ДЕТЕКТОР ВОЛОС СО МНОЖЕСТВОМ ФОКАЛЬНЫХ ТОЧЕК
HAIR DETECTOR WITH MULTIPLE FOCAL POINTS

Данное изобретение относится к устройству ухода за волосами, которое содержит детектор на основе света для обнаружения волос вблизи поверхности кожи, детектор содержит источник света, оптические элементы и поляризационно-чувствительный датчик света. Источник света предоставляют для генерации светового луча с поляризацией падающей волны. Оптические элементы предоставляют для фокусирования светового луча на волосы вблизи поверхности кожи. Поляризационно-чувствительный датчик света предоставляют для обнаружения света, взаимодействующего с волосами или поверхностью кожи и для имеющего предварительно определяемую линейную поляризацию.
Данное изобретение, кроме того, относится к устройству для бритья с детектором, как описано здесь ранее, и к способу обнаружения волос вблизи поверхности кожи.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Такое устройство для ухода за волосами известно, например, из международной патентной заявки, опубликованной как WO 2010/106480 А1. Данная патентная заявка описывает устройство для визуализации волос вблизи поверхности кожи части тела. Устройство содержит источник света для генерации светового луча с поляризацией падающей волны и детектор для обнаружения излучения, возвращающегося от указанных волос. Детектор имеет отдельные фотодиоды для обнаружения света с поляризацией падающей волны и света с направлением поляризации, перпендикулярным к поляризации падающей волны. Отношение интенсивностей света, обнаруженных посредством отдельных фотодиодов, является вероятностным показателем присутствия волос на испытываемом участке кожи.
Как оказалось, чувствительность и специфичность этого известного детектора в значительной степени зависит от угла между ориентацией поляризации падающего света и ориентацией волос, подлежащих обнаружению, и глубиной фокуса внутри волос. Поскольку ориентация волос и глубина фокуса внутри волос отличаются от волоса к волосу и с течением времени, контраст волосы-кожа, полученный посредством известного детектора, не является полностью удовлетворительным. Кроме того, ориентация волос в плоскости, перпендикулярной к направлению света, является критическим параметром, который определяет чувствительность и специфичность обнаружения волос. Это в свою очередь зависит от числовой апертуры фокусирующего элемента. При NA=0,9 максимально поддающийся обнаружению угол в осевом направлении не должен превышать 30°, тогда как и в случае NA=0,3 максимально поддающийся обнаружению угол является только 10°. Вкратце, волосы обнаруживают с оптимальным контрастом, когда луч освещения фокусируют на желаемой глубине внутри волоса, когда он оказывается в конусе обнаружения.
ЦЕЛЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Целью настоящего изобретения является создание устройства для ухода за волосами с улучшенной контрастностью волосы-кожа, чтобы сделать обнаружение менее зависимым от ориентации и точного положения волос.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Согласно первому аспекту настоящего изобретения эта задача решается предоставлением устройства для ухода за волосами, согласно вступительному абзацу, причем источник света и/или оптические элементы расположены так, чтобы световой луч одновременно имел множество пространственно разделенных фокусов на или вблизи волос, или поверхности кожи.
Множество фокусов можно пространственно разделить в латеральном и/или осевом направлении относительно светового луча. Различные фокусы в латеральном направлении попадают на волосы под различными относительными углами, в результате чего углы между волосами и ориентацией поляризации падающей волны светового луча должны быть различными для различных фокусов. Как результат, в любой момент, увеличивается вероятность точного обнаружения волос по меньшей мере одним из фокусов, исходящим под подходящим относительным углом. Например, пропускающую решетку можно использовать для генерации множества фокусов в латеральном направлении. Альтернативно, с этой целью можно использовать множество источников света.
