РЕЖУЩИЙ УЗЕЛ ДЛЯ УСТРОЙСТВА ДЛЯ СТРИЖКИ ВОЛОС
CUTTING UNIT FOR DEVICE FOR HAIR CUTTING

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ
Изобретение относится к режущему узлу для устройства для стрижки волос, пригодного для стрижки (например, сбривания) волос на теле субъекта, и в частности относится к устройству для стрижки волос, в котором используется лазерное излучение для стрижки или сбривания волос.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
В бреющих устройствах для стрижки или сбривания волос на теле субъекта обычно используются одно или более лезвий, которые срезают волосы, по мере того как лезвие совершает движение по коже субъекта. Лезвия в устройстве могут быть статичными, например, как в бритве для влажного бритья, в то время как в устройствах другого типа, например, в электрических бритвах, могут приводиться в действие один или более режущих элементов (например, вращаться или совершать колебания), чтобы создать режущее действие.
Однако в публикации WO 2014/143670 предложено бреющее устройство альтернативного типа, в котором используется лазерное излучение. В частности, предусмотрен источник лазерного излучения, выполненный с возможностью генерировать лазерное излучение, имеющее длину волны, подобранную для воздействия на заданный хромофор для эффективного срезания стержня волоса. На бреющем участке устройства расположено оптоволокно, выполненное с возможностью приема лазерного излучения от источника лазерного излучения на проксимальном конце, проведения лазерного излучения от проксимального конца к дистальному концу и испускания светового излучения из режущей области оптоволокна в направлении волоса, когда режущая область приводится в соприкосновение с волосом.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Для достижения высокого качества бритья количество светового излучения, привносимого в волос, после того как между волосом и оптоволокном установлен первоначальный контакт, должно быть достаточно большим, чтобы эффективно инициировать плавление/сжигание/срезание волоса.
Обычное оптоволокно с «голым» ядром обладает затухающим полем, но его интенсивность, как правило, недостаточна для срезания или плавления волос. Когда волос соприкасается с ядром волокна, полное внутреннее отражение нарушается и световое излучение передается из ядра в волос. Этот эффект известен как «нарушенное полное внутреннее отражение». Однако площадь поверхности контакта между волосом и ядром волокна относительно мала, а потому количество энергии, переносимой от волокна к волосу, также относительно мало. Количество переносимой энергии может быть слишком мало, чтобы инициировать процесс плавления, при этом вывод излучения по-прежнему недостаточен для инициации плавления/сжигания/срезания волоса.
Таким образом, существует потребность в устройстве для стрижки волос, в котором перенос энергии к волосу в результате передачи светового излучения от волокна волосу повышается, чтобы обеспечить более совершенное режущее (плавящее) действие.
Согласно первому аспекту предложен режущий узел для использования в устройстве для стрижки волос, при этом режущий узел содержит световодный элемент для направления светового излучения от источника света к режущему элементу, при этом режущий элемент содержит оптический волновод для приема светового излучения от приемника света, при этом участок боковой стенки оптического волновода образует режущую поверхность для контакта с волосом; причем световодный элемент содержит конусную переходную секцию, в которой диаметр световодного элемента уменьшается от первого диаметра до второго диаметра.
Путем уменьшения диаметра оптического волновода в световодном элементе с помощью конуса числовая апертура волновода увеличивается, что приводит к увеличению числа отражений в волноводе, а значит, увеличению количества светового излучения, которое может выводиться из оптического волновода в окружающую среду, например, в волос. Кроме того, путем увеличения числовой апертуры оптического волновода относительная глубина проникновения затухающих волн, генерируемых от боковой стенки оптического волновода, увеличивается, что приводит к увеличению количества излучения, выдаваемого из волновода в окружающую среду (например, волосы).
В некоторых вариантах осуществления первый диаметр и второй диаметр могут выбираться так, чтобы световое излучение, распространяющееся через режущий элемент, имело угол падения, равный или близкий к максимальному углу, поддерживаемому режущим элементом. В альтернативных вариантах осуществления первый диаметр и второй диаметр могут выбираться так, чтобы световое излучение, распространяющееся через режущий элемент, имело угол падения, превышающий максимальный угол, поддерживаемый режущим элементом.
В некоторых вариантах осуществления световодный элемент может содержать участок оптического волновода. Таким образом, световодный элемент и режущий элемент могут быть выполнены из одиночного оптического волновода, например единого оптического волокна.
Длина конусной переходной секции может выбираться так, чтобы свести к минимуму количество светового излучения, выводимого через стенку световодного элемента в конусной переходной секции. В некоторых вариантах осуществления длина конусной переходной секции может составлять приблизительно от 1 мм до 10 мм.
Режущий элемент может иметь длину от 2 мм до 50 мм.
В некоторых вариантах осуществления световодный элемент содержит сердцевину и участок оболочки, окружающий сердцевину.
По меньшей мере, световодный элемент или режущий элемент может содержать оптическое волокно. В некоторых вариантах осуществления режущий элемент может содержать кварцевую проволоку.
В некоторых вариантах осуществления режущий узел может дополнительно содержать обратную конусную переходную секцию, в которой диаметр оптического волновода увеличивается от второго диаметра до первого диаметра.
Согласно второму аспекту предложено устройство для стрижки волос, предназначенное для стрижки волос на теле субъекта, при этом устройство для стрижки волос содержит источник света для генерирования светового излучения на одной или более конкретных длинах волн, соответствующих длинам волн, поглощаемым одним или более хромофорами в волосах; а также режущий узел, соединенный с источником света для приема светового излучения. Режущий узел может содержать вышеописанный режущий узел.
В некоторых вариантах осуществления источник света может содержать источник лазерного излучения для генерирования лазерного излучения.
