CN107427325A - 激光刮剃设备 - Google Patents

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Abstract

一种激光刮剃设备(1)包括壳体(2)，壳体具有皮肤接合面(4)和从所述皮肤接合面(4)延伸到壳体(2)中的凹部(6)。皮肤接合面(4)位于跨凹部(6)延伸的平面(8)内或与该平面相交，并且可抵靠皮肤表面(5)定位，以使皮肤表面(5)呈现基本上拱起形状，该基本上拱起形状在从皮肤接合面(4)的平面(8)离开的方向上延伸到凹部(6)中。激光刮剃设备(1)还包括：光学系统(12)，被配置成跨所述凹部(6)引导激光束(14)，以切割从凹部(6)内的所述皮肤表面(5)延伸到激光束(14)的切割部分(15)中的毛发(10)；皮肤表面传感器(42)，被配置成生成指示皮肤表面(5)已从皮肤接合面(4)的平面(8)延伸到凹部(6)中的距离的信号；以及控制器(30)，被配置成只有当皮肤表面(5)已从皮肤接合面(4)的平面(8)延伸到凹部(6)中的所述距离超过皮肤接合面(4)的所述平面(8)与预定激光束激活阈值(Ythreshold(z))之间的距离时，激活激光束(14)。

Description

激光刮剃设备
技术领域
本发明涉及一种激光刮剃设备。本发明还涉及一种切割毛发的方法。
背景技术
已知使用激光束切断毛发，作为机械刀片布置的一种备选方案。暴露于激光束的毛发将从该激光束吸收能量，并且毛发也将通过汽化被切断。激光束不需要要抵靠皮肤或毛发放置的移动切割部分，并且因此消除了切割元件变钝的问题。
公开的专利申请WO 2014/139968 A1公开了一种使用激光束切断以切割毛发的设备。该设备包括抵靠皮肤表面放置的皮肤接触面。该设备还具有光学系统，该光学系统被配置成跨切割区引导切割激光束，以切割延伸到该切割区中的毛发，该切割区平行于所述皮肤接触面并与所述皮肤接触面隔开。还提供了激光定位机构，该激光定位机构被设置成使得切割激光束和皮肤接触面之间的距离改变，以保持切割激光束和用户皮肤表面之间的预定距离。
已知如果高强度激光束接触皮肤，则激光束可能对用户造成损伤和刺激。已知当皮肤太接近激光束时去激活激光束，以避免造成这种损伤和刺激。然而，当皮肤处于激光束附近时，去激活激光束不会阻止当毛发暴露于待切割的激光束时，形成和排放不期望的气体和烟雾。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种基本上缓解或克服上述问题的激光刮剃设备。
根据本发明，提供了一种激光刮剃设备，该激光刮剃设备包括：壳体，该壳体具有皮肤接合面和从所述皮肤接合面延伸到壳体中的凹部，皮肤接合面位于跨凹部延伸的平面内或与该平面相交，并且可抵靠皮肤表面定位，以使皮肤表面呈现基本上拱起形状，该基本上拱起形状在从皮肤接合面的平面离开的方向上延伸到凹部中；光学系统，该光学系统被配置成跨所述凹部引导激光束，以切割从凹部内的所述皮肤表面延伸到激光束的切割区中的毛发；皮肤表面传感器，该皮肤表面传感器被配置成生成指示皮肤表面已从皮肤接合面的平面延伸到凹部中的距离的信号；以及控制器，该控制器被配置成只有当皮肤表面已从皮肤接合面的平面延伸到凹部中的所述距离超过皮肤接合面的所述平面与预定的激光束激活阈值之间的距离时，激活激光。
因此，通过激光束对毛发做出的切割数被最小化。通过增加激光束激活之前皮肤可以行进到凹部中的距离，毛发已行进到凹部中的距离也增加。结果是，对毛发的第一次切割更接近期望的长度，并且需要更少的切割以达到期望的长度。执行越少的切割，产生越少的烟雾。
预定的激光束激活阈值可以是在皮肤接合面的所述平面与凹部中的激光束切割高度之间。
因此，仅当皮肤表面位于皮肤接合面的平面上或位于凹部中时，激活激光束。这减少了激光束被激活的时间量，这节约了能量。
预定激光束激活阈值可以取决于皮肤表面已从皮肤接合面的平面延伸到凹部中的平均距离，优选地取决于平均距离和它的标准差两者。
因此，将总是存在一个点，在该点处皮肤表面已足够远地延伸到凹部中，以激活激光束来切割毛发。
预定的激光束激活阈值可以距皮肤接合面的平面大于或等于μskin-2*σskin并且小于或等于μskin+2*σskin。
预定的激活阈值可以从跨凹部6延伸的平面8到凹部6中在0um至300um的范围内。
因此，切割数最小化，而切割发生的概率未降低到不可接受的水平。
激光刮剃设备还可以包括激光束传感器，该激光束传感器被配置成生成指示在凹部中的激光束相对于皮肤接合面的所述平面的位置的信息。
控制器可以被配置成：根据由皮肤传感器和激光束传感器生成的信息，当皮肤表面已从皮肤接合面的平面延伸到凹部中的距离超过预定激光束去激活阈值时，去激活激光束。
因此，激光刮剃设备能够防止造成对皮肤表面的刺激或损伤。
