CN103930163A - 具有多个焦点的毛发检测器 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种毛发处理(40)装置，其包括用于检测皮肤表面(21)附近的毛发(22)的光基检测器(10)，该检测器(10)包括：光源(11)，光学元件(14、16、17、18)和偏振敏感光传感器(12、13)。光源(11)被提供用于产生具有入射偏振的光束(31)。光学元件(14、16、17、18)被提供用于将光束(31)聚焦在皮肤表面(21)附近的毛发(22)处。偏振敏感光传感器(12、13)被提供用于检测与毛发(22)或皮肤表面(21)相互作用并且具有预定线性偏振的光。光源(11)和/或光学元件(14、16、17、18)被布置成使光束(31)在毛发(22)或皮肤表面(21)处或附近同时具有多个空间上分离的焦点(51、52、53)。

Description

具有多个焦点的毛发检测器
技术领域
本发明涉及一种毛发处理装置，该毛发处理装置包括用于检测皮肤表面附近的毛发的光基检测器，该检测器包括光源，光学元件和偏振敏感光传感器。该光源被提供用来产生具有入射偏振的光束。该光学元件被提供用来将光束聚焦在皮肤表面附近的毛发处。该偏振敏感光传感器被提供用来检测与毛发或皮肤表面相互作用并且具有预定线性偏振的光。
本发明还涉及具有如本文之前描述的检测器的剃须装置，以及涉及检测皮肤表面附近的毛发的方法。
背景技术
这样的毛发处理装置例如由公布为WO2010/106480A1的国际专利申请所知。该专利申请描述了一种用于对身体部分的皮肤表面附近的毛发成像的设备。该装置包括用于产生具有入射偏振的光束的光源，和用于检测从所述毛发返回的辐射的检测器。该检测器具有用于对具有入射偏振的光以及具有与该入射偏振正交的偏振方向的光进行检测的单独的光电二极管。由单独的光电二极管检测到的光强度的比率是对于在所测试的皮肤位置处的毛发存在的可能性测量。
已被证明这种已知检测器的灵敏度和特异性在很大程度上取决于入射光的偏振方向和待检测的毛发的朝向之间的角度，以及取决于在毛发内部的聚焦深度。由于毛发的朝向和毛发内部的聚焦深度随着毛发而不同并随着时间而不同，通过已知的检测器所获得的毛发皮肤对比度不能完全令人满意。另外，毛发在垂直于光的方向的平面上的朝向，是确定毛发检测的灵敏度和特异性的关键参数。这又取决于该聚焦元件的数值孔径(NA)。当NA＝0.9时，在轴向方向上的最大可检测角度被限制为30°，而当NA＝0.3时，最大可检测角度仅为10°。简言之，当照明光束聚焦在毛发内部所期望的深度处当其在检测圆锥体之内时，毛发被检测到具有最佳对比度。
发明内容
本发明的目的在于提供一种毛发处理装置，该毛发处理装置具有改进的毛发皮肤对比度，其较少取决于检测的毛发的朝向和精确位置。
根据本发明的第一方面，该目的是通过提供一种根据开头段落的毛发处理装置，其中该光源和/或光学元件被布置以使光束在毛发或皮肤表面处或附近同时具有多个空间上分离的焦点。
多个焦点可以在相对于光束的横向方向和/或轴向方向上在空间上分离。在横向方向上的不同焦点以不同的相对角度击中毛发，导致毛发和光束的入射偏振的朝向之间的角度对于不同的焦点来说是不同的。因此，在任何时刻，对于准确的毛发检测来说增加了至少一个来自合适的相对角度的焦点的机会。例如，可以使用透射光栅用于产生横向方向上的多个焦点。可替换地，可以使用多个光源用于这一目的。
在轴向方向上的不同焦点可以与在不同深度处的毛发重合。当入射光束被聚焦在大约20-40μm(微米)深时，毛发-皮肤对比度是最佳的。当轴向方向上具有多个焦点时，增加了它们中至少一个处于合适深度的机会。在轴向方向上的不同焦点可以，例如，使用具有具有不同波长和/或发散的光的多个光束或者使用环形光栅来产生。
