УСТРОЙСТВО ДЛЯ УХОДА ЗА ВОЛОСАМИ С ДЕТЕКТОРОМ ВОЛОС
HAIR CARE DEVICE WITH HAIR DETECTOR

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к устройству ухода за волосами, которое содержит детектор на основе света для обнаружения волос вблизи поверхности кожи, детектор содержит источник света для генерации светового луча, оптические элементы для фокусирования светового луча на волосах вблизи поверхности кожи и поляризационно-чувствительный оптический датчик света для обнаружения света, который взаимодействует с волосами или поверхностью кожи и имеет предварительно определенную линейную поляризацию.
Настоящее изобретение также относится к устройству для бритья с детектором на основе света, как описано ранее, и к способу обнаружения волос вблизи поверхности кожи.
Уровень техники
Такое устройство для ухода за волосами известно, например, из патентной заявки США, опубликованной как US 2010/0063491 A1. Данная патентная заявка описывает детектор для обнаружения волос вблизи поверхности кожи части тела. Устройство содержит источник света и датчик для обнаружения излучения, возвращающегося от упомянутых волос. Устройство дополнительно содержит эллиптический, предпочтительно круговой, поляризатор между источником и указанной поверхностью кожи для предоставления света с эллиптической или круговой поляризацией на поверхности кожи. Отражение или рассеяние света на поверхности раздела воздух-кожа существенно не изменяет направление поляризации. В свете, отраженном или рассеянном на волосах, направление поляризации изменяется из-за двулучепреломления наружным слоем и сердцевиной. Оптические элементы, включая поляризационный расщепитель луча, обуславливают то, что датчик не обнаруживает свет, отраженный от поверхности раздела воздух-кожа.
Детектор US 2010/0063491 A1 был разработан, чтобы решить проблему других известных оптических детекторов волос с использованием линейно поляризованного света. В детекторах с использованием линейно поляризованного света надежность обнаружения зависит от ориентации волос по отношению к направлению поляризации. Использование света с круговой поляризацией делает детектор US 2010/0063491 A1 более или менее независимым от ориентации волос, что делает обнаружение более надежным. Однако и при использовании света с круговой поляризацией контраст еще не полностью независим от ориентации волос. Одной из проблем этого известного устройства является то, что световой луч может (частично) потерять свою эллиптическую или круговую поляризацию, прежде чем он достигает кожи.
Задача изобретения
В свете вышеизложенного задачей настоящего изобретения является создание устройства для ухода за волосами с детектором на основе света для обнаружения волос вблизи поверхности кожи, используя альтернативные меры, чтобы сделать обнаружение независимым от ориентации волос.
Сущность изобретения
В соответствии с первым аспектом настоящего изобретения эта задача решается предоставлением устройства для ухода за волосами, которое содержит детектор на основе света для обнаружения волос вблизи поверхности кожи. Детектор содержит источник света для генерации светового луча, оптические элементы для фокусирования светового луча на волосах вблизи поверхности кожи и поляризационно-чувствительный оптический датчик света для обнаружения света, который взаимодействует с волосами или поверхностью кожи и имеет предварительно определенную линейную поляризацию. Источник света и/или оптические элементы расположены так, чтобы при достижении волос или поверхности кожи заставить световой луч иметь направление поляризации, которое неизменно во времени и варьируется в пространстве в поперечных сечениях светового луча.
В световом луче с неизменным во времени переменным в пространстве направлением поляризации в поперечных сечениях светового луча направление вектора поляризации различно для различных положений в поперечном сечении луча и не меняется с течением времени. Это отличается от линейно поляризованного света, в котором вектор поляризации имеет сходное направление в каждом положении в поперечном сечении луча, а также отличается от неполяризованного света, который не имеет определенного направления поляризации вообще и в котором направление поляризации изменяется случайным образом с течением времени. Это также отличается от света с круговой поляризацией, где направление поляризации в каждом положении в поперечном сечении луча изменяется в течение периода поляризации.
Двумя хорошо известными примерами пространственно переменной поляризации являются радиальная поляризация и азимутальная поляризация. В радиально поляризованном свете в каждом положении в поперечном сечении луча вектор поляризации указывает от или к центру поперечного сечения луча (см. фиг. 1а). В азимутально поляризованном свете вектор поляризации является тангенциальным к центру поперечного сечения луча в любом положении в поперечном сечении луча (см. фиг. 1b). В дальнейшем изобретение рассмотрено с использованием радиально поляризованного света, но изобретение работает аналогичным образом для азимутально поляризованного света или света с другими типами пространственно переменной поляризации.
