JP2016504931A - 髪切り機器のためのカッターヘッド - Google Patents

Abstract

本出願は、髪切り機器のためのカッターヘッドに関する。カッターヘッドは、レーザー発生器と光学系とを含む。光学系は、レーザー発生器によって生成されたレーザービームをフォーカスし、かつ、カッターヘッドの中のカッティングゾーンを横切って光学軸に沿って前記レーザービームを方向付けるように構成されている。レーザー発生器と光学系は、レーザービームの焦点において、焦点の寸法、レーザービームのパワー密度およびレーザービームの開口数が、毛髪がカッティングゾーンの中に受け入れられた場合に、レーザー発生器のパワー出力が最小化され、一方で、既定の照射時間について、カッティングゾーンの中に受け入れられた毛髪が、光吸収によって切断されるように構成されている。本出願は、また、髪切り機器のためのカッターヘッドをコントロールする方法に関する。

Description

本発明は、髪切り機器のためのカッターヘッドに関する。本発明は、また、髪切り機器、および、髪切り機器のためのカッターヘッドをコントロールするための方法に、関する。

カッター刃の構成品より、むしろ髪切りのためのレーザーに依存するシェーバー（ｓｈａｖｅｒ）または電気カミソリ（ｒａｚｏｒ）を提供することが知られている。刃の無いシェーバーは、動作する部分がより少ないので、摩耗が低減される。このことは、機械式のシェーバーに対して有利な点を提供する。さらに、レーザーの使用は、肌刺激性を低減することができる。肌表面にコンタクトする鋭利なオブジェクトが存在しないからである。レーザーシェーバーは、光吸収（ｏｐｔｉｃａｌ ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ）によるか、毛髪のレーザー誘起光学破壊（ｌａｓｅｒ ｉｎｄｕｃｅｄ ｏｐｔｉｃａｌ ｂｒｅａｋｄｏｗｎ）の生成によるかのいずれかで動作する。光吸収を用いる場合、毛髪はレーザービームに曝され、ビームのエネルギーを吸収して、毛髪の蒸気化及び/又は切断が生じる。毛髪のレーザー誘起光学破壊を用いる場合、キャビテーション及び/又は衝撃波の生成によって毛髪が切断される。

シェービング性能は、典型的に２つのクライテリアによって測定される−剪毛の接近性と肌の刺激性、である。従って、良い性能のシェーバーは、レーザーを肌に対してできる限り近くに位置決めすることによって、残っている毛髪の長さを最小化すべきである。しかしながら、このことは、レーザーからの熱とエネルギーが肌上に投射する場合に、より多くの肌の刺激性を生じ得る。毛をそられる肌の損傷または刺激性を避けるためには、レーザービームとの接触から肌を保護する必要がある。

毛髪を一定の長さに切り揃えるために、バリカンまたはグルーマー（ｇｒｏｏｍｅｒ）が使用される。すると、接近性は主要なパフォーマンス要因ではないが、残っている毛髪の長さが揃っていることが望ましい。

例えば国際特許出願公開第ＷＯ９２／１６３３８号から、シェーバーが肌上を移動する際に毛髪を切るように、肌に対して平行かつストローク方向に対して垂直に位置決めされるレーザービームを生成することが、知られている。

しかしながら、ガウス理論は、レーザービームが長さに沿って自然な強度変動を有することを口授する。

さらに、レーザーを用いて毛髪を切るときには、毛髪切断プロセスを妨げる数多くの寄生的な物理的および化学的現象が生じることがある。

本発明の目的は、とりわけ、上記の問題を実質的に緩和または克服する、髪切り機器のためのヘッドユニットを提供することである。

本発明に従って、髪切り機器のためのカッターヘッドが提供される。髪切り機器のためのカッターヘッドは、レーザー発生器と、前記レーザー発生器によって生成されたレーザービームをフォーカスし、かつ、前記カッターヘッドの中のカッティングゾーンを横切って光学軸に沿って前記レーザービームを方向付けるように構成されている光学系と、を含み、前記レーザー発生器と光学系は、前記レーザービームの焦点において、前記焦点の寸法、前記レーザービームのパワー密度および前記レーザービームの開口数が、毛髪が前記カッティングゾーンの中に受け入れられた場合に、前記レーザー発生器のパワー出力が最小化され、一方で、既定の照射時間について、前記カッティングゾーンの中に受け入れられた前記毛髪が、光吸収によって切断されるように構成されている。

前記焦点の寸法、前記レーザービームのパワー密度および前記レーザービームの開口数のうち一つまたはそれ以上を構成することによって、髪切りプロセスを妨げる数多くの寄生的な物理的および化学的な現象を最小化または除去することができる。既定のパラメータを選定することによって、カッティングゾーンの中に受け入れられた毛髪が最大効率で切断されることを確保することができる。

前記光学系は、前記開口数が０．８に等しいかそれ以下であるように、望ましくは、０．６に等しいかそれ以下であるように、さらに望ましくは、０．４に等しいかそれ以下であるように構成されてよい。

上記のパラメータは、毛髪の中央に焦点が合っている一方で、レーザーの焦点が外れている毛髪の部分が切断されるのを防いでいる。

前記光学系は、前記焦点の垂直方向の焦点スポットサイズが０．２ｍｍに等しいかそれ以下であるように、望ましくは、０．１ｍｍに等しいかそれ以下であるように、さらに望ましくは、０．０５ｍｍに等しいかそれ以下であるように構成されている。

所与の閾値以下の垂直方向の焦点サイズを用いて、髪切りの有効効率が最大化されることが見い出されてきた。このことは、不必要に、より大きな毛髪の断片が、大き過ぎる垂直方向の焦点サイズを有しているレーザービームの提供を通じて蒸気化されるのを防ぐ。

