DE3636305A1 - Verfahren zur untersuchung der oberflaeche einer probe und vorrichtung zur durchfuehrung dieses verfahrens - Google Patents
Verfahren zur untersuchung der oberflaeche einer probe und vorrichtung zur durchfuehrung dieses verfahrensInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Untersuchung der
Oberfläche einer Probe und eine Vorrichtung zur Durchführung
dieses Verfahrens.
Das erfindungsgemäße Verfahren dient insbesondere zur Unter
suchung des Hautzustandes. Dies ist insbesondere im
Bereich der Kosmetik wichtig, da es häufig erforderlich ist,
die Wirkung eines Produkts auf die Haut zu untersuchen. Dies
trifft beispielsweise bei Produkten zu, die dazu dienen,
Falten weniger deutlich sichtbar werden zu lassen bzw. zu
beseitigen.
Es ist bekannt, zur Untersuchung des Hautzustandes
einen Abdruck der interessierenden Hautzone anzufertigen.
Dazu setzt man ein Produkt ein, das einen weichen Film bildet und
ein Negativbild der zu untersuchenden Zone liefert. In
einigen Fällen kann man dann einen Gegen-Abdruck anfertigen.
Dabei setzt man ein härteres synthetisches Material ein, das
man auf den ersten Abdruck aufbringt bzw. gießt. Man erhält
so das Positivbild der zu untersuchenden Zone. Dieser Ab
druck bzw. dieser Gegen-Abdruck stellt eine Probe dar, die
man auf eine Beobachtungsvorrichtung legt, welche mit einer
Lichtquelle ausgestattet ist, deren Achse schräg zur Mittel
ebene der Probe verläuft. Man erzeugt so auf der Seite jeder
Erhöhung der Probe, die der Lichtquelle gegenüberliegt, eine
Schattenzone, die das Relief der zu untersuchenden Zone gut
sichtbar werden läßt. Die Schwierigkeit bei einem derartigen
Verfahren liegt darin, daß man in der Schattenbildzone nichts
erkennen kann, so daß ein Teil der Erhöhungen der Probe bei
dieser Art der Beleuchtung nicht sichtbar gemacht werden
können. Verläuft außerdem die Mittellinie einer Erhöhung im
wesentlichen parallel zur Beleuchtungsachse, dann wird über
haupt kein Schattenbild erzeugt. Diese Erhöhung wird somit
im beleuchteten Bereich der Probe nicht zufriedenstellend
sichtbar gemacht. Selbst in dem Fall, daß man eine Probe
mit einer zweiten Lichtquelle beleuchtet, welche identisch
zu der ersten Lichtquelle ist, jedoch in einer anderen
Richtung orientiert ist, dann ist das erzielte Ergebnis eben
falls nicht zufriedenstellend, denn, wenn man nun dasjenige
erkennen kann, das sich zuvor in der Zone mit dem Schatten
bild befand, dann wird im Gegenteil das Abbild des Reliefs
bzw. der Erhöhung beträchtlich abgeschwächt und teilweise
sogar unterdrückt, so daß die Höhe der Erhebungen nicht mehr
gemessen werden kann.
Die Auswertung der Betrachtung einer
die zuvor beschrieben beleuchteten Probe kann visuell,
beispielsweise binokular, oder mit einem Bildanalysator vor
genommen werden, wobei letzterer im Beobachtungsfeld fest
legt, ob es sich im Bezug auf eine Beleuchtungsstufe um eine
Schattenzone oder um eine beleuchtete Zone handelt. Bei jeder
Schattenzone vermißt man die Oberfläche des Schattens sowie
die Länge dieser Oberfläche im wesentlichen senkrecht zur
Beleuchtungsachse ("Intercept" genannt) und berechnet daraus
die mittlere Größe der Schattenzone, wobei man annimmt, daß
diese im wesentlichen rechteckig ist. Da man die Neigung der
Beleuchtungsachse bezüglich der Mittelebene der Probe kennt,
kann man daraus die Höhe der entsprechenden Erhöhung (bzw.