Когда свет взаимодействует с волосами или поверхностью кожи, свет может, например, рассеиваться, отражаться или преломляться. Кроме того, в зависимости от структуры поверхности кожи состояние поляризации луча может изменяться или не изменяться. Когда луч света падает на поверхность кожи человека, свет сохраняет свою поляризацию. Если свет падает на поверхность в положении, где находятся волосы, поляризация изменяется (для примера см. фиг. 2). Так как поляризация в некоторых направлениях изменяется больше, чем поляризации в других направлениях, луч теряет свою радиальную поляризацию. Датчик, чувствительный к свету с предварительно определенным направлением поляризации, обнаруживает отраженный свет. Если световой луч имеет доминирующее направление поляризации, тогда предпочтительно датчик является чувствительным к свету с другим направлением поляризации. Когда состояние поляризации отраженного луча отличается от исходной пространственно переменной поляризации падающего луча, измеренная интенсивность света, обнаруженного поляризационно-чувствительным датчиком, также изменяется. Этот эффект не зависит от ориентации волос. Хотя ориентация волос влияет на профиль поляризации отраженного луча, интенсивность луча в направлении предварительно определенной поляризации всегда отличается от интенсивности, которая измерялась бы для незатронутого луча. Использование неизменного во времени переменного в пространстве поляризованного падающего светового луча, таким образом, предоставляет надежный способ обнаружения, который не зависит от ориентации волос, подлежащих обнаружению.
Неизменную во времени переменную в пространстве поляризацию можно, например, получать, используя источник света, который выполнен с возможностью создавать световой луч с неизменной во времени переменной в пространстве поляризацией. Это может быть достигнуто, например, путем предоставления лазерного источника с использованием конической призмы Брюстера. Другим способом предоставления падающего светового луча с требуемой поляризацией может быть размещение пространственно переменного замедлителя на оптическом пути между источником лазерного излучения и поверхностью, подлежащей сканированию. Альтернативно, оптические элементы могут содержать чип LCoS, предназначенный для преобразования состояния поляризации падающего светового луча в радиальную, азимутальную или другого типа переменную в пространстве поляризацию.
С целью дальнейшего повышения точности обнаружения волос устройство может дополнительно содержать второй поляризационно-чувствительный датчик для обнаружения света, отраженного, рассеянного или преломленного на волосах или на поверхности кожи, и имеющий поляризацию, перпендикулярную предварительно определенной линейной поляризации. Когда состояние поляризации светового луча сохраняется, датчик, выровненный с поляризацией входящего света, будет измерять максимальную интенсивность или, в том случае, если состояние поляризации светового луча является деполяризованным, оба датчика будут измерять сходные интенсивности. Когда состояние поляризации светового луча изменяется, различные датчики измеряют различную интенсивность. Разница между интенсивностями или их соотношение, измеренные обоими датчиками, является хорошим показателем наличия волос.
Устройство для ухода за волосами согласно изобретению дополнительно может быть адаптировано для срезания или удаления обнаруженных волос. Такое устройство для бритья имеет преимущество, состоящее в том, что за счет точного обнаружения волос оно будет пытаться срезать или удалять только существующие волосы. Это уменьшает возможные вредные эффекты, которые режущий или удаляющий механизм может оказывать на кожу.
В соответствии с дополнительным аспектом настоящего изобретения предоставлен способ обнаружения волос вблизи поверхности кожи. Способ включает в себя генерацию светового луча, фокусирование светового луча на волосах вблизи поверхности кожи и обнаружение света, который взаимодействует с волосами или поверхностью кожи и имеет заданную линейную поляризацию. Генерация и/или фокусирование заставляет световой луч, при достижении волос или поверхности кожи, иметь направление поляризации, которое является неизменным во времени и переменным в пространстве в поперечных сечениях светового луча.
Эти и другие аспекты настоящего изобретения очевидны из и будут объяснены со ссылкой на варианты осуществления, рассмотренные далее в настоящем документе.
Краткое описание чертежей
На чертежах:
Фиг. 1а показывает поперечное сечение светового луча с радиальной поляризацией,
Фиг. 1b показывает поперечное сечение светового луча с азимутальной поляризацией,
Фиг. 2а показывает поперечное сечение светового луча с радиальной поляризацией после взаимодействия с волосами,
Фиг. 2b показывает поперечное сечение светового луча с азимутальной поляризации после взаимодействия с волосами,
Фиг. 3 показывает детектор на основе света согласно изобретению,
Фиг. 4 показывает пространственно переменный замедлитель, и
Фиг. 5 показывает устройство для бритья согласно изобретению.
Осуществление изобретения
Фиг. 1а показывает поперечный разрез светового луча 31 с радиальной поляризацией. В каждом положении в поперечном сечении луча 31 поляризация направлена к центру или от центра поперечного сечения луча 31. Фиг. 1b показывает поперечное сечение светового луча 32 с азимутальной поляризацией. В каждом положении в поперечном сечении светового луча 32 поляризация направлена тангенциально относительно центра светового луча 32. Когда радиально или азимутально поляризованные падающие световые лучи 31, 32 достигают, например, поверхности кожи, световые лучи 31, 32 отражаются без изменения направления поляризации.
