CN111465345B

CN111465345B - 皮肤传感器

Info

Publication number: CN111465345B
Application number: CN201880079839.5A
Authority: CN
Inventors: A·J·M·J·拉斯; W·赫尔曼斯; P·J·H·布鲁门; B·瓦尔格斯
Original assignee: Koninklijke Philips NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 2017-11-02
Filing date: 2018-11-01
Publication date: 2023-12-08
Anticipated expiration: 2038-11-01
Also published as: EP3479756A1; WO2019086584A1; EP3703553B1; JP2021501657A; CN111465345A; JP7079324B2; US11712196B2; EP3703553A1; US20200323482A1

Abstract

本发明提供一种系统(1)，其包括用于测量皮肤参数的传感器(100)，该传感器(100)包括(i)被配置为提供光源光(111)的多个空间上分离的光源(110)，以及(ii)被配置为在距光源(110)中的每个光源(110)第一距离(d1)处的检测器(120)，其中第一距离(d1)选自5mm‑80mm的范围，其中传感器(100)被配置为提供具有光轴(OL)的光源光(111)，该光轴(OL)相对于检测器(120)的光轴(O2)处于角度(α)，该角度(α)选自10°‑80°的范围，其中传感器(100)包括至少三个光源(110)，其中光源(110)被配置为提供非偏振光源光(111)，其中传感器(100)还包括(iii)光源(110)的下游和检测器(120)的上游的传感器开口(107)，其用于将光源光(111)传播出传感器(100)之外并用于使反射的传感器光(111)进入传感器(100)中，以及(iv)传感器窗口(150)，其由透射光源光(111)的材料(151)构成，并被配置在光源(110)的下游，配置在传感器开口(107)的上游，并被配置在检测器(120)的上游，到传感器开口(107)的第二距离(d2)至少为3mm。

Description

皮肤传感器

技术领域

本发明涉及一种系统，该系统包括用于测量诸如皮肤光泽度的皮肤参数的传感器。本发明还涉及一种用于评估诸如皮肤光泽度的皮肤参数的方法。

背景技术

皮肤的分析是本领域已知的。例如，US 6,993,167描述了一种用于为了监测和诊断皮肤状况和皮肤癌(包括黑素瘤)的目的而收集、存储和显示皮肤病学图像的系统。手持单元照亮患者的皮肤的一部分，并且成像设备根据由皮肤部分得到的光生成成像信号。手持单元中的成对的光输出端口被布置成使得它们的强度分布在它们的半强度水平处重叠，使得所得到的它们的强度的总和具有平坦的中心区域。维持三个图像存储，一个用于病变图像、一个用于“附近的皮肤”图像、而另一个用于参考白色图像。系统软件使用“附近的皮肤”图像自动确定皮肤/病变边界。参考白色图像用于设置器械的动态范围并补偿不规则照明。可以同时显示在不同时间拍摄的同一病变的两个图像，使得可以确定病变的改变。校准系统被设计使得可以将制造为相同规格的多台机器中任何一台所拍摄的图像数据校正回通用的参考标准，以确保色彩再现的绝对准确性。

US6993167B1描述了一种用于为了监测和诊断皮肤状况和皮肤癌(包括黑素瘤)的目的而收集、存储和显示皮肤病学图像的系统。手持单元照亮患者的皮肤的一部分，并且成像设备根据由皮肤部分得到的光生成成像信号。手持单元中的成对的光输出端口被布置成使得它们的强度分布在它们的半强度水平处重叠，使得所得到的它们的强度的总和具有平坦的中心区域。三个图像存储被维持，一个用于病变图像、一个用于“附近的皮肤”图像、而另一个用于参考白色图像。系统软件使用“附近的皮肤”图像自动确定皮肤/病变边界。参考白色图像用于设置器械的动态范围并补偿不规则照明。可以同时显示在不同时间拍摄的同一病变的两个图像，使得可以确定病变的改变。校准系统被设计使得可以将制造为相同规格的多台机器中任何一台所拍摄的图像数据校正回通用的参考标准。

US2013/0053701描述了手持设备形式的皮肤镜。该皮肤镜包括布置在壳体中或壳体上的显示器，该显示器用于由皮肤镜的表面传感器记录的皮肤表面和/或皮肤表面的结构的图像；以及用于存储由皮肤镜记录的图像的存储装置。

US2014/0055661描述了一种成像设备，该成像设备包括透镜光学系统L、包括多个第一像素P1和第二像素P2的成像设备N、以及阵列光学设备K，其中：透镜光学系统L包括主要传递第一偏振轴线的方向振荡的光的第一光学区域D1以及传递在各个方向振荡的光的第二光学区域D2；并且阵列光学设备K使由第一光学区域D1传递的光入射在第一像素P1上，并使使由第二光学区域D2传递的光入射在第二像素P2上。

US2014/0121479涉及用于对人的脚进行成像的设备和方法，该设备和方法包括：透射片，该透射片的上表面配置为容纳脚底；光源，该光源定位在该片下方，用于向该片发射光；以及光路控制器，该光路控制器在该片中或耦合到该片，用于更改光的路径，致使光朝向脚的预定区域内部反射。可以分析图像以获得与人类患者相关联的预定特性，并确定图像中的特性是否与患者匹配。可以分析图像的亮度以获得组织水分信息。

US2010/0246016描述了具有防眩表面的玻璃制品。防眩表面具有小于95反射图像清晰度，以及小于或等于50％的雾度。在一个实施例中，玻璃制品还包括放置在防眩表面上的防污表面。还描述了制造玻璃制品和防眩表面的方法。

US2013/0256505描述了一种成像设备，该成像设备包括能够切换其到物体的照明方向的照明单元，以及控制单元，该控制单元针对每个照明方向对物体执行聚焦调节以根据聚焦状态计算评估值，并基于评估值将聚焦状态成为最佳时的方向确定为照明方向以捕获物体。

WO2015174163描述了一种成像设备，该成像设备包括相机31、光源32、布置在相机31加上光源32与物体11之间的偏振器35、以及布置在偏振器35与物体11之间的空间光调制器40A，该空间光调制器40A用于控制发射光偏振面相对于入射光偏振面的旋转角。

WO02094097描述了一种确定皮肤上病变的边界的方法。捕获包括病变的皮肤区域的图像。对病变周围的像素执行环形方差测试。基于环形方差测试的结果，将种子区域生长方法或颜色聚类方法应用于图像以计算病变的边界。颜色聚类方法可以产生多个可选边界。还规定了要手动追踪的病变边界。

US20030045799描述了一种用于观察身体的类型学特性的便携式设备。例如，该设备可以被用于观察皮肤或头发的外观的至少一个特性。该设备可以生成受检查区的至少两个图像。图像对于除了放大率和光源强度之外的特性彼此不同。

发明内容

皮肤的外观被皮肤表面上的薄乳化膜显著影响。含有来自皮脂腺的脂质的皮脂和表皮角质形成细胞与来自化妆品和环境的汗液和其他脂质混合，以形成折射率高于表皮的折射率的乳化膜。由于更高的菲涅耳反射和光滑的空气-皮脂界面，皮脂导致皮肤看起来更有光泽度。皮脂的生产与需求之间的最佳平衡赋予皮肤非光泽度和健康的感觉，并且在皮肤病学和美容学上是被期望的。有光泽度的和油性的皮肤被认为是不美观和不令人愉快的，并且经常与诸如皮脂溢，痤疮之类的各种皮肤病和荷尔蒙失调有关。在皮脂缺乏的情况下，皮肤容易受到感染，并且感觉发痒、干燥、看起来无光泽度，有红斑和鳞屑。

因此，通过使用非侵入性光学设备和方法控制皮脂分泌速率和/或监测皮肤状况以平衡皮肤需求与其最佳脂质需求的策略似乎是有必要的。

对于家用应用，特别是在如浴室的环境中，该传感器被期待是防水且无污染的。这可以通过使用一个透明的玻璃窗口来实现，该玻璃窗口屏蔽整个照明和检测光学器件。在诸如皮肤镜的皮肤传感器中，可以将玻璃窗口放置成与皮肤接触。然而，当玻璃窗口与皮肤接触使用时，传感器信号似乎是将由玻璃窗口的两个界面(空气-玻璃和玻璃-空气界面)的菲涅耳反射产生的“重影光斑”主导。该重影光斑不携带任何来自样品(皮肤)的信息，这就是我们所谓的“不需要的反射”。对于给定的照明条件，由于与皮肤导致的有效反射相比，玻璃-空气界面的反射系数更高，因此，重影光斑预计会比从皮肤反射的光更强。除此之外，来自玻璃的重影光斑可能会干扰并且可能与来自皮肤的信号重叠，从而导致对皮肤油脂/光泽度含量的低质量估计。

用于测量皮肤光泽度(或“皮肤的光泽度”)的设备在本领域中是已知的。然而，对于(可靠的)家庭使用，此类设备不可用。此外，当前的设备可能遭受不期望的伪像，诸如可能影响反射测量的可靠性的镜面反射光斑。