des Reliefs) berechnen. Handelt es sich bei der Probe um das
Negativbild einer Haut, dann entspricht die Höhe einer Er
hebung der Probe der Tiefe einer Falte.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren
bereitzustellen, mit dem die oben beschriebenen Nachteile
der bekannten "Betrachtungsverfahren" vermieden werden, wobei
es insbesondere möglich sein soll, die Erhöhungen auf der
gesamten Oberfläche der Probe beobachten zu können, ohne
dabei die Vorstellung von der Erhöhung zu verlieren. Dies heißt mit
anderen Worten, daß es mit Hilfe des erfindungsgemäßen Ver
fahrens möglich sein soll, in den Schattenbildzonen die Er
höhungen zu beobachten und die Höhe und die Länge der Er
höhungen bzw. der Reliefs vermessen zu können. Wendet man
dieses Verfahren auf dem Gebiet der Kosmetik an, dann kann
man als Probe entweder eine Hautzone einer lebenden Person
oder ein Abbild einer derartigen Hautzone verwenden, welche
auf an sich bekannte Weise mit Hilfe eines Abdrucks oder
eines Gegen-Abdrucks erhalten wurde. Um die Anzahl und die
Ausdehnung von Falten oder Fältchen zu vermessen, ist es im
allgemeinen bevorzugt, einen Abdruck zu beobachten, der ein
Negativbild der zu untersuchenden Hautzone darstellt.
Die Erfindung betrifft somit ein Verfahren zur Unter
suchung der Oberfläche einer Probe, wobei man die Probe mit
mindestens zwei Lichtquellen beleuchtet, welche Licht unter
schiedlicher Farbe emittieren, wobei diese Lichtquellen be
stimmte, zur Mittelebene der Probe geneigt angeordnete Be
leuchtungsachsen besitzen. Dadurch liefert jede Lichtquelle
eine Schattenzone,welche einen Eindruck von dem Relief bzw.
den Erhöhungen vermittelt. Dabei werden jedoch die von einer
der Lichtquellen hervorgerufenen Schattenzonen schräg von
der oder den anderen Lichtquelle(n) derart beleuchtet, daß
die Erhöhungen bzw. die Reliefs in den Schattenzonen für das Auge sichtbar und
analysierbar bleiben, wobei letzteres insbesondere für einen
Farbanalysator zutrifft. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren
ist es somit möglich, ohne den "Eindruck" von dem Relief zu
zerstören, eine komplette Ansicht des gesamten beleuchteten
Bereichs der Probe zu erhalten. Mit dem erfindungsgemäßen
Verfahren ist es somit möglich, die Erhöhungen in dem ge
samten beleuchteten Feld zu vermessen, wohingegen früher die
Anwendung einer einzigen Lichtquelle, die im allgemeinen
weißes Licht emittiert, nur die Beobachtung der beleuchteten
Zonen ermöglichte, während die Schattenzonen nun nach einer
Änderung der Position der Beleuchtungsachse bezüglich der
Probe untersucht werden konnten. Dadurch war eine größere
Anzahl von aufeinanderfolgenden Beobachtungen erforderlich.
Gegenstand der Erfindung ist somit ein Verfahren zur Unter
suchung der Oberfläche einer Probe, wobei man die Oberfläche
mit mindestens zwei Lichtquellen beleuchtet, welche Licht
mit unterschiedlicher Wellenlänge emittieren, das dadurch
gekennzeichnet ist, daß man die Oberfläche der Probe zur
Erzeugung von Schattenbildern, welche die Erhöhungen heraus
treten lassen, in einer zur Mittelebene der beobachteten Zone ge
neigten Richtung beleuchtet und daß die beiden Lichtquellen
unterschiedliche Beleuchtungsachsen besitzen.
Bei einer ersten Ausführungsform setzt man Lichtquellen ein,
deren Wellenlängenbereich eng um eine mittlere
Wellenlänge verteilt ist, wobei die mittleren Wellenlängen
der verschiedenen Lichtquellen unterschiedlich sind. Diese
Quellen können von einer weißen Lichtquelle abstammen, wo
bei in diesem Fall ein Farbfilter dazwischen geschaltet ist.
Bei einer zweiten Ausführungsform setzt man monochromatische
Lichtquellen ein, beispielsweise schwache Laser.