预定激光束激活阈值与皮肤接合面的平面之间的距离可以小于预定激光束去激活阈值与皮肤接合面的平面之间的距离。
因此，存在一个窗口，必须将皮肤表面定位在该窗口中，以便进行切割。这有助于最小化烟雾产生和对皮肤表面的刺激。
激光刮剃设备还可以包括致动器，该致动器被配置成作用在光学系统上，以调整激光束相对于跨凹部延伸的平面的位置。
因此，可以使预定激光束去激活阈值与皮肤接合面的平面之间的距离大于预定激光束激活阈值与皮肤接合面的平面之间的距离，以确保激光束被激活。此外，可以通过改变激光束位置来实现不同的接近度水平。
激光刮剃设备还可以包括用户输入，该用户输入被配置成允许用户控制期望的接近度水平和预定的激光束激活阈值。
因此，用户能够控制其自己的刮剃习惯，并且根据时间限制或场合改变刮剃习惯。它去除了对多个设备或可更换头的需要。
激光束可以跨凹部、平行于皮肤接触面中的开口的平面并且与该平面隔开地被引导。
利用这种布置，激光束的一端不会较接近皮肤表面。因此，皮肤表面超过预定的激光去激活阈值的机会较少。
皮肤接合面中的凹部可以在与激光束方向垂直的方向上大于或等于0.3mm宽，并且小于或等于1.5mm宽。
因此，可以控制凹部中的皮肤拱起高度。
根据本发明的另一方面，提供了一种利用激光刮剃设备切割毛发的方法，该方法包括：操作光学系统以跨凹部、平行于皮肤接合面的平面并与该平面隔开地引导激光束的切割部分，以切割延伸到凹部中的毛发；生成指示皮肤接合面的平面与皮肤表面已从皮肤接合面的平面延伸到凹部中的距离之间的距离的信息；控制器确定皮肤表面已从皮肤接合面的平面延伸到凹部中的距离，并且只有当皮肤表面已经从皮肤接合面的平面延伸到凹部中的所述距离超过皮肤接合面的所述平面与预定的激光束激活阈值之间的距离时，激活激光束。
切割毛发的方法还可以包括：当皮肤表面已从皮肤接合面的平面延伸到凹部中的距离超过预定的激光束去激活阈值时，控制器去激活激光束。
切割毛发的方法还可以包括：根据由皮肤表面传感器和/或激光束传感器生成的信息来调整光学系统的一个或多个元件，以调整预定激光束去激活阈值与皮肤接合面的平面之间的距离，以使生成激光束。
参考下文描述的实施例，本发明的这些和其他方面将显而易见并且得以阐明。
附图说明
现在将参考附图仅通过示例的方式描述本发明的实施例，其中：
图1示出了用于使用激光束切割毛发的激光刮剃设备中的凹部的透视图；
图2示出了图1的激光刮剃设备的凹部端的正视示意图；
图3示出了图2的激光刮剃设备的示意性电路框图；以及
图4示出了图2的激光刮剃设备的凹部端中的阈值之间的距离的示意图。
具体实施方式
如图1和图2所示，用于切割毛发的激光刮剃设备1包括壳体2。壳体2可以包括防护部3。防护部3可以是毛发和皮肤操纵模块。壳体2具有皮肤接合面4。皮肤接合面4抵靠皮肤表面5放置。皮肤表面5可以是例如但不限于被处理的用户或人的面部或腿部。
皮肤接合面4包括凹部6。在本实施例中，凹部6的中心与皮肤接合面4的中心同心。凹部6具有基本上椭圆形的横截面。然而，将理解，横截面的形状不限于此。例如，凹部6的横截面可以是矩形的。
凹部6是狭缝。在刮剃行程的方向上，凹部6大于或等于0.3mm并且小于或等于1.5mm宽。凹部宽度有助于控制皮肤表面5的拱起。在本实施例中，凹部6的宽度为0.8mm。本实施例中的凹部6的宽度有助于定位皮肤表面，以用于切割通常1或2天的胡须(未示出)。凹部6在与刮剃行程垂直的方向上的长度可以由激光刮剃设备1的尺寸确定，但优选地在10mm至20mm的范围内。在本实施例中，凹部6的长度为12mm。
在本实施例中，皮肤接合面4位于跨凹部6延伸的平面8内。平面8大体垂直于激光刮剃设备1的壳体2的纵向轴线延伸。然而，将理解，出于人体工程学的原因，平面8与壳体2的纵向轴线之间的角度可以改变。
凹部6包括切割区9。当激光刮剃设备1的皮肤接合面4抵靠皮肤表面5放置并且沿皮肤表面5移动时，从皮肤表面5突出的毛发10延伸到凹部6中的切割区9中。
激光刮剃设备1的壳体2包括光学系统12。光学系统12位于壳体2内。光学系统12包括激光束发生器13。激光束发生器13可以是例如但不限于激光二极管。激光束发生器13被配置成生成激光束14。通过归因于光学吸收的蒸发，激光束14用于切割延伸到切割区9中的毛发10。
光学系统12跨凹部6引导激光束14，以使激光束14平行于凹部6的平面8并且与平面8隔开，皮肤接合面4位于凹部6的平面8上。壳体2或更具体地防护部3机械地将激光束14与皮肤表面5隔开。与皮肤接触表面4平行的激光束14的部分是激光束14的切割部分15。光学系统12引导激光束14，以使它跨凹部6、靠近平面8延伸。激光束14的切割部分15跨凹部6行进的点是切割区9。
以这种方式，当壳体2的皮肤接合面4抵靠皮肤表面5放置时，激光束14的切割部分15基本上平行于皮肤表面5并与皮肤表面5隔开。
在本实施例中，由激光束发生器13发射的激光束14最初向下朝向皮肤表面5被引导。光学系统12沿着期望的光路使激光束14改向。
