JP5411698B2 - サンプルの表面を観察するための装置及び方法 - Google Patents

Description

本発明は、サンプルの表面の様相を観察するための装置であり、前記表面を既定の方向から照光するための光源及び前記表面を観察するための手段を有する装置に関する。

表現様相は、本記述において、サンプルの表面の外観及び／又は特性、並びにそれの観察者の感覚の夫々の組み合わせに使用され、それは表面の起伏、表面の色、前記表面の光の反射及び吸収特性等を含んでいる。観察することは、一般表現であり、それは表面の様相の検査、記録及び／又は分析することも含んでいる。

サンプルの表面の様相を観察するために、前記表面はある方向から見られることができ、それにより光ビームは別の方向から前記表面に向けられる。これにより、前記光ビームの方向、強度及び色、並びに前記表面を見る方向に依存して、前記表面に関する別々の情報が得られる。観察される様相は、皮膚上にある毛のような表面の質感及び／又は起伏、***又は突起、並びに表面自体がある程度半透明である場合、表面の下、すなわち表面下(sub surface)にある前記質感、色及び／又は組織を含む。前記観察が記録及び／又は分析されることができる。

非接触及び非摂動モニタリング技術は、表面及び／又は表面下の組織を判断するために、多くの技術分野において有用である。その上、製造上の欠陥又は他の特徴の形式若しくは密度は、幾何学的形状を持ち、この技術を用いて特徴付けられる。この技術のもう１つの用途は、人間の皮膚の特徴及び状態の分析である。異なる太陽照射及び視角の下で地球の航空写真又は宇宙写真に発生する表面の光学特性を較正する装置を使用することも可能である。その目的のために、地球の表面領域、例えば異なる種類の土壌、道路又は植生は、前記装置を用いて観察されることができ、この観察は地球の表面の写真と比較されることができる。

特に、組織の細部が分析される場合、異なる方向から前記表面の様相の観察を行うことが望ましく、それにより光源も前記表面を（前記表面の平面に対し異なる角度の）１つ以上の既定の方向から照光する。

特に、例えば人間の身体の皮膚の一片のような比較的大きな物体の表面が観察されなければならない場合、前記サンプルを前記装置の内部に置くことは不可能である。その場合、前記装置は、サンプル又はサンプルの一部の上又はそれに置かれるべきであり、それにより観察される表面の位置は装置の外側にある。

本発明の目的は、サンプルの表面の様相を観察するための装置であり、前記表面を既定の方向から照光するための光源を有する装置であり、それにより前記表面が多くの異なる方向から同時に観察されるので、前記サンプルの分析は１つの観察に基づくことができる。

本発明のもう１つの目的は、サンプルの表面の様相を観察するための装置であり、前記表面を既定の方向から照光するための光源を有する装置であり、それにより前記表面が異なる方向から同時に観察され、前記サンプルが前記装置の外側に置かれることができる。

これら目的の一方又は両方を達成するために、前記表面を観察するための手段は、観察される表面に対し異なる方向に置かれた多数の実質的な平面鏡、及び前記平面鏡を観察するための光学系を有し、それにより各平面鏡は、前記サンプルの表面の画像を前記光学系の画像受信部、すなわちレンズ又は鏡等へ反射する。これにより、前記平面鏡の位置は固定又は調節可能である。これら鏡は略平面、すなわちこれら鏡は平面であるか、又は鏡が光学系の前記画像受信部に向けて反射する画像を拡大又は減少させるために、前記平面形状から少し外れている。従って、前記鏡は少し凸又は凹形状であってもよい。それでも本記述において、これら鏡は平面鏡と表示される。

好ましい実施例において、前記平面鏡は、観察される表面の位置から略等しい距離、すなわち前記表面の位置の上にある想像上の球形ドームの表面の近くに置かれ、それによりその位置は前記ドームの中心にある。これにより、前記平面鏡は、線に沿って、すなわち前記想像上のドームの表面の円の一部に沿って置かれるか、又は前記表面の格子に置かれる、すなわち前記想像上のドームの表面の上に配布されることができる。前記平面鏡の位置の他の配布の全てが可能である。