前記光学系は、前記焦点の水平方向の焦点スポットサイズが０５ｍｍと１ｍｍとの間であるように、望ましくは、０．１ｍｍと０．５ｍｍとの間であるように、さらに望ましくは、０．１５ｍｍと０．３ｍｍとの間であるように構成されている。

上記の構成によって、ビームの全体幅が毛髪に衝撃を与えるようにでき、毛髪の中に吸収される光子を最大化している。従って、髪切りプロセスの効率が最大化され得る。さらに、上記の閾値をもった水平方向の焦点サイズを提供することで、毛髪の全体幅がレーザービームに曝されるように、ビームが毛髪の幅を横切って延びることができる。

前記焦点における前記レーザービームの前記パワー密度は、１０００Ｗ／ｃｍ^２に等しいかそれ以上であるように、望ましくは、５０００Ｗ／ｃｍ^２に等しいかそれ以上であるように、さらに望ましくは、５００００Ｗ／ｃｍ^２に等しいかそれ以上であるように構成されている。

閾値より大きなパワー密度を提供することによって、毛髪の蒸気化に係る所望の効果が達成され得る。一方で、毛髪を融かすことを防ぐことができる。毛髪を融かすことは望ましいものではない。必ずしも髪切りを生じさせるものではなくレーザーエネルギーを浪費するものだからであり、このように、髪切り動作の効率を低減させている。

前記レーザー発生器は、連続的な出力ビームを生成するように構成されている。代替的に、前記レーザー発生器は、パルス運転出力ビームを生成するように構成されている。前記レーザー発生器は、パルスデュレーションが、０．１μｓより大きいか等しいように、望ましくは、１μｓより大きいか等しいように、さらに望ましくは、１００μｓより大きいか等しいように構成されている。

上記の閾値より大きいか等しいパルスデュレーションを提供することによって、寄生的なプラズマ生成を最小化することができ、かつ、髪切りのために十分なエネルギーをレーザービームが加えることを確保することができる。

前記光学系は、使用の最中に、前記カッターヘッドの中で定められる前記レーザービームの前記光学軸の位置を維持するように構成されている。

光学軸の位置を維持することにより、切断高さが一定に留まることが確保される。さらに、レーザービームは、刺激を生じ得るユーザの肌に対して方向付けられることがない。

前記カッターヘッドは、さらに、カッティングサーフェスを含み、使用の最中に、ユーザの肌が配置され得る。前記光学軸は、前記カッティングサーフェスに対して実質的に平行に延びる。

カッティングサーフェスを提供することで、ユーザの肌がカッティングゾーンに入ることを防いでいる。従って、レーザーがユーザの肌に向かう方向に方向付けされている場合のために、設定されたパラメータの中に特性を維持することは必要でない。このことは、最大の効率で毛髪を切断するようにレーザービームのパラメータを設定することができることを意味する。

カッティングサーフェスは、カッティングゾーンに隣接して配置されたスペーサーによって定められ得る。使用の最中には、ユーザの肌とカッティングゾーンの中のレーザービームとの間隔を維持するようにユーザの肌にコンタクトする。

レーザービームとユーザの肌との間隔を維持することは、肌に生じる刺激を最小化するために重要である。

前記光学系は、さらに、前記レーザービームを前記カッティングゾーンを横切るように方向付けるための第１反射エレメントを含む。

前記光学系は、さらに、第１反射エレメントに対して前記カッティングゾーンの相対する側に配置され、前記レーザービームを前記カッティングゾーンから離れるよう方向付けるための第２反射エレメントを含む。

別の実施例において、前記光学系は、さらに、第１反射エレメントに対して前記カッティングゾーンの相対する側に配置され、前記レーザービームを前記カッティングゾーンを横切って戻るように反射するために第２反射エレメントを含む。

このことは、カッティングゾーンを通過するレーザービームの第２カッティングセクションを提供し、従って、シェーバーの切断パフォーマンスを改善している。

本発明の別の実施例に従って、カッターヘッドを含む髪切り機器が提供される。本カッターヘッドは、レーザー発生器と、前記レーザー発生器によって生成されたレーザービームをフォーカスし、かつ、前記カッターヘッドの中のカッティングゾーンを横切って光学軸に沿って前記レーザービームを方向付けるように構成されている光学系と、を含み、前記レーザー発生器と光学系は、前記レーザービームの焦点において、前記焦点の寸法、前記レーザービームのパワー密度および前記レーザービームの開口数が、毛髪が前記カッティングゾーンの中に受け入れられた場合に、前記レーザー発生器のパワー出力が最小化され、一方で、既定の照射時間について、前記カッティングゾーンの中に受け入れられた前記毛髪が、光吸収によって切断されるように構成されている。

髪切り機器は、２つまたはそれ以上の交換可能なカッターヘッドを含み得る。従って、カッターヘッドは、擦り減った後で置き換えることができ、または、異なる構成を有する別のカッターヘッドに交換することができる。

本発明の別の態様に従って、髪切り機器のためのカッターヘッドをコントロールするための方法が提供される、本方法は、レーザー発生器と、前記レーザー発生器によって生成されたレーザービームをフォーカスし、かつ、前記カッターヘッドの中のカッティングゾーンを横切って光学軸に沿って前記レーザービームを方向付けるように構成されている光学系と、を含む。前記方法は、前記レーザービームの焦点において、前記焦点の寸法、前記レーザービームのパワー密度、および、前記レーザービームの開口数を、毛髪が前記カッティングゾーンの中に受け入れられた場合に、前記レーザー発生器のパワー出力が最小化され、一方で、既定の照射時間について、前記カッティングゾーンの中に受け入れられた前記毛髪が、光吸収によって切断される、ように設定するステップ、を含む。

