CN101426419A - 光学测量设备 - Google Patents

Abstract

一种光学测量设备，用于测量样品表面，特别是人类皮肤的表面的光学外观，其中光学测量设备包括：第一照明设备(16)用于利用第一照明光束(22)照明表面(14)，其中第一照明光束(22)以第一入射角(38)入射到表面(14)上；以及检测设备(28)用于检测响应光束(42)，其中响应光束(42)是样品(12)对于第一照明光束(22)的响应，该检测设备包括至少一个屏幕(27)用于截取响应光束(42)和至少图像检测组件(29)。光学测量设备(10)包括第二照明设备(18)，其中第二照明设备(18)以第二入射角(54)在表面(14)处提供第二照明光束(24)，其中第一入射角(38)不同于第二入射角(54)。

Description

光学测量设备

技术领域

本发明涉及一种光学测量设备，用于测量样品表面的光学外观，特别是人类皮肤的表面的光学外观，其中光学测量设备包括第一照明设备用于利用第一照明光束照明表面，其中第一照明光束以第一入射角入射到表面上，以及检测设备用于检测响应光束，其中响应光束是样品对于第一照明光束的响应，该检测设备包括至少一个屏幕用于截取响应光束，以及至少图像检测组件。

本发明还涉及一种方法，用于检查样品的表面和测量样品的，特别是人类皮肤的表面的光学外观，该方法包括以下步骤：利用第一照明光束以第一入射角入射在表面处照明样品的表面，截取响应光束，其中响应光束是样品对至少第一照明光束的响应。

背景技术

通常已知用于检查物体(其在下文中称作样品)表面的光学测量设备。存在色度计、光泽计、散射计和/或光电测角仪，用于研究样品的表面。

从US 6,630,673 B2已知这样一种光学测量设备，用于测量样品表面的光学外观。

光学测量设备通常包括用于照明表面的装置，下文中称作照明设备，以及用于在照明光束与样品的表面相互作用之后检测照射光束(称作响应光束)的装置。其中通常认为，照明光束在待检查的样品表面处反射和/或散射和/或吸收从而产生响应光束。荧光的产生也可以通过照明光束而引入。

上文提及的不同光学测量设备对于样品表面的不同光学外观灵敏。色度计对于表面的不同颜色灵敏，散射计对于在表面处散射的照射光束灵敏等等。

具有光学外观的表面可以用不同的参数或者属性来描述。存在诸如粗糙度、纹理、硬度、摩擦阻力等等的机械属性。分配给可见外观的属性是：有光泽、发光、灰暗以及具有固定颜色或者包括颜色变化等等。

表面的属性引起与照明光束的不同相互作用模式，诸如不同的反射角、不同的吸收系数、不同的散射行为和/或半透明或者透射表面情况中的透射。

在大多光学测量设备中，测量上文提及属性中之一，以及使用用于对比的标准以及数据库或者分配表执行例如粗糙度和光泽度之间相关性。

从US 6,577,397 B1已知一种光学测量设备，称作散射计。散射计包括照明设备用于提供照明光束，照明样品的表面，以及屏幕用于截取从样品位置散射的照射，以及照射灵敏检测系统用于捕获屏幕的二维图像并且将其转换为电检测器信号。屏幕可以使用于反射或者透射中并且具有投射屏幕的常用属性。在屏幕上形成的二维图像表示布置在样品位置处的样品所散射的照射的分布和角度。这种设备还已知为Parousiameter以及表征纹理、光泽以及变化颜色效果作为具有饰纹的或者抛光的产品的光学外观的质量。

人类皮肤是健康产业，针对化妆品产品开发和处理方法以及医药领域中最关注的样品。人类皮肤的光学外观受到其自身表面以及子表面区域的影响，因为人类皮肤是半透明物质。

人类皮肤的光学外观对于人类观察者而言在主观定性方面是完全明显的。然而，获得光学外观的客观并且用数字表示的值是很困难的，因为皮肤是活性表面，其可以在执行的测量期间发生改变。另一方面，人类皮肤在不同人之间存在变化并且因此对于找到决定性的标准从而找到客观方式描述人类皮肤以对人类皮肤进行分类是一个挑战。

因此，在工业生产化妆品产品、医药产品等等中存在对半透明人类皮肤的光学外观的定量表征的客观方式的强烈需求。

从US 6,630,673 B2已知一种设备和方法用于样品的至少一个光学参数的非侵入测量，尤其是组织样品，其包括多个层。至少一个参数可以用于确定组织样品中关注的分析物的存在或者浓度。

所述设备和方法测量基本上从组织样品的较浅层反射、散射、吸收或者发射的光，测量基本上从组织样品的较深层反射、散射、吸收或者发射的光，并且确定针对这些层的每一层的至少一个光学参数，以及估计较浅层对于较深层的至少一个光学参数的影响。

