ЛАЗЕРНОЕ УСТРОЙСТВО РЕЗАНИЯ ВОЛОС
LASER HAIR CUTTING DEVICE

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ
Это изобретение относится к устройству для резания волос с использованием лазерного пучка.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Известно использование лазерного пучка для резания волос в лазерной электробритве, машинке для стрижки волос или триммере. Лазерный пучок генерируется и направляется на волос, который срезается за счет оптического поглощения; волос поглощает электромагнитную энергию падающего лазерного пучка, которая испаряет волос.
Проблема существующих устройств лазерного резания состоит в том, что только часть энергии лазерного пучка поглощается волосами, в связи с чем, мощность лазерного пучка приходится увеличивать, чтобы гарантировать срезание волос. Однако воздействие на кожу лазерного пучка и тепла, выделяемого лазерным пучком, также будет возрастать, приводя к раздражению кожи. Кроме того, увеличенные требования к мощности будут приводить к увеличению потребления электроэнергии, в связи с чем, если электробритва работает от аккумулятора, время работы аккумулятора уменьшается. Кроме того, лазеры более высокой энергии могут приводить к повреждению оптических компонентов устройства.
РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Задачей изобретения является обеспечение устройства для резания волос с использованием лазерного пучка, которое, по существу, ослабляет или преодолевает вышеупомянутые проблемы.
Согласно настоящему изобретению, предусмотрено устройство для резания волос с использованием лазерного пучка, имеющее генератор лазерного пучка и контроллер поляризации, выполненный с возможностью поляризовать лазерный пучок и, по существу, выравнивать эту поляризацию с продольной осью волоса, подлежащего срезанию.
Выравнивание поляризации лазерного пучка с волосом будет ориентировать энергию электромагнитных волн лазерного пучка в одном и том же направлении, и повышать эффективность резания лазерного пучка. Волос будет поглощать более высокую долю энергии лазерного пучка, что позволяет снижать полную мощность лазерного пучка.
Предпочтительно, контроллер поляризации выполнен с возможностью ориентировать поляризацию лазерного пучка чтобы ориентация компоненты электрического поля лазерного пучка была, по существу, параллельна продольной оси волоса, подлежащего срезанию.
Ориентирование поляризации лазерного пучка для выравнивания с продольной осью волоса будет увеличивать коэффициент ослабления, когда лазерный пучок взаимодействует с этим волосом. Поляризацию лазерного пучка можно ориентировать для максимизации ослабления лазерного пучка в коре или сердцевине волоса, подлежащего срезанию. Таким образом, волос будет поглощать больше энергии лазерного пучка и меньше энергии лазерного пучка будет взаимодействовать с кожей, что будет снижать раздражение и повреждение кожи. Кроме того, полная мощность лазерного пучка может снижаться, поскольку растрачивается меньше энергии лазерного пучка. Эта повышенная результативность резания может приводить к снижению энергопотребления и, таким образом, если устройство работает от аккумулятора, время работы аккумулятора можно продлить. Кроме того, сниженная мощность лазера может уменьшать раздражение кожи, а также повреждение оптических компонентов. Повышенная результативность резания также может позволять устройству перемещаться по коже с более высокой скоростью без снижения производительности резания.
В одном варианте осуществления, контроллер поляризации может представлять собой полуволновую пластинку. Полуволновая пластинка действует, замедляя некоторые волновые компоненты невыровненных волн, что приводит к вращению волн таким образом, что лазерный пучок поляризуется. Никакая часть пучка не блокируется и не поглощается, что позволяет поддерживать энергию лазерного пучка. Это позволяет снижать полную мощность лазерного пучка и энергопотребление, что также снижает раздражение кожи. Пониженная полная мощность лазерного пучка снижает повреждение оптических компонентов. Повышенная результативность резания, достигаемая за счет поляризации всего лазерного пучка в предпочтительном направлении, может позволять устройству перемещаться по коже с более высокой скоростью без снижения производительности резания по сравнению с ситуацией, когда лазерный пучок не поляризован.