Vorteilhafterweise setzt man Lichtquellen ein, deren
emittierte Wellenlängen den Primärfarben, d.h. rot, grün
oder blau entsprechen. Trotzdem kann man auch Quellen ein
setzen, deren emittierte Wellenlängen den einer Primär
farbe entsprechenden Farben entsprechen, dies heißt bei
spielsweise gelb (Komplementärfarbe zu blau), purpur
(Komplementärfarbe zu grün) oder blaugrün (Komplementär
farbe zu rot).
Zur Beleuchtung der Probe kann man auch zwei oder drei
Lichtquellen (bzw. Beleuchtungsquellen) und insbesondere
drei Lichtquellen einsetzen, welche einen roten, grünen
bzw. blauen Lichtstrahl liefern. Es ist jedoch auch möglich,
zwei Lichtquellen einzusetzen, von denen eine ein Licht
einer Primärfarbe emittiert, während die andere ein Licht
mit einer Farbe emittiert, das zu der zuvor genannten Farbe
komplementär ist. Um sicherzustellen, daß die Probe gut be
leuchtet ist, wählt man Beleuchtungsachsen, deren Winkel
zueinander in Bezug auf die Probe verhältnismäßig groß ist.
Man geht insbesondere so vor, daß die Beleuchtungsachsen
von zwei benachbarten Quellen einen Winkel von 60 bis 180°
bilden.
Zum besseren Verständnis der mit dem erfindungsgemäßen Ver
fahren erhaltenen Ergebnisse wird dieses anschließend unter
Verwendung einer grünen und einer roten Lichtquelle be
schrieben, die symmetrisch bezüglich der im Zentrum der
Probe befindlichen Normalen angeordnet sind. In diesem Fall
beleuchtet das grüne Licht alle diejenigen Flächen der Er
höhungen, die sich auf der Seite der grünen Lichtquelle
befinden, wobei die gegenüberliegenden Seiten dieser Reliefs
bzw. Erhöhungen im Schatten gelassen werden. Im Gegensatz
dazu beleuchtet das rote Licht diejenigen Zonen, die sich
im Schatten des grünen Lichtes befinden. Die Zonen, die von
den beiden Lichtquellen beleuchtet werden, erscheinen gelb,
da diese Farbe aus dem roten und dem grünen Licht resultiert.
Betrachtet man eine längliche Erhöhung, die einem Abdruck
einer Falte von einer Hautprobe entspricht, dann erscheint
der obere Grat gelb,während die eine Seitenfläche der beiden
Seitenflächen der Erhöhung grün und die andere rot erscheint.
Man kann somit die gesamte Probe in einem Beobachtungsschritt
untersuchen. Das Ergebnis läßt sich noch verbessern, wenn
man zur oben beschriebenen Vorrichtung eine Lichtquelle mit
blauem Licht zufügt, deren Beleuchtungsachse beispielsweise
in derjenigen Ebene angeordnet ist, zu der die beiden zuvor
genannten Lichtquellen symmetrisch angeordnet sind. In
diesem Fall erkennt man diejenigen Erhöhungen, die parallel
zur Ebene der roten und blauen Beleuchtungsachsen angeordnet
sind, an den dem blauen Licht entsprechenden Schatten
bildern. Das so erhaltene Abbild kann mit Hilfe eines
Farbanalysators analysiert werden, der an jedem Bildpunkt
die an diesem Punkt empfangene Menge an rotem, grünem und
blauem Licht bestimmt, woraus man die gesamte Kartographie
der Probe ableiten kann. Es versteht sich, daß diese
Karthographie umso genauer ist, je schmaler der von jeder
Lichtquelle emittierte Wellenlängenbereich ist. Sehr gute
Ergebnisse erzielt man mit monochromatischem Licht.