在这些确定中指定样品深度，允许组织即真皮的样品的指定层的光学属性的确定，并且降低来自其他层即角质层和表皮的干扰。

利用公开的设备，可以测量从样品尤其是人类病人的手臂重发射的光的质量以及从对比估计皮肤的不同吸收系数。

可以使用上述光学测量设备确定皮肤的整个光学外观。

发明内容

因此，本发明的目的是提供一种光学测量设备从而估计样品表面的光学外观，尤其是人类皮肤的光学外观。

该目的是利用根据开始提及的光学测量设备根据本发明而实现的，其中测量设备包括至少第二照明设备，其中第二照明设备在表面以第二入射角提供第二照明光束，其中第一入射角不同于第二入射角。

第一照明设备和第二照明设备的使用是有益的，因为样品可以利用不同的照明参数来照明，该参数诸如照明光束的强度、照明光束的波长和/或入射角，导致不同的响应光束。例如，渗透到样品表面中的深度依赖于照明光束的波长和入射角。

由于两个照明光束的不同渗透深度，利用具有不同入射角的两个不同照明光束的样品表面的照明，使得获得样品的表面以及子表面区域的信息，其中子表面区域是不同的。

在表面处以及在子表面区域中产生的响应光束利用检测设备来测量，其中检测设备包括至少一个屏幕和照射灵敏图像检测组件。其中响应光束通过屏幕来截取，并且屏幕的二维图像通过照射灵敏检测组件来捕获并且转换为电检测器信号。形成在屏幕上的二维图像表示响应光束的角分布，该响应光束是样品对利用第一照明光束和/或第二照明光束的照明的响应。因此图像是样品物理属性的傅立叶类变换，其中样品的物理属性的指定变化变换为照射能量的角变化。

根据第一照明光束和第二照明光束，可以检测近场(Near field)和/或远场(Far Field)和/或深场(Deep field)。近场描述表面的图像，其对于观察眼睛是可见的，利用照射灵敏图像检测组件获取。

远场在漫散射、光泽反射、观看角度影响等等角度方面描述表面如何反射远处的照明光束。虽然远场效果的结果是可见的，例如光泽，但是远场分布自身是不可见的。远场利用屏幕进行捕获从而在屏幕上形成二维图像，其中屏幕上的二维图像由照射灵敏图像检测组件来捕获。

深场描述照明光束如何从半透明材料重发射，其中响应光束是来自子表面区域的响应，该区域散射照明光束和重发射来自在远离照明光束的进入点的位置处表面的响应光束。因此，为了测量深场，具有照明斑点的表面的照明是用于获得深场所必须的。

根据照明光束(其特征在于入射角)，可以检测近场、远场和/或深场。

其中，至少两个不同参数，加上样品表面的光学外观是利用根据本发明的光学设备可获得的。

响应光束可以通过反射和/或散射形成，包括来自表面自身处的不同区域和/或子表面区域的散射。获得不同深度的子表面区域和表面层的属性并且可以对属性进行估计。

在本发明的第一优选实施方式中，光学测量设备包括第三照明设备，提供了在表面处具有第三入射角的第三照明光束，其中第三入射角不同于第一和/或第二入射角。

第一照明设备、第二照明设备和第三照明设备尤其包括半导体激光器LED和/或卤钨照射源，其发射第一照射光束、第二照射光束和/或第三照射光束，其中照射光束具有不同的波长或者相同的波长，但是根据本发明，照射光束具有在样品表面处的不同入射角。

至少三个照射光束的强度可以是类似的或者不同的。其中，可以检查皮肤的子表面区域(其是半透明物质)以及人类皮肤的表面。

第一和/或第二和/或第三照明设备可以布置在光学测量设备中的不同位置处，从而实现表面处照射光束的不同入射角。

在本发明的另一优选实施方式中，图像检测组件是相机，尤其是数码相机。

相机使用作为图像检测组件，其允许图像的快速捕获，其中图像是在表面处或者子表面区域中散射的照明光束的全分布。相机可以是摄像机、常规模拟相机以及数码相机，尤其是具有CCD或者CMOS检测器的相机。数码相机的使用具有以下优势，即数码相机的输出已经对数据文件提供了图像的全信息。

在本发明的另一优选实施方式中，屏幕是全半球面屏幕，截取样品表面以上的180°的倾角、大约360°的方位角中的响应光束，其导致宽视域。

屏幕是截取响应照射的简单并且廉价方式。屏幕尤其涂覆有涂层从而执行截取响应的可视化。

全半球面屏幕优势地用于截取大量响应光束。二维图像描述远场，作为漫散射、光泽反射、观看角度影响的角度方面在远距离的表面的响应。结果是光分布的图案。其中，远场分布的效果，例如散射中心，光泽反射中心等等是可见的。由于样品表面以上360°的大角度，从表面反射和/或散射的总光量被屏幕截取，其导致良好的灵敏度。