В другом варианте осуществления, контроллер поляризации может содержать поляризационный фильтр. Поляризационный фильтр может быть выполнен с возможностью блокировать волны лазерного пучка, ориентированные в нежелательной ориентации, благодаря чему, проходящий свет ориентируется в единственном направлении, которое может быть выровнено с волосом, подлежащим срезанию. Выравнивание ориентации поляризации с волосом с использованием поляризационного фильтра будет снижать раздражение и повреждение кожи, поскольку больше энергии лазерного пучка будет поглощаться волосом и меньше кожей пользователя.
Устройство также может включать в себя кожно-волосяной манипулятор, который контактирует с кожей пользователя и манипулирует волосом, приводя его в ориентацию, пригодную для резания, когда устройство перемещается по коже.
Кожно-волосяной манипулятор действует, перемещая волос таким образом, чтобы каждый волос ориентировался в аналогичном направлении, которое также пригодно для срезания лазерным пучком - на основании ориентации поляризации пучка. Это может включать в себя вздыбливание волос, под прямым углом к коже.
Контроллер поляризации может иметь фиксированную позицию, которая соответствует средней ориентации волоса, когда кожно-волосяной манипулятор перемещается по коже пользователя и манипулирует волосами.
Если контроллер поляризации имеет фиксированную позицию, то кожно-волосяной манипулятор должен переводить волосы в ориентацию, пригодную для этой конкретной ориентации поляризации. Компоновка проста, но эффективна, поскольку большинство волосы будет проходить через электробритву в аналогичной ориентации, что позволяет фиксировать контроллер поляризации в позиции, подходящей для большинства волос, что повышает производительность устройства.
Устройство может дополнительно содержать модуль обнаружения волос, включающий в себя оптическое устройство формирования изображения выполненный с возможностью обнаружения волоса, подлежащего срезанию, и определения ориентации этого волоса.
Модуль обнаружения волос может быть выполнен с возможностью обнаружения ориентации отдельных волос или средней ориентации волос, подлежащих срезанию. Таким образом, оптимальную ориентацию поляризации можно определять для снижения необходимой мощности лазерного пучка.
Контроллер поляризации может быть выполнен с возможностью изменения ориентации поляризации в соответствии с обнаруженным углом волоса в зоне резания.
Изменение ориентации поляризации лазерного пучка для согласования обнаруженной ориентации волоса будет дополнительно повышать производительность, поскольку позволяет гарантировать, что больше волос срезается с оптимальным или близким к оптимальному, коэффициентом ослабления, снижая необходимую энергию лазерного пучка.
Контроллер поляризации может быть объединен с генератором лазерного пучка, и ориентация поляризации лазерного пучка изменяется путем вращения генератора лазерного пучка и контроллера поляризации.
Таким образом, устройство будет более компактным и вращение объединенных генератора лазерного пучка и контроллера поляризации просто и эффективно.
Генератор лазерного пучка может быть выполнен с возможностью генерации последовательности лазерных импульсов.
Каждый лазерный импульс может иметь пониженную энергию, и совокупный эффект нескольких импульсов приведет к срезанию волоса. Снижение энергии лазерного пучка будет дополнительно уменьшать раздражение кожи.
Генератор лазерного пучка может быть выполнен с возможностью генерации импульсов с межимпульсной задержкой, которая меньше времени тепловой релаксации волоса.
Если каждый импульс приходит до восстановления температуры волоса из последнего импульса, то оптическое поглощение каждого импульса будет увеличивать температуру волоса. В конце концов, совокупный эффект нескольких импульсов приведет к срезанию волоса.
Генератор лазерного пучка может быть выполнен с возможностью работать на длине волны поглощения волоса, подлежащего срезанию. Таким образом, лазерный пучок будет взаимодействовать больше с волосом и меньше с кожей, что будет снижать раздражение и увеличивать эффективность резания.
Оптическая система может быть выполнена с возможностью генерации множества лазерных пучков, поляризация которого выровнена с продольной осью волоса, подлежащего срезанию.
Устройство с множественными лазерными пучками будет гарантировать срезание большего количества волос, и устройство может покрыть большую площадь за один проход.
