JP2009520980A - 光学的な測定デバイス - Google Patents

Abstract

当該発明は、試料（１８）の表面（１６）と接触した状態にもってくることができる測定ヘッド（３０）を含む、試料（１８）の表面（１６）、特にヒトの皮膚の表面（１６）、の光学的な外観を測定するための光学的な測定デバイス（１０）に関係すると共に、測定ヘッド（３０）は、照明ビーム（１４）で表面（１６）を照明するための照明デバイス（１２，４６）；応答ビーム（２０）を検出するための検出デバイス（２３）：を含むが、それにおいて、応答ビーム（２０）は、照明ビーム（１４）に対する試料（１８）の応答である。検出デバイス（２３）は、応答ビーム（２０）を遮断するためのスクリーン（２２，５２）を含むが、それにおいて、スクリーン（２２，５２）は、表面との小さい接触エリアを備えた測定ヘッド（３０）を実現する為に、おおよそ四分の一の半球に延在する。

Description

当該発明は、試料の表面と接触した状態にもってくることができるものである測定ヘッドを含む、試料の表面の、特にヒトの皮膚の表面の、光学的な外観を測定するための光学的な測定デバイスに関係すると共に、それにおいて、測定ヘッドは、照明ビームで表面を照明するための照明デバイス、応答ビームを検出するための検出デバイスを含むが、それにおいて、応答ビームは、照明ビームでの試料の照明の応答である。

後に続くものにおいて“試料”と呼ばれた、物体、特に物体の表面は、光学的な外観を示す。試料の表面の光学的な外観は、表面が環境からの光でするもの、特に、表面に入射する、後に続くものにおいて照明ビームと呼ばれた、光に対する表面の全体的な応答の総和によって決定された光学的な外観であるもの、の結果である。

光学的な外観は、
好適な方向又は無作為にテクスチャ加工されたもののテクスチャを備えた、艶のある且つ光沢のある又は艶消しの、粗い又は滑らかなものであることができる。光学的な外観は、一貫性のある色のものである又は色のフロップを含むことがある；光学的な外観は、不透明な若しくは半透明なものであるか又はミラーと同様の反射率を示すことがある。

試料の表面に入射する照明ビームは、粗さ及びテクスチャ並びに材料の性質−反射されたもの、散乱されたもの、吸収されたもの、又は色において変化させられたもの、と同様の、表面の巨視的な性質に依存するものである。テクスチャの方向は、たとえば、照明ビームの散乱のおかげで、可視のものである。例として、平坦な、艶のある表面は、艶消しの試料の表面として、より高い百分率の入射する放射ビームを反射させる。

表面を有する試料の大きさ及び本質のみならず試料の材料及び表面の性質に依存して適用されるものである、光学的な外観の評定のための異なる方法は、知られたものである。

一般に、視覚的な測定は、訓練された人員によってある一定の標準的な表面に対して試料の表面を視覚的に比較することによって、なされるものである。表面の粗さの決定のための側面計と同様の機械的な微小の幾何学的な測定デバイスのみならず、光沢又は色の測定のための光沢度計又は色度計と同様の、視覚的な測定デバイスは、知られたものである。

光沢度計は、表面に照明ビームを投射するもと共に反射させられた照明ビーム及び正反射のまわりのハローにおける拡散させられた放射の強度の比を測定するのである単純なデバイスである。これは、固定された角度の入射の下でなされる。

接触プローブを使用する、機械的な微小な幾何学的な測定デバイスにおいて、粗さと呼ばれた、測定されるものである量に帰着する、表面の一次元の、二次元の、又は三次元の地図が、発生させられる。そして、表面の測定された粗さと表面の光学的な外観との間の相関は、一般に行われる。

光学的な外観に対する評定を得る為に、試料の表面を検査するためのより洗練された光学的な測定デバイスは、フォトゴニオメーター及び散乱計として知られたものである。

散乱計において、コリメートされた放射ビームは、二次元の画像に帰着する、空間的な及び角度的な分解された方式で検査されると共に検出されるものである表面へ方向付けられる。

フォトゴニオメーターは、ディジタル画像取得及び拡散スクリーンにおける出現する光の投射を使用する。測定された量は、ＢＤＴＦ又はＢＲＤＦと省略された、二方向性の透過又は反射の分布関数と呼ばれる。この関数は、表面に入射するルミネッセンスによる与えられた方向における表面の要素のルミネッセンスの比率として定義されると共に、よって与えられた入射の方向についての出現する光の分布を表現する。

Ｐａｒｏｕｓｉａｍｅｔｅｒ（パロージャメーター）と呼ばれた、散乱計の部類に属するものである。光学的な測定デバイスは、米国特許第６，５７７，３９７号明細書（特許文献１）から知られたものである。光学的な測定デバイスは、放射ビームを放出する放射源、及び、コリメートされた放射ビームが、検査されるものである試料の表面に入射するものであるように、放射ビームをコリメートするためのデバイスを含む。試料の表面から散乱された応答ビームは、半球のスクリーンによって検出される。スクリーンは、広角の光学部品を使用することで、ディジタル・カメラに結像させられる。取得された画像は、分析及び関連性のあるデータの抽出用のコンピューターへ変換させられる。検査されるものである試料は、いわゆるステージに取り付けられるが、それにおいては、ステージは、試料の方位における変化を可能にする為に、調節可能なものである。

