Режущая головка устройства для стрижки волос
Группа изобретений относится к медицинской технике. Режущая головка, используемая в способе управления режущей головкой, имеет лазерный генератор и оптическую систему, которая выполнена с возможностью фокусировки лазерного луча, формируемого лазерным генератором, и направления лазерного луча вдоль оптической оси через зону резания в режущей головке. Лазерный генератор и оптическая система выполнены таким образом, что в фокальном пятне лазерного луча размер фокального пятна, удельная плотность мощности лазерного луча и числовая апертура лазерного луча таковы, что когда волос попадает в зону резания, выходная мощность лазерного генератора минимизируется, гарантируя, что для заданного времени экспонирования волос, попавший в зону резания, срезается посредством оптического поглощения. 3 н. и 12 з.п. ф-лы, 2 ил.
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ
Настоящая заявка относится к режущей головке устройства для стрижки волос. Настоящая заявка также относится к устройству для стрижки волос и к способу управления режущей головкой устройства для стрижки волос.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Известен шейвер или электробритва на основе лазера для бритья и стрижки волос вместо установки режущих лезвий. Электробритвы без лезвий имеют меньше движущихся частей и поэтому износ снижается, что обеспечивает преимущество перед механическими бритвами.
Дополнительно, использование лазера уменьшает раздражение кожи, поскольку отсутствуют острые части, контактирующие с поверхностью кожи. Лазерные электробритвы работают либо на основе оптического поглощения, либо осуществления лазером оптического разрушения волоса. При оптическом поглощении волос подвергается воздействию лазерного луча и поглощает энергию луча, заставляя волос испаряться и/или отсекаться. При оптическом разрушении волоса, вызванном лазером, волос срезается посредством кавитации и/или формирования ударных волн.
Характеристики бритья обычно измеряются двумя критериями - чистота бритья и раздражение кожи. Поэтому электробритва с хорошими характеристиками должна минимизировать остающуюся длину волоса, располагая лазер как можно ближе к коже. Однако, когда на кожу падают тепло и энергия от лазера, это может вызывать большое раздражение кожи. Необходимо защищать кожу от контакта с лазерным лучом, чтобы избегать повреждения или раздражения кожи при бритье. Триммеры или грумеры волос используются для подстригания волос до постоянной длины, поэтому, хотя чистота не является главным характеризующим фактором, одинаковость длины остающихся волос желательна.
Известно, например, из WO 92/16338, что необходимо формировать лазерный луч, расположенный параллельно коже и перпендикулярно направлению движения для срезания волос по мере того, как бритва движется по коже. Однако, теория Гаусса указывает, что лазерные лучи имеют естественное варьирование интенсивности вдоль их длины. Дополнительно, когда волос срезается лазером, может возникать большое количество паразитных физических и химических явлений, затрудняющих процесс резания волос.
Патентный документ WO 91/06406 А1 раскрывает бритву, использующую лазерный луч для стрижки волос. Бритва, соответствующая этому документу, имеет срезающую пластину с впускным зазором. Лазерный луч обеспечивается устройством, участками для волос вблизи впускного зазора.
Патентный документ WO 2007/039854 А1 раскрывает устройство подрезания волос, основанное на принципе вызванного лазером оптического разрезания волос. Устройство подрезания волос, соответствующее этому документу, использует два или более таких лазерных импульсов одновременно, для которых механические эффекты координируются. Тем самым, разрешается резание волоса с меньшей общей энергией.
Патентный документ WO 95/33600 А1 раскрывает устройство для стрижки волос, причем устройство для стрижки волос содержит корпус, источник света, расположенный в корпусе, отверстие для входа волоса, определенное в корпусе, чтобы позволить волосу, который должен быть срезан, входить в корпус, и оптику, направляющую свет от источника вдоль траектории резания волоса, соседствующей с упомянутым отверстием для входа волоса для срезания упомянутого волоса.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Задача изобретения состоит в обеспечении блока головки устройства для стрижки волос, которое существенно облегчает или преодолевает упомянутые выше, помимо прочих, проблемы.
В соответствии с настоящим изобретением, обеспечивается режущая головка устройства для стрижки волос, содержащее лазерный генератор и оптическую систему, выполненную с возможностью фокусировки лазерного луча, формируемого лазерным генератором, и направления лазерного луча вдоль оптической оси через зону резания в режущей головке, в которой лазерный генератор и оптическая система выполнены таким образом, что в фокальном пятне лазерного луча размер фокального пятна, удельная плотность мощности лазерного луча и числовая апертура лазерного луча таковы, что когда волос попадает в зону резания, выходная мощность лазерного генератора минимизируется, гарантируя, что для заданного времени экспонирования волос, попавший в зону резания, срезается посредством оптического поглощения. Размер фокального пятна содержит горизонтальный размер, горизонтальный размер фокального пятна, и вертикальный размер, вертикальный размер фокального пятна, в котором горизонтальный размер фокального пятна соответствует диаметру волоса, который должен быть срезан.