Устройство для стрижки волос в некоторых вариантах осуществления может дополнительно содержать один или более оптических элементов для коллимации и/или фокусировки лазерного излучения, сгенерированного источником света.
В некоторых вариантах осуществления устройство для стрижки волос может дополнительно содержать, по меньшей мере, один компонент, выбираемый из группы, содержащей: отражатель, датчик, поглотитель света (light dump), дополнительный источник света. Этот, по меньшей мере, один компонент может быть выполнен с возможностью действовать после того, как световое излучение прошло через режущий элемент.
Согласно третьему аспекту предложено устройство для стрижки волос, предназначенное для стрижки волос на теле субъекта, при этом устройство для стрижки волос содержит источник света для генерирования светового излучения, например лазерного излучения, на одной или более конкретных длинах волн, соответствующих длинам волн, поглощаемым одним или более хромофорами в волосах; световодный элемент для направления светового излучения от источника света к режущему элементу, при этом режущий элемент содержит оптический волновод, соединенный с источником света для приема лазерного излучения, при этом участок боковой стенки оптического волновода образует режущую поверхность для контакта с волосом; при этом световодный элемент содержит сужающуюся секцию, в которой диаметр световодного элемента уменьшается от диаметра со стороны источника света до диаметра со стороны режущего элемента.
В некоторых вариантах осуществления конусность и скорость близки к пределу, поддерживаемому изменением показателя преломления при переходе от оболочки волокна к окружающей среде.
В некоторых вариантах осуществления конусность и скорость равны пределу, поддерживаемому изменением показателя преломления при переходе от оболочки волокна к окружающей среде.
В некоторых вариантах осуществления конусность и скорость незначительно превышают предел, поддерживаемый изменением показателя преломления при переходе от оболочки волокна к окружающей среде.
В некоторых вариантах осуществления окружающая среда может представлять собой воздух, когда устройство должно использоваться по аналогии с устройством для сухого бритья.
В альтернативных вариантах осуществления окружающая среда может представлять собой добавку для бритья на основе воды, геля, пены или масла, когда устройство должно использоваться по аналогии с устройством для влажного бритья.
В некоторых вариантах осуществления источник света устройства для стрижки волос может содержать лазерный диод с волоконным выводом или источник света любого другого типа, испускающий излучение в диапазоне от ультрафиолетовой области до длины волны зеленой области видимого спектра, т.е. от 370 нм до 550 нм.
В более предпочтительных вариантах осуществления источник света может испускать излучение в диапазоне длин волн фиолетовой или голубой области видимого спектра от 400 до 470нм.
В еще более предпочтительных вариантах осуществления источник света может испускать световое излучение с длиной волны от 405 до 465 нм или от 444 до 463 нм, или 450 нм.
В вариантах осуществления, содержащих волоконный вывод, данный волоконный вывод может устанавливаться на лазерном диоде посредством сочетания двух асферических линз для коллимации и фокусировки светового излучения на проксимальный конец волокна.
В некоторых вариантах осуществления устройства для стрижки волос на оптическом пути между источником света и режущим элементом может размещаться оптическое средство, чтобы сделать пучок круглым и/или как-то иначе изменить характеристики распространения пучка.
В некоторых альтернативных вариантах осуществления кончику волокна, расположенному проксимально относительно лазерного диода, может быть придана заданная кривизна, либо боковая сторона проксимального кончика волокна может быть отполирована под углом, так чтобы световое излучение, испущенное из лазерного диода, вводилось непосредственно в волокно, не требуя использования дополнительных оптических элементов.
В некоторых дополнительных альтернативных вариантах осуществления проксимальный конец волокна может быть наплавлен непосредственно на кристалл лазерного диода. В некоторых вариантах осуществления проксимальный кончик волокна может иметь покрытие, чтобы свести к минимуму потери на отражение.
В некоторых вариантах осуществления устройства для стрижки волос оптическое волокно, в котором удерживается световое излучение от источника света, может представлять собой многомодовое плавленое кварцевое волокно со ступенчато-изменяющимся показателем преломления, имеющее внешний диаметр волокна 125 мкм и диаметр сердцевины 25 мкм, 50 мкм, 62 мкм, 100 мкм или 105 мкм. Выбор диаметра сердцевины может зависеть от характеристик соединения с лазерным диодом. Могут также использоваться другие диаметры оболочки волокна и сердцевины и/или способы введения добавок.
В некоторых вариантах осуществления оптическое волокно, в котором удерживается световое излучение от источника света, может иметь числовую апертуру NA 0,1, 0,2, 0,22, 0,27 или любого другого значения, соответствующего промышленному стандарту, которое обычно используется для плавленых кварцевых волокон. В некоторых альтернативных вариантах осуществления волокно может представлять собой оптическое волокно с пластиковой оболочкой или оболочкой из полимерного материала TECS повышенной прочности, имеющее NA, составляющую обычно 0,39 или схожую величину. Возможен также выбор иного материала волокна.
В некоторых вариантах осуществления дистальный конец оптического волновода режущего элемента может быть разрушен или срезан, или содержать некоторое средство для повышения отражательной способности, такое как брэгговские решетки.
