JP2019148584A - 2次元多層厚測定 - Google Patents
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Abstract
Description
、ここで、λは前記第1又は第2の離散的狭域スペクトル帯内の波長を表し、α、β及びγは予め決定された因子であり、n1及びn2はそれぞれ前記構造体の第1及び第2の層の屈折率であり、d1及びd2はそれぞれ前記構造体の前記第1及び第2の層の層厚である;前記強度の測定値の少なくとも1つは、前記第1及び第2の入射光を前記構造体に提供し且つ前記構造体により反射された光を前記光センサに提供する光学系のスペクトル応答について調整され、又は、前記光センサのスペクトル応答について調整される;前記構造体の少なくとも1つの層の厚さは、前記構造体の少なくとも1つの層の層厚に関する方程式系を解くことによって求められ、前記方程式系のそれぞれの方程式は、前記第1及び第2の離散的狭域スペクトル帯に対応する波長の前記構造体への入射光からの反射光の強度の測定値の和を表し、次の式にしたがって求められる:
、ここで:I(λ)は、入射波長λの光の反射光の強度の測定値であり、更に、前記構造体の少なくとも1つの層の層厚と前記構造体の少なくとも1つの層の屈折率との関数であり、λ1及びλ2は、それぞれの離散的狭域スペクトル帯の下限及び上限であり、Eopticsは、前記第1及び第2の入射光を前記構造体に提供し且つ前記構造体により反射された光を前記光センサに提供する光学系のスペクトル応答であり、Esensorは、前記光センサのスペクトル応答である;前記構造体の少なくとも1つの層の厚さは、前記構造体への入射光からの反射光の強度の測定値を、訓練された機械学習システムに入力することによって求められる;前記機械学習システムは、前記強度の測定値に対応する入射光の波長に関する完全分解された分光反射率、物理的涙液モデルの測定値、及び/又は、数値モデル又は数値シミュレーションに基づいて、強度の測定値を層厚に関連付けるために厚さを出力するように、教師あり環境にて訓練される;前記第1及び第2の2D画像の各ピクセルに対応する前記構造体の位置が前記第2の入射光で照明される前に、前記第1及び第2の2D画像の各ピクセルに対応する前記構造体の位置が前記第1の入射光で照明される;前記第1及び第2の2D画像の第2のピクセルに対応する前記構造体の位置が前記第1の入射光及び前記第2の入射光で照明される前に、第1のピクセルに対応する前記構造体の位置が前記第1の入射光及び前記第2の入射光で照明される;前記第1及び第2の2D画像のピクセルに対応する前記構造体の位置それぞれについて、ピクセル位置が前記第1及び第2の入射光で同時に照明され、且つ、前記第1及び第2の入射光の反射の強度が同時に測定される;前記第1及び第2の離散的狭域スペクトル帯は重複しない;及び/又は、前記第1の離散的狭域スペクトル帯の帯域幅は、前記第2の離散的狭域スペクトル帯の帯域幅と異なる。
空気−油界面300において:
及び
油とムチン−水との界面302において:
及び
ムチン−水と角膜との界面304において:
及び
ここで、nlipid〜1.46から1.53であり、これは油層の屈折率であり、naqueous〜1.334であり、これはムチン−水層の屈折率であり、ncornea〜1.376であり、これは角膜の屈折率である。
更に、(波長λ及び時間tにおける)入射光の全ての反射部分の合成された検出光波は、次のように表すことができる。
ここで、
、
、及び
であり、ここで、dlipidは油層の厚さであり、dmucoaqueousはムチン−水層の厚さであり、cは光の速度である。
上記のように、A≫B〜D≫Cである。したがって、上記の強度方程式は次のように簡略化できる。
ここで、α(λ)〜10-2であり、β(λ)、γ(λ)〜10-3である。代入すると、波長λの所与の入射光に対する反射光の強度は、次のようになる。
前述したように、方程式1はマクスウェル方程式に基づいている。しかしながら、特定のモデルは、異なる方法で求められてもよい。例えば、層厚を求めるために、強度を表す異なる方程式が解かれる。
ここで、I(λ)は特定の波長λで測定された強度を表す方程式であり、Eoptics(λ)は入射光及び反射光を通過させるために用いられる光学系のスペクトル応答であり、Esensor(λ)は反射光を検出する光センサのスペクトル応答、つまり、イメージングセンサ及びシステムの特性である。他の実施形態では、光学系及び/又はセンサのスペクトル応答について必ずしも考慮することはなく、各帯域内の波長にわたる和を用いて(層厚を解くために用いることが可能な)各帯域の強度を求めることが可能である。
シミュレーション及びテスト結果
本発明は、多層構造体の層厚を測定するための方法及びシステムに関する。
空気−油界面300において:
Claims (21)
- 多層構造体の層厚を測定するための方法であって、
各ピクセルに対応する前記構造体の位置における第1の入射光の反射の強度を測定することにより、前記構造体の第1の2次元(2D)画像を生成し、
各ピクセルに対応する前記構造体の位置における第2の入射光の反射の強度を測定することにより、前記構造体の第2の2D画像を生成し、