因此，本发明的一方面是提供一种备选设备(本文中还应用更通用的术语“系统”)和/或皮肤(光泽度)感测方法，其还优选地至少部分地消除了上述缺点中的一个或多个缺点。本发明的目的可以是克服或改善现有技术的缺点中的至少一个缺点，或者是提供一种有用的备选方案。

令人惊讶地，似乎在皮肤的一定距离处使用额外的窗口，并且该窗口被配置在皮肤与检测器之间，并且被配置在皮肤的一定距离处，可以基本上改进信号的可靠性。这样的窗口基本上不具有诸如会聚或发散射线的光学功能，但是特别地是基本上平面的窗口。

特别是，本发明提供了一种系统(“系统”或“皮肤传感器系统”或“传感器系统”)，该系统包括用于测量皮肤参数，特别是皮肤光泽度、皮肤油性和皮肤水分中的一项或多项的传感器，但是可选地还用于测量头发参数，该传感器包括(i)多个空间上分离的光源，其被配置为提供光源光，以及(ii)检测器，其被配置在距光源中的每个光源第一距离(d1)处，其中在特定的实施例中，第一距离(d1)可以选自至少1mm的范围，诸如至少2mm的范围、如至少5mm的范围，诸如选自5mm-100mm的范围，特别地如5mm-80mm的范围，其中传感器特别地包括至少三个光源，其中光源被配置为提供非偏振光源光，其中传感器还包括(iii)在光源下游和探测器上游的传感器开口，其用于将光源光传播出传感器之外，并用于使反射的传感器光(返回)进入传感器中，以及(iv)可透射光源光的材料的传感器窗口(“窗口”)，(该传感器窗口)配置在光源的下游，配置在传感器开口的上游，并且配置在检测器的上游，并且到传感器开口的第二距离(d2)特别地为至少1mm，诸如至少2mm，甚至更特别为至少3mm。特别地，传感器被配置为提供具有光轴(OL)的光源光，该光轴(OL)相对于检测器的光轴(O2)处于选自10°-80°范围的角度(α)。

这种系统的使用可以允许到皮肤的基本上固定的距离，基本上等于第二距离。传感器开口限定了皮肤到传感器窗口的距离。在这样的距离的情况下，特别是当皮肤与传感器窗口之间的距离至少为3mm时，诸如重影光斑之类的伪像被相当大地减少。这改进了系统的可靠性。此外，窗口的存在还可以允许在潮湿环境中使用传感器。因此，提供了一个传感器窗口，在使用器件，该窗口与利用系统进行调查的皮肤之间没有物理接触。

特别地，该系统可以用于测量皮肤参数。因此，系统可以特别地被配置为测量皮肤参数。备选地或附加地，该系统还可以用于测量头发参数。因此，该系统可以备选地或附加地(也)被配置为测量头发参数。备选地或附加地，该系统还可以用于测量身体的另一部分的参数，诸如用于测量眼球或口腔的一部分。因此，该系统可以备选地或另外地(也)被配置为测量不是皮肤或头发的身体的一部分的参数。

此外，利用这种系统，可以定量估计皮肤光泽度。术语“皮肤光泽度”在本文中指代皮肤的光泽度，但也可以指代“皮肤油性”。因此，术语“皮肤光泽度”在本文中也可以被限定为“特别选自由皮肤光泽度和皮肤油性组成的组中的一种或多种的皮肤参数”。可以利用本文所述的系统测量的值可以反映皮肤光泽度和皮肤油性，因为皮肤光泽度可以与皮肤油性有关。在本文中，术语“皮肤光泽度”有时用于指示皮肤光泽度或皮肤油性两者。因此，在实施例中，术语皮肤光泽度可以指代皮肤光泽度或皮肤油性，或者特别地指代皮肤光泽度。

如上所述，本发明提供了一种包括传感器的系统。术语“系统”可以指代例如具有其自身的外壳的单个设备，但也可以指代功能性地耦合的多个设备，诸如传感器和控制系统或包括诸如计算机、智能电话等的设备的控制系统。在实施例中，术语“传感器”也可以指代多个传感器。

特别地，该系统包括壳体，诸如该系统包括具有壳体的设备。传感器基本上可以被壳体容纳。壳体可以包括壳体孔。这样的壳体孔可以向检测器提供视场。此外，具有壳体孔的壳体还可以提供第二距离，该第二距离可以被限定为壳体孔(即，当传感器配置在皮肤上时，皮肤)与检测器(或(从检测器看时)在检测器之前最后的光学器件，特别地为透镜)之间的距离。第二距离也可以被指示为自由工作距离，并且可以被限定为壳体孔与检测器之间的距离，或者，如果光学器件可用，则被限定为壳体孔与(从检测器向孔的方向看到的)最后的光学器件之间的距离。因此，第二距离也可以被指示为在操作期间皮肤与检测器之间的距离，或者当光学器件可用时，在皮肤与(从检测器向孔的方向看到的)最后的光学器件之间的距离。壳体可以被视为距离保持器，因为它限定了皮肤与检测器(或其最后的光学器件)之间的距离。这样的光学器件被配置在检测器的上游；即，检测器被配置在这样的(可选的)光学器件的下游。第二距离可以在10mm-45mm的量级，但是甚至可以高达200mm。因此，在实施例中，第二距离可以选自10mm-200mm的范围，诸如10mm-30mm的范围，或40mm-80mm的范围。

检测器被配置为检测反射光。因此，检测器检测在由(非偏振)光源(顺序)照明期间用于成像的反射光。检测器基本上仅检测例如由于检测器上游的偏振器引起的偏振光。检测器的光轴和传感器的光轴可以基本重合。此外，传感器的光轴和所有光源的净光轴可以基本重合(因为光源可以相对于检测器对称地配置)。

光源特别地被配置为使得它们与检测器相距第一距离，该第一距离小于(相关的)视场(尺寸)。此外，多个光源可以特别地包括被配置成与检测器等距的两个(或以上)光源的集合。这样的集合可以被独立地控制。此外，对于光源中的每个光源，第一距离不必相等。因此，措辞“检测器被配置在距光源中的每个光源第一距离(d1)处”和类似短语也可以解释为“检测器被配置在距光源第一距离(d1)处，其中针对光源中的每个光源，第一距离可以是相同的，或者存在有两个或以上不同的第一距离。如本文中所指示的，第一距离可以特别地选自1mm-100mm的范围。

特别地，第一距离是光源的发光表面与检测器的检测器区域(或检测器表面)之间的最短距离。如图所示，该距离特别地是在平行于开口或孔(横截面)或垂直于传感器的光轴的平面中测量的。

因此，本发明(在另一方面(还))提供一种系统，该系统包括用于测量皮肤参数的传感器，该传感器包括(i)多个空间上分离的光源，其被配置为提供(非偏振)光源光，以及(ii)配置为在距光源中的每个光源第一距离处的检测器，其中在特定实施例中，传感器配置为提供具有光轴的光源光，该光轴的入射角选自10°-80°的范围，其中，在操作期间，传感器(将被)配置在皮肤上，利用在皮肤上的传感器的壳体的孔，并且用于检测反射的光源光(其在皮肤处被反射)，其中，传感器包括至少三个光源，其中光源被配置为提供可见光源光，其中可见光源光是非偏振的，并且其中第一距离选自10mm-80mm的范围，其中检测器被配置为检测偏振光。该系统可以包括在所附的实施例中所限定的其他特征。

该系统可以包括存储器、处理设备(或“处理器”或“处理器系统”或“控制器”或“控制系统”)、用户界面以及用于指示感测到的皮肤光泽度值的指示单元，诸如LED指示器(例如，适用于通过根据感测到的值打开0-n个LED来指示不同的值，其中n是用于指示最大感测值的LED数目，n通常等于或大于2，诸如至少为3)和/或显示器。

用户界面设备的示例包括手动启动的按钮、显示器、触摸屏、小键盘、语音激活的输入设备、音频输出、指示器(例如，灯)、开关、旋钮、调制解调器、和网卡等。特别地，用户界面设备可以被配置为允许用户指示与用户界面功能性地耦合的、功能性地包括用户界面的设备或装置。用户界面可以特别地包括手动启动的按钮、触摸屏、小键盘、语音激活的输入设备、开关、旋钮等，和/或可选地包括调制解调器和网卡等。用户界面可以包括图形用户界面。术语“用户界面”也可以指代远程用户界面，诸如远程控制。远程控制可以是单独的专用设备。然而，远程控制也可以是具有配置为(至少)控制系统或设备或装置的App的设备。

控制器/处理器和存储器可以是任何类型的。处理器能够执行所描述的各种操作并执行存储在存储器中的指令。处理器可以是(多个)专用或通用集成电路。此外，处理器可以是用于根据本系统执行的专用处理器，或者可以是通用处理器，其中许多功能中的仅一个功能操作用于根据本系统来执行。处理器可以利用程序部分、多个程序段来操作，或者可以是利用专用或多用途集成电路的硬件设备。

