專利名稱：毛發(fā)去除系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及 一 種毛發(fā)去除系統(tǒng)，具體涉及 一 種包括毛發(fā)檢測(cè)設(shè) 備和操作地耦合到毛發(fā)檢測(cè)設(shè)備的毛發(fā)去除設(shè)備的毛發(fā)去除系統(tǒng)，其中毛發(fā)檢測(cè)設(shè)備包括包括第一圖像傳感器的成像設(shè)備，構(gòu)造和 布置用以檢測(cè)待處理皮膚部分的圖像；以及控制單元，構(gòu)造和布置 用以在圖像中分辨皮膚部分上的毛發(fā)以及操作地耦合到毛發(fā)去除設(shè) 備以控制其操作。
背景技術(shù)：
WOO/62700也涉及一種毛發(fā)去除設(shè)備并且公開(kāi)了如下設(shè)備，該 設(shè)備具有激光源、可調(diào)束操控器、圖像傳感器和確定毛發(fā)在皮膚上 的位置和取向的控制單元。該圖像傳感器包括C C D或者C M O S傳感器。已知i殳備的問(wèn)題與確定頭發(fā)的位置和/或耳又向以及完成這一確定 的速度有關(guān)。為了正確地去除毛發(fā)，必須已知它在三個(gè)維度中的位 置，因?yàn)槿绻贿@樣則激光束可能例如穿過(guò)毛發(fā)而沒(méi)有實(shí)際地?fù)糁?它，等等。這一問(wèn)題也與直接作用于毛發(fā)的去除毛發(fā)的其它設(shè)備和 方法如電子脫毛等有關(guān)。已知的圖像傳感器具有在至少一個(gè)方向(通常為垂直于皮膚的 方向)上分辨率很小的問(wèn)題，比如CCD或者CMOS傳感器，或者當(dāng) 它們?cè)谠摲较蚓哂谐浞址秶头直媛蕰r(shí)，它們具有很低的位置確定 速度，比如與透鏡一起工作的3D掃描設(shè)備。由于人類毛發(fā)是稀疏分 布于皮膚上的稀疏物體，所以沒(méi)有已知設(shè)備提供確定毛發(fā)在皮膚上 的3D位置的充分高的速度。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是提供一種能夠充分快地確定毛發(fā)在皮膚上的位 置和/或取向的毛發(fā)去除系統(tǒng)。這一目的通過(guò)根據(jù)權(quán)利要求1的毛發(fā)去除系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)。具體而 言，這一 系統(tǒng)的特征在于成像設(shè)備包括不同于第一圖像傳感器的第 二圖像傳感器。根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)允許使用多個(gè)傳感器、特別是多個(gè)傳感器類 型的優(yōu)點(diǎn)。例如，第一圖像傳感器可以用來(lái)大致地但是快速地確定 毛發(fā)的位置和/或取向。第二不同圖像傳感器然后可以用來(lái)更精確地 但更緩慢地確定具體是在所有三個(gè)維度中的位置和/或取向。在第二 圖像傳感器只需對(duì)第一圖像傳感器所成像的皮膚部分中的所選部分 成像的條件下，通過(guò)使用第一傳感器的傳感器結(jié)果，可以限制第二 圖像傳感器的更精確但更緩慢的掃描操作所需的時(shí)間。該選擇可以 由可以設(shè)置有圖像處理軟件/硬件等的控制單元實(shí)現(xiàn)。下文將描述本 發(fā)明的各種實(shí)施例。優(yōu)選地但是并非唯一地，待處理的皮膚、特別是人類皮膚如女 性皮膚的部分包括 一 根毛發(fā)或者多根毛發(fā)或者男性胡須等。然而，該部分也有可能包括痣、脈(couperose)等，不過(guò)它們需要低得多 的分辨率。在一個(gè)特殊實(shí)施例中，第二圖像傳感器能夠比第一圖像傳感器 在它們的相應(yīng)圖像中提供更高的空間信息密度。需要關(guān)于毛發(fā)位置 和/或取向的空間信息，因此如果第 一 圖像傳感器提供"大致，，估計(jì)以 選擇一部分供第二圖像傳感器成像則是有利的。后者然后可以用預(yù) 期精確度提供信息，就這一點(diǎn)而言可能需要對(duì)應(yīng)的預(yù)期空間信息密 度。在 一 個(gè)特定實(shí)施例中，第 一 圖像傳感器構(gòu)造用以提供基本上二 維圖像。能夠提供這樣的信息的圖像傳感器相對(duì)簡(jiǎn)易而操作迅速。 它們常常不需要移動(dòng)的機(jī)械部分。具體而言，第一圖像傳感器包括 2D光學(xué)圖像傳感器，優(yōu)選為電荷耦合器件、CMOS器件或者光電檢測(cè)器的焦平面陣列。2D光學(xué)圖像傳感器相對(duì)廉價(jià)、快速并且可以容 易地給予適當(dāng)高的分辨率。CCD如CCD相機(jī)可以具有高的分辨率和 大的表面積，參見(jiàn)用于具有百萬(wàn)像素和約10cm2表面積的相機(jī)的 CCD芯片。CMOS器件也具有優(yōu)點(diǎn)如kHz范圍或者更高的高幀速率。 另外，由于CMOS器件是芯片器件，所以它們可以包括控制單元作 為內(nèi)置特征，這整體上簡(jiǎn)化了系統(tǒng)。在一個(gè)特殊實(shí)施例中，第一圖像傳感器構(gòu)造用以檢測(cè)至少2mm x2mm、優(yōu)選為至少lcmx lcm的皮膚部分的圖像。這具體地與預(yù)期 分辨率、成像光學(xué)元件和檢測(cè)器單元數(shù)目的組合有關(guān)，因?yàn)檎沁@ 一組合可以用來(lái)選擇^L野的大小。