Фиг. 2а показывает поперечное сечение светового луча 33 после взаимодействия с волосами. Когда радиально поляризованный световой луч 31 на фиг. 1а взаимодействует с волосами, световой луч 31 отражается и направление его поляризации изменяется. Волосы, однако, не изменяют все направления поляризации в одинаковой степени. Некоторые векторы поляризации повернуты на относительно большой угол, в то время как другие векторы поляризации повернуты на меньшие углы или вообще едва повернуты. Схематичный пример состояния поляризации в поперечном сечении отраженного светового луча 33 показан на фиг. 2а. Точное состояние поляризации отраженного светового луча 33 зависит от состояния поляризации входящего светового луча 31, текстуры поверхности и ориентации волос. Как разъяснено ниже со ссылкой на фиг. 3 и 4, этот эффект вращения поляризации может быть использован для обнаружения волос. Фиг. 2b показывает поперечное сечение светового луча 34 с азимутальной поляризацией после преломления на волосах. Когда азимутально поляризованный световой луч 32 на фиг. 1 взаимодействует с волосами, луч 32 отражается и его направление поляризации изменяется.
Фиг. 3 показывает детектор 10 на основе света согласно изобретению. Детектор 10 в соответствии с изобретением адаптирован для обнаружения волос 22 на коже 21 человека или животного. Обнаружение волос может быть полезно, например, при бритье на основе ИИС (интенсивный импульсный свет) или на основе лазера, при удалении волос или в устройствах для снижения роста волос. Альтернативно, детектор 10 может быть использован в других типах устройств для ухода за волосами, например в устройствах для окраски волос. Детектор 10 на основе света на фиг. 3 содержит лазерный источник 11 для испускания лазерного луча, предпочтительно в ближней инфракрасной или инфракрасной части спектра. Например, может быть использован свет с длиной волны 785 или 850 нм. Оптические элементы, такие как линзы 16 и/или зеркала 17, фокусируют световой луч на коже 21. Блок управления (не показан), соединенный с лазерным источником 11 и/или оптическими элементами 16, 17 (частично), управляет точным оптическим путем лазерного луча, чтобы контролировать точный участок кожи 21, который тестируется на наличие волос 22, и сделать возможным сканирование линий или двумерных (2D) участков кожи 21.
Согласно изобретению световой луч 31, падающий на волосы или кожу 21, имеет неизменное во времени и переменное в пространстве направление поляризации в поперечном сечении светового пучка 31. Световой луч 31 может, например, иметь радиальную или азимутальную поляризацию. В дальнейшем для описания изобретения использован радиально поляризованный свет, однако тот же детектор 10 также может быть использован с азимутально поляризованным светом или другими типами неизменного во времени и переменного в пространстве поляризованного света. Радиальная поляризация может быть получена различными способами. Например, лазерный источник 11 сам по себе может предоставлять свет с радиальной поляризацией. Этого можно добиться, предусмотрев в лазерном источнике 11 коническую призму Брюстера.
Другим способом предоставить падающий световой луч 31 с радиальной поляризацией может быть размещение пространственно переменного замедлителя 14 на оптическом пути между лазерным источником 11 и поверхностью кожи 21, которая подлежит сканированию. Пространственно переменный замедлитель 14 преобразует линейно поляризованный свет в распределение радиальной или близкой к радиальной поляризации. Для обеспечения пространственно переменного замедлителя 14 линейно поляризованным светом сам лазерный источник 11 может предоставлять линейно поляризованный свет или поляризатор должен быть расположен где-то на пути света для обеспечения пространственно переменного замедлителя 14 линейно поляризованным светом. Пример пространственно переменного замедлителя 14 рассмотрен далее со ссылкой на фиг. 4. Альтернативно, оптические элементы могут содержать чип LCoS, предназначенный для преобразования состояния поляризации падающего светового луча в радиальную или азимутальную поляризацию.
Падающий световой луч 31 с радиальной поляризацией отражается от волос 22 или кожи 21. Если в положении отражения волосы отсутствуют, отраженный световой луч имеет такое же или сходное состояние поляризации, как и входящий световой луч 31 (см. фиг. 1а). Если, однако, падающий световой луч 31 попадает на волосы 22, состояние поляризации луча изменится. Так как поляризация в некоторых направлениях изменяется больше, чем поляризация в других направлениях, луч теряет свое радиальное или близкое к радиальному состояние поляризации. Фиг. 2а показывает пример состояния поляризации светового луча после отражения от волос 22.
