Бреющее устройство с детектором волос
Изобретение относится к бреющему устройству, приспособленному для обнаружения и срезания волоса вблизи поверхности кожи части тела человека или части тела животного. Устройство содержит детектор (26), приспособленный для обнаружения волоса вблизи поверхности кожи, и лазер для срезания волоса. Детектор (26) содержит источник (27), приспособленный для испускания оптического излучения, содержащего, по меньшей мере, две длины волны и состояние поляризации падающего света, и блок (28) построения изображения волоса вблизи поверхности кожи, который содержит блок обнаружения (29) оптического излучения, рассеянного и/или отраженного волосом и/или поверхностью кожи, на обеих длинах волн, и блок управления. При этом блок обнаружения (29) предназначен для обнаружения рассеянного и/или отраженного оптического излучения, поступающего от волоса и/или поверхности кожи, содержащего первое состояние поляризации, соответствующее состоянию поляризации падающего света, и второе состояние поляризации, отличающееся от первого состояния поляризации. Таким образом, эффективность обнаружения, а следовательно, и качество бритья повышаются, в то же время энергопотребление снижается и повышается безопасность бритья. 11 з.п. ф-лы, 5 ил.
Область техники
Изобретение относится к бреющему устройству, приспособленному для обнаружения и срезания волоса вблизи поверхности кожи части тела человека или части тела животного, содержащему детектор, приспособленный для обнаружения волоса, причем бреющее устройство дополнительно содержит источник оптического резания, предпочтительно, режущий лазер, который предназначен для сообщения некоторого количества оптической энергии, по меньшей мере, части, по меньшей мере, одного волоса и приспособлен для срезания волоса.
Уровень техники
В документе WO 2008/072151 A2 описано устройство для формирования изображения волоса вблизи поверхности кожи части тела, содержащее источник света и детектор для обнаружения излучения, возвращающегося от волоса, причем устройство дополнительно содержит линейный, эллиптический или, предпочтительно, круговой поляризатор между источником и поверхностью кожи. Устройство также содержит средство увеличения отношения для увеличения отношения излучения, поступающего от волоса, к излучению, поступающему от поверхности кожи. Средство увеличения отношения может быть дополнительным или тем же эллиптическим поляризатором. Использование света эллиптической или даже круговой поляризации делает обнаружение волоса независимым от ориентации волоса относительно направления и поляризации света, что повышает надежность обнаружения. В документе дополнительно описан способ построения изображения и устройство и способ стрижки волос.
Точка входа в технологии оптического бритья с возможностью увеличения плотности процесса бритья содержит развитие оптической бритвы, также именуемой в дальнейшем бреющим устройством, причем бреющее устройство приспособлено для срезания волос на поверхности кожи или под поверхностью кожи части тела человека или животного или любой другой части тела.
Однако трудно обнаружить и локализовать каждый волос с высоким разрешением и гарантировать, что процесс бритья осуществляется только в нужном месте, т.е. в позиции волоса, а не в позиции на коже человека или животного вблизи части тела человека или животного, соответственно. В то же время, процесс бритья должен быть надежным. Кроме того, затраты на реализацию такого процесса бритья высоки, и такое бреющее устройство является сложным.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Задачей изобретения является обеспечение возможности повысить плотность в процессе бритья и, таким образом, добиться высокого разрешения, высокой эффективности и высокой надежности, и, предпочтительно, в то же время, высокой безопасности бритья, низкого энергопотребления в совокупности с упрощением устройства, что способствует снижению затрат на реализацию.
Эта задача решается согласно предмету независимого пункта формулы изобретения. Предпочтительные варианты осуществления отражены в зависимых пунктах.
Согласно первому аспекту изобретения, эта задача решается за счет бреющего устройства наподобие упомянутого в первом абзаце, причем детектор содержит источник, приспособленный для испускания оптического излучения, содержащего, по меньшей мере, первую длину волны, вторую длину волны и состояние поляризации падающего света, и блок формирования изображения, приспособленный для построения изображения волоса вблизи поверхности кожи, причем блок формирования изображения содержит блок обнаружения, предназначенный для обнаружения, на первой длине волны и на второй длине волны, оптического излучения, рассеянного и/или отраженного волосом и/или поверхностью кожи, и содержащего первое состояние поляризации, соответствующее состоянию поляризации падающего света, и второе состояние поляризации, отличающееся от первого состояния поляризации, и блок формирования изображения дополнительно содержит блок управления, приспособленный для обработки сигнала от блока обнаружения для различения между волосом и поверхностью кожи, причем блок управления дополнительно приспособлен для управления источником оптического резания, и детектор отличается тем, что блок управления приспособлен для осуществления математического вычитания и/или деления на первом сигнале, измеренном на первой длине волны, относительно второго сигнала, измеренного на второй длине волны, для различения между волосом и поверхностью кожи.