例如，如果CCD具有200 x 200 個(gè)檢測(cè)器單元或者像素而所需分辨率為0.01mm,則視野將至多為 (200 x 0.01mm ) x ( 200 x 0.01mm ) =2 x 2mm。本領(lǐng)域人員然后可 以容易地選擇所需成像光學(xué)元件。更大和/或者具有更多像素的CCD 是可用的，并且類似考慮適用于CMOS器件。在根據(jù)本發(fā)明的頭發(fā)去除系統(tǒng)中，第二圖像傳感器的至少部分 相對(duì)于第 一 圖像傳感器可移動(dòng)。這可以涉及將第二圖像傳感器從第 一圖像傳感器的行程上移出以便保證第 一 圖像傳感器具有待成像皮 膚的自由視野。它也可能涉及相對(duì)于整個(gè)系統(tǒng)移動(dòng)第二圖像傳感器 以便相對(duì)于待成像的皮膚對(duì)第二圖像傳感器及其視野適當(dāng)?shù)囟ㄎ弧?對(duì)待成像皮膚部分的這一選擇減少這樣做所需的時(shí)間，這是本發(fā)明 的重要優(yōu)點(diǎn)之一。由于第 一 圖像傳感器將幾乎總是固定地安裝于整 個(gè)系統(tǒng)中，所以這對(duì)于第二圖像傳感器相對(duì)于第一圖像傳感器可移 動(dòng)而言是另一種表述?？蛇x地并且具體而言，它也可能涉及移動(dòng)第 二圖像傳感器的部分如掃描鏡。在一個(gè)特殊實(shí)施例中，第二圖像傳感器在至少 一個(gè)維度中具有 比第 一 圖像傳感器在該維度中的分辨率更高的分辨率。這具體地與 如下系統(tǒng)有關(guān)，在這些系統(tǒng)中第 一 圖像傳感器賦予基本上二維圖像 而第二圖像傳感器用來(lái)獲得關(guān)于毛發(fā)的更精確位置信息。簡(jiǎn)易而廉 價(jià)的CCD傳感器等可以提供大致的第一圖像，此后進(jìn)行圖像中的選擇，由第二傳感器對(duì)該選擇更精確地成像(例如掃描)。這一實(shí)施 例例如在用于以某 一 固定深度剃須來(lái)去除毛發(fā)的系統(tǒng)中是有用的。 這里，"深度"信息只有在深度固定時(shí)才相關(guān)，并且圖像既精確又準(zhǔn) 確。在另 一特殊實(shí)施例中，第二圖像傳感器構(gòu)造用以在第 一 圖像傳 感器的二維圖像以外的第三維度中掃描待處理皮膚部分中的所選部 分以由此提供其圖像。二維圖像在兩個(gè)方向上延伸，而第二圖像傳 感器然后用來(lái)提供具體與"丟失的，，第三維度有關(guān)的附加信息。注意 到此信息并非嚴(yán)格必需，因?yàn)橛袝r(shí)"深度"或者丟失維度的其它值是 固定的。在一個(gè)特定實(shí)施例中，第二圖像傳感器包括3D圖像傳感器，特鏡的3D光學(xué)圖像傳感器、。3D圖;象傳感器可以)及L夠提供i維圖 像的任一類圖像傳感器。它具體涉及可以包括掃描系統(tǒng)和光電檢測(cè) 器和/或(分離)CCD或者CMOS器件的3D光學(xué)圖像傳感器?？蛇x 地，光電檢測(cè)器陣列等是可能的?？烧{(diào)透鏡是在焦距上或者在距離 上可調(diào)的透鏡，由此實(shí)現(xiàn)對(duì)體積的掃描。對(duì)體積的掃描或者簡(jiǎn)單地 在比如與待處理皮膚部分垂直的方向這樣的一個(gè)方向上掃描相當(dāng)耗 時(shí)，但是由于待掃描的體積可以由控制單元基于第 一 圖像傳感器所 確定的圖像選擇為適當(dāng)?shù)匦?，所以所需總時(shí)間可以保持在實(shí)際邊界 以內(nèi)。這一點(diǎn)將在一些實(shí)施例的具體描述中進(jìn)一步加以闡明。具體 而言，角度基本上是直角以便簡(jiǎn)化3D成像過(guò)程。然而，其它方向也 是可能的，其中對(duì)在該方向上圖像的確定有對(duì)應(yīng)改動(dòng)。在一個(gè)特殊實(shí)施例中，透鏡在與待處理皮膚部分基本上平行的 方向上可移動(dòng)。這是有用的實(shí)施例，其中透鏡可以針對(duì)掃描和/或毛 發(fā)的后續(xù)激光處理(例如在共焦地執(zhí)行后者的情況下)來(lái)加以適當(dāng) 地定位。提供透鏡這樣的移動(dòng)的另 一原因是將透鏡從第一 圖像傳感 器的后續(xù)新成像步驟的行程中移出。也設(shè)想了這一特征的其它用途。就以上描述而言注意到光學(xué)圖像傳感器沒(méi)有必要檢測(cè)輻射束的反射圖像。代之以有可能使用拉曼或者其它散射或者使用熒光，可 能通過(guò)用熒光物質(zhì)等覆蓋皮膚和毛發(fā)。類似地有可能使用非光學(xué)圖 像傳感器，這些傳感器使用其它技術(shù)在一個(gè)(Z掃描)、兩個(gè)或者三 個(gè)維度中提供圖像。在一個(gè)特殊實(shí)施例中，根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)還包括光源。這樣的 光源可以具有各種功能。例如，光源可以發(fā)射用于成像的光。明確 地注意到術(shù)語(yǔ)"光"涵蓋可見(jiàn)光、紅外線輻射和紫外線輻射。應(yīng)當(dāng) 相應(yīng)地選擇圖像傳感器的靈敏度。各傳感器可以具有它自己的光源， 但是也有可能一個(gè)光源提供多個(gè)用途或者用于多個(gè)傳感器。在一個(gè)特定實(shí)施例中，光源可以具體地包括LED或者激光源。 LED很緊湊并且能量高效而在相對(duì)小的波長(zhǎng)帶中發(fā)射輻射。