ドームと呼ばれた、半球のスクリーンは、それを通じた制御穴を備えた底板を有するが、それを通じて試料からの一部分は、可視のものである。底板の拡張及びそれの幾何学的形状のおかげで、平坦な試料のみが、検査することができるものである。これらの試料は、制御穴より下に位置決めされる。これは、全体の測定の間に検査されるものである試料へのＰａｒｏｕｓｉａｍｅｔｅｒの底板の可逆的な且つ固く締まった接続を保証するものである。上に議論されたデバイスにおいて、完全な測定の間における表面にわたる試料のエリアに放射ビームを方向付ける為に、底板における制御穴に対して相対的な試料の位置を変化させないことは、重要なことである。

従って、上で議論したＰａｒｏｕｓｉａｍｅｔｅｒは、より大きい物体及び試料の小さい表面のエリアの検査に及び非平面の表面の検査に適切なものではない。

非平面の表面の検査用の装置は、米国特許第６，８７０，６２０Ｂ２号明細書（特許文献２）から知られたものである。装置は、プローブヘッドを含むが、それにおいて、プローブヘッドは、不均一な及び／又は非平面の表面のエリアに準拠するように、構成されると共に、表面に隣接して位置決めされる又はそれとの接触に押し込まれることが意図されたものである呼びかけ表面を含む。測定の過程の間に、呼びかけ表面は、呼びかけデバイスの個々のものが移動することを引き起こす、それによってプローブヘッドが不均一な表面に準拠することを引き起こす、ために、不均一な表面と接触した状態に押し付けられる。

これは、非平面の表面の測定を許容するが、それは、平面のものであることからの小さい変動のみを有する。湾曲した表面の、特に凹面の湾曲した表面の、検査についての、及び、より大きい物体の表面のエリアの検査についての、要望がある。
米国特許第６，５７７，３９７号明細書 米国特許第６，８７０，６２０号明細書

従って、本発明の目的は、湾曲した、特に凹面の湾曲した、表面の検査を許容するものである、光学的な測定デバイスを提供することである。

目的は、当該発明に従って、検出デバイスが、スクリーンを含むということにおける、初めに述べられた光学的な測定デバイスによって解決されるが、それにおいて、スクリーンは、表面との小さい接触エリアを備えた測定ヘッドを実現する為に、おおよそ四分の一の半球に延在するものである。

およそ四分の一の半球に延在するスクリーンは、光学的な測定デバイスの測定ヘッドにおける小さい空間のみを占有する。従って、測定ヘッドを、湾曲した表面を走査することは適切なことであるように、設計することができる。この空間は、好ましくは、表面に対して接近した範囲で照明デバイスの照明構成部品を位置決めするために、使用される。

スクリーンの位置は、それが、標準的に使用された、半球のスクリーンの全部よりも小さいエリアをカバーするものであるが、高い感度を有すると共に高い百分率の反射させられた及び／又は散乱させられた放射ビームを結像させる為に、最適化される。

スクリーンは、好ましくは、公称の反射の角度の中央に置かれる。それにより、空間が、得られると共に、照明ビームが表面に当たっている位置に対する照明構成部品の接近した位置を、実現することができる。従って、測定ヘッドは、小さい大きさを有することができる。

表面と接触した測定ヘッドの小さい大きさは、湾曲した表面において、特に凹面の湾曲した表面において、測定ヘッドの位置決めすることを可能にする。

光学的な測定デバイスは、特にヒトの皮膚の表面を検査すると共に皮膚の光学的な外観を見積もるために、使用される。凹面の湾曲した表面を備えた特定のエリアは、手の内側にある。

スクリーンの小さい大きさ及び測定ヘッドの小さい大きさの理由のために、測定ヘッドを、可動の光学的な測定デバイスにおいて使用することができるが、それは、より大きい物体のある一定の表面のエリアの検査を可能にする。

スクリーンに形成された二次元の画像は、試料の表面で反射させられた及び／又は散乱させられた照明ビームの角度的な分布を表す。

当該発明のある好適な実施形態においては、スクリーンは、実質的に平坦なスクリーンである。

最適化されたスクリーンは、二次の強度を回避する為に、平坦になされたものである。平坦なスクリーンは、試料の表面に対する明確に定められた位置にスクリーンを位置決めすることを可能にする。

試料の表面に関するスクリーンの理想的な位置は、表面に対して平行である及び／又は表面に対して垂直であるものとは異なるものである。

当該発明のさらなる好適な実施形態においては、検出デバイスは、スクリーンを結像させる為に、画像検出構成部品を含む。

画像検出構成部品は、スクリーンの二次元の画像を取得するものである。これは、スクリーンにおいて視覚化された分布のパターンが、瞬間の画像のみを表すという理由のために、必要なことである。分布のパターンのさらなる処理を行うと共に異なる分布のパターンを比較する為に、画像は、結像させられると共に長期間の方式で記憶されることが必要とされる。これは、放射に敏感な構成部品を含むと共にこれによって分布のパターンを結像させる画像検出構成部品によって行われる。好ましくは、画像は、ディジタル化されると共に、分布のパターンによって与えられた情報を、コンピューターでさらに処理することができる。

