующее устройство 7 включает компоновку из подвижного оптического элемента 11, механически связанного с подвижным оптическим устройством 5, и оптической системы 13, содержащей три отражающих устройства 15, 17, 19, закрепленных в лазерном сканирующем устройстве. Оптический элемент 11 является отражающим элементом 21, способным устанавливать взаимосвязь положения подвижного оптического устройства 5 с положением мобильного доступа 23 на первом отражающем устройстве 15. Отражающий элемент 21 и каждое из отражающих устройств 15, 17, 19 установлены под углом 45° относительно входящего и исходящего лазерного луча 3. Далее, оптическая система 13 способна устанавливать взаимосвязь указанного положения мобильного доступа с соответствующим положением, в котором сканирующий лазерный луч падает на подвижное оптическое устройство 5. Подвижный оптический элемент 11 и подвижное оптическое устройство 5 напрямую прикреплены друг к другу для синхронизации движения подвижного оптического устройства 5 и падения сканирующего лазерного луча.
И отражающий элемент 21, и первое отражающее устройство 15 выполнены в форме призмы, второе отражающее устройство 17 выполнено в виде ограненной призмы 22 для выборочной адресации отдельных оптических средств 5a, 5b, 5c, 5d, 5e, 5f, 5g из набора посредством третьего отражающего устройства 19, выполненного в форме наклонного зеркала. Три отражающих устройства пронумерованы в направлении распространения лазерного луча. Дополнительный фокусирующий элемент 25 (цилиндрическая линза) расположен на оптическом пути лазерного луча между первым и вторым отражающими устройствами 15, 17.
Оптическое устройство 5 содержит набор оптических средств, являющихся коническими зеркалами, апертура которых составляет обыкновенно 0,4×1,7 мм, тогда как промежуток между оптическим средствами (зеркалами) может варьироваться от 1,7 мм до очень больших значений. Набор конических зеркал совершает колебательные движения в системе плоских пружин (не показана) с определенной резонансной частотой, относительной фазой и амплитудой. Направление распространения колебаний показано на рисунке двунаправленной стрелкой 9. Амплитуда достаточна для того, чтобы перемещение фокуса оптических зеркал гарантировало, что вся поверхность будет просканирована в течение одного полупериода колебаний. Оптический элемент 11, являющийся зеркалом или призмой, прикреплен или механически связан с набором конических зеркал, так что он точно следует за перемещением набора при всех режимах работы. Лазерный луч 3 падает перпендикулярно сканирующему перемещению (двунаправленная стрелка 9) отражающего элемента 21 и оптического устройства 5 и отклоняется, становясь по существу параллельным направлению сканирующего перемещения, а затем собирается первым отражающим устройством 15 (ориентированное под 45° зеркало), закрепленном на той же раме, что и собственно источник света (то есть оно не движется при колебаниях оптического устройства). В зависимости от угла падения света на отражающий элемент 21, отсчитываемого от вертикали, свет попадет на одну из зеркальных поверхностей комплексной оптической призмы, образующей второе отражающее устройство 17, и отклонится к третьему отражающему устройству 19, наклоненному под углом 45°, так что лазерный луч окажется отклоненным в направлении входа одного из оптических средств 5a, …, 5g (а именно, конических зеркал) из набора.
Альтернативно, лазерный луч может падать одновременно на все отражающие поверхности второго отражающего устройства 17, допуская одновременное освещение всех оптических средств (конических зеркал) 5a, …, 5g набора.
Между отражающим элементом 21 и первым отражающим устройством 15 или между первым и вторым отражающими устройствами 15 и 17 может быть установлена цилиндрическая оптика, чтобы коллимировать и сделать параллельным лазерный луч (лучи) и снизить уровень сложности второго отражающего устройства 17. Кроме того, отражающие устройства 15, 17, 19 могут быть выполнены из цельного куска оптического материала, например стекла, таким образом повышая прочность всей системы в отношении поддержания оптического центрирования при всех типах жестких условий.
Эффект 3D-расположения всех оптических деталей, описанный выше, будет описан, обращаясь к двумерному расположению компонентов, как это схематически показано на фиг.2. Лазерные пучки будут обозначены только главными лучами.