Согласно другому аспекту изобретения, предусмотрен способ использования лазерного пучка для резания волос, включающий в себя генерацию лазерного пучка, поляризацию лазерного пучка и, по существу, выравнивание поляризации лазерного пучка с продольной осью волоса, подлежащего срезанию.
Лазерный пучок может быть поляризован таким образом, что компонента электрического поля лазерного пучка, по существу, параллельна продольной оси волоса, подлежащего срезанию.
Эти и другие аспекты изобретения явствуют из и поясняются со ссылкой на описанные далее варианты осуществления.
Краткое описание чертежей
Ниже будут описаны варианты осуществления изобретения, исключительно в порядке примера, со ссылкой на прилагаемые чертежи, в которых:
На фиг. 1 показан схематический вид испытательного стенда для оптической системы для устройства для резания волос с использованием лазерного пучка.
Фиг. 2 показан схематический вид устройства для резания волос с использованием лазерного пучка, где оптическая система аналогична оптической системе испытательного стенда, показанного на фиг. 1.
Осуществление изобретения
Лазерная электробритва может содержать оптическую систему, которая включает в себя генератор лазерного пучка, который направляет лазерный пучок на волос и/или кожу пользователя. Лазерную электробритву можно перемещать по коже пользователя таким образом, чтобы волосы на коже подвергались воздействию лазерного пучка и срезались за счет оптического поглощения. Прокладку с множеством отверстий можно использовать для поддержания нужного промежутка между зоной резания и кожей пользователя, таким образом, определяя высоту резания и длину оставшегося волоса. Высоту резания можно регулировать для использования электробритвы в качестве триммера или машинки для стрижки волос, которая предназначена не для минимизации длины оставшегося волоса, а для того, чтобы оставлять некоторый волос после использования, например, триммера для бороды.
Когда лазерная электробритва перемещается по коже пользователя, и волос подвергается воздействию лазерного пучка, волос поглощает, по меньшей мере, часть электромагнитной энергии лазерного пучка, что приводит к испарению и срезанию волоса. Этот процесс резания основан на оптическом поглощении или фототермолизе, и длину волны лазерного пучка можно оптимизировать для согласования длины волны пика поглощения волоса, подлежащего срезанию. Этот избирательный фототермолиз нацеливается на волосы, устанавливая длину волны лазерного пучка таким образом, чтобы он взаимодействовал с волосом, на основании цвета волоса, но не взаимодействовал с кожей и другими окружающими признаками, таким образом, избегая повреждения и раздражения кожи.
Оптическое поглощение также называется ослаблением, и величина ослабления зависит от нескольких факторов, например, пигмента, толщины, ориентации волоса и энергии пучка. Некоторые из этих факторов определяют величину коэффициента ослабления. Более высокий коэффициент ослабления означает, что волос поглощает более высокую долю энергии лазерного пучка, что позволяет срезать волос на пониженной полной мощности лазера, что снижает раздражение кожи и увеличивает время работы аккумулятора.
Волос содержит три основных компонента: сердцевину, которая является самой внутренней сердцевиной волоса; кору, которая является промежуточным слоем; и кутикулу, которая является самым наружным слоем волоса и сформирована из перекрывающихся клеток. Пигмент, толщина, прочность и оптические свойства волоса изменяются в зависимости от биологического вида и, для людей, между индивидами. Для срезания волоса с использованием лазерного пучка все эти слои нужно испарить. Эти разные слои будут иметь разные характеристики оптического поглощения, и поэтому длину волны и мощность лазерного пучка нужно выбирать так, чтобы гарантировать, что все компоненты волоса срезаются в рабочей точке лазерного пучка в электробритве.
Лазерный пучок содержит поперечные электромагнитные волны, каждая из которых образована двумя перпендикулярными компонентами поля, которые распространяются в одном и том же направлении - электрическим полем и магнитным полем. Электрические и магнитные компоненты электромагнитной волны всегда будут перпендикулярны друг другу, однако они могут быть ориентированы произвольным образом, и эта ориентация может быть фиксированной или может изменяться по мере распространения волны, например, образуя вращающуюся или поляризованную по кругу волну.