在另一优选实施方式中，屏幕基本上是平坦屏幕，其覆盖近似四分之一半球。

覆盖近似四分之一半球的屏幕仅需要很小的空间。屏幕的布置是优势的使得执行表面的照明的设备与用于屏幕上截取响应光束的角度大约为90°。使用上述屏幕获得的空间可以用于布置照明设备靠近于表面。

这种光学测量设备可以用于检查具有凹曲线表面的表面和/或使用具有移动测量头的光学测量设备检查较大物体的表面或者具有非常小空间的隐藏部分。

在另一优选实施方式中，光学测量设备包括基板，具有测量端口，用于照明表面的照明光束以及朝向检测设备的响应光束两者通过该测量端口进行传播。

使用测量端口允许照明光束和响应光束的分离，其在检测设备中检测。

测量端口的使用允许选择样品的总表面的指定区域以及照明选定区域。

在另一优选实施方式中，测量端口设计为使得覆盖样品表面的小区域，从而实现好的空间分辨率。

设计为使得待检查的表面的小区域被覆盖的光学测量设备中的测量端口具有优势，表面的小区域可以用照明光束来照明，其中照明光束传播通过测量端口。

小测量端口的使用具有额外优势，即基板可以设计为非常小的形状。基板是光学测量设备的一部分，其与样品表面相接触。具有小测量端口的小基板允许实现光学测量设备的小接触区域。其中可以研究被覆盖的区域，尤其是负曲面表面，其中基板与凹表面进行接触。

在本发明的另一优选实施方式中，测量端口具有细长孔的形状从而检测响应光束，其是样品对在子表面区域处散射的照明光束的响应，其中响应光束产生在距入射在该表面上的照明光束的位置一距离处。

由于以下事实，即响应光束(其是样品对子表面区域处散射的照明光束的响应)产生在距入射在该表面上的照明光束的位置一距离处，矩形测量端口的使用将切断深散射照明光束，其中措辞“深散射”用于在子表面区域处散射的照明光束。细长孔的使用允许深散射照明光束的检测。

根据本发明的另一优选实施方式，表面处的照明光束直接通过布置在细长孔中的基本上垂直的挡板而反射切断。

优选地细长孔通过挡板分割为照明部分和检测部分。

样品表面处的直接反射照明光束的强度高于子表面区域中散射的照明。因此，为了获得检测设备中的良好强度分辨率，优势的是仅检测散射的照明光束。

另外，这允许照明光束和响应照射光束的分离从而遮蔽照明光束，其通常是非常强的照射光束。

根据本发明的另一优选实施方式，细长孔设计为使得响应光束示出了与深度相关的空间分布，在该深度照明光束在子表面区域中散射。

由于细长孔的稍长形状，响应光束能够通过细长孔，其中响应光束包括与深度相关的空间分布，在该深度照明光束被散射。照明光束在所谓的照明斑点处入射，其是样品表面处的入射点。照明光束渗透到子表面区域中，其中子表面区域延伸到某深度。照明光束在表面、在子表面区域的第一深度、在子表面区域的第二深度等等处散射。根据深度，照明光束被散射，散射照明光束从与照明斑点不同的位置处的表面重发射，形成具有空间分布的响应光束。在此，较低深度中散射的照明光束在比较深深度处散射的照明光束较近的位置处重发射。

其中，深场(Deep field)是可获得的，因为响应照射光束包括在表面处散射的照明光束，以及如果表面包括半透明材料，则还包括在样品表面的子表面区域的不同深度处散射的照明光束。在子表面区域中散射的照明光束从远离照明斑点的位置处的表面重发射。

在另一优选实施方式中，光学测量设备包括组件用于分离响应光束与照明光束。

通常存在所谓的遮蔽挡板，在根据待执行的测量选定的位置处布置在光学测量设备中。它们是必需的，因为表面上的照明斑点相对明亮并且引起检测设备的过度曝光，尤其是如果检测设备是相机。

根据本发明的另一优选实施方式，光学测量设备包括至少一个镜用于将通过屏幕截取的响应光束成像到图像检测组件中。

光学测量设备中至少一个镜的使用允许图像检测组件位于不同位置中。如果响应光束直接通过图像检测组件来成像，则图像检测组件必须位于响应光束的直接光路中从而检测响应光束。根据光学测量设备的设计，优势的是将图像检测组件位于例如与样品表面成30°至80°之间的角度，响应光束从该样品表面发射。

这是由于以下事实，即例如照明设备和其他光学组件只得必须位于响应光束的直接光路中，该响应光束基本上垂直于样品的表面。该镜还可以作为遮蔽挡板。

在本发明的另一优选实施方式中，第一照明设备和/或第二照明设备和/或第三照明设备中的每个照明设备包括第一和/或第二和/或第三照射源和/或第一和/或第二和/或第三光纤，用于将第一和/或第二和/或第三照明光束引导到样品的表面上。