На фиг.2 показано, как главный луч лазерного пучка 3 проходит через сканирующую систему 1 в центральном, левом и крайнем правом механических положениях набора конических зеркал 5a, …, 5g, соответственно сплошной, точечной и пунктирной линиями. Ясно, что лазерный пучок 3, как показано на рисунке, проходит через одно коническое зеркало (обозначенное сплошным, точечным и пунктирным эллипсами) независимо от реального положения оптического устройства 5 относительно набора конических зеркал. Кроме того, ясно, что, чуть-чуть меняя угол или высоту лазерного пучка 3 вплоть до выхода за плоскость бумаги, можно произвольным образом выбирать одну из отражающих поверхностей 17a, 17b, 17c, 17d, 17e, 17f, 17g призмы 22, чтобы направить луч на одно из конических зеркал. Кроме того, освещая все отражающие поверхности призмы 22, можно осветить все конические зеркала, сохраняя отслеживающее поведение системы 1. Другими словами, освещающий пучок будет распределен по всем коническим зеркалам 5a, …, 5g (или другим отдельным оптическим устройствам), причем одна часть поперечного сечения пучка будет направлена к одному и тому же коническому зеркалу/оптическому средству независимо от фактической фазы в течение периода колебаний набора конических зеркал. Дополнительное преимущество такой схемы в том, что для направления к конкретному оптическому средству (коническому зеркалу) требуемая степень отклонения лазерного луча пропорциональна малой оси оптического средства/конического зеркала. Когда вместо этого используется единственное направляющее зеркало, чтобы направить пучок сразу на все конические зеркала, полное расстояние между двумя коническими зеркалами становится определяющим фактором для требуемого отклонения луча и может стать в 5-10 раз больше.
На фиг.2 показано соответственно устройство 27 для стрижки волос, содержащее лазерную сканирующую систему 1 согласно фиг.1 и детектирующую систему 29 с лазерным устройством 31 для обнаружения волос и режущую лазерную систему 33 с режущим лазерным устройством 35. В детектирующей системе 29 и/или режущей лазерной системе 33 используется общий оптический путь 37 устройства для стрижки волос 27.
Детектирующая система 29 содержит устройство 39 разделения луча, установленное на общем оптическом пути 37, причем устройство 39 разделения луча соединено с лазерным устройством 31 посредством первого оптического пути 41, а с детектирующим устройством 43 посредством второго оптического пути 45. Детектирующее устройство 43 содержит фокусирующую систему 47, микроотверстие 49 и детектор 51, установленные на втором оптическом пути 45. Режущая лазерная система 33 содержит также устройство 53 разделения луча, установленное на общем оптическом пути 37, причем устройство 53 разделения луча соединено, кроме того, с режущим лазерным устройством 35 посредством дополнительного оптического пути 55.
Фиг.2 и 3 показывают, как оптическое лезвие 59, содержащее лазерную сканирующую систему 1, может быть объединено с параллельной детектирующей системой и с устройством 27 для адресации и стрижки волос.
Режущее лазерное устройство 35 сфокусировано на отражающем средстве 57 (то есть поворотной призме/зеркале, жидкокристаллическом волноводе, электрооптическом отражателе и т.п.) таким образом, что, отклоняясь от плоскости бумаги, оно может падать только на одну из граней 17a, …, 17g ограненной призмы 22 и, следовательно, быть направленным только к одному из оптических средств (конических зеркальных элементов). В то же время лазерное детектирующее устройство 31 может быть устроено таким образом, чтобы лазерный луч падал на все грани 17a, …, 17g одновременно (при этом используется больший диаметр пучка). Следовательно, свет, возвращенный от каждой из граней 17a, …, 17g, представляет собой сигнал, исходящий от одного из конических зеркальных элементов 5a, …, 5g. Комбинация линз 58 и микроотверстий может использоваться для обеспечения конфокального обнаружения, то есть гарантировать, что когда свет от набора конических зеркал 5a, …, 5g обнаруживается при помощи набора фотодетекторов, составляющих детектирующее устройство 51, каждый отдельный элемент набора принимает только свет, выходящий из фокуса соответствующего конического зеркального элемента, а свет, не выходящий из фокуса, эффективно подавляется.