传感器包括(i)多个空间上分离的光源，其被配置为提供光源光(“光”)。特别地，传感器包括至少三个空间上分离的光源。

术语“光源”可以包括半导体发光设备，诸如发光二极管(LED)、谐振腔发光二极管(RCLED)、竖直腔激光二极管(VCSEL)、边缘发射激光器等。术语“光源”还可以指代有机发光二极管，诸如无源矩阵(PMOLED)或有源矩阵(AMOLED)。在特定实施例中，光源包括固态光源(诸如LED或激光二极管)。在一个实施例中，光源包括LED(发光二极管)。术语LED也可以指代多个LED。此外，在实施例中，术语“光源”还可以指代被称为板上芯片(COB)光源。术语“COB”特别地指代半导体芯片形式的LED芯片，该半导体芯片既不封装也不连接，而是直接安装在诸如PCB的基板上。因此，可以在同一基板上配置多个半导体光源。在实施例中，COB是一起配置为单个照明模块的多LED芯片。

此外，光源被配置为提供非偏振光源光。这允许传感器从反射光的偏振方向推导信息。因此，利用该系统，在特定实施例中，在皮肤处提供非偏振光源光。

光源可以被配置为提供可见光和红外光(特别是近红外光)中的一种或多种光。可见光可以是白光。红外光可以例如特别是具有选自750nm-3000nm范围的波长的辐射，诸如选自高达约1200nm的范围的波长。

此外，光源特别地被配置为提供白光。本文中的术语白光是本领域技术人员已知的。它可以特别地涉及具有在约2000K至20000K之间，特别是在2700K-20000K之间的相关色温(CCT)，特别地在约2700K至6500K的范围中用于一般照明，并且特别地在约7000K至20000K的范围中用于背光目的，并且特别地距BBL(黑体轨迹)约15SDCM(色彩匹配的标准差)内，特别地距BBL约10SDCM内，甚至更特别地距BBL约5SDCM内。特别地，白光可以由具有黄色发光材料的蓝色LED提供。这种光源可以提供基本上不偏振的白光。可见光的波长选自389nm-780nm的范围。

特别地，传感器包括多个空间上分离的光源。这暗示光源之间存在一定距离。特别地，光源被配置为在它们之间具有检测器。此外，特别地，光源的最大数目是约十二个，诸如十个、如八个、诸如六个或四个或三个。多达约十二个，甚至更特别地多达约八个，例如多达约六个，允许围绕传感器的配置，这也允许邻近光源之间的空间上分离，该分离(也)可以为约1mm-100mm的量级，诸如至少5mm，如至少10mm。

因此，在实施例中，系统包括至少三个光源。在又一些实施例中，传感器具有传感器光轴，并且光源被配置为围绕传感器光轴旋转对称。在实施例中，光源可以被配置为相对于彼此与光轴成360°/n的角度，其中n是光源的数目。因此，在系统包括至少三个或四个光源的实施例中，与光轴的相互角度可以分别为120°和90°。

因此，如上所述，该系统特别地包括至少两个光源，甚至更特别地包括至少三个光源，并且光源特别地被配置为提供非偏振(可见)光源光，甚至更特别地提供白光。

在实施例中，系统可以特别地包括提供可见光源光的多个光源，其中可见光源光是非偏振的，特别地其中基本上所有可见光源光都是非偏振的。特别地，光源中的每个光源提供基本上非偏振的可见光源光。因此，这些实施例为皮肤提供了非偏振光源光，其中光源光基本上不是部分偏振的。因此，特别地，光源被配置为提供可见光源光，其中可见光源光是非偏振的。

如上文还指示的，该系统还包括检测器，该检测器配置在距光源中的每个光源第一距离(d1)处。当第一距离(d1)在约1mm-80mm的范围中的情况下获得了良好的结果。因此，在特定实施例中，第一距离可以选自1mm-80mm的范围，特别地选自2mm-60mm的范围，诸如在5mm-80mm的范围中，特别地如4mm-20mm，诸如5mm-20mm，如在6mm-14mm的范围中。因此，在实施例中，第一距离(d1)可以选自约4mm-20mm的范围，诸如6mm-14mm的范围，特别地如约8mm-14mm的范围。

特别地，检测器被配置为检测偏振光。为此，检测器可以包括偏振器，其配置在检测器的上游。以这种方式，检测器仅可以接收偏振光，特别是S偏振光。下面，进一步阐明偏振器的某些具体实施例。

特别地，检测器被配置为检测偏振光。因此，传感器可以包括配置在检测器上游的偏振器。偏振器可以过滤(在皮肤处反射的)反射的(非偏振)光源光，使得检测器接收偏振光，特别是S偏振光，或者备选地特别是P偏振光。

在特定实施例中，传感器被配置向光源光提供光轴(OL)，该光轴(OL)与第三距离(d3)处的皮肤成入射角(α)，入射角(α)特别地选自10°-80°的范围，并被配置为检测(在皮肤处反射)反射的光源光。当然，皮肤不是系统的一部分。然而，该系统特别地配置为测量第三距离处的皮肤。例如，该系统可以包括距离保持器或其他元件，其允许将在第三距离处配置传感器。在此距离处，可以实现上述入射角，该入射角在10°-80°的范围中，特别地在20°-80°的范围中。下文还阐明在具体实施例中，该角度选自20°-60°的范围。

因此，在特定实施例中，传感器被配置为提供光源光，该光源光的光轴相对于检测器的光轴(O2)处于角度(α)，角度(α)选自10°-80°的范围。此外，在实施例中，角度(α)可以特别地选自20°-60°的范围。检测器/传感器的光轴在本文中也被指示为“传感器光轴”。

因此，在实施例中，传感器可以特别地被配置为在皮肤处于第三距离(d3)处的情况下检测反射的光源光。

距离保持器被配置为放置在皮肤上，使得皮肤在距检测器或检测器之前的(从检测器看到的)最后的光学器件第二距离处。特别地，距离保持器可以被配置成平放在皮肤上，使得皮肤在距检测器或检测器之前的(从检测器看到的)最后的光学器件第二距离处。距离保持器可以被包括在传感器的壳体中。特别地，系统可以包括至少部分地包围传感器的壳体，其中该壳体包括距离保持器。备选地，系统可以包括壳体和(分离的)距离保持器；在这样的实施例中，还可以增加第二距离。除壳体之外的距离保持器也可以包括孔。

系统或系统的至少一部分，诸如壳体，可以被配置为被压在皮肤上。因此，“在皮肤上”可以指示系统或系统的至少一部分被压在皮肤上(在使用期间)，特别地其中距离保持器(诸如壳体)被压在皮肤上。因此，术语“第二距离”特别地指代在系统使用期间检测器或其(从检测器看到的)最后的光学器件与皮肤之间的距离。第二距离是孔/皮肤与检测器(或在检测器上游的光学器件，如果这样的光学器件可用)之间的非零距离。术语光学器件在此可以特别地指代透镜。

在实施例中，传感器可以包括基于硅的传感器和基于InGaAs的传感器中的一个或多个传感器。

在特定实施例中，检测器包括2D相机，诸如CCD(或CMOS)相机TD-Next 5620 M7_1A和TD-Next 5640 M12_3B。每个像素可以基本上分别由蓝色，绿色和红色的三个像素组成。这可以单独为检测器提供蓝色、绿色和红色通道强度。

在实施例中，检测器可以具有约10mm×10mm²的检测器面积。检测器可以具有1兆像素或更大的量级。

在其他实施例中，传感器还可以包括配置在检测器的上游(和传感器窗口的下游)的聚焦透镜。聚焦透镜可以被配置为在一侧聚焦检测器和/或在透镜的另一侧聚焦皮肤。透镜可以允许在检测器处的皮肤的良好的图像。

在实施例中，传感器还可以包括配置在检测器上游和聚焦透镜上游的孔。这还可以增加分辨率。在实施例中，孔的直径可以选自0.1mm-5mm的范围，更特别地0.1mm-2mm的范围，特别地如0.1mm-0.8mm的范围。

系统的光轴可以被配置为垂直于检测器。可以将光源的光轴限定为与光源光的射线重合，该射线在距离d2处的反射镜(诸如皮肤)处反射，并在传播通过孔的中心(并到达检测器表面的边缘)之后到达检测器。因此，传感器被配置为向光源提供相对于检测器的光轴(O2)处于角度(α)的光轴(OL)，该角度选自10°-80°的范围。角度α因此也可以被限定为入射角。检测器(表面)的垂直线可以与在距离d2处的反射镜(诸如皮肤)的垂直线基本上重合。反射镜和检测器表面可以被配置为基本上平行。同样，孔和检测器表面(和反射镜)可以被配置为基本上平行。因此，在使用期间，传感器(系统)的光轴被配置为基本垂直于皮肤(和检测器(表面))。

如上所述，传感器还包括：(iii)在光源下游和检测器上游的传感器开口，其用于将光源光传播出传感器之外并用于使反射的传感器光进入到传感器中。例如，系统可以包括带有传感器开口的壁。系统还可以包括距离保持器或从系统突出的其他元件，该距离保持器或其他元件允许将在距传感器预定距离处感测的皮肤(和窗口；见下文)的布置。为此，开口可以具有防止皮肤大量鼓胀到传感器开口中的尺寸。因此，通过限定传感器开口，可以限定皮肤与传感器之间以及皮肤与窗口之间的距离。