其中，光学测量设备中的不同设计是可行的。

光学测量设备的第一实施方式也是可行，其包括与第一光纤连接的第一照射源，与第二光纤连接的第二照射源，与第三光纤连接的第三照射源。在此，第一照射源可以发射具有第一波长的照射光束，第二照射源可以发射具有第二波长的照射光束，以及第三照射源可以发射具有第三波长的第三照射光束。照射光束可以作为照明光束直接入射到样品的表面上或者可以通过光纤引导到样品的表面。其中光学测量设备关于具有不同属性(诸如波长、入射角以及诸如照明斑点尺寸的其他属性，其中照明斑点尺寸是照明点处的照明光束的尺寸)的各种照明光束具有很大的灵活性。

在另一优选实施方式中，光学测量设备包括第一照射源和第一、第二以及第三光纤，其中第一光纤实现了相应照明光束的第一入射角，第二光纤实现了相应照明光束的第二入射角，以及第三光纤实现了响应照明光束的第三入射角。

这是一种成本节省解决方案，其中仅一个照射源包含在光学测量设备中。其还节省了空间。优势地，照射源是使用作为照射灵敏图像检测组件的相机的氙闪光。

根据另一优选实施方式，第一光纤和/或第二光纤和/或第三光纤可布置在表面的近距离中，从而实现表面处的小照明斑点。

这是有益的并且导致所获图像的可能的大空间分辨率，因为可以将较大数目的照明斑点置于表面的某区域中，从而扫描表面的小区域部分。

根据另一优选实施方式，检测设备包括至少一个滤色片。

子表面区域中的散射过程根据发生散射的深度引起重发射的光束的波长关于照明光束平移。

滤色片的使用允许响应光束的色彩可视化。不同的颜色是因为响应光束的不同波长。蓝色到黄色的颜色范围覆盖大约350-700nm的波长域，其中每个特定波长的颜色是可分配的。例如红颜色具有大约633nm的波长。

根据本发明的另一优选实施方式，光学测量设备包括至少一个偏振滤波片。

至少一个偏振滤波片的使用允许分析响应光束的偏振状态。这是重要的，因为照明光束的散射和/或反射可以引起响应光束中偏振平面的改变。优选地包括第二偏振滤波片。

根据本发明的另一优选实施方式，光学测量设备包括计算设备，其用于从所检测响应光束确定相关因子。

相关因子，还称作品质因子或者品质的因子，给出了所测量值和所分配属性之间的相关。其中，可以执行所测量响应光束的相关，其反映对光学测量设备的用户已知的光学外观，诸如有光泽、非常有光泽、灰暗、黑暗、明亮、发亮等。

相关因子允许对包含在所检测响应光束中的信息进行分类。尤其是，从响应光束取得的计算值对上述光学外型的分类进行相关。其中，通过检测响应光束，光学测量设备的输出通常是诸如：表面是非常发亮的或者表面是灰暗的或者表面具有级别3的光泽度，其中级别具有1和10之间的范围。

该目的也通过以下方法解决，即该方法用于检查样品的表面并且测量样品的光学外观，尤其是根据开头提及的方法的人类皮肤的表面，其中该表面利用第二照明光束以第二入射角入射在表面处来照明，第一和/或至少第二相关因子从截取的响应光束来估计，以及第一和至少第二相关因子分配到样品的光学外观的第一和/或第二特征。

照明光束具有在表面处的至少两个不同的入射角，允许获得表面处和/或皮肤的子表面区域中的深度和/或不同属性的信息。从截取的响应光束的第一和/或至少第二相关因子的估计以及分配第一和至少第二相关因子到光学外观的第一和/或第二特征，允许用户使用光学测量设备，获得他所习惯的光学外观的描述和分类。

相关因子的估计允许额外压缩以及简化包含在针对顾客用户的响应光束中的信息。还可以根据专门用户使用具有不同分配的不同的数据库

例如，如果科学家使用光学测量设备，则输出可以是散射中心数目或者散射比方面的表面表征。如果用户是医药专家，则输出可以是皮肤疾病方面，诸如黑心数目，已知为黑色素瘤等。如果用户是在化妆品处理领域中使用光学测量设备的专家，则输出可以是化妆品处理之前和之后的皱纹数目或者皱纹的深度。

在方法的第一方面中，执行照明表面的第二步骤，其利用至少第三照明光束以及估计至少第三相关因子，从而获得样品的光学外观的第三特征。

至少三个照明光束的使用导致各种可获得的信息，其中三个照明光束具有在表面处不同的入射角。

根据该方法的另一方面，使用了数据库从而执行针对样品的各特征的各相关因子的分配。

数据库是数据处理中使用的标准工具。从所检测响应光束估计的大量各种不同的特征和测量值，可以容易地存储。数据库是灵活的，在其中可以非常容易地添加新数据和新特征。

优选地可以选择第一照明光束和/或第二照明光束和/或第三照明光束的角度和/或位置，从而使用包含在光学测量设备中的诸如镜的组件作为遮蔽装置。

根据本方法的另一优选实施方式，光学测量设备包括计算装置，其用于从检测的响应照射光束计算相关因子的估计。

利用相关因子，表面的反射和/或散射图案，其承载表面的光学外观信息，可以转换成针对用户的实际项目。相关因子通常可以压缩全部信息并且从整个检测数据集合抽取关注的信息。例如，可以获得用户已知的参数，诸如黝黑、美丽、痣的检查、光泽或者黑斑点的数目等等。