本発明に係るこれら及び他の態様は、以降に説明される実施例を参照して明らかになり、説明される。

これから、添付の図面を参照して、ただの例示として、本発明に係る実施例が説明される。
図１は、髪切り機器のためのヘッドユニットの模式的なダイヤグラムを示している。 図２は、別の実施例に従って、髪切り機器のためのヘッドユニットに係る部分の模式的なダイヤグラムを平面図において示している。

図１は、髪切り機器のためのヘッドユニット１の模式的なダイヤグラムを示している。ヘッドユニット１は、レーザーシェーバーのレーザーシェーバーカッターヘッドを形成する。ヘッドユニット１は、レーザー発生器２、レーザー光源として機能するもの、および、光学系３を含んでいる。本装置におけるレーザー発生器２は、ダイオードである。レーザー光源２は、レーザービーム４を発する。レーザービーム４は、ヘッドユニット１の中で、レーザー光源２からの光学パスに従う。レーザービーム４は、光学系３に対して向けられる。光学系３は、第１反射エレメント５とコリメートレンズ６を有している。レーザービーム４は、コリメートレンズ６を介して第１反射エレメント５に対して向けられる。コリメートレンズ６は、ビームの拡散を低減または除去する。ビーム４の視準されたセクションまたはパス７は、次に、第１反射エレメント５によって反射される。本装置において、ビーム４の視準されたセクション７は、９０度に反射される。しかし、ビームは、代替的な角度に反射され得ることが理解されよう。

ヘッドユニット１は、毛髪がコリメートレンズされるように受け入れられるカッティングゾーンを有している。反射されたビームは、ビーム４のカッティングセクションまたはパス９がカッティングゾーン８を横切って進む際に動作する。そこでは、毛髪が受け入れられ、レーザービーム４のカッティングセクション９によって生じた光吸収によってコリメートレンズされる。第２反射エレメント１０が、カッティングゾーン８の反対側に配置されており、カッティングゾーン８から離れて進む出口セクションまたはパス１１に沿ってレーザービーム４が反射される。ビーム１０の出口セクション１１は、次に、エネルギー消散器または類似のデバイス（図示なし）の中で吸収され得る。残りのレーザービーム１０のエネルギーによって生じるダメージを避けるためである。

カッターヘッド１は、さらに、ユーザの肌１４の部分にコンタクトするスペーサー１３を伴うボディ１２を含んでおり、レーザービーム４と肌１４との間の保護的間隔を維持している。スペーサー１３は、カッティングサーフェスを含んでおり、それに対してユーザの肌が配置され得る。スペーサー１３は、少なくとも一つの開口部（図示なし）を含んでいる。スペーサー１３により、毛髪（図示なし）がカッティングゾーン８の中に突き出ることができる。カッティングゾーン８は、スペーサー１３の上の領域で、レーザービーム４のカッティングセクション９が横切るところである。スペーサー１３は、レーザービーム４のカッティングセクション９に平行な、単一で楕円形の開口部（図示なし）を含んでおり、そこを通じて毛髪がコリメートレンズのために受け入れられる。代替的に、スペーサー１３は、代替構成を有してよい。複数の円形、六角形、または類似の開口部（図示なし）といったものであり、そこを通じて毛髪がカッティングゾーン８の中へ受け入れられる。代替的に、スペーサー１３は、毛髪をカッティングゾーン８の中へと操作する複数の刃をもった櫛（ｃｏｍｂ）を含んでよい。

第１および第２反射エレメント５、１０は、ボディ１２の相対する側に位置決めされている。カッティングゾーン８は、第１と第２反射エレメント５、１０の間の領域において定められる。ダイオード２とコリメートレンズ６は、ボディ１２の一方の側に位置決めされ、第１反射エレメント５と整列されている。

ガウス理論は、レーザービームが長さに沿って自然な強度変動を有することを口授する。ビームは、レーザービームが最大強度（単位面積あたりのパワー）と最小幅を有する場所である焦点を有する。焦点は光吸収によって毛髪を切断するために、レーザービームの最も有効な部分であることを意味している。一方で、焦点から最も遠いレーザービームの部分は、より大きな幅を有しており、従って、強度がより分散していて、毛髪の切断に有効ではない。レーザービームのエネルギーが、毛髪のより広い領域にわたり投射されるからである。従って、レーザービームの光学軸に沿って、毛髪の切断パフォーマンスの変動が存在する。ガウス型レーザービームの自然な拡散のせいで、光学軸に沿った均一なビーム厚さを達成することは不可能である。

第１と第２反射エレメント５、１０との間で、レーザービーム４のカッティングセクション９は、ガウス理論に順応して、「焦点」１５、またはウエスト、を有している。ビーム４の光学軸に沿って配置されるものである。焦点１５は、最大強度かつ最小幅の位置であり、毛髪の切断のために最も有効な部分である。レーザービームのエネルギーが、切断されるべき毛髪のより小さな領域に集中されて、光吸収率を増大しているからである。ウエストの両側の領域１６、１７では、ビーム幅がより大きく、かつ、強度がより低いので、毛髪の切断のためにはあまり有効でない。レーザービームのエネルギーが毛髪のより大きい領域にわたり分散しているからである。この構成は、カッティングゾーン８を横切って切断パフォーマンスの変動をもたらし得る。レーザービーム４の焦点１５はよりきれいに毛髪を切断するが、レーザービーム４のカッティングセクション９の他の部分１６、１７については異なる長さだからである。

