JP2009534647A - オプティカル測定デバイス - Google Patents

Abstract

少なくとも部分的に半透明である、サンプル１０の表面１２、具体的には人間の皮膚の表面１２の光学的外観を測定するオプティカル測定デバイスは、放射線源５８から放出された放射線ビームから生成される照射ビーム２０で表面１２を照射する照射デバイス１８と、表面１２上に入射する照射ビーム２０に対するサンプル１０の応答として生成される応答ビーム３０，３２をインターセプトする検出デバイス５６とを有する。オプティカル測定デバイスは、サンプル１０の表面１２に接触をもたらすことが可能な測定ヘッド１４であって、サンプル１０の下部表面エリア１６において表面１２よりも下位で生成された応答ビーム３０，３２を検出デバイス５６により検出可能にする少なくとも１つの細長アパーチャ４０を有し、表面で直接反射した照射ビームが遮へいされるように設計される測定ヘッド１４を有する。

Description

本発明は、少なくとも部分的に半透明である、サンプルの表面、具体的には人間の皮膚の表面のオプティカルアピアランス（optical appearance；光学的外観）を測定するオプティカル測定デバイスであって、放射線源から放出された放射線ビーム（radiation beam）から生成されるイルミネーションビーム（照射ビーム）で表面を照射するイルミネーションデバイス（照射デバイス）と、表面上に入射するイルミネーションビームに対するサンプルの応答として生成されるレスポンスビーム（応答ビーム）をインターセプトする検出デバイスとを有するオプティカル測定デバイスに関する。

本発明は、更に、サンプル、具体的には人間の皮膚の半透明な表面のオプティカルアピアランスを測定する方法であって、表面を照射するステップと、表面上に入射するイルミネーションビームに対するサンプルの応答として生成されるレスポンスビームを検出するステップとを有する方法に関する。

オプティカルアピアランスを測定するオプティカル測定デバイスは、英国特許公開公報第２３０４１８７Ａ号で知られている。

サンプルの表面のオプティカルアピアランスとは、表面が周囲からの光を処理した結果であり、具体的には、表面上に入射する、以下においてイルミネーションビームと呼ばれる光に対する、表面のオーバーオールのレスポンスの合計により決定される。

オプティカルアピアランスとは、光っていて（shiny）光沢があるか（glossy）光沢がないか（dull）、ざらざらしているか（rough）、滑らかであるか（smooth）、好ましい方向の織目を持っていたり、又は不規則な織目のことでもあろう。表面は、一貫性のある色（consistent color）又はカラーフロップ（color flop）を持ってもよく、表面が、不透明なもの、透明なもの、又はミラーのように反射するものであってもよい。

サンプルの表面上に入射する放射線ビームは、粗さ、織目、及び他の材料的特性のような、表面の巨視的及び微視的な特性に起因して、反射され、拡散され、吸収され、又は色的に変化される。テクスチャの方向は、例えば、イルミネーションビームの拡散によって明らかになる。一例として、平坦な、光っている表面は、光沢のない表面より高パーセンテージで入射放射ビームを一次反射方向に反射する。

サンプルの材料及び表面の特性、並びに表面を持つサンプルのサイズ及び性質（nature）に依存して、オプティカルアピアランスのアクセスを目的とした異なる手法が知られている。一般に、目測は、訓練を受けた人材がサンプルの表面と或る基準となる表面とを視覚的に比較することにより行われる。光沢又は色度を測定するための光沢計（gloss-meter）又は色度計（color-meter）のような視覚的デバイス、及び表面の粗さを決定するための表面形状測定装置（profilometer）のような機械的な微小幾何学（microgeometrical）測定デバイスが知られている。

人間の皮膚の表面のオプティカルアピアランスを測定するオプティカル測定デバイスが一般的に知られている。このようなオプティカル測定デバイスは、一般的に、イルミネーションデバイスと、サンプルから伝送され、反射され、及び／又は拡散された放射線をインターセプトする検出デバイスとを有している。

拡散計が米国特許第６，５７７，３９３号で知られている。ここでは、放射線ビームがサンプルの表面上へと方向付けられて、拡散及び／又は反射した光が特殊なコーティングを持つスクリーンでインターセプトされる。スクリーンのイメージは、感光性デバイス、具体的にはカメラにより撮像される。

ここでは、カメラにおけるイメージは、反射及び／又は拡散した放射線ビームの拡散分布（scattered distribution）のフーリエ等の変換である。

不透明なオブジェクトは、この表面でイルミネーションビームを拡散する表面を持つ。半透明なオブジェクトは、表面で及び追加的に下部表面エリアにおいて表面よりも下位でイルミネーションビームを拡散する。

半透明なオブジェクトのオプティカルアピアランスは、前述した表面特性、及び半透明性の度合いに影響される。従って、オプティカルアピアランスの全体的な決定は、表面及び下部表面エリアがオプティカルアピアランスの測定によりアクセス可能であることを要求する。