Выравнивание двух компонент относительно целевого объект, подлежащего срезанию, например, волоса, будет влиять на величину ослабления, и, таким образом, мощность пучка, необходимую для срезания этого волоса. Другими словами, ориентация компонентов электрического и магнитного поля в лазерном пучке влияет на коэффициент ослабления, когда этот пучок взаимодействует с объектом. Таким образом, величина ослабления зависит от ориентации поляризации, и эту ориентацию можно регулировать для увеличения величины ослабления и повышения эффективности и результативности лазерного резания. Ориентацию компонент электрического поля также можно регулировать таким образом, чтобы волны были однородно выровнены и имели фиксированную ориентацию при распространении пучка. Это позволяет лучше управлять взаимодействием между лазерным пучком и волосом и также позволяет изменять эффективную глубину фокуса, не изменяя ориентации электрического поля в зоне резания.
Как объяснено, коэффициент ослабления, при взаимодействии лазерного пучка с объектом зависит от нескольких факторов, в том числе, ориентации компонент электрического поля электромагнитных волн лазерного пучка относительно объекта, подлежащего срезанию. Этот эффект усиливается, когда целевой объект имеет удлиненную форму, например волос, когда волны, выровненные перпендикулярно главной оси удлиненного объекта, будут испытывать меньшее ослабление и переносить меньше энергии на объект. Таким образом, производительность лазерной электробритвы можно повысить путем выравнивания электрической компоненты падающего лазерного пучка с продольной осью волоса, подлежащий срезанию, чтобы волос поглощал более высокую долю энергии лазерного пучка. Другими словами, поляризацию лазерного пучка можно регулировать для увеличения коэффициента ослабления и, таким образом, повышения эффективности и результативности процесса резания.
Эксперименты проводили для количественной оценки повышенного коэффициента ослабления после настройки поляризации лазерного пучка. В нижеприведенной Таблице 1 представлены результаты этого эксперимента, который проводили на испытательном стенде, схематически показанном на фиг. 1.
Испытательный стенд 1 содержит генератор 2 лазерного пучка, например, диод, отражатель 3 для направления лазерного пучка 4 на образец волоса и кожи и компоновку 5 датчика через контроллер 6 поляризации. Компоновка 5 датчика испытательного стенда выполнен с возможностью измерения величины энергии, поглощенной волосом, когда лазерный пучок взаимодействует с волосом, и, таким образом, измерения коэффициента ослабления. Контроллер 6 поляризации может представлять собой полуволновую пластинку, которая, по толщине, через которую проходит пучок, будет замедлять невыровненные компоненты волн для вращения волн в однородную поляризацию. Затем поляризованный пучок 10 проходит через пространственный фильтр 7 для устранения аберраций, обусловленных несовершенным, загрязненным или поврежденным оптическим оборудованием. После пропускания через пространственный фильтр 7, поляризованный лазерный пучок 10 будет иметь единственную поперечную моду, в том смысле, что компоненты электрического поля волн имеют однородную и фиксированную ориентацию при распространении пучка. Затем расширитель 8 пучка расширяет пучок для заполнения апертуры линзы 9, который выполнен с возможностью фокусировки поляризованного пучка 10 на образец волоса и кожи и компоновку 5 датчика.
Испытывали несколько разных типов волос, как показано в первом столбце таблицы результатов, для определения коэффициента ослабления для каждого тип волос в двух противоположных поляризациях: во-первых, когда компоненты электрического поля перпендикулярны главной оси волоса, и, во-вторых, когда компоненты электрического поля параллельны главной оси волоса.
-1
┴
II
Результаты эксперимента, показанные в таблице 1, количественно оценивают разность коэффициента ослабления (в мм) для коры и сердцевины разных типов волос под воздействием света с длиной волны 830 нм. В первом столбце показаны коэффициенты ослабления для каждого из участков коры и сердцевины волоса, когда ориентация перпендикулярна главной продольной оси волоса (E). Во втором столбце показаны коэффициенты ослабления, когда ориентация параллельна главной продольной оси волоса (E). Коэффициент ослабления также зависит от глубины фокусировки лазерного пучка, которая остается постоянной в ходе этих испытаний.