光学系统12包括第一反射元件19。第一反射元件19位于切割区9的一侧。第一反射元件19被配置成将激光束14的切割部分15的入射部分20跨凹部6的切割区9反射。也就是说，第一反射元件19被配置成将激光束14的切割部分15的入射部分20跨切割区9反射，以使激光束14的切割部分15遵循一路径，该路径基本上平行于平面8并与平面8隔开，平面8跨激光刮剃设备1的凹部6延伸。
光学系统12还包括第二反射元件21。第二反射元件21定位于切割区9的与第一反射元件19相对的侧。第二反射元件21被配置成将激光束14的切割部分15反射离开切割区9。第二反射元件21被配置成将激光束14的切割部分15反射离开皮肤表面5。由第二反射元件21反射的激光束14的部分是激光束14的“使用”部分22。激光束14的“使用”部分22可以朝向能量耗散器(未示出)被引导，以使它不与皮肤表面5或激光刮剃设备1的另一部分相互作用。
在图2所示的实施例中，入射在第一反射元件19上的激光束14的入射部分20垂直于跨壳体2的凹部6延伸的平面8。第一反射元件19将激光束14的入射部分20以90度反射，以使激光束14的切割部分15平行于跨凹部6延伸的平面8。第二反射元件21被配置成将激光束14的切割部分15以90度反射，以使激光束14的“使用”部分22垂直延伸离开跨凹部6延伸的平面8。
然而，将理解，第一反射元件19和第二反射元件21可以不同地定向，或具有不同的反射角，这取决于光学系统12的其他部分(诸如激光束发生器13和能量耗散器(未示出))的位置和定向。
此外，将理解，第一反射元件19和第二反射元件21可以不位于图1和图2的切割区9的一侧。备选地，它们可以位于凹部6内的任何位置，这取决于光学系统12的其他部件的位置、定向和配置。第一反射元件19和第二反射元件21可以被省略。
然而，激光束14的切割部分15应保持基本上平行于皮肤接合面4所位于的、跨凹部6延伸的平面8，以使皮肤接合面4与激光束14的切割部分15之间的距离跨凹部6中的切割区9基本上恒定。因此，将防止激光束14的切割部分15刺激切割区9的一侧上的皮肤表面5，并且另一方面，不会切割足够短的毛发10。
第一反射元件19和第二反射元件21可包括反射镜或棱镜或任何其他光学反射表面。此外，本发明不限于两个反射元件。
激光刮剃设备1的光学系统12还包括透镜装置24。透镜装置24被配置成聚焦从激光束发生器13发射的激光束14。在本实施例中，如图2所示，透镜装置24包括准直透镜25。从激光束发生器13发射的激光束14朝向准直透镜25被引导。准直透镜25减少或消除激光束14的发散。光学系统12的准直透镜25产生激光束14的准直部分26。激光束14的准直部分26朝向第一反射元件19被引导。
光学系统12的透镜装置24还包括至少一个聚焦透镜27。聚焦透镜27使得激光束14的准直部分26汇聚，形成激光束14的汇聚的入射部分20。备选地，可以使用多个聚焦透镜27。激光束14的切割部分15的聚焦点处于对应于凹部6轴线的刮剃宽度的中间。在一个实施例中，聚焦透镜27可以产生激光束14的更强的准直部分26。
激光刮剃设备1还包括控制器30。控制器30被配置成控制激光束发生器13的操作。因此，控制器30控制激光束14的切割部分15的操作。参考图3，控制器30包括处理器31。控制器30还包括存储器32。控制器30能够操作光学系统12。
处理器31可以采取任何合适的形式。例如，处理器31可以是或包括一个微控制器、多个微控制器、电路、单个处理器、或多个处理器。控制器30可以由一个或多个模块形成。
存储器32可以采取任何合适的形式。存储器32可以包括非易失性存储器和/或RAM。非易失性存储器可以包括只读存储器(ROM)、硬盘驱动器(HDD)或固态驱动器(SSD)。存储器除其他事项外还存储操作系统。存储器可以远程配置。处理器31使用RAM来临时存储数据。
操作系统可以包含代码，代码当由控制器30执行时控制激光刮剃设备1中的每个硬件部件的操作。控制器30可以能够使得远程存储或由存储器32本地存储一个或多个对象(诸如一个或多个配置文件)。控制器30可以能够引用由非易失性存储器存储的一个或多个对象(诸如一个或多个配置文件)，并且将一个或多个存储的对象上载到RAM。
控制器30可操作以响应于输入(例如用户输入35)，来操作激光刮剃设备。控制器30被配置成操作光学系统12。
用户输入35包括某种形式的用户接口。可选地，激光刮剃设备1包括用于调整激光刮剃设备1的操作特性(诸如功率)的控制件和/或显示器。用户输入35允许用户操作激光刮剃设备1，以例如打开和关闭激光刮剃设备1。用户输入35可以例如是按钮、触摸屏或开关。
激光刮剃设备1可以包括的、未示出的其他部件可以包括其他光学部件，诸如限制激光刮剃设备1中的碎屑通过的过滤器或窗口。激光刮剃设备1的操作所需的其他部件也可以位于壳体2内，诸如电池或到外部电力电缆(未示出)的连接。此外，激光刮剃设备1的壳体2还可以包括手柄和操作激光刮剃设备1所需的、可形成用户输入35的任何开关、按钮或其他控制件和显示器。