特别地，传感器开口被配置为使得皮肤与窗口之间的距离在至少1mm范围中，诸如至少2mm范围中，甚至更特别地至少3mm的范围中。

因此，系统还包括一个传感器窗口，该传感器窗口配置在光源的下游，配置在传感器开口的上游，并且配置在检测器的上游，在特定实施例中与传感器开口的第二距离(d2)至少为3mm。如上所述，该窗口特别地是基本上平面的窗口。此外，特别地，窗口被配置为使得不允许水通过窗口或窗口的边缘进入传感器中。

此外，窗口是可透射光源光的材料的。合适的透光材料可以包括选自包含有机透射材料的组的一种或多种材料，诸如选自由包含以下材料的组：PE(聚乙烯)、PP(聚丙烯)、PEN(聚萘二甲酸乙二醇酯)、PC(聚碳酸酯)、聚丙烯酸甲酯(PMA)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)(有机玻璃或有机玻璃)、醋酸丁酸纤维素(CAB)、硅树脂、聚氯乙烯(PVC)、聚对苯二甲酸乙二酯(PET)，在一个实施例中包括(PETG)(乙二醇改性的聚对苯二甲酸乙二酯)、PDMS(聚二甲基硅氧烷)、和COC(环烯烃共聚物)。特别地，透光材料可以包括芳族聚酯或其共聚物，诸如，聚碳酸酯(PC)、聚(甲基)丙烯酸甲酯(P(M)MA)、聚乙交酯或聚乙醇酸(PGA)、聚乳酸(PLA)、聚己内酯(PCL)、聚己二酸酯(PEA)、聚羟基链烷酸酯(PHA)、聚羟基丁酸酯(PHB)、聚(3-羟基丁酸酯-co-3-羟基戊酸酯)(PHBV)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)、聚对苯二甲酸丙二醇酯(PTT)、聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)；特别地，透光材料可以包括聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)。因此，透光材料特别地是聚合物透光材料。然而，在另一实施例中，透光材料可以包括无机材料。特别地，无机透光材料可以选自包含玻璃、(熔融的)石英、透光陶瓷材料和硅树脂的组。也可以应用包括无机和有机部分的混合材料。特别地，透光材料包括PMMA、透明PC或玻璃中的一种或多种材料。特别地，该材料选自包含玻璃和聚甲基丙烯酸甲酯的组。

此外，传感器窗口特别地是透明的。针对感兴趣的波长，诸如光源光的波长，这样的窗口可以具有相对较大的平均自由程。因此，在实施例中，对于光源光仅考虑散射效应的平均自由程可以为至少5mm，诸如为至少10mm。术语“平均自由程”特别地是射线在经历将改变其传播方向的散射事件之前传播的平均距离。

似乎传感器窗口与皮肤之间的短距离对于传感器信号是相对有害的，因为重影光斑可能相对突出。特别地，第二距离为至少3mm，甚至更特别地为至少4mm。在特定实施例中，第二距离(d2)选自4mm-10mm的范围。在这样的实施例中，重影光斑基本上可以不被检测器观察到。

特别地，选择距离(d2)和传感器窗口的传感器窗口厚度(d4)，使得避免从防护玻璃到检测器的直接镜面反射。对于预定的传感器，可以估计或预测皮肤的位置(在使用设备期间)，从而可以限定最佳的第二距离(d2)和传感器窗口的厚度(d4)。

在实施例中，基于预定的第二距离d2，可以(例如，经由模拟)优化传感器窗口厚度，并且具有优化的传感器窗口厚度的传感器窗口可以布置在使得将获得第二距离d2的位置处(在使用传感器期间)。

备选地，在基于预定的传感器窗口厚度的实施例中，可以(例如，经由模拟)优化第二距离，并且具有优化的传感器窗口厚度的传感器窗口可以被布置在使得将获得优化的第二距离d2的位置处(在使用传感器期间)。

在其他实施例中，基于预定的第二距离范围和预定的传感器窗口厚度范围，可以(经由模拟)优化传感器窗口厚度和传感器窗口位置。具有优化的传感器窗口厚度的传感器窗口可以被布置在使得将获得优化的第二距离d2的位置处(在使用传感器期间)。

传感器窗口下游的传感器开口可以基本上具有任何(横截面)形状。然而，特别地传感器开口具有一种或多种弯曲的(横截面)形状，诸如椭圆形，甚至更多的是基本上圆形的。如上所述，传感器开口可能不会太大。在特定实施例中，传感器开口具有选自1mm-65mm的范围，诸如特别地1mm-20mm的范围，如至少3mm的等效圆直径。不规则形状的二维形状的等效圆直径(或ECD)是等效面积的圆的直径。例如，边为a的正方形的等效圆直径为2*a*SQRT(1/π)。正如所指示的，传感器开口特别地可以是圆形的。

在窗口厚度在约0.1mm-20mm的范围中的情况下可以获得良好的结果。因此，在实施例中，传感器窗口具有选自0.1mm-20mm范围，如在约1mm-10mm的范围中的传感器窗口厚度(d4)。特别地，传感器窗口的厚度在窗口上基本上是恒定的。

通过使用在此描述的条件，例如作为更高的信号/背景比的结果，重影光斑被消除或甚至基本上被消除，从而导致更可靠的传感器结果。可以获得甚至更好的结果，其中引起重影光斑的射线被散射。因此，在特定实施例中，传感器窗口包括中心部分和外围部分，其中检测器的光轴(O2)穿过中心部分，并且其中外围部分包括防眩元件。防眩元件可以包括表面散射特征和/或体散射特征。防眩元件可以在传感器窗口的表面的一部分上包括不规则或规则形状的结构和/或在窗口中包括散射颗粒。特别地，光源的光轴也穿过中心部分(即，与光轴共线的光源光不被防眩元件散射)。中心部分基本上不包括这样防眩元件，因此可以是基本上透明的。外围部分特别地是半透明的。

特别地，外围部分(因此)围绕中心部分。相对于外围部分和中心部分的总面积，前者可以是(传感器窗口的)总面积的约5％-90％，如10％-80％，诸如10％-50％，而后者可以是总面积的约10％-95％，如20％-90％，诸如50-90％。特别地，在实施例中，中心部分的面积约等于或大于外围部分的面积。然而，在其他实施例中，中心部分的面积约等于或小于外围部分的面积。

因此，在实施例中，窗口的外表面的一部分和/或窗口针对检测器的表面的一部分可以包括提供表面粗糙度(本文中也被指示为“表面特征”)的结构。这些结构可以是随机形状和/或规则形状的。此外，这些结构可以被随机地布置和/或有规则地布置。因此，在实施例中，传感器窗口包括上游面和下游面，其中外围部分中的上游面和下游面中的一个或多个具有特别地选自20nm-1000nm的范围，诸如特别地选自40nm-500nm的范围的均方根表面粗糙度。

在实施例中，表面特征可以具有选自40nm-100μm的范围的平均横截面等效圆直径。另外，相邻表面特征之间的平均距离等于或小于平均横截面等效圆直径的五倍。在特定实施例中，表面特征以符合最高可能理论堆积的至少约80％，如最高可能理论堆积的至少90％的配置来布置。例如，假设表面特征具有基本上圆形的横截面，则可以利用表面特征的六边形布置来获得最紧密的堆积，这可以基本上导致最高可能理论堆积的100％。除非可以使用彼此完全匹配的表面特征，如具有相同横截面形状(平行于窗口户的平面)的立方体，否则最高可能理论堆积应低于100％。

在特定实施例中，系统还可以包括分析系统。分析系统被配置为根据传感器的传感器信号生成对应的皮肤传感器值。分析系统和传感器可以合并在单个设备中，诸如皮肤清洁设备、皮肤嫩肤设备等。因此，在实施例中，系统包括皮肤护理设备，如这样的皮肤清洁设备、皮肤嫩肤设备等，其中皮肤护理设备包括传感器和分析系统。分析系统可以将传感器(更特别地，检测器)的信号翻译为可以包含用户的有用信息的信号，诸如指示器单元(诸如显示器或LED条)上的皮肤光泽度的指示。皮肤传感器值可以是皮肤参数，还可以基于皮肤传感器值与皮肤参数之间的预定关系被处理为皮肤参数。

然而，在其他实施例中，传感器可以被单独的设备包括，该单独的设备有线或无线地耦合到分析系统。例如，这种分析系统可以被智能手机包括。例如，可以使用App读取传感器并基于由传感器生成的传感器信号显示皮肤传感器值。因此，在又一些实施例中，该系统包括(i)皮肤护理设备，其中皮肤护理设备包括传感器，以及(ii)功能性地耦合到皮肤护理设备的第二设备，其中第二设备包括分析系统。术语“分析系统”也可以指代多个相互关联的系统。例如，传感器(还)可以包括处理器，并且外部设备可以包括可以彼此通信的处理器。传感器的处理器可以提供传感器信号，并且外部设备的处理器基于皮肤传感器值生成皮肤的光泽度/油性的指示。

传感器信号可以是检测器信号。在其他实施例中，传感器信号可以是经处理的检测器信号。因此，短语“基于检测器信号”在实施例中也可以指代经处理的检测器信号。基于传感器信号，即基本上基于检测器信号，分析系统可以提供对应的皮肤传感器值。