画像は、試料の表面の物理的な性質が、応答ビームの角度的な変動へ変換される、試料の表面の物理的な性質のフーリエ（Fourier）様の変換である。画像検出器構成部品の使用は、特に画像の速い取得を可能にする。

当該発明のさらなる好適な実施形態においては、画像検出構成部品は、カメラ、特にディジタル・カメラ、である。

カメラは、長期間の方式でスクリーンからの画像を記憶するために簡単な且つ安価な方式である。カメラは、好ましくは、時間における急速な変化を分解するために画像の急速な連続物を獲得することが可能なものであるディジタル・カメラである。情報は、視覚化されると共に、電気的な信号に移行させられると共に、電子的なデータファイルへと移行させられるが、それらを、ＣＤ又はＤＶＤ及び同様のものと同様の電子的な記憶媒体に記憶することができる。

さらなる好適な実施形態においては、照明デバイスは、放射ビームを放出する放射源を含むが、それかた照明ビームが、形成される。

放射源は、単色性のもの、特に半導体レーザーであることがある。十分に彩色の源、特に白色の光源は、使用されることがある。放射源によって放出された放射ビームは、試料の表面の場所への損失無しに輸送されたファイバーの手段によるものである。ここにおいて、ファイバーの長さは、自由選択のものであると共に、測定ヘッドの要件に従って設計されることができる。測定ヘッドが、湾曲した、特に凹面の、表面の検査を可能にする為に、可能な限り小さいものであることが必要であるという理由のために、好ましくはファイバーの照明ビームを放出する部分のみが、測定ヘッドの内側に配置される。

さらなる好適な実施形態においては、放射源は、閃光ランプである。

これは、閃光ランプが、一般にカメラに含まれる、スクリーンの二次元の画像の結像に使用されるという理由のために、好都合なものである。一つのデバイスのみが、測定ヘッドにおいて取り付けられる必要がある。これは、空間を節約すると共に対費用効果の高いものである。好ましくは、閃光は、キセノンの閃光である。

さらなる好適な実施形態に従って、照明デバイスは、試料の表面へと照明ビームを方向付ける為に、測定ヘッドの内側に配置された、ファイバーを含む。

ファイバーは、小さい、長めの光学的なデバイスであるが、それは、ほぼ損失無しで放射ビームを輸送することができるものである。

さらなる好適な実施形態に従って、ファイバーは、放射ビームを受光すると共に照明ビームを放出する為に、放射源に接続可能なものである。

これは、測定ヘッドの外側に放射源を位置決めすると共に試料の表面へと照明ビームを方向付けることを可能にする。空間を必要とすると共に高価なものであるさらなる光学的な構成部品は、必要とされるものではない。

当該発明のさらなる好適な実施形態に従って、表面における照明ビームの入射の角度は、ファイバーの光軸によって定義されるが、それにおいては、入射の角度は、９０°よりも小さいと共に０°よりも大きいものである。

当該発明の意味において重要なことは、照明構成部品を、表面に対して近接した距離に置くことができるということのみである。照明デバイスの放射源は、余地を節約する為に、測定ヘッドの外側に位置決めされることがある。

試料の表面は、反射率において又は透過率において検査されることがある。後者の場合には、入射の放射ビーム及び検出されるものである反射させられた及び／又は散乱させられた放射ビームは、試料の対向する側にあると共に、測定は、試料の入口及び／又は出口の表面の物理的な性質だけでなく、それの内部のものもまた示唆するものである。試料を、好ましくは、試料の方位における変化を可能にするために、調節可能なステージで取り付けることができる。試料が、固定された位置にあると共に測定ヘッドが、移動する、試料の異なる位置で測定するものであることは、また可能なことである。

ファイバーは、ファイバーが、おおよそμメートル又はミリメートルの範囲における、小さい直径を有するという理由のために、表面に非常に近接した、特に表面に近接した、放射ビームの方向付けを可能にする。ファイバーは、放射ビームが、ある場所に近接した距離で輸送される必要があるとすれば、また非常に可撓性の及び取り扱うことが簡単なものである。

０°と９０°との間の角度を使用することは、デバイスの四分の一におけるファイバーの配置及びそれと共に試料の表面の３６０°全部の四分の一のみを使用することで照明構成部品の空間を節約する取り付けを可能にする。これは、四分の一の半球の大きさのみを有するスクリーンの取り付けのための空間を残す。加えて、追加の光学的な構成部品の取り付けのための空間は、残される。

当該発明のさらなる好適な実施形態に従って、角度は、６０°よりも小さいと共に５°よりも大きいものである。

これは、６０°と５°との間の角度の下で試料の表面に入射する放射ビームを可能にするが、それにおいては、角度は、表面の法線と放射ビームとの間で測定される。測定ポートにより近接した、照明構成部品、特にファイバーを、取り付けることができるが、空間を節約する配置に帰着する。照明構成部品は、スクリーンからの反射させられた及び／又は散乱させられた放射ビームを遮光するものではない。これは、スクリーンが、四分の一の半球のみの小さい表面を有するという理由のために、反射させられた及び／又は散乱させられた放射ビームの検出用のスクリーンの全体のエリアを使用する為に、好都合なものである。