Gegenstand der Erfindung ist auch eine Vorrichtung zur Durch
führung des oben beschriebenen Verfahrens. Diese Vorrichtung
ist dadurch gekennzeichnet, daß sie einerseits einen Proben
halter aufweist, der von mindestens zwei Lichtquellen mit
unterschiedlichen Wellenlängen beleuchtet wird, deren Be
leuchtungsachsen mit dem Halter einen spitzen Einfallswinkel
bilden, wobei die Beleuchtungsachsen der Quellen unter
schiedlich angeordnet sind, und andererseits ein Be
obachtungssystem für die auf dem Halter befindliche Probe
aufweist.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform arbeitet das Be
obachtungssystem mit einer Fotografiervorrichtung, einem
Farbanalysator, einem Videosystem oder einem optischen
System zur visuellen Untersuchung zusammen. Der Halter
kann bezüglich der Beleuchtungsquellen kippbar angeordnet
sein, damit man für die Probe den besten Winkel bezüglich
der eingesetzten Lichtquellen einstellen kann, insbesondere
in Abhängigkeit von den auf dieser Probe befindlichen
Erhöhungen. Die Erfindung wird im folgenden anhand der
Zeichnungen näher erläutert, die eine bevorzugte Aus
führungsform darstellen.
Von den Zeichnungen zeigen:
Fig. 1 eine Aufsicht auf eine erfindungsgemäße
Vorrichtung und
Fig. 2 einen Schnitt entlang der Linie II-II
der Fig. 1, wobei das Beobachtungssystem
senkrecht zur Probe angeordnet ist.
Die in den Zeichnungen gezeigte Vorrichtung besteht aus
einem Sockel 1, der auf Füßen 2 auf einer Trägerplatte
ruht. Der Sockel 1 ist eine kreisförmige Platte, die in
ihrem Zentrum einen gleichfalls kreisförmigen Probenhalter
3 aufweist, auf den man die zu untersuchende Probe 4 legt.
Diese Probe 4 stellt einen von einer Hautzone angefertigten
Abdruck dar, wobei es sich bei diesem Abdruck um das
Negativbild der zu untersuchenden Hautzone handelt. Der
Sockel 1 besitzt drei Lichtquellen 5 a, 5 b, 5 c, die jeweils
aus einer weißglühenden Lampe bestehen, die mit einem Farb
filter ausgestattet ist. Die Lichtquellen 5 a, 5 b, 5 c
emittieren jeweils im roten, grünen und blauen Bereich. Der
Halter 3 (bzw. die Halteplatte) kann sich bezüglich des
Sockels 1 derart drehen, daß die Probe 4 in Bezug auf die
drei Beleuchtungsquellen 5 a, 5 b, 5 c am besten ausgerichtet
wird. Die drei Lichtquellen sind unterhalb des Sockels
1 fixiert, wobei die emittierten Strahlen in vertikaler
Richtung emittiert werden. Diese Strahlen durchqueren den
Boden 1 durch kreisförmige Öffnungen 7. Senkrecht über
letzteren sind Spiegel 6 a, 6 b, 6 c angeordnet.
Diese Spiegel werden durch Arme 8 a, 8 b, 8 c gehalten. Ihre
Neigung kann geändert werden. Die Neigung dieser drei
Spiegel wird derart eingestellt, daß die von den drei
Lichtquellen emittierten Lichtstrahlen bzw. Lichtbündel
auf der Probe 4 zusammentreffen. Die Stellung der Halte
arme 8 a, 8 b und 8 c ist derart, daß die drei Lichtstrahlen,
die auf die Probe treffen, in äquidistanten Winkeln zuein
ander angeordnet und auf demselben Kegel angeordnet sind,
der als Achse die im Zentrum der Probe befindliche Normale
besitzt.
Senkrecht zu der Probe ist ein Beobachtungssystem angeordnet,
beispielsweise ein optisches System. Das System 9 kann mit
einem Farbanalysator 10 ausgestattet sein, mit dem an
jedem Punkt der Probe die Menge an rotem, grünem und blauem
Licht gemessen wird, die auf diesen Punkt auftritt. Der
Einfallswinkel auf die Probe 4 der drei von den drei
Quellen 5 a, 5 b, 5 c abgegebenen zylindrischen Lichtbündel
beträgt beispielsweise 30°; dies heißt, daß die Achse des
Bündels einen Winkel von 30° mit der Mittelebene der Probe
bildet.
Mit einer derartigen Vorrichtung ist es möglich, alle Er
höhungen einer Probe, in welcher Richtung sie auch immer
orientiert sein mögen, mit einer Beobachtung zu lokalisieren
und die Höhe dieser Erhöhungen und ihre Länge mit Hilfe
eines Farbanalysators zu vermessen.