当系统包括诸如皮肤清洁设备或皮肤嫩化设备的功能设备时，该设备可以被配置为根据传感器(用于感测光泽度(或皮肤传感器值))的传感器信号执行动作。例如，当达到皮肤光泽度(或皮肤油性)的某个较低或较高阈值时，功能设备可以向用户提供信号，如声音或振动信号。备选地或附加地，功能设备可以根据传感器信号来减少或增加特定动作，诸如根据传感器信号来增加或减少对皮肤的按摩。

术语“上游”和“下游”特别地涉及项或特征相对于来自光产生装置(在此特别地是光源)的光的传播的布置，其中相对于来自光产生装置的光束内的第一位置，更接近光产生装置的光束中的第二位置是“上游”，而离光产生装置更远的光束中的第三位置是“下游”。当光反射到传感器时，射线从皮肤传播到检测器。因此，相对于检测器，基本上在传感器窗口与检测器之间的任何元件都在检测器的上游；相对于光源，光源与传感器窗口之间或光源与皮肤之间的任何元件都在光源的下游。传感器窗口布置在光源的下游，但是可以认为布置在检测器的上游。当光源光传播通过传感器窗口(向皮肤的方向)时，传感器窗口是传感器开口的上游。相对于检测器，传感器窗口是传感器开口的下游(当光向检测器表面的方向传播时)。在使用期间，光源光的一部分穿过传感器，穿过传感器开口并在皮肤处被接收。因此，皮肤经由传感器窗口接收非偏振光源光。在皮肤处反射的光的至少一部分穿过传感器开口、传感器窗口、可选的光学器件，并在检测器表面处被接收。

因此，在又一方面，本发明还提供了一种感测皮肤光泽度的方法，该方法包括利用如本文中所限定的系统向皮肤提供光源光，并利用该系统感测在皮肤处反射的反射光源光。

该方法特别地在传感器在皮肤上的情况下执行，诸如在包括孔的壳体在皮肤上的情况下执行，由此在操作期间在皮肤与检测器或其最后的光学器件之间存在第二距离。

特别地，该方法是非医学方法。特别地，该方法是美容方法。

同样，在又一方面，本发明提供了一种数据载体，在数据载体上存储有程序指令，在由如本文中限定的系统执行该程序指令时，使系统执行如本文中限定的方法。例如，为此目的，系统可以包括处理器。

如上所述，系统可以包括偏振器。偏振器被配置为仅允许一个或多个特定偏振进入检测器。因此，在特定实施例中，传感器包括配置在检测器上游的偏振器。甚至更特别地，偏振器包括(i)分段偏振器和(ii)空间上变化的偏振器中的一个或多个偏振器。这允许特别是当顺序地驱动光源时减小检测器的(旋转)位置的影响。以这种方式，传感器可以根据光源检测反射光。利用偏振器的不同偏振，系统的灵敏度可以更高。特别地，偏振器被配置在传感器窗口的下游。当透镜可用时，偏振器可以配置在透镜的下游(透镜配置在检测器(表面)的上游)，因此偏振器特别地可以接收反射的非偏振光，并在检测器方向上透射偏振光。

因此，在特定实施例中，该设备包括感测模式，其中，光源被配置为顺序地提供光源光。在另一些特定实施例中，检测器可以被配置为顺序地检测由光源顺序生成的反射光源光，并且被配置为生成对应的检测器信号。如上所述，该系统还包括分析系统，该分析系统被配置为根据传感器的传感器信号来生成对应的皮肤传感器值，并且在特定实施例中，其中皮肤传感器值是基于相应的检测器信号的平均值。

在实施例中，分段偏振器包括像素化线栅偏振器，其具有两个或以上的带有不同偏振取向的像素。在此，术语“像素”也可以指代区域。特别地，传感器包括n个光源，诸如四个光源，并且其中分段偏振器包括像素化线栅偏振器，该像素化线栅偏振器具有n个像素，该n个像素的偏振取向彼此垂直，诸如两组两个像素(在四个光源的情况下)。如上所述，n的值特别地为至少2，诸如3或4或更大。

在实施例中，空间上变化的偏振器包括方位角变化的偏振器和径向变化的偏振器中的一个或多个偏振器，这特别地允许更大数目的发射器被配置为彼此非常接近。

在布儒斯特(Brewster)角附近处可以获得最佳结果。因此，在实施例中，传感器被配置为向光源光提供与在第三距离(d3)处的皮肤成入射角(α)的光轴(OL)，其中入射角(α)选自50°-60°的范围，甚至更特别地，其中入射角(α)选自52°-56°的范围。

因此，在本文中，提供了使用来自多个非偏振光发射器的顺序照明的皮肤光泽测量系统和方法，所述多个非偏振光发射器以(基本上)等于布儒斯特角或偏振角的入射角照射皮肤，并且在检测路径中提供分段的或空间上变化的偏振器。

当顺序驱动光源时，可以(因此)获得特别好的结果。由于光源配置在不同的位置处，因此反射行为和偏振行为以及反射光的角度依赖性可以以此方式提供额外的信息(这可能是由于皮肤结构和/或照明的不均匀引起)和/或可以允许减少传感器对皮肤上的旋转位置的依赖性。

因此，在特定实施例中，设备包括感测模式，其中光源被配置为顺序地提供光源光。

例如，传感器的测量频率可以在0.1*n-100*nHz的范围中，其中n是光源的数目。在例如1*n Hz的情况下，每秒钟所有光源都已经连续地照射了皮肤，并且检测器已经(连续地)基于相应的光源测量了可能的反射。

当然，使用多个光源还可以允许寻址两个或以上光源的子集。例如，当四个光源被用于具有两组两个光源时也是可能的，这两个光源被配置为彼此相对(检测器位于其之间)，这两组光源被交替地打开和关闭。

也可以应用这些方法的组合，其中例如随着时间的流逝，这组光源的组成可以改变。例如，在一种模式中，在预定时间期间光源被顺序寻址，并且在随后的预定时间中，光源被成组地寻址。这种模式可以包括这些相应的预定时间的重复。可以使用所有种类的照明方案来进一步创建对皮肤光泽度的更可靠的测量。

检测器信号可以是由相应光源产生的信号的平均值。因此，在又一些实施例中，检测器被配置为顺序地检测由光源顺序生成的反射光源光，并且被配置为生成对应的检测器信号，其中该系统还包括分析系统，其中该分析系统被配置为根据传感器的传感器信号生成对应的皮肤传感器值，并且其中皮肤传感器值是基于相应检测器信号的平均值。因此，特别地检测器信号首先被处理然后被平均。以此方式，检测器信号可以是由相应光源产生的信号的平均值。

如上所述，系统可以包括至少三个光源。另外，如上所述在实施例中传感器具有传感器光轴(O2)，并且其中光源被配置为绕传感器光轴(O2)旋转对称。

在其他特定实施例中，也如上所述，该系统还可以包括分析系统，其中该分析系统被配置为根据传感器的传感器信号生成对应的皮肤传感器值。可以有多种方式来生成传感器信号。即使报道了用于家用应用的许多低成本设备，使用这些设备对光泽度的测量看起来不是定量的，也可能与主观感知和参考设备的测量不相关。用于估计光泽度的方法可以基于对使用非偏振照明获得的相机图像中特定阈值以上的白色像素的数目进行计数。然而，看起来基于白色像素数目的光泽度估计取决于入射光强度水平(及其波动)、阈值和皮肤的光学性质的变化(个体间和个体内的变化)，这是不太期望的。

在下文中，描述了可以提供更可靠结果的一些具体实施例。

因此，在实施例中，特别地系统被配置为利用检测器创建皮肤的图像，其中，皮肤的图像包括其中感测到最大强度的第一区域和在距第一区域第一图像距离处的第二区域，其中第一区域和第二区域不重叠，其中，系统还被配置为基于根据沿着第一区域与第二区域之间的路径的反射光源光的强度来生成皮肤传感器值。该图像可以具有图像面积。第一区域和第二区域可以是图像面积的例如0.05％-30％，诸如0.05％-15％，如0.1％-10％。此外，第一图像距离，即第一区域与第二区域之间的距离，更精确地是这两个区域的边界之间的最短距离，可以至少为第一区域或第二区域的面积大小的量级。通常，第一区域和第二区域可以基本相同。可选地，这些区域也可以不同，但是然后可以应用校正因子。此外，通常这些区域被选择为正方形或矩形，特别是正方形。其中感测到最大强度的区域可以是基本上发生镜面反射的图像的区域，即，光源光像被镜面反射并由检测器检测到的区域。

因此，第一图像距离可以在图像面积的平方根的0.05％-30％的范围中，诸如在图像面积的平方根的0.05％-15％的范围中，如图像面积的平方根的0.1％-10％。特别地，第一区域与第二区域之间的距离是图像面积的平方根的至少5％。注意，图像面积可以不具有固定值，但是例如取决于放大倍数。