Подбирая один или более размеров фокального пятна, удельную плотность мощности лазерного луча и числовую апертуру лазерного луча могут быть минимизированы или устранены многие паразитные физические и химические явления, препятствующие процессу резания волос. Выбирая заданные параметры, можно гарантировать, что волос, попадающий в зону резания, срезается с максимальной эффективностью.
Оптическая система может быть выполнена таким образом, что числовая апертура равна или меньше 0,8, предпочтительно равна или меньше 0,6 и более предпочтительно равна или меньше 0,4.
Приведенные выше параметры предотвращают выход частей волоса, который должен срезаться, за пределы фокального пятна лазера, в то время как центр волоса находится в фокусе.
Оптическая система может быть выполнена таким образом, что вертикальный размер фокального пятна равен или меньше 0,2 мм, предпочтительно равен или меньше 0,1 мм и более предпочтительно равен или меньше 0,05 мм.
При вертикальном размере фокального пятна ниже указанных пороговых параметров было обнаружено, что эффективная скорость срезания волоса максимизируется. Это предотвращает испарение излишне большой доли волоса из-за подачи лазерного луча со слишком большим вертикальным размером фокального пятна.
Оптическая система может быть выполнена таким образом, что горизонтальный размер фокального пятна находится в пределах между 0,05 мм и 1 мм, предпочтительно между 0,1 мм и 0,5 мм и более предпочтительно между 0,15 мм и 0,3 мм. Описанная конструкция позволяет взаимодействие с волосом по всей ширине луча, максимизируя фотоны, поглощенные волосом. Поэтому эффективность процесса резания может быть максимизирована. Дополнительно, обеспечивая для горизонтального размера фокального пятна упомянутые выше пороговые значения, луч может распространяться по ширине волоса таким образом, что вся ширина волос подвергается воздействию лазерного луча.
Удельная плотность мощности лазерного луча в фокальном пятне может быть равна или больше 1000 Вт/см2, предпочтительно равна или больше 5000 Вт/см2 и более предпочтительно равна или больше 50000 Вт/см2.
Обеспечивая удельную плотность мощности выше порогового значения, может быть достигнут желательный эффект испарения волоса, тогда как плавление волоса предотвращается. Плавление волоса нежелательно, поскольку не всегда приводит к срезанию волоса, но расходует лазерную энергию, снижая, таким образом, эффективность резания.
Лазерный генератор может быть выполнен с возможностью создания непрерывной выходной мощности луча. Альтернативно, лазерный генератор может быть выполнен с возможностью создания импульсной выходной мощности луча.
Лазерный генератор может быть выполнен с возможностью формирования лазерного луча с длительностью импульса, равной или большей чем 0,1 мкс, предпочтительно большей чем 1 мкс и более предпочтительно большей чем 100 мкс.
Обеспечивая длительность импульса большую или равную указанным выше пороговым значениям, можно минимизировать образование паразитной плазмы и гарантировать, что лазерный луч подает достаточную энергию для срезания волоса.
Оптическая система может быть выполнена таким образом, что во время использования сохраняется положение оптической оси лазерного луча, определенное в режущей головке.
Поддержание положения оптической оси гарантирует, что высота среза остается постоянной. Дополнительно, лазерный луч не направляется на кожу пользователя, что может вызвать раздражение.
Режущая головка может дополнительно содержать режущую поверхность, против которой во время использования может располагаться кожа пользователя. Оптическая ось может проходить, по существу, параллельно режущей поверхности.
При наличии режущей поверхности кожа пользователя защищается от попадания в зону бритья. Поэтому нет необходимости сохранять свойства в пределах заданных параметров, когда лазер направлен прямо на кожу пользователя. Это означает, что можно устанавливать параметры лазерного луча так, чтобы срезать волос с наибольшей эффективностью. Поверхность резания может быть определена прокладкой, расположенной рядом с зоной резания, чтобы контактировать с кожей пользователя во время использования для поддержания промежутка между кожей пользователя и лазерным лучом в зоне резания.
Поддержание разделения между лазерным лучом и кожей важно для минимизации раздражения, создаваемого для кожи.
Оптическая система может дополнительно содержать первый отражающий элемент для направления лазерного луча через зону резания.
Оптическая система может дополнительно содержать второй отражающий элемент, расположенный на стороне зоны резания, противоположной первому отражающему элементу, чтобы направлять лазерный луч из зоны резания.
В другом варианте осуществления оптическая система может дополнительно содержать второй отражающий элемент, расположенный на стороне зоны резания, противоположной первому отражающему элементу, и выполненный с возможностью отражения лазерного луча обратно через зону резания.
Это обеспечивает вторую секцию резания лазерного луча, проходящего через зону резания, улучшая, таким образом, характеристики бритья электробритвы.