相关因子的估计优势地执行，其使用独立的测量系列，其使用标准化表面从而配置数据库。在此，对于本发明重要的并且基本的是光学测量设备依赖于哪种光与样品的表面的照明有关。尽管从表面和/或子表面区域反射和/或散射的光从集成的整个响应光束截取，评估对应于关注的特定效果的参数(至少一个)。该参数例如光泽度、颜色、种类或者透明度等。

与利用单个测量测量明显单个参数的不同的方法相对比，本发明的是优势的。使用光学测量设备的方法，测量全部效果并且仅从全部效果中抽取单个信息。在此知道哪些光学过程引起抽取的效果是不重要的。

由于以下事实，即关注的效果可以发生在与基本上不同的视觉方法相关的三个不同的特定领域，该光学方法能够测量下列三种特定域：近场、远场以及深场。

其中，样品表面的光学外观的全部测量方面转化为用户和方法的应用者已知的光学外观的特征。数据库可存储在存储介质中，诸如CD、DVD或者任何其他存储介质。重要的是数据库以电子形式存储并且相关因子的确定从检测的响应光束使用智能软件来执行，并且通过计算机转化为电子形式。

附图说明

从以下优选实施方式的详细描述结合附图，本发明的上述以及其他和更特定的目的和优势对于本领域技术人员将变得明显。附图中：

图1示出了根据本发明的光学测量设备的第一实施方式的示意性示图；

图2示出了使用第二照明设备的光学测量设备的示意性示图；

图3示出了响应光束的图像；

图4示出了使用第三照明设备的光学测量设备的示意性示图；

图5示出了本发明的第二实施方式的示意性示图；

图6示出了具有从检测的响应光束获得的信息的示图；

图7示出了包括测量信息与光学外观之间的相关性的框图。

具体实施方式

在图1中示出了光学测量设备10的示意性示图。光学测量设备10布置在样品12的顶部上，该样品具有待检查的表面14。光学测量设备10包括第一照明设备16、第二照明设备18以及第三照明设备20，其提供第一照明光束22、第二照明光束24和/或第三照明光束26。第一照明设备16、第二照明设备18和/或第三照明设备20可以包括激光半导体激光器、LED、氙闪光或者卤钨照射源。光学测量设备10进一步包括检测设备28，其包括屏幕27和图像检测组件29。图1中所示的屏幕27是半球面屏幕，其覆盖样品12的表面14以上360°的方位角，180°的倾角，其导致宽视域。屏幕27还可以设计作为覆盖基本上四分之一半球面的平坦屏幕。

镜32以及第一偏振装置34和第二偏振装置36包括在内。第一和第二偏振装置优选地布置为使得它们布置得平行于待检查的样品12的表面14。

在下文中，简要描述了光学测量装置10的工作原理。将从第一照明设备16提供的第一照明光束22引导到样品12的表面14上。从第一照明设备16发射的第一照明光束22具有在样品12的表面14处的第一入射角38。第一照明光束22与表面14相互作用并且在透明样品的情况下渗透到样品12的子表面区域40中。

照明光束22撞击表面14的位置称作照明点或者照明斑点39。

由于表面14和/或子表面区域40的属性，第一照明光束22的相互作用导致从样品12的表面14重发射的响应光束42。

在图1中，响应光束42用箭头表示，从而指示响应光束42可以具有关于样品表面14的不同方向。在原理中，响应光束42的空间分布在每个位置遵循余弦分布，响应光束42是从表面14重发射的，并且最高强度量在前向方向中，基本上与样品12的表面14相垂直。

如果照明光束22散射在样品12的子表面区域40中，则响应光束从不同于照明斑点39的位置处的表面14重发射(箭头43表示)。响应光束42通过屏幕27或者直接通过相机29可检测。在此相机可以包括CCD或者CMOS检测器。

如果响应光束通过图像检测组件29检测，则照明光束22通过第一偏振装置34并且响应光束通过第二偏振装置36，其中第一偏振装置34和第二偏振装置36执行响应光束42的第一部分46和第二部分48之间的区分。

在此第一部分46是表面处直接反射的照明光束22并且第二部分48是表面处或者子表面区域40中散射的照明光束22。为了方便，在下文中第一部分46称作经反射响应照射光束46并且第二部分48称作经散射响应光束48。