На фиг.3 показано оптическое лезвие 59 с внутренним отражением для отклонения и фокусировки падающего излучения, обозначенного пунктирной линией, в точке вне оптического лезвия 59, так что направление центрального луча становится параллельным поверхности, например поверхности кожи 61. Оптическое лезвие 59 содержит тело 63 лезвия и конический конец 65, причем конический конец 65 содержит параболический отражатель 67.
На фиг.3 также показано оптическое лезвие, приведенное в контакт с кожей и волосами 69, согласно второму предпочтительному варианту осуществления изобретения. Оптическое лезвие 59 вдавливается в поверхность 61 кожи, тем самым обеспечивая лучший доступ к волосам 69 на уровне ниже поверхности кожи 61, давая возможность срезать волосы 69 на уровне, изначально расположенном ниже поверхности 61 кожи. Согласно одному предпочтительному варианту осуществления изобретения обеспечивается возможность обнаружения наличия волос 69 в фокусе оптического лезвия 59. Также предпочтительно используется средство активной обработки волос для обработки или оттягивания волос 69, чтобы достигнуть еще более чистого выбривания. По этой причине предпочтительно используется зазубренная геометрия лезвия.
После того как волосы 69 срезаны и поверхность 61 кожи снова расслабляется после приложенного напряжения, то есть когда оптическое лезвие 59 убрано, волосы 69 предпочтительно были срезаны более чисто и потенциально ниже поверхности 61 кожи. Следует отметить, что если это благоприятно в целях манипуляций с покрытой волосами кожей или если стрижку следует производить, не касаясь поверхности 61 кожи, допускается установка дополнительного приспособления для растягивания кожи перед оптическим лезвием 59 для того, чтобы растянуть кожу, сделать куполовидность кожи более предсказуемым и обеспечить, чтобы режущий луч оставался параллельным и/или проходил выше обрабатываемого участка 61 кожи. Предпочтительно приспособление для растягивания кожи дополнительно дублирует отражатель лазерного луча, в соответствии с чем свет, который достигает приспособления для растягивания кожи, отклоняется вверх и/или в сторону от поверхности кожи 61 и поглощается внутри устройства для стрижки волос.
Следует отметить, что внешний контур оптического лезвия не обязательно совпадает с внешним контуром механической границы кожи. При желании можно добавить механические средства, например, для поддержки работы оптического лезвия или операций с кожей. Это предпочтительно делает границу раздела лезвие-кожа более удобной и/или приятной при использовании сравнительно высокого давления на кожу.
При бритье против направления роста волос на коже лезвие предпочтительно располагает волос по существу вертикально по отношению к поперечному сечению лезвия. После того как основание волоса 69, то есть то место, где волос входит в кожу, приходит в контакт с лезвием 59, он предпочтительно будет натягиваться вдоль лезвия 59 довольно долгое время. Вследствие этого кожа предпочтительно постепенно будет деформироваться и создаст значительное напряжение для того, чтобы волос в конечном итоге изогнулся под поверхностью лезвия. Все это время волос 69 предпочтительно без труда располагается в плоскости обнаружения оптического лезвия 59, гарантируя, что имеется достаточно времени для обнаружения и/или срезания волоса 69, после чего он легко выскользнет из-под оптического лезвия 59.
Хотя изобретение было проиллюстрировано и описано подробно на чертежах и в приведенном выше описании, такие пояснения и описание следует считать иллюстративными или характерными, но не ограничивающими; изобретение не ограничено раскрытыми вариантами осуществления. В других вариантах осуществления данного изобретения могут разобраться и воплотить квалифицированные специалисты, имеющие опыт практический работы в области настоящего изобретения на основании изучения чертежей, описания изобретения и приложенной формулы изобретения. В формуле изобретения слово «содержит» не исключает других элементов или шагов, а единственное число не исключает множественного. Сам факт того, что определенные признаки перечислены во взаимно различных зависимых пунктах формулы, не означает, что сочетание этих признаков не может быть использовано с выгодой. Кроме того, позиции в формуле изобретения не должны толковаться как ограничивающие ее объем.