半透明なサンプル、具体的には細胞組織の特性（characterization）に関するオプティカル測定デバイスが英国特許公開公報第２３０４１８７Ａ号で知られており、材料の半透明性がはっきりされている。オプティカル測定デバイスは、材料の領域に照射するデバイスと、照射源からの距離の関数のような、材料から出る放射線の強度を検出するデバイスとを有する。デバイスは、伝送モード及び後方拡散モードの双方に用いられる。拡散光は、ロッドレンズ（rod lens）で収集され、複数の同心リング（concentric ring）に分割される検出器に送られる。照射領域からの距離に対しての強度の信号プロファイル（resulting signal profile）は、ニューラルネットワークにより解析される。測定結果は、いわゆる半透明性の階調を決定するために用いられる。

半透明性の階調は、単にオプティカルアピアランスに影響する全体的な効果を総括したサンプルの特徴である。これに対し、オプティカルアピアランスを推定する前述したデバイスは、半透明原因となる拡散中心のような異なる特徴間を区別することができない。

特に関心があるのは、人間の皮膚のオプティカルアピアランスの調査（investigation）である。人間の皮膚は、半透明な物質であり、半透明な人間の皮膚は、イルミネーションビームを拡散するとともに、イルミネーションビームのかなりの量があらゆる方向に物質を通過することを可能にする。

人間の皮膚が半透明であるので、人間の皮膚のオプティカルアピアランスは、表面の特性及び下部表面層の特性により決定される。皮膚は、その時の血液かん流及び／又は皮膚のメラニン含有量のような生理学的なファクタに影響される。

このため、本発明の目的は、半透明な表面をそなえたサンプル、具体的には人間の皮膚のオプティカルアピアランスを推定することが可能であるオプティカル測定デバイスを提供することである。これは、オプティカル測定デバイスを人間の皮膚に適用し、この人間の皮膚の小さな表面領域を検査することを可能にする必要がある。

本目的は、オプティカル測定デバイスは、少なくとも１つの細長アパーチャ（elongated aperture）を有する測定ヘッドを有し、少なくとも１つの細長アパーチャは、サンプルの下部表面エリアにおいて表面よりも下位で生成されたレスポンスビームが検出デバイスで検出可能であるように設計され、表面で直接反射したイルミネーションビームが遮へいされ、冒頭に述べたオプティカル測定デバイスでの発明により解決される。

本発明によるオプティカル測定デバイスは、表面及び下部表面層へのアクセスを持つので、人間の皮膚のオプティカルアピアランスの推定を可能にする。

本発明のオプティカル測定デバイスは、人間の皮膚に照らして以下で論じられるが、電球、塗料、半透明なコーティング、プラスチック等のような他の半透明なオブジェクトの検査に関するデバイスの使用をも可能にする。

測定ヘッドは、サンプルの表面上に、又はサンプルの表面に接触しないが非常に近接するように配置されて、測定の間検査される。イルミネーションデバイスは、イルミネーションビームで表面を照射する。表面が半透明な材料を有するので、イルミネーションビームは、表面に浸透して、サンプルの表面及び下部表面エリアで拡散する。下部表面エリアで拡散したイルミネーションビームは、表面で拡散したイルミネーションビームの１つと異なる位置での表面から再放出される。従って、半透明なサンプルは、三次元の空間分布をそなえた拡散パターンを生成する。

従って、二次元で分布された表面から放出されたレスポンスビームは、下部表面エリアにおいて拡散したイルミネーションビームの分布に関する指標となる。直接反射したイルミネーションビームは遮へいされる。これは、直接反射したイルミネーションビームの強度が、拡散したイルミネーションビームの強度よりも非常に高いので有利である。

本発明のオプティカルデバイスでアクセス可能である標準的な深さは、１０〜２０ｍｍである。これは、表面で強度を持つ放射線ビームが、皮膚の深さへの進路上の拡散プロセスによって強度を失うことに起因するためである。強度は、均一のサンプル（homogeneous sample）において１／ｅの関数で減衰する。皮膚は、複雑な構造を持っており、従って、減衰関数は、１／ｅの形状からのばらつきを示してもよい。表面及び下部表面層での標準的な拡散中心（scatter center）は、色素、骨、軟骨、脂肪組織、コラーゲン、血液、及びその他である。

深部で拡散した放射線は、表面から部分的に再放出されるが、イルミネーションビームが人間の皮膚に入射した領域から離れている。この拡散したビームは、オプティカル測定デバイスの検出デバイスにより検出できる。アパーチャが１又はそれ以上の方向に細長い形状（elongated shape）を持ち、従って、下部表面エリアにおいて、拡散したイルミネーションビームの空間分布へのアクセスを与えるからである。これは、レスポンスビームが検出器に向かって細長アパーチャを介して伝播することができるためである。

本発明の第１の好ましい実施形態によれば、測定ヘッドは、少なくとも１つの細長アパーチャを有するベースプレートをそなえたケーシングを有し、このベースプレートは、オプティカルアピアランスの測定を実行するために、サンプルの表面に設けられ得る。