可以执行区分，为了经反射响应光束46具有不同于经散射响应光束48的偏振的事实，因为与表面层14或者子表面区域14的样品12的材料的每个相互作用过程引起偏振的改变。

通常，包括经反射响应光束46和经散射响应光束48的响应光束42通过检测设备28的屏幕27来截取，该屏幕尤其是半球面屏幕，其包括特殊涂层，用于响应光束42的可视化，形成二维图像。而且二维图像可以通过图像检测组件29来成像，其优选为相机30，尤其是数码相机和/或具有CCD和/或CMOS检测器的相机。

在此，从屏幕27截取的响应光束42是作为漫散射、光泽反射(glossy reflection)的图像的响应光束42，并且是经散射照明光束22的观看角度效果。

因为与样品12的表面14的相互作用，依赖于表面14处样品12的属性和组分，并且如果表面14是子表面区域的半透明材料，则二维图像是样品12对照明光束22的响应，其指示样品如何“与光有关”。

反射和散射的效果发生在与基本上不同的光学方法相关的三个不同特定域中。这些特定域称作近场、远场以及在样品12的表面14的半透明材料的情况下，表面以下称作深场。

近场以均匀性、颜色平滑度、斑点或者划痕方面来描述实际表面14自身。近场是通过图像检测组件29捕获的。结果是表面的图像，尤其是数字图像，等同于“什么首先呈现在眼前”。

在第二检测设备29的屏幕27处获得的图像称作远场并且以漫散射的角度方面描述表面14如何散射远距离中的照明光束22、24、26，靠近照明斑点39，示出反射、观看角度效果等。

虽然远场效果是可见的，例如光泽，但是远场分布自身是不可见的。远场是通过屏幕27捕获的并且通过图像检测组件29成像，该图像检测组件尤其是相机30。其可以是数码相机或者摄像机或者CCD相机。

响应光束42通过使用相机30作为数据文件存储在存储介质上并且可以进一步在计算机中进行处理，未在图1中示出。使用智能计算机程序允许相关因子的估计，称作品质因数，其执行从响应光束42获得的信息和描述光学外观的特征(诸如有光泽、光亮、灰暗等)之间的分配。

在图2中示出了在图1中描述的光学测量设备10，其中使用的第二照明设备18照射样品12的表面14，执行远场测量。

对相同部分分配与图1中所示相同的参考标号。

照明设备18包括照射源50以及透镜52，从而将准直照明光束22引导到表面14上。

照射源50可以是半导体激光器、LED、氙闪光或者卤钨灯。

照明设备18具有光轴53，其中光轴53定义角度54，其分配作为样品表面14处的第二入射角54。光轴通过照射源50和透镜52来定义。

照明照射光束24以第二入射角54入射在表面14处。在与表面14的材料相互作用之后，响应照射光束32通过屏幕27来截取。由于照明斑点39相对明亮的事实，直接照明斑点39通过镜32与置于垂直于表面14的相机30的开口相遮蔽。

另一方面，如果屏幕27上的扩散图案的反射必须通过相机30成像，则镜装置32的反射面将屏幕27的二维图像镜面成像到相机30的开口中。其中，包括经反射和经散射到屏幕27上的响应光束32的扩散图案通过相机30来成像。该镜面成像用图2中的虚线示出。

屏幕27可以配置作为覆盖表面14以上的整个360°的方位角、180°的倾角的全半球面屏幕或者配置作为平坦屏幕，未在图2中示出。图3中可见全半球面中的漫反射示例，其示出了非各向同性光泽反射。

图3示出了从图像获得的灰度级别示图，称作Parousiagram，其中不同的灰度级别指示不同的强度，其分配以不同的散射角。

Parousiagram仅针对打印目的示出作为灰度级别示图。这是由于以下事实，即光栅的处理是为了获得灰度级别示图而执行的，其是非常粗略的。该光栅不是测量的一部分。

图4示出了光学测量设备10，其中第三照明设备20使用于照明待检查的表面14。

在此，从来自照明设备20的照射源60发射的照射光束61入射在镜装置32上，其中照射光束61通过透镜62来聚焦。还可以使用不同设计的照明设备20，例如照射源和光纤，在此未示出，从而产生照明斑点39和表面。

由于表面处的入射角66和波长以及表面的半透明属性，发生了照明光束26的散射。经散射光束是响应光束32，其可以通过图像检测组件29来成像。

图5示出了本发明的实施方式，其执行在子表面区域40中散射的照明光束22、24、26的优化成像。

通过相机30的氙闪光产生照射光束以及通过光纤72指引作为样品12的表面14上的照明斑点39。

经散射响应光束66通过相机30成像，其中照明斑点39自身通过镜装置32来遮蔽。

照射利用照明设备68来执行，遮蔽通过垂直挡板73来执行。照明斑点39是由于表示相互作用地带的用虚线半圆表示的子表面区域40中的样品12的材料的半透明属性。照明设备68包括作为相机30的氙闪光的照射源70，以及光纤72。