ガウス型ビーム理論は、ビームに沿った強度の自然な変動を定めるために使用することができる。拡散によるビーム幅（断面領域）における変化を考慮することによるものである。完全なガウス型レーザービームの拡散は、以下の等式によって定義される。

ここで、ｗ（ｚ）は、ビームウエスト（焦点）から距離ｚでのビーム半径、
ｗ_０は、ビームウエストの半径、
Ｚ_Ｒは、レイリーレンジ（Ｒａｙｌｅｉｇｈ ｒａｎｇｅ）、
Ｍ_２は、ビーム品質の基準であるビームプロパゲーション（ｐｒｏｐａｇａｔｉｏｎ）係数、である。

レーザービームのレイリーレンジ（Ｚ_Ｒ）は、ビームサーフェス領域が２倍になる距離として定義され、以下の等式で記述される。

ここで、λは、レーザービームの波長である。

レイリーレンジは、最大強度をもったビームの位置であり、髪切りのために最も有効な部分である。レーザービームのエネルギーが毛髪のより小さな領域上にフォーカスされるからである。レイリーレンジ、または高強度領域は、図１において点線１８によって表わされており、固定された位置にある。レイリーレンジ１８の外側のビーム領域１６、１７は、より大きなビーム幅を有し、エネルギー分布の集中がより少ない。従って、これらの領域の髪切り特性は、レイリーレンジ１８におけるものほど、髪切りにおいて有効ではない。上手くデザインされたレーザーシェーバーは、髪切りのために必要とされるより著しくより強力なレーザービームを発生させるべきではない。所要電力、過度な加熱、および、肌の刺激性によるものである。

レーザー吸収によって成功裡に髪を切るためには、レーザーが既定のパラメータの中で動作することが必要であることが理解されよう。レーザー吸収を伴って、毛髪の一部は、カッティングゾーンの中のレーザービームに曝される。レーザービームに曝された毛髪の部分は、蒸気化され、及び/又は、切断される。

第１と第２反射エレメント５、１０との間で、レーザービーム４のカッティングセクション９は、ガウス理論に順応して、「焦点」１５、またはウエスト、を有している。ビーム４の光学軸に沿って配置されるものである。焦点１５は、最大強度かつ最小幅の位置であり、毛髪の切断のために最も有効な部分である。レーザービームのエネルギーが、切断されるべき毛髪のより小さな領域に集中されて、光吸収率を増大しているからである。

光吸収によって駆動される熱レーザーシェービングにおいては、毛髪の一片を蒸気化させることによって髪を切る。毛髪切断プロセスを妨げる数多くの寄生的な物理的および化学的現象が生じることが理解されよう。こうした物理的および化学的現象は、既定のパラメータを選定することで最小化され得ることが、実験によって、見い出されてきた。そうしたパラメータは、カッティングゾーンの中に受け入れられた毛髪が、最大の効率をもって切断されることを確保する。

上述のように、レーザービーム４のカッティングセクション９は、ビーム４の光学軸に沿った焦点を含んでいる。焦点１５は、最大強度かつ最小幅の位置である。レーザービーム４が焦点１５の中にフォーカスされるので、レーザービームのパワー密度は、焦点１５において最大値をもつ。焦点１５は、水平方向の寸法と垂直方向の寸法を有することが理解されよう。焦点の直径は、強度が、最大値の１／ｅ^２＝０．１３５倍まで落ち込むポイント間の距離によって測定される。

水平方向のスポットサイズ寸法は、ビームの幅である。断面におけるビームの幅であって、カッティングゾーン８の中へ延びている毛髪の方向に対して実質的に横断して延びる軸を定めているものである。垂直方向のスポットサイズ寸法は、ビームの高さである。断面におけるビームの高さであって、カッティングゾーン８の中へ延びている毛髪の方向に対して実質的に平行に延びる軸を定めているものである。

本実施例において、ビームの幅は、遅い（ｓｌｏｗ）光学軸によって定められる。より小さな拡散角度を伴うビームの軸である。一方、ビームの高さは、早い（ｆａｓｔ）光学軸によって定められる。より大きな拡散角度を伴うビームの軸である。従って、早い光学軸は、ユーザの肌の平面に対して垂直に延びている。しかしながら、代替的な実施例において、ビームの幅が、早い光学軸によって定められ、かつ、ビームの高さが、遅い光学軸によって定められる。そうした実施例において、遅い光学軸は、ユーザの肌の平面に対して垂直に延びている。

実験は、光吸収から結果として生じる機械的な効果を最大の効率をもって達成するためには、切断されるべき毛髪の直径に対応する水平方向のスポットサイズ値が効果的であることを示してきた。最も効率的な水平方向の焦点サイズ（１／ｅ^２）の範囲は、０．０５ｍｍから１ｍｍであることが見い出されてきた。しかしながら、望ましくは、水平方向の焦点サイズ（１／ｅ^２）は、０．１ｍｍから０．５ｍｍである。さらに、より望ましくは、水平方向の焦点サイズ（１／ｅ^２）は、０．１５ｍｍから０．３ｍｍである。上記の範囲にある水平方向の焦点サイズは、髪切りの際の効率を最大化することが見い出されてきた。上記に示された最大値をもった水平方向の焦点サイズを提供することで、これによって、ビームの全体幅が毛髪に衝撃を与えるようにできることが見い出されてきた。毛髪の外側の端を越えてビームが延長することはなく、毛髪によって吸収されない光子もない。さらに、上記に示された最小値をもった水平方向の焦点サイズを提供することで、毛髪の全体幅がレーザービームに曝されるように、ビームが毛髪の幅を横切って延びることができることが見い出されてきた。これらの閾値を用いて、光吸収によって毛髪が切断される効率が最大化される。