В соответствии с другим вариантом изобретения, обеспечивается устройство стрижки волос, содержащее режущую головку, содержащую лазерный генератор и оптическую систему, выполненную с возможностью фокусировки лазерного луча, формируемого лазерным генератором, и направления лазерного луча вдоль оптической оси через зону резания в режущей головке, в которой генератор и оптическая система выполнены таким образом, что в фокальном пятне лазерного луча размер фокального пятна, удельная плотность мощности лазерного луча и числовая апертура лазерного луча таковы, что когда волос попадает в зону резания, выходная мощность лазерного генератора минимизируется, гарантируя, что для заданного времени экспонирования волос, попавший в зону резания, срезается посредством оптического поглощения.
Устройство для стрижки волос может содержать две или более взаимозаменяемых режущих головок. Поэтому режущая головка может заменяться после того, как износится, или заменяться на другую режущую головку, расположенную в другом месте.
В соответствии с другим вариантом изобретения, обеспечивается способ управления режущей головкой устройства для стрижки волос, содержащего лазерный генератор и оптическую систему, выполненную с возможностью фокусировки лазерного луча, формируемого лазерным генератором, и направления лазерного луча вдоль оптической оси через зону резания в режущей головке, причем упомянутый способ содержит установку в фокальном пятне лазерного луча размера фокального пятна, причем размер фокального пятна содержит горизонтальный размер, горизонтальный размер фокального пятна, и вертикальный размер, вертикальный размер фокального пятна, и горизонтальный размер фокального пятна соответствует диаметру волоса, который должен быть срезан, удельной плотности мощности лазерного луча и числовой апертуры лазерного луча таким образом, что когда волос попадает в зону резания, выходная мощность лазерного генератора минимизируется, гарантируя, что для заданного времени экспонирования волос, попавший в зону резания, срезается посредством оптического поглощения.
Эти и другие варианты изобретения станут очевидны и будут подробно объяснены со ссылкой на варианты осуществления, описанные в дальнейшем.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Варианты осуществления изобретения теперь будут описаны только посредством примера со ссылкой на сопроводительные чертежи, на которых:
Фиг.1 - схематический вид блока головки для устройства бритья и стрижки волос; и
Фиг.2 - схематический вид части блока головки для устройства бритья и стрижки волос на виде в плане, соответствующем другому варианту осуществления.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
На Фиг.1 представлен схематический вид блока 1 головки устройства для стрижки волос. Блок 1 головки образует лазерную режущую головку для лазерной электробритвы. Блок 1 головки содержит лазерный генератор 2, действующий в качестве лазерного источника, и оптическую систему 3. Лазерный генератор 2 в настоящей конструкции является диодом. Лазерный источник 2 излучает лазерный луч 4. Лазерный луч 4 следует по оптической траектории от лазерного источника 2 в блок 1 головки. Лазерный луч 4 направляется к оптической системе 3. Оптическая система 3 имеет первый отражающий элемент 5 и коллиматорную линзу 6. Лазерный луч 4 направляется к первому отражающему элементу 5 через коллиматорную линзу 6. Коллиматорная линза 6 снижает или устраняет расхождение луча. Коллимированный луч участка 7 траектории луча 4 затем отражается первым отражающим элементом 5. В настоящей конструкции коллимированный луч участка 7 луча 4 отражается под углом 90 градусов, хотя следует понимать, что луч может отражаться и под каким-то другим углом.
Блок 1 головки имеет зону 8 резания, в которую попадают волосы, предназначенные для резания. Отраженный луч, действующий в качестве участка резания или траектории 9 луча 4 проходит через зону 8 резания, в которую попадают волосы, которые должны срезаться посредством оптического поглощения, создаваемого участком 9 резания лазерного луча 4. Второй отражающий элемент 10 расположен на противоположной стороне зоны 8 резания, чтобы отражать лазерный луч 4 в направлении вдоль выходного участка или траектории 11, которая выходит из зоны 8 резания. Выходной участок 11 луча 10 может затем поглощаться внутри поглотителя энергии или подобного устройства (не показано), чтобы не допустить повреждения, вызванного энергией остаточного лазерного луча 10.
Головка 1 резания дополнительно содержит корпус 12 с прокладкой 13, которая входит в контакт с участком кожи 14 пользователя для сохранения защитного разделительного промежутка между лазерным лучом 4 и кожей 14. Прокладка 13 содержит режущую поверхность, напротив которой может располагаться кожа пользователя. Прокладка 13 содержит по меньшей мере одно отверстие (не показано). Прокладка 13 позволяет волосам (не показаны) проникать в зону 8 резания. Зона 8 резания определяется в области над прокладкой 13, где волос пересекается участком 9 резания лазерного луча 4. Прокладка 13 содержит одиночное отверстие (не показано) удлиненной формы, параллельное участку 9 резания лазерного луча 4, через который проходят волосы, подлежащие срезанию. Альтернативно, прокладка 13 может другую конструкцию, такую как имеющую множество круглых, шестиугольных или подобных отверстий (не показаны), через которые волос проходит в зону 8 резания. Альтернативно, прокладка 13 может содержать гребенку с множеством зубьев, которые манипулируют волосами, попадающими в зону 8 резания.