直接散射在表面处的照明光束用参考标号76表示，以及在子表面区域40中散射的照射光束用参考标号78表示。可以看出深散射照明光束是特定与经散射光束76相遮蔽的，经散射子表面区域具有相比于线82表示的深度小的用线80表示的深度。照射光束76和经散射照射光束78两者通过检测设备29检测，其是相机30尤其是数码相机。相机30的位置选择为使得其覆盖区域不包括照明斑点39。

光学测量设备10的基板84，其中基板84与表面14紧密接触，如图5中所示，包括细长孔86，其是图5中所示的基板84中的开口。由于以下事实，即响应光束32，包括不同部分，其示例性地示出作为部分76和78，其中不同部分是在不同位置中从表面14重发射的，由于散射过程形成响应光束32，细长孔86允许在相机30中记录响应光束32，其包括不同部分76和至少78。

为了执行成像的响应光束32的较好光学性能，光学器件88尤其是透镜88布置在相机30的前方。

为了更好理解，响应光束32利用两个表示线示出，其覆盖从表面14重发射经散射响应光束76和78的位置空间分布。

图6示出了从包括经散射照射光束78和76的图像散射图案获得的信息。

在图6中，示出了从利用光学测量设备的相机30拍摄的经检测响应光束32抽取的信息。在此，x轴示出了距离并且y轴示出了经检测响应光束的强度。

图7示出了用光表征的皮肤外观，其中光是照明光束。在此，照明光束是用于使用在近场、远场以及深场检查中的照明光束22、24以及26的通称。

区域100表示近场，其利用相机拍照，区域102表示为用于远场测量，利用Parousiameter，利用半球面屏幕获取，以及区域104表示用于深场的测量。箭头106指示信息，其包含在近场、远场以及深场中，该信息获取以及给出作为智能计算机程序的输入，针对用户特定品质因子其执行了近场、远场以及深场的处理。特定输出在区域110、112、114中表示，其中箭头110表示科学家用户，112表示专业用户以及114表示消费者用户。区域116和118表示光学外观的更通用描述，诸如美丽116和医药118。在圆圈120中，具有被检查的皮肤的人类的非常通用的描述，关于光学外观。从120，用户可以获得诸如健康、良好以及感觉较好的描述。

其中，为了获得示图，将从包括关于皮肤、健康以及具有人类皮肤的人类的良好的信息的皮肤外观的报告执行方法的示意性示图。这使得光学测量设备的用户能够检查人类皮肤，从而获得由检测的响应光束的处理导出的不同种类的信息以及估计相关因子，该相关因子称作品质因子，从而获得特定信息，其对于用户有用。在此上下文中的用户特定指的是诸如科学家、专家或者仅顾客的用户感兴趣的信息类型。

因此，表面尤其是人类皮肤的光学外观的目标考评利用根据本发明的光学测量设备10来执行，其测量三个域中的光学行为：针对可见特征的近场、针对反射特征的远场以及针对在皮肤的较深层中散射的光的深场，其中皮肤的较深层在此称作子表面区域。

这些测量可以在各种光谱带和偏振中完成。诸如这些的测量组合可以用于监控健康和皮肤的美丽的某些方面，其使用特定数据处理，这导致有限的相关因子数目。

其中，本发明涉及监控样品尤其是人类皮肤的表面的光学外观的方法，该方法包括以下步骤：利用至少三个照明装置照明皮肤表面，其中照明光束以不同的入射角入射在表面14处。响应光束32，作为反射和/或散射和/或深散射行为的结果被检测，并且通过数据处理确定有限数目的相关因子。这些相关因子可以分配给用户已知的已知特征，诸如光泽、皱纹数目、黑点等。

其中根据本发明的方法允许监控人类皮肤的光学外观以及对于健康重要的因子的检测，诸如黑点，其指示例如黑色素瘤(皮肤癌)。

前述附图中示出的实施方式将理解为示例并且不限制本发明。本发明的任何实施方式的本质是近场、远场、深场以及额外光谱被检测。

因此，明显的是所示出的实施方式根据它们的功能仅表示本发明的许多可能的配置。

Claims (21)

1.一种光学测量设备，用于测量样品(12)表面的光学外观，特别是人类皮肤的表面(14)的光学外观，其中光学测量设备包括：

第一照明设备(16)，用于利用第一照明光束(22)照明表面(14)，其中第一照明光束(22)以第一入射角(38)入射到表面(14)上；以及

检测设备(28)，用于检测响应光束(42)，其中响应光束(42)是样品(12)对于第一照明光束(22)的响应，该检测设备包括用于截取响应光束(42)的至少一个屏幕(27)和至少图像检测组件(29)，

其特征在于，光学测量设备(10)包括第二照明设备(18)，其中第二照明设备(18)以第二入射角(54)在表面(14)处提供第二照明光束(24)，其中第一入射角(38)不同于第二入射角(54)。