実験は、また、光吸収から結果として生じる機械的な効果を最大の効率をもって達成するためには、０．２ｍｍより小さいか等しい垂直方向のスポットサイズ値（１／ｅ^２）が効果的であることを示してきた。しかしながら、望ましくは、垂直方向の焦点サイズ（１／ｅ^２）は、０．１ｍｍより小さいか等しい。さらに、より望ましくは、垂直方向の焦点サイズ（１／ｅ^２）は、０．０５ｍｍより小さいか等しい。所与の閾値以下の垂直方向の焦点サイズを用いて、髪切りの有効効率が最大化されることが見い出されてきた。実験は、示された閾値が、毛髪の不必要に、より大きな毛髪の断片が、大き過ぎる垂直方向の焦点サイズを有しているレーザービームの提供を通じて蒸気化されるのを防ぐことを示してきた。切断効率の低減を導き得るものである。

実験から、５ｍｓと１０ｍｓの間の照明時間、露光時間としても知られているものが、焦点１５における光吸収を通じた髪切りの機械的な効果を達成するために十分であることが見い出されてきた。

熱拡散プロセスに対する特徴的長さ（ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ ｌｅｎｇｔｈ）は、熱輸送のせいで温度が著しく変化される範囲にわたる見積りに従う。以下の式によって、与えられるものである。

ここで、Ｌは、特徴的長さであり、
κは、熱拡散（ｍ^２／ｓ）であり、
τは、照明時間である。

単一の毛髪に対する照明時間が１０ｍｓである場合、特徴的長さは、人の毛髪の典型的な熱拡散に基づいて、０．０４６ｍｍと０．０６ｍｍとの間である。実験を通じて、特徴的長さの範囲における垂直方向のスポットサイズを提供することで、効果的なスポットサイズは、レーザービームの垂直方向のスポットサイズによって与えられるものであって、熱拡散プロセスによるものではないことが、見い出されてきた。

実験は、既定の閾値以下のカッティングゾーン８におけるレーザービーム４の開口数（ｎｕｍｅｒｉｃａｌ ａｐｅｒｔｕｒｅ）を提供することが、最大効率を伴って髪を切るように動作することを示してきた。ガウス型レーザービームの開口数は、以下により、焦点におけるスポットサイズに関連する。

ここで、λ_０は、光の真空波長であり、
ｗ_０は、焦点におけるビームの直径である。

０．８に等しいかそれ以下の開口数を提供することが最も効率的であることが見い出されてきた。しかしながら、望ましくは、開口数は、０．６に等しいかそれ以下であり、さらに望ましくは、０．４に等しいかそれ以下である。所与の特性の開口数を提供することによって、毛髪の中央部に焦点が合っている一方で、レーザーの焦点から外れている毛髪の部分を制限することが可能である。大き過ぎる開口数を選択することによって引き起こされるだろうからである。

焦点１５のサイズは、その開口数と共に、上述のように、ビーム４の効率を最大化するように選択される。切断されるべき毛髪のより小さい領域にレーザービームを集中すること、および、光吸収率を増加することによって髪を切るためでる。

実験を通じて、焦点において既定の閾値より大きなパワー密度を提供することによって、髪切りプロセスを妨げる現象の発生を最小化することができることが示されてきた。既定の閾値より大きなパワー密度を提供することによって、髪切りプロセスを妨げる現象の発生を最小化することができる。焦点１５におけるパワー密度は、レーザー発生器２の出力と光学系３の構成との組み合わせによって定められることが理解されよう。

焦点１５において１０００Ｗ／ｃｍ^２より大きいか等しいパワー密度を提供することが有効であることが見い出されてきた。しかしながら、望ましくは、焦点１５におけるパワー密度は５０００Ｗ／ｃｍ^２より大きいか等しいものであり、さらに望ましくは、焦点１５におけるパワー密度は５００００Ｗ／ｃｍ^２より大きいか等しいものである。髪切りプロセスを妨げる現象の発生を最小化するためである。例えば、毛髪を融かすことは、必ずしも髪切りを生じさせるものではなくレーザーエネルギーを浪費するものであるが、上記の閾値より大きなパワー密度を提供することによって最小化される。

実験は、レーザー発生器２をパルス運転（ｐｕｌｓｅｄ ｏｐｒａｔｉｏｎ）モードで構成することが、髪切りのオペレーション効率を最大化するように動作することを示してきた。レーザー発生器２を、０．１マイクロ秒（μｓ）より大きいか等しいパルスデュレーション（ｄｕｒａｔｉｏｎ）、望ましくは、１マイクロ秒（μｓ）より大きいか等しいパルスデュレーション、より望ましくは、１００マイクロ秒（μｓ）より大きいか等しいパルスデュレーションで動作するように構成することで、寄生的なプラズマ生成を最小化する一方で、光吸収によって髪切りすることが可能であることが見い出されてきた。

レーザー発生器２のパルスデュレーションに対する好適な上限は、１００ミリ秒（ｍｓ）であることが見い出されてきた。しかしながら、レーザー発生器２が、この上限より大きなパルスデュレーションを有するように動作されてもよいことが理解されよう。

