CN101557770B - 减少毛发生长的设备 - Google Patents

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Abstract

提供一种用于对在身体部分的皮肤表面附近的皮肤对象(7)进行成像的设备，该设备包括光源(1)以及用于检测从所述对象(7)返回的辐射的检测器(8)，其中该设备还包括在源(1)和所述皮肤(6)表面之间的椭圆极化器(4，19)，优选为圆形极化器，该设备包括比率增加器装置(3，4，19)，该比率增加器装置用于增加来自所述对象(7)的辐射与来自所述皮肤(6)表面的辐射的比率。比率增加器可以是附加的或者相同的椭圆极化器。使用椭圆乃至圆形极化光使毛发检测独立于毛发(7)相对于光或者极化的朝向，这使检测更可靠。本发明还提供一种成像方法以及一种毛发缩短设备和方法。

Description

减少毛发生长的设备
技术领域
本发明涉及一种用于减少毛发生长的设备，包括毛发生长减少装置，布置为向至少一个毛发的至少一部分供应量足以影响毛发完整性的光学能量，所述毛发生长减少装置包括光源和用于对身体部分的皮肤表面附近的毛发进行成像的设备，该设备包括检测器和控制单元，该控制单元用于处理来自检测器的信号以便识别毛发以及用于控制所述光源。
背景技术
文献WO 2005/102153A1公开一种设备，该设备属于关于一种毛发检测设备的公开段落中所涉及的种类，该设备具有电磁辐射源和成像传感器，并且具有辐射选择装置。该设备将辐射耦合到皮肤中，并且所述辐射在多次散射之后到达传感器。辐射选择装置改善所述多次散射的辐射与其他不需要的辐射之间的比率。辐射选择装置可以包括互补线性极化器。
在实践中发现这样的设备并不总是提供对在皮肤以下的毛发的可靠成像。在一些情况下，图像很弱，而毛发与周围组织之间的对比度低。可靠的毛发检测并非总是可能的，特别是因为可以从皮肤表面以下提取的信号相对弱，并且因为自动毛发检测需要良好对比度。
WO 2004/008114A1公开了一种针对表面的依赖于不同的对象结构的照明和观看方法。根据该方法，利用椭圆极化光来对该表面照明，并且从该表面反射的光被至少一个包含分析器的观测系统阻挡或者允许通过，以便观看到该表面反射的光或者在所述表面的子结构上散射的光作为显著特征。具体地，该方法用于查看在皮肤中存在的血管并用于皮肤皱纹之类的皮肤表面结构。
美国专利5,788,639公开了一种用于形象地观测皮层和皮下组织的共焦成像系统，该系统允许诊断基本在皮肤表面之下的状况。共焦头具有扫描组织以便提供组织的垂直截面的图像的光学器件。提供两维和三维成像二者用于基底细胞癌(basal cell carcinomas)以及黑素瘤(melanomas)的诊断和定位，以便实现肿瘤边界的可视化。该系统具有四分之一波板，用于将来自激光器的入射线性极化转换为圆形极化。波束分路器组件将散射的光的相干光分量导向光电检测器。
发明内容
本发明的一个目的在于提供一种设备，该设备属于在公开段落中提到的使得毛发的更可靠的成像成为可能的种类。
在本发明中，“在皮肤表面附近的毛发”是在皮肤上或者(略微地)在皮肤的表面之上或者之下的毛发。
以上目的通过根据本发明的设备来实现，其特征在于，用于对毛发成像的设备包括：用于成像的源，布置成发射波长在600nm与2000nm之间的光辐射以及预定极化状态；第一椭圆极化装置，位于光辐射在用于成像的源与所述皮肤表面之间的光路中；比率增加器装置，布置于光辐射在所述皮肤表面和所述检测器之间的光路中，以增加从所述毛发返回的光辐射与从皮肤表面返回的光辐射的比率；其中所述比率增加器装置包括线性极化器，并包括所述第一椭圆极化装置或者第二椭圆极化装置，其中所述线性极化器被布置为将从所述毛发返回的光辐射的一部分传输到所述检测器，该部分具有与用于成像的源的极化状态相同的极化状态。