在本实施例中，激光刮剃设备1设置有激光束传感器38。激光束传感器38可以是电子传感器。激光束传感器38被配置成当光学系统12被操作时生成指示激光束14的一个或多个光学特性的信息。由激光束传感器38生成的信息被提供给控制器30。控制器30可以根据由激光束传感器38提供的信息来控制光学系统12的一个或多个部件的操作。
备选地，激光束传感器38可以是光电二极管阵列。激光束传感器38设置在激光束14的光路的端部。在本实施例中，激光束传感器38是在能量耗散器(未示出)处。然而，将理解，可以使用替代的传感器布置。
激光束传感器38被配置成检测激光束14的一个或多个光学特性。先于激光束传感器38，检测器透镜39被设置在激光束14的光路上。检测器透镜39被配置成调整激光束14的尺寸以适合激光束传感器38。例如，检测器透镜39可以被配置成确保激光束传感器38处的激光束14的尺寸对应于激光束传感器38的分辨率。检测器透镜39可以被省略。
激光束传感器38与激光束14的光路相交。激光束传感器38被配置成确定激光束14的一个或多个特性。例如，激光束传感器38可以被配置成确定激光束14的位置和/或激光束14的强度。
当激光束传感器38被配置成提供关于激光束14的位置的信息时，激光束传感器38被配置成生成关于激光束14的“使用”部分22与激光束传感器38相交的位置的信息。控制器30能够确定激光束14的切割部分15相对于凹部6的平面8的位置。
当激光束传感器38被配置成提供关于激光束14的强度的信息时，激光束传感器38被配置成生成关于与激光束传感器38相交的激光束14的强度的信息。在本布置中，其处于激光束14的光路的端部。
在本发明中，激光束传感器38被配置成生成指示激光束14的位置的信息。控制器30使用由激光束传感器38生成的信息，以确定激光束14的切割部分15的中心距皮肤接合面4的距离。参考图4，从凹部6的平面8到激光束14的切割部分15中心的竖直距离是中心光束高度Ycentre。
激光束14具有高斯分布。也就是说，激光束14的最大强度在其中心处，中心光束高度Ycentre。基于激光束14的给定功率或能量、光学系统12的部件的定向、以及由激光束传感器38生成的信息，控制器30可以计算激光束14的强度的径向变化。在一个实施例中，激光束14的功率或能量可由用户输入35控制。
归因于增加它的最大强度的激光束14的聚焦，当激光束14跨凹部6行进时，激光束14的上边缘和下边缘距跨凹部6延伸的平面8的距离将竖直地改变。激光束14的下边缘和上边缘在跨凹部6延伸的平面8的中心线的竖直上方。
当边缘朝向在切割区9的中间处的聚焦点行进时，边缘将汇聚，在该聚焦点处激光束14处于它的峰值强度。当激光束14的边缘行进离开聚焦点时，激光束14的边缘发散。因此，控制器30可以计算在凹部6内的所有点处的激光束14的切割部分15的强度和位置。
备选地，激光束传感器38可以被配置成生成指示激光束14的位置和激光束14的强度两者的信息。因此，向控制器30提供指示激光束14的切割部分15在距凹部6的平面8的距离范围上的强度的信息。
在本实施例中，激光束传感器38被配置成生成指示激光束切割高度Ycut(z)的信息。激光束切割高度Ycut(z)定义毛发10被切割的、距跨凹部6延伸的平面8的最小距离。激光束切割高度Ycut(z)是从平面8的中心线到由激光束14的切割部分15的半径定义的周界的下边缘的距离，该下边缘具有足够大的切割毛发10的强度。
因此，激光束14的切割部分15包括切割半径Rcut(z)。切割半径Rcut(z)被定义为中心光束距离Ycentre和激光束切割高度Ycut(z)之差，在图4中还通过参考δcut(z)示出。
此外，激光束传感器38被配置成生成指示允许强度激光束高度Ylimit(z)的信息。允许强度激光束高度Ylimit(z)定义了皮肤表面5将不被激光束14所伤害的、距跨凹部6延伸的平面8的最大距离。允许强度激光束高度Ylimit(z)是从平面8的中心线到由激光束14的切割部分15的半径定义的周界的下边缘的距离，该下边缘具有最大允许强度而不会引起对皮肤表面5的损伤。
因此，激光束14的切割部分15还包括允许强度半径Rlimit(z)。允许强度半径Rlimit(z)定义为中心光束距离Ycentre与允许强度激光束高度Ylimit(z)之差。激光束切割高度Ycut(z)与允许强度激光束高度Ylimit(z)之间的距离是最小激光-皮肤距离δlaser-skin(z)。
激光束传感器38被配置成提供指示激光束14的切割部分15的部分的各种高度与参考位置之间的距离的信息。在本实施例中，参考位置是基于跨激光刮剃设备1的凹部6延伸的平面8，特别是在激光束14的切割部分15的各个部分的下边缘的竖直下方的平面8的中心线。因此，提供的指示激光束14的切割部分15的各种高度和参考位置的信息是垂直距离。然而，将理解，可以使用替代的参考位置。例如，参考位置可以是激光束14的切割部分15的中性校准位置。