さらなる好適な実施形態に従って、入射の角度は、４５°よりも小さいと共に１５°よりも大きいものである。

照明構成部品、特にファイバー、の配置の理想的な角度は、約３０°である。

さらなる好適な実施形態に従って、照明構成部品は、試料の表面へのコリメートされた放射ビームの方向付けを可能にするコリメーター組み立て品を含む。

それと共に、試料の表面の小さいエリアを、照明することができる。加えて、非常に小さい測定ポートを、使用することができる。

当該発明のさらなる好適な実施形態に従って、スクリーンは、スクリーンの表面の法線及びファイバーの光軸が、８０°と１４０°との間の、特におおよそ１２０°の、角度を含むように、取り付けられる。

それと共に、スクリーンの表面の法線及び照明ビームは、相互に関して実質的に垂直に配置される。

散乱された放射ビームの分布が、実質的に余弦の分布に従うという理由のために、これは、多量の散乱させられた及び／又は反射させられた強度の応答ビームを、スクリーンによって取得するこができることを保証する。

当該発明のさらなる好適な実施形態に従って、スクリーンは、検出された応答ビームについてのスクリーンの感度を増加させる為に、白色のコーティングを含む。

標準的な光学的な測定デバイスにおけるスクリーンは、黒色のビロードのコーティング又はＰａｒｏｕｓｉａｍａｔｅｒの灰色のコーティングを含む。Ｐａｒｏｕｓｉａｍｅｔｅｒの灰色のコーティングを備えた平坦なスクリーンは、反射させられた放射ビームの約１８％を収集する。当該発明に従った白色のコーティングで、検出された放射ビームの感度は、５の因子だけ増加させられる。これは、スクリーンの表面のエリアが、全部の半球のスクリーンと比較された小さいものであるという理由のために、重要な且つ好都合なことである。

当該発明のさらなる好適な実施形態に従って、測定ヘッドは、スクリーンから照明ビームを遮蔽するバッフルのセットを含む。

バッフルのセットは、スクリーンによって遮断された応答ビームに混入する、放射ビームの経路の他の部分から一次の又は二次の放射を妨げるためにビームの経路を削り落とす為に、測定ヘッドに配置される。このようなバッフルの例は、照明ビームの光路に配置されたビームスクレーパーである。

当該発明のさらなる実施形態に従って、測定ヘッドは、照明ビームが、画像検出構成部品から遮蔽されるように配置された、バッフルのセットを含む。

バッフルのための例は、カメラの開口に対して垂直に配置されるものであるスクリーニングバッフル及び／又はファイバーの光軸に対して垂直に且つある一定の角度でフェイバーと試料の表面との間に配置されるものであるビームスクレーパーである。ビームスクレーパーは、好ましくは、照明構成部品の開口部に対して平行に配置される。

当該発明のさらなる好適な実施形態に従って、測定ヘッドは、画像検出構成部品へとスクリーンを結像させる為に、平坦なミラーを含む。

平坦なミラーは、好ましくは、カメラの開口の前方に配置された折りたたみミラーであるが、それにおいて、カメラの開口の法線とミラーとの間の角度は、おおよそ４５°である。

当該発明のさらなる好適な実施形態に従って、測定ヘッドは、表面と接触した状態にもってくることができる、底板を有するケーシングを含むが、それにおいては、底板は、測定ポートを含むと共に、それを通じて照明ビーム及び応答ビームは、伝播するものである。

測定ポートは、検査されると共に調査されるものである表面のエリアに位置決めされる。測定ポートは、典型的には、小さい開口部又は目視穴であるが、それを通じて照明ビームは、表面を照明するために伝播するものであると共に、同様にして、応答ビームは、応答ビームが、スクリーンによって遮断される前に、測定ポートを通じて伝播するものである。

測定ポートの大きさは、満足する空間的な分解能で湾曲した表面を検査する為に、小さいものであることが必要である。空間的な分解能は、表面の定義されたエリアにおける測定する点の数によって決定される。表面の定義されたエリアに配置することができるものである、測定する点の数は、測定ポートが、表面に入射する照明ビームの大きさである測定スポットの最大の大きさを定義するという理由のために、測定ポートの大きさによって決定される。

さらなる好適な実施形態に従って、測定ヘッドは、底板を接続可能なものである、天板を含むと共に、それにおいては、底板は、天板よりも小さいエリアをカバーするが、小さい測定ヘッドに帰着する。

測定ヘッドは、測定の間に湾曲した表面にフィットするため為に、大きさにおいて小さいものであることが必要である。これは、測定ヘッド、特に測定ヘッドの板又は底板が、調査されるものである表面との接近した接触にあることが必要であるという理由のためである。

好ましくは、測定ヘッドは、試料の表面に垂直な少なくとも一つの断面の平面において実質的に台形の及び／又は三角形の形状を有する。

表面に垂直な断面の平面に見られた、測定ヘッドの形状は、底板が、点板よりも小さいものであると共に、底板及び天板は、側壁によって接続されることを可能にするが、台形の又は三角形の形状を実現する。これは、測定ヘッドの最も単純な形状であると共に実現することが簡単なものである。

