JP5961265B2 - 毛検出器を備えたヘアトリートメント装置 - Google Patents

Description

本発明は、皮膚表面の近くの毛を検出するための光ベースの検出器を有するヘアトリートメント装置であって、前記検出器は、光ビームを生成するための光源と、皮膚表面の近くの毛において前記光ビームを合焦させるための光学素子と、前記毛又は皮膚表面と相互作用した所定の直線偏光を持つ光を検出するための偏光感度を持つ光センサと、を有するヘアトリートメント装置に関する。

本発明は更に、以上に記載されたような光ベースの検出器を備えたシェービング装置、及び皮膚表面の近くの検出を検出する方法に関する。

斯かるヘアトリートメント装置は、例えば米国特許出願公開US2010/0063491A1として公開された米国特許出願より知られている。当該特許出願は、身体部の皮膚表面の近くの毛を検出するための検出器を記載している。該装置は、光源と、前記毛から返って来る放射を検出するためのセンサと、を有する。該装置は更に、皮膚表面において楕円偏光した又は円偏光した光を提供するための楕円形の、好適には円形の偏光子を、該光源と前記皮膚表面との間に有する。空気と皮膚との界面における光の反射又は散乱は、偏光の方向を大きくは変えない。毛において反射された又は散乱された光においては、皮質の複屈折並びに皮質及び髄質による散乱により、偏光方向が変化させられる。偏光ビームスプリッタを含む光学素子は、空気と皮膚との界面において反射させられた光をセンサが検出しないようにする。

米国特許出願公開US2010/0063491A1の検出器は、直線偏光した光を用いる他の先行技術の光学式毛検出器の問題を解決するよう開発された。直線偏光した光を用いる検出器においては、検出の信頼性は、偏光の方向に対する毛の向きに依存する。円偏光した光の利用は、米国特許出願公開US2010/0063491A1の検出器を、幾分か毛の向きに依存しないものとし、検出をより信頼性の高いものとしている。しかしながら、円偏光した光が利用される場合にも、コントラストは毛の向きに完全に独立したものとはならない。この既知の装置の問題のひとつは、光ビームが皮膚に到達する前に、該光ビームが（部分的に）楕円偏光又は円偏光を失い得ることである。

以上に鑑み、本発明の目的は、検出を毛の向きに依存しないものとする代替の手段を用いた、皮膚表面の近くの毛を検出するための光ベースの検出器を備えたヘアトリートメント装置を提供することにある。

本発明の第１の態様によれば、当該目的は、皮膚表面の近くの毛を検出するための光ベースの検出器を有するヘアトリートメント装置を提供することにより達成される。該検出器は、光ビームを生成するための光源と、皮膚表面の近くの毛において前記光ビームを合焦させるための光学素子と、前記毛又は皮膚表面と相互作用した所定の直線偏光を持つ光を検出するための偏光感度を持つ光センサと、を有する。前記光源及び／又は前記光学素子は、前記光ビームが前記毛又は前記皮膚表面に到達したときに、前記光ビームの断面において時間的に変化せず空間的に変化する偏光方向を前記光ビームに持たせるように構成される。

光ビームの断面において時間的に変化せず空間的に変化する偏光方向を持つ光ビームにおいては、偏光ベクトルの方向は、ビーム断面における異なる位置について異なり、時間とともには変化しない。このことは、ビーム断面におけるどの位置においても偏光ベクトルが同様の向きを持つ直線偏光とは異なり、また定義された偏光方向を全く持たず偏光方向が時間とともにランダム的に変化する偏光のない光とも異なる。また、ビーム断面における全ての位置における偏光方向が偏光期間の間に変化する円偏光された光とも異なる。

空間的に変化する偏光の２つの良く知られた例は、ラジアル（radial）偏光及びアジマス（azimuthal）偏光である。ラジアル偏光した光においては、ビーム断面の全ての位置において、偏光ベクトルがビーム断面の中心を向くか、又は該中心から離れる方向を向く（図１ａ参照）。アジマス偏光した光においては、ビーム断面のあらゆる位置において、偏光ベクトルはビーム断面の中心に対し接線方向を向く。以下、本発明はラジアル偏光した光を用いて議論されるが、本発明はアジマス偏光した光、又は他のタイプの空間的に変化する偏光を持つ光に対しても、同様に動作する。