Термин “вблизи поверхности кожи” означает “на и/или под поверхностью кожи”. Поверхность кожи, предпочтительно, соответствует поверхности кожи части тела человека или части тела животного. В дальнейшем, детектор также именуется волосяным детектором, который, предпочтительно, приспособлен для встраивания в бреющее устройство. Само собой разумеется, что термин “волос вблизи поверхности кожи” означает, что волос выступает из поверхности кожи и/или располагается на или несколько ниже поверхности кожи. Оптическое излучение, испускаемое из источника, предпочтительно, содержит длину волны ≥180 нм и/или ≤3000 нм, более предпочтительно, длину волны ≥200 нм и/или ≤2000 нм.
Предпочтительно, блок обнаружения блока формирования изображения располагается на оптическом пути оптического излучения между источником и волосом. Предпочтительно, второе состояние поляризации ортогонально или перпендикулярно первому состоянию поляризации. Однако первое состояние поляризации и второе состояние поляризации могут быть не ортогональны друг другу, демонстрируя небольшое отклонение, но все же два состояния поляризации остаются отличимыми друг от друга.
Согласно изобретению, формирование изображения на основе различия в поляризации применяется для улучшения различения и, таким образом, обнаружения волоса вблизи поверхности кожи. При использовании в бреющем устройстве качество бритья повышается. Строго говоря, блок обнаружения, предпочтительно, приспособлен для обнаружения оптического излучения, содержащего горизонтальную и вертикальную поляризацию на каждой длине волны. Такого рода обнаружение соответствует основанному на поляризации конфокальному обнаружению оптического излучения, рассеянного и/или отраженного волосом. Таким образом, возникает возможность обнаруживать или различать изменение поляризации, обусловленное двулучепреломлением волоса или любого другого двулучепреломляющего объекта, который необходимо обнаружить.
Согласно предпочтительному варианту осуществления изобретения, первая длина волны и вторая длина волны относятся к двум заранее определенным отдельным длинам волны, отличающимся друг от друга, или содержатся в, по меньшей мере, двух заранее определенных диапазонах длины волны, по меньшей мере, частично отличающихся друг от друга. В общем случае, состояние поляризации падающего света может излучаться непосредственно на волос вблизи поверхности кожи. Однако блок построения изображения, предпочтительно, дополнительно содержит преобразователь поляризации, приспособленный для преобразования состояния поляризации падающего света, содержащегося в оптическом излучении, испускаемом из источника, в другое состояние поляризации, содержащееся в выходном пучке, направленном к поверхности.
Важная идея изобретения состоит в создании возможности обнаружения волоса почти в любом случае, благодаря предпочтительному обнаружению каждого волоса, что позволяет значительно сократить обнаружение ложных отрицательных распознаваний. Обнаружение ложных положительных распознаваний также значительно сокращается благодаря различению между волосом и окружающей средой, например, воздухом или кожей.
Согласно другому предпочтительному варианту осуществления изобретения, блок построения изображения дополнительно содержит совокупность линз и/или блок фокусировки, приспособленный для фокусировки выходного пучка, направленного к поверхности кожи. Таким образом, выходной пучок освещает только нужное место на поверхности кожи. Блок фокусировки предпочтительно содержит линзу, микроскопический объектив и/или оптический элемент, например, оптическое лезвие. На оптическом пути между преобразователем поляризации и блоком фокусировки, предпочтительно, располагается точечное отверстие (отверстие малого диаметра). Предпочтительно, состояние поляризации падающего света содержит состояние линейной поляризации, состояние круговой поляризации и/или состояние эллиптической поляризации, и преобразование в другое состояние поляризации содержит состояние поляризации, соответствующее состоянию поляризации, отличному от состояния поляризации падающего света. Преобразователь поляризации, предпочтительно, содержит четвертьволновую пластинку или любую другую фазовую пластинку, которую можно надлежащим образом применять.
Преобразователь поляризации содержит оптическую фазовую пластинку, которая понимается здесь в общепринятом смысле, т.е. пластинка, прозрачная для используемого оптического излучения, и имеет ту особенность, что скорость распространения для направления поляризации в первой ориентации, также именуемой “быстрой осью”, выше, чем в перпендикулярном направлении, которое также именуется “медленной осью”. Это приводит к образованию разности фаз между двумя составляющими световой волны в этих двух направлениях. При надлежащем выборе соответствующего угла относительно направления поляризации линейно поляризованного света и толщины фазовой пластинки, которая определяет разность фаз, свет приобретает эллиптическую поляризацию. Специалистам в данной области техники также известно, как можно обеспечить круговую поляризацию света.