当該発明のさらなる実施形態に従って、底板及び天板は、測定ヘッドの台形の形状が実現されるように、多くの側板によって接続される。

好ましくは、測定ヘッドの各々の側は、二つの側板を含む。測定ヘッドの台形の形状は、測定ヘッドの内側の空間が、測定ヘッドの内側にファイバー、スクリーン、及びカメラを配置する為に、最大にされるという利点を有する。

当該発明のさらなる好適な実施形態に従って、測定ヘッドは、表面が、ミラーの性質を有するとすれば、小さいスポットを得る為に、スクリーンへと試料の表面から反射させられた応答ビームを集束させるコリメーティングレンズを含む。

試料の表面が、ミラーの性質を有するとすれば、全ての光は、反射させられると共に散乱は、全く起こらない又は非常に少なく起こる。これは、放射ビームの非常に明るい反射に帰着するが、それにおいては、反射させられた放射ビームの大きさは、照明構成部品の、特にファイバーの、スポットと同じ大きさのものである。そして、スクリーンの露出過度を回避する為に、放射ビームの合計の反射させられた強度は、ファイバーの画像である小さい明るいスポットへコリメートされる。

本発明の前述の及びさらには具体的な目的及び利点は、図面との関連で取り上げられた、それの好適な実施形態の後に続く詳細な記述より、当業者にとって容易に明らかなものになると思われるが、それらにおいて、
図１は、試料の表面の検査用の光学的な測定デバイスの基礎をなす測定原理の概略的な図を示す；
図２は、一つの断面の平面における光学的な測定デバイスの測定ヘッドの概略的な断面の図を示す；及び
図３は、光学的な測定デバイスの、図２の断面の平面に垂直な、断面の平面における概略的な、断面の図を示す。

図１においては、（Ｐａｒｏｕｓｉａｍｅｔｅｒと呼ばれた）光学的な測定デバイス１０の測定原理の概略的な図が、示される。光学的な測定デバイス１０は、試料の表面を検査することに適切なものであるが、それにおいては、測定の結果として、表面の光学的な外観は、得られる。

測定原理を使用する光学的な測定デバイスは、Ｐａｒｏｕｓｉａｍｅｔｅｒとして知られたものである。二次元の画像は、Ｐａｒｏｕｓｉａｍｅｔｅｒとして知られたものである。単語“Ｐａｒｏｕｓｉａｍｅｔｅｒ”は、光学的な外観についてのギリシャ語の単語“ｐａｒｏｕｓｉａ”に由来するものである。

光学的な測定デバイス１０の測定原理は、後に続くものにおいて説明される。

光学的な測定デバイス１０は、試料１８の表面１６へと照明ビーム１４を方向付ける照明デバイス１２を含む。照明ビーム１４は、試料において散乱されると共に反射させられると共に、応答ビーム２０に帰着するが、それにおいては、散乱された及び／又は反射された応答ビーム２０は、スクリーン２２によって遮断される。

照明デバイスは、光軸２１を有するが、それにおいては、光軸２１は、照明ビーム１４の入射の角度２５及び表面１６を定義する。

これは、照明ビーム１４が、良好に定義された方向、入射の角度２５で、試料１８の表面１６に入射するものであることに帰着する。試料１８の表面１６によって散乱された及び／又は反射させられた応答ビーム２０の強度分布は、実質的に余弦の分布に従うものである。従って、検出構成部品２２は、−大部分の実施形態において−、試料１８より上で３６０°の全体の半球をカバーするものである。スクリーン２２は、内側の側面２４及び外側の側面２４’を有するが、それにおいて、拡散のコーティングは、応答ビーム２０の強度分布を遮断する為に、内側の表面２４へ設けられる。

スクリーン２２の内側の側面２４における応答ビーム２０によって形成された二次元の画像は、試料１８の表面１６の光学的な外観のフーリエ様の変換である。画像は、特にカメラ２６ａである、画像検出構成部品２６と呼ばれた、放射に敏感な検出器によって、取得される。図１に示されたカメラ２６ａの位置は、光学的な測定デバイス１０について代表的なものではない、それは、ちょうど、カメラ２６が、スクリーン２２からの第二の放射ビームの強度の分布を結像させるために使用されることを指示するために図１における任意の位置に含まれる。

光学的な測定デバイス１０のいくつかの実施形態において、（ここに示されたものではない）広角の光学的なシステムは、カメラ２６ａの前方に取り付けられる。カメラ２６ａは、取得された画像を表す、符号２８で指示された電気的な信号を提供する。計算構成部品２８は、試料１８の表面１６の光学的な外観を特性決定する、一つの又はより多くの性能指数を導出するために、電気的な信号を処理する。ここにおいては、メリット関数としてもまた知られた、性能指数と呼ばれた、補正因子は、データとパラメーターの特定の選抜についてのフィッティング・モデルとの間の一致を測定する関数である。変換によって、性能指数は、一致が良好なものであるとき、小さいものである。

図２は、光学的な測定デバイス１０の測定ヘッド３０の断面の図を示すが、それにおいては、測定ヘッド３０は、特に凹面の曲率を有するものである、負に湾曲したものである、表面１６を検査するために適切なものである。