光が毛又は皮膚表面と相互作用するとき、該光は例えば散乱、反射又は屈折させられ得る。加えて、皮膚表面の構造に依存して、ビームの偏光状態が変化したり変化しなかったりする。光ビームが人間の皮膚表面に当たる場合、光は偏光を維持する。光が毛が位置する場所において皮膚と当たると、偏光が変化する（例えば図２を参照）。幾つかの方向における偏光は、他の方向における偏光よりも大きく変化するため、該ビームはラジアル偏光を失う。所定の方向の偏光を持つ光に対する感度を持つセンサは、反射された光を検出する。光ビームが優位な偏光の方向を持つ場合、該センサは好適にも異なる偏光の方向を持つ光に対して感度を持つ。反射されたビームの偏光状態が、入射ビームの元の空間的に変化する偏光とは異なる場合、偏光感度を持つセンサにより検出される光の測定される強度もまた変化する。この効果は、毛の向きとは独立したものである。毛の向きは反射ビームの偏光プロファイルに影響を与えるが、所定の偏光方向におけるビームの強度は常に、影響を受けていないビームについて測定される強度と異なる。斯くして、時間的に変化せず空間的には変化する偏光を持つ入射ビームの使用は、検出されるべき毛の向きに依存しない、信頼性の高い検出方法を提供する。

時間的に変化せず空間的には変化する偏光は、例えば時間的に変化せず空間的には変化する偏光を持つ光ビームを生成するように動作する光源を用いて得られても良い。このことは例えば、光源に円錐形のブリュースター（Brewster）プリズムを備えることにより得られても良い。望ましい偏光を持つ入射光ビームを生成する他の方法は、レーザ光源と走査されるべき面との間の光路に、空間的に変化する位相差板（retarder）を配置することであり得る。代替としては、前記光学素子が、入射光ビームの偏光状態を、ラジアル偏光、アジマス偏光又はその他のタイプの空間的に変化する偏光に変換するように設計された、ＬＣｏＳチップを有しても良い。

毛検出の精度を更に改善するため、該装置は更に、毛又は皮膚表面において反射、散乱又は屈折させられた、所定の直線偏光に対して垂直な偏光を持つ光を検出するための、第２の偏光感度を持つセンサを有しても良い。光ビームの偏光状態が保存される場合には、入って来る光の偏光と整合されたセンサは最大の強度を測定することとなり、光ビームの偏光状態が偏光のないものとされた場合には、両方のセンサが同様の強度を測定することとなる。光ビームの偏光状態が毛によって変化させられた場合には、異なるセンサは異なる強度を測定することとなる。両方のセンサにより測定される強度の差又は比は、毛の存在の好適な示唆となる。

本発明によるヘアトリートメント装置は更に、検出された毛を切断又は除去するよう構成されても良い。斯かるシェービング装置は、正確な毛検出によって、実際の毛のみを切断又は除去しようと試みるという利点を持つ。このことは、切断又は除去機構が皮膚に対して起こし得る有害な影響を低減させる。

本発明の更なる態様によれば、皮膚表面の近くの毛を検出するための方法が提供される。該方法は、光ビームを生成するステップと、皮膚表面の近くの毛において前記光ビームを合焦させるステップと、前記毛又は前記皮膚表面と相互作用した、所定の直線偏光を持つ光を検出するステップと、を有する。前記生成するステップ及び／又は合焦させるステップは、前記光ビームが前記毛又は前記皮膚表面に到達したときに、前記光ビームの断面において時間的に変化せず空間的に変化する偏光方向を前記光ビームに持たせる。

本発明のこれらの及び他の態様は、以下に説明される実施例を参照しながら説明され明らかとなるであろう。

ラジアル偏光を持つ光ビームの断面図を示す。 アジマス偏光を持つ光ビームの断面図を示す。 毛と相互作用した後のラジアル偏光を持つ光ビームの断面図を示す。 毛と相互作用した後のアジマス偏光を持つ光ビームの断面図を示す。 本発明による光ベースの検出器を示す。 空間的に変化する位相差板を示す。 本発明によるシェービング装置を示す。