发明人已经发现根据本发明的用于对毛发进行成像的、布置成供应椭圆极化光辐射的设备提供更加一致的毛发检测。毛发与周围组织之间的对比度良好。另外并且更重要的是，对比度基本上独立于毛发相对于传入极化的朝向。这使检测更加可靠并且对检测的毛发的任何可能后续操作加有效。
发明人发现线性极化光与毛发的交互依赖于毛发相对于极化方向的朝向。因此，毛发朝向显著地影响毛发检测效率，这又反过来显著地降低剃刮质量，特别是在比如借助光学装置对毛发的独立剃刮期间。在实践中，毛发与周围组织之间的对比度可以从几乎不存在变化成很好，这并无用处。假设成像由于椭圆极化光包括相位移动相差90°的两个正交线性极化波的事实而变得独立于光极化朝向，从而电向量随着椭圆横截面以螺旋方式盘旋。
在实践中，重要的是从检测信号去除部分地在皮肤与诸如空气、水、折射率匹配介质等之类的介质之间的分界面反射的光，因为反射信号通常比检测信号强得多，这有碍于有效检测。
在介质-皮肤分界面反射的光从具有的反射率比光传播介质的反射率更高的电介质表面反射，该光传播介质例如是n≈1的空气或者n≈1.33的水。这引入椭圆或者圆形极化光的分量之一(通常为s分量)的180°相移。因而，在介质-皮肤分界面反射的椭圆极化光将极化方向从右手改变成左手或者相反。由于这一反射光没有提供可用于对皮肤对象进行成像的信息，所以抑制或者吸收此光是有利的。这可以例如使用具有适当极化作用和朝向、特别是包括光学延滞板的第二极化滤波器来完成。
反言之，已经与感兴趣的毛发互作用(例如已经由该感兴趣的毛发散射)的光的一部分没有将它的极化从左手改变成右手或者相反。由于这不同于在介质-皮肤分界面反射的光的极化状态，所以这一区别可以用来例如借助比率增加器装置如第二椭圆极化器来改善对象互作用的光与皮肤反射的光之间的比率。
在本发明的上下文中，源可以在所示波长范围中发射辐射或者可以备选地以在所述范围以外的波长范围中发光。然而出于效率原因，如果源基本上仅在所示波长范围中发光，则是有利的。基本上单色光能够进一步改善效率和/或准确度。
对于本申请，具有所示波长的光辐射有被示出为“光”而有时为所示波长范围内的“光辐射”，这旨在表示相同事物。
检测器可以被布置成按区域进行检测，即基本上同时对二维区域进行成像。然而还有可能的是检测器被布置成例如在扫描模式下连续检测，诸如通过用波束扫描对象或者相反之类。下文将阐明这一点，其中还可以找到与在从属权利要求中限定的实施例有关的进一步说明。
具体而言，波长在800nm和1700nm之间，优选地排除范围970±20nm、1160±20nm和1440±20nm。可以发现，所示波长范围并且优选地在三个所示子范围以外的所示波长范围提供了良好的皮肤穿透性，同时仍然实现待成像的毛发的良好对比度。
在一个实施例中，第一椭圆极化装置具有在2∶1和1∶1之间并且包含2∶1和1∶1而且优选地基本上为1∶1的轴向比率。这意味着极化装置能够用所示轴向比率将具有任意极化状态(例如线性或者未极化)的光转换成椭圆极化光，光波在第一方向上的幅度是光波在垂直方向上的幅度的至多两倍，并且优选地基本上相同。后一种特定情况涉及圆形极化光。轴向比率越逼近1∶1，检测的图像中的对比度将越恒定。
在一个特定实施例中，比率增加器装置包括第二椭圆极化装置。在该实施例中，可以通过第二椭圆极化装置发送从待成像的身体部分返回的光辐射。可以适当地选择这里也称为椭圆极化器的第二椭圆极化装置的类型和参数(例如朝向)，以便增加所希望的与所不希望的光辐射之间的对比度。
在另一实施例中，比率增加器装置包括第一椭圆极化装置。在该情况下，可以如下利用第一椭圆极化器本身的极化性质。如上文讨论的那样，由皮肤反射的椭圆极化光具有与入射辐射的极化状态相对的极化状态，例如左手比对右手或者相反。具体而言，如果第一椭圆极化装置从线性极化光产生圆形极化光，则在介质-皮肤分界面反射的辐射的极化状态将由第一椭圆极化装置转换回线性状态，但是它现在将与原辐射正交。同时，已经与毛发互作用的光将保留它的旋转方向并且将由第一极化装置转换回线性极化光，其将具有与起初相同的线性极化。结果，由皮肤反射的辐射以及与毛发互作用的辐射的线性极化状态将正交。因此，反射光现在可以例如由线性极化器有效地抑制。具体而言，可以使用极化波束分路器作为线性极化器，该极化波束分路器将对不同极化分量进行不同地反射和传输。因此可以空间上抑制由皮肤反射的并且受毛发影响的光。