此外，注意，术语“创建图像”和类似术语可以不必包括在时间中的某一时刻创建真实图像，而是还可以指代在检测器表面上不同位置处读取检测器的值。

看起来可以从这两个区域和/或这两个区域之间的(直)线或区域中得出的信息可以提供有关光泽度的信息，这可以允许量化皮肤光泽度(包括皮肤油性)，特别是当系统已校准时(另请参见下文)。

因此，在实施例中，系统可以被配置为基于由沿着第一区域与第二区域之间的路径的反射光源光的强度限定的曲线的斜率来生成皮肤传感器值。因此，基于曲线的斜率或曲线的角度，看起来可以产生有用的皮肤光泽度值。

备选地或附加地，该系统可以被配置为基于曲线下方的面积生成皮肤传感器值，该曲线由沿着第一区域与第二区域之间的路径的反射的光源光的强度限定。因此，同样基于曲线下方的面积或曲线的角度，看起来可以产生有用的皮肤光泽度值。路径也可以被指示为直线轨迹或直线。

又备选地或附加地，该系统可以被配置为基于在预定阈值以上的图像的像素的数目来生成皮肤传感器值。因此，基于阈值以上的像素数目，看起来也可以生成有用的皮肤光泽度值。

此外，备选地或附加地，该系统可以被配置为基于分别利用对应的像素强度进行加权的预定阈值以上的图像的像素的数目的平均，来产生皮肤传感器值。因此，基于阈值以上的像素的加权数目，也可以产生有用的皮肤光泽度值。

又备选地或附加地，该系统可以被配置为基于第一区域和第二区域的积分强度之间的关系来生成皮肤传感器值。因此，这些相应比率的镜面反射强度与漫反射强度的比率也可以用于产生皮肤光泽度值。例如，当利用基本镜面反射区域和基本漫反射区域来校准系统时，可以从这些相应比率的镜面反射强度与漫反射强度的比率得出皮肤光泽度参数。

此外，备选地或附加地，系统被配置为在图像中限定二进制的较大对象(“斑点”)，并且其中，系统被配置为基于图像中的二进制较大对象的平均尺寸和最大尺寸来生成皮肤传感器值。因此，基于斑点的数目和/或斑点的尺寸，也可以产生有用的皮肤光泽度值。因此，在该实施例中，不使用白色像素的数目本身，而是限定斑点。因此，也可以为那些斑点限定阈值，例如在特定强度阈值之上的至少k个邻近像素。

在上述实施例中，已经提到了多次校准。特别是对于皮肤光泽度或皮肤油性的定量评估，系统的校准，更精确地说是传感器(因此实际上是检测器)的校准可以是有用的。可以在生产传感器之后进行此校准。备选地或附加地，可以基于示例传感器的一个或多个较早的校准来为每个传感器实施软件校准。校准也可以是测量过程的一部分，也可以定期安排。在特定的实施例中，在生产传感器之后应用一次校准。此外，该系统可以包括控制例程，该控制例程可以基于参考传感器的传感器参数或基于例如信号中的漂移等来更新校准。

在特定实施例中，系统被配置为在平场校正之后根据传感器的传感器信号来生成对应的皮肤传感器值。平场校正是一种用于提高数字成像质量的技术。平场校正特别地用于补偿由照明和检测的不均匀性，检测器的像素到像素灵敏度的变化和/或由光路中的畸变引起的二维图像中的伪像。如上所述，平场校正可以基于利用纯漫散射参考，诸如像Spectralon这样的漫反射标准的测量。基于这样的测量，可以提供平场校正，其可以在任何测量中使用(如本文所述)。

在又一些实施例中，系统被配置为基于检测器的红色、绿色和蓝色通道的相应信号的平均值，根据传感器的传感器信号来生成对应的皮肤传感器值。

附图说明

现在将仅通过示例的方式，参考所附的示意性附图来描述本发明的实施例，在附图中，对应的附图标记指示对应的部件，并且其中：

图1a-图1b示意性地描绘了系统的某些方面；

图2：非偏振光在界面处的反射和透射；

图3：用于照明和检测的可能的偏振方案的示意性表示；

图4a：使用与皮肤接触的出射玻璃窗口在皮肤上进行测量。来自玻璃窗口的重影光斑比从皮肤检测到的光强度要强，因此这不是可行的解决方案；

图4b：光学器件与光面纸之间的防反射涂层玻璃窗口。镜面反射被反射回，然而由于入射角和波长选择性对介电涂层的依赖性，图像看起来呈绿色。

图5：模拟示出了使用距皮肤(左)大于3mm处的玻璃窗口的原型的示意性表示。来自PMMA窗口和皮肤的反射光斑在传感器上(右)；

图6：模拟示出了来自传感器上PMMA窗口的反射后的光斑(Ghost光斑)相对于从皮肤反射的光斑的移位；

图7：针对不同的光泽度值(光泽度～20，40，100a.u.)，S/D比率(反射镜/漫射)对玻璃窗口的玻璃厚度(GT)(0mm-3mm)的依赖性。标记G指示以％(20、40和100％)表示的光泽度；玻璃窗口距皮肤的距离为0.1mm。对于光泽度值为20％，光泽度值在与皮肤相关的范围中的样品，使用厚的玻璃窗口可以最小化重影光斑的影响。在玻璃厚度为0mm时，(因此)没有传感器窗口；

图8：S/D比率对样品的光泽度值(光泽度～0至100a.u.)的依赖性。玻璃窗口距皮肤的距离为0.1mm。对于低光泽度样品，重影光斑的影响更为关键，并且皮肤的光泽度值被期待在此范围(～10-20％光泽度单位)中。在此，标记G指示包括玻璃窗口的设备，标记NG指示没有这种玻璃窗口的设备。此外，x轴上的G指示光泽度(％)；

图9：S/D比率对样品的光泽度值(光泽度0至100a.u.)的依赖性。当样品与皮肤的距离大于2mm时，重影光斑对于所有光泽度样品的影响不太关键；标记G再次指示光泽度(％)，分别为20％，40％和100％。此外，x轴上的d指示皮肤与窗口之间的距离(mm)；以及

图10示意性地描绘了另一实施例。

示意图不一定按比例绘制。

具体实施方式

图1a示意性地描绘了系统1，系统1包括用于测量皮肤参数(选自包含皮肤光泽度和皮肤油性的组中的一个或多个)的传感器100。传感器100包括被配置为提供光源光111的多个空间上分离的光源110，以及被配置在距光源110中的每个光源110第一距离d1处的检测器120。传感器100可以特别地被配置为提供具有光轴OL的光源光111，光轴OL在第三距离d3处与皮肤形成入射角α(选自10-80°的范围)，并且传感器100被配置为检测反射的光源光111。在此，传感器100可以特别地包括至少三个光源110，为了理解仅描绘了两个，其中光源110被配置为提供非偏振(可见)光源光111。第一距离d1可以例如选自10mm-80mm的范围，并且其中检测器120被配置为检测偏振光。虚线S指示皮肤。标记150指示传感器窗口，标记151指示传感器窗口材料。传感器窗口150具有传感器窗口厚度d4，例如选自0.1mm-20mm的范围。

检测器120可以例如包括2D相机101。此外，传感器100可以包括配置在检测器120上游的聚焦透镜102，以及配置在检测器120上游和聚焦透镜102上游(和传感器窗口150下游)的孔103。在实施例中，孔103具有选自0.1mm-0.8mm的范围的直径D1。聚焦透镜可以例如是f 5-15mm，如10mm的透镜。此外，该系统可以包括第二聚焦透镜，该透镜与第一透镜的组合可以为整个系统(参见例如图1A)提供期望的视场和聚焦深度。光源110被配置为提供非偏振的白光源光111。

如图1a所示，系统1还可以包括分析系统2，其中分析系统2配置为根据传感器100的传感器信号生成对应的皮肤传感器值。

分析系统2可以被还包括传感器100的设备包括(也参见图1b)，或者可以被分离的设备包括。图1a还示意性地描绘了这样的实施例，其中系统1包括皮肤护理设备3，其中皮肤护理设备3包括传感器100，以及功能性地耦合到皮肤护理设备3的第二设备200，其中第二设备200包括分析系统2。

传感器100包括开口107。该开口可以特别地是平坦的，即其圆周可以具有基本上平坦的边缘。以这种方式，传感器可以被配置为平置在皮肤上。开口107可以具有可以在约10mm-30mm的范围中的直径D2或等效直径D2。

标记O2指代传感器100的光轴。当传感器100被配置在皮肤上时，该轴可以与皮肤的法线基本重合。

标记TS指示传感器的顶表面。该顶表面可以是平面的表面。标记LB指示直接光阻隔器，其被配置为防止光源的光在没有单次反射的情况下可以到达检测器和/或可以减少尚未被皮肤反射但由传感器的其他内表面反射到达检测器120的光。标记104指代偏振器。