当毛发处理装置在轴向方向上在皮肤表面之上移动时，不同的焦点与时间上不同时刻的相同毛发相重合。用于检测毛发使用多个测量结果确实已经提供了改进的准确度。此外，毛发处理装置在皮肤表面之上的移动可以改变毛发和皮肤表面之间的相对角度，并与之对应，改变毛发和光束的入射偏振的朝向之间的相对角度。这种效果确实也有助于毛发检测的准确性。
此外，光源和/或光学元件可以被布置成使光束在多个焦点处具有入射偏振的不同朝向。例如，旋转激光源或如波片的相移元件可以导致不同的入射偏振。这些措施将进一步增加对于准确的毛发检测来说至少一个来自合适的相对角度的焦点的机会。使用多个在时间上同一时刻处在空间上分离的焦点不仅对于线性偏振光来说可能，对于圆形或径向偏振光来说也是可能的。在特殊的实施例中，不同的焦点甚至可以有具有不同偏振类型的光。
根据本发明的另一个方面，一种用于检测皮肤表面附近的毛发的方法，该方法包括产生光束，将光束聚焦在皮肤表面附近的毛发处，并检测与毛发或皮肤表面相互作用并具有预定线性偏振的光，其中生成和/或聚焦使得光束具有在毛发或皮肤表面处或附近的多个焦点。
参考下文描述的实施例，本发明的这些和其它方面是明显的，并将得到阐明。
附图说明
在附图中：
图1示出了根据本发明的毛发处理装置的光学刀片在皮肤表面之上移动；
图2示出了根据本发明的光基检测器的框图；以及
图3示意性地示出了根据本发明的剃须装置。
具体实施方式
图1示出了根据本发明的毛发处理装置的光学刀片50。在该图中，光学刀片50在具有毛发22的皮肤表面21之上移动。在该示例中，光学刀片50在箭头55的方向上在表面21之上移动。毛发处理装置产生光束31以用于检测毛发22。光学刀片50将光束31引导在基本上平行于皮肤表面21的方向上，并且将光束31聚焦在第一焦点51上。代替在该图中所示的光学刀片50，可以使用如显微镜的物镜和/或透镜之类的其它类型的聚焦元件来引导和聚焦光束31。当光束31的光与例如毛发22或皮肤表面21相互作用时，毛发处理装置的光检测元件分析返回的光，并且确定焦点51是否与毛发22重合。
发明人的实验表明，毛发22和皮肤21之间的最佳对比度在焦点51处于毛发表面内部大约20-40μm时得以实现。当光学刀片50沿皮肤表面21移动时，焦点51可以最终达到这一用于检测毛发22的最佳位置。然而，如果毛发处理装置对毛发22的存在进行周期性的测试，毛发22可能被错过。根据本发明，毛发处理装置可以同时在轴向方向(即入射光束31的方向)上提供附加焦点53。轴向方向上的附加焦点53带来至少两个重要的优点。首先，附加焦点53提高了在时间上的任意时刻处焦点53中的一个焦点是聚焦于对于检测毛发22而言最佳的深度处的机会。这增加了检测毛发22的概率。此外，不同的焦点53可能在时间上不同的时刻处，可能在不同的相对角度下击中毛发22。这增加了毛发检测的准确性。
毛发22和入射光束31的偏振朝向之间的相对角度对于获得高的毛发-皮肤对比度而言也是重要的。入射光束31的偏振朝向可以通过配置毛发处理装置内部的光源和光学元件来控制。毛发22的朝向随着毛发不同以及随着时间而变化。并且，光学刀片50相对于皮肤表面21的朝向可以随时间变化。根据本发明，不同的入射角可以被用来同时创建在横向方向上的多个焦点52，即在垂直于光束31的平面上。当不同的焦点52相对于毛发22作出不同的相对角度时，增加了对于准确的毛发检测来说提供合适角度的焦点52的至少一个的机会。此外，毛发处理装置的激光源和光学元件可以针对不同的横向和/或轴向焦点52、53提供不同的入射偏振的朝向。这可能，例如，可以通过旋转激光源或使用诸如波片之类的相移元件来实现。在时间上同一时刻处多个空间上分离的焦点51、52、53的使用不仅对于线性偏振光来说是可能的，对于圆形或径向偏振光来说也是可能的。在特殊的实施例中，不同的焦点51、52、53甚至可以有具有不同偏振类型的光。