具体而言，第一椭圆极化装置包括线性极化器和光学延滞板，比如四分之一波板。这为根据本发明的设备赋予设计自由度。例如，如下文将阐明的那样，这些部件可以定位成相互有一段距离，其中一个或者多个其他元件定位于其间。光学延滞板具有它在这里的如下板的通常含义，该板对于所用光辐射而言为透明并且具有如下性质：针对极化方向在第一朝向(“快”轴)上的传播速度比在与之垂直的方向(“慢”轴)上更高。这造成光波沿着这两个方向的两个分量部分之间的相位差。如果合适地选择相对于线性极化光极化方向的适当角度和延滞板厚度(这决定相位差)，则最终结果将是光变为椭圆极化。还有可能以本领域技术人员已知的方式实现圆形极化光。
在一个特定实施例中，该设备包括光学成像系统，该系统包括定位于皮肤表面和检测器之间的光路的对象侧的对象光学元件以及定位于光路的检测器侧的检测器光学元件。该实施例很好地适合于仅通过对身体部分的良好限定部分进行成像来抑制大量不需要的辐射，以便例如从皮肤内的某个深度获得信息而不让其他皮肤层对信号起作用。对象光学元件可以例如包括透镜，而检测器光学元件可以包括针孔或者透镜。这样的元件适合于限制检测器的视角区域，以便例如阻止来自其他不同深度处的其他部分的光。
具体而言，该设备被布置为共焦成像设备。在共焦成像设备的情况下，将聚焦透镜的焦点成像于共焦针孔上并且使焦点通过共焦针孔透射。以该方式仅检测在焦点、即在兴趣对象的位置生成的信号。源于焦点平面以外的，即没有携带关于兴趣对象的信息的光在针孔之前或者之后被聚焦并且被拒绝。这提供轴向方向(即深度)上的空间分辨率。
优选地，控制单元包括用于处理这样的图像或者至少检测信号以便识别成像的身体部分中的毛发的装置，诸如指令码或者软件。具体而言，控制单元被布置成检测成像的身体部分中的至少一个毛发。毛发检测本身在本领域中是已知的，并且这样的已知毛发检测装置的细节可以并入于本发明的设备中。
根据本发明，由于增加了毛发检测可靠性，所以用于减少毛发生长的设备的可靠性和效率也将增加。在本发明的上下文中，可以通过割断毛发或者通过造成对毛发的充分破坏以便让它脱落或者通过刺激毛发生成组织的休眠等来实现减少毛发生长。这些方法例如包括脱毛和剃刮。
根据本发明的用于减少毛发生长的设备可以有利地包括：用于扫描身体部分的装置，有利地是用于扫描其表面或者表面下区域的装置；用于处理一个或者多个图像信号的装置；以及用于向一个或者多个检测的毛发供应量足以减少其生长的能量的装置。这可以例如通过首先将身体部分作为整体进行成像、处理并且供应能量来完成。可以基本上同时执行这些步骤。例如，进行线性扫描，检测亮度最大的信号，并且将一个或者多个能量脉冲供应到与该最大值对应的位置。注意可能发生毛发图像在毛发-皮肤分界面提供亮信号，继而是来自皮层的强度相对低的信号、继而是来自骨髓的非常亮的信号并且对称地返回。这得到三个峰值，其中最强峰值在中间。在其他情况下，毛发可以表现为均匀的亮对象。在这样的情况下，可以相应地优化供应能量。还可以使用其他规则和方法。
在用于减少毛发生长的设备中可以使用任何毛发生长减少装置。具体而言，在根据本发明的用于减少毛发生长的设备中包括在皮下影响毛发的毛发生长减少装置。具体而言，毛发生长减少装置包括用于提供足以破坏或者切除毛发的光学能量的装置。