這允許 易于進(jìn)行濾波或者在需要時(shí)的其它輻射控制。另外，LED可容易地 控制并且具有很長(zhǎng)的使用壽命。激光源可以具有很高功率密度并且 發(fā)射借助專用鏡、濾波器等可很好控制的基本上單色輻射。因此， 激光也很好地適合于掃描成像目的。另外，可獲得的功率密度充分 地高到足以提供毛發(fā)去除設(shè)備。在該系統(tǒng)的一個(gè)特殊實(shí)施例中，激光源是可調(diào)激光源。這給予 了為掃描和切割或者去除毛發(fā)提供同 一 個(gè)激光源的可能。具體而言，但非唯一地，激光源在第一功率電平與第二功率電 平之間可調(diào)，該第 一 功率電平對(duì)皮膚和/或毛發(fā)無(wú)實(shí)質(zhì)損傷地實(shí)現(xiàn)檢 測(cè)，而第二功率電平實(shí)現(xiàn)對(duì)毛發(fā)施加充分損傷以便后續(xù)去除毛發(fā)。 例如，激光由控制單元設(shè)置為用于成像的低功率密度和用于切割毛 發(fā)的高功率密度。這可以借助設(shè)置電源電平、借助操作分離快門(mén)或 者灰度濾波器等來(lái)實(shí)現(xiàn)。在另一實(shí)施例中，該系統(tǒng)包括束寬度控制裝置。這樣的束寬度 控制裝置用以將束的能量遍布于可控的更大或者更小表面區(qū)域。這 將分別使束具有更高或者更低強(qiáng)度。通過(guò)適當(dāng)?shù)卦O(shè)置束寬度控制裝 置，束可以在第一設(shè)置下具有充分低強(qiáng)度以便對(duì)毛發(fā)或者皮膚無(wú)損 傷地進(jìn)行檢測(cè)。在另 一 設(shè)置中強(qiáng)度可以充足用于切割或者更 一 般地?fù)p傷毛發(fā)。這樣的束寬度控制裝置的例子是可調(diào)聚焦/散焦系統(tǒng)，比 如可移動(dòng)透鏡或者是可以被帶入和帶出束路徑的擴(kuò)散器這一形式的 可移動(dòng)束衰減器，等等。本發(fā)明也涉及一種檢測(cè)和去除皮膚上的毛發(fā)的方法，該方法包括提供根據(jù)本發(fā)明的毛發(fā)去除系統(tǒng)；借助第一圖像傳感器來(lái)檢測(cè) 待處理皮膚部分的基本上二維圖像；借助控制單元來(lái)選擇皮膚部分 中的一部分，該一部分的二維圖像包含至少一根毛發(fā)；在與圖像成 非零度角的至少一個(gè)掃描方向上用第二圖像傳感器掃描所選一部分 以便獲得毛發(fā)在三個(gè)維度中的位置和/或取向；操作毛發(fā)去除設(shè)備來(lái) 去除毛發(fā)。這里，與在本申請(qǐng)的其它部分中一樣，圖像將被理解為 在與所成像的原部分相同的一個(gè)或者多個(gè)方向上延伸。它明確地不 是任何抽象數(shù)據(jù)集，不具有實(shí)際擴(kuò)展。這 一 方法反映了根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)的可能用途，具有在應(yīng)用毛 發(fā)去除設(shè)備之前兩步成像方法的優(yōu)點(diǎn)。由于第二成像步驟相對(duì)耗時(shí) 但是可以通過(guò)用第一圖像傳感器先成像而在面積或者體積上有所限 制，從而限制所需的總成像時(shí)間。更多優(yōu)點(diǎn)主要地對(duì)應(yīng)于上文已經(jīng) 提到的優(yōu)點(diǎn)。


本發(fā)明的這些和其它方面從下文描述的實(shí)施例中變得明顯并且 將參照這些實(shí)施例來(lái)加以闡明。 在附圖中圖1概略地示出了根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)；圖2概略地示出了根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)中使用的第一圖像傳感器； 圖3概略地示出了根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)中可以使用的第二圖像傳 感器；圖4概略地示出了包括皮膚上一根毛發(fā)的第一和第二視野；圖5概略地具體示出了根據(jù)本發(fā)明的毛發(fā)去除系統(tǒng)；圖6a和6b示出了確定毛發(fā)位置和切割毛發(fā)的方法的兩個(gè)步驟；圖7描繪了根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)中圖像傳感器的另一實(shí)施例；以及圖8示出了用于根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)的成像傳感器的另一實(shí)施例 的可旋轉(zhuǎn)透鏡陣列。
具體實(shí)施方式