前記第1及び第2の2D画像において対応するピクセルについて測定された反射の強度に基づいて、前記構造体の各位置における前記構造体の少なくとも1つの層の厚さを求め、
前記第1の入射光は第1の離散的狭域スペクトル帯において生成され、前記第2の入射光は第2の離散的狭域スペクトル帯において生成され、前記第1及び第2の離散的狭域スペクトル帯は完全に重複することはなく、
前記第1及び第2の入射光の強度は、光センサによって測定される、
方法。 - 前記第1及び第2の離散的狭域スペクトル帯は、フリンジウオッシュアウトを軽減し、且つ、前記構造体の最厚層の層厚情報を維持するために、十分に狭い、
請求項1の方法。 - 前記多層構造体は、眼の涙液である、
請求項1の方法。 - 更に、付加的な離散的狭域スペクトル帯の入射光を用いて付加的な2D画像を生成し、狭域スペクトル帯の総数が、求められる層厚の個数以上である、
請求項1の方法。 - 求められる少なくとも1つの層厚は、眼の涙液の油層又はムチン−水層の厚さである、
請求項1の方法。 - 更に、第3の離散的狭域スペクトル帯の入射光を用いて第3の2D画像を生成し、前記第1、第2及び第3の離散的狭域スペクトル帯が、測定のスペクトル帯域幅において一様に分布している、
請求項1の方法。 - 更に、第3の離散的狭域スペクトル帯の入射光を用いて第3の2D画像を生成し、前記第1、第2及び第3の離散的狭域スペクトル帯が、測定のスペクトル帯域幅において非一様に分布している、
請求項1の方法。 - 前記構造体の少なくとも1つの層の厚さは、前記構造体の少なくとも1つの層の層厚に関する方程式系を解くことによって求められ、
前記方程式系のそれぞれの方程式は、前記第1及び第2の離散的狭域スペクトル帯に対応する波長の前記構造体への入射光からの反射光の強度の測定値を表し、更に、前記構造体の少なくとも1つの層についての屈折率の関数である、
請求項1の方法。 - 前記強度の測定値の少なくとも1つは、前記第1及び第2の入射光を前記構造体に提供し且つ前記構造体により反射された光を前記光センサに提供する光学系のスペクトル応答について調整され、又は、前記光センサのスペクトル応答について調整される、
請求項8の方法。 - 前記構造体の少なくとも1つの層の厚さは、前記構造体の少なくとも1つの層の層厚に関する方程式系を解くことによって求められ、前記方程式系のそれぞれの方程式は、前記第1及び第2の離散的狭域スペクトル帯に対応する波長の前記構造体への入射光からの反射光の強度の測定値の和を表し、次の式にしたがって求められる:
ここで:
I(λ)は、入射波長λの光の反射光の強度の測定値であり、更に、前記構造体の少なくとも1つの層の層厚と前記構造体の少なくとも1つの層の屈折率との関数であり、
λ1及びλ2は、それぞれの離散的狭域スペクトル帯の下限及び上限であり、
Eopticsは、前記第1及び第2の入射光を前記構造体に提供し且つ前記構造体により反射された光を前記光センサに提供する光学系のスペクトル応答であり、
Esensorは、前記光センサのスペクトル応答である、
請求項1の方法。 - 前記構造体の少なくとも1つの層の厚さは、前記構造体への入射光からの反射光の強度の測定値を、訓練された機械学習システムに入力することによって求められる、
請求項1の方法。 - 前記機械学習システムは、前記強度の測定値に対応する入射光の波長に関する完全分解された分光反射率、物理的涙液モデルの測定値、及び/又は、数値モデル又は数値シミュレーションに基づいて、強度の測定値を層厚に関連付けるために厚さを出力するように、教師あり環境にて訓練される、
請求項12の方法。 - 前記第1及び第2の2D画像の各ピクセルに対応する前記構造体の位置が前記第2の入射光で照明される前に、前記第1及び第2の2D画像の各ピクセルに対応する前記構造体の位置が前記第1の入射光で照明される、
請求項1の方法。 - 前記第1及び第2の2D画像の第2のピクセルに対応する前記構造体の位置が前記第1の入射光及び前記第2の入射光で照明される前に、第1のピクセルに対応する前記構造体の位置が前記第1の入射光及び前記第2の入射光で照明される、
請求項1の方法。 - 前記第1及び第2の2D画像のピクセルに対応する前記構造体の位置それぞれについて、そのピクセル位置が前記第1及び第2の入射光で同時に照明され、且つ、前記第1及び第2の入射光の反射の強度が同時に測定される、
請求項1の方法。 - 前記第1及び第2の離散的狭域スペクトル帯は重複しない、
請求項1の方法。 - 前記第1の離散的狭域スペクトル帯の帯域幅は、前記第2の離散的狭域スペクトル帯の帯域幅と異なる、
請求項1の方法。 - 請求項1の方法の各ステップの実行を制御するように構成されたプロセッサと、
前記第1及び第2の入射光を生成するように構成された光源と、
入射光の前記反射を測定するように構成された光センサと
を含むイメージングシステム。 - 前記光源は、広帯域光源又は発光ダイオードである、
請求項19のイメージングシステム。 - 前記光センサは、ハイパースペクトルカメラ又はマルチスペクトルカメラである、
請求項19のイメージングシステム。
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