JP5479345B2 - 試料の表面を観察するための装置 - Google Patents

Description

本発明は、半透明の材料をもつ試料の表面の外観を観察するための装置に関する。

試料の表面の外観を観察するために、当該表面が特定の方向から見られることがあり、光線が、別の方向から当該表面へと導かれる。これにより、表面に関する様々な情報が、入射光及び出射光の方向、強度、色、及び表面に対するビューイングの方向に応じて、得られることができる。観察された外観は、皮膚の毛などの表面の模様、及び/又は、起伏、隆起部、又は突起を含む可能性があり、表面自体が大体半透明である場合、表面の下、即ち準表面の模様、及び/又は色、及び/又は組織を含む可能性がある。当該観察は、記録されることができ、及び/又は分析されることができる。

表面の起伏、表面の色、表面の光の反射特性及び吸収特性等を含む、試料の表面の態様及び/又は特性と、表面の観察者の理解力との組み合わせの各々に対し、本説明では、外観、という表現が使われている点に留意する必要がある。観察する、は通常の表現であり、これは表面の外観を検査すること、及び/又は記録すること、及び/又は分析することを含む。

非接触の、摂動のないモニタリング技術が、表面及び/又は準表面の組織を特定するための技術の多くのエリアで役に立っている。更にまた、幾何学的な形状をもつ、物質的な欠陥のタイプ及び密度、又は他の特徴が、この技術を用いて特徴づけられることができる。この技術の別の用途は、人間の肌の特徴及び状態の分析である。

特に、組織の詳細が分析されねばならないとき、表面の外観の観察を種々異なる方向から行うことが所望され、光源もまた、一つまたはこれより多くの所定の方向（表面がある面に対して種々異なる角度）から、当該表面を照明するかも知れない。

特に、相対的に大きな対象物の表面、例えば人間の肌の一部が観察されねばならないとき、試料を装置の内部に置くことは不可能である。この場合、装置は、試料又は試料の一部の上に、又は反対側に置かれねばならず、観察されるべき表面の場所は、装置の外側になってしまう。

試料の表面の光学的な外観を測定するための光学測定装置が、国際特許公開公報 WO 2007/072403で開示されている。開示された装置は、表面を照射ビームで照明するための照明装置と、照射ビームに対する資料の反応を検出するための検出装置とを有する。

試料が半透明の材料の場合、光源からの光は試料の表面で反射するばかりでなく、試料を透過することもある。透過した光は、試料内部で散乱し、試料内部で少なくとも部分的に吸収されることであろう。これは、いわゆる消滅長さによって特徴づけられ、透過した光の全てが吸収される距離に対する測度である。これ故、照明された領域のサイズが、透過した光の消滅長さと比較して比較的小さな場合には、透過した光の一部のみが吸収される。透過した光の全てが吸収されるのではない場合、透過され、散乱された光の一部が試料の表面から発することであろう。反射光の観察は、次に、試料の表面から発した散乱光によって妨げられる。これ故、照明された領域のサイズが、透過した光の消滅長さと較べて比較的小さな場合、試料の外観の観察精度は比較的低い。

本発明の目的は、半透明の材料の試料の表面の外観を観察する装置を提供することであり、発された散乱光の、試料の外観の観察の精度に対する影響が最小にされる。本発明は、独立請求項によって規定されている。好都合な実施例が、従属請求項によって規定されている。

この目的は、半透明の材料の試料の表面の外観を観察する、本発明による装置によって達成される。当該装置は、試料の表面の少なくとも興味がある領域を所定の方向から照明するための光源と、興味がある領域の、照明に対する反応を観察するための手段と、を有し、照明された領域は、興味がある領域、及び興味がある領域を囲む領域を含んでいる。この態様では、半透明の材料内で散乱され、興味がある領域で発される光の量は、試料の興味がある領域内の表面及び準表面から直接反射された光と比較して、比較的少ない。何故ならば、照明された領域が、観察された興味がある領域よりも大きいからである。更にまた、照明された領域に対し、興味がある領域を限定することによって、発光量が試料表面の特徴描写を妨げる散乱光によって大きく影響される、照明された領域を囲んでいて、光を発している領域と、照明された領域の端の領域とが、試料表面の外観の観察から除外される。実際に、光が放射している、照明された領域を囲む領域のサイズは、半透明の材料内で散乱された光の消滅長さに対する測度である。