圖1非常概略地示出了根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)。這里，系統(tǒng)1包括 如下殼體io,該殼體具有第一圖像傳感器12、具有可調(diào)透鏡16的 第二圖像傳感器14、控制單元18、毛發(fā)去除設(shè)備20和光學(xué)耦合器 22。在上文中，分離的可移動(dòng)透鏡16以及光學(xué)耦合器22正如將要 進(jìn)一 步說(shuō)明的那樣是可選的。也示出了具有待去除的毛發(fā)32的皮膚30。如圖所示系統(tǒng)1的殼體IO僅包括對(duì)于本發(fā)明而言相關(guān)的部分。 顯然，可以出現(xiàn)但是沒(méi)有示出附加部分，比如功率單元、光學(xué)窗等。第一圖^象傳感器12可以包括例如CCD相^L、 CMOS器件等。 第二圖像傳感器14耦合到可調(diào)透鏡16以及可以包括掃描單元。兩個(gè)圖像傳感器12和14均耦合到控制單元18，該控制單元被 構(gòu)造和布置用以從如由傳感器12和14獲得的圖像中分辨毛發(fā)。比如激光系統(tǒng)、電子脫毛系統(tǒng)等毛發(fā)去除設(shè)備也耦合到控制單 元18。透鏡16可以在箭頭A的方向上移動(dòng)以聚焦于不同的z值以 便在z維度中掃描和產(chǎn)生圖像?？蛇x地，可調(diào)透鏡16可以在例如垂 直于箭頭A的方向上旁移以便釋放第一圖像傳感器12的視野。圖2非常概略地示出了根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)中使用的第一圖像傳 感器。這里，與在所有附圖中一樣，相似的部分通過(guò)相同的標(biāo)號(hào)來(lái) 表示。在該圖中，40表示CCD, 42表示光學(xué)系統(tǒng)，而44表示CCD 的視野。在該圖中，多根毛發(fā)出現(xiàn)在CCD的視野中，因?yàn)槎鄶?shù)CCD具 有例如一個(gè)或者多個(gè)cm2的視野。例如人類胡須的這樣的面積包含 數(shù)以十計(jì)的毛發(fā)。然而，在例如圖中所示Z方向這樣的垂直方向上的分辨率和范圍很有限并且取決于光學(xué)系統(tǒng)42的性質(zhì)。注意到CCD 可以在一個(gè)步驟中確定圖像，其中同時(shí)"填充"所有像素。由于CCD圖像傳感器本身為本領(lǐng)域技術(shù)人員已知，所以這里省 略其細(xì)節(jié)。圖3非常概略地示出了根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)中可以使用的第二圖 像傳感器。這里，50表示激光源，51表示分束器，52表示具有例如 在箭頭B的方向上可移動(dòng)的可移動(dòng)鏡54的束操控器。檢測(cè)器通過(guò)標(biāo) 號(hào)56來(lái)表示，而透鏡58在箭頭C的方向上可移動(dòng)。除了激光源50之外，可以選擇任何其它適當(dāng)輻射源，比如具有 透鏡的LED。發(fā)射束部分地由分束器51 (可以是偏振或者可以不是 偏振)發(fā)送以及部分地向下反射到例如束轉(zhuǎn)儲(chǔ)器(bump)(未示出)。束操控器52例如可由控制單元(未示出)控制并且包括可移動(dòng) 鏡54,比如多棱鏡或者任何其它適當(dāng)類型的掃描鏡。如圖所示，鏡 54在箭頭B的方向上可移動(dòng)、例如可旋轉(zhuǎn)，以便使輻射束掃描過(guò)預(yù) 期區(qū)域，在這一情況下為第二視野。在實(shí)踐中，第二圖像傳感器的 視野將在x、 y方向上具有約0.5mmx 0.5mm的尺度而在z方向上具 有相似尺度。為了獲得后一范圍，光學(xué)系統(tǒng)或者透鏡58在方向C上 可移動(dòng)?？蛇x地，光學(xué)系統(tǒng)或者透鏡58可以在光學(xué)功率即其焦距上 可調(diào)。檢測(cè)器56經(jīng)由分束器51光學(xué)地耦合到束操控器52。在皮膚30 或者毛發(fā)32反射(拉曼散射等)的輻射由鏡54朝著分束器51反射 并且將部分地朝著檢測(cè)器56反射。檢測(cè)器56可以包括CCD或者CMOS或者任何其它種類的光電 檢測(cè)器或者其陣列。檢測(cè)器56也將耦合到控制單元(未示出)以便 控制單元確定毛發(fā)32在皮膚30上的位置和/或取向。對(duì)于這一第二 圖像傳感器而言將獲得三維圖像。這一類圖像傳感器也可以稱為3D 掃描傳感器。由于它本身在本領(lǐng)域中是已知的，所以進(jìn)一步細(xì)節(jié)將 被省略但是對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員將是明顯的。圖4概略地指示了包括皮膚上一根頭發(fā)的第一和第二圖像傳感器的視野。I所示區(qū)域是約2 x 2mm的正方形。它是虛線III所示CCD傳感 器的平均視野的表面面積的約1/100。 2 x 2mm的區(qū)域I代表人類胡 須的每毛發(fā)32的平均表面面積。毛發(fā)32雖然是概略地示出但是已 經(jīng)按比例繪制，具有約102微米的直徑。也示出了 II所示表面區(qū)域。 這表示當(dāng)前3D掃描儀傳感器可以掃描的平均表面區(qū)域。它的尺寸約 為0.5x0.5(x0.5)mm。從該圖中可見(jiàn)第一 (CCD)傳感器的全部視 野中的相對(duì)較小部分需要由第二圖像傳感器掃描(表面區(qū)域II)。 由于后一圖像傳感器的3D掃描占用相對(duì)更多時(shí)間，所以可以對(duì)所述 第二圖像傳感器進(jìn)行更高效的使用。圖5概略地具體示出了根據(jù)本發(fā)明的毛發(fā)去除系統(tǒng)。這里，Sl 一般地指代第一圖像傳感器，S2表示第二圖像傳感器，而S3表示 毛發(fā)去除系統(tǒng)。第二圖像傳感器S2包括檢測(cè)激光器60、分束器62、快門(mén)66、 具有第一分束表面69的第一偏振分束器68、第一透鏡70、第一針 孔72、帶通濾波器74和檢測(cè)器76。另外它還包括X/4板80、鏡82 和物鏡84。第一圖像傳感器Sl —般包括具有第二分束表面88的第二偏振 分束器86、光圏90、鏡筒透鏡(tube lens) 92和CCD 94以及LED 透鏡96和LED 98。