В некоторых альтернативных вариантах осуществления дистальный конец оптического волновода режущего элемента может содержать обратный конус, имеющий пригодную длину, чтобы вернуться к исходному диаметру волокна, после чего оптический путь может содержать отражатели, поглотители пучка или датчики прохождения для оптимизации эффективности срезания и/или выявления повреждения волокна. В некоторых из этих вариантов осуществления длина переходного конического участка лежит в пределах от 1 до 4 мм.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Для лучшего понимания изобретения и с целью яснее показать, как оно может быть реализовано, будут приведены ссылки, представленные лишь в качестве примера, на сопроводительные чертежи, где:
на Фиг. 1 показана блок-схема устройства для стрижки волос согласно одному варианту осуществления изобретения;
на Фиг. 2 показана пара схематичных чертежей, представляющих разные виды приведенного в качестве примера устройства для стрижки волос согласно одному варианту осуществления изобретения;
на Фиг. 3 показан график, иллюстрирующий показатель преломления волос;
на Фиг. 4 показан схематичный чертеж, иллюстрирующий световой путь в приведенном в качестве примера устройстве для стрижки волос согласно одному варианту осуществления изобретения;
на Фиг. 5 показаны схематичные чертежи режущего узла согласно вариантам осуществления изобретения.
ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Когда волос приводится в контакт с волокном или располагается в непосредственной близости от него, он может взаимодействовать с затухающим полем, окружающим волокно, и тем самым приводить к передаче светового излучения от волокна к волосу. В качестве альтернативы затухающее поле может взаимодействовать с любой жидкостью или любым гибким твердым материалом, помещенным на волос или на волокно в точке контакта, который способствует оптическому соединению. Чтобы обеспечить эффективность стрижки, взаимодействие волоса со световым полем, окружающим волокно, должно быть таким, чтобы обеспечивался существенный вывод излучения. Затухающее поле вокруг волокна зависит главным образом от световых лучей, распространяющихся внутри волокна под углами, близкими к предельным для мод, поддерживаемых волокном. Это можно понять, проанализировав уравнение затухающей волны для заданной длины волны λ, записанное следующим образом:
,
fib
amb
где n и n - показатели преломления волокна и окружающей среды соответственно, а θ - угол падения на поверхность волокна. Поскольку угол падения обратно пропорционален числовой апертуре (NA) волокна, данное выражение можно переписать применительно к относительной глубине проникновения для заданной длины волны:
,
откуда следует, что относительная глубина проникновения для заданной длины волны достигает максимального значения, если NA для пучка равна NA волокна для моды наивысшего порядка.
Специалисту в данной области техники известно, что предельная NA волновода, также известная как NA для моды наивысшего порядка, определяется выражением:
co
cl
где n и n - показатели преломления сердцевины и оболочки соответственно.
При анализе уравнения, определяющего относительную глубину проникновения с учетом длины волны, авторы изобретения заметили, что создание сужающейся секции повысит эффективность режущего элемента. Благодаря сужению NA для направляемого пучка увеличивается, при этом коэффициент сужения может выбираться так, чтобы быть близким или равным максимальной NA, поддерживаемой волокном, что эффективно увеличивает до максимума протяженность затухающего поля, а значит и глубину проникновения в волос.
Авторы изобретения поняли, что с помощью конусообразной секции для увеличения NA в отношении пучка в волокне можно обеспечить глубину проникновения, которую иначе можно было бы достичь, используя значительно более мощные лазерные источники. Благодаря возможности использования менее мощных лазерных источников в устройстве для стрижки волос не только значительно повышается эффективность устройства для стрижки волос, но и вносится вклад в общее обеспечение безопасности устройства для стрижки волос.
cl
co
co
cl
0
Авторы изобретения дополнительно осознали еще одно преимущество применения сужающейся секции в световодном элементе для направления светового излучения от источника света к режущему элементу, поскольку оно упрощает введение светового излучения в сердцевину волокна. В одном примере, приведенном для случая сужающегося волокна, в котором сердцевина либо отсутствует, либо вносит лишь незначительные возмущения в световодные характеристики, n по существу представляет собой показатель преломления окружающей среды, а n - показатель преломления волокна (оболочки). Если плавленое кварцевое волокно используется в воздушной среде, n=1,47, а n=1, NA для волноводной моды с максимальным значением равна 1,08. Как понятно специалисту в данной области техники, невозможно вводить свет при такой высокой NA непосредственно в волокно, поскольку NA превышает предельные значения показателя преломления в воздушной среде. Авторы изобретения, кроме того, поняли, что это также подразумевает, что в случае разрушения волокна световое излучение лишь частично покинет волокно при больших углах, достигающих 90 относительно нормали к поверхности, в то время как весь свет при значениях NA выше 1 отразится обратно на кончике разрушенного волокна. Поскольку вывод излучения при больших углах весьма неэффективен вследствие френелевского отражения, общая мощность выведенного светового излучения очень мала, при этом, поскольку угол вывода излучения составляет 2π в стерадианах, локальная интенсивность на некотором расстоянии очень мала, что снижает риск ожога кожи и повреждения глаз даже при очень высокой мощности источника света. В качестве иллюстрации: пределы безопасности по мощности для волокна NA=0,22 в сравнении с волокном NA=1,08 при полном, прямом заглядывании в луч составляют соотношение приблизительно 60mW к 7W соответственно в релевантных диапазонах длин волн в видимой части спектра.
Авторы изобретения поняли, что дополнительный эффект увеличения NA для светового пучка, проходящего через волокно, сам по себе приводит к увеличению интенсивности излучения, падающего на объект, соприкасающийся с волокном, такой как волос, находящийся в контакте с волокном. Световой луч, распространяющийся при более высокой NA, будет больше взаимодействовать с краем волокна в пересчете на единицу длины по сравнению со световой частицей, распространяющейся при меньшей NA через то же волокно. Например, если предположить, что волос представляет собой относительно большой объект по сравнению с толщиной световода, можно заметить, что одиночный световой луч имеет определенную возможность на взаимодействие с этим волосом, при этом вероятность того, что это произойдет, выше для света с более высокой NA, поскольку он соударяется с поверхностью волокна при более высокой скорости, эффективно повышая вероятность взаимодействия (другими словами, сечение поглощения волоса эффективно увеличивается). Учитывая, что эффективность вывода излучения из волокна в волос никогда не достигнет 100% для каждого луча, соударяющегося с областью, в которой волос находится в контакте с волокном, увеличение числа отражений в волокне эффективно увеличивает яркость излучения, падающего на волос.