Первый и второй отражающие элементы 5, 10 расположены на противоположных сторонах корпуса 12. Зона 8 резания определяется в области между первым и вторым отражающими элементами 5, 10. Диод 2 и коллиматорная линза 6 расположены на одной стороне корпуса 12 и выровнены с первым отражающим элементом 5.
Гауссова теория утверждает, что лазерные лучи имеют естественную вариацию интенсивности вдоль их длины. Лучи будут иметь фокус, в котором лазерный луч имеет максимальную интенсивность (мощность на единицу площади) и минимальную ширину, что означает, что фокус является самой эффективной частью лазерного луча для срезания волос посредством оптического поглощения. С другой стороны, части лазерного луча, наиболее удаленные от фокуса, будут иметь большую ширину и поэтому более распределенную интенсивность и не будут столь эффективны при срезании волос, так как энергия лазерного луча падает на большую площадь волоса. Поэтому в характеристике резания волоса вдоль оптической оси лазерного луча существует вариация. Благодаря естественной дивергенции гауссовых лазерных лучей невозможно достигнуть постоянной толщины луча вдоль оптической оси.
Между первым и вторым отражающими элементами 5, 10 участок 9 резания лазерного луча 4 будет соответствовать гауссовой теории и будет содержать "фокус" 15 или сужение, расположенное вдоль оптической оси 16 луча 4. Фокус 15 является местом максимальной интенсивности и минимальной ширины и самой эффективной части луча 4 для резания волоса, потому что энергия лазерного луча сконцентрирована на меньшей площади волоса, который должен срезаться, увеличивая скорость оптического поглощения. Области 16, 17 с любой стороны сужения 15 имеют большую ширину луча и более низкую интенсивность и поэтому менее эффективны для резания волос, потому что энергия лазерного луча распределяется по большей площади волоса. Такая конструкция может приводить к вариации характеристики резания по зоне 8 резания, поскольку фокус 15 лазерного луча 4 срезает волосы более чисто и на длину, отличную от других частей 16, 17 участка 9 резания лазерного луча 4.
Гауссова теория луча может использоваться для определения естественной вариации интенсивности вдоль луча, рассматривая изменение ширины луча (площади поперечного сечения), вызванное расхождением. Расхождение идеального гауссова лазерного луча определяется следующим выражением:
,
где
w(z) - радиус луча на расстоянии z от сужения луча (фокуса),
w0 - радиус сужения луча, и
ZR – рэлеевский диапазон,
тогда как M2 - коэффициент распространения луча, который является критерием качества луча.
Рэлеевский диапазон (zR) лазерного луча определяется как расстояние, на котором площадь поверхности луча удваивается и описывается следующим уравнением:
где λ - длина волны лазерного луча.
Рэлеевский диапазон является участком луча с наибольшей интенсивностью, что делает его наиболее эффективной частью луча для резания волоса, потому что энергия лазерного луча фокусируется на меньшей площади волоса. Рэлеевский диапазон или область высокой интенсивности, представляется пунктиром 18 на Фиг.1, который находится в фиксированном положении. Области 16, 17 луча за пределами рэлеевского диапазона 18 обладают большей шириной луча с менее концентрированным распределением энергии. Поэтому характеристики резания волос в этих областях не будут столь же эффективны при резании волос, как в рэлеевском диапазоне 18. Правильно разработанная лазерная электробритва не должна формировать лазерный луч, значительно более мощный, чем требуется для срезания волоса из-за требований к электропитанию, чрезмерной теплоты и раздражения кожи слоя. Поэтому в лазерной электробритве важно эффективно использовать область 18 высокой интенсивности.
Следует понимать, что лазер должен работать в пределах заданных параметров, чтобы успешно срезать волосы посредством лазерного поглощения. При лазерном поглощении участок волоса подвергается воздействию лазерного луча в зоне резания. Участок волоса, подвергаемый воздействию лазерного луча, испаряется и/или разрезается. Между первым и вторым отражающими элементами 5, 10 участок 9 резания лазерного луча 4 будет соответствовать гауссовой теории и будет согласовываться с "фокусом" 15 или фокальным пятном, расположенным вдоль оптической оси 16 луча 4. Фокус 15 является местом максимальной интенсивности и минимальной ширины и самой эффективной частью луча 4 для разрезания волоса, потому что энергия лазерного луча концентрируется на меньшей площади волоса, который должен разрезаться, увеличивая скорость оптического поглощения.
При бритье тепловым лазером, действующим на основе оптического поглощения, волос разрезается испарением кусочка волоса. Следует понимать, что при этом возникает множество паразитных физических и химических явлений, препятствующих процессу резания волоса. Экспериментально было обнаружено, что эти паразитные физические и химические явления могут быть минимизированы, выбирая заданные параметры. Такие параметры гарантируют, что волос, попавший в зону резания, срезается с максимальной эффективностью.