激光刮剃设备1还包括皮肤表面传感器42。皮肤表面传感器42被配置成当激光刮剃设备1抵靠皮肤表面5定位时，生成指示凹部6中的皮肤表面5与跨凹部6延伸的平面8之间的距离的信息。
通过皮肤表面传感器42测量的距离是皮肤高度。然而，虽然皮肤表面5与皮肤接触表面4接触，但是靠近平面8、跨凹部6延伸的皮肤表面5延伸到凹部6中。这被称为皮肤拱起。因此，皮肤表面传感器42测量皮肤拱起高度当皮肤接合面4被推入皮肤表面5中和/或激光刮剃设备1跨皮肤表面5被拖动时，皮肤拱起被扩大。由于皮肤表面5受皮肤接合面4约束，皮肤拱起通常朝向凹部6的中心最大。因此，皮肤拱起高度通常具有高斯分布。指示皮肤拱起距离的、由皮肤表面传感器42生成的信息被提供给控制激光束发生器13的操作的控制器30。
皮肤表面传感器42可以例如是电子传感器，该电子传感器被配置成当激光刮剃设备1抵靠皮肤表面5定位时，生成指示凹部6中的皮肤表面5与跨凹部6延伸的平面8之间的距离的信息。
皮肤表面传感器42可以是诸如共焦透镜的光学传感器，光学传感器使用光学测量技术，并且不需要接触皮肤表面5来测量皮肤表面5与跨激光刮剃设备1的凹部6延伸的平面8之间的距离。皮肤表面传感器42可以被配置成通过例如三角测量、散射光测量和/或阴影测量，来生成指示皮肤表面5的位置的信息。
所提供的指示凹部6中的皮肤表面5与跨凹部6延伸的平面8之间的距离的信息是垂直距离。然而，将理解，可以使用替代的参考位置。例如，参考位置可以是激光束14的切割部分15的中性校准位置。
皮肤表面传感器42被设置在壳体2的凹部6中。皮肤表面传感器42是非接触皮肤距离传感器。也就是说，当激光刮剃设备1抵靠皮肤表面5定位时，皮肤表面传感器42被配置成测量凹部6中的皮肤表面5与跨凹部6延伸的平面8之间的距离。皮肤表面传感器42可以是反射或透射光学传感器。皮肤表面传感器42可以使用在可见和/或近红外辐射区域中的一个或多个波长的光。然而，将理解，可以使用替代的传感器布置。
皮肤表面传感器42包括光源(未示出)和检测器(未示出)。光路被定义在光源和检测器之间。当皮肤表面5被设置在跨凹部6延伸的平面8处时，皮肤表面5形成光路的一部分。当皮肤表面5被设置在跨凹部6延伸的平面8处时，凹部6被包围。
尽管在本布置中，皮肤表面传感器42被设置在凹部6中并且被配置成检测相对于跨凹部6延伸的平面8定位的皮肤表面5，但是将理解，在一个替代实施例中，皮肤表面传感器42可以被设置在另一位置。
控制器30被配置成引用由激光束传感器38生成的信息，该信息指示激光束14的切割部分15的允许强度半径Rlimit(z)与跨凹部6延伸的平面8之间的距离。控制器30被配置成引用由皮肤表面传感器42生成的信息，该信息指示皮肤拱起距离即当激光刮剃设备1抵靠皮肤表面5定位时，在凹部6中的皮肤表面5与跨凹部6延伸的平面8之间的距离。在本实施例中，参考位置是相同的。然而，在一个替代实施例中，参考位置可以以已知间隔而不同。
基于由激光束传感器38和皮肤表面传感器42生成的信息，控制器30能够生成指示激光束14的切割部分15的允许强度半径Rlimit(z)与跨凹部6宽度的皮肤表面5的皮肤拱起之间的距离的信息。
然而，归因于已经拱起到凹部6中的皮肤表面5的自然变化以及激光束不稳定性，允许强度激光束高度Ylimit(z)可以改变。这导致一个不确定性范围，其中不能确定允许强度半径Rlimit(z)距激光束14的中心线Ycentre的精确位置。
因此，为了防止皮肤表面5受到改变的允许强度激光束距离Ylimit(z)上方的高强度激光束14的刺激，激光束安全高度Ysafety(z)由控制器30确定。控制器30通过从允许强度激光束高度Ylimit(z)减去安全距离δsafety(z)来确定激光束安全高度Ysafety(z)。安全距离δsafety(z)可以是例如但不限于允许强度激光束半径Rlimit(z)的百分比或任意距离。
控制器30监视由皮肤表面传感器42生成的指示皮肤拱起高度的信息，并且将它与计算的激光束安全高度Ysafety(z)进行比较。在皮肤拱起高度超过激光束安全高度Ysafety(z)的情况下，控制器30被配置成去激活激光束发生器13。这去除了激光束14的切割部分15的具有太高强度的部分损伤皮肤表面5的机会。
此外，基于由激光束传感器38和皮肤表面传感器42生成的信息，控制器30生成预定的激光束激活阈值高度Ythreshold(z)。预定的激光束激活阈值高度Ythreshold(z)是从跨凹部6延伸的平面8到凹部6中的距离。激光束激活阈值高度Ythreshold(z)是皮肤表面5必须达到或超过以激活激光束14的高度。因此，皮肤拱起高度必须大于或等于激光束激活阈值高度Ythreshold(z)，以激活激光。结果，激光束发生器13未被控制器30激活以生成激光束14，除非皮肤表面5充分地拱起到凹部6中。激光束激活阈值高度Ythreshold(z)在跨凹部6延伸的平面8与凹部6中的激光束切割高度Ycut(z)之间。