Согласно еще одному предпочтительному варианту осуществления изобретения, блок формирования изображения дополнительно содержит блок увеличения отношения, размещенный на оптическом пути оптического излучения между поверхностью кожи или волосом, и блоком обнаружения, причем блок увеличения отношения приспособлен для увеличения отношения оптического излучения, которое возвращается от волоса, к оптическому излучению, которое возвращается от поверхности кожи. Предпочтительно, блок увеличения отношения содержит, по меньшей мере, один из светоделителя и поляризационного светоделителя, более предпочтительно, светоделитель и поляризационный светоделитель, размещенные на общем оптическом пути, и/или изолятор Фарадея.
Согласно еще одному предпочтительному варианту осуществления изобретения, источник содержит, по меньшей мере, один из полупроводникового лазера, например, лазерного диода, твердотельного лазера, например, волоконного лазера, и широкополосного источника, например, суперлюминесцентного лазерного диода, приспособленного для испускания некогерентного оптического излучения. Заметим, что можно успешно использовать не только источники, испускающие когерентное оптическое излучение, но и некогерентные источники. Источником может быть любой источник, работающий в импульсном режиме или в режиме непрерывной волны.
Предпочтительно, источник содержит широкополосный источник, например, суперлюминесцентный лазерный диод, предпочтительно, с полосой, по меньшей мере, 30 нм, более предпочтительно, с полосой, по меньшей мере, 50 нм, и, наиболее предпочтительно, с полосой, по меньшей мере, 80 нм. Предварительно определенный диапазон длины волны предпочтительно выбирать в зависимости от, по меньшей мере, одного из следующих параметров: диаметра волоса, двулучепреломления волоса и центральной длины волны источника. Предпочтительно, центральная длина волны широкополосного источника содержит диапазон от 400 нм до 2000 нм, более предпочтительно, диапазон от 800 нм до 1100 нм, наиболее предпочтительно, диапазон от 1400 нм до 700 нм. Согласно еще одному предпочтительному варианту осуществления изобретения, центральная длина волны широкополосного источника содержит диапазон от 810 нм до 850 нм.
Согласно еще одному предпочтительному варианту осуществления изобретения, источник содержит первый источник линейно поляризованного оптического излучения и второй источник линейно поляризованного оптического излучения, причем объединитель, предпочтительно, дихроичный объединитель пучков, объединяет первый пучок, испускаемый из первого источника линейно поляризованного оптического излучения, и второй пучок, испускаемый из второго источника линейно поляризованного оптического излучения. Предпочтительно, блок обнаружения содержит, по меньшей мере, два фотодетектора, более предпочтительно, по меньшей мере, четыре фотодетектора. Наиболее предпочтительно, каждый фотодетектор соответствует лавинному фотодетектору, причем оптический путь между каждым фотодетектором и блоком увеличения отношения содержит, по меньшей мере, фокусирующий элемент или объединитель, причем объединитель, предпочтительно, соответствует дихроичному светоделителю.
Согласно предпочтительному варианту осуществления изобретения, бреющее устройство дополнительно содержит стеклянную пластинку, предназначенную для обеспечения ровной поверхности для поверхности кожи, содержащей, по меньшей мере, один волос, и/или элемент, приспособленный для манипулирования волосами, выступающими из кожи. Кроме того, бреющее устройство, предпочтительно, содержит среду согласования показателей преломления, приспособленную для обеспечения показателя преломления, соответствующего показателю преломления поверхности кожи части тела человека или животного.
Заметим, что изменение поляризации, обусловленное волосом, зависит от длины волны вследствие двулучепреломления волоса. При использовании, по меньшей мере, двух длин волны, например, первой длины волны и второй длины волны для освещения, и при раздельном обнаружении этих длин волны, можно определять различия в изменении поляризации на разных каналах длины волны. Заметим, что последнее утверждение неприменимо к коже, поскольку верхние слои кожи не являются двулучепреломляющими. Таким образом, на, по меньшей мере, двух каналах длины волны, волос выглядит по-разному в силу изменений в поляризации, тогда как кожа остается такой же или почти неизменной. Это обеспечивает большую контрастность волоса относительно кожи.
Согласно предпочтительному варианту осуществления изобретения, вместо, по меньшей мере, двух дискретных длин волны, используется широкополосный источник света. Полный спектр широкополосного источника, предпочтительно, делится на, по меньшей мере, два диапазона длины волны. Используя широкополосный источник, излучающий в диапазоне от 600 нм до 900 нм, можно выбрать, например, три заранее определенных диапазона длины волны, например, диапазон от 600 нм до 700 нм, представляющий первый заранее определенный диапазон длины волны, диапазон от 700 нм до 800 нм, представляющий второй заранее определенный диапазон длины волны, и диапазон от 800 нм до 900 нм, представляющий третий заранее определенный диапазон длины волны. Согласно другому предпочтительному варианту осуществления изобретения, диапазон длины волны, обеспеченный широкополосным источником, делится на два канала длины волны, например, в диапазоне от 600 нм до 750 нм, представляющем первый заранее определенный диапазон длины волны, и в диапазоне от 750 нм до 900 нм, представляющем второй заранее определенный диапазон длины волны. Соответственно, в зависимости от того, сколько каналов выбрано для приложения, обеспеченный диапазон длины волны делится на, по меньшей мере, два канала длины волны. Использование разных длин волны, предпочтительно, приводит к разным изменениям поляризации в волосе, но не в коже.