Как описано выше, участок 9 резания лазерного луча 4 содержит фокус 15 вдоль оптической оси 16 луча 4. Фокальное пятно фокуса 15 является положением максимальной интенсивности и минимальной ширины. Так как лазерный луч 4 фокусируется в фокусе 15, удельная плотность мощности лазерного луча будет иметь максимальное значение в фокальном пятне 15. Следует понимать, что фокальное пятно 15 будет иметь горизонтальный размер и вертикальный размер. Размеры фокального пятна измеряются расстоянием между точками, где интенсивность падает до 1/e2 = 0,135 от максимального значения.
Размер пятна по горизонтали является шириной луча. То есть шириной луча в поперечном сечении, определяющем ось, которая проходит, по существу, поперек ориентации волоса, проходящего в зоне 8 среза. Вертикальный размер пятна является высотой луча. То есть высотой луча в поперечном сечении, определяющем ось, которая проходит, по существу, параллельно к ориентации волоса, проходящего в зону 8 среза.
В настоящих вариантах осуществления ширина луча определяется медленной оптической осью, которая является осью луча с меньшим углом дивергенции; тогда как высота луча определяется быстрой оптической осью, то есть осью луча с большим углом дивергенции. Поэтому быстрая оптическая ось проходит перпендикулярно плоскости кожи пользователя. Однако, в альтернативном варианте осуществления ширина луча определяется быстрой оптической осью, а высота луча определяется медленной оптической осью. В таком варианте осуществления медленная оптическая ось проходит перпендикулярно плоскости кожи пользователя.
Эксперименты показали, что для того, чтобы достигнуть механических эффектов, следующих из оптического поглощения, с максимальной эффективностью, эффективным является значение горизонтального размера пятна, соответствующее диаметру волоса, который должен срезаться. Было обнаружено, что диапазон наиболее эффективного размера фокусного пятна (по уровню 1/e2) находится между 0,05 мм и 1 мм. Однако, предпочтительно, горизонтальный размер фокусного пятна (по уровню 1/e2) находится между 0,1 мм и 0,5 мм. Дополнительно более предпочтительно горизонтальный размер фокусного пятна (по уровню 1/e2) находится между 0,15 мм и 0,3 мм. Было обнаружено, что горизонтальный размер фокусного пятна в приведенном выше диапазоне максимизирует скорость, с которой срезается волос. При обеспечении горизонтального размера фокального пятна с максимальными значениями, указанными выше, было обнаружено, что это позволяет всей ширине луча воздействовать на волос без выхода луча за пределы внешнего края волоса, и с помощью фотонов, не поглощаемых волосом. Дополнительно, при горизонтальном размере пятна с упомянутыми выше минимальными значениями, обнаружено, что луч способен проходить по ширине волоса таким образом, что вся ширина волос подвергается воздействию лазерного луча. При этих пороговых значениях скорость, с которой волос срезается за счет оптического поглощения, максимизируется.
Эксперименты также показали, что для того чтобы достигнуть механических эффектов, следующих из оптического поглощения, с максимальной эффективностью, эффективно значение вертикального размера пятна (по уровню 1/e2) меньше или равное 0,2 мм. Однако предпочтительно вертикальный размер фокального пятна (по уровню 1/e2) меньше или равен 0,1 мм. Дополнительно более предпочтительно вертикальный размер фокального пятна (по уровню 1/e2) меньше или равен 0,05 мм. При вертикальном размере фокусного пятна ниже данного порога было обнаружено, что эффективная скорость срезания волоса максимизируется. Эксперименты показали, что указанные пороговые значения предотвращают излишне большую часть волоса от испарения посредством приложения лазерного луча со слишком большим вертикальным размером фокального пятна, который может привести к снижению эффективности срезания.
Экспериментально было обнаружено, что время освещения, также известное как время экспонирования, между 5 мс и 10 мс, является удовлетворительным, чтобы достигнуть механических эффектов срезания волоса посредством оптического поглощения в фокальном пятне 15.
Характеристическая длина для теплового диффузионного процесса следует из оценки диапазона, в котором температура значительно изменяется благодаря тепловому переносу и задается выражением:
где
L = характеристическая длина,
k = тепловая диффузность (м2/с),
τ = время освещения.
Когда время освещения для одиночного волоса составляет 10 мс, характеристическая длина находится в пределах между 0,046 мм и 0,06 мм, основываясь на типичной тепловой диффузности человеческого волоса. Посредством экспериментирования было обнаружено, что при вертикальном размере фокального пятна в диапазоне характеристической длины эффективный размер пятна задается значением вертикального размера пятна лазерного луча, а не тепловым диффузионным процессом.
Эксперименты показали, что обеспечение числовой апертуры лазерного луча 4 в зоне 8 резания с заданным пороговым значением или ниже, действует так, чтобы срезать волос с максимальной эффективностью. Числовая апертура гауссова лазерного луча связана с размером его фокального пятна в его точке фокусе выражением:
где
λ0 - длина волны света в вакууме,
w0 – диаметр луча в фокусе.