Различные фокусы в осевом направлении могут совпадать с волосами на различных глубинах. Контраст волосы-кожа является оптимальным, когда падающий луч фокусируют на глубине около 20-40 мкм (микрометров). При наличии нескольких фокусов в осевом направлении вероятность нахождения по меньшей мере одного из них на соответствующей глубине увеличивается. Различные фокусы в осевом направлении можно, например, генерировать с использованием нескольких световых лучей со светом с различными длинами волн и/или дивергенциями или посредством использования круглой решетки.
Когда устройство для ухода за волосами перемещают по поверхности кожи в осевом направлении, различные фокальные точки совпадают с одним и тем же волоском в различные моменты времени. Использование нескольких измерений для обнаружения волос уже обеспечивает повышенную точность. Кроме того, движение устройства для ухода за волосами по поверхности кожи может изменить относительный угол между волосами и поверхностью кожи, а с ним и относительный угол между волосами и ориентацией поляризации падающей волны светового луча. Этот эффект также способствует точности обнаружения волос.
Дополнительно, источник света и/или оптические элементы можно располагать так, чтобы заставить световой луч иметь различную ориентацию поляризации падающей волны во множестве фокусов. Например, вращающийся лазерный источник или фазосдвигающий элемент, например волновые пластинки, могут обусловливать различные поляризации падающей волны. Такие меры еще больше увеличивают вероятность точного обнаружения волос по меньшей мере одного фокуса, поступающего под подходящим относительным углом. Использование множества пространственно разделенных фокусов в тот же момент времени не только возможно с линейно поляризованным светом, но и с циркулярно или радиально поляризованным светом. В конкретных вариантах осуществления различные фокусы могут даже иметь свет с различными типами поляризации.
Согласно другому аспекту настоящего изобретения предложен способ обнаружения волос вблизи поверхности кожи, способ включает генерацию светового луча, фокусирование светового луча на волосах вблизи поверхности кожи и обнаружение света, который взаимодействует с волосами или поверхностью кожи, и наличие предварительно определяемой линейной поляризации, причем генерация и/или фокусирование побуждает световой луч иметь множество фокусов на или вблизи волос или поверхности кожи.
Эти и другие аспекты настоящего изобретения видны из и будут объяснены со ссылкой на варианты осуществления, описанные далее в настоящем документе.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
На чертежах:
На фиг. 1 представлено оптическое лезвие устройства для ухода за волосами в соответствии с изобретением, перемещающееся вдоль поверхности кожи,
На фиг. 2 представлена блок-схема детектора на основе света в соответствии с изобретением, и
На фиг. 3 схематически представлено устройство для бритья в соответствии с изобретением.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
На фиг. 1 представлено оптическое лезвие 50 устройства для ухода за волосами в соответствии с изобретением. На этом чертеже оптическое лезвие 50 перемещают по поверхности 21 кожи с волосами 22. В этом примере оптическое лезвие 50 перемещают по поверхности 21 в направлении стрелки 55. Устройство для ухода за волосами генерирует световой луч 31 для обнаружения волос 22. Оптическое лезвие 50 направляет световой луч 31 в направлении по существу параллельно поверхности 21 кожи и фокусирует световой луч 31 в первой фокальной точке 51. Вместо оптического лезвия 50, показанного на этом чертеже, другие типы фокусирующих элементов, например объективы и/или линзы микроскопа, можно использовать для направления и фокусирования светового луча 31. Когда свет светового луча 31 взаимодействует, например, с волосами 22 или поверхностью кожи 22, оптические элементы обнаружения в устройстве обработки волос анализируют возвращающийся свет и определяют, совпадают или нет фокальная точка 51 и волосы 22.