本発明による装置の好ましい実施例では、試料表面は変形可能であり、興味がある領域と一致する開口部をもつ半透明のプレートが、変形可能な表面に置かれている。当該プレートが試料の変形可能な表面に置かれると、この変形可能な表面は、試料の表面に加えられた圧力のために、膨隆する傾向がある。これによって、例えば興味がある領域が変形して、別の結像点をもつので、試料の観察精度を減じる表面の変形が生じる、更にまた、人間の皮膚の場合、人間の皮膚の表面の模様、色、及び/又は外観が、人間の皮膚の上にある前記プレートの機械的な接触の影響を受けて変化する。本発明による半透明のプレートは、変形可能な表面が変形することがあるエリアを減じ、これ故、変形の量も減じる。他の実施例では半透明のプレートは、発光標準、色標準、及び寸法目盛を有し、これらは色点の修正と色点の校正とを可能にする。

本発明による装置の実施例では、照明される領域のサイズは、試料内に透過する光の消滅長さの少なくとも2倍、興味がある領域のサイズよりも大きい。これは、観察された反射光に対する散乱光の妨害を、最適に最小化する。

本発明による装置の実施例では、光源の場所は調節可能であり、この結果、試料の表面は種々異なる所定の方向から照明されることができる。即ち、入射光線は試料の表面に、種々異なる角度で当たる。これにより、カメラは、表面が様々に照明された被写体を記録することができ、この結果、より多くの表面情報が得られることができる。

本発明による装置の実施例では、当該装置は更に、観察手段が、興味がある領域の表面の少なくとも一部に焦点が合っているかどうかを決定するための光学合焦点装置を有する。これは、興味がある領域の表面に、興味がある領域を観察するための例えばカメラなどの手段の焦点が合っているのを順守することを、都合よく提供し、これにより、試料の外観の観察品質を改善する。

本発明のこれらの態様、及び他の態様は、図を参照して更に解明され、説明されることであろう。

試料の表面の外観を観察する、周知の装置の断面の概観図を示す。 試料の表面の外観を観察する、本発明による装置の第1の実施例を示す。 試料の表面の外観を観察する、本発明による装置の第2の実施例を示す。

これらの図は、縮尺通りに描かれてはいない。これらの図は概観的で、線図表現であるに過ぎず、本発明の解明のために、関連した装置の一部を示しているに過ぎない。概して、これらの図中では、同一の構成要素は、同一の引用番号によって示されている。

図1は、周知の装置の原理を概観的な断面図で示している。図1は、記録し、分析するために観察される表面2をもつ、半透明又は透き通るような試料1を、線図的に表している。当該試料1は、表面2を観察するための装置のベースプレート3の下の場所にある。当該ベースプレート3は、中央開口部5をもっている。表面2は、開口部5の場所にある。表面2が、光源11によって照明されている。光源11は、光源からの光線12を開口部5へと導く。更にまた、光源11による照明に反応した表面2からの反射光を観察するための検出器、この例ではカメラ14が、光線12が導かれている表面2の外観を観察するために存在している。カメラ14の代わりに、又はカメラ14に加え、色検出器又は分光計が、光源11による照明に対する表面2の反応を観察するために使用されることもある。図1に示されているように、開口部5は光線12によって照明された表面2の一部と、試料1の興味がある領域とも呼ばれる、外観が観察される表面2の一部との両方を規定している。光線12の一部が表面2で反射して、カメラ14によって検出されるであろうし、矢印線32で例示されるように、光線12の一部は、表面2から半透明の試料1を透過し、試料1の内部で散乱することであろう。透過され、散乱された光32の一部は、試料1に吸収されるであろうが、しかし、この散乱光32の一部は、表面2から光を発するよう散乱することであろうし、これ故、表面2上で直接反射された光の一部と混ざることであろう。この表面からの発光は、とりわけ、透過した光32の消滅長さに依存する。消滅長さは、透過した光が試料1内で全て吸収される前に、当該試料1内を進む長さ又は距離に対する測度である。消滅長が、光線12によって照明された表面2の部分の寸法に対して大きな場合、大部分の散乱光12が、表面2から出光する。この態様で、透過され、散乱され、及び発された光32が、表面2の外観の観察を妨げ、結果として、カメラ14による、表面2の外観のより正確ではない、乱された検出を生じる。

図2には、本発明による装置の第1の実施例の原理が、概観的な断面図で示されている。中央開口部5は、本発明による装置では、カメラ14によって観察される表面2の一部である、関心のある領域16よりも大きい。光線12は、ベースプレート3の開口部5によって露出された表面2の一部を照明する。興味がある領域16内にある表面2から反射した光線12の一部が、カメラ14によって観察されることであろう。試料1内に透過し、散乱した光32は、試料1に部分的に吸収され、試料1から部分的に出光する。しかしながら、この場合、表面2の照明された領域の一部のみが、カメラ14によって観察され、また、散乱光32の比較的小さな部分のみが、興味がある領域16から出光する。開口部5の寸法によって規定される、照明された領域の寸法は、この場合、透過され、散乱した光32の消滅長さと較べると、比較的大きく、結果として、透過した光32のより小さな部分が、開口部5よりも、より小さな寸法をもつ、興味がある領域16から出光することになるであろう。この態様にて、試料1の表面2の外観の観察は、表面2の外観のより正確な画像を結果として生じ、発された散乱光32によって、大きく妨げられることはない。開口部5の寸法、及び興味がある領域16の寸法は、円の直径でもよく、又は例えば円、長方形、若しくは正方形の面積でもよい。