等しい部分は、図１におけるものと等しい符号で参照される。

測定ヘッド３０は、ケーシング３２を含むが、それにおいては、ケーシング３２は、底板３４及び天板３６、側板４０及び４２のみならず第一の側板３８を含む。ここにおいて、断面の図に示された実施形態において、側板３８は、側板４０及び４２に対して対向して配置される。側板３８は、底板３４及び天板３６を接続するが、それにおいては、対向する側に、二つの側板４０及び４２が、天板３６と底板３４との間における接続を行うために使用される。これは、測定ヘッド３０のケーシング３２の最小にされた大きさに帰着する。

図２に示されたものに垂直な方向におけるケーシング３２の断面の図は、図３に与えられる。

底板３４の寸法は、図２に示されたような、表面１６に平行な断面の平面においておおよそ２００ｍｍである。

底板３４は、測定ポート４４と呼ばれた、スルーホールを含む。測定ヘッド３０は、検査されるものである試料１８の表面１６における測定ポート４４を通じて照明ビーム１４を方向付ける為に、放射源４８及びファイバー４６を含む照明デバイス４６をさらに含む。測定ヘッド３０は、図２における三つの矢印で指示された応答ビーム２０を遮断するものである、実質的に平坦なスクリーン５２をさらに含む。スクリーン５２は、表面を有するが、それにおいては、表面の法線５１は、スクリーン５２の表面に対して垂直な方向を指示するものである。

スクリーン５２は、好ましくは、測定ヘッドにおいて、表面の法線５１が、ファイバー５０の光軸２１と８０°と１４０°との間における角度を含むように、配置される。スクリーン５２は、公称の反射の角度におけるものと共に中央に置かれる。

測定ヘッド３０は、天板３６に配置された画像検出構成部品５４と呼ばれた、放射に敏感な画像の検出器を含むが、それにおいては、画像検出構成部品５４は、特にカメラ２６ａ、好ましくはディジタル・カメラ５５、ＣＣＤカメラ、及び同様のものである。

放射源４８が、適切な放射源、特に半導体レーザー又は白色の光を放出するランプ又はカメラ２６ａ若しくはディジタル・カメラ５５のキセノンの閃光であることができることは、理解されることである。放射源４８は、含まれたものであるとすれば、カメラ２６ａ又はディジタル・カメラ５５のキセノンの閃光であることができるが、それにおいては、放射源４８は、ファイバー５０によって付けられる。

おおよそ四分の一の半球に延在する平坦なスクリーン５２を使用することによって獲得されるものである空間は、表面１６に接近したファイバー５０を位置決めするために、使用される。

測定ヘッド３０は、ビームを削り落とす素子の形態におけるバッフルをさらに含むが、それにおいては、第一のバッフル５６は、照明構成部品４６と測定ポート４４との間に配置されると共に、第二のバッフル５８は、スクリーン５２と開口及びディジタル・カメラ５５との間に配置される。カメラ２６ａ又はディジタル・カメラ５５の前方において、開口６０は、カメラ２６ａ又は５５に入射する放射を限定する為に、配置される。

当該発明に従って、平坦なスクリーン５２は、応答ビームの公称の反射の角度の中央に置かれた、おおよそ四分の一の半球に延在するものである。これは、空間を節約すると共に、測定ヘッド３０の測定ポート４４に接近した照明デバイス４６の配置を可能にする。照明デバイス４６は、コリメートされた照明ビーム１４を形成する為に、光学的なコンパウンド、好ましくはレンズを含む。スクリーン５２は、好ましくは、白色のコーティングでコートされるが、それは、五の因子だけ感度を増加させる。

スクリーン５２は、好ましくは平坦なものであるが、また、わずかに湾曲したものであることができる。

測定ヘッド３０の形状は、好ましくは、それが、凹面の湾曲した表面を含む、試料の中空の部分においてフィットすることができるように、三角形の又は台形の形状である。わずかにより大きい天板３６と比較されたより小さい底板３４を接続するという最も単純な方式は、三角形の形状であるであろう。これは、測定ヘッドの内側における空間が限定されるという不都合を有する。測定ヘッドの内側における空間を最適化する為に、表面に垂直な少なくとも一つの断面の平面における台形の形状は、好適なものである。

四分の一の半球のみをカバーする平坦なスクリーン５２を使用することによって可能とされた、小さい延在を備えた測定ヘッド３０で、特にヒトの皮膚の部分を、検査することができると共に、皮膚の表面の光学的な外観を、得ることができる。

カメラ５５は、カメラ５５においてスクリーン５２に直面するものである平坦なミラー５８を含む。スクリーン５２が、おおよそ四分の一の半球に延在するという理由のために、折りたたまれたミラーである、平坦なミラーの位置決めを、小さい測定ヘッド３０の内側に配置することができる。カメラ５５の前方において、スクリーン５２までの距離に等しい焦点距離を備えたレンズ６２は、好ましくは、取り付けられるが、それは、カメラ２６ａ又は５５を、無限大まで調節することができることに帰着する。これは、時間における急速な変化を分解するための画像の急速な連続物を獲得することを可能なものである商業的に入手可能なディジタル・カメラ５５又はＣＣＤカメラ又はビデオカメラの使用を可能にする。