Сужающаяся секция должна иметь достаточную длину, чтобы ограничить световые потери и поддерживать оптический фактор волокна. Конусный переход сужающейся секции в некоторых вариантах осуществления может иметь линейную зависимость от длины либо в альтернативных вариантах осуществления может представлять собой адиабатную кривую. Могут существовать и другие альтернативные конусные переходы.
Как отмечалось выше, настоящее изобретение позволяет повысить режущую способность и эффективность бреющего устройства, построенного на основе лазерного излучения, например описанного в WO 2014/143670. В частности, установлено, что путем увеличения количества светового излучения, способного передаваться в волос из режущего элемента, срезание или плавление волоса может инициироваться быстрее, что приводит к более быстрой и эффективной стрижке волос. Следовательно, необходимость в том, чтобы пользователь многократно использовал бреющее устройство на одном и том же участке кожи, уменьшается, наряду с риском возникновения болевых ощущений и раздражения кожи.
Следует понимать, что изобретение применимо к бреющим устройствам (например, механическим бритвам или электрическим бритвам), а также к другим типам устройств, используемым для стрижки волос (например, машинкам для стрижки волос), даже если такие устройства не обязательно ставят целью обеспечить 'чистое бритье' (т.е. удаление волос на уровне кожи).
На Фиг. 1 показана блок-схема устройства 100 для стрижки волос согласно одному варианту осуществления изобретения. Устройство 100 для стрижки волос содержит источник света, предпочтительно источник 10 лазерного излучения, для генерирования светового излучения на одной или более конкретных длинах волн, соответствующих длинам волн, поглощаемым одним или более хромофорами в волосах. Свет, излучаемый данным источником 10 света, вводится в световодный элемент 20, который направляет свет к режущему элементу 30.
На Фиг. 2 показано устройство 100 для стрижки волос в виде удерживаемой в руке бритвы согласно одному примеру осуществления изобретения. Устройство 100 для стрижки волос предназначено для стрижки (например, сбривания) волос на теле субъекта. Субъектом может быть человек или животное. Волосы могут представлять собой волосяной покров лица (т.е. волосы на лице субъекта) или волосы на голове субъекта, либо другой части тела (на ногах, груди и т.д.).
Устройство 100 для стрижки волос содержит световодный элемент 20 и режущий элемент 30, позволяющие срезать волосы, когда устройство 100 для стрижки волос перемещается по коже субъекта. Световодный элемент 20 и режущий элемент 30 являются частями оптического волновода, расположенного на устройстве 100 для стрижки волос так, что оптическая ось оптического волновода (т.е. линия, вдоль которой свет обычно распространяется через оптический волновод), в общем, перпендикулярна направлению перемещения устройства 100 для стрижки волос, так что волосы соприкасаются с боковой стенкой оптического волновода (боковой стенкой, соответствующей длинному краю оптического волновода), когда устройство 100 для стрижки волос совершает движение по коже субъекта. В некоторых вариантах осуществления оптический волновод представляет собой оптическое волокно, хотя специалистам в данной области техники известны другие типы оптического волновода, которые могут применяться согласно изобретению, например пластинчатый волновод, полосковый волновод или фотонно-кристаллический волновод. Оптическое волокно может содержать сердцевину, а в некоторых вариантах осуществления также содержит оболочку, которая может полностью или не полностью охватывать сердцевину (например, часть сердцевины может быть обнажена).
В устройстве 100 для стрижки волос предусмотрен источник 10 света, генерирующий световое излучение на одной или более конкретных длинах волн. Источник 10 света оптически соединен с режущим элементом 30 посредством световодного элемента 20, так что свет, генерируемый источником 10 света, вводится в световодный элемент, ведущий к режущему элементу (и конкретно вводится в конец световодного элемента, так что свет распространяется через оптический волновод).
Источник 10 света выполнен с возможностью генерировать световое излучение на одной или более конкретных длинах волн, которые могут использоваться для срезания или прожигания волос. В частности, каждая длина волны соответствует длине волны светового излучения, поглощаемой хромофором, имеющимся в волосах. Как известно, хромофор - часть молекулы, обеспечивающая этой молекуле ее цвет. Таким образом, свет поглощается хромофором и преобразуется в тепло, которое плавит или сжигает волос либо как-то иначе разрушает связи в молекулах волоса, и именно это плавление или сжигание обеспечивает режущее действие устройства 100 для стрижки волос.
В число пригодных хромофоров, на которые может быть нацелено лазерное излучение, генерируемое источником 10 света, в частности, входят меланин, кератин и вода. Подходящие длины волн света, которые могут использоваться, включают в себя, но не ограничиваясь перечисленным, длины волн, выбираемые из диапазона от 380 нм (нанометров) до 500 нм и от 2500 нм до 3500 нм. Специалистам в данной области техники известны длины волн светового излучения, поглощаемые этими хромофорами, а значит и конкретные длины волн света, которые источник 10 света должен генерировать для этой цели, а потому дальнейшие детали в настоящем описании не приводятся.
В некоторых вариантах осуществления источник 10 света может представлять собой источник лазерного излучения для генерирования лазерного излучения.
Источник 10 света может быть выполнен с возможностью генерировать свет с множеством длин волн (либо одновременно, либо последовательно), при этом каждая длина волны выбирается для нацеливания на хромофор другого типа. Это может улучшить режущее действие режущего элемента, поскольку с помощью светового излучения может сжигаться множество молекул волос. В качестве альтернативы может быть создано множество источников 10 света, каждый из которых генерирует световое излучение с соответствующей длиной волны, при этом каждый источник 10 света посредством соответствующего световодного элемента 20 может соединяться с множеством режущих элементов 30 в устройстве 100.