Нелишне отметить, что изобретение применяет принцип микроскопии на основе конфокального лазерного сканирования, чувствительного к поляризации, сокращенно PSCLSM, приспособленной для повышения эффективности обнаружения волоса. Это позволяет обнаруживать и локализовать волос в качестве двулучепреломляющего объекта, что обеспечивает высокую эффективность и специфичность бритья. Заметим, что можно обнаруживать каждый волос, и, таким образом, избегать ложных отрицательных суждений. Преимущественно, это осуществляется с высоким разрешением, более предпочтительно, с микронным разрешением. В то же время, достигается максимальная контрастность волоса относительно кожи, что позволяет избегать ложных положительных суждений, что также соответствует уменьшению раздражения кожи и повышению безопасности бритья. Лазерно-индуцируемый оптический пробой, сокращенно LIOB, приспособленный для срезания волоса, преимущественно, возникает только в нужном местоположении волоса вблизи поверхности кожи. Альтернативно, волос можно срезать на основе поглощения тепла. Нелишне также отметить, что достигается низкое энергопотребление источника оптического резания, входящего в состав бреющего устройства, поскольку источник оптического резания не обязан быть постоянно включен, что позволяет экономить энергию.
Важная идея изобретения состоит в применении принципа микроскопии на основе конфокального лазерного сканирования, сокращенно CLSM. Нелишне отметить, что повышенная плотность достигается за счет обнаружения волоса как можно ближе к поверхности кожи части тела человека или животного, например, ноги, руки или лица.
Краткое описание чертежей
Эти и другие аспекты изобретения явствуют из и описаны со ссылкой на представленные ниже варианты осуществления.
В чертежах:
фиг.1 - график диапазона длины волны между двумя источниками как функции длины волны для разных диаметров волоса, согласно первому предпочтительному варианту осуществления изобретения;
фиг.2 - детектор волос, согласно второму предпочтительному варианту осуществления изобретения;
фиг.3 - детектор волос, согласно третьему предпочтительному варианту осуществления изобретения;
фиг.4 - характеристика мощности света в зависимости от инжекционного тока суперлюминесцентного диода, согласно третьему предпочтительному варианту осуществления изобретения; и
фиг.5 - схема бреющего устройства, согласно четвертому предпочтительному варианту осуществления изобретения.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
При обнаружении волоса на основе CLSM, различение между волосом и поверхностью кожи затруднено вследствие отражающей способности кожи. Чувствительное к поляризации конфокальное обнаружение света, рассеянного и/или отраженного волосом, приспособленное для увеличения специфичности и эффективности обнаружения, будет описано ниже посредством четырех предпочтительных вариантов осуществления изобретения. Принцип заключается в различении изменения поляризации, обусловленного двулучепреломлением волоса, предпочтительно, двулучепреломлением коркового вещества волоса, от фонового сигнала кожи. В CLSM волос выглядит как яркий или темный объект, в зависимости от направления состояния поляризации падающего света или электрического поля относительно оси волоса.
В то же время, сигнал от кожи остается независимым от направления состояния поляризации падающего света. Это объясняется тем, что поверхностные слои поверхности кожи не являются двулучепреломляющими. Поэтому, изменение поляризации дает возможность различения между волосом и поверхностью кожи. Изменение поляризации волоса в качестве двулучепреломляющего объекта, выбирается как функция, по меньшей мере, одного из следующих параметров: длины волны, например, центральной длины волны источника, двулучепреломления волоса и диаметра волоса. Формирование изображения на основе различия в поляризации применяется, т.е. регистрируется свет или излучение, содержащее первое состояние поляризации, соответствующее состоянию поляризации падающего света, и, во втором состоянии поляризации, перпендикулярном, также именуемом ортогональным, первому состоянию поляризации. Это предпочтительно делать, освещая, либо, по меньшей мере, двумя источниками света с разными длинами волны, либо широкополосным источником, приспособленным для испускания некогерентного излучения. Согласно другим предпочтительным вариантам осуществления изобретения, применимы и другие источники.