ベースプレートは、人間の皮膚上での測定ヘッドの規定したポジショニングを可能にする。ベースプレートは、数十ミリメータの長さ及び１０〜２０ｍｍの幅の標準的な寸法（dimension）を持つことで、結果としてやや長い形状を持つ小さな測定ヘッドをもたらす。ここで、ケーシングの形状は、細長アパーチャの形状に従う。ケーシングは、好ましくは、下部表面エリアで拡散したイルミネーションビームを遮断することを避けるために、低い高さ（small height）を有する。

原則として、イルミネーションが表面で入射するイルミネーションスポットからの特定の間隔を覆って、マスキング効果を得るために、少なくとも１つの細長アパーチャを、複数のより小さな細長アパーチャに分割することが可能である。

本発明の更なる好ましい実施形態によれば、イルミネーションデバイスは、ファイバを有し、放射線ビームが、皮膚の表面上へのイルミネーションビームとして、ファイバを用いて方向付けられる。

ファイバは、イルミネーションビームが脱出するための小さな出口窓を持つフレキシブルなオプティカルコンポーネントである。従って、イルミネーションスポットと呼ばれる小さな放射線ビームが表面上へと方向付けられる。推定したオプティカルアピアランスの良好な空間解像度は、小さなイルミネーションスポットを用いて達成される。

調査されるべきサンプルの表面上へとイルミネーションビームを方向付けるためにファイバを使用することで、ファイバと表面との間の非常に短い距離を実現することを可能にする。追加的に、ファイバは、非常に小さくフレキシブルであるので、追加的に表面での異なる入射角でファイバを配置することができる。

これは、外部の放射線源の使用を可能にし、外部の放射線源は、小さな測定ヘッドを実現することができるとともに、放射線ビームがファイバにより調査されるべき表面への近接を損なうことなく方向付けられるという点で有利である。

本発明の更なる好ましい実施形態によれば、ファイバは、放射線受信部分及び放射線放出部分を有し、放射線受信部分が放射線源に接続され、放射線放出部分が少なくとも１つの細長アパーチャに近接した距離においてケーシングに設けられている。

測定ヘッドの小さな形状は、ファイバの放射線放出部分を表面に近接した距離に持ってくることを実現することができる。更に、サンプルの小さな領域に有利に照射することができる。追加的に、低強度の放射線ビームを用いることができる。

反射したイルミネーションビームの高い強度と、下部表面エリアで拡散して表面を出たレスポンスビームの低い強度とを細長アパーチャにより区別することができ、結果として近距離場（near field）及び下部表面エリアにおける拡散したイルミネーションビームの遠距離場（far field）の分布の測定をもたらす。

本発明の更なる実施形態によれば、少なくとも１つの細長アパーチャは、イルミネーションビームがサンプルの表面上へと伝播する際に通過する測定部分と、レスポンスビームが検出手段へと伝播する際に通過する検出部分とを有する。

細長アパーチャの場所でのイルミネーションビーム及びレスポンスビームの空間的な区別は、皮膚の表面上の短い距離において達成可能である。これにより、イルミネーションビーム及びレスポンスビームのシールドが実現される。

本発明の更なる好ましい実施形態によれば、細長アパーチャにおいてイルミネーション部分（照射部分）及び検出部分を実現するために、ファイバのレスポンスビームからイルミネーションビームをシールドするため、バッフル（baffle）が測定ヘッドの内側に配置される。

バッフルは、細長アパーチャにおけるベースプレートに容易に配置可能である、小さい、薄いプレートである。一般的には、金属製のプレートが用いられる。しかしながら、イルミネーションビームという意味で鈍いいかなる他の材料を用いることもできる。本発明によれば、シールド効果を保証するために、材料がイルミネーションビームに対して半透明ではないことが重要である。

更なる好ましい実施形態によれば、バッフルは、実質上、縦型バッフル（vertical baffle）であり、この縦型バッフルは、サンプルの表面に向かってベースプレートを超えて延在している。

これにより、表面を照射する放射線ビームは、細長アパーチャの開口部からシールドされ、これにより、検出コンポーネントの入射口からシールドされる。

ベースプレートを超えて細長アパーチャを介してバッフルを延在することで、イルミネーション部分及び検出部分について測定ヘッドを分割するという結果を生じる。

更なる好ましい実施形態によれば、イルミネーションビームがイルミネーション部分から検出部分にリークすることを防ぐために、縦型バッフルは、サンプルの表面において僅かにインデントする（表面をへこませる）。これは、サンプルの表面における小さな溝又は穴となって生じ、サンプルが人間の皮膚の場合においては通常の状態である。

皮膚の半透光性により、イルミネーションビームが、皮膚の表面での領域にリークし、拡散したイルミネーションビームが再放出される。イルミネーションビームは、深部で拡散したイルミネーションビームを有するレスポンスビームの強度に比べて非常に高い強度を持つので、レスポンスビームの露光過多という結果を生じることになる。従って、レスポンスビームの露光過多は、ベースプレートを超えて延在するバッフルで防がれる。