轴O2可以基本上与皮肤的法线重合。

特别地，TS可以指示壳体105的顶表面。顶表面TS可以实际上限定从皮肤到检测器120或到其最后透镜的第二距离d2。在此，顶表面TS包括孔107。孔的开口尺寸也可以指示为视场(FOV)。视场在此也用标记FV指示。视场(FOV)可以限定为检测器可以通过其收集入射辐射的角度范围。注意，开口或容纳孔107可以是圆形的，但是也可以是正方形或矩形的，或者可以具有另一形状。标记FVA指示视场角。标记TT指示总轨迹，该总轨迹是从孔107(即，操作期间从皮肤)到承载光源110的支撑件的顶侧的距离，正如应用通常的固态光源(诸如LED)的情况中，该距离与到光源110的顶部的距离基本相同。总轨迹可以在10mm-200mm的范围中，诸如在10mm-80mm的范围中，诸如例如在10mm-30mm的范围中，或在40mm-200mm的范围中，如在40mm-80mm的范围中。总轨迹TT大于第二距离d2。检测器120和可选光学器件的高度可以在约1mm-50mm的范围中，诸如1-20mm。从图中可以得出，当传感器100被配置在皮肤上时，第二距离d2被保证。因此，传感器100可以包括距离保持器，诸如壳体105(如图所示)，或者可选地包括壳体和单独的距离保持器。如上所述，可见的光源光111特别地是非偏振的。因此，光源光111特别地是非偏振光源光。注意，传感器100的光轴O2和检测器120的光轴可以基本重合。此外，传感器的光轴O2和所有光源110的净光轴可以重合。

通常，距离d2可以被定义为将要定位在皮肤上的孔与检测器或从检测器看到的其最后的光学器件之间的距离。

参照图1a(以及图5)，光源不直接在传感器窗口的后面或在开口107的后面。因此，特别地光源与传感器的光轴O2之间的距离大于传感器窗口150的边缘到光轴O2的距离。同样，特别地光源与传感器的光轴O2之间的距离大于开口107的边缘到光轴O2的距离。在特定实施例中，光源与传感器的光轴O2之间的距离大于传感器窗口150的等效直径的一半。在其他特定实施例中，光源与传感器的光轴O2之间的距离大于开口107的等效直径的一半。注意，在本文示意性描绘的实施例中，开口107的边缘到光轴O2的距离(通常)将(基本上)等于传感器窗口150的边缘到光轴O2距离。

光源的光轴可以被限定为可以从开口107逸出的光源光的光束的光轴。如图1a和图5所示，该光束可以具有另一形状，然后由光源生成的光束作为光的一部分可以在壳体处反射，并且可选地，在(多次)反射之后，还经由开口107射出。

特别地以这样的方式定位和计算距离d2和传感器窗口的厚度d4以避免从传感器窗口到检测器的直接镜面反射。

图1b示意性地描绘了系统1的实施例，其中系统1包括诸如皮肤清洁设备、皮肤再生设备之类的皮肤护理设备3，其中皮肤护理设备3包括传感器100和分析系统2。皮肤护理设备3可以包括指示单元IU和/或用户界面UI。标记FA指示功能区域，诸如可以用于按摩或皮肤去角质的区域。

当非偏振光被皮肤表面反射时，反射光的偏振性质取决于照明角度(图2)。对于反射和透射很重要的两个正交线性偏振状态称为p偏振和s偏振。P偏振光(平行光)具有平行于入射平面偏振的电场，而s偏振光(垂直光)垂直于入射平面。标记N指示法线(相对于表面)，标记PI指示入射面。此外，标记SK指示入射表面，诸如皮肤表面。标记S和P指示偏振。

对于等于0°或90°的照明角度，反射的光将是非偏振的；对于在0°与90°之间的照明角度，反射的光将是部分偏振的(优选地是S偏振)；对于等于偏振角或布儒斯特(Brewster)角的一个照明角度，反射的光将是平面偏振的(S)。

具有平行于入射平面(P)的电场的光的反射系数变为零，并且反射的光在该角度处线性偏振，其中其电场矢量垂直于入射平面(S)的入射角(0°和90°)被称为偏振角或布儒斯特角。偏振角或布儒斯特角(θB)可以基于菲涅耳方程计算。菲涅耳方程预测，如果入射角为θ_B＝1/tan(n₂/n₁)，则p偏振光(电场与入射射线和表面法线在同一平面中偏振)将不会被反射，其中n1是光传播通过的初始介质(“入射介质”)的折射率，n2是另一介质的折射率。对于空气中(n1≈1)的玻璃介质(n2≈1.5)，可见光的布儒斯特角约为56°。对于本发明中公开的光学布局，光入射在空气-皮肤界面处，并且布儒斯特角约为54°。优选范围是50°-60°。

因此，在实施例中，可以使用检测路径中分段的(针对较小数目的发射器，最多四个至八个)或空间上变化的偏振器(针对较大数目的发射器，例如大于12个)。特别地，分段的数目等于发射器的数目。

当照明角度在0°-90°之间时，可以通过在相机之前使用S偏振器对该分量进行滤波，从而增强测量光泽度的对部分偏振(优选地是S偏振)的反射的反射镜光的检测。在使用多个光源的照明方案的情况下，可以使用分段的偏振器或空间上变化的偏振器。

因此，除此以外，本文中提出使用较少取决于传感器的旋转角度的相机系统和方法来定量测量皮肤光泽度。所提出的发明(在其他实施例中)可以基于使用来自3个以上光源的顺序照明(非偏振照明)和使用单个低成本相机传感器的顺序检测(偏振检测)。基于根据沿不同方向拍摄的多个独立图像估计的像素的平均数目来估计光泽度值。相机原型的光学布局的示意性表示如图1所示。用于估计光泽度值的图像处理方法(算法)可以基于白色像素的数目，也可以基于归一化到平场校正之后的最大值的沿光轴的像素的强度变化的斜率，但其他选项也是可能的(另请参见下文)。

根据在Spectralon上对体外皮肤和体内测得的实验数据，我们举例说明了由于使用采用对称地放置在环形照明配置中(图3)的三个以上发射器(N＝3的三角形配置和N＝4的矩形配置等)的顺序照明，可以最小化因与使用单个发射器相关联的旋转相关效应而导致的光泽度的低估。当同时使用多个发射器时，光泽度值取决于旋转角度和效应，旋转角度和效应主要由来自多个发射器的强度分布重叠的区域中的白色像素数目造成。在此，A，B和C指示以环形配置布置的光源。

对于家用应用，特别是在如浴室的环境中，期望该传感器是防水且无污染的。这可以通过使用屏蔽整个照明和检测光学器件的透明玻璃窗口来实现。通常，在诸如皮肤镜的皮肤传感器中，玻璃窗口被放置与皮肤接触。然而，当玻璃窗口与皮肤接触使用时，传感器信号将由玻璃窗口的两个界面(空气-玻璃和玻璃-空气界面)的菲涅耳反射引起的“重影光斑”主导。此重影光斑不携带任何来自样品(皮肤)的信息，这就是我们所谓的“不必要的反射”。对于给定的照明条件，因为与皮肤产生的有效反射相比，玻璃-空气界面的反射系数更高，因此，重影光斑预计比从皮肤反射的光更强。除此之外，来自玻璃的重影光斑可能会干扰并且可能与来自皮肤的信号重叠，从而导致对皮肤油脂/光泽度含量的较差估计。

测试了以下解决方案以解决由重影光斑引起的此问题：

1.在传感器顶部上的与皮肤接触的玻璃窗口(图4a)。

2.倾斜窗口：该解决方案可以在使用一个或两个发射器的传感器中工作，其中可以针对两个发射器优化倾斜度。然而，该解决方案在使用三个以上发射器用于照明的系统中不是最佳的。

3.防反射涂层：防反射涂层在如此宽的照明角度范围处不起作用，特别是在与宽带光源结合使用时(图3)。在高光纸上使用AR涂覆(介电性涂层)的玻璃，以测试重影镜面反射是否在传感器之外。我们观察到，由于波长截止频率(通常约为700nm)，传感器的灵敏度将偏移到较低的波长，并且将降低红色灵敏度，并且所得到的图像(图4b)将看起来呈绿色，因此不是针对这个问题的潜在解决方案。

其中，本发明提出了一种用于测量皮肤特性的低成本的防水且无污染的传感器。所提出的发明基于使用透明窗口，该透明窗口优选地具有大于3mm的厚度并且在距皮肤若干毫米的距离(优选地大于3mm)处。该解决方案使得来自窗口的菲涅耳反射(不需要的重影光斑(在图5中利用标记GS指示))与从皮肤反射的强度(图5)相比远离传感器。在优选的实施例中，透明窗口使用粗糙的表面，使得来自气体-玻璃界面的菲涅耳反射光分布在一定范围的角度中，以使得显著降低由重影光斑引起的有效影响。模拟计算了光度和辐射量，以执行完整的照明和检测分析。模拟中使用的系统的光学布局基于开发用于测量油腻度/光泽度的原型的配置。模拟中使用的相机原型和系统布局的示意性表示如图5所示。图6中描绘了根据窗口户到皮肤的距离的结果。明显的是，随着窗口距皮肤的距离的增加，重影光斑GS远离从皮肤反射的斑点移动。

图7-图9示出了针对不同配置的针对具有不同光泽度值的样品获得的相机传感器上的强度分布以及对应的强度图。镜面反射强度与漫反射强度的比率被估计为以下参数的函数：玻璃窗口的厚度、与皮肤的距离、以及具有对于漫反射标准(Gloss～0a.u.)的一定范围的光泽度值的样品(反射镜(Gloss～100a.u.))。