ビームの経路を削り落とすものであるバッフルのセットの配置は、応答ビーム又は照明ビームの経路の他の部分からの一次の又は二次の放射による測定の混入を回避するために、照明ビーム１４及びスクリーン５２のみならず、照明ビーム１４及び画像検出構成部品５４を分離する。

測定ポート４４は、照明ビーム１４が通過することを可能にするためには、ちょうど十分に幅広いものであるべきである。測定ヘッド３０は、試料１８の表面１０への圧力無しで設けられるべきである。特に、それは、内側にまとまる及びそれの血液の還流を喪失することを回避するために、皮膚の表面１６への圧力無しで設けられるべきである。皮膚の好ましくは相対的に平坦なセクションは、背部、腹部、肢、前頭、又は頬部の部分のような、反射の測定のために選択されるべきである。主要な皮膚のひだ、しわ、又は皺襞は、それらが、体の多数の所に存在するものであると、測定スポットに存在するべきものではない。他方では、測定ヘッド３０は、測定ポート４４に対して皮膚を平坦にするために十分にしっかりと設けられるべきである。

ここに示されたものではないが、しかし当該発明に含まれたものは、カメラ５５によって取得された画像が、関連性のあるデータ、特に性能指数、の抽出について具体的に現像された画像を処理することが可能なものである情報処理機能をもつソフトウェアによって処理されるというものである。

図３は、図２に示されたものに垂直な断面の平面における測定ヘッド３０の断面の図を示す。測定ヘッド３０は、図３に明らかに見られたような台形の形状を有する。ケーシング３２が、天板３６、測定ポート４４である、目視穴を備えた底板３４、６８及び７０のみならず、末端の側板６４及び６６を含むことは、みてとることができることである。

同じ部分は、図１及び２におけるものと同じ符号で指し示されたものである。

ここにおいて、側板６８及び７０のみならず、側板６４及び６６は、天板３６及び底板３４の接続を行うものである。側板６６は、底板３４及び側板６４に相対的な９０°よりも大きい角度の下で配置される。同じ様式においては、側板７０は、底板３４及び側板３８に相対的な９０°よりも大きい角度の下に配置される。これは、測定ヘッドの形状を最小にすると共に測定ヘッドの内側における空間を最大にすると共に底板３４を小さい寸法にする為に、ケーシング３２の台形の形状に帰着する。これは、測定ヘッド３０が、凹面の曲率を有する試料１８の表面１６に位置決めされることを可能にする。

小さい形状を備えた測定ヘッド３０の実現を、底板３４及び天板３６を接続する為に、異なる数の側板を使用することによってもまた可能とすることができる。また、側板の間における丸みをつけられた縁を備えた縁のない形状は、当該発明のアウトラインにおいて含められる。

本質的に、当該発明についてのものは、底板３４が、天板３６を比べて、表面と接触した状態において、より小さいエリアを有することである。

矢印７２で、カメラ２６ａ又は５５の前方に取り付けられるものである、ミラー５８、特に折りたたみミラーは、指示される。

好適な実施形態においては、測定ヘッド３０の底板３４の延在は、おおよそ６０ｍｍに達する。底板３４の小さい延在及び測定ヘッド３０のケーシングの台形の形状は、測定ヘッド３０を、凹面の湾曲した表面を備えた表面へ付けることができることを保証する。特に、ヒトの皮膚の中空の部分を、測定ヘッド３０を有する光学的な測定デバイス１０によって皮膚の光学的な外観に従って検査することができる。

Ｐａｒｏｕｓｉａｍｅｔｅｒの測定ヘッド３０の記載された実施形態は、一つの方向において負の曲率を備えた表面の光学的な外観の測定を可能にする。それと共に、ヒトの体のほとんどの部分を、図２及び３に記載されたような測定ヘッド３０を有する、当該発明に従ってＰａｒｏｕｓｉａｍｅｔｅｒによってアクセスすることができる。

それと共に、皮膚の光学的な外観を、皮膚の表面で反射させられた及び／又は散乱された放射の分布を測定することによって、検査することができるが、それにおいては、光学的な外観は、病状及び美化を含む、様々な因子によって影響される。一般には、ヒトの皮膚は、より深い層の情報を担持するものである非常に特異的な単一等方性（unisotropy）を備えた光沢のある及びほぼ光沢のある反射を有する。

従って、測定ヘッド３０を使用すること、小さい底板３４及び好ましくは台形の形状を有することは、皮膚に影響する病状を見積もるために、ヒトの皮膚の検査及び測定された光学的な外観から導き出すことを可能にする。

図１は、試料の表面の検査用の光学的な測定デバイスの基礎をなす測定原理の概略的な図を示す。 図２は、一つの断面の平面における光学的な測定デバイスの測定ヘッドの概略的な断面の図を示す。 図３は、光学的な測定デバイスの、図２の断面の平面に垂直な、断面の平面における概略的な、断面の図を示す。

Claims (21)