本発明の更なる好ましい実施形態によれば、検出コンポーネントは、細長アパーチャに関するレスポンスビームを撮像する放射線感受性コンポーネントを有する。

放射線感受性コンポーネントは、拡散したイルミネーションビームを撮像している。好ましくは、コンポーネントは、使用波長範囲における放射線に対して高い検出感度を持つ。外観（visual appearance）が調査の目的である場合においては、人の目の検出感度にも合わせるべきである。

検出コンポーネントは、概して、放射線感受性の表面上に入射する放射線を電気信号に変換する放射線感受性の表面を持つ検出器である。電気信号を用いることで、ＣＤやＤＶＤ等の記憶媒体上へのイメージのデジタル保存を可能にする。

本発明の更なる好ましい実施形態においては、放射線感受性検出器は、カメラ、具体的にはデジタルカメラである。

カメラは、オプティカル測定デバイスに容易に取り付けることができる標準的なデバイスである。デジタルカメラは、更なる処理及び保存に適している、イメージの情報を含むデータファイルを出力として持つ。

更なる好ましい実施形態によれば、カメラは、放射線ビームを供給するためのキセノンフラッシュを有する。

カメラの露光により始動される別個のキセノンフラッシュも用いることができ、以下においては外部フラッシュと呼ばれる。

ほとんどのカメラは、幅広いスペクトル分布で放射線ビームを放出するキセノンフラッシュを持つので、キセノンフラッシュの使用は有利である。余分な放射線源を測定ヘッド又はオプティカル測定デバイスに取り付ける必要がない。これにより、オプティカル測定デバイスの安価な実現が果たされる。

追加的に、カメラの標準的なキセノンフラッシュは、高い放射線ビーム強度を供給する。カメラのキセノンフラッシュの使用は、表面のイルミネーションの同期化及びレスポンスビームの検出を容易に及び安価に可能にする。内部又は外部のキセノンフラッシュに加えて、タングステン、ハロゲン、水銀のランプ、ＬＥＤ、又はレーザのような他の光源を光源として用いることができる。

更なる好ましい実施形態によれば、検出デバイスは、少なくとも１つのカラーフィルタを有する。また、分光光度計又は画像分光計を有してもよい。

少なくとも１つの細長アパーチャを通って、カメラによって見られ又は撮像された、皮膚の下部表面エリアにおいて拡散したイルミネーションビームは、皮膚の特性に依存している強度減衰を示す。これは、近距離場の分布を測定するための少なくとも１つのカラーフィルタを介して撮影されるレスポンスビームの分布をもたらす。

少なくとも１つのカラーフィルタを用いることで、下部表面エリアにおいて異なる深さで拡散したイルミネーションビームを可視化することが可能になり、この異なる拡散深さは、検出したイメージにおいて異なる色をもたらす。カメラは、異なる色の分布を可視化して、これらをフィルム材料又はデジタルデータファイルのいずれかのイメージング媒体上に保存する。カラーフィルタの代わりに、カラーフィルタがカメラに含まれる、いわゆるカラーカメラを用いることができる。

本発明の更なる好ましい実施形態によれば、カラーフィルタは、放射線感受性コンポーネントの前方に配置可能である。

レスポンスビームは、放射線感受性コンポーネント上に入射する前に少なくとも１つのカラーフィルタを通過しなければならない。

更なる好ましい実施形態によれば、ケーシングは、オプティカル測定デバイスが、レスポンスビームをインターセプトするための半球スクリーンを有するParousiameterに適合するような形状を有する。

Parousiameter、具体的には追加のアパーチャをそなえたParousiameterは、細長アパーチャの位置で遠距離場の放射線の分布を測定することを可能にする。細長アパーチャは、前述したように、イルミネーションスポットから約３０ｍｍまで離れている。これにより、サンプル、具体的には皮膚の下部表面エリアでの拡散中心の組織（composition）を検出することができる。これにより、オプティカル測定デバイスは、皮膚よりも下位での拡散中心の存在及び分布に関する医療器具としての役目を果たすことができる。関心のある拡散中心は、例えば、皮膚癌である。さらに、拡散中心の特性は、イルミネーション又は検出部分におけるスペクトル識別を用いることにより取得される。

本発明の更なる好ましい実施形態によれば、カメラのエントランスプレートは、サンプルの表面と実質的に平行に延在している。

これは、皮膚の下部表面エリアで拡散して、損失することなく少なくとも１つの細長アパーチャを出たイルミネーションビームの直接撮像を可能にする。これは、拡散したビーム、レスポンスビームが前方に方向付けられるからであり、実質的にサンプルの表面との直交成分を持つことを意味する。