上記のパラメータの組み合わせを提供することによって、カッティングゾーン８の中に受け入れられた髪を切る効率を最大化するようにシナジー効果（ｓｙｎｅｒｇｅｓｔｉｃ ｅｆｆｅｃｔ）が生じることが見い出されてきた。実験は、上記のパラメータのいくつか又は全ての組み合わせを提供することによって、プラズマ生成のあまりに高い頻度での発生を防ぐことができることを示してきた。このことは、プラズマが、吸収中心を形成して、髪切りプロセスに貢献し得る発光の断片を低減することを妨げる。従って、髪切りプロセスの効率が最大化される。これによって、機器の所要電力を最小化することができる。このことは、ポータブル電源が使用されるハンドヘルドシェーバーにおいて、特に重要である。

レーザー発生器２および光学系のためのパラメータの一つの実施例が、以降に提供される。一つの装置において、レーザー発生器２は、３ワット、４４５ｎｍのレーザーダイオードである。レーザーダイオードは、１０ｍｓのパルス長でパルスモードにおいて運転される。発せられる楕円形のレーザービーム４は、光学系３によってフォーカスされる。光学系３は、３０ｍｍの平凸レンズ（ｐｌａｎａｒ ｃｏｎｖｅｘ ｌｅｎｓ）を含んでいる。そうした装置を用いて、レーザービームは、４ｍｍ開口径から効率的なカッティング焦点へとフォーカスされる。水平方向の焦点スポットサイズ値は、約０．２ｍｍであり、かつ、垂直方向の焦点スポットサイズ値は、約０．０２ｍｍである。この装置の開口数は０．１より小さい。この装置におけるカッティングゾーン８の幅は１２．５ｍｍであり、全ての範囲において有効なレーザービームを伴うものである。この装置において、上記のパラメータは、焦点において約１０６３Ｗ／ｃｍ_２のパワー密度を提供する。

上記の説明により、閾値の範囲は、レーザー発生器のパワー出力が最小化されることを確保しながら、カッティングゾーンにおいて光吸収による切断を成功裡に達成するために提供されることに留意する。つまり、光吸収による髪切りを妨げるように発生し得る寄生的な物理的および化学的な現象を最小化することによるものである。しかしながら、所与の閾値に対して、光吸収による所望の切断効果を達成するために、レーザー発生器２および光学系３に係る他のパラメータを定めることが可能であることが理解されよう。

図１に関して、髪切り機器のためのヘッドユニット１の一つの構成が上記に説明されてきたが、代替的な構成が想像されることが理解されよう。例えば、図２は、別の実施例に係る模式図の平面図を示している。この実施例は、概して上述の実施例と同一である、よって、ここにおいて詳細な説明は省略される。レーザービーム４を表している線は、レーザービームの方向を示しているだけであり、存在するであろうガウス型密度分布を示すものではない。図２は、カッティングゾーン８を横切るレーザービームの第１カッティングセクション２０を反射する第１反射エレメント２２を示している。高強度領域１８が、カッティングゾーン８の中央に示されている。この実施例においては、第１反射エレメント２２がカッティングゾーン８の一方の側に配置され、第２反射エレメント２３が相対する側に配置されている。第２反射エレメントは、レーザービーム２０のカッティングセクションをカッティングゾーン８を横切って戻るように反射されるために構成されている２つの部分２４、２５を含んでいる。カッティングゾーン８を通過するビームの第２のカッティングセクション２６を創出するためであり、それによって、シェーバーの切断パフォーマンスを増加している。ビーム４の第２カッティングセクション２６は、カッティングゾーン８における第２光学軸２７に沿って反射され得る。カッティングゾーン８を横切って延びる２つの平行で隣接したレーザービームのセクションが存在するようにである。代替的に、ビームの第２カッティングセクションは、ビームの第１カッティングセクションについて角度がついてもよい。第３反射エレメント２９が、カッティングゾーン８から遠く離れてビーム４を反射するために配置されている。

第２反射エレメント２３は、図２に示されるように、カッティングゾーン８の中でビーム２０の第２のカッティングセクションをフォーカスするように構成されてよい。例えば、ビーム２０の第１カッティングセクションの高強度領域１８がカッティングゾーン８の中央に存在する場合に、第２反射エレメント２３は、ビーム２０の第２カッティングセクション２６の高強度領域２８がカッティングゾーン８の中央に存在するように構成されている。ビーム２０の第２カッティングセクション２６をフォーカスするために、追加のフォーカスレンズ（図示なし）が、第２反射エレメント２３に隣接して配置され得る。

任意的に、追加的な後続の反射エレメント（図示なし）が、カッティングゾーン８を横切って複数回レーザービームを反射するために使用されてよく、３回、４回、そして、５回、ビームは、カッティングゾーンを横切ることができる。このことは、シェーバーの切断パフォーマンスをさらにまた改善する。

上記の装置それぞれによって、パラメータ（つまり、図１に関して上記に説明されたもの）を適用して、レーザー発生器のパワー出力が最小化されることを確保しながら、カッティングゾーン８の中に受け入れられた毛髪が光吸収によって切断されることを確保することが可能であることが理解されよう。

上記に説明されたシェービング機器の実施例は、残っている毛髪の長さの最小化と、同様に、残っている毛髪の長さの均一性の改善を達成するように、肌をシェービングすることに関する。しかしながら、髪切り機器は、代替的に、必ずしもできる限り短いものではないコントロールされた長さに毛髪を切り揃えるために使用されてよい。毛髪の手入れまたはグルーミングデバイスを用いる場合のようにである。これを達成するためには、さらに、カッティングレーザービームから離れてガード（ｇｕａｒｄ）が配置されるであろう。切断高さが増加されるが、長さが均一に留まるようにである。