在一个特定实施例中，用于成像的源和光源组成同一个源，所组成的源包括激光器，该设备包括布置成在两个不同非零值之间切换所述激光器的发射的激光功率的激光功率控制装置。第一个值例如是用于成像的低值，而第二个值例如是用于切除毛发的高值。激光器是一种很合适的光辐射源，因为它能够在很小聚焦区中提供高功率密度，这之所以有用是因为由于吸收和抑制不需要的光而存在高损耗。在各种境况中，聚焦到小的焦斑(focal spot)上是有利的，该焦斑大致地处于为待成像的对象的直径级别。在毛发的情况下，数十微米的直径是有用的，虽然并不排除其他直径。这样的直径易于用激光器和聚焦透镜来实现。然而并不排除将在毛发成像中使用的其他源，例如LED也可以是有用的，因为它们也可以在有用波长区中并且用相对高的功率提供更多或更少的单色光。然而，没有有效地实现在约0.1mm以下的聚焦。这可以使例如针孔的使用变得有利。
附图说明
现在将参照示出了多个非限制实施例的附图来阐明本发明，附图中：
图1示出了根据本发明的用于对适用于减少毛发生长的设备中的毛发进行成像的设备的一个示意性的实施例；以及
图2示意性地示出了根据本发明的用于减少毛发生长的设备的一个实施例。
具体实施方式
图1示出了根据本发明的用于对适用于减少毛发生长的设备中的毛发进行成像的设备的一个示意性的实施例。这里，1是用于成像的光源，2表示波束分路器，3表示极化波束分路器，4表示四分之一波板，5表示成像透镜，6表示组织，7表示毛发，以及8表示检测器。
光源1用线性极化来进行发射，例如在p状态下发射，该光源比如是在波长例如为834nm或者1310nm的红外线辐射附近进行发射的LED，但是优选为激光器。如果需要，则可以添加线性极化器。波束通过波束分路器2和极化波束分路器3。接着，至少在波束的电场因子被定向为相对于四分之一波板4的快轴成45°角度的情况下，波束穿过板4并且变为圆形极化。接着，波束穿过成像透镜5并且进入组织6，比如皮肤。在进入时，辐射的大部分将被反射。进入组织6的部分将通过散射、反射或者通过一些其他机制从毛发7部分地返回。
返回辐射将再次通过成像透镜5和通过四分之一波板4。然后，从介质-皮肤分界面反射的光与从毛发7返回的光之间将存在差。在介质-皮肤分界面反射的光将改变圆形极化方向，比如从左手改变成右手。当此光通过板4传播时，所得到的极化状态将与传入状态的极化状态正交(在该情况下s取代p)。此光将不通过极化波束分路器3，而是将被反射并且因此将从行进到检测器8的波束中去除。
反之，由毛发散射的光的至少一部分将保留它的旋转方向，并且因此将由第一极化装置转换回成与在该情况下为p状态的初始极化相同的线性极化。极化波束分路器3将传输此光，该光然后行进到波束分路器2，该波束分路器将把光的一部分反射到检测器8。概括而言，在介质-皮肤分界面反射的光将受抑制，而从毛发7返回的光将朝着检测器8传输，并且将改善(即降低)它们的比率。发现毛发检测效率独立于毛发朝向。
图2示意性地示出了根据本发明的用于减少毛发生长的设备的一个实施例。这里与所有附图中一样，相似部分由相同标号表示。该设备还包括用于调节光路的镜9、第二光电检测器10、检测器透镜11以及在“第一”检测器8之前的针孔12。另外，提供有接触窗13，而14表示浸没流体。
15表示用于切断毛发的光源，16是第二波束分路器。19表示线性极化器，20表示半波板。
形式为普通剃刮器的当前设备包括在图1的描述中已经提到的部分以及下文将说明其功能的更多部分。
在光源1将发射基本上非极化光的情况下，由光源1发射的辐射通过线性极化器19以提供线性极化光。在实践中，可以使用比如超发光二极管(SLD)或者超导体光学放大器(SOH)的光源，这些光源具有短的相干长度并且能够发射轴向比率很高(例如约20∶1，这基本上代表线性极化光)的椭圆极化光。半波板20可以用来将线性极化状态旋转到优选朝向。
波束将再次通过波束分路器2和极化波束分路器3行进，并且然后将撞击用于调节波束的镜9。该波束可以用于例如在两个维度上扫描组织6的表面。
反射的辐射将由极化波束分路器3分路成“主要”从皮肤反射的辐射以及从毛发7返回的辐射。皮肤反射的辐射将朝着可以是光电二极管或者其他光电检测器的第二检测器10行进。如果该检测器接收信号，则这可以表明当然优选为皮肤的对象存在于设备之前。换而言之，此第二检测器10可以作为邻近检测器来工作。