図１ａは、ラジアル偏光を持つ光ビーム３１の断面図を示す。ビーム３１の断面の全ての位置において、偏光はビーム３１の断面の中心を向くか又は該中心から離れる方向を向く。図１ｂは、アジマス偏光を持つ光ビーム３２の断面図を示す。光ビーム３２の断面の全ての位置において、偏光は光ビーム３２の中心に対し接線方向を向く。ラジアル偏光又はアジマス偏光した入射光ビーム３１、３２が例えば皮膚表面に当たると、光ビーム３１、３２は偏光の方向を変えることなく反射させられる。

図２ａは、毛と相互作用した後の光ビーム３３の断面図を示す。図１ａのラジアル偏光させられた光ビーム３１が毛と相互作用すると、光ビーム３１は反射させられ、偏光の方向が変化させられる。しかしながら、毛は全ての偏光方向を同程度に変化させるわけではない。幾つかの偏光ベクトルは比較的大きな角度だけ回転させられ、他の偏光ベクトルはより小さな角度だけ回転させられるか、又は殆ど回転させられない。反射させられた光ビーム３３の断面の偏光状態の模式的な例が、図２ａに示される。反射させられた光ビーム３３の正確な偏光状態は、到来する光ビーム３１の偏光状態と、皮膚組織及び毛の方向とに依存する。図３及び４を参照しながら以下に説明されるように、斯かる偏光回転効果が毛を検出するために利用されることができる。図２ｂは、毛と相互作用した後のアジマス偏光を持つ光ビーム３４の断面図を示す。図１ｂのアジマス偏光させられた光ビーム３２が毛と相互作用すると、ビーム３２は反射させられ、偏光の方向が変化させられる。

図３は、本発明による光ベースの検出器１０を示す。本発明による検出器１０は、人間又は動物の皮膚２１上の毛２２を検出するように構成される。毛検出は、例えばＩＰＬ（Intense Pulsed Light）ベース又はレーザベースのシェービング、脱毛、又は毛成長減退装置において有用となり得る。代替としては、検出器１０は、例えば染毛装置のような、他のタイプのヘアトリートメント装置において有用となり得る。図３の光ベースの検出器１０は、好適にはスペクトルの近赤外又は赤外部分において、レーザビームを発するためのレーザ光源１１を有する。例えば、７８５又は８５０ｎｍの波長を持つ光が利用されても良い。レンズ１６及び／又はミラー１７のような光学素子が、光ビームを皮膚２１に合焦させる。レーザ光源１１及び／又は光学素子１６、１７（の一部）に結合された制御ユニット（図示されていない）が、該レーザビームの正確な光路を制御し、毛２２の存在を検査される皮膚２１の正確な領域を制御し、皮膚２１の走査線又は２次元領域を実現する。

本発明によれば、毛又は皮膚２１に入射する光ビーム３１は、光ビーム３１の断面において、時間的に変化せず空間的には変化する偏光方向を持つ。光ビーム３１は、例えばラジアル偏光又はアジマス偏光を持っても良い。以下、ラジアル偏光した光が本発明を説明するために用いられるが、同一の検出器１０がアジマス偏光した光又はその他のタイプの時間的に変化せず空間的に変化する偏光を持つ光と共に利用され得る。ラジアル偏光は、種々の方法により得られることができる。例えば、レーザ光源１１自体がラジアル偏光を持つ光を供給しても良い。このことは、レーザ光源１１に円錐形のブリュースタープリズムを備えることにより得られても良い。