Таблица 1
Коэффициенты ослабления для коры и сердцевины участки разных типов волос, когда лазерный пучок ориентируется по-разному: E<sub>II</sub>= параллельный, E<sub>┴</sub>= перпендикулярный. Коэффициенты ослабления выражены в мм<sup>-1</sup>.
Кора
Сердцевина
Cостояние поляризации
E<sub>┴</sub>
E<sub>II</sub>
E<sub>┴</sub>
E<sub>II</sub>
Европеец блондин
0,22±0,1
0,25±0,1
75±21
79,8±23
Европеец седой
0,35±0,1
0,83±0,3
102,9±17
114,6±5
Европеец шатен
0,53±0,2
1,09±0,1
134±40
150,9±54
Европеец брюнет
6,2±0,6
7,7±0,7
52,3±4,5
65,8±12
Индиец брюнет
37±3,8
40,8±3,4
116,8±38
117,2±42
Результаты демонстрируют, что для каждого тип волос и компонента волоса коэффициент ослабления возрастает, когда компоненты электрического поля электромагнитных волн лазерного пучка ориентированы параллельно продольной оси волоса. Таким образом, волос можно срезать более эффективно, с меньшей необходимой энергией, когда лазерный пучок поляризован параллельно продольной оси волоса.
I
x
Ослабление можно вычислить с учетом потерь интенсивности в ходе взаимодействия, и интенсивность после прохождения () через объект толщиной  задается в виде:
0
, где I -интенсивность падающего пучка, и α - коэффициент ослабления.
Из вышеприведенного соотношения следует, что увеличение коэффициента ослабления, представленное в таблице 1, может снижать энергию, необходимую для срезания европейского блондинистого, седого и шатенового волоса в 2 раза, и эти улучшения также показаны для волос брюнета европейского и индийского происхождения.
Оптическую систему, продемонстрированную на испытательном стенде, описанном со ссылкой на фиг. 1, можно адаптировать для использования в устройстве резания волос, где используется лазерный пучок, например, лазерной электробритве. Лазерная электробритва содержит лазерный генератор и контроллер поляризации и может дополнительно содержать линзу для фокусировки лазерного пучка на волосы в зоне резания, где волосы принимаются в ходе использования. Оптическая система также может, в необязательном порядке, содержать любой из: отражающих элементов, например, зеркал или призм, для изменения направления лазерного пучка; фильтров, например, пространственного фильтра для устранения аберрации и других нежелательных помех из пучка; и/или расширителя пучка для расширения лазерного пучка для заполнения фокусирующей линзы.
Устройство для резания волос с использованием лазерного пучка может быть сформировано с основным корпусом и режущей головкой, которую можно снимать для очистки, обслуживания или замены. Таким образом, компоненты оптической системы могут располагаться либо в основном корпусе, либо в съемной режущей головке. Например, лазерный генератор и контроллер поляризации могут располагаться в корпусе электробритвы, тогда как оптические компоненты, например зеркала, могут располагаться в режущей головке для направления лазерного пучка в зону резания.
На Фиг. 2 показана схема оптической системы 11 для лазерной электробритвы, включающая в себя представление корпуса 12 устройства. Оптическая система 11 выполнена с возможностью поляризовать лазерный пучок для улучшенного резания волос, как объяснено выше. Оптическая система 11 аналогична экспериментальной установке 1, описанной со ссылкой на фиг. 1, и содержит лазерный генератор и контроллер 6 поляризации. Оптическая система 11 лазерной электробритвы, показанной на фиг. 2, имеет генератор 2 лазерного пучка, который генерирует лазерный пучок 4 к первому отражающему элементу 13, который направляет лазерный пучок через зону 15 резания на второй отражающий элемент 14, который направляет лазерный пучок от зоны 15 резания и кожи. Зона резания образуется в промежутке между первым и вторым отражающими элементами 13, 14. В этом примере, лазерный пучок 10 в зоне 15 резания располагается параллельно кожно-волосяному манипулятору 16 и отдельно от него, который контактирует с кожей 17 в ходе использования для поддержания параллельного разделения между поверхностью кожи и лазерным пучком и для манипулирования волосами в позицию резания.