2.根据权利要求1所述的光学测量设备，其特征在于，至少所述光学测量设备(10)包括至少第三照明设备(20)，其以第三入射角(66)在表面(12)处提供第三照明光束(26)，其中第三入射角(66)不同于第一入射角(38)和/或第二入射角(54)。

3.根据权利要求1或者2所述的光学测量设备，其特征在于，所述图像检测组件(29)是相机(30)，尤其是数码相机。

4.根据权利要求1至3中任意一项所述的光学测量设备，其特征在于，所述屏幕(27)是全半球面屏幕，其截取样品(12)的表面以上大约360°的响应光束(42)。

5.根据权利要求1至3中任意一项所述的光学测量设备，其特征在于，所述屏幕(27)是基本上平坦屏幕，其覆盖近似四分之一半球面。

6.根据前述权利要求中任意一项所述的光学测量设备，其特征在于，所述光学测量设备(10)包括基板(84)，具有测量端口(86)，照明光束(22，24，26)传播通过该测量端口，从而照明表面(14)并且响应光束(42)朝向检测设备(28)传播。

7.根据权利要求6所述的光学测量设备，其特征在于，所述测量端口(86)设计为使得样品(12)的表面(14)的小区域被覆盖，从而实现好的空间分辨率。

8.根据权利要求6所述的光学测量设备，其特征在于，所述测量端口(86)具有细长孔形状，从而检测在子表面区域处散射的响应光束(42)，响应光束是样品(12)对照明光束(22，24，26)的响应，其中响应光束(42)产生在距照明光束(22，24，26)入射在表面(12)上的位置一距离处。

9.根据权利要求8所述的光学测量设备，其特征在于，直接在表面(14)处反射的照明光束通过布置在细长孔中的基本垂直挡板(73)切断。

10.根据权利要求8或者9所述的光学测量设备，其特征在于，所述细长孔设计为使得响应光束示出与照明光束(22，24，26)在子表面区域(40)中散射的深度相关的空间分布。

11.根据前述权利要求中任意一项所述的光学测量设备，其特征在于，所述光学测量设备(10)包括用于遮蔽响应光束(42)避开照明光束(22，24，26)的组件(32)。

12.根据前述权利要求中任意一项所述的光学测量设备，其特征在于，所述光学测量设备(10)包括至少一个镜(32)，用于将通过屏幕(27)截取的响应光束(42)成像到图像检测组件(28)中。

13.根据权利要求2至12中任意一项所述的光学测量设备，其特征在于，第一照明设备(16)和/或第二照明设备(18)和/或第三照明设备(20)中的每个照明设备均包括第一和/或第二和/或第三照射源和/或第一和/或第二和/或第三光纤，用于引导第一照明光束(22)和/或第二照明光束(24)和/或第三照明光束(26)到样品(12)的表面(14)上。

14.根据权利要求13所述的光学测量设备，其特征在于，所述光学测量设备(10)包括一个照射源和第一、第二以及第三光纤，其中第一光纤实现相应照明光束(22)的第一入射角(38)，第二光纤实现相应照明光束(24)的第二入射角(54)以及第三光纤实现相应照明光束(26)的第三入射角(66)。

15.根据权利要求13所述的光学测量设备，其特征在于，所述第一光纤和/或第二光纤和/或第三光纤可布置在与表面(14)的近距离中，从而实现表面(14)处的小照明斑点(39)。

16.根据前述权利要求中任意一项所述的光学测量设备，其特征在于，所述检测设备(28)包括至少一个滤色片。

17.根据前述权利要求中任意一项所述的光学测量设备，其特征在于，所述光学测量设备包括至少一个偏振滤波片(34，36)。

18.根据前述权利要求中任意一项所述的光学测量设备，其特征在于，所述光学测量设备(10)包括计算设备，用于从检测的响应光束确定相关因子。

19.一种方法，用于检查样品的表面以及测量样品(12)尤其是人类皮肤的表面(14)的光学外观，该方法包括以下步骤：

利用第一照明光束(22)照明样品(12)的表面(14)，其中第一照明光束(22)以第一入射角(38)入射在表面(14)上；

截取响应光束(42)，其中响应光束(42)是样品(12)对至少所述第一照明光束(22)的响应；

其特征在于利用以第二入射角(54)入射在表面(14)处的第二照明光束(24)照明表面(14)；以及

从截取的响应光束(42)估计第一和/或至少第二相关因子；

将第一和/或至少第二相关因子分配到样品(12)的光学外观的第一和/或第二特征。

20.根据权利要求19所述的方法，其特征在于第二步骤，其利用至少第三照明光束(26)照明表面(14)以及估计至少第三相关因子，从而获得样品(12)的光学外观的至少第三特征。

21.根据权利要求19或者20所述的方法，其特征在于使用数据库从而执行将各相关因子分配到样品(12)的各特征。

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