入射光ビーム３１にラジアル偏光を与える他の方法は、レーザ光源１１と走査されるべき皮膚表面２１との間の光路に、空間的に変化する位相差板１４を配置することであり得る。空間的に変化する位相差板１４は、直線偏光した光を、ラジアル偏光又は近ラジアル偏光分布へと変換する。空間的に変化する位相差板１４に直線偏光の光を供給するため、レーザ光源１１自体が直線偏光の光を供給しても良いし、又は空間的に変化する位相差板１４に直線偏光の光を供給するための偏光板が光路のどこかに配置されても良い。空間的に変化する位相差板１４の例は、図４を参照しながら以下に議論される。代替としては、前記光学素子が、入射光ビームの偏光状態を、ラジアル偏光又はアジマス偏光に変換するように設計された、ＬＣｏＳチップを有しても良い。

ラジアル偏光を持つ入射光ビーム３１は、毛２２又は皮膚２１により反射させられる。反射の位置において毛が存在しない場合には、反射させられた光ビームは到来した入射ビーム３１（図１ａ参照）と同じか又は同様の偏光状態を持つ。しかしながら、入射光ビーム３１が毛２２に当たると、該ビームの偏光状態が変化する。幾つかの方向における偏光は他の方向における偏光よりも大きく変化するため、該ビームはラジアル偏光又は近ラジアル偏光状態を失う。図２ａは、毛２２における反射の後の光ビームの偏光状態の例を示す。

反射ビームは次いで、検出器１０に入る。光学素子１６、１７が、当該返ってきたビームを偏光感度を持つ光センサ１２に導く。出て行くビームと返って来る光ビームとで異なる光路を提供するため、半透明ミラー１８が用いられても良い。光センサ１２は、所定の方向の偏光を持つ光に感度を持つ。このことは、特定の偏光方向を持つ光のみを通過させる偏光フィルタ１５を備えることにより実現されても良い。好適には、偏光フィルタ１５は、光センサ１２が非複屈折材料を用いた較正測定の間に最小の応答を与えるように構成される。このように較正された場合、当該最小の応答よりも大きないずれの測定信号もが、毛２２を複屈折体として検出した増大された可能性を示唆する。入射光ビームが優位な偏光方向を持つ場合、このことは、光センサ１２を該優位な偏光方向に垂直な偏光を持つ光に感度を持つものとすることにより実現され得る。

任意に、第１の光センサ１２により検出された光の偏光方向に垂直な偏光方向を持つ光を検出するための、第２の偏光感度を持つ光センサ１３が備えられても良い。制御ユニットが、毛が検出された可能性についての尺度を提供するため、例えば両方の信号の差又は比を利用しても良い。

図４は、空間的に変化する位相差板１４を示す。当該空間的に変化する位相差板１４は、８個のセクタのλ／２板から成り、時間的に変化せず空間的には変化する偏光を生成し、直線偏光した光を近ラジアル偏光分布を持つ光へと変換する。各セクタは、到来する直線偏光した光の偏光ベクトルを、異なる角度へと回転させる。実験は、８個のセクタを持つ空間的に変化する位相差板１４を通過した直後の、近接場における偏光分布が、セクタ間の空気ギャップを除き、完全なラジアル偏光分布に近いことを示している。異なる数のセクタを用いた場合にも、同様の結果が得られる。

図５は、本発明によるシェービング装置４０を示す。シェービング装置４０は、図３を参照しながら以上に説明されたものと同様の毛検出器を有する。同一の参照番号は、同様の特徴に対応する。既に以上において議論された特徴に加えて、シェービング装置４０は、光学又は接触窓４３と、皮膚２１への放射の浸透特性を改善するための浸漬流体４４とを有する。例えば、流体４４は、光学窓の屈折率と皮膚２１の屈折率との中間である屈折率を持つ、屈折率整合流体であっても良い。好適には、全ての屈折率が略等しい。このことはまた、皮膚からの反射を低減させる。流体４４は、皮膚２１を冷却する目的のために選択されても良いし、又は皮膚２１を処理する目的のために選択されても良い。更に、接触窓４３は任意であるが、毛２２のような皮膚物体の位置を決定するための基準として機能することを支援する。