上記の実施例において説明されたカッターヘッドは、シェーバーハンドルに取り付け可能な別個のカッターヘッドであってよいことが正しく理解されよう。従って、上記に説明されたコンポーネント、例えばレーザービーム発生器は、取り外し可能なカッターヘッドまたはシェーバーハンドルのいずれかの中に置かれてよい。代替的に、カッターヘッドは、一つの製品として、シェーバーと統合されてよい。

上記の実施例において説明されたカッターヘッドは、シェーバーハンドルに取り付け可能な別個のカッターヘッドであってよい。カッターヘッドを洗浄するため、もしくは、カッターヘッド又はカッターヘッドのコンポーネントが擦り減った後で交換するために、カッターヘッドユニットを取り外すことができる。

上記に説明された実施例においては、レーザー発生器がパルス運転モードで動作するように構成されているが、代替的な実施例においては、レーザー発生器が、連続波形ＣＷモードで動作するように構成されることが理解されよう。レーザー発生器を連続波形モードで動作させることによって、髪切り機器の動作に係る簡潔な手段が提供される。

用語「含む（“ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ“」は、他のエレメントまたはステップの存在を排除するものではないこと、および、不定冠詞「一つの（”ａ“または”ａｎ“）」は、複数を排除するものではないことが、正しく理解されよう。単一のプロセッサは、請求項で述べられる数個のアイテムに係る機能を満たし得る。特定の手段が、お互いに異なる従属請求項の中で引用されているという事実だけでは、これらの手段の組合せが有利に使用され得ないことを示すものではない。請求項におけるいかなる参照番号も、発明の範囲を限定するものと解釈されるべきではない。

請求項は、この出願においては、所定の特徴の組合せについて形成されてきたが、本発明に係る開示の範囲は、また、ここにおいて明示的または暗黙的のいずれかで開示された、あらゆる新規な特徴、または、特徴に係るあらゆる新規な組合せ、もしくは、それらの一般化も含んでいるものと理解されるべきである。開示の範囲が、あらゆる請求項において現在請求されているものと同一の発明に関するものであるか否かにかかわらず、かつ、親の発明がそうするように、同一の技術的問題のいくらか又は全てを軽減するか否かにかかわるものではない。これによって、出願人は、本出願又は派生するあらゆる将来の出願に係る審査の最中に、そうした特徴及び/又は特徴の組合せについて新たな請求項が形成され得ることを通知するものである。

シェービング性能は、典型的に２つのクライテリアによって測定される−剪毛の接近性と肌の刺激性、である。従って、良い性能のシェーバーは、レーザーを肌に対してできる限り近くに位置決めすることによって、残っている毛髪の長さを最小化すべきである。しかしながら、このことは、レーザーからの熱とエネルギーが肌上に投射する場合に、より多くの肌の刺激性を生じ得る。毛をそられる肌の損傷または刺激性を避けるためには、レーザービームとの接触から肌を保護する必要がある。毛髪を一定の長さに切り揃えるために、バリカンまたはグルーマー（ｇｒｏｏｍｅｒ）が使用される。すると、接近性は主要なパフォーマンス要因ではないが、残っている毛髪の長さが揃っていることが望ましい。

例えば国際特許出願公開第ＷＯ９２／１６３３８号から、シェーバーが肌上を移動する際に毛髪を切るように、肌に対して平行かつストローク方向に対して垂直に位置決めされるレーザービームを生成することが、知られている。しかしながら、ガウス理論は、レーザービームが長さに沿って自然な強度変動を有することを口授する。さらに、レーザーを用いて毛髪を切るときには、毛髪切断プロセスを妨げる数多くの寄生的な物理的および化学的現象が生じることがある。

国際特許出願公開第ＷＯ９１／０６４０６号は、毛髪を切断するためにレーザーを利用する電気カミソリ（ｒａｚｏｒ）を開示している。本文献に従った電気カミソリは、インレットギャップ（ｉｎｌｅｔ ｇａｐ）を伴う剪断プレート（ｓｈｅａｒｉｎｇ ｐｌａｔｅ）を有している。デバイスによってレーザービームが生成されて、インレットギャップの近傍において毛髪を切る。

国際特許出願公開第ＷＯ２００７／０３９８５４号は、毛髪のレーザー誘起破壊（ｌａｓｅｒ−ｉｎｄｕｃｅｄ ｏｐｒｔｉｃａｌ ｂｒｅａｋｄｏｗｎ）原理に基づいて毛髪を短く切るデバイスを開示している。本文献に従った毛髪を短く切るデバイスは、２つまたはそれ以上のレーザーパルスを同時に使用し、機械的な効果が強調する。それにより、より少ない総エネルギーを用いて髪切りができる。

国際特許出願公開第ＷＯ９５／３３６００号は、ハウジングと、ハウジング内に配置された光源と、ハウジングに入った毛髪が切断されるためのハウジングを定める毛髪受け入れ開口部と、毛髪を切断するための毛髪受け入れ開口部に隣接した毛髪切断経路に沿って光源からの光を方向付けるための光学系、を含む髪切り装置を開示している。

本発明の別の態様に従って、髪切り機器のためのカッターヘッドをコントロールするための方法が提供される、本方法は、レーザー発生器と、前記レーザー発生器によって生成されたレーザービームをフォーカスし、かつ、前記カッターヘッドの中のカッティングゾーンを横切って光学軸に沿って前記レーザービームを方向付ける、ように構成されている光学系と、を含む。前記方法は、前記レーザービームの焦点において、前記焦点の寸法、前記レーザービームのパワー密度、および、前記レーザービームの開口数を、毛髪が前記カッティングゾーンの中に受け入れられた場合に、前記レーザー発生器のパワー出力が最小化され、一方で、既定の照射時間について、前記カッティングゾーンの中に受け入れられた前記毛髪が、光吸収によって切断される、ように設定するステップ、を含み、前記焦点の前記寸法は、水平方向の寸法、水平方向の焦点スポットサイズ、および、垂直方向の寸法、垂直方向の焦点スポットサイズ、を含み、前記水平方向の焦点スポットサイズは、切断されるべき前記毛髪の直径に対応している。