Гарантируется, что процесс бритья осуществляется только в нужном месте. Различение между волосом и окружающей средой, например, поверхностью кожи, воздухом, пеной, водой или жидкостью согласования показателей преломления, осуществляется во избежание ложных положительных суждений и, таким образом, для уменьшения раздражения кожи. Различение между волосом и поверхностью кожи, предпочтительно, содержит два критерия: сильный сигнал и форму волоса. Форма волоса важна, поскольку сильный сигнал сам по себе трудно использовать в качестве конкретного признака для различения между волосом и поверхностью кожи. Дело в том, что сухая кожа, кожное сало и/или пузырьки иммерсионной жидкости могут давать сильный сигнал, наблюдаемый при измерении. Иммерсионная жидкость наносится на волосы для резания с использованием LIOB. Однако можно использовать иммерсионную жидкость, приспособленную для термической резки волос.
В CLSM, волос освещается с использованием светового пучка или излучения, например, оптического излучения, предпочтительно, содержащего состояние линейной поляризации, и излучения обнаружения, предпочтительно, содержащего состояние поляризации, ортогональное к состоянию поляризации освещающего пучка. Волос в качестве двулучепреломляющего объекта, выглядит как образец, демонстрирующий различную яркость в зависимости от направления состояния поляризации падающего света относительно оси волоса. Однако сигнал, идущий от кожи, не демонстрирует подобной зависимости в силу того, что поверхностные слои кожи не являются двулучепреломляющими. Поэтому количество света или излучения, идущего от кожи, содержащего состояние поляризации, ортогональное состоянию поляризации падающего света, не зависит от ориентации поляризации падающего света. Таким образом, сигнал, приспособленный для распознавания волоса, можно без труда получить, вычитая, предпочтительно, два изображения, полученные с использованием разных состояний поляризации освещающего света или излучения. Блок управления вычитает и/или делит сигнал, содержащий первое состояние поляризации, из сигнала, который содержит второе состояние поляризации, причем второе состояние поляризации, предпочтительно, ортогонально первому состоянию поляризации.
Согласно первому предпочтительному варианту осуществления изобретения, значения обыкновенного и необыкновенного показателей преломления волоса, т.е. nO и nE, соответствуют 1,541 и 1,548, соответственно. Соответствующее значение двулучепреломления Γ, т.е. соответствующе разности между необыкновенным и обыкновенным показателями преломления, равно 0,007. Для данных диаметра волоса и двулучепреломления, длины волны для ожидаемой разностьи фаз π/4 между двумя поляризациями, предназначенными для быстрой и медленной оси волоса как двулучепреломляющего объекта, можно вычислить по следующей формуле:
Замедление = 2π(nO-nE)·длина пути в волосе/λ.
Максимальный сигнал, идущий от волоса, предположительно будет отставать по фазе на π/4. На фиг.1 показан график диапазонов длины волны, необходимых между двумя источниками для разных диаметров волоса как функции длины волны для обеспечения разности фаз в π/4. Из фиг.1 следует, что, чем меньше диаметр волоса, тем больше должен быть диапазон длины волны. Кроме того, можно видеть, что с увеличением длины волны необходимый диапазон длины волны растет почти линейно.
На фиг.2 показан детектор 26 волос согласно второму предпочтительному варианту осуществления изобретения. Детектор 26 волос создан на базе источника 27, содержащего два источника света 1, 2 с разными длинами волны и состояниями линейной поляризации, на протяжении волоса. Источник 27 приспособлен для испускания оптического излучения, содержащего состояние поляризации падающего света. Согласно второму предпочтительному варианту осуществления изобретения, источник 27 содержит первый источник 1 линейно поляризованного оптического излучения и второй источник 2 линейно поляризованного оптического излучения, причем объединитель 32, согласно второму предпочтительному варианту осуществления изобретения, дихроичный объединитель пучков 3, объединяет первый пучок, испускаемый из первого источника 1 линейно поляризованного оптического излучения, и второй пучок, испускаемый из второго источника линейно поляризованного оптического излучения.
Детектор 26 волоса дополнительно содержит блок 28 формирования изображения, приспособленный для формирования изображения волоса на поверхности кожи части тела человека или животного, причем блок 28 формирования изображения содержит блок (29) обнаружения, приспособленный для обнаружения оптического излучения, рассеянного и/или отраженного волосом, и блок управления, приспособленный для обработки сигнала от блока 29 обнаружения для распознавания волоса. Заметим, что блок управления не показан на фиг.2. Согласно второму предпочтительному варианту осуществления изобретения, блок обнаружения содержит четыре лавинных фотодетектора 16, 18, 21, 23, причем оптический путь между каждым фотодетектором и блоком 30 увеличения отношения содержит, по меньшей мере, фокусирующий элемент 15, 17, 20, 22 или объединитель 14, 19, причем объединитель 14, 19 соответствует дихроичному светоделителю согласно второму предпочтительному варианту осуществления изобретения.