更なる好ましい実施形態によれば、イルミネーションビームは、ファイバにより規定された光軸に沿って伝播し、光軸は、サンプルの表面に対して調節可能である入射角を持つ。

ファイバをケーシング内に異なる角度で取り付けることによって、イルミネーションビームの入射角は、可変的に選択される。入射角が異なることによって、各イルミネーションビームに対する異なる侵入深さが達成可能になる。ここでは、入射角は、９０度と０度との間で変化する。０度の入射角は、好ましくも、サンプルの下部表面エリアへの最大の侵入深さをもたらす。小さな入射角は、サンプルを介するイルミネーションビームのパスが長いことによって、より小さな侵入深さをもたらす。

従って、オプティカルアピアランスの測定は、異なる入射角でのイルミネーションビームを撮って各レスポンスビームを検出する、異なる一連の測定を含むことができる。これにより、測定は、皮膚の表面を越えて、異なる深さ、具体的には異なるサイズの下部表面エリアへのアクセスを与える。

本発明の更なる好ましい実施形態によれば、入射角は、１０度よりも大きく、７０度よりも小さい。

これらの入射角は、具体的には、ファイバが、サンプルの表面に近接して配置され、ファイバの光軸が１０度と７０度との間で調節可能な角度で傾斜するように測定ヘッドに設けられることで実現される。これにより、異なるサイズ（特に、皮膚の表面を越えての異なる深さ）を持つ関心のあるサブ表面を検査することができる。

本目的は、下部表面エリアにおいて表面よりも下位で拡散したイルミネーションビームから生じるレスポンスビームが検出され、直接反射したイルミネーションビームが遮へいされることで、冒頭に述べた方法による、サンプル、具体的には人間の皮膚の半透明な表面のオプティカルアピアランスを測定する方法により解決される。

サンプルの表面から直接反射したイルミネーションビームが高い強度であり、及びサンプルの下部表面エリアで拡散したイルミネーションビームがより低い強度のビームであり、その差分は、１０〜１００のオーダである。反射した及び深部で拡散したレスポンスビームの双方を検出する場合には、検出デバイスは、広い強度範囲をカバーしなければならない。これは、強度についての低解像度の原因となる。小さな強度のレスポンスビームだけを検出デバイスで検出する場合には、強度の解像度を増大することができる。これにより、測定は、イルミネーションビームの拡散を引き起こす拡散中心の検出に対してより敏感になる。

方法の好ましい態様によれば、レスポンスビームは、イルミネーションビームからシールドされる。

イルミネーションビームがレスポンスビームの露光過多を引き起こすので、これは、有利である。

オプティカル測定デバイスは、半透明な材料の調査、具体的には人間の皮膚及び／又は人間の髪の検査に適用可能である。

具体的には、本発明によるオプティカル測定デバイスは、例えば、血液かん流、メラニン量、酸素飽和度、血糖値、他の代謝因子等を含む皮膚の下部表面エリアを調査することができる。

イルミネーションビームが、表面の照射角及びローカルオプティカル特性に依存する半透明な表面上に入射する場合には、拡散場が、外に向かって減少する強度で、皮膚の下部表面エリアに形成される。イルミネーションプレーンにおける強度減衰は、オプティカル測定デバイスの細長アパーチャにおいて視覚化される。これは、励起したイルミネーションビームが、照射領域の近くで強く、少し離れると弱くなり、おそらくは異なる方向の分布を持つことによる。

細長アパーチャを通過するレスポンスビームの分布は、いわゆる近距離場を形成し、サンプルセットアップ（sample setup）のカメラで測定される。カメラは、３つの標準色のチャネルに対してコンピュータにおいて解析される、細長アパーチャにおいての光分布のイメージを記録する。これは、標準的な手段であり、ここでは説明しない。イルミネーションは、好ましくは、サンプルへのイルミネーションビームの異なる侵入深さを実現するために、異なる入射角で皮膚の表面上へイルミネーションビームを方向付ける放射線源及びファイバを有するイルミネーションデバイスにより実行される。

本発明の前述の、更なる、及びより具体的な目的及び利点は、図面とともに好ましい実施形態の詳細な説明に沿うことで、当業者により容易にはっきりと理解できることになるだろう。

図１においてオプティカル測定デバイス９が示されており、オプティカル測定デバイスは、以下においてサンプル１０と呼ばれるオブジェクト１０上に配置されており、オブジェクトは、調査されるべき表面１２を持つ。オプティカル測定デバイス９の測定ヘッド１４は、オブジェクト１０の表面１２に接触しており、サンプル１０は、以下においては半透明なサンプルである。

半透明なオブジェクトは、具体的には、人間の皮膚及び人間の髪である。オプティカル測定デバイスは、人間の皮膚の検査に従って以下において説明されるが、ポリマーサンプル（polymere sample）、結晶のサンプル、又は透明プラスチック容器等に入れられた黒ビール（mild）若しくはビール（beer）のような濁った液体のような、他の半透明なサンプルの検査にも適用することができる。