图2示出了根据本发明的光基检测器10的方框图。例如，根据本发明的检测器10可以被适配为检测人或动物的皮肤21上的毛发22。毛发检测在基于IPL(强脉冲光)或基于激光的剃须设备上是有用的。可替换地，检测器10可以被适配为检测人或动物的皮肤21中的胶原蛋白，以用于确定皮肤弹性。图2的光基检测器10包括用于发射激光束的激光源11，优选为光谱的近红外或红外部分。例如，可以使用具有785或850nm波长的光。如透镜16和/或反射镜17之类的光学元件将光束31聚焦在皮肤21上。耦合到激光源11和/或(部分)的光学元件16、17的控制单元(未示出)控制激光束的精确光学路径，以便于控制针对毛发22的存在进行测试的皮肤21的精确面积，以及使得能够扫描皮肤21的线或2D区域。
附加焦点52、53可以例如通过使用衍射光栅14来产生。附加的横向焦点52可以通过透射光栅来产生，并且附加的轴向焦点53可以通过圆形光栅来产生。可替换地或附加地，可以使用具有不同发散或以稍微不同的方向发送的多个光束或多个波长以用来产生附加焦点52、53。附加焦点52、53也可以通过例如全息透镜来提供。
当光束31与皮肤表面21或毛发22相互作用时，返回的光束再次进入检测器10。光学元件16、17、18将返回的光束引导到光传感器或光电二极管12、13。例如，可以使用半透明镜和/或偏振分束器来提供针对射出和返回的光束的不同光路径。在典型的实施例中，分开的检测块A、B被用于在返回光束中检测不同的偏振分量。针对入射偏振和针对正交偏振的信号之间的比率可以被用于确定毛发22何时被检测到。
分束器15将返回光束分割，并将分割的光束引导至不同的光电二极管12、13以用来单独收集来自于不同焦点52、53的信息。如果不同波长的光被用于产生附加焦点，分束器15例如可以为带有具有针对照明波长的特定透射带宽的滤波器的二向色分束器或标准的分束器。
图3示意性地示出了根据本发明的剃须装置40。剃须装置40包括类似于上述参考图2所述的毛发检测器。相同的附图标记对应于相似的特征。除了上面已讨论过的特征，剃须设备40还可以包括光学或接触窗口43和浸没流体44，以用于提高进入皮肤21的辐射的穿透特性。例如，流体84可以是折射率匹配流体，具有光学窗口的折射率与皮肤21的折射率中间的折射率。优选地，所有的折射率基本上相等。这也降低了从皮肤21的反射。流体44也可以被选择用于冷却皮肤21，或以其它方式处理的目的。此外，尽管接触窗口43是可选的，它有助于作为确定诸如毛发22的皮肤目标的位置的参考。
剃须装置40不仅可以使用激光光源11来检测毛发22，也可以用来将其剪切。当激光光源11用于剪切时，其可以操作在与检测毛发22时不同的功率水平。可替换地，单独的激光源(未示出)被用于毛发22的剪切。在剪切过程中的控制可以由控制单元或由附加的剪切处理器(未示出)来执行。剪切处理器被耦合到光基检测器10以激活在光基检测器已经检测到毛发22的存在的皮肤表面21附近的毛发剪切激光束的焦点位置上的毛发剪切激光源。
应当注意的是，上述实施例对本发明进行说明而非限制，并且本领域技术人员将能够设计许多替代实施例而不脱离所附权利要求书的范围。在权利要求书中，置于括号内的任何标号不应被解释为对权利要求进行限制。使用动词“包括”及其变体并不排除权利要求中已经记载的元件或步骤。元件之前的冠词“一”(a)或“一个”(an)并不排除存在多个这样的元件。本发明可以通过包括若干不同元件的硬件的方式，以及通过适当编程的计算机来实现。在装置权利要求中列举若干器件，若干这些器件可以由硬件的一个和相同项来实现。某些措施仅被记载在相互不同的从属权利要求中并不意味着这些措施的组合不能被有利地使用。