Очевидно, что лазерный пучок не обязан проходить параллельно коже в ходе использования и, альтернативно, может располагаться под любым углом и даже может направляться к коже, на корни волос, находящиеся ниже внешней поверхности кожи. Кроме того, отражающие элементы являются необязательными; генератор 2 лазерного пучка, альтернативно, может располагаться в электробритве для направления лазерного пучка непосредственно к зоне резания или волосам.
На схематической фиг. 2 также показаны фильтр 7, расширитель 8 пучка и линза 9, которые могут быть таким же, как описано со ссылкой на испытательный стенд, показанный на фиг. 1. Эти компоненты располагаются между генератором 2 лазерного пучка и первым отражающим элементом 13 или, альтернативно, если отражающие элементы не используются, между генератором лазерного пучка и зоной резания.
Генератор 2 лазерного пучка может генерировать лазерный пучок 4 в любой области электромагнитного спектра, но предпочтительно в ультрафиолетовом или инфракрасном участках электромагнитного спектра. Например, в ультрафиолетовом спектре, лазерный пучок может иметь длину волны от 200 нм до 500 нм, более предпочтительно, от 350 нм до 450 нм. В инфракрасном спектре, лазерный пучок может иметь длину волны от 2000 нм до 2500 нм или от 2500 нм до 3500 нм, более предпочтительно, от 2575 нм до 3000 нм. Альтернативно, лазерный пучок может иметь длину волны от 200 нм до 900 нм или от 1,5 мкм до 3,5 мкм или от 5 мкм до 10 мкм. Как объяснено выше, длину волны можно выбирать в зависимости от длины волны пика поглощения для данного типа волос.
Контроллер 6 поляризации может быть выполнен с возможностью изменения поляризации лазерного пучка посредством фильтра, путем отфильтровывания волн, не имеющих нужной ориентации. Примерами этого типа контроллера поляризации являются поляризаторы типа проволочной сетки, поглощающие поляризаторы, отражающие поляризаторы и светоделительные поляризаторы, любые из которых пригодны. Поляризаторы фильтрационного типа могут приводить к снижению энергии пучка, поскольку некоторые волны блокируются или поглощаются. Однако эффективность резания лазерного пучка повышается благодаря поляризации, поскольку больше энергии пучка поглощается волосом, что позволяет снижать необходимую полную мощность лазерного пучка.
Альтернативно, контроллер 6 поляризации может представлять собой фазовую пластинку, например, полуволновую пластинку, которая замедляет некоторые компоненты невыровненных волн для вращения и выравнивания волн посредством поляризации. Поляризаторы типа фазовой пластинки оказывают меньшее влияние на энергию пучка, чем поляризаторы фильтрационного типа, что позволяет дополнительно снижать общую энергию пучка.
Контроллер 6 поляризации может быть выполнен с возможностью регулировки ориентации поляризации, например, путем вращения части контроллера поляризации или всего контроллера поляризации, по команде от контроллера или при получении пользовательского ввода. Контроллер 6 поляризации может быть отдельным компонентом, как показано на фиг. 2, или может быть объединен или составлять единое целое с генератором лазерного пучка, в связи с чем, вращение генератора лазерного пучка изменяет ориентацию поляризации лазерного пучка.
Необязательный расширитель 8 пучка может быть призматическим и расширять пучок для заполнения фокусирующей линзы 9. Пространственный фильтр 7 может изменять лазерный пучок для устранения аберраций, обусловленных несовершенным, загрязненным или поврежденным оптическим оборудованием. После прохождения через контроллер 6 поляризации и пространственный фильтр 7 лазерный пучок 10 будет иметь единственную поперечную моду, в том смысле, что компоненты волн имеют однородную и фиксированную ориентацию.
После прохождения поляризованного лазерного пучка 10 через необязательные расширитель 8 пучка и пространственный фильтр 7, линза 9 фокусирует пучок 10 вблизи волоса 18, в зоне резания. Если отражающие элементы 13, 14 используются после прохождения пучка через контроллер 6 поляризации, отражение может приводить к изменению ориентации поляризации, и этот эффект нужно учитывать при позиционировании и ориентировании генератора лазерного пучка и/или контроллера 6 поляризации.