従って、オプティカル測定デバイスは、人間の皮膚の検査のためのデバイスとして使用することに限定されない。半透明なオブジェクトは、表面１２上に入射する光が表面１２で及び表面１２よりも下位で拡散するということにより区別される。これは、放射線がサンプルの材料中の或る深さまで侵入することを意味する。イルミネーションビーム２０と呼ばれる光は、材料の拡散中心で拡散して、入射イルミネーションビーム２０の位置とは異なる位置で表面１２を出る。イルミネーションビーム２０が表面１２に当たる領域は、イルミネーションスポット１９と呼ばれる。

イルミネーションビーム２０は、サンプル１２中に侵入し、その強度は、強度減衰関数（intensity decay function）と呼ばれる約１／ｅの長さ毎に減衰する。皮膚に関して、イルミネーションビームは、皮膚の深さについて約数センチメートル侵入し、骨、軟骨、脂肪組織、結合組織、コラーゲン、血液等のような、皮膚の下部表面エリアにおける様々な拡散中心の存在によって周囲に拡散する。

皮膚に侵入するイルミネーションビーム２０は、拡散して、イルミネーションスポット１９から数ミリメートルから数センチメートル離れて再び現れる。従って、拡散したイルミネーションビーム２０は、検出されて測定される場合には、表面領域における材料の組成、及び特定の拡散中心の濃度についての情報を与える。

イルミネーションスポット１９の領域から数センチメートル離れて、拡散したイルミネーションビームの測定を実行する必要がある。拡散が発生し、再び現れるレスポンスビームをもたらす領域は、拡散場１６として表わされる。

測定ヘッド１４は、サンプル１０の表面１２の上に及び／又は中に、イルミネーションビーム２０と呼ばれる第１の放射線ビーム２０を方向付けるファイバ１８を有する。

測定ヘッド１４は、ケーシング２２を有する。ケーシング２２は、ベースプレート２４を有し、このベースプレート２４は、測定プロセスの間、オブジェクト１０の表面１２に近接して配置されている。本発明による皮膚の表面からのベースプレート２４の標準的な距離は、マイクロメータからミリメータの範囲であり、又はこれらが直接接触してもよい。

測定ヘッド１４は、追加的に、縦型バッフル２６を有し、このバッフル２６は、イルミネーションビーム２０を、サンプル１０の表面１２を出るレスポンスビーム２８と区別する。イルミネーションスポット１９から離れて出るレスポンスビームには、参照符号３２を付している。ここでは、レスポンスビーム２８は、参照符号３０が付された、イルミネーションスポット１９に近接して拡散したイルミネーションビームと、参照符号３２が付された、皮膚の下部表面エリアで拡散したイルミネーションビームとを有する。

縦型バッフル２６は、非常に薄く、透明なプレートではなく、好ましくは金属製のプレートで作られており、測定の間、皮膚の表面１２に向かってベースプレート２４における細長アパーチャ４０を超えて延在している。延在は、ベースプレート２４を超えてから約０．３ｍｍであり、表面１２への僅かなインデント（へこみ）をもたらす。これにより、直接的な放射線、イルミネーションビームがイルミネーション部分３４から検出部分３６へとリークすることを防止する。

測定ヘッド１４は、イルミネーションビーム２０にとって入射の異なる角度が実現される。従って、ファイバ１８は、ケーシング２２の異なる複数の穴３８に取り付け可能であり、１つの穴３８だけが図１に示されている。

不使用の穴は、測定ヘッド１４から放出する放射線を阻止するために、プラグ３９で閉じられる。イルミネーションビーム２０の入射角及び皮膚のローカルオプティカル特性に依存して、拡散場１６がサンプル１０、具体的には調査されるべき皮膚に形成され、イルミネーションビーム２０の強度は、外に向かって減少する。照射面におけるイルミネーションビーム２０の強度減衰は、細長アパーチャ４０において可視化される。細長アパーチャ４０は、ベースプレート２４に設けられ、ベースプレート２４において細長アパーチャ４０の幅に対して、およそ５倍の因子よりも長く延在する長さ４２を持つ。下部表面エリアにおいて拡散した深さの表面で拡散したイルミネーションビームを有する光分布は、図１においては示されていない、強度パターンから二次元のイメージを形成するカメラ５６ｂである放射線感受性コンポーネント５６ａを有する検出デバイス５６で一般的に検出される。

イメージは、イルミネーションスポット１９の近くのイルミネーションビーム２０の異なる強度と、イルミネーションスポット１９から離れた下部表面エリアから現れるレスポンスビーム２８の強度とに起因した強度分布を有する。

従って、細長アパーチャは、表面に関する空間分布を有するレスポンスビーム２８を得るために重要である。オプティカル測定デバイス９は、表面よりも下位でサンプルの第１の深さにおいて拡散した及びより大きな深さで拡散した、双方のイルミネーションビーム２０を概して検出し、空間的に分解して検出することができるように変更可能である。

調査されるべき皮膚は、個々の人の間で大きく変わっており、様々な身体各部の間でも大きく変わっている。拡散中心の組成及び濃度は、拡散したビーム３０の強度分布と深部で拡散したビーム３２の強度とを有する測定画像から決定される。また、髪、具体的には１房の髪の毛の半透明性の調査は、方位的なacatter bowをもたらす間可能である。