Claims (12)

1.一种包括光基检测器(10)的毛发处理装置(40)，所述光基检测器(10)用于检测皮肤表面(21)附近的毛发(22)，所述检测器(10)包括：
光源(11)，用于产生具有入射偏振的光束(31)，
光学元件(14、16、17、18)，用于将所述光束(31)聚焦在所述皮肤表面(21)附近的所述毛发(22)处，以及
偏振敏感光传感器(12、13)，用于检测与所述毛发(22)或所述皮肤表面(21)相互作用并且具有预定线性偏振的光，
其中，所述光源(11)和/或所述光学元件(14、16、17、18)被布置成使所述光束(31)在所述毛发或所述皮肤表面(21)处或所述毛发或所述皮肤表面(21)附近同时具有多个空间上分离的焦点(51、52、53)。
2.根据权利要求1所述的毛发处理装置(40)，其中所述光源(11)和/或所述光学元件(14、16、17、18)被布置成使所述光束(31)具有在相对于所述光束(31)的横向方向上的在空间上分离的所述多个焦点(51、52)。
3.根据权利要求2所述的毛发处理装置(40)，其中所述光学元件包括透射光栅。
4.根据权利要求1所述的毛发处理装置(40)，其中所述光源(11)和/或所述光学元件(14、16、17、18)被布置成使所述光束(31)具有在相对于所述光束(31)的轴向方向上的在空间上分离的所述多个焦点(51、53)。
5.根据权利要求4所述的毛发处理装置(40)，其中所述光源(11)可操作以产生具有不同波长的光的多个光束(31)。
6.根据权利要求4所述的毛发处理装置(40)，其中所述光源(11)可操作以产生具有不同的发散的多个光束(31)。
7.根据权利要求4所述的毛发处理装置(40)，其中所述光学元件包括圆形光栅。
8.根据权利要求1所述的毛发处理装置(40)，其中所述光源(11)和/或所述光学元件(14、16、17、18)被布置成使所述光束(31)在所述多个焦点(51、52、53)处具有不同朝向的入射偏振。
9.根据权利要求1所述的毛发处理装置(40)，其中所述光源(11)和/或所述光学元件(14、16、17、18)被布置成使所述光束(31)在所述多个焦点(51、52、53)处具有不同类型的入射偏振。
10.根据权利要求1所述的毛发处理装置(40)，其中所述偏振敏感光传感器(12、13)包括单独的光电二极管以用于从来自于各个焦点(51、52、53)的光收集信息。
11.一种根据权利要求1至10中任一项所述的毛发处理装置(40)，所述装置(40)进一步包括用于产生毛发剪切激光束的毛发剪切激光源以及被耦合到所述光基检测器(10)的处理器，其中所述处理器被布置为在所述光基检测器(10)已经检测到所述毛发(22)存在的所述皮肤表面(21)附近的所述毛发剪切激光束的焦点位置上激活所述毛发剪切激光源。
12.一种用于检测皮肤表面(21)附近的毛发(22)的方法，所述方法包括：
产生具有入射偏振的光束(31)，
将所述光束(31)聚焦在所述皮肤表面(21)附近的毛发(22)处，以及
检测与所述毛发(22)或所述皮肤表面(21)相互作用并且具有预定线性偏振的光，
其中，所述产生和/或所述聚焦使得所述光束(31)在所述毛发或所述皮肤表面(21)处或所述毛发或所述皮肤表面(21)附近同时具有多个空间上分离的焦点(51、52、53)。
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