激光束激活阈值高度Ythreshold(z)取决于皮肤拱起高度激光束激活阈值距离δthreshold(z)可以是基于平均皮肤拱起高度μskin。激光束激活阈值距离δthreshold(z)优选地是基于平均皮肤拱起高度μskin以及皮肤拱起高度的标准差σskin。激光束激活阈值距离δthreshold(z)可以是基于平均皮肤拱起高度μskin以及标准差σskin的任何倍数。防护部3和凹部6可以控制平均皮肤拱起高度μskin和皮肤拱起高度的标准差σskin。平均皮肤拱起高度μskin可以保持低于100um。皮肤拱起高度的标准差σskin可以控制在20至50um之内。
控制器30被配置成基于皮肤表面传感器42生成的指示皮肤表面5在凹部6内的位置的信息(即跨凹部6的皮肤拱起高度)，来确定平均皮肤拱起高度μskin和皮肤拱起高度的标准差σskin。
在本实施例中，激光束激活阈值距离δthreshold(z)等于μskin+2*σskin。然而，激光束激活阈值距离δthreshold(z)可以在跨凹部6延伸的平面8至最大皮肤拱起高度的范围内。优选地，激光束激活阈值距离δthreshold(z)可以在μskin-2*σskin至μskin+2*σskin的范围内。此外，将理解，激光束激活阈值距离δthreshold(z)可以包括误差距离ε。误差距离ε可以考虑在确定激光束位置和/或皮肤拱起高度中的潜在误差。
激光束激活阈值高度Ythreshold(z)不应超过激光束安全高度Ysafety(z)。控制器30计算激光束激活阈值高度Ythreshold(z)。控制器30监视由皮肤表面传感器42生成的指示皮肤拱起高度的信息，并且将它与计算的激光束激活阈值高度Ythreshold(z)进行比较。
在皮肤拱起高度等于或超过激光束激活阈值高度Ythreshold(z)的情况下，控制器30被配置成激活激光束发生器13。这意味着当皮肤表面5远离激光束14时，不生成激光束14。这导致激光刮剃设备1使用更少的能量以切割毛发10并且切割每根毛发10更少的次数，以减少刮剃期间产生的烟雾量。
通过施加激光束激活阈值高度Ythreshold(z)并且改变它距激光束安全高度Ysafety(z)的距离δthreshold(z)，可以实现针对毛发10的长度的平均接近度，同时最小化对单根毛发10做出的切割数。
单根毛发10的接近度由激光束切割高度Ycut(z)和皮肤拱起高度之间的距离决定。两个高度越接近，切割的毛发长度Lstubble cut越短。切割的毛发长度也取决于毛发相对于竖向延伸到凹部6中的角度cosθ、以及毛发提起高度δlift。为简化说明，θ和δlift两者假定为零。
如果
以及Ytop>Ycut(z)，
仅当皮肤拱起高度不超过激光束安全高度Ysafety(z)、皮肤拱起高度等于或超过激光束激活阈值高度Ythreshold(z)、并且毛发10比激光束切割高度Ycut(z)更远地延伸到凹部中时，毛发10将被切割。
已知针对毛发10的长度LStubble(z)的计算，并且假定皮肤拱起高度由高斯分布描述，毛发10的长度LStubble(z)可以通过以下给出：激光束切割高度Ycut(z)减去皮肤表面5在激光束14打开时的特定点处的高度y，以及在激光束关闭时的原始长度LUncut。此外，可以确定每个结果的概率。
LStubble＝ps(y<Ysafety(z))((Ycut(z)-y)+ps(y>Ysafety(z)||y<Ythreshold(z))(LUncut)
这可以应用于激光刮剃设备1沿着皮肤表面5的行程，并且可以获得毛发的平均长度LAv stubble的表达式。
LAv stubble＝ps(y<Ysafety(z))((Ycut(z)–μskin)+ps(y>Ysafety(z)||y<Ythreshold(z))(LUncut)
因此，对于期望的平均毛发长度LAv stubble，可以根据激光束14的强度和光学系统12的布置来计算最佳阈值距离δthreshold(z)，以给出期望的平均毛发长度，同时切割毛发10更少的次数。
较大的激光束激活阈值距离δthreshold(z)增加激光束激活阈值高度Ythreshold(z)。因此，直到皮肤表面5更深入凹部6内部，毛发10才被切割。这意味着在激光束14被控制器30激活之前，更多的毛发10已经经过激光束切割高度Ycut(z)，从而减少了对该毛发10的切割数。