毛發(fā)去除設(shè)備包括切割激光器64。切割激光器64以及檢測(cè)激光 器60、檢測(cè)器76和CCD 94和物鏡84都可以連接到控制單元(未 示出)。另外，檢測(cè)激光器60和切割激光器64也可以是同一個(gè)激 光器，尤其是如果這是可調(diào)激光器則更是如此。另外，各種部分是 可選的，比如在后一情況下為分束器62、快門(mén)66、偏振分束器68 和86、針孔72和90、 A74 ^反80和4竟82。在所示實(shí)施例中，用于第一圖像傳感器Sl的CCD檢測(cè)方法的 光由具有可選LED透鏡96的LED 98發(fā)射。輻射的部分由表面88 反射、穿過(guò)鏡82并且撞擊具有毛發(fā)32的皮膚30，其中鏡82對(duì)于LED輻射是透明的^f旦是對(duì)于在這一情況下例如1064nm輻射具有高 度反射性。其圖像被反射并且再次通過(guò)第二偏振分束器86、針孔卯、 鏡筒透鏡92并且由CCD 94枱r測(cè)。注意到物鏡84可以是可移動(dòng)的并 且可以移動(dòng)到行程之外。注意到也可以直接地(即不共焦地)供應(yīng) 光或者其它輻射如紅外線輻射。例如，LED可以直接照射到皮膚上。 在這樣的情況下將無(wú)需分束器86。圖6A和6B示出了確定毛發(fā)位置和切割頭發(fā)的方法的兩個(gè)步驟。 這里，II示出了其中存在一根毛發(fā)32的皮膚部分的圖像。100表示 引導(dǎo)軌而102表示可移動(dòng)透鏡。在使用中，完整的系統(tǒng)在皮膚之上移動(dòng)。由于移動(dòng)是相對(duì)的， 所以這在圖6A中示出為毛發(fā)32在如圖所示箭頭方向上以速率v移 動(dòng)。通過(guò)使用第一和第二圖像傳感器來(lái)確定毛發(fā)32在x和y上的大 概位置。然后，可移動(dòng)透鏡102沿著引導(dǎo)軌100移動(dòng)到這一x、 y位 置，見(jiàn)圖6B，其中z位置通過(guò)掃描來(lái)確定。另外， 一旦已經(jīng)充分準(zhǔn) 確地確定在三個(gè)維度中的位置，就可以通過(guò)激發(fā)激光來(lái)去除毛發(fā)， 通過(guò)對(duì)電針等的適當(dāng)定位來(lái)進(jìn)行電子脫毛。就上文而言數(shù)值舉例可以如下。在剃須時(shí)的平均速率v約為 5cm/s。 x、 y上的有用分辨率約為20微米。利用普通1000 x 1000像 素相機(jī)，這將獲得2cmx2cm的總視野。這又可以實(shí)現(xiàn)2.5KHz的相 機(jī)幀速率或者0.4ms的收集時(shí)間。這可以容易地用CMOS系統(tǒng)來(lái)獲 得?？梢苿?dòng)透4竟102可以例如是具有典型15ms訪問(wèn)時(shí)間(66Hz)的 DVD SLED的透鏡。盡管DVD致動(dòng)器單元具有約20nm的分辨率， 但是只需20pm分辨率。這一就分辨率而言不那么嚴(yán)格的需求也可能 獲得甚至更短的訪問(wèn)時(shí)間。用于可移動(dòng)透鏡的致動(dòng)器可以以5-6kHz (0.16-0.20ms)沿y、 z方向?qū)⑼哥R移動(dòng)l-2mm。 一旦可移動(dòng)透鏡設(shè) 置到恰當(dāng)位置，致動(dòng)器就可以用透鏡通過(guò)如前所述3D方法局部地掃 描。在正確位置同樣可以用任何適當(dāng)技術(shù)來(lái)去除毛發(fā)。上述實(shí)施例的限制時(shí)間是約為15 m s的可移動(dòng)透鏡的訪問(wèn)時(shí)間。 對(duì)于具有約12，000根毛發(fā)的典型人類胡須，這將造成約3分鐘的剃須時(shí)間，即剃須通常所用時(shí)間。在圖7和圖8中所示另一實(shí)施例中利用多個(gè)透鏡或者透鏡陣列。 具體而言，110是圖像傳感器(例如CCD/CMOS)。第一、第二和 第三可移動(dòng)透鏡陣列分別由112、 114和122表示。116是偏振分束 器，118是環(huán)形光圈，120是透鏡。各種其它部件如光源、X/4板、 控制單元等在這里沒(méi)有示出。30表示具有毛發(fā)32的皮膚。在圖7的實(shí)施例中描繪了第一成像步驟即2D成像步驟。這里， 第三透鏡陣列122的光圈由透鏡120投射到第二透鏡陣列114的光 圏上，繼而投射到第一透鏡陣列112的光圈上，繼而投射到圖像傳 感器110上?，F(xiàn)在，物體(在這一情況下為皮膚30)的圖像投射到 圖像傳感器110上，使得各個(gè)透鏡圖像沒(méi)有均成鏡像。每個(gè)透鏡產(chǎn) 生物體的較大圖像的小部分。同時(shí)，這一透鏡120在第三透鏡陣列 122上投射發(fā)光環(huán)形光圏118。出于本發(fā)明的目的，這些透鏡陣列各在圖像傳感器110的平面 中以諧方式受到基本上相同連續(xù)運(yùn)動(dòng)，例如可旋轉(zhuǎn)或者可擺動(dòng)。同 時(shí)，整個(gè)系統(tǒng)由系統(tǒng)的用戶在皮膚30上方橫向移動(dòng)以才丸行剃須動(dòng)作。 總而言之，構(gòu)成成像系統(tǒng)單面的三個(gè)透鏡陣列中的各透鏡以反復(fù)方 式在圖像傳感器110上生成感興趣的區(qū)域或者視野的投影。