好ましくは、前記平面鏡は、これら平面鏡により反射される画像を受信する光学系の前記画像受信部、すなわちレンズ又は鏡等から略等しい距離に置かれる。前記平面鏡が上述したような想像上の球形ドームの表面の近くに置かれる場合、前記光学系の画像受信部は、まるで観察される表面のように、前記ドームの中心の近くに置かれる。これにより、前記光学系は、異なる鏡を介して前記表面を同じ距離から観察するので、これら画像は比較可能である。

好ましい実施例において、前記光学系の画像受信部及び観察される表面は、互いに近くに置かれ、それにより観察される表面の位置と前記平面鏡との間の平均距離は、観察される表面の位置と前記光学系の画像受信部の位置との間の距離より１０倍、好ましくは１５倍よりも大きい。観察される表面の位置及び前記表面の画像を受信するレンズ又は鏡の位置が互いに近接している場合、全ての平面鏡は、前記両方の位置から略等しい距離に置かれ、それにより前記光学系は、全ての平面鏡を介して前記表面を略同じ距離から観察する。

前記光学系は、異なる方向からの全ての前記表面の画像を受信するために、凸レンズ、いわゆる魚眼レンズ又は広角レンズを備えている。しかしながら、好ましい実施例において、前記光学系の画像受信部は、実質的な球面鏡、好ましくは凸面鏡であり、それにより前記平面鏡は、前記表面の画像を前記球面鏡へ反射するので、前記表面の異なる画像が前記球面鏡を介して観察されることができる。このような鏡の反射する表面は実質的に、球体の一部の形状を持つので、その鏡を見る場合、この鏡の周縁部の広角視野が見られる。

前記画像を受信するための鏡を利用することにより、前記装置は、光源、平面鏡及び前記鏡を含む光学系が観察される表面の位置を通る平面の片側に置かれるように設計されることができる。これにより、前記装置は、この装置が前記サンプルに置かれる又はサンプルが前記装置に置かれるように設計されることができるので、比較的大きなサンプルの表面の一片が観察されることができる。前記装置は、人間の身体の皮膚上に置かれる携帯型装置として設計されることができる。

好ましくは、５枚以上の平面鏡が存在し、より好ましくは８枚より多くの鏡が存在するので、観察される表面の細部は、前記表面の全体を通した分析を行うために、前記光学系により多くの方向から同時に見られる。

好ましい実施例において、前記光学系は、前記表面の写像を記録するためのカメラを有し、この写像は、異なる方向から撮られた、観察される表面の多数の画像からなり、それによりカメラ及び前記光源は固定位置にある。

好ましくは、前記光源の位置は調節可能であるため、前記サンプルの表面は、異なる既定方向から照光される、すなわち入射光ビームは異なる角度で前記サンプルの表面に当てることができる。これにより、前記カメラは写像を記録することができ、それにより前記表面が別々に照光されるので、前記表面のより多くの情報が得られる。

好ましい実施例において、前記装置は、前記平面鏡の前に置かれている球形スクリーンを有し、このスクリーンは、光ビームが通過する１つ以上の開口及び前記光学系の画像受信部がそれを介して観察される開口を備える。前記球形スクリーンは、拡散材料で作られる取り外し可能なドームとすることができる。これにより、前記装置は、例えばWO-A-2004/077032に記載される装置である散乱計(scatterometer)として付加的に使用されることができ、これは表面の特性を分析するための装置でもある。これにより、サンプルの表面の画像の代わりに、前記表面から別々の方向への光の反射（放射）が記録されることができ、これはサンプルの表面の外観及び特性を検出並びに分析するためのもう１つの技術である。前記ドームは、部分的に拡散とすることも可能なので、前記カメラは、前記平面鏡を介して見られる、観察される表面の多くの画像、及び前記球形スクリーンの拡散部分に向かう既定の方向の観察される表面の放射を示す１つ以上の画像からなる１つの写真を撮ることができる。