Для определения оптимального угла поляризации относительно устройства электробритвы, необходимо учитывать ориентацию волос 18 при перемещении электробритвы по коже. Было определено, что естественный угол между волосом и поверхностью кожи обычно изменяется между 27 градусами и 87 градусами. Этот большой диапазон препятствует усовершенствованиям, полученным за счет ориентирования поляризации лазерного пучка в одной фиксированной ориентации в любой момент, поскольку лазерный пучок не удается одновременно выровнять со всеми волосами. Для повышения производительности, устройство резания волос может включать в себя кожно-волосяной манипулятор, который прижимается к коже в ходе использования и который манипулирует волосами в нужную ориентацию относительно кожи, когда устройство перемещается по поверхности кожи. Предпочтительный угол волос относительно кожи, который согласуется с ориентацией поляризованного лазерного пучка, может составлять, например, 90 градусов. Как показано на фиг. 2, кожно-волосяной манипулятор 16 может иметь гребенку, выступающий с одной стороны, которая манипулирует волосами, заставляя их вставать дыбом. Кожно-волосяной манипулятор, альтернативно, может представлять собой, по существу, плоскую пластинку с множеством отверстий или ламель, через который волосы выступают в ходе использования. Кожно-волосяной манипулятор, альтернативно, может представлять собой выступающий прямой край, который перемещается по коже в ходе использования и который толкает волосы на коже в стоячую позицию, пригодную для резания лазерным пучком.
Оптическая система может, дополнительно или альтернативно, генерировать множественные лазерные импульсы, фокусы которых расположены вблизи друг друга в зоне резания. Фокусы может располагаться достаточно близко друг к другу, чтобы множественные фокусы находились в пределах диаметра волоса для повышения эффективности резания. Эти импульсы можно генерировать из множественных генераторов лазерного пучка или из единственного генератора лазерного пучка с задержкой, которая меньше или равна времени тепловой релаксации волоса - времени, в течение которого волос возвращается к нормальной температуре после нагревания лазерным импульсом. Таким образом, температура волоса будет увеличиваться, пока волос не будет испарен и срезан.
Как объяснено выше, оптическая система 11 для лазерной электробритвы, которая поляризует лазерный пучок для выравнивания компонент электрического поля с волосом, повышает производительность резания устройства за счет снижения раздражения кожи и/или снижения необходимой мощности лазерного пучка. Это достигается благодаря тому, что волос может поглощать более высокую долю энергии лазерного пучка, в том смысле, что меньше энергии будет взаимодействовать с кожей, что позволяет снижать мощность лазерного пучка. Пониженная мощность лазерного пучка приведет к увеличению времени работы аккумулятора и снижению повреждения оптических компонентов. Кроме того, повышенная результативность процесса резания означает, что скорость, с которой устройство перемещается по коже, можно увеличить, не снижая производительность резания. Можно увеличить максимальную скорость, с которой можно пользоваться устройством, в то же время, достигая удовлетворительной производительности резания.
Кроме того, как показано на фиг. 2, устройство резания волос может дополнительно включать в себя модуль 19 обнаружения волос, а также вышеописанные кожно-волосяной манипулятор 16 и генератор 2 лазерного пучка. Модуль 19 обнаружения волос может использовать конфокальное формирование изображения с разрешением по поляризации или любые другие методы формирования двух- или трехмерных изображений для обнаружения волос и определения направления главной продольной оси этих волос.
Модуль обнаружения волос, показанный на фиг. 2, использует конфокальное формирование изображения с разрешением по поляризации, которое включает в себя источник 20 света, апертуру 21, делитель 22 пучка, линзу 23 и детектор 24, например камеру. Компоновка освещает зону резания, подлежащую визуализации, через апертуру 21, которая распределяет свет на линзу 23, которая фокусирует свет на зону 15 резания. Делитель 22 пучка отделяет изображение в отраженных лучах для детектора 24. При использовании конфокального формирования изображения с разрешением по поляризации, волосы 18 необходимо приводить в конус 25 обнаружения, образованный источником 20 света и апертурой 21, для достижения максимальной чувствительности (обнаружения всех волос) и специфичности (возможности отличить волосы от кожи).