出于本發(fā)明的目的，在第三透鏡陣列122的視野內(nèi)物體30、 32 上的每個(gè)點(diǎn)優(yōu)選地但是并非唯一地以如下頻率來(lái)成像使得由于用戶 的橫向運(yùn)動(dòng)所造成的掃描之間的橫向錯(cuò)位大致等效于并且并不很多 地多于預(yù)定坤黃向目標(biāo)分辨率如20pm。傳感器110經(jīng)歷與透鏡陣列相同的橫向錯(cuò)位但不是諧運(yùn)動(dòng)。結(jié) 果，如在傳感器110上投射的物體30、 32的圖像以與透鏡陣列的透 鏡和圖像傳感器組合相同的橫向速度移動(dòng)，而僅有透鏡陣列112、 114、 122經(jīng)歷諧(旋轉(zhuǎn)、擺動(dòng)、…)運(yùn)動(dòng)。在所示實(shí)施例中，透鏡120用以將第三透鏡陣列122的光圈投 射到第二透鏡陣列114的光圈上。由此，在透鏡120的任一側(cè)上有 相當(dāng)數(shù)量的空間可用，該空間可以用于隨后描述的檢測(cè)過(guò)程的第二階段以及用于耦合圖像形成所需的光。出于這后一目的，在這一情況下利用偏振分束器116。由環(huán)形光圏118發(fā)射和由例如光纖、(鹵素)白熾燈、 一個(gè)或者多個(gè)LED等 供應(yīng)的光以如下方式借助附加透鏡102投射到第三透鏡陣列122的 光圈上，即，使得該陣列中的各透鏡以或多或少相似的方式照亮它 的相應(yīng)一見(jiàn)野。在實(shí)踐中這可以通過(guò)在第三陣列122中透4竟的后焦平 面中對(duì)來(lái)自環(huán)形光圏118的光成像來(lái)實(shí)現(xiàn)。這優(yōu)選地通過(guò)保證從光 圏118發(fā)散的光分布以與多個(gè)透鏡的分布相似的方式出現(xiàn)來(lái)完成。這一點(diǎn)將參照示出了透鏡陣列的圖8來(lái)進(jìn)一步闡明。在用以示出可行性的數(shù)值舉例中，假設(shè)所需分辨率為20|am,不 過(guò)當(dāng)然也可以采用其它值。用戶在皮膚上方移動(dòng)系統(tǒng)的速度取為至 多5cm/s。同樣對(duì)于其它情況可以改動(dòng)對(duì)以下數(shù)字引起對(duì)應(yīng)改變的這 些值。還假設(shè)透鏡陣列包括直徑約為2cm、具有圍繞圓周均勻間隔的 多個(gè)2mm光圏透鏡的盤(pán)。雖然示出了 16個(gè)透鏡，^旦是在這一數(shù)值 舉例中假設(shè)存在25個(gè)透鏡。為了一次掃描整個(gè)環(huán)形圖像，透鏡的環(huán) 需要如箭頭D所示轉(zhuǎn)動(dòng)360/25=14.4度。因此，為了在整個(gè)視野中實(shí) 現(xiàn)所需20(im的分辨率，在設(shè)備以5cm/s移動(dòng)的同時(shí)，盤(pán)需要以約 100Hz的速率旋轉(zhuǎn)使得該區(qū)域每0.020/50s=400jas或者以2.5kHz的刷 新速率來(lái)成像。優(yōu)選地以相同刷新速率(2.5kHz)借助圖像傳感器 110如CCD或者CMOS成像傳感器來(lái)記錄2D圖像，使得將僅出現(xiàn) 很微小的運(yùn)動(dòng)模糊。另外，為了保證將以20(im的分辨率對(duì)2 x 2cm 的表面區(qū)域成像，要求至少1000 x 1000個(gè)像素。這一數(shù)目和所需刷 新速率利用當(dāng)今CCD和CMOS技術(shù)均可容易地實(shí)現(xiàn)。將清楚的是用 于盤(pán)的其它形狀和值、透鏡的數(shù)目和光圈等是可能的，這將需要對(duì) 其它數(shù)字的改動(dòng)。以上成像是在其中獲得2D圖像的根據(jù)本發(fā)明的整個(gè)成像過(guò)程 中的第一步驟。注意到在這一階段尚不要求20pm或者類似的分辨 率?？梢栽诓杉瘯r(shí)間減少的情況下選擇較低分辨率，只要可以獲得近似目標(biāo)位置即可。可以在成像的第二階段中即利用第二圖像傳感 器獲得具有預(yù)期分辨率的更準(zhǔn)確位置。在第二成像步驟中，以具體和固定的深度(或者Z位置)檢測(cè) 具體目標(biāo)如毛發(fā)的存在或者掃描該具體目標(biāo)的存在以便確定它在空間中的位置和耳又向。可以針對(duì)本發(fā)明的每種方法和對(duì)應(yīng)設(shè)備選才奪這 些選項(xiàng)。在這里描述的例子中，選擇第一選項(xiàng)以便例如以某一長(zhǎng)度 剃去毛發(fā)。例如借助交叉偏振共焦激光掃描來(lái)確定目標(biāo)在指定深度的存在。為此目的，使激光束瞄準(zhǔn)通過(guò)第三透鏡陣列122的所選透鏡。這一所選透鏡將把激光束聚焦于平行于移動(dòng)透鏡來(lái)移動(dòng)(即旋 轉(zhuǎn)、擺動(dòng)等)的點(diǎn)。透鏡將校準(zhǔn)從聚焦體反射回的光。當(dāng)這樣的第 一所選透鏡完全移出激光束時(shí)，第二鄰居透鏡將進(jìn)入激光束并且執(zhí) 行新的掃描。由此，通過(guò)共焦掃描的分辨率來(lái)規(guī)定檢測(cè)的橫向分辨 率，而兩次掃描之間的距離取決于系統(tǒng)作為整體正在皮膚的目標(biāo)區(qū)域上方移動(dòng)的速度。借助偏振分束器116和透鏡針孔組合(這里未 示出但是參見(jiàn)圖5)來(lái)共焦地檢測(cè)從目標(biāo)區(qū)域反射或者散射回的正交 偏振光的反射強(qiáng)度。