Устройство 100 для стрижки волос также содержит блок 35 управления, который управляет работой устройства 100 для стрижки волос и, в частности, соединен с источником 10 света для управления включением и выключением источника 10 света (а в некоторых вариантах осуществления - для управления длиной волны и/или интенсивностью светового излучения, генерируемого источником 10 света). Блок 35 управления может включать и выключать источник 10 света в ответ на входные воздействия со стороны пользователя устройства 100 для стрижки волос. Блок 35 управления может содержать один или более процессоров, блоков обработки данных, многоядерных процессоров или модулей, выполненных с возможностью управления устройством 100 для стрижки волос.
Как отмечалось выше, на Фиг. 2 показано устройство 100 для стрижки волос, выполненное в виде удерживаемой в руке бритвы для влажного бритья. На Фиг. 2 показаны вид сбоку и вид снизу бритвы 100. Бритва 100 содержит ручку 45 для удерживания субъектом (или другим пользователем устройства 100), а также головной участок 55, включающий в себя режущий элемент 30 (оптический волновод/волокно). Как показано, режущий элемент 30 расположен вдоль края головного участка, при этом часть режущего элемента образует режущую поверхность 65 (или соответствует ей). Режущая поверхность 65 является частью режущего элемента 30, предназначенной для вхождения в соприкосновение с волосом, по мере того как устройство 100 для стрижки волос совершает движение по коже субъекта. Источник 10 света и блок 35 управления показаны входящими в состав головного участка 55 и ручки 45 соответственно, однако следует понимать, что места нахождения этих компонентов в устройстве 100 для стрижки волос, показанном на Фиг. 2, могут быть другими. Точно так же следует понимать, что вариант осуществления, показанный на Фиг. 2, представлен лишь в качестве примера, при этом изобретение может учитываться и применяться в устройстве 100 для стрижки волос любого типа, которое содержит режущий элемент 30 с оптическим волноводом согласно настоящему описанию.
График на Фиг. 3 иллюстрирует показатель преломления волос, который можно найти в статье M. D. Greenwell, A. Willner, Paul L. Kirk: Human Hair Studies: III. Refractive Index of Crown Hair, 31 Am. Inst. Crim. L. & Criminology 746 (1940-1941). Кривая 1 - составная кривая, кривая 2 - кривая, представляющая показатель преломления для людей кавказской расы, а кривая 3 - кривая, представляющая показатель преломления людей, не относящихся к кавказской расе. Таким образом, можно видеть, что показатель преломления волос составляет (приблизительно) от 1,545 до 1,555, хотя будут отличия между отдельными людьми. Например, в вышеупомянутой статье также отражено, что показатель преломления волос может зависеть от пола субъекта, например показатель преломления волос женщины обычно выше показателя преломления волос мужчины.
Как известно, световодный элемент 20 и режущий элемент 30 совместно действуют в качестве волновода для света, поступающего из источника 10 света, благодаря явлению полного внутреннего отражения, поскольку показатель преломления воздуха нижем, чем оптического волновода. Однако, если объект, имеющий показатель преломления, превышающий показатель преломления оптического волновода, приводится в соприкосновение с режущим элементом 30, тогда полное внутреннее отражение 'нарушается' и световое излучение может выводиться из оптического волновода в этот объект. Таким образом, чтобы свет поступал в волос из режущего элемента 30, составляющего часть оптического волновода (чтобы обеспечить режущее действие согласно изобретению), оптический волновод должен иметь показатель преломления, равный или меньше показателя преломления волоса в той точке, в которой волос соприкасается с режущим элементом 30. Таким образом, оптический волновод должен иметь показатель преломления, равный или меньше показателя преломления волоса, по меньшей мере, на участке режущей поверхности 65 режущего элемента. Предпочтительно показатель преломления оптического волновода на режущей поверхности 65 равен показателю преломления волоса, поскольку это обеспечивает наилучшую передачу излучения от оптического волновода в волос.
Таким образом, в некоторых вариантах осуществления показатель преломления оптического волновода, по меньшей мере, на режущей поверхности 65 режущего элемента 30 равен или меньше 1,56. Более предпочтительно показатель преломления оптического волновода, по меньшей мере, на режущей поверхности 65 режущего элемента 30 равен или меньше 1,55. Еще более предпочтительно показатель преломления оптического волновода, по меньшей мере, на режущей поверхности 65 режущего элемента 30 равен или меньше 1,54, поскольку данный показатель преломления ниже показателей преломления, обозначенных на Фиг. 3.
В некоторых вариантах осуществления нижняя граница для показателя преломления оптического волновода на режущей поверхности 14 может составлять 1,48, 1,51, 1,53 или 1,54.
Диапазон значений, из которого выбирается показатель преломления оптического волновода, может формироваться из любого сочетания верхних и нижних границ показателя преломления, указанных в предыдущих параграфах.
Оптический волновод/волокно может изготавливаться из любого подходящего материала или сочетания материалов. Например, оптические волноводы/волокна могут состоять из кварца, фторидного стекла, фосфатного стекла, халькогенидного стекла и/или оптического стекла кронглас (такого как BK7), либо содержать их в своем составе.