Claims (15)

1. 髪切り機器のためのカッターヘッドであって、
   レーザー発生器と、
   前記レーザー発生器によって生成されたレーザービームをフォーカスし、かつ、前記カッターヘッドの中のカッティングゾーンを横切って光学軸に沿って前記レーザービームを方向付ける、ように構成されている光学系と、を含み、
   前記レーザー発生器と光学系は、前記レーザービームの焦点において、前記焦点の寸法、前記レーザービームのパワー密度、および、前記レーザービームの開口数が、
   毛髪が前記カッティングゾーンの中に受け入れられた場合に、前記レーザー発生器のパワー出力が最小化され、一方で、既定の照射時間について、前記カッティングゾーンの中に受け入れられた前記毛髪が、光吸収によって切断される、
   ように構成されている、
   カッターヘッド。
2. 前記光学系は、
   前記開口数が０．８に等しいかそれ以下であるように、望ましくは、０．６に等しいかそれ以下であるように、さらに望ましくは、０．４に等しいかそれ以下であるように、構成されている、
   請求項１に記載のカッターヘッド。
3. 前記光学系は、
   前記焦点の垂直方向の焦点スポットサイズが０．２ｍｍに等しいかそれ以下であるように、望ましくは、０．１ｍｍに等しいかそれ以下であるように、さらに望ましくは、０．０５ｍｍに等しいかそれ以下であるように、構成されている、
   請求項１または２に記載のカッターヘッド。
4. 前記光学系は、
   前記焦点の水平方向の焦点スポットサイズが０５ｍｍと１ｍｍとの間であるように、望ましくは、０．１ｍｍと０．５ｍｍとの間であるように、さらに望ましくは、０．１５ｍｍと０．３ｍｍとの間であるように、構成されている、
   請求項１乃至３いずれか一項に記載のカッターヘッド。
5. 前記光学系は、
   前記焦点における前記レーザービームの前記パワー密度が、１０００Ｗ／ｃｍ^２に等しいかそれ以上であるように、望ましくは、５０００Ｗ／ｃｍ^２に等しいかそれ以上であるように、さらに望ましくは、５００００Ｗ／ｃｍ^２に等しいかそれ以上であるように、構成されている、
   請求項１乃至４いずれか一項に記載のカッターヘッド。
6. 前記レーザー発生器は、
   連続的な出力ビームを生成するように、構成されている、
   請求項１乃至５いずれか一項に記載のカッターヘッド。
7. 前記レーザー発生器は、
   パルス運転出力ビームを生成するように、構成されている、
   請求項１乃至５いずれか一項に記載のカッターヘッド。
8. 前記レーザー発生器は、
   パルスデュレーションが、０．１μｓより大きいか等しいように、望ましくは、１μｓより大きいか等しいように、さらに望ましくは、１００μｓより大きいか等しいように、構成されている、
   請求項７に記載のカッターヘッド。
9. 前記光学系は、
   使用の最中に、前記カッターヘッドの中で定められる前記レーザービームの前記光学軸の位置を維持するように、構成されている、
   請求項１乃至８いずれか一項に記載のカッターヘッド。
10. 前記カッターヘッドは、さらに、
    カッティングサーフェスを含み、使用の最中に、ユーザの肌が配置され、かつ、
    前記光学軸が、前記カッティングサーフェスに対して実質的に平行に延びる、
    請求項１乃至９いずれか一項に記載のカッターヘッド。
11. 前記光学系は、さらに、
    前記レーザービームを前記カッティングゾーンを横切るように方向付けるための第１反射エレメント、を含む、
    請求項１乃至１０いずれか一項に記載のカッターヘッド。
12. 前記光学系は、さらに、
    第１反射エレメントに対して前記カッティングゾーンの相対する側に配置され、
    前記レーザービームを前記カッティングゾーンから離れるよう方向付けるための第２反射エレメント、を含む、
    請求項１乃至１１いずれか一項に記載のカッターヘッド。
13. 前記光学系は、さらに、
    第１反射エレメントに対して前記カッティングゾーンの相対する側に配置され、
    前記レーザービームを前記カッティングゾーンを横切って戻るように反射するために第２反射エレメント、を含む、
    請求項１乃至１１いずれか一項に記載のカッターヘッド。
14. 請求項１乃至１３いずれか一項に記載のカッターヘッドを含む、
    髪切り機器。
15. 髪切り機器のためのカッターヘッドをコントロールするための方法であって、
    レーザー発生器と、
    前記レーザー発生器によって生成されたレーザービームをフォーカスし、かつ、前記カッターヘッドの中のカッティングゾーンを横切って光学軸に沿って前記レーザービームを方向付ける、ように構成されている光学系と、を含み、
    前記方法は、
    前記レーザービームの焦点において、前記焦点の寸法、前記レーザービームのパワー密度、および、前記レーザービームの開口数を、
    毛髪が前記カッティングゾーンの中に受け入れられた場合に、前記レーザー発生器のパワー出力が最小化され、一方で、既定の照射時間について、前記カッティングゾーンの中に受け入れられた前記毛髪が、光吸収によって切断される、
    ように設定するステップ、
    を含む、方法。

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