Отраженный луч затем вновь попадает в детектор 10. Оптические элементы 16, 17 направляют возвращенный луч к поляризационно-чувствительному датчику 12 света. Полупрозрачные зеркала 18 могут быть использованы для предоставления различных путей прохождения света для исходящих и возвращенных световых лучей. Датчик 12 света чувствителен к свету с предварительно определенным направлением поляризации. Это может быть достигнуто путем предоставления поляризационного фильтра 15, который пропускает только свет с конкретным направлением поляризации. Поляризационный фильтр 15 предпочтительно выполнен так, что датчик 12 света дает минимальный отклик при калибровочном измерении с недвулучепреломляющим материалом. При калибровке этим способом любой измеряемый сигнал выше упомянутого минимального отклика указывает на повышенную вероятность обнаружения волос 22 в качестве двулучепреломляющего объекта. Если падающий световой луч имеет доминирующее направление поляризации, этого можно добиться, сделав датчик 12 света чувствительным к свету с поляризацией, ортогональной доминирующей падающей поляризации.
Дополнительно, второй поляризационно-чувствительный оптический датчик 13 света может быть предоставлен для обнаружения света с направлением поляризации, ортогональным направлению поляризации света, обнаруженного первым датчиком 12 света. Блок управления может, например, использовать разницу между или соотношение обоих сигналов, чтобы предоставлять меру вероятности того, что волосы обнаружены.
Фиг. 4 показывает пространственно переменный замедлитель 14. Этот пространственно переменный замедлитель 14 состоит из восьми секторов λ/2 волновых пластинок для создания неизменной во времени переменной в пространстве поляризации и для преобразования линейно поляризованного света в свет, имеющий распределение близкой к радиальной поляризации. Каждый сектор поворачивает вектор поляризации входящего линейно поляризованного светового луча на отличающийся угол. Эксперименты показали, что распределение поляризации в ближнем поле сразу после прохождения через пространственно переменный замедлитель 14 с восемью секторами близко к идеально радиальному распределению поляризации, за исключением воздушных зазоров между секторами. Сходные результаты будут получены при использовании другого количества секторов.
Фиг. 5 показывает устройство 40 для бритья согласно изобретению. Устройство 40 для бритья содержит детектор волос, подобный описанному выше со ссылкой на фиг. 3. Одинаковые ссылочные позиции соответствуют сходным признакам. В дополнение к признакам, уже описанным раньше, устройство 40 для бритья может также содержать оптическое или контактное окно 43 и иммерсионное текучее вещество (флюид) 44 для улучшения свойств проникновения излучения в кожу 21. Например, флюид 84 может быть флюидом согласования показателей преломления, который имеет показатель преломления, который находится посередине между таковым оптического окна и таковым кожи 21. Все показатели преломления предпочтительно по существу равны. Это также снижает отражение от кожи 21. Флюид 44 может быть также выбран с целью охлаждения кожи 21 или ее обработки иным способом. Кроме того, хотя контактное окно 43 не является обязательным, оно помогает, выступая в качестве эталона для определения положений объектов на коже, таких как волосы 22.
Устройство 40 для бритья может использовать лазерный источник 11 не только для обнаружения, но и для срезания волос 22. Когда лазерный источник 11 используется для срезания, он может работать на другом уровне мощности, чем при обнаружении волос 22. В качестве альтернативы, отдельный лазерный источник (не показан) используется для срезания волос 22. Управление процессом срезания можно выполнять с помощью блока управления или дополнительного процессора срезания (не показан). Процессор срезания соединен с детектором 10 на основе света, чтобы активировать срезающий волосы лазерный источник в положении фокуса срезающего волосы лазерного луча вблизи поверхности кожи 21, на которой детектор на основе света обнаружил наличие волос 22.
Следует отметить, что вышеупомянутые варианты осуществления иллюстрируют, а не ограничивают изобретение, и что специалисты в данной области техники смогут разработать множество альтернативных вариантов осуществления без отхода от объема прилагаемой формулы изобретения. В формуле изобретения любые ссылочные позиции, помещенные в скобках, не следует толковать в качестве ограничения формулы изобретения. Использование глагола "содержать" и его спряжений не исключает наличия элементов или этапов, отличных от тех, которые указаны в формуле изобретения. Элемент в единственном числе не исключает наличия множества таких элементов. Изобретение может быть реализовано посредством аппаратного обеспечения, содержащего несколько отдельных элементов, и посредством соответствующим образом запрограммированного компьютера. В пункте формулы изобретения на устройство с перечислением нескольких средств некоторые из этих средств могут быть осуществлены в одном и том же элементе аппаратного обеспечения. Тот факт, что определенные меры изложены во взаимно различных зависимых пунктах формулы изобретения, не означает, что из комбинации этих мер не может быть извлечена польза.