図２は、斜視図のオプティカル測定デバイスを示している。同じ部分が図１における同じ符号で割り当てられている。

ベースプレート２４は、長い辺４４及び短い辺の長さ４２を持った矩形形状を有する。ベースプレート２４の底部は、サンプル１０の表面１２に接触している。ベースプレート２４の上面４６は、ファイバ１８を含むケーシング２２に接続されている。細長アパーチャ４０は、上面４６から底部４７に至っており、矩形形状又は円部分（pie section）のような他の形状を持つ。

ファイバ１８は、表面１２を照射するために、細長アパーチャ４０の測定部分２４に方向付けられている。拡散したイルミネーションビーム３０，３２は、細長アパーチャ４０を介して伝播するが、表面で反射した光は遮へいされる。ケーシング２２で覆われているイルミネーションスポット１９のところで反射するからである。オプティカル測定デバイス９が表面１２及び下部表面エリアを検査するサンプル１０の表面１２に沿って移動可能であることがわかる。移動は、矢印５２及び矢印５４で示された２方向において可能である。各測定位置では、細長アパーチャ４０を介して伝播したレスポンスビーム２８のイメージは、図２において示されていない、カメラ５６ｂによって得られる。

縦型バッフル２６は、点線の矩形領域で示されている。縦型バッフル２６は、図２に示されるようなサイドプレートに、ファイバ１８が取り付けられている、ケーシング２２の内側に取り付けられている。

図３は、調査されるべきサンプル１０の表面上の測定位置に配置されたオプティカル測定デバイス１４を示している。ベースプレート２４は、表面１２とほぼ平行に配置されている。ケーシング２２は、表面１２を照射するために、ファイバ１８を含んでいる。カメラ５６は、レスポンスビーム２８のイメージがここでは見えない細長アパーチャ４０を介して伝播されて得られるように配置されている。表面１２でイルミネーションビームを形成するためにファイバ１８を介して方向付けられる放射線ビームは、好ましくはカメラ５６のキセノンフラッシュである放射線源５８から発生する。これは、表面１２のイルミネーションが、レスポンスビーム２８のイメージを得るカメラ５６の開始により容易に同期されるという利点を持つ。

図４は、本発明の更なる実施形態を示しており、オプティカル測定デバイス１４は、半球スクリーン６０を持つ標準的なParousiameter内に含まれている。ここでは、表面１２は、表面１２上へとファイバ１８により方向付けられるイルミネーションビーム２０により照射される。ベースプレートは、マスクアパーチャ（masked aperture）６２を有する。

測定は、半球スクリーン６０を用いて、遠距離場でのカメラ５６ｂで近距離場のイメージを取り込むことで実行される。スクリーン６０によりインターセプトされた２次元の像は、情報を保存するために、及びオプティカルアピアランスの拡散分布と特徴との間の相関係数（correlation factor）を取得するために、カメラ５６ｂにより取り込まれる。

図５は、近距離場の強度減衰の分析を示している。ｘ軸６４はイルミネーションスポット１９からの距離を示しており、ｙ軸６６は強度を示している。曲線６８は、細長アパーチャを介して放出された、全てを統合した強度を示している。曲線７０は、赤色の波長で放出される拡散イルミネーションビームに関する強度を示しており、曲線７２は、緑色についての放出強度を示し、曲線７４は、青色の放出強度を示している。

これらの強度曲線から、イルミネーションビーム２０の拡散の原因である拡散中心の数や性質（nature）を処理することができる。

強度測定は、カメラを用いて実行される。カメラ５６ｂは、細長アパーチャにおけるレスポンスビームの分布のイメージを記録し、強度曲線が、３つの標準色のチャネルについて、コンピュータプログラムを用いて解析される。

サンプルの表面上に配置された測定ヘッドの断面の概略図である。 測定ヘッドの一実施形態の概略図である。 イルミネーションデバイス及び検出デバイスの断面の概略図である。 Parousiameterに実装された測定ヘッドの概略図である。 レスポンスビームから得られた近距離場情報のダイアグラムである。

Claims (21)