从毛发7返回的辐射将经由波束分路器2和检测器透镜11通过针孔12行进到检测器8。检测器透镜11和针孔12用以将成像透镜5的焦点成像到检测器上，以便增加包含与毛发的存在有关的信息的希望的辐射与不含任何有用信息的来自相邻部分的辐射的比率。
未示出用于处理来自检测器8的信号的控制单元。也可以控制各种光源、镜等的此类控制单元可以具体化为适当IC等。该控制单元还可以包括例如用于毛发识别的图像处理软件。
将用于切割毛发的光源15示出为独立光源，比如功率相对更高的第二激光器。作为备选方案，源15和源1可以是同一个源，但是该源具有可切换功率。用于切割毛发的来自光源15的辐射经由附加波束分路器16投射到波束中。如果需要，则可以提供线性极化器。如果未使用邻近传感器10，则光源15还可以直接地耦合到波束中，即无需第二波束分路器16。
可选的光学或者接触窗13和浸没流体14可以用以改进辐射对于皮肤的穿透性质。例如，流体14可以是具有折射率在光学窗的折射率和皮肤的折射率之间的折射率匹配流体。优选地，所有折射率基本上相等。这也降低来自皮肤的反射。还可以出于冷却皮肤或者以其他方式处理它的目的而选择流体。另外，虽然接触窗13是可选的，但是它有助于作为用于确定如毛发7的皮肤对象的位置的参考来工作。
这里所示实施例是一种使用共焦检测来拒绝未聚焦光并且获得深度分辨(depth-resolved)信息的设备的例子。

Claims (9)

1.一种用于减少毛发(7)生长的设备，包括毛发生长减少装置，布置成向至少一个毛发(7)的至少一部分供应量足以影响所述毛发的完整性的光学能量，所述毛发生长减少装置包括：
光源(15)；以及
用于对在身体部分的皮肤表面(6)附近的毛发(7)进行成像的设备，所述进行成像的设备包括检测器(8)和控制单元，该控制单元用于处理来自检测器的信号以便识别毛发以及用于控制所述光源(15)；
其特征在于所述进行成像的设备还包括：
用于成像的源(1)，布置成发射波长在600nm与2000nm之间的光辐射以及预定极化状态；
第一椭圆极化装置(4)，位于光辐射在用于成像的源(1)与所述皮肤表面(6)之间的光路中；
比率增加器装置(3，4)，布置于光辐射在所述皮肤表面(6)和所述检测器(8)之间的光路中，以增加从所述毛发(7)返回的光辐射与从所述皮肤表面(6)返回的光辐射的比率；
其中所述比率增加器装置(3，4)包括线性极化器(3)，并包括所述第一椭圆极化装置(4)或者第二椭圆极化装置，其中所述线性极化器(3)被布置为将从所述毛发(7)返回的光辐射的一部分传输到所述检测器(8)，该部分具有与用于成像的源(1)的极化状态相同的极化状态。
2.根据权利要求1所述的设备，其中所述波长在800nm和1700nm之间。
3.根据权利要求2所述的设备，其中所述波长排除范围970±20nm、1440±20nm和1160±20nm。
4.根据权利要求1所述的设备，其中所述第一椭圆极化装置(4)具有的轴向比率在2∶1和1∶1之间并且包含1∶1。
5.根据权利要求4所述的设备，其中所述轴向比率为1∶1。
6.根据权利要求1所述的设备，包括光学成像系统，所述光学成像系统包括：定位于所述皮肤表面(6)与所述检测器(8)之间的光路的对象侧的对象光学元件(5)，以及定位于所述光路的检测器侧的检测器光学元件(8，10)。
7.根据权利要求1所述的设备，布置为共焦成像设备。
8.根据权利要求1所述的设备，其中所述用于成像的源(1)和光源(15)组成同一个源，所述组成的源包括激光器(1，15)，所述用于减少毛发(7)生长的设备包括布置成在两个不同非零值之间切换所述激光器的发射的激光功率的激光功率控制装置。
9.根据权利要求1所述的设备，其中所述线性极化器是极化波束分路器(3)。
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