На Фиг. 4 показан схематичный чертеж, иллюстрирующий световой путь в приведенном в качестве примера устройстве 100 для стрижки волос согласно одному варианту осуществления изобретения. Устройство 100 для стрижки волос содержит источник 10 света, помещенный в корпус 19 для источника света. Источник 10 света оптически соединен со световодным элементом 20. В данном варианте осуществления световодный элемент 20 представляет собой кварцевое волокно, имеющее оболочку. Световодный элемент 20 содержит оболочку 50 и сердцевину 60. Световодный элемент 20 имеет круглое сечение. Световодный элемент 20 содержит сужающуюся секцию 40, в которой световодная часть 60 световодного элемента уменьшается в диаметре, т.е. диаметр D1 сердцевины на стороне источника света сужающейся секции 40 превышает диаметр D2 сердцевины на стороне режущего элемента. Световодный элемент 20 оптически соединен с режущим элементом 30. В этом примере осуществления световодный элемент 20 и режущий элемент 30 выполнены из единого волокна. Специалистам понятно, что данный выбор является предпочтительным. Альтернативные варианты осуществления, в которых световодный элемент и режущий элемент представляют собой отдельные модули, также возможны. Режущий элемент 30 содержит секцию 70, на которой оболочка 50 удалена. На конце режущего элемента имеется поглотитель 80 света. Пунктирные линии обозначают границы конусной переходной секции (сужающейся секции) 40 световодного элемента 20.
Схема, показанная на Фиг. 4, представляет собой участок устройства 100 для стрижки волос, при этом следует понимать, что устройство для стрижки волос может содержать другие компоненты, которые для упрощения не показаны на Фиг. 4. Световодный элемент 20 и режущий элемент 30 совместно образуют режущий узел, который в некоторых вариантах осуществления может представлять собой съемную или сменную часть устройства 100 для стрижки волос.
Таким образом, в общем, режущий узел для использования в устройстве для стрижки волос может содержать режущий элемент 30 и световодный элемент 20. Режущий элемент 30 содержит оптический волновод для приема светового излучения от источника 10 света. Участок боковой стенки оптического волновода 30 образует режущую поверхность для контакта с волосом. Световодный элемент 20 предназначен для направления светового излучения от источника 10 света к режущему элементу 30. Световодный элемент 20 содержит конусную переходную секцию 40, в которой диаметр световодного элемента 20 уменьшается от первого диаметра D1 до второго диаметра D2.
На Фиг. 5 показан режущий узел 200 согласно некоторым вариантам осуществления. Режущий узел 200 включает в себя световодный элемент 20 и режущий элемент 30. В данном варианте осуществления световодный элемент 20 и режущий элемент 30 выполнены из оптического волновода. В некоторых вариантах осуществления оптический волновод может представлять собой оптическое волокно, например плавленое кварцевое волокно, хотя в других вариантах осуществления может применяться альтернативный оптический волновод. Как и на Фиг. 4, световодный элемент 20 на Фиг. 5 включает в себя конусный переходный участок 40 (именуемый ʺсужающейся секциейʺ со ссылкой на Фиг. 4), приводящий к уменьшению диаметра оптического волновода от первого диаметра D1 до второго диаметра D2. Как и на Фиг. 4, пунктирные линии на Фиг. 5 обозначают то место, где конусная переходная секция 40 соединяет световодный элемент 20 и режущий элемент 30 или превращается в последний.
Конусная переходная секция 40 оптического волновода может быть образована, например, путем нагрева и растяжения оптического волновода заданным образом, пока оптический волновод не приобретет требуемые диаметры D1 и D2, а конус - требуемую длину. В качестве альтернативы могут применяться другие известные способы создания конусной переходной секции 40 в оптическом волноводе.
В некоторых вариантах осуществления первый диаметр (т.е. диаметр оптического волновода на стороне источника света конусной переходной секции 40) и второй диаметр (т.е. диаметр оптического волновода на стороне режущего элемента конусной переходной секции 40) могут выбираться так, чтобы угол падения света, распространяющегося через режущий элемент 30 (т.е. участок оптического волновода/волокна, образующий режущий элемент), стал равным или близким к максимальному углу, поддерживаемому режущим элементом. В других вариантах осуществления первый диаметр и второй диаметр выбираются так, чтобы угол падения света, распространяющегося через режущий элемент 30 (т.е. участок оптического волновода/волокна, образующий режущий элемент), превысил максимальный угол, поддерживаемый режущим элементом. Как отмечалось выше, выбор диаметров указанным способом может привести к увеличению выдачи излучения из оптического волновода в окружающую среду, например, волос. По мере того как свет распространяется из световодного элемента 20 в режущий элемент 30, угол падения (который также можно рассматривать как числовую апертуру при распространении света) увеличивается.
Для улучшения передачи светового излучения от режущего элемента 30 в волос участок режущей поверхности режущего элемента некоторым образом может быть изменен. В некоторых примерах такое изменение может включать в себя удаление участка оболочки (если таковая имеется) оптического волновода, например посредством травления. Такая модификация показана на Фиг. 4.
В то время как в некоторых вариантах осуществления световодный элемент 20 и режущий элемент 30 выполнены из одиночного оптического волновода, например из единого оптического волокна, в других вариантах осуществления световодный элемент и режущий элемент могут быть выполнены из отдельных оптических волноводов, способных соединяться между собой, например, с помощью известных соединительных средств. Таким образом, режущий элемент 30 режущего узла может быть выполнен в виде съемного компонента, например, для утилизации или замены альтернативным режущим элементом. Конструкция, в которой режущий элемент 30 является сменным, предпочтительна в том, что в устройстве 100 для стрижки волос может быть задействован оптимизированный режущий элемент для выполнения определенного типа бритья или стрижки волос, например сухого бритья или влажного бритья.