1. 少なくとも部分的に半透明である、サンプルの表面、具体的には人間の皮膚の表面の光学的外観を測定するオプティカル測定デバイスであって、
   放射線源から放出された放射線ビームから生成される照射ビームで前記表面を照射する照射デバイスと、
   前記表面上に入射する前記照射ビームに対する前記サンプルの応答として生成される応答ビームをインターセプトする検出デバイスとを有するオプティカル測定デバイスにおいて、
   当該オプティカル測定デバイスは、
   前記サンプルの前記表面に接触をもたらすことが可能な測定ヘッドであって、前記サンプルの下部表面エリアにおいて前記表面よりも下位で生成された前記応答ビームを前記検出デバイスにより検出可能にする少なくとも１つの細長アパーチャを有し、前記表面で直接反射した前記照射ビームが遮へいされるような前記測定ヘッドを有することを特徴とする、オプティカル測定デバイス。
2. 前記測定ヘッドは、前記少なくとも１つの細長アパーチャを有するベースプレートを持つケーシングを有し、前記ベースプレートは、前記光学的外観の測定を実行するために、前記サンプルの前記表面に設けられ得ることを特徴とする、請求項１に記載のオプティカル測定デバイス。
3. 前記照射デバイスは、ファイバを有し、前記放射線ビームは、前記サンプルの前記表面上への前記照射ビームとして、前記ファイバにより方向付けられることを特徴とする、請求項１又は請求項２に記載のオプティカル測定デバイス。
4. 前記ファイバは、放射線受信部分と放射線放出部分とを有し、前記放射線受信部分は、前記放射線源に接続され、前記放射線放出部分は、前記少なくとも１つの細長アパーチャに近接した距離で前記ケーシングに設けられることを特徴とする、請求項３に記載のオプティカル測定デバイス。
5. 前記少なくとも１つの細長アパーチャは、前記照射ビームが前記表面上へと伝播する際に経由する照射部分と、前記応答ビームが前記検出デバイスに向かって伝播する際に経由する検出部分とを有す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オプティカル測定デバイス。
6. 前記応答ビームから前記照射ビームをシールドするために、前記細長アパーチャ内に前記照射部分と前記検出部分とを実現するため、バッフルが前記測定ヘッドの内側に設けられることを特徴とする、請求項３又は請求項４に記載のオプティカル測定デバイス。
7. 前記バッフルは、実質的に縦型バッフルであり、前記縦型バッフルは、前記サンプルの前記表面に向かって前記ベースプレートを越えて延在することを特徴とする、請求項６に記載のオプティカル測定デバイス。
8. 前記縦型バッフルは、前記照射ビームが前記照射部分から前記検出部分にリークすることを防ぐために、前記サンプルの前記表面に僅かにインデントすることを特徴とする、請求項７に記載のオプティカル測定デバイス。
9. 前記検出デバイスは、前記細長アパーチャについての前記応答ビームを撮像する放射線感受性コンポーネントを有することを特徴とする、請求項１乃至８のいずれか一項に記載のオプティカル測定デバイス。
10. 前記放射線感受性コンポーネントは、カメラ、具体的にはデジタルカメラであることを特徴とする、請求項９に記載のオプティカル測定デバイス。
11. 前記カメラは、前記放射線ビームを供給するためのキセノンフラッシュを有することを特徴とする、請求項１０に記載のオプティカル測定デバイス。
12. 前記検出デバイスは、少なくとも１つのカラーフィルタを有することを特徴とする、請求項１乃至１１のいずれか一項に記載のオプティカル測定デバイス。
13. 前記少なくとも１つのカラーフィルタは、前記放射線感受性コンポーネントの前方に設けられ得ることを特徴とする、請求項１２に記載のオプティカル測定デバイス。
14. 前記ケーシングは、当該オプティカル測定デバイスが前記応答ビームをインターセプトするための半球スクリーンを有するParousiameterに適合する形状を有することを特徴とする、請求項２乃至１３のいずれか一項に記載のオプティカル測定デバイス。
15. 前記カメラの入射面が、前記サンプルの前記表面と実質的に平行に延在することを特徴とする、請求項１０乃至１４のいずれか一項に記載のオプティカル測定デバイス。
16. 前記照射ビームは、前記ファイバにより規定された光軸に沿って伝播し、前記光軸は、前記サンプルの前記表面に対して調節可能である入射角を持つことを特徴とする、請求項９乃至１５のいずれか一項に記載のオプティカル測定デバイス。
17. 前記入射角は、１０度と７０度との間で調節可能であることを特徴とする、請求項１６に記載のオプティカル測定デバイス。
18. 当該オプティカル測定デバイスは、近距離場及び遠距離場を測定するためのParousiagramの取得に適しており、前記近距離場は、前記表面で拡散した前記照射ビームのことであり、前記遠距離場は、前記表面よりも下位で拡散した前記照射ビームのことであることを特徴とする、請求項１４乃至１７のいずれか一項に記載のオプティカル測定デバイス。
19. サンプル、具体的には人間の皮膚の半透明な表面の光学的外観を測定する方法であって、
    照射ビームで前記サンプルの前記表面を照射するステップと、
    前記表面上に入射する前記照射ビームに対する前記サンプルの応答として生成される応答ビームを検出するステップとを有する方法において、
    下部表面エリアにおいて前記表面よりも下位で拡散した前記照射ビームから発生する前記応答ビームを検出するステップと、
    直接反射した前記照射ビームを遮へいするステップとを有することを特徴とする、方法。
20. 前記表面で拡散した、前記照射ビームから生成された前記応答ビームを更に検出するステップを有することを特徴とする、請求項１９に記載の方法。
21. 前記応答ビームを前記照射ビームからシールドすることを特徴とする、請求項２０に記載の方法。

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