Кроме того, блок 28 формирования изображения дополнительно содержит преобразователь 9 поляризации. Согласно второму предпочтительному варианту осуществления изобретения, преобразователь 9 поляризации соответствует четвертьволновой пластинке, приспособленной для преобразования состояния поляризации падающего света, содержащегося в оптическом излучении, испускаемом из источника 27, в другое состояние поляризации, содержащееся в выходном пучке, направленном к поверхности кожи. Блок 29 обнаружения располагается или размещается на оптическом пути оптического излучения между источником 27 и поверхностью кожи и/или волосом и приспособлен для обнаружения рассеянного и/или отраженного оптического излучения, содержащего первое состояние поляризации, соответствующее состоянию поляризации падающего света, и второе состояние поляризации, ортогональное первому состоянию поляризации. Согласно второму предпочтительному варианту осуществления изобретения, блок 28 формирования изображения дополнительно содержит линзу, содержащуюся в блоке 10 фокусировки, причем линза приспособлена для фокусировки выходного пучка, направленного к поверхности кожи. Кроме того, на оптическом пути между преобразователем 9 поляризации и блоком 10 фокусировки находится отверстие 33 малого диаметра. Согласно второму предпочтительному варианту осуществления изобретения, блок 30 увеличения отношения, размещенный на оптическом пути оптического излучения между поверхностью кожи и блоком обнаружения 29, приспособлен для увеличения отношения оптического излучения, которое возвращается от волоса, к оптическому излучению, которое возвращается от поверхности кожи, причем блок 30 увеличения отношения содержит светоделитель 24, почти или полностью нечувствительный к изменению поляризации, и поляризационный светоделитель 5, чувствительный к поляризации.
Линейно поляризованный свет, излучаемый двумя источниками 1, 2 света, объединяется объединителем 32 и пропускается через светоделитель 24 и поляризационный светоделитель 5, сокращенно PBS. Когда линейно поляризованный свет проходит через преобразователь 9 поляризации таким образом, что вектор электрического поля ориентирован под углом 45 градусов относительно быстрой оси преобразователя поляризации, результирующее состояние поляризации содержит состояние круговой поляризации. Свет круговой поляризации, содержащийся в результирующем световом пучке, можно представить как сумму двух ортогональных линейно поляризованных составляющих, сдвинутых по фазе на плюс или минус 90 градусов. Затем этот световой пучок фокусируется фокусирующим элементом 10 на поверхности кожи, содержащей волос. Свет частично отражается на границе раздела между кожей и иммерсионной средой, например, воздухом, водой или любой другой средой, и на границе раздела между волосом и средой, а также рассеивается волосом и кожей.
Двулучепреломление коркового вещества волоса обуславливает изменение поляризации, которое выбирается как функция диаметра волоса и длины волны. Отражение света от границы раздела среда-кожа содержит отражение от поверхности диэлектрика, показатель преломления которого больше, чем показатель преломления среды распространения света, например, воздуха, для которого справедливо n~1. Это вносит сдвиг фазы на 180 градусов одной из составляющих падающего света круговой поляризации. Когда свет, отраженный и/или рассеянный от волоса и кожи, распространяется обратно к преобразователю 9 поляризации, результирующее состояние поляризации содержит состояние линейной поляризации, содержащее такую же или другую ориентацию, чем у состояния поляризации падающего света для падающего света, в зависимости от изменения поляризации. Свет или излучение, содержащий/ее состояние поляризации, ортогональное к состоянию поляризации падающего света, отражается PBS 5, и параллельное состоянию поляризации, проходит к светоделителю 24. На обоих каналах, каждая длина волны регистрируется по отдельности, содержа состояние поляризации, идентичное и перпендикулярное состоянию поляризации падающего света.
Согласно третьему предпочтительному варианту осуществления изобретения, источник 27 соответствует широкополосному источнику 31, который показан на фиг.3. Широкополосный источник соответствует суперлюминесцентному лазерному диоду, излучающему в спектральном диапазоне от ультрафиолетового до ближнего инфракрасного света, сокращенно UV-NIR, с полосой, по меньшей мере, 50 нм и центральной длиной волны 830 нм. Формирование изображения на основе различия в поляризации применяется для зарегистрированного света, содержащего два состояния поляризации, т.е. состояние поляризации, идентичное состоянию поляризации падающего света или сдвинутое на 180 градусов, и состояние поляризации, перпендикулярное состоянию поляризации падающего света, используемому для, по меньшей мере, двух диапазонов длины волны, например, от первой длины волны до центральной длины волны и от центральной длины волны до второй длины волны. Это дает еще больше преимуществ, если вместо двух источников света применяется широкополосный источник 31, например, источник света согласно второму предпочтительному варианту осуществления изобретения. Поскольку изменение поляризации для двух конкретных длин волны выбирается как функция диаметра волоса, который, в свою очередь, варьируется от 50 мкм до 300 мкм, благодаря использованию суперлюминесцентного лазерного диода, сокращенно SLD, производительность системы не зависит от диаметра волоса. Блок 29 обнаружения обнаруживает рассеянное и/или отраженное оптическое излучение в таких заранее определенных диапазонах длины волны.