図3では、本発明による装置の第2の実施例の原理が、概観的な断面図で示されている。この事例では、半透明の試料1は変形可能な、例えば人間の皮膚である。ベースプレート3は皮膚に接触し、結果として当該ベースプレート3の開口部5に存在する皮膚の変形を生じることであろう。通常、皮膚は、試料1上にあるベースプレート3によって加えられた圧力のために、内部に向かって膨隆する傾向をもつことであろう。これは、表面2は焦点がずれているだろうから、カメラ14による表面2の観察を妨げ、例えば人間の皮膚の場合、外観、例えば色が、変化してしまう。表面2の変形を最小にするために、半透明のプレート41が開口部5に置かれ、当該半透明のプレート41は、カメラ14によって観察される興味がある領域17に応じた開口部をもっている。プレート41は半透明であるので、光線12は開口部5によって露出された表面2の一部を照明する。更にまた、半透明のプレート41の開口部によって露出された変形可能な試料1の表面2の一部のみが、変形するかも知れないし、又は膨隆するかも知れない。本実施例では、変形量は、半透明のプレート41が存在しない場合の表面2の変形量よりも小さい。これ故、表面2の変形による観察上の妨害が、最小にされる。更にまた、光を透過するプレート41の材料の使用によって、及び興味がある領域16よりも大きな照明されたエリアによって、試料1の表面2の外観の観察が、発された散乱光32によって大きく妨げられることはない第1の実施例の効果が、保たれる。半透明のプレート41は、興味がある領域16に応じて、円形又は矩形の開口部をもってもよい。例えば半透明のプレート41の開口部の近くに、寸法目盛が、半透明のプレート41上に加えられることができる。寸法目盛に加えて、又は寸法目盛の隣に、発光標準、及び色標準が、半透明のプレート41に加えられることができ、これらは、色点の修正、及び色点の校正を可能にする。

カメラ14が、観察される試料1の表面2の少なくとも一部に焦点が合っていることを順守するために、光学的な合焦点装置が、本発明による装置に加えられている。当該光学的な合焦点装置は、カメラ14が、興味がある領域16の表面2の少なくとも一部に焦点が合っているかどうかを決定し、この後、例えば、表面2の外観の観察を含む測定シーケンスを開始するために、観察カメラ14を起動させる。

要約すると、本発明は、半透明の材料である試料の表面の外観を観察するための装置に関し、当該装置は、試料の表面の少なくとも興味がある領域を所定の方向から照明するための光源と、興味がある領域から反射された光を観察するための手段と、を有し、照明された領域は、興味がある領域、及び興味がある領域を囲んでいる領域を含んでいる。この態様で、発された散乱光の、試料の外観の観察の精度へ与える影響が、最小にされる。

上述の実施例が本発明を限定するよりはむしろ、例示している点に留意する必要があり、当業者が、添付の請求の範囲の要旨を逸脱することなく、多くの代替実施例を設計することが可能であろうことに留意する必要がある。請求項において、丸括弧の間に配置されたいかなる引用符号も、請求項を限定するものとして解釈されてはならない。単語「有している」は、請求項にリストされた要素又はステップとは別の要素又はステップの存在を除外することはない。要素に先行する単語「a」又は、「an」は、斯様な要素の複数の存在を除外することはない。

Claims (5)

1. 半透明の材料の変形可能な試料の表面の外観を観察する装置であって、
   前記試料の前記変形可能な表面の興味がある領域と前記興味がある領域を囲んでいる領域とを、所定の方向から照明するための光源と、
   前記興味がある領域の、照明に対する反応を観察するための手段とを有し、
   前記興味がある領域と一致する開口部をもつ半透明のプレートが、前記興味がある領域を囲んでいる領域を覆うように前記変形可能な表面上に置かれる、装置。
2. 前記半透明のプレートが、発光標準、色標準、及び寸法目盛を有する、請求項１に記載の装置。
3. 前記照明された領域のサイズは、前記試料内に透過する光の消滅長さの少なくとも2倍であり、前記興味がある領域のサイズよりも大きい、請求項１に記載の装置。
4. 前記光源の場所が調節可能であり、結果として前記試料の前記表面が、異なる所定の方向から照明されることができることを特徴とする、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の装置。
5. 前記観察するための手段が、前記興味がある領域の前記表面の少なくとも一部に焦点があっているかどうかを決定するための合焦点装置を更に有する、請求項１に記載の装置。

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