Модуль 19 обнаружения волос позволяет определять углы волос 18 относительно кожи 17, что дает оптимальный угол для ориентации поляризованного лазерного пучка 10. Модуль 19 обнаружения волос может быть выполнен с возможностью определения среднего угла для всех волос 18 в зоне 15 резания, что позволяет выбирать оптимальный угол ориентации поляризации. Ориентацию поляризации можно определять в соответствии с этим измерением и можно регулировать путем вращения контроллера 6 поляризации и/или генератора 2 лазерного пучка в соответствии с определенной ориентацией волос 18 в зоне 15 резания. Устройство может содержать контроллер (не показан), который принимает измерения от модуля 19 обнаружения волос и выдает сигналы управления на привод, выполненный с возможностью изменения ориентации поляризации.
Генератор лазерного пучка может быть выполнен с возможностью генерации последовательности лазерных импульсов с пониженной энергией. Каждый отдельный импульс может не иметь достаточной энергии для срезания волоса, но совокупный эффект оптическое поглощение позволяет испарять и срезать волосы. Задержку между лазерными импульсами можно определять с учетом времени тепловой релаксации волоса - времени, в течение которого волос, подвергнутый воздействию лазерного импульса, возвращается к нормальной температуре. Межимпульсное время должно быть меньше времени тепловой релаксации для волоса, благодаря чему, тепло накапливается и увеличивается до момента, когда волос испаряется и срезается. Лазерная импульсная компоновка дополнительно снижает требования к энергии генератора лазерного пучка. Кроме того, каждый импульс пониженной мощности меньше взаимодействует с кожей и, таким образом, вызывает меньшее раздражение.
Оптическая система также может быть выполнена с возможностью направления лазерного пучка через зону резания более одного раза, таким образом, создавая многопроходную лазерную электробритву. Множественные лазерные пучки в зоне резания повышают эффективность резания устройства, поскольку меньше волос могут проходить через зону резания, не взаимодействуя с лазерным пучком и не срезаясь им. Устройство, альтернативно, может содержать множество генераторов лазерного пучка, которые направляют множество лазерных пучков в зону резания и в этом случае ориентация поляризации каждого из множественных лазерных пучков управляется для повышения эффективности резания. Преимущество наличия множественных лазерных пучков состоит в том, что каждый отдельный лазерный пучок может иметь более низкую мощность, и совокупный эффект множественных пучков будет приводить к срезанию волос. Это снижает раздражение кожи, поскольку каждый отдельный лазерный пучок меньше взаимодействует с кожей и генерирует меньше тепла.
Очевидно, что изобретение, заданное в формуле изобретения, не ограничивается устройством лазерной электробритвы, как описано в вышеприведенных примеров, но, альтернативно, легко может быть адаптировано для использования в качестве триммера или машинки для стрижки волос или любого устройства для резания волос с использованием лазерного пучка.
Очевидно, что термин “содержащий” не исключает наличия других элементов или этапов, и употребление их наименований в единственном числе не исключает наличия их множества. Единичный процессор может выполнять функции нескольких элементов, упомянутых в формуле изобретения. Лишь тот факт, что определенные меры упомянуты в отличающихся друг от друга зависимых пунктах формулы изобретения, не указывает, что комбинацию этих мер нельзя использовать с преимуществом. Никакие ссылочные позиции в нижеследующей формуле изобретения не следует рассматривать в порядке ограничения ее объема формулы изобретения.
Хотя пункты формулы изобретения сформулированы в этой заявке в отношении конкретных комбинаций признаков, следует понимать, что объем раскрытия настоящего изобретения также включает в себя любые раскрытые здесь признаки новизны или любые комбинации признаков новизны, явно или неявно, или любое их обобщение, независимо от того, относится ли оно к тому же изобретению, которое в настоящее время заявлено в любом пункте формулы изобретения, и независимо от того, сглаживает ли оно любой или все из тех же технических проблем, что и родительское изобретение. Заявители обращают внимание на то, что можно сформулировать новые пункты формулы изобретения в отношении таких признаков и/или комбинаций признаков в ходе работы над настоящей заявкой или любой дополнительной заявкой, выведенной из нее.