Как отмечалось выше, оптический волновод режущего узла 200 может содержать оптическое волокно, например многомодовое плавленое кварцевое волокно со ступенчато-изменяющимся показателем преломления. Согласно некоторым вариантам осуществления оптическое волокно может иметь диаметр (т.е. внешний диаметр волокна) около 125 микрометров (мкм) и может иметь диаметр сердцевины, составляющий, например, 25 мкм, 50 мкм, 62 мкм, 100 мкм или 105 мкм. Оптические волокна, имеющие другие наружные диаметры и диаметры сердцевины, а также оптические волокна, имеющие участки, легированные в соответствии с различными способами введения добавок, также могут использоваться. Диаметр волокна и диаметр сердцевины могут выбираться на основе целевого использования волокна (например, типа режущего элемента, для которого оптическое волокно должно применяться) и/или типа соединения между источником света и оптическим волноводом.
Оптическое волокно, образующее световодный элемент 20 и режущий элемент 30, может содержать волокно с числовой апертурой (NA), например, 0,1, 0,2, 0,22, 0,27 или любым другим значением, в частности значением, соответствующим промышленному стандарту. В некоторых вариантах осуществления оптическое волокно может содержать плавленое кварцевое волокно, в то время как в других вариантах осуществления оптическое волокно может содержать пластиковую оболочку или оптическое волокно в оболочке повышенной прочности из полимерного материала TECS (technically enhanced clad silica). Такое оптическое волокно может иметь числовую апертуру, составляющую около 0,39.
Оптический волновод в некоторых вариантах осуществления может быть образован из стандартного телекоммуникационного многомодового оптического волокна, например, имеющего диаметр сердцевины (D1) около 105 мкм, общий диаметр (т.е. включая оболочку) 125 мкм и числовую апертуру 0,22. Оптическое волокно может сужаться до диаметра (D2) около 25 мкм. Такое уменьшение диаметра приводит к увеличению числовой апертуры волокна от 0,22 до 1,1. Числовая апертура, составляющая 1,1, незначительно превышает числовую апертуру для плавленого кварца с открытой поверхностью в воздухе, а потому способность светового излучения, распространяющегося через оптический волновод, выводиться в окружающую среду (например, воздух или волосы) повышается практически до максимума.
Длина конусной переходной секции 40 может выбираться так, чтобы световые потери через боковую стенку оптического волновода на всей протяженности конусной переходной секции были малы. Для оптического волновода, имеющего первый диаметр, D1, 105 мкм, второй диаметр, D2, 25 мкм и числовую апертуру, увеличивающуюся от 0,22 до 1,1 в результате сужения, конусная переходная секция 40 может иметь длину более 2 мм, предпочтительно более 4 мм. В более общем смысле длина конусной переходной секции 40 может составлять приблизительно от 1 мм до 10 мм, более предпочтительно превышать 2 мм или 4 мм. В некоторых вариантах осуществления конусная переходная секция 40 может иметь длину приблизительно от 2 мм приблизительно до 6 мм. В некоторых вариантах осуществления конусный переход может быть линейным (т.е. иметь форму усеченного конуса), в то время как в других вариантах осуществления конусная переходная секция 40 может иметь иную форму. Например, боковые стенки конусной переходной секции 40 в некоторых вариантах осуществления могут обладать кривизной.
В некоторых вариантах осуществления режущий узел 200 может применяться в среде для влажного бритья, в которой вода или гель может наноситься на тело бреющегося субъекта или на режущий элемент 30 узла. В таких вариантах осуществления оптический волновод может сужаться так, чтобы диаметр D2 участка оптического волновода на стороне режущего элемента 30 составлял около 45 мкм - 50 мкм. При этих условиях числовая апертура режущего элемента 30 не будет столь же высока, как у оптических волноводов меньшего диаметра. Однако числовая апертура такого режущего элемента 30 будет достаточной для обеспечения более высокой передачи излучения от оптического волновода в окружающую среду.
Как отмечалось выше, световодный элемент 20 и режущий элемент 30 режущего узла 200 в некоторых вариантах осуществления могут быть образованы из одиночного оптического волокна. В некоторых вариантах осуществления, однако, участок режущего узла 200 может содержать отдельный компонент, такой как отрезок голой кварцевой проволоки, толщиной, например, 125 мкм. Таким образом, режущий узел 200 может содержать участок, образованный, например, из оптического волокна, и участок, образованный из кварцевой проволоки. Проволока может соединяться с оптическим волокном с использованием известной технологии соединения, например сращивания, при этом конусная переходная секция 40 может быть образована в оптическом волокне или в кварцевой проволоке. В некоторых вариантах осуществления конусная переходная секция 40 может быть образована смежно с местом сращивания (например, в пределах нескольких миллиметров от него), в то время как в других вариантах осуществления конусная переходная секция может быть образована поверх места сращивания. В вариантах осуществления, в которых используется кварцевая проволока, режущий элемент 30 режущего узла 200 образует часть кварцевой проволоки. Использование голой кварцевой проволоки создает преимущество в том, что она обладает большей термомеханической устойчивостью, при этом отсутствуют оптические потери, связанные с сужением сердцевины оптического волокна.
В некоторых вариантах осуществления режущий узел 200 может дополнительно содержать обратную конусную переходную секцию, в которой диаметр оптического волновода увеличивается от второго диаметра D2 до первого диаметра D1. Обратная конусная переходная секция может располагаться после режущего элемента 30 (т.е. дальше по ходу), так что после того как свет распространился через световодный элемент 20 и через режущий элемент, он вынужденно проходит через обратную конусную переходную секцию оптического волновода. Числовая апертура оптического волновода, разумеется, также изменяется (уменьшается) обратной конусной переходной секцией.