Führt man eine visuelle Beobachtung durch, indem man den
Bildanalysator 10 durch eine optische Vorrichtung ersetzt,
dann sieht man ein gefärbtes Abbild der Probe, wobei die
Färbung entlang den Zonen variiert und dem Beobachter eine
perfekte Darstellung des Reliefs der beobachteten Zone
liefert, wobei dies davon unabhängig ist, wie die aus der
Mittelebene hervorragende Teile orientiert sind.
Das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße
Vorrichtung finden insbesondere in der Kosmetik Anwendung,
wenn man versucht, den Einfluß eines Behandlungsproduktes
auf die Haut festzustellen. Dies gilt insbesondere für die
Untersuchung von Falten und Fältchen einer Hautzone.
Claims (14)
1. Verfahren zur Untersuchung der Oberfläche einer Probe,
wobei man die Oberfläche mit mindestens zwei Lichtquellen
beleuchtet, welche Licht mit unterschiedlicher Wellen
länge emittieren,
dadurch gekennzeichnet, daß man
die Oberfläche der Probe zur Erzeugung von Schattenbildzonen, welche die Erhöhung hervortreten lassen, in einer zur Mittelebene der beobachteten Zone geneigten Richtung beleuchtet und
die beiden Lichtquellen so anordnet, daß sie unterschied liche Beleuchtungsachsen besitzen.
dadurch gekennzeichnet, daß man
die Oberfläche der Probe zur Erzeugung von Schattenbildzonen, welche die Erhöhung hervortreten lassen, in einer zur Mittelebene der beobachteten Zone geneigten Richtung beleuchtet und
die beiden Lichtquellen so anordnet, daß sie unterschied liche Beleuchtungsachsen besitzen.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man
Lichtquellen einsetzt, deren Wellenlängenspektrum eng
um eine mittlere Wellenlänge verteilt ist, wobei die
mittleren Wellenlängen der verschiedenen Lichtquellen
unterschiedlich sind.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
man monochromatische Lichtquellen einsetzt.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch
gekennzeichnet, daß man Lichtquellen einsetzt, deren
emittierte Wellenlängen den Primärfarben rot, grün
oder blau entsprechen.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge
kennzeichnet, daß man Lichtquellen einsetzt, deren
emittierte Wellenlängen den Komplementärfarben einer
Primärfarbe entsprechen.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch ge
kennzeichnet, daß man zwei oder drei Lichtquellen ein
setzt.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge
kennzeichnet, daß man zwei Lichtquellen einsetzt, von
denen eine ein Licht einer Primärfarbe emittiert,
während die andere ein Licht emittiert, das der
Komplementärfarbe der zuvor genannten Farbe entspricht.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch ge
kennzeichnet, daß man die Beleuchtungsachsen von zwei
benachbarten Lichtquellen derart anordnet, daß sie
einen Winkel von 60 bis 180° bilden.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch ge
kennzeichnet, daß man ein Abbild einer beleuchteten Probe
anfertigt und daß man dieses Abbild zur Bestimmung
des Reliefs der Probe mit einem Farbanalysator unter
sucht.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch
gekennzeichnet, daß man als beleuchtete Probe eine
Hautzone einer lebenden Person einsetzt.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch
gekennzeichnet, daß man als beleuchtete Probe einen
von einer Hautzone einer lebenden Person hergestellten
Abdruck einsetzt.
12. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem
der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß
sie einerseits einen Probenhalter (3), der von
mindestens zwei Lichtquellen (5 a, 5 b, 5 c) mit unter
schiedlicher Wellenlänge beleuchtet wird, wobei deren
Beleuchtungsachsen einen spitzen Einfallswinkel zum
Halter (3) aufweisen und wobei die Beleuchtungsachsen
der Lichtquellen alle unterschiedlich sind, und
andererseits ein Beobachtungssystem (9) für die auf
dem Halter (3) befindliche Probe (4) besitzt.
13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet,
daß das Beobachtungssystem (9) mit einer Fotografier
vorrichtung, einem Farbanalysator (10), einem
Videosystem oder einem optischen System zur
visuellen Beobachtung zusammenwirkt.
14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 oder 13, da
durch gekennzeichnet, daß der Halter (3) bezüglich
der Lichtquellen (5 a, 5 b, 5 c) kippbar ist.
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