Было обнаружено, что обеспечение числовой апертуры, равной или меньшей, чем 0,8, является наиболее эффективным. Однако предпочтительно числовая апертура равна или меньше чем 0,6 и более предпочтительно равна или меньше чем 0,4. Обеспечивая числовую апертуру с заданными характеристиками, можно ограничить присутствие части волоса за пределами лазерного фокуса, в то время как центр волоса находится в фокусе, как это могло бы быть вызвано очень большим размером числовой апертуры.
Размер фокуса 15 вместе с числовой апертурой выбирается, как описано выше, чтобы максимизировать эффективность луча 4 для разрезания волоса, сосредотачивая энергию лазерного луча на меньшей площади волоса, который должен быть разрезан, увеличивая скорость оптического поглощения.
На основании экспериментов было показано, что обеспечение удельной плотности мощности в фокусе сверх заданного порога позволяет разрезать волос посредством оптического поглощения с максимальной эффективностью. Обеспечивая удельную плотность мощности выше порогового значения можно минимизировать образование явлений, препятствующих процессу резания волоса. Следует понимать, что удельная плотность мощности в фокальном пятне 15 определяется совокупностью выходной мощности лазерного генератора 2 и конструкции оптической системы 3.
Было обнаружено, что установка удельной плотности мощности в фокальном пятне 15 выше или равной 1000 Вт/см2 является эффективной. Однако предпочтительно удельная плотность мощности в фокальном пятне 15 выше или равна 5000 Вт/см2 и более предпочтительно удельная плотность мощность в фокальном пятне 15 выше или равна 50000 Вт/см2, чтобы минимизировать возникновение явлений, препятствующих процессу разрезания волоса. Например, плавление волоса, которое нежелательно, так как не всегда приводит к разрезанию волоса, но действительно расходует лазерную энергию, минимизируется при обеспечении удельной плотности мощности выше упомянутых здесь пороговых значений.
Эксперименты показали, что выполнение лазерного генератора 2 в импульсном режиме работы способствует максимизации рабочей эффективности режущей головки. Было обнаружено, что выполняя лазерный генератор 2 для работы с длительностью импульса, больше или равной 0,1 микросекунды (мкс), предпочтительно больше или равной 1 мкс и более предпочтительно больше или равной 100 мкс, позволяет разрезать волос посредством оптического поглощения, минимизируя образование паразитной плазмы.
Было найдено, что приемлемый верхний предел для длительности импульса лазерного генератора 2 составляет 100 миллисекунд (мс). Однако следует понимать, что лазерным генератором 2 можно управлять, чтобы иметь длительность импульса выше этого предела.
Было также найдено, что, обеспечивая комбинацию упомянутых выше параметров, возникает синергитический эффект, позволяющий максимизировать эффективность резания волоса, попавшего в зону 8 резания. Эксперименты показали, что, обеспечивая комбинацию некоторых или всех вышеупомянутых параметров, можно препятствовать образованию плазмы при слишком высокой интегральной плотности потока. Это препятствует формированию плазмы в центре поглощения и снижению доли излучаемого света, который может способствовать процессу резания волоса. Поэтому эффективность процесса резания волоса максимизируется. Это позволяет минимизировать требования к мощности устройства. Это особенно важно в переносных электробритвах, для которых используется мобильный источник электропитания.
Один из примеров параметров для лазерного генератора 2 и оптическая система приводится ниже. В одной конструкции лазерный генератор 2 является 3-хватным лазерным диодом с длиной волны 445 нм. Лазерный диод работает в импульсном режиме с длительностью импульса 10 мс. Излучаемый эллиптический лазерный луч 4 фокусируется оптической системой 3. Оптическая система 3 содержит 30-миллиметровую плоскую выпуклую линзу. При такой конструкции лазерный луч фокусируется из апертуры с диаметром 4 мм в эффективный для резания фокус. Значение горизонтального размера фокального пятна составляет примерно 0,2 мм и значение вертикального размера фокального пятна составляет примерно 0,02 мм. Значение числовой апертуры при такой конструкции составляет меньше 0,1. Ширина зоны 8 резания в этой конструкции составляет 12,5 мм с эффективным лазерным лучом по всему диапазону. В этой конструкции упомянутые выше параметры обеспечивают удельную плотность мощности в фокальном пятне приблизительно 1063 Вт/см2.
Заметим, что в приведенном выше описании обеспечивается диапазон пороговых значений, предназначенный для достижения успешного резания в зоне резания за счет оптического поглощения, гарантирующий, что выходная мощность лазерного генератора минимизируется, то есть минимизируются паразитные физические и химические явления, которые могут возникать, препятствуя резанию волоса посредством оптического поглощения. Однако, следует понимать, что для заданного порогового значения можно определить другие значения лазерного генератора 2 и оптической системы 3, чтобы достигнуть желаемого эффекта резания посредством оптического поглощения.