好ましくは、前記球形スクリーンは、電子命令で拡散を行わせることができる材料でコーティングされた透明材料から作られる。これにより、前記球形スクリーンは、前記コーティングを完璧に備えているので、前記装置は、上述したような異なる方向から前記表面を観察するのに使用されるだけでなく、散乱計としても使用されることができる。好ましい実施例において、前記コーティングは、スクリーンの１つ以上の部分に適用され、電子命令で拡散領域及び透過領域を備えられるドームとなる。

拡散又は電子命令での拡散を行うことができるコーティングは既知であり、例えば、高分子分散型液晶（ＰＤＬＣ材料）として知られている。電界を用いて液晶分子の配向を変更させることにより、前記材料の透過度が変更されることができる。

本発明は、サンプルの表面の様相を観察するための方法にも関し、それにより光源は前記表面を既定の方向から照光する一方、前記表面はもう１つの方向から観察され、それにより前記表面は、この表面に対して異なる方向に置かれた多数の実質的な平面鏡を介して観察され、それにより各平面鏡は、前記サンプルの表面の画像を、好ましくは凸球面鏡である、前記表面を観察する光学系の画像受信部へ反射する。

第１の実施例を示す。 カメラにより記録された写真を示す。 第２の実施例を示し、それにより球形のスクリーンが示される。

本発明は、サンプルの表面の様相を観察するための装置の２つの実施例の記述を用いてさらに説明され、それにより３つの概略図からなる図面を参照する。

これら３つの図面は、単なる概略的及び図表の表示であり、本発明の説明に適切な装置の一部分しか示していない。２つの実施例を説明しているとき、同様の部品は同じ参照番号を用いてこれら図面において示される。

図１は、前記装置の第１の実施例の原理を概略的な断面図で示す。観察される表面２を記録及び分析するために、前記表面２を持つサンプル１を概略的に示す。このサンプル１は、前記表面２を観察するための装置のベースプレート３の下に置かれる。このベースプレート３は、円形の外縁４及び中心開口５を有する。前記表面２はこの開口５に置かれる。凸球面鏡６は前記ベースプレート３上にあり、前記開口５の近くに置かれる。前記ベースプレート３の前記円形の外縁４は、破線７で示される半球フレームに接続される。このフレーム７は、多数の平面鏡８を坦持し、これら平面鏡８は前記フレーム７の内部表面にわたり分布される。各平面鏡８は、一点鎖線９、１０で示されるように、サンプル１の表面２の像を前記凸球面鏡６に向けて反射するように位置付けられる。

前記表面２は、光源１１を用いて照光され、この光源１１は前記フレーム７の外側に置かれる。光源１１は、平面鏡８が存在していない場所にあるフレーム７の開口１３を通り、（２本の破線を用いて示される）光ビーム１２を向ける。その上、カメラ１４は前記フレーム７の外側にあり、このカメラ１４は、平面鏡８が存在していない場所にあるフレーム７の開口１５を通り、前記凸球面鏡６に向けられる。カメラ１４の観察方向が一点鎖線１６で示される。

記載される装置において、カメラ１６は、図２に示されるような写真を撮ることができる。この写真は、サンプル１の表面２の多数の画像２３を有し、それにより各画像２３は平面鏡８の１つを通して見られる、従って別の方向から見られる。表面２の分析は、図２に示される別々の画像からなる画像に基づいて行われることができる。図２の画像において、画像２３が存在していない場所が３つある。場所２４は、平面鏡８が存在していない前記フレーム７の第１の開口であり、その開口を介して、表面２に垂直なビームを用いて前記光源１１により前記表面２が照光されることができる。場所２５は、前記表面２をある角度で照光するためのフレーム７の開口である。そして場所２６は、その開口を介してカメラ１４が写真を撮るフレーム７の開口である。代替例として、前記平面鏡の間に位置付けられた小さな光源のアレイを挿入することも可能であり、それにより前記光源が個々にオン及びオフに切り替えられることができる。