Как опять же показано на Фиг. 5, режущий узел 200 и/или устройство 100 для стрижки волос могут дополнительно содержать одну или более компонент 210 источника. Компоненты 210 источника соединены с ʺнесуженнымʺ концом световодного элемента 20. В некоторых вариантах осуществления компоненты 210 источника могут включать в себя корпус 19 для источника света, содержащий источник 10 света, как в примере, показанном на Фиг. 4. В других вариантах осуществления компоненты 210 источника могут содержать источник 10 света, расположенный в ином месте на устройстве 100 для стрижки волос и не находящийся в корпусе 19 для источника света. Источник 10 света может содержать источник лазерного излучения, такой как лазерный диод, который может быть соединен со световодным элементом 20 с помощью известного средства соединения, такого как волоконный вывод. Лазерный диод или другой источник света может быть выполнен с возможностью испускания светового излучения с длиной волны в диапазоне от ультрафиолетовой (UV) до зеленой областей спектра, например от около 370 нм до около 550 нм. В некоторых предпочтительных вариантах осуществления источник света может быть выполнен с возможностью испускания светового излучения с длиной волны в диапазоне от около 400 нм до около 470 нм. В некоторых еще более предпочтительных вариантах осуществления источник света может быть выполнен с возможностью испускания светового излучения с длиной волны в диапазоне от около 405 нм до около 465 нм. В некоторых еще более предпочтительных вариантах осуществления источник света может быть выполнен с возможностью испускания светового излучения с длиной волны в диапазоне от около 444 нм до около 463 нм. Наиболее предпочтительно источник света может быть выполнен с возможностью испускания светового излучения с длиной волны 450 нм или около этой величины.
Компоненты 210 источника могут дополнительно содержать один или более оптических элементов для коллимации и/или фокусировки лазерного излучения, сгенерированного источником света. В некоторых примерах эти оптические элементы могут включать в себя одну или более линз, например асферических линз. В других примерах оптические элементы могут включать в себя один или более элементов для придания свету, распространяющемуся от источника 10 света, формы круглого пучка либо для иного изменения или регулирования характеристик светового излучения, испущенного источником света. В качестве альтернативы источник 10 света может соединяться с оптическим волноводом напрямую, не прибегая к использованию дополнительных оптических элементов. В подобных случаях конец оптического волновода, к которому подсоединяется источник 10 света, может быть отполирован или сплавлен непосредственно с источником света. Конец оптического волновода может иметь покрытие, чтобы уменьшить потери, связанные с отражением.
Режущий узел 200 и/или устройство 100 для стрижки волос могут дополнительно содержать один или более концевых компонентов 220, названных так по причине их расположения на конце режущего узла. Концевые компоненты 220 могут располагаться после режущего элемента 30 режущего узла 200 (т.е. на противоположном конце режущего узла относительно компонентов 210 источника), а также могут располагаться после обратной конусной переходной секции, упомянутой выше. Концевые компоненты 220 могут включать в себя компоненты, выполненные с возможностью приема света, проходящего через оптический волновод, и воздействия на него. В одном примере концевые компоненты 220 могут включать в себя поглотитель 80 света, как в примере, показанном на Фиг. 4, которая выполнена с возможностью приема света, прошедшего через оптический волновод, и недопущения отражения этого света обратно в оптический волновод. В других вариантах осуществления концевые компоненты 220 могут содержать датчик, такой как датчик интенсивности света, для измерения интенсивности светового излучения, прошедшего через оптический волновод. В некоторых вариантах осуществления концевые компоненты 220 могут содержать один или более отражателей для отражения света обратно через режущий узел 200.
Вплоть до этого момента режущий элемент 30 режущего узла 200 описывался как образованный из прямолинейного оптического волновода, такого как оптическое волокно или кварцевая проволока. Однако в некоторых вариантах осуществления режущему элементу 30 может быть придана форма в соответствии с той функцией, которую он должен выполнять. Например, режущий элемент 30 может быть искривлен, чтобы способствовать состриганию волос с закругленных поверхностей либо в относительно малых областях, например в ушах или носу. В качестве альтернативы режущий элемент 30 может быть выполнен в любой надлежащей форме. Помимо этого, длина режущего элемента 30 или участка режущего элемента, предназначенного для стрижки волос, может выбираться согласно тому, какую функцию он должен выполнять. Например, режущий элемент 30 может иметь длину примерно от 2 мм до 50 мм. Относительно короткий режущий элемент 30 (например, режущий элемент, имеющий длину от 2 мм до 20 мм) может быть удобен для стрижки или подравнивания волос в относительно малых областях либо в области, в которой требуется «тонкая работа», в то время как относительно длинный режущий элемент может быть удобен для стрижки или подравнивания волос в относительно больших областях.
Способ установки режущего узла 200, в частности режущего элемента 30, на устройстве 100 для стрижки волос также может выбираться, по меньшей мере, частично на основе предназначения устройства для стрижки волос или, в частности, режущего элемента. В некоторых вариантах осуществления режущий элемент 30 может устанавливаться жестко на устройстве 100 для стрижки волос, так что режущий элемент не перемещается относительно устройства для стрижки волос в ходе его применения. В других вариантах осуществления режущий элемент 30 может устанавливаться нежестким образом, например с помощью подвижных опор, так что при его использовании режущий элемент способен перемещаться относительно устройства 100 для стрижки волос, соответствуя контуру поверхности, подвергаемой бритью.
Изучив чертежи, раскрытие и прилагаемую формулу изобретения, специалисты в данной области техники, воплощая на практике заявленное изобретение, смогут предложить и реализовать изменения в раскрытых вариантах осуществления. В формуле изобретения термин "содержащий" не исключает наличия других элементов или этапов, а форма единственного числа не исключает множественности. Единственный элемент может выполнять функции нескольких элементов, перечисленных в формуле изобретения. Тот факт, что определенные меры упоминаются во взаимно отличных зависимых пунктах формулы изобретения, не означает, что сочетание этих мер не может быть использовано с выгодой.
Ни одну из ссылочных позиций в формуле изобретения не следует толковать как ограничивающую объем изобретения.