Эксперименты авторов изобретения показывают, что оптимальный контраст между волосами 22 и кожей 21 реализуют, когда фокальная точка 51 находится примерно в 20-40 пикометрах внутри поверхности волос. Когда оптическое лезвие 50 перемещают вдоль поверхности 21 кожи, фокальная точка 51 может в конечном счете достичь этого оптимального положения для обнаружения волос 22. Однако, если устройство для ухода за волосами тестирует наличие волосков 22 периодически, волосы 22 можно пропустить. В соответствии с изобретением, устройство для ухода за волосами может одновременно предоставить дополнительные фокальные точки 53 в осевом направлении, т.е. в направлении падающего светового луча 31. Дополнительные фокальные точки 53 в осевом направлении приносят по меньшей мере два важных преимущества. Во-первых, дополнительные фокальные точки 53 увеличивают вероятность того, что в какой-либо момент времени одну из фокальных точек 53 фокусируют на оптимальную глубину для обнаружения волос 22. Это увеличивает вероятность обнаружения волос 22. Дополнительно, различные фокальные точки 53 могут попадать на волосы 22 в различные моменты времени, возможно, под разными относительными углами. Это повышает точность обнаружения волос.
Кроме того, относительный угол между волосами 22 и ориентацией поляризации падающего светового луча 31 имеет важное значение для получения высокой контрастности волосы-кожа. Поляризацией ориентации падающего луча 31 можно управлять посредством настройки источника света и оптических элементов внутри устройства для ухода за волосами. Ориентацию волос 22 варьируют от волоска к волоску и с течением времени. Также ориентацию оптического лезвия 50 относительно поверхности 21 кожи можно варьировать с течением времени. В соответствии с изобретением, различные углы падения можно использовать, чтобы одновременно создавать множество фокальных точек 52 в латеральном направлении, т.е. в плоскости, перпендикулярной световому лучу 31. Когда разные фокусы 52 создают различные относительные углы относительно волос 22, вероятность предоставления подходящего угла для точного обнаружения волос по меньшей мере одного из фокусов 52 увеличивается. Дополнительно, лазерный источник и оптические элементы устройства для ухода за волосами могут обеспечивать различную ориентацию поляризации падающей волны для различных латеральных и/или осевых фокусов 52, 53. Это может, например, быть реализовано посредством поворота лазерного источника или с использованием элементов фазового сдвига, например волновых пластин. Использование нескольких пространственно разделенных фокусов 51, 52, 53 в один и тот же момент времени не только возможно с линейно поляризованным светом, но и с циркулярно или радиально поляризованным светом. В особых вариантах осуществления различные фокусы 51, 52, 53 могут даже иметь свет с различными типами поляризации.
На фиг. 2 представлена блок-схема детектора 10 на основе света в соответствии с изобретением. Например, детектор 10 в соответствии с изобретением можно адаптировать для того, чтобы обнаруживать волосы 22 на коже 21 человека или животного. Обнаружение волос можно использовать в устройствах для бритья на основе ИИС (интенсивный импульсный свет) или на основе лазера. Альтернативно, детектор 10 можно адаптировать для того, чтобы обнаруживать коллаген в коже 21 человека или животного для определения эластичности кожи. Детектор 10 на основе света на фиг. 2 содержит лазерный источник 11 для испускания лазерного луча, предпочтительно в ближней инфракрасной или инфракрасной части спектра. Например, можно использовать свет с длиной волны 785 или 850 нм. Оптические элементы, например линзы 16 и/или зеркала 17, фокусируют световой луч 31 на коже 21. Блок управления (не показано), соединенный с лазерным источником 11 и/или оптическими элементами 16, 17 (их частью), контролирует точный оптический путь лазерного луча для того, чтобы контролировать точный участок кожи 21, который тестируют на присутствие волос 22, и чтобы создать возможность сканирования линий или 2D участков кожи 21.
Дополнительные фокусы 52, 53 можно генерировать, например, используя дифракционную решетку 14. Дополнительные латеральные фокальные точки 52 можно генерировать посредством пропускающей решетки, и дополнительные осевые фокальные точки 53 можно генерировать посредством круглой решетки. Альтернативно или дополнительно, множество длин волн или множество лучей, с различной дивергенцией или отправленные в нескольких различных направлениях, можно использовать для генерации дополнительных фокусов 52, 53. Дополнительные фокусы 52, 53 также можно предоставить, например, посредством голографических линз.