然而，较大的激光束激活阈值高度Ythreshold(z)减少了激活窗口(因为它更接近激光束安全高度Ysafety(z))，如果皮肤表面超过它，这将使得控制器30去激活激光束14。这降低了毛发10被切割的概率。如果激光束激活阈值高度Ythreshold(z)变大，那么切割概率对于正常刮剃习惯变得不可接受。如果概率下降为低于15％，切割概率可能被认为是不可接受的
相反，激光束激活阈值距离δthreshold(z)越小，当激光束14被激活时，皮肤表面5离激光束安全高度Ysafety(z)越远。因此，对于小于μskin-2*σskin的激光束激活阈值距离δthreshold(z)，对于刮剃习惯，切割的概率是高的。然而，对于该激光束激活阈值距离δthreshold(z)，毛发10将被切割最多次数。对毛发10的额外切割数造成不需要的和不必要的烟雾，而同时使激光刮剃设备1使用比必要更多的能量。
激光束激活阈值距离δthreshold(z)越大，皮肤表面5越接近激光束安全高度Ysafety(z)，这意味着激光束14更可能再次被去激活以保护皮肤表面5。因此，对于μskin+2*σskin的激光束激活阈值距离δthreshold(z)，切割的概率是低的，然而，毛发10将被切割更少的次数，这可能对于刮剃习惯是可接受的。
在本实施例中，激光束激活阈值Ythreshold(z)位于凹部6内。激光束激活阈值Ythreshold(z)可以位于从跨凹部6延伸的平面8到最大皮肤拱起高度的任何位置。因此，激光束激活阈值高度Ythreshold(z)优选在从跨凹部6延伸的平面8到凹部6中的0um至300um的范围内。
激光刮剃设备1还包括致动器45。致动器45被配置成作用在光学系统12的一个或多个部件上。致动器45可以被配置成使至少一个透镜24或第一反射元件19旋转，以改变中心光束高度Ycentre或激光束14的切割部分15的强度。
致动器45可以是电子致动器，例如音圈致动器、具有齿轮的主轴电机或压电转换器。致动器45基于来自控制器30的命令来作用于光学系统12的一个或多个部件上。
当皮肤表面5与皮肤接合面4接触时激光束激活阈值高度Ythreshold(z)超过激光束安全高度Ysafety(z)的情况下，激光束14将决不会被激活。因此，基于由激光束传感器38和皮肤表面传感器42生成的信息，控制器30可以命令致动器45调整光学系统12的一个或多个部件，以使激光束14的切割部分15的中心光束高度Ycentre增加。
这使激光束安全高度Ysafety(z)移动远离激光束激活阈值高度Ythreshold(z)和皮肤拱起高度一旦皮肤拱起高度低于激光束安全高度Ysafety(z)，控制器30可以命令致动器45停止调整光学系统12的一个或多个部件。
此外，对于接近刮剃，用户可能期望比所确定的激光束激活阈值距离δthreshold(z)长得多的毛发长度，同时最小化对毛发的切割数。在这种情况下，用户使用用户输入35输入期望的毛发长度，并且控制器30命令致动器45调整光学系统12的一个或多个部件，以使激光束14切割部分15的中心光束高度Ycentre被调整到距皮肤表面5的期望距离。
相反，致动器45可将激光束14的切割部分15的中心光束高度Ycentre移动远离跨凹部6延伸的平面8。由致动器45实现的调整将取决于激光刮剃设备1的所选变量。
在一个实施例中，激光束激活阈值高度Ythreshold(z)可以是跨凹部6延伸的平面8或与其靠近。在本发明的另一个实施例中，当皮肤拱起高度超过激光束安全高度Ysafety(z)时，控制器30可以不被配置成去激活激光束发生器13。
将理解，术语“包括”不排除其他元件或步骤，并且不定冠词“一”或“一个”不排除多个。单个处理器可以实现权利要求中所记载的若干项目的功能。在相互不同的从属权利要求中记载某些措施的简单事实并不表示这些措施的组合不能有利地使用。权利要求中的任何附图标记不应被解释为限制权利要求的范围。
虽然已经在本申请中针对特征的特定组合构建了权利要求，但是将理解的是，本发明的公开范围还包括本文中明确或隐含公开的任何新颖特征或任何新颖特征组合、或者它们的任何概括，而无论其是否涉及如任何权利要求中当前请求保护的相同发明，并且无论其是否如母案发明一样缓解了任何或全部的相同技术问题。本发明因此给出预示：可以在本申请或者由此得出的任何进一步申请的审查期间，针对这样的特征和/或特征组合构建新的权利要求。

Claims (15)

1.一种激光刮剃设备(1)，包括
壳体(2)，所述壳体(2)具有皮肤接合面(4)和凹部(6)，所述凹部(6)从所述皮肤接合面延伸到所述壳体中，
所述皮肤接合面位于跨所述凹部延伸的平面(8)内或与所述平面(8)相交，并且能抵靠皮肤表面(5)定位，以使所述皮肤表面呈现基本上拱起形状，所述基本上拱起形状在从所述皮肤接合面的所述平面离开的方向上延伸到所述凹部中，
光学系统(12)，所述光学系统(12)被配置成跨所述凹部引导激光束(14)以切割毛发(10)，所述毛发(10)从所述凹部内的所述皮肤表面延伸到所述激光束的切割部分(15)中，