Спектральная полоса SLD регулируется изменением тока возбуждения и температуры. Это позволяет оптимизировать производительность системы, в зависимости от предъявляемых требований. При малых токах возбуждения, лазерный диод работает в многомодовом режиме, и, таким образом, в гауссовом профиле коэффициента усиления возбуждается несколько аксиальных мод, приводя к эффективному расширению спектральной полосы. С ростом тока возбуждения, предпочтительно возбуждается конкретная мода, и спектральная полоса сужается. Спектр световой или оптической мощности как функция тока возбуждения, представляющий характеристики изменения спектральной полосы и оптической мощности в зависимости от инжекционного тока SLD показан на фиг.4, согласно третьему предпочтительному варианту осуществления изобретения. Во вкладке показаны спектры интенсивности электролюминесценции, сокращенно спектры интенсивности EL, для разных токов SLD. Как и предполагалось, мощность света растет с увеличением тока, однако только до значения насыщения. С точки зрения реализации системы, это сокращает стоимость и размер устройства.
На фиг.5 показан четвертый предпочтительный вариант осуществления изобретения, схематически иллюстрирующий бреющее устройство 25. Здесь, как и во всех чертежах, аналогичные детали обозначены одинаковыми позициями. Бреющее устройство 25 приспособлено для обнаружения и срезания волоса. Бреющее устройство 25 содержит детектор 26 волос согласно второму предпочтительному варианту осуществления изобретения и приспособлено для обнаружения волоса. Бреющее устройство 25 дополнительно содержит режущий лазер, содержащийся в источнике 6 оптического резания, предназначенный для сообщения некоторого количества оптической энергии, по меньшей мере, части, по меньшей мере, одного волоса и приспособленный для срезания волоса. Кроме того, бреющее устройство 25 содержит стеклянную пластинку 11, предназначенную для обеспечения ровной поверхности, и среду 12 согласования показателей преломления, приспособленную для обеспечения показателя преломления, соответствующего показателю преломления поверхности кожи 13 части тела человека или животного. Кроме того, на фиг.5 также показаны отражающее зеркало 4 для обнаружения длины волны, содержащееся в дихроичном объединителе 3 пучков, дополнительное отражающее зеркало 7 на конце детектора 26 волос, причем отражающее зеркало 7 приспособлено для разделения излучения, испускаемого из детектора 26 волос и источника 6 оптического резания, и сканирующее зеркало 8.
Изобретение можно применять для формирования изображений волос в качестве двулучепреломляющих объектов, на фоне, не обладающем двойным лучепреломлением, образованном прилегающей кожей. Применение описанного принципа позволяет добиться высокой контрастности. Таким образом, возникает возможность обнаруживать волос с микронным разрешением и повышенной контрастностью волоса относительно кожи. Кроме того, возникает возможность резать волос, например, способами LIOB или термическими способами. Повышенная специфичность измерений, т.е. сокращение ложных положительных распознаваний, позволяет отличать волос от структуры кожи. Это повышает эффективность обнаружения и, таким образом, значительно повышает качество бритья.
Хотя изобретение подробно проиллюстрировано и описано в вышеприведенном описании, это описание следует рассматривать исключительно в порядке иллюстрации, но не ограничения; изобретение не ограничивается раскрытыми вариантами осуществления.
Специалисты в данной области техники могут понять и осуществить на практике другие варианты раскрытых вариантов осуществления заявленного изобретения, изучив описание изобретения и формулу изобретению. В формуле изобретения слово “содержащий” не исключает наличия других элементов или этапов, и употребление названий элементов или этапов в единственном числе не исключает наличия их совокупности. Лишь тот факт, что определенные меры упомянуты в различных зависимых пунктах формулы изобретения, не означает, что нельзя выгодно использовать комбинацию этих мер. Любые условные обозначения в формуле изобретения не следует рассматривать в порядке ограничения его объема.