Хотя выше со ссылкой на Фиг.1 была описана одна конструкция блока 1 головки устройства для стрижки волос, следует понимать, что можно представить себе альтернативные конструкции. Например, на Фиг.2 показан схематичный вид сверху другого варианта осуществления. Этот вариант осуществления, в целом, является таким же, как вариант осуществления, описанный выше, и, таким образом, его подробное описание здесь повторяться не будет. Линии, представляющие лазерный луч 4, являются только представлением направления лазерных лучей и не показывают гауссовых распределений интенсивности, которые могут присутствовать. На Фиг.2 показан первый отражающий элемент 22, который отражает первый участок 20 резания лазерного луча через зону 8 резания. Область 18 высокой интенсивности показана в центре зоны 8 резания. В этом варианте осуществления первый отражающий элемент 22 расположен на одной стороне зоны 8 резания, а второй отражающий элемент 23 расположен на противоположной стороне. Второй отражающий элемент 23 содержит два участка 24, 25, выполненных с возможностью отражения участка резания лазерного луча 20 обратно через зону 8 резания, чтобы создать второй участок 26 резания луча, который проходит через зону 8 резания, улучшая, таким образом, характеристики резания электробритвы. Второй участок 26 резания луча 4 может отражаться вдоль второй оптической оси 27 в зоне 8 резания, так что существуют две параллельных соседних участка лазерного луча, проходящих через зону 8 резания. Альтернативно, второй участок резания луча может располагаться под углом к первому участку резания луча. Третий отражающий элемент 29 располагается так, чтобы отражать луч 4 в сторону от зоны 8 резания.
Второй отражающий элемент 23 может быть выполнен с возможностью фокусировки второго участка резания луча 20 внутри зоны 8 резания, как показано на Фиг.2. Например, когда область 18 высокой интенсивности первого участка резания луча 20 находится в центре зоны 8 резания, второй отражающий элемент 23 выполнен таким образом, что область 28 высокой интенсивности второго участка 26 резания луча 20 также находится в центре зоны 8 резания. Чтобы сфокусировать второй участок 26 резания луча 20, рядом со вторым отражающим элементом 23 может быть помещена дополнительная фокусирующая линза (не показана).
Как вариант, для многократного отражения лазерного луча обратно через зону 8 резания могут использоваться дополнительные последовательные отражающие элементы (не показаны), позволяющие лучу проходить через зону резания третий, четвертый и пятый раз. Это дополнительно улучшит характеристики резания электробритвы. Для каждой из описанных выше конструкций следует понимать, что можно применять параметры, то есть те, которые описаны выше со ссылкой на Фиг.1, чтобы гарантировать, что волос, попавший в зону 8 резания, срезается посредством оптического поглощения, гарантируя, что выходная мощность лазерного генератора минимизируется.
Варианты осуществления устройства для стрижки волос, описанные выше, связаны с бритьем кожи, чтобы достигнуть минимальной остающейся длины волоса, а также улучшенного единообразия остающейся длины волос. Однако, устройство для стрижки волос может альтернативно использоваться для подрезания волос до управляемой длины, которая не обязательно должна быть как можно более короткой, как это имеет место с устройством для тримминга или для груминга. Чтобы достигнуть этого, на расстоянии от режущего лазерного луча(-ей) может быть установлена направляющая, так чтобы высота среза увеличилась, но оставалась равномерной.
Следует понимать, что режущая головка, представленная в описанных выше вариантах осуществления, может быть отдельным блоком режущей головки, который прикрепляется к ручке электробритвы.
Поэтому описанные выше компоненты, например, генератор лазерного луча, могут быть расположены в съемной режущей головке или в ручке электробритвы. Альтернативно, режущая головка может быть объединена с ручкой электробритвы, образуя единое изделие.
Режущая головка, описанная в представленных выше вариантах осуществления, может быть отдельным блоком режущей головки, который присоединяется к ручке электробритвы. Блок режущей головки может сниматься для чистки режущей головки или замены режущей головки или компонент режущей головки после того, как они изношены.
Хотя в вышеупомянутых описанных вариантах осуществления лазерный генератор выполнен с возможностью работы в импульсном режиме, следует понимать, в альтернативном варианте осуществления лазерный генератор выполнен с возможностью работы в режиме непрерывной генерации CW. Управляя лазерным генератором в режиме непрерывной генерации, обеспечивается простое средство для работы устройства для стрижки волос.
Следует понимать, что термин "содержащий" не исключает другие элементы или этапы и что единственное число не исключает множественное число. Единый процессор может выполнять функции нескольких пунктов, описанных в формуле изобретения. Простой факт, что некоторые критерии перечисляются во взаимно различных зависимых пунктах формулы изобретения, не указывает, что объединение этих критериев не может использоваться для достижения преимущества. Любые ссылочные знаки в пунктах формулы изобретения не должны рассматриваться как ограничение объема формулы изобретения.
Хотя пункты формулы изобретения были сформулированы в этой заявке для конкретных комбинаций признаков, следует понимать, что объем раскрытия настоящего изобретения также содержит любые новые признаки или любые новые совокупности признаков, раскрытые здесь явно или неявно или любое их обобщение, независимо от того, имеют ли они отношение к тому же самому изобретению, которое настоящим заявлено в любом пункте формулы изобретения, и независимо от того, смягчают ли они любые или все из тех же самых технических проблем, которыми занимается исходное изобретение. Заявители настоящим делают замечание, что могут быть сформулированы новые пункты формулы изобретения к таким признакам и/или совокупностям признаков во время отстаивания в суде настоящей заявки или любой дополнительной заявки, вытекающей из нее.