由檢測(cè)器捕獲的光的數(shù)量以及它根據(jù)透鏡位置 并且因此根據(jù)時(shí)間的變化可以提供與各種結(jié)構(gòu)在聚焦區(qū)域(視野) 中的存在有關(guān)的信息并且由此確立其3D位置和/或取向。在實(shí)施為激光剃須刀時(shí)該系統(tǒng)可以工作如下。第 一成像傳感器 檢測(cè)具有毛發(fā)的皮膚的圖像，而沒(méi)有示出但是在芯片上(CMOS)或 者作為分離模塊的控制單元確定一根或者多根毛發(fā)在皮膚上的近似 位置。準(zhǔn)確度可以例如約為100或者200pm。 一旦已經(jīng)建立這一大 致位置，控制單元就可以例如借助偏轉(zhuǎn)單元(未示出但是參見(jiàn)圖3 的52、 54)如MOEMS U鼓光電積4成系統(tǒng))或者其它類型的可移動(dòng) 鏡以及在第三旋轉(zhuǎn)透鏡陣列122與透鏡120之間的分色鏡使檢測(cè)激 光的目標(biāo)朝著在旋轉(zhuǎn)透鏡陣列上近似地找到頭發(fā)的位置。接著，控制單元記錄來(lái)自共焦激光掃描的結(jié)果并且解釋結(jié)果， 即第二成像步驟。 一旦已經(jīng)通過(guò)交叉偏振3D檢測(cè)方法建立毛發(fā)的存 在的位置并且已經(jīng)確定毛發(fā)相對(duì)于透鏡聚焦的位置在預(yù)期準(zhǔn)確度內(nèi)，檢測(cè)系統(tǒng)啟動(dòng)切割激光器，該激光器發(fā)射出連續(xù)或者脈沖激光輻射，該輻射分別共線地或者以已知角度耦合到透鏡中并且由此聚焦于原檢測(cè)激光聚焦點(diǎn)或者離該焦點(diǎn)已知距離處。來(lái)自切割激光器 的輻射然后切割毛發(fā)。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以利用或者變化如上所述方法和設(shè)備的各種 方面，而無(wú)需在這里明確提及這些方面。例如，將清楚的是如果檢 測(cè)激光束一次經(jīng)過(guò)一個(gè)或者多個(gè)透鏡陣列中的僅一個(gè)透鏡則是有利的；換而言之，激光束直徑優(yōu)選地小于透鏡節(jié)距以免有歧義的檢測(cè) 結(jié)果。另外，盤(pán)130的形狀、透鏡132的數(shù)目、節(jié)距和大小、它們 的運(yùn)動(dòng)等在方法中都可以加以變化，只要所需對(duì)應(yīng)數(shù)量等也有所變 動(dòng)。甚至更明示地，上述例子僅用以示出所提出的本發(fā)明的適用性。 另外在所有上文中，去除毛發(fā)的優(yōu)選方法是用激光束切割它們。然 而，其它切割它們的方法在本發(fā)明的背景下也是可能的，比如電子 脫毛或者僅損傷毛發(fā)或者其根部等。在所有情況下，要求知道單獨(dú) 頭發(fā)的準(zhǔn)確位置以及有時(shí)也知道它們的取向來(lái)去除毛發(fā)。具體找到 在三個(gè)維度中的位置可能耗時(shí)很多。本發(fā)明提供一種用以通過(guò)提供 大致預(yù)成像步驟和第二成像步驟以所需精確度找到該位置的三個(gè)維 度來(lái)減少耗時(shí)?？梢酝ㄟ^(guò)取得第一成像步驟的前兩個(gè)坐標(biāo)而在第二 成像步驟中添加第三坐標(biāo)來(lái)找到最終3D位置，或者在第一 2D步驟 中的第一大致估計(jì)之后在第二步驟中確定所有三個(gè)坐標(biāo)，等等。已經(jīng)參照示例實(shí)施例和附圖描述和闡明了本發(fā)明。本發(fā)明的范 圍可以通過(guò)所附權(quán)利要求來(lái)確定。
權(quán)利要求
1.一種毛發(fā)去除系統(tǒng)，包括毛發(fā)檢測(cè)設(shè)備(S1，S2)，以及操作地耦合到所述毛發(fā)檢測(cè)設(shè)備的毛發(fā)去除設(shè)備(20；S3)，其中所述毛發(fā)檢測(cè)設(shè)備包括包括第一圖像傳感器(12；S1)的成像設(shè)備，構(gòu)造和布置用以檢測(cè)待處理的皮膚(30)部分的圖像，以及控制單元(18)，構(gòu)造和布置用以在所述圖像中分辨所述皮膚(30)部分上的毛發(fā)(32)以及操作地耦合到所述毛發(fā)去除設(shè)備(20；S3)以控制其操作，其特征在于所述成像設(shè)備包括不同于所述第一圖像傳感器(12；S1)的第二圖像傳感器(14；S2)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的毛發(fā)去除系統(tǒng)，其中所述第二圖像傳 感器(14; S2)能夠比所述第一圖像傳感器(12; Sl )在它們的相 應(yīng)圖像中提供更高的空間信息密度。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的毛發(fā)去除系統(tǒng)，其中所迷第一圖像傳 感器(12; Sl)構(gòu)造用以提供基本上二維圖像。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的毛發(fā)去除系統(tǒng)，其中所述第一圖像傳 感器(12; Sl)包括2D光學(xué)圖像傳感器，優(yōu)選為電荷耦合器件、 CMOS器件或者光電檢測(cè)器的焦平面陣列。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的毛發(fā)去除系統(tǒng)，其中所述第一圖像傳 感器(12; Sl )構(gòu)造用以4企測(cè)至少2mmx2mm、優(yōu)選為至少lcmx lcm 的所述皮膚(30)部分的圖像。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的毛發(fā)去除系統(tǒng)，其中所述第二圖像傳 感器(14; S2)的至少部分相對(duì)于所述第一圖像傳感器(12; Sl ) 可移動(dòng)。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的毛發(fā)去除系統(tǒng)，其中所述第二圖像傳 感器(14; S2)在至少一個(gè)維度中具有比所述第一圖像傳感器(12;Sl)在該維度中的分辨率更高的分辨率。
8. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的毛發(fā)去除系統(tǒng)，其中所述第二圖像傳 感器(14; S2)構(gòu)造用以在所述第一圖像傳感器的所述二維圖像以 外的第三維度中掃描待處理的所述皮膚(30)部分中的所選部分以 由此提供其圖像。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的毛發(fā)去除系統(tǒng)，其中所述第二圖像傳 感器(14; S2)包括3D圖像傳感器，特別是具有優(yōu)選地在與待處理 的所述皮膚(30)部分垂直的方向上可移動(dòng)的可調(diào)透鏡(16; 58; 84)的3D光學(xué)圖像傳感器。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的毛發(fā)去除系統(tǒng)，其中所述透鏡(16; 58; 84)在與待處理的所述皮膚(30)部分基本上平行的方向上可 移動(dòng)。
11. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的毛發(fā)去除系統(tǒng)，還包括光源(50; 60; 98)。
12. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的毛發(fā)去除系統(tǒng)，其中所述光源包括 LED (98)或者激光源(50; 60)。
13. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的毛發(fā)去除系統(tǒng)，其中所述激光源 (50; 60)是可調(diào)激光源。
14. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的毛發(fā)去除系統(tǒng)，其中激光源(50; 60)在第一功率電平與第二功率電平之間可調(diào)，所述第一功率電平 對(duì)所述皮膚(30)和/或毛發(fā)(32)無(wú)實(shí)質(zhì)損傷地實(shí)現(xiàn)檢測(cè)，而所述 第二功率電平實(shí)現(xiàn)對(duì)所述毛發(fā)(32)施加充分損傷以便后續(xù)去除所 述頭發(fā)(32)。
15. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的毛發(fā)去除系統(tǒng)，其中所述系統(tǒng)包括 束寬度控制裝置(16; 58; 84)。
16. —種檢測(cè)和去除皮膚上的毛發(fā)的方法，所述方法包括 提供根據(jù)權(quán)利要求1-15中任一權(quán)利要求所述的毛發(fā)去除系統(tǒng)， 借助所述第一圖像傳感器(12; Sl)來(lái)檢測(cè)待處理的皮膚(30)部分的基本上二維圖像，借助所述控制單元(18)來(lái)選擇所述皮膚(30)部分中的一部 分，該一部分的二維圖像包含至少一根毛發(fā)(32),在與所述圖像成非零度角的至少一個(gè)掃描方向上用所述第二圖 像傳感器(14; S2)掃描所選一部分以便獲得所述毛發(fā)(32)在三 個(gè)維度中的位置和/或取向，操作所述毛發(fā)去除設(shè)備(20)來(lái)去除所述毛發(fā)(32)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于去除毛發(fā)的系統(tǒng)和方法。該系統(tǒng)包括毛發(fā)檢測(cè)設(shè)備和毛發(fā)去除設(shè)備(20)。由于需要關(guān)于毛發(fā)(32)的3D信息，但是由于例如人類毛發(fā)(32)在皮膚(30)上很分散的存在而使已知檢測(cè)設(shè)備過(guò)于緩慢，所以本發(fā)明提供兩個(gè)圖像傳感器的組合。第一圖像傳感器(12)產(chǎn)生第一圖像，基于該第一圖像用第二圖像傳感器(14)對(duì)所選部分成像，該第二圖像傳感器提供毛發(fā)去除設(shè)備(20)可以用來(lái)去除毛發(fā)的所需3D位置信息。因此，可以優(yōu)化使用快速但不那么準(zhǔn)確的圖像傳感器如(2D)CCD或者CMOS傳感器以及準(zhǔn)確但緩慢的傳感器如3D掃描傳感器。
文檔編號(hào)A61B18/20GK101232853SQ200680027289
公開(kāi)日2008年7月30日 申請(qǐng)日期2006年7月21日 優(yōu)先權(quán)日2005年7月26日
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