皮肤表面传感器(42)，所述皮肤表面传感器(42)被配置成生成指示皮肤表面已从所述皮肤接合面的所述平面延伸到所述凹部中的距离的信号，以及
控制器(30)，所述控制器(30)被配置成：只有当皮肤表面已从所述皮肤接合面的所述平面延伸到所述凹部中的所述距离超过所述皮肤接合面的所述平面与预定的激光束激活阈值(Ythreshold(z))之间的距离时，激活所述激光束(14)。
2.根据权利要求1所述的激光刮剃设备(1)，其中所述预定的激光束激活阈值(Ythreshold(z))是在所述皮肤接合面(4)的所述平面(8)与所述凹部(6)中的激光束切割高度(Ycut(z))之间。
3.根据权利要求2所述的激光刮剃设备(1)，其中所述预定的激光束激活阈值(Ythreshold(z))取决于所述皮肤表面已从所述皮肤接合面(4)的所述平面(8)延伸到所述凹部(6)中的平均距离(μskin)，优选地取决于所述平均距离(μskin)和它的标准差(σskin)两者。
4.根据权利要求3所述的激光刮剃设备(1)，其中所述预定的激光束激活阈值(Ythreshold(z))距所述皮肤接合面(4)的所述平面(8)大于或等于μskin-2*σskin且小于或等于μskin+2*σskin。
5.根据权利要求2所述的激光刮剃设备(1)，其中所述预定的激活阈值(Ythreshold(z))从跨所述凹部(6)延伸的所述平面(8)到所述凹部(6)中在0um到300um的范围内。
6.根据前述权利要求中任一项所述的激光刮剃设备(1)，还包括激光束传感器(38)，所述激光束传感器(38)被配置成生成指示所述激光束在所述凹部中相对于所述皮肤接合面(4)的所述平面(8)的位置的信息。
7.根据权利要求6所述的激光刮剃设备(1)，其中所述控制器(30)被配置成：根据由所述皮肤表面传感器(42)和激光束传感器(38)生成的信息，当所述皮肤表面(5)已从所述皮肤接合面(4)的所述平面(8)延伸到所述凹部(6)中的所述距离()超过预定的激光束去激活阈值(Ysafety(z))时，去激活所述激光束(14)。
8.根据前述权利要求中任一项所述的激光刮剃设备(1)，其中所述预定的激光束激活阈值(Ythreshold(z))与所述皮肤接合面(4)的所述平面(8)之间的距离小于预定的激光束去激活阈值(Ysafety(z))与所述皮肤接合面的所述平面之间的距离。
9.根据前述权利要求中任一项所述的激光刮剃设备(1)，还包括致动器(45)，所述致动器(45)被配置成作用在所述光学系统(12)上，以调整所述激光束(14)相对于跨所述凹部(6)延伸的所述平面(8)的位置。
10.根据前述权利要求中任一项所述的激光刮剃设备(1)，还包括用户输入(35)，所述用户输入(35)被配置成允许所述用户控制期望接近度水平和/或所述预定的激光束激活阈值(Ythreshold(z))。
11.根据前述权利要求中任一项所述的激光刮剃设备(1)，其中所述激光束(14)跨所述凹部(6)、平行于所述平面(8)并且与所述平面(8)隔开地被引导，所述皮肤接合面(8)位于所述平面(8)内，所述平面(8)跨所述凹部(6)延伸。
12.根据前述权利要求中任一项所述的激光刮剃设备(1)，其中所述皮肤接合面(4)中的所述凹部(6)在与所述激光束(14)的方向垂直的方向上的宽度大于或等于0.3mm且小于或等于1.5mm。
13.一种利用激光刮剃设备(1)切割毛发的方法，包括：
操作光学系统(12)以跨凹部(6)、平行于皮肤接合面(4)的平面(8)并且与所述平面(8)隔开地引导激光束(14)的切割部分(15)，以切割延伸到所述凹部中的毛发(10)，
生成指示所述皮肤接合面的平面与皮肤表面(5)已从所述皮肤接合面的所述平面延伸到所述凹部中的距离之间的距离的信息，
控制器(30)，所述控制器(30)确定所述皮肤表面已从所述皮肤接合面的所述平面延伸到所述凹部中的距离()，并且只有当所述皮肤表面已从所述皮肤接合面的所述平面延伸到所述凹部中的所述距离超过所述皮肤接合面的所述平面与预定的激光束激活阈值(Ythreshold(z))之间的距离时，激活激光束。
14.根据权利要求13所述的切割毛发的方法，还包括：当所述皮肤表面(5)已从所述皮肤接合面(4)的所述平面(8)延伸到所述凹部(6)中的所述距离超过预定的激光束去激活阈值时，所述控制器(30)去激活所述激光束(14)。
15.根据权利要求13或14所述的切割毛发的方法，还包括：根据由皮肤表面传感器(42)和/或激光束传感器(38)生成的信息，调整所述光学系统(12)的一个或多个元件，以调整所述预定的激光束去激活阈值(Ythreshold(z))与所述皮肤接合面(4)的所述平面(8)之间的距离，以使生成所述激光束(14)。
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