1. Режущая головка (1) устройства для стрижки волос, содержащая
лазерный генератор (2) и
оптическую систему (3), выполненную с возможностью фокусировки лазерного луча (4), генерируемого лазерным генератором, и направления лазерного луча вдоль оптической оси (16) через зону (8) резания в режущей головке,
в которой лазерный генератор и оптическая система выполнены таким образом, что в фокальном пятне (15) лазерного луча размер фокального пятна, удельная плотность мощности лазерного луча и числовая апертура лазерного луча таковы, что когда волос попадает в зону резания, выходная мощность лазерного генератора минимизируется, гарантируя, что для заданного времени экспонирования волос, попавший в зону резания, срезается посредством оптического поглощения,
при этом фокальное пятно имеет горизонтальный размер и вертикальный размер, причем горизонтальный размер фокального пятна соответствует диаметру волоса, который должен быть срезан.
2. Режущая головка по п. 1, в которой оптическая система (3) выполнена таким образом, что числовая апертура равна или меньше 0,8, предпочтительно равна или меньше 0,6 и предпочтительно равна или меньше 0,4.
3. Режущая головка по п. 1 или 2, в которой оптическая система (3) выполнена таким образом, что вертикальный размер фокального пятна для фокального пятна (15) равен или меньше 0,2 мм, предпочтительно равен или меньше 0,1 мм и более предпочтительно равен или меньше 0,05 мм.
4. Режущая головка по п. 1 или 2, в которой оптическая система (3) формируется таким образом, что горизонтальный размер фокального пятна для фокального пятна (15) находится между 0,05 мм и 1 мм, предпочтительно между 0,1 мм и 0,5 мм и более предпочтительно между 0,15 мм и 0,3 мм.
5. Режущая головка по п. 1 или 2, в которой удельная плотность мощности лазерного луча в фокальном пятне (15) равна или больше 1000 Вт/см2, предпочтительно равна к или больше 5000 Вт/см2 и более предпочтительно равна или больше 50000 Вт/см2.
6. Режущая головка по п. 1 или 2, в которой лазерный генератор (2) выполнен с возможностью создания непрерывного выходного луча.
7. Режущая головка по п. 1 или 2, в которой лазерный генератор (2) выполнен с возможностью импульсного выходного луча.
8. Режущая головка по п. 7, в которой лазерный генератор (2) выполнен с возможностью формирования лазерного луча (4) с длительностью импульса больше или равной 0,1 мкс, предпочтительно больше или равной 1 мкс и более предпочтительно больше или равной 100 мкс.
9. Режущая головка по п. 1 или 2, в которой оптическая система (3) выполнена таким образом, что во время использования положение оптической оси (16) лазерного луча (4), определенное в режущей головке (8), сохраняется.
10. Режущая головка по п. 1 или 2, дополнительно содержащая режущую поверхность, напротив которой во время использования может располагаться кожа пользователя, и оптическая ось (16) проходит, по существу, параллельно бреющей поверхности.
11. Режущая головка по п. 1 или 2, в которой оптическая система (3) дополнительно содержит первый отражающий элемент (5), чтобы направить лазерный луч (4) через зону (8) резания.
12. Режущая головка по п. 11, в которой оптическая система (3) дополнительно содержит второй отражающий элемент (10), расположенный на стороне зоны (8) резания, противоположной первому отражающему элементу (5), чтобы направлять лазерный луч (4) из зоны (8) резания.
13. Режущая головка по п. 11, в которой оптическая система содержит второй отражающий элемент (23), расположенный на стороне зоны (8) резания, противоположной первому отражающему элементу (5), выполненному с возможностью отражения лазерного луча обратно через зону (8) резания.
14. Устройство для срезания волос, содержащее режущую головку (1), соответствующую любому предшествующему пункту.
15. Способ управления режущей головкой (1) устройства для срезания волос, содержащего лазерный генератор (2) и оптическую систему (3), выполненную с возможностью фокусировки лазерного луча (4), формируемого лазерным генератором, и направления лазерного луча вдоль оптической оси (16) через зону (8) резания в режущей головке, включающий установку размера фокального пятна лазерного луча, причем размер фокального пятна содержит горизонтальный размер, горизонтальный размер фокального пятна и вертикальный размер, вертикальный размер фокального пятна и горизонтальный размер фокального пятна соответствуют диаметру волоса, который должен быть срезан, удельной плотности мощности лазерного луча и числовой апертуре лазерного луча таким образом, что когда волос попадает в зону резания, выходная мощность лазерного генератора минимизируется, гарантируя, что для заданного времени экспонирования волос, попавший в зону резания, срезается посредством оптического поглощения.