图10示意性地描绘了一个实施例，其中传感器窗口150包括中心部分152和外围部分153。检测器120的光轴O2和光源光的光轴OL穿过中心部分152。外围部分153包括防眩元件160。中心部分基本上不包括这种防眩元件。传感器窗口150包括上游面154和下游面155。外围部分153中的上游面154和下游面155中的一个或多个可以具有这样的防眩元件，特别地具有选自40mm-500nm范围的均方根表面粗糙度。

术语“多个”指代两个或以上。

本领域技术人员将理解本文中的术语“基本上”，诸如“基本上由...组成”。术语“基本上”还可以包括具有“全部”，“完全”，“全部”等的实施例。因此，在实施例中，基本上也可以去除形容词。在适用的情况下，术语“基本上”也可以涉及90％或更高，诸如95％或更高，特别地99％或更高，甚至更特别地99.5％或更高，包括100％。术语“包括”还包括其中术语“包括”指的是“由...组成”的实施例。术语“和/或”特别地涉及在“和/或”之前和之后提及的项中的一个或多个项。例如，短语“项1和/或项2”和类似的短语可以涉及项1和项2中的一个或多个项。术语“包括”在一个实施例中可以指代“由……组成”，但是在另一实施例中也可以指代“至少包含所限定的种类并且可选地包括一个或多个其他种类”。

此外，说明书和权利要求书中的术语第一、第二、第三等用于在相似的元件之间进行区分，而不必用于描述顺序或时间次序。应当理解，如此使用的术语在适当的情况下是可互换的，并且本文中描述的本发明的实施例能够以不同于本文中描述或图示的其他顺序来操作。

本文中的设备是其中描述的操作期间的设备。如本领域技术人员将清楚的那样，本发明不限于操作方法或操作中的设备。

应当注意，上述实施例说明而不是限制本发明，并且本领域技术人员将能够在不脱离所附权利要求的范围的情况下设计许多备选实施例。在权利要求中，放置在括号之间的任何参考符号不应被解释为对权利要求的限制。动词“包括”及其词形变化的使用不排除权利要求中阐述的元件或步骤之外的元件或步骤的存在。除非上下文清楚地另外要求，否则在整个说明书和权利要求书中，词语“包括”，“包含”等应理解为包含性含义，而不是排他性或穷举性含义；也就是说，以“包括但不限于”的含义。元件前的冠词“一”或“一个”不排除存在多个这样的元件。本发明可以借助于包括若干个不同元件的硬件的手段以及借助于适当编程的计算机的手段来实现。在列举若干个装置的设备权利要求中，这些装置中的若干个装置可以由一项相同的硬件来体现。在互不相同的从属权利要求中记载某些措施的事实并不指示不能有利地使用这些措施的组合。

本发明还提供了一种控制系统，该控制系统可以控制该装置、设备或系统，或者可以执行本文中描述的方法或过程。另外，本发明还提供一种计算机程序产品，当在功能性地耦合到或被包括在该装置或设备或系统中的计算机上运行时，该计算机程序产品控制这样的装置或设备或系统中的一个或多个可控元件。

本发明还应用到一种设备，该设备包括说明书中描述的和/或附图中示出的特性化的特征中的一个或多个特征。本发明还涉及一种方法或过程，其包括说明书中描述的和/或附图中示出的特性化的特征中的一个或多个特征。

可以组合本专利中讨论的各种方面以便提供额外的优点。此外，本领域技术人员将理解，可以组合实施例，并且也可以组合两个以上的实施例。此外，特征中的某些特征可以构成用于一个或多个分区应用程序的基础。

Claims

1.一种用于皮肤的系统(1)，包括用于测量皮肤参数的传感器(100)，所述传感器(100)包括

(i)多个空间上分离的光源(110)，所述多个空间上分离的光源(110)被配置为提供光源光(111)，以及

(ii)被配置在距所述光源(110)中的每个光源(110)第一距离(d1)处的检测器(120)，其中所述第一距离(d1)选自5mm-80mm的范围，其中所述传感器(100)包括至少三个光源(110)，其中所述光源(110)被配置为提供非偏振光源光(111)，

其中所述传感器(100)还包括

(iii)在从所述光源(110)传播的光束的下游、和所述检测器(120)的在该光束的上游的传感器开口(107)，所述传感器开口(107)用于将所述光源光(111)传播出所述传感器(100)之外，并用于使反射的传感器光(111)进入所述传感器(100)中，以及

(iv)传感器窗口(150)，所述传感器窗口(150)由透射所述光源光(111)的材料(151)构成，所述传感器窗口(150)被配置在从所述光源(110)传播的光束的下游，所述传感器窗口(150)被配置在所述传感器开口(107)的在该光束的上游，以及所述传感器窗口(150)被配置在所述检测器(120)的在该光束的上游，所述传感器窗口(150)到所述传感器开口(107)的第二距离(d2)至少为3mm。

2.根据权利要求1所述的系统(1)，其中所述第二距离(d2)为至少4mm。

3.根据前述权利要求中的任一项所述的系统(1)，其中所述第二距离(d2)选自4mm-10mm的范围，其中所述传感器开口(107)具有选自1mm-20mm的范围的等效圆直径，并且其中所述传感器窗口(150)具有选自0.1mm-20mm范围的传感器窗口厚度(d4)。

4.根据前述权利要求1至2中的任一项所述的系统(1)，其中所述第一距离(d1)选自8mm-14mm的范围，并且其中所述传感器(100)被配置为提供具有相对于所述检测器(120)的传感器光轴线(O2)处于角度(α)的光轴线(OL)的所述光源光(111)，其中所述角度(α)选自20°-60°的范围。

5.根据前述权利要求1至2中的任一项所述的系统(1)，其中所述材料(151)选自包含玻璃和聚甲基丙烯酸甲酯的组。

6.根据前述权利要求1至2中的任一项所述的系统(1)，其中所述传感器窗口(150)包括中心部分(152)和外围部分(153)，其中所述检测器(120)的光轴线(O2)穿过所述中心部分(152)，并且其中所述外围部分(153)包括防眩元件(160)。

7.根据权利要求6所述的系统(1)，其中所述传感器窗口(150)包括上游面(154)和下游面(155)，其中，所述外围部分(153)中的所述上游面(154)和所述下游面(155)中的一个或多个具有选自40nm-500nm的范围的均方根表面粗糙度。

8.根据权利要求6所述的系统(1)，包括表面特征(161)，其中所述表面特征具有选自40nm-100μm范围的平均横截面等效圆直径，并且其中相邻表面特征(161)之间的平均距离等于或小于所述平均横截面等效圆直径的五倍。

9.根据前述权利要求1至2中的任一项所述的系统(1)，其中所述检测器(120)被配置为检测偏振光，其中所述传感器(100)包括偏振器(104)，所述偏振器(104)被配置在从所述检测器(120)的所述光源(110)传播的光束的上游，并且其中所述偏振器(104)包括(i)分段偏振器以及(ii)空间上变化的偏振器中的一个或多个偏振器。

10.根据前述权利要求1至2中的任一项所述的系统(1)，其中所述检测器(120)包括2D相机，其中所述传感器(100)还包括聚焦透镜(102)以及孔(103)，所述聚焦透镜(102)被配置在从所述检测器(120)的所述光源(110)传播的光束的上游，所述孔(103)被配置在所述检测器(120)的在该光束的上游和所述聚焦透镜(102)的在该光束的上游，其中所述孔(103)的直径(D1)选自0.1mm-0.8mm的范围，并且其中所述光源(110)被配置为提供非偏振的白光源光(111)。

11.根据前述权利要求1至2中的任一项所述的系统(1)，其中所述系统(1)还包括分析系统(2)，其中所述分析系统(2)被配置为根据所述传感器(100)的传感器信号生成对应的皮肤传感器值。

12.根据权利要求11所述的系统(1)，其中所述系统(1)包括感测模式，其中所述光源(110)被配置为顺序地提供所述光源光(111)，其中所述检测器(120)被配置为顺序地检测由所述光源(110)顺序地生成的反射光源光(111)，并且所述检测器被配置为生成对应的检测器信号，并且其中所述皮肤传感器值基于相应检测器信号的平均值。

13.根据前述权利要求1至2中的任一项所述的系统(1)，其中所述传感器(100)具有传感器光轴线(O2)，并且其中所述光源(110)被配置为围绕所述传感器光轴线(O2)旋转对称，并且其中所述传感器(100)被配置为提供具有相对于所述检测器(120)的传感器光轴线(O2)处于角度(α)的光轴线(OL)的所述光源光(111)，所述角度(α)选自10°-80°的范围。

14.一种感测皮肤参数的方法，所述方法包括利用根据前述权利要求中的任一项所述的系统(1)向皮肤提供光源光(111)，并且利用所述系统(1)感测在所述皮肤处反射的被反射的所述光源光(111)。

15.一种数据载体，在所述数据载体上存储有程序指令，所述程序指令在由根据前述权利要求1至13中的任一项所述的系统(1)执行时使所述系统(1)执行根据权利要求14所述的方法。