1. 試料の表面、特にヒトの皮膚の表面、の光学的な外観を測定するための光学的な測定デバイスであって、
   前記光学的な測定デバイスは、前記表面と接触した状態にもってくることができる、測定ヘッドを含むと共に、
   前記測定ヘッドは、
   − 照明ビームで前記表面を照明するための照明デバイス；
   − 応答ビームを検出するための検出デバイス
   ：を含むと共に、前記応答ビームは、前記照明ビームとの前記試料の照明に対する応答である；光学的な測定デバイスにおいて、
   前記検出デバイスは、前記応答ビームを遮断するためのスクリーンを含むと共に、前記スクリーンは、前記試料の前記表面との小さい接触エリアを有する前記測定ヘッドを実現する為に、おおよそ四分の一の半球に延在する
   ことを特徴とする、光学的な測定デバイス。
2. 前記スクリーンは、実質的に平坦なスクリーンであることを特徴とする、請求項１に記載の光学的な測定デバイス。
3. 前記検出デバイスは、前記スクリーンを結像させるための画像検出構成部品を含むことを特徴とする、請求項１又は２に記載の光学的な測定デバイス。
4. 前記画像検出構成部品は、カメラ、特にディジタルカメラ、であることを特徴とする、請求項３に記載の光学的な測定デバイス。
5. 前記照明デバイスは、放射ビームを放出する放射源を含むと共に、
   前記放射源から前記放射ビームが、形成される
   ことを特徴とする、請求項１乃至４のいずれか一項に記載の光学的な測定デバイス。
6. 前記放射源は、閃光ランプであることを特徴とする、請求項５に記載の光学的な測定デバイス。
7. 前記照明デバイスは、前記試料の前記表面へと前記照明ビームを方向付ける為に、前記測定ヘッドの内側に配置されたファイバーを含むことを特徴とする、請求項１乃至６のいずれか一項に記載の光学的な測定デバイス。
8. 前記ファイバーは、前記放射ビームを受光する為に、前記放射源と接続可能なものであると共に前記照明ビームを放出することを特徴とする、請求項７に記載の光学的な測定デバイス。
9. 前記表面における前記照明ビームの入射の角度は、前記ファイバーの光軸によって定義されると共に、前記入射の角度は、９０°よりも小さいと共に０°よりも大きいものであることを特徴とする、請求項７又は８に記載の光学的な測定デバイス。
10. 前記入射の角度は、６０°よりも小さいと共に５°よりも大きいものであることを特徴とする、請求項９に記載の光学的な測定デバイス。
11. 前記入射の角度は、４５°よりも小さいと共に１５°よりも大きいものであることを特徴とする、請求項９又は１０に記載の光学的な測定デバイス。
12. 前記照明デバイスは、前記表面へのコリメートされた照明ビームの方向付けを可能にするものであるコリメーター組み立て品を含むことを特徴とする、請求項１乃至１１のいずれか一項に記載の光学的な測定デバイス。
13. 前記スクリーンは、前記スクリーンの表面の法線及び前記ファイバーの光軸が、８０°と１４０°との間の角度、特におおよそ１２０°、を含むように、取り付けられることを特徴とする、請求項９乃至１２のいずれか一項に記載の光学的な測定デバイス。
14. 前記スクリーンは、前記応答ビームの検出についての感度を増加させる為に、白色のコーティングを含むことを特徴とする、請求項１乃至１３のいずれか一項に記載の光学的な測定デバイス。
15. 前記測定ヘッドは、前記スクリーンから前記照明ビームを遮蔽する為に、バッフルのセットを含むことを特徴とする、請求項１乃至１４のいずれか一項に記載の光学的な測定デバイス。
16. 前記測定ヘッドは、前記照明ビームが、前記画像検出構成部品から遮蔽されるように配置されたバッフルのセットを含むことを特徴とする、請求項１４又は１５に記載の光学的な測定デバイス。
17. 前記測定ヘッドは、前記画像検出構成部品へと前記スクリーンを結像させる為に、平坦なミラーを含むことを特徴とする、請求項３乃至１５のいずれか一項に記載の光学的な測定デバイス。
18. 前記測定ヘッドは、前記表面と接触した状態にもってくることができる底板を含むと共に、前記底板は、測定ポートを含むと共に、前記測定ポートを通じて前記照明ビーム及び前記応答ビームが伝播していることを特徴とする、請求項１乃至１７のいずれか一項に記載の光学的な測定デバイス。
19. 前記測定ヘッドは、前記底板と接続可能なものである、天板を含むと共に、前記底板は、前記天板よりも小さいエリアをカバーすると共に、前記測定ヘッドの小さい形状に帰着することを特徴とする、請求項１８に記載の光学的な測定デバイス。
20. 前記底板及び前記天板は、前記測定ヘッドの台形の形状が実現されるように、多くの側板によって接続されることを特徴とする、請求項１８又は１９に記載の光学的な測定ヘッド。
21. 前記測定ヘッドは、前記表面が、ミラーの性質を有するとすれば、前記スクリーンに小さいスポットを得る為に、前記スクリーンへと前記試料の前記表面から反射させられた前記応答ビームを集束させるコリメーティングレンズを含むことを特徴とする、請求項１乃至２０のいずれか一項に記載の光学的な測定デバイス。

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