図３は、図１に示されたのと同じ装置１を示しているが、フレーム７及び平面鏡８の前に取り外し可能な半球スクリーン１７が存在している。このスクリーン１７は拡散体から作られるので、前記光源１１のビーム１２の反射がスクリーン１７上に投影される。これにより、前記凸球面鏡６は、前記スクリーン１７の内面の様相をカメラ１４へ反射するので、このカメラ１４により撮られる写真は、スクリーン１７全体の様相を略示している。従って、撮られた写真は、略全ての方向における平面２の反射放射を有する。一点鎖線１８は、１つの方向における上記放射を示し、この放射の色及び強度は、一点鎖線１９及び２０により示されるように、凸球面鏡６を介してカメラ１４により見られる。スクリーン１７は、前記カメラ１４が前記凸球面鏡６を見ることができるように、光ビーム１２が通過することができる開口２１及び開口２２を有する。スクリーン１７の内面の様相に基づいて、サンプル１の表面２のさらなる分析が行うことができる。

上述した２つの実施例は、本発明による装置の単なる実施例であり、他の多くの実施例も可能である。

Claims (10)

1. サンプルの特定の表面領域の様相を観察するための装置であって、
   当該装置の外側に置かれた前記サンプルの前記特定の表面領域を既定の方向から照光するための光源と、
   前記特定の表面領域を観察するための手段とを有し、
   前記特定の表面領域を観察するための手段は、前記特定の表面領域に対し異なる方向に置かれた多数の実質的な平面鏡と前記多数の実質的な平面鏡を観察するための光学系とを有し、これにより、前記多数の実質的な平面鏡は、異なる方向から観察された、前記特定の表面領域の複数の画像を前記光学系の画像受信部へ反射することを特徴とする、装置。
2. 前記多数の実質的な平面鏡は、観察される前記特定の表面領域の位置から略等しい距離に置かれることを特徴とする、請求項１に記載の装置。
3. 前記多数の実質的な平面鏡は、前記光学系の前記画像受信部から略等しい距離に置かれることを特徴とする、請求項１又は２に記載の装置。
4. 前記光学系の前記画像受信部及び観察される前記特定の表面領域は、互いに近くに置かれ、それにより、観察される前記特定の表面領域の位置と前記多数の実質的な平面鏡との間の平均距離は、観察される前記特定の表面領域の位置と前記光学系の前記画像受信部との間の距離より１０倍よりも大きいことを特徴とする、請求項１、２又は３に記載の装置。
5. 前記光学系の前記画像受信部は球面鏡であり、それにより、前記多数の実質的な平面鏡は、前記特定の表面領域の複数の画像を前記球面鏡へ反射するので、前記特定の表面領域の異なる画像が前記球面鏡を介して観察されることができることを特徴とする、請求項１乃至４の何れか一項に記載の装置。
6. ５枚以上の平面鏡が存在することを特徴とする、請求項１乃至５の何れか一項に記載の装置。
7. 前記光学系は、前記表面の写像を記録するためのカメラを有し、前記写像は、異なる方向から撮られた、観察される前記特定の表面領域の複数の画像を有することを特徴とする、請求項１乃至６の何れか一項に記載の装置。
8. 前記光源の位置は調節可能であるため、前記サンプルの前記特定の表面領域は、異なる既定方向から照光されることができることを特徴とする、請求項１乃至７の何れか一項に記載の装置。
9. 当該装置は、前記多数の実質的な平面鏡の前に置かれている球形スクリーンを有し、前記スクリーンは、光ビームが通過することができる１つ以上の開口及び前記光学系の前記画像受信部がそれを介して観察されることができる開口を備えることを特徴とする、請求項１乃至８の何れか一項に記載の装置。
10. 前記球形スクリーンは、電子命令で拡散を行わせることができる材料でコーティングされた透過材料から作られることを特徴とする、請求項９に記載の装置。

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