1. Бреющее устройство (25), приспособленное для обнаружения и срезания волоса вблизи поверхности кожи части тела человека или части тела животного, содержащее детектор (26), приспособленный для обнаружения волоса, причем бреющее устройство (25) дополнительно содержит источник (6) оптического резания, предпочтительно, режущий лазер, который предназначен для сообщения некоторого количества оптической энергии, по меньшей мере, части, по меньшей мере, одного волоса и приспособлен для срезания волоса, причем детектор (25) содержит
источник (27), приспособленный для испускания оптического излучения, содержащего, по меньшей мере, первую длину волны, вторую длину волны и состояние поляризации падающего света, и
блок (28) формирования изображения, приспособленный для формирования изображения волоса вблизи поверхности кожи, причем блок (28) формирования изображения содержит
блок (29) обнаружения, предназначенный для обнаружения на первой длине волны и на второй длине волны оптического излучения, рассеянного и/или отраженного волосом и/или поверхностью кожи и содержащего первое состояние поляризации, соответствующее состоянию поляризации падающего света, и второе состояние поляризации, отличающееся от первого состояния поляризации, и
блок управления, приспособленный для обработки сигнала от блока (29) обнаружения, для различения между волосом и поверхностью кожи, причем блок управления дополнительно приспособлен для управления источником (6) оптического резания,
отличающийся тем, что блок управления приспособлен для осуществления математического вычитания и/или деления на первом сигнале, измеренном на первой длине волны, относительно второго сигнала, измеренного на второй длине волны, для различения между волосом и поверхностью кожи.
2. Бреющее устройство (25) по п.1, в котором первая длина волны и вторая длина волны относятся к двум заранее определенным отдельным длинам волны, отличающимся друг от друга, или содержатся в, по меньшей мере, двух заранее определенных диапазонах длины волны, по меньшей мере, частично отличающихся друг от друга.
3. Бреющее устройство (25) по п.1, в котором блок (28) формирования изображения дополнительно содержит преобразователь (9) поляризации, приспособленный для преобразования состояния поляризации падающего света, содержащегося в оптическом излучении, испускаемом из источника (27), в другое состояние поляризации, содержащееся в выходном пучке, направленном к поверхности кожи.
4. Бреющее устройство (25) по п.1, в котором блок (28) формирования изображения дополнительно содержит множество линз и/или блок (10) фокусировки, приспособленный для фокусировки выходного пучка, направленного к поверхности кожи.
5. Бреющее устройство (25) по п.4, в котором блок (10) фокусировки содержит линзу, микроскопический объектив и/или оптическое лезвие.
6. Бреющее устройство (25) по п.3, в котором состояние поляризации падающего света содержит состояние линейной поляризации, состояние круговой поляризации и/или состояние эллиптической поляризации, и преобразование в другое состояние поляризации содержит состояние поляризации, соответствующее состоянию поляризации, отличному от состояния поляризации падающего света.
7. Бреющее устройство (25) по п.1, в котором блок (28) формирования изображения дополнительно содержит блок (30) увеличения отношения, размещенный на оптическом пути оптического излучения между поверхностью кожи и блоком (29) обнаружения, причем блок (30) увеличения отношения приспособлен для увеличения отношения оптического излучения, которое возвращается от волоса, к оптическому излучению, которое возвращается от поверхности кожи.
8. Бреющее устройство (25) по п.7, в котором блок (30) увеличения отношения содержит, по меньшей мере, один из светоделителя (24) и поляризационного светоделителя (5), предпочтительно, светоделитель (24) и поляризационный светоделитель (5), и/или изолятор Фарадея.
9. Бреющее устройство (25) по п.1, в котором источник (27) содержит широкополосный источник (31), предпочтительно, суперлюминесцентный лазерный диод, с полосой, по меньшей мере, 30 нм, предпочтительно с полосой, по меньшей мере, 50 нм, наиболее предпочтительно, с полосой, по меньшей мере, 80 нм.
10. Бреющее устройство (25) по п.2, в котором заранее определенный диапазон длины волны выбирается в зависимости от, по меньшей мере, одного из диаметра волоса, двулучепреломления волоса и центральной длины волны источника (27).
11. Бреющее устройство (25) по п.1, в котором источник (27) содержит первый источник (1) линейно поляризованного оптического излучения и второй источник (2) линейно поляризованного оптического излучения, причем объединитель (32), предпочтительно, дихроичный объединитель пучков (3), объединяет первый пучок, испускаемый из первого источника (1) линейно поляризованного оптического излучения, и второй пучок, испускаемый из второго источника (2) линейно поляризованного оптического излучения.
12. Бреющее устройство (25) по п.1, в котором блок обнаружения (29) содержит, по меньшей мере, два фотодетектора, предпочтительно, по меньшей мере, четыре фотодетектора (16, 18, 21, 23), более предпочтительно, каждый фотодетектор соответствует лавинному фотодетектору, причем оптический путь между каждым фотодетектором и блоком (30) увеличения отношения содержит, по меньшей мере, фокусирующий элемент (15, 17, 20, 22) или объединитель (14, 19), причем объединитель (14, 19), предпочтительно, соответствует дихроичному светоделителю.