Когда световой луч 31 взаимодействует с поверхностью кожи 21 или волос 22, возвращающийся луч снова попадает в детектор 10. Оптические элементы 16, 17, 18 направляют возвращающийся луч на датчики света или фотодиоды 12, 13. Например, полупрозрачные зеркала и/или поляризационные светоделители можно использовать для предоставления различных путей света для исходящих и возвращающихся световых лучей. В типичном варианте осуществления, отдельные блоки А, В используют для обнаружения различных компонентов поляризации в возвращающемся световом луче. Соотношение между сигналами для поляризации падающей волны и для ортогональной поляризации можно использовать для того, чтобы определять, когда волосы 22 обнаруживают.
Светоделители 15 делят возвращающиеся лучи и направляют полученные световые лучи к различным фотодиодам 12, 13 для отдельного сбора информации из различных фокусов 52, 53. Если свет различных длин волн используют для генерации дополнительных фокальных точек, светоделитель 15 может, например, быть дихроичным светоделителем или стандартным светоделителем с фильтрами с конкретной шириной полосы пропускания для длины волны освещения.
На фиг. 3 схематически представлено бритвенное устройство 4 0 в соответствии с изобретением. Устройство 40 для бритья содержит детектор волос, аналогичный описанному выше в данном документе, со ссылкой на фиг. 2. Одинаковые ссылочные позиции соответствуют аналогичным признакам. В дополнение к признакам, которые уже обсуждались выше, устройство 40 для бритья может также содержать оптическое или контактное окно 43 и иммерсионную текучую среду 44 для улучшения свойств проникновения излучения в кожу 21. Например, текучая среда 84 может представлять собой иммерсионную текучую среду, имеющую показатель преломления, который находится посередине между показателем оптического окна и показателем кожи 21. Предпочтительно, все показатели преломления по существу равны. Это также снижает отражение от кожи 21. Текучую среду 44 также выбирают с целью охлаждения кожи 21 или ее обработки иным образом. Кроме того, несмотря на то, что контактное окно 43 не является обязательным, оно помогает, выступая в качестве ориентира для определения положения объектов кожи, например волос 22.
Устройство 40 для бритья может не только использовать лазерный источник 11 для обнаружения волос 22, но также для их срезания. Когда лазерный источник 11 используют для срезания, он может работать на другом уровне мощности, чем при обнаружении волос 22. Альтернативно, отдельный лазерный источник (не показано) используют для срезания волос 22. Контроль за процессом срезания можно выполнять посредством блока управления или посредством дополнительного срезающего процессора (не показано). Срезающий процессор соединен с детектором 10 на основе света, чтобы активировать лазерный источник для срезания волос в положении фокуса лазерного луча для срезания волос вблизи поверхности 21 кожи, причем детектор на основе света обнаруживает присутствие волос 22.
Следует отметить, что указанные выше варианты осуществления иллюстрируют, а не ограничивают изобретение, и что специалисты в данной области смогут разработать множество альтернативных вариантов осуществления, не отступая от объема приложенной формулы изобретения. В формуле изобретения какие-либо ссылочные позиции, помещенные между круглых скобок, не следует толковать в качестве ограничения формулы изобретения. Использование глагола "содержать" и его спряжений не исключает присутствия элементов или стадий, отличных от тех, которые указаны в пункте формулы изобретения. Элемент в единственном числе не исключает наличия множества таких элементов. Изобретение можно реализовать посредством аппаратного обеспечения, содержащего несколько отдельных элементов, и посредством соответствующим образом запрограммированного компьютера. В пункте формулы изобретения об устройстве перечислены несколько средств, некоторые из этих средств можно осуществлять посредством одного и того же элемента аппаратного обеспечения. Сам факт того, что определенные средства перечислены во взаимно различных зависимых пунктах формулы изобретения, не указывает на то, что комбинацию этих средств нельзя применять с пользой.