シェービング装置４０は、毛２２を検出するためだけではなく、毛を切断するためにもレーザ光源１１を利用しても良い。レーザ光源１１が切断のために利用されるときには、当該レーザ光源は毛２２を検出するときとは異なるパワーレベルで動作しても良い。代替としては、毛２２を切断するための別個のレーザ光源（図示されていない）が利用されても良い。切断工程に対する制御は、前記制御ユニットにより実行されても良いし、又は付加的な切断プロセッサ（図示されていない）により実行されても良い。該切断プロセッサは、光ベースの検出器１０に結合され、該光ベースの検出器が毛２２の存在を検出した皮膚表面２１の近くにおける毛切断レーザビームの焦点位置において、毛切断レーザ光源を作動させる。

上述の実施例は本発明を限定するものではなく説明するものであって、当業者は添付する請求項の範囲から逸脱することなく多くの代替実施例を設計することが可能であろうことは留意されるべきである。請求項において、括弧に挟まれたいずれの参照記号も、請求の範囲を限定するものとして解釈されるべきではない。動詞「有する（comprise）」及びその語形変化の使用は、請求項に記載されたもの以外の要素又はステップの存在を除外するものではない。要素に先行する冠詞「１つの（a又はan）」は、複数の斯かる要素の存在を除外するものではない。本発明は、幾つかの別個の要素を有するハードウェアによって、及び適切にプログラムされたコンピュータによって実装されても良い。幾つかの手段を列記した装置請求項において、これら手段の幾つかは同一のハードウェアのアイテムによって実施化されても良い。特定の手段が相互に異なる従属請求項に列挙されているという単なる事実は、これら手段の組み合わせが有利に利用されることができないことを示すものではない。

Claims (9)

1. 皮膚表面の近くの毛を検出するための光ベースの検出器を有するヘアトリートメント装置であって、前記検出器は、
   光ビームを生成するための光源と、
   皮膚表面の近くの毛において前記光ビームを合焦させるための光学素子と、
   前記毛又は皮膚表面と相互作用した所定の直線偏光を持つ光を検出するための偏光感度を持つ光センサと、
   を有し、前記光源及び／又は前記光学素子は、前記光ビームが前記毛又は前記皮膚表面に到達したときに、前記光ビームの断面において時間的に変化せず空間的に変化する偏光方向を前記光ビームに持たせるように構成された、ヘアトリートメント装置。
2. 前記光源及び／又は前記光学素子は、前記光ビームに、前記光ビームの断面においてラジアル偏光方向又はアジマス偏光方向を持たせるように構成された、請求項１に記載のヘアトリートメント装置。
3. 前記光源は、光ビームの断面において時間的に変化せず空間的に変化する偏光方向を持つ光ビームを生成するように動作可能である、請求項１に記載のヘアトリートメント装置。
4. 前記光源は、円錐形のブリュースタープリズムを有する、請求項３に記載のヘアトリートメント装置。
5. 前記光学素子は、空間的に変化する位相差板を有する、請求項１に記載のヘアトリートメント装置。
6. 前記光学素子は、ＬＣｏＳチップを有する、請求項１に記載のヘアトリートメント装置。
7. 前記毛又は前記皮膚表面と相互作用した所定の直線偏光に垂直な偏光を持つ光を検出するための第２の偏光感度を持つセンサを更に有する、請求項１に記載のヘアトリートメント装置。
8. 毛切断レーザビームを生成するための毛切断レーザ光源と、前記光ベースの検出器に結合されたプロセッサと、を更に有し、前記プロセッサは、前記光ベースの検出器が前記毛の存在を検出した前記皮膚表面の近くにおける前記毛切断レーザビームの焦点位置において、前記毛切断レーザ光源を作動させるように構成された、請求項１乃至７のいずれか一項に記載のヘアトリートメント装置。
9. 皮膚表面の近くの毛を検出するための方法であって、前記方法は、
   光ビームを生成するステップと、
   皮膚表面の近くの毛において前記光ビームを合焦させるステップと、
   前記毛又は前記皮膚表面と相互作用した、所定の直線偏光を持つ光を検出するステップと、
   を有し、前記生成するステップ及び／又は合焦させるステップは、前記光ビームが前記毛又は前記皮膚表面に到達したときに、前記光ビームの断面において時間的に変化せず空間的に変化する偏光方向を前記光ビームに持たせる方法。

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