專利名稱：用于觀察樣品表面的設(shè)備和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于觀察樣品表面的外觀的設(shè)備，包括用于從預(yù) 定方向照射所述表面的光源以及用于觀察該表面的裝置。
背景技術(shù)：
措辭外觀在此說明書中用于樣品表面的面貌和/或?qū)傩缘拿糠N組合 以及觀察者對它們的感知，包括表面起伏、表面色彩、表面的光反射 和光吸收屬性等。觀察是通用措辭，其可包括對表面外觀的檢查和/或 記錄和/或分析。
為了觀察樣品表面的外觀，可以從特定方向觀看表面，光束由此 從另一方向引導(dǎo)至該表面。藉此，依賴于光的方向、強(qiáng)度和色彩以及 依賴于朝該表面觀看的方向，可以獲得有關(guān)該表面的不同信息。觀察 到的外觀可包括諸如皮膚上的毛發(fā)這樣的表面的紋理和/或起伏或隆起 或突起，且對于該表面本身或多或少半透明的情形，觀察到的外觀可 包括表面下的紋理和/或色彩和/或形貌，即亞表面。該》見察可被記錄和 /或分析。
非接觸和無擾動(dòng)監(jiān)測技術(shù)在許多技術(shù)領(lǐng)域?qū)τ诖_定表面和/或亞表 面形貌是有用的。此外，具有幾何形狀的材料缺陷或者其他特征的類 型和密度可以使用這種技術(shù)來表征。這種技術(shù)的另一種用途是分析人 體皮膚的特性和狀態(tài)。也可以利用該設(shè)備來校準(zhǔn)在不同太陽照射和視 角下地球的空中或太空攝影上呈現(xiàn)的表面的光學(xué)屬性。為此目的，地 球表面的區(qū)域，例如不同類型的土壤、道路密封或者植被，可以通過 該設(shè)備來觀察，且該觀察可以與地球表面的相片比較。
具體而言，當(dāng)形貌細(xì)節(jié)將被分析時(shí)，期望從不同方向觀察表面外 觀，由此光源也可以從一個(gè)或多個(gè)預(yù)定方向(相對于表面平面的不同 角度)照射該表面。
具體而言，當(dāng)較大物體的表面例如一塊人體皮膚要被觀察時(shí)，不 可能將樣品置于設(shè)備的內(nèi)部。這種情況下，設(shè)備應(yīng)置于樣品或一部分樣品上或與之相抵，由此使得待觀察表面的位置位于設(shè)備的外側(cè)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個(gè)目的是一種用于觀察樣品表面的外觀的設(shè)備，其包 括用于從預(yù)定方向照射所述表面的光源，該表面由此從許多不同方向 被同時(shí)觀察，使得樣品的分析可以基于一次觀察。
本發(fā)明的另一目的是一種用于觀察樣品表面的外觀的設(shè)備，其包 括用于從預(yù)定方向照射所述表面的光源，該表面由此從不同方向凈皮同 時(shí)》見察，且該樣品由此可以位于該設(shè)備的外側(cè)。
為了實(shí)現(xiàn)這些目的之一或二者，觀察表面的裝置包括相對于待觀 察表面位于不同方向的多個(gè)基本平面鏡以及用于觀察所述平面鏡的光 學(xué)系統(tǒng)，由此每個(gè)平面鏡反射該樣品表面的圖像到該光學(xué)系統(tǒng)的圖像 接收部分，即透鏡或反射鏡等。因此，該平面鏡的位置可以固定或者 可調(diào)整。鏡子基本平坦，即，它們是平坦的或者它們小程度偏離平坦 形狀從而放大或縮小它們朝光學(xué)系統(tǒng)的圖像接收部分反射的圖像。因 此，鏡子可以是少許凸的或凹的。不過在本說明書中它們指的是平面 鏡。
在優(yōu)選實(shí)施例中，該平面鏡設(shè)置在離待觀察表面的位置基本相等距 離的位置上，即該表面位置上方的假想球形官面表面附近，由此該位置 位于該常面的中心。由此，平面鏡可以沿線設(shè)置，即沿著該假想常面表 面的圓的一部分設(shè)置，或者平面鏡可以設(shè)置在所述表面的格柵中，即， 分布在該假想常面的表面上。平面鏡的位置的所有其他分布是可行的。
優(yōu)選地，該平面鏡設(shè)置在離該光學(xué)系統(tǒng)的該圖像接收部分基本相等 距離的位置上，該圖像接收部分即為接收由該平面鏡反射的圖像的透鏡 或反射鏡等。如果如上所述，平面鏡位于假想球形常面的表面附近，則 光學(xué)系統(tǒng)的圖像接收部分就如待觀察表面那樣，位于該常面的中心附近。 這樣，光學(xué)系統(tǒng)通過距離相同的不同反射鏡觀察該表面，使得圖像是可 比較的。
在優(yōu)選實(shí)施例中，該光學(xué)系統(tǒng)的圖像接收部分和待觀察表面相互靠 近，由此使得待觀察表面的位置和該平面鏡之間的平均距離是待觀察表 面的位置和該光學(xué)系統(tǒng)的該圖像接收部分之間距離的十倍，優(yōu)選地是十 五倍。當(dāng)待觀察表面的位置和接收該表面的圖像的透鏡或反射鏡的位置
5相互靠近時(shí)，所有平面鏡可以置于距離所述兩個(gè)位置基本相等距離之處， 由此該光學(xué)系統(tǒng)通過基本相同距離的所有平面鏡來觀察該表面。
該光學(xué)系統(tǒng)可設(shè)置有凸透鏡，所謂的魚眼鏡頭或者廣角鏡頭，從而 接收來自不同方向的該表面的所有圖像。然而，在優(yōu)選實(shí)施例中，該光 學(xué)系統(tǒng)的圖像接收部分為基本球面鏡，優(yōu)選為凸面鏡，由此該平面鏡朝 向該球面鏡反射該表面的圖像，使得該表面的不同圖像可以通過所述球 面鏡觀察。這種反射鏡的反射面基本具有球體一部分的形狀，使得當(dāng)朝 該反射鏡看去時(shí)，可以看到該反射鏡周圍的寬視角。
通過利用反射鏡來接收圖像，該設(shè)備可以按照下述方式設(shè)計(jì)，即， 光源以及平面鏡以及包括該反射鏡的光學(xué)系統(tǒng)置于穿過待觀察表面的位 置的平面的一側(cè)。藉此，該設(shè)備可以按照下述方式設(shè)計(jì)，即，其可以抵 住樣品，或者樣品可以抵住設(shè)備，使得較大樣品的一塊表面可被觀察。 該設(shè)備可以設(shè)計(jì)成可以置于人體皮膚上的手持裝置。
優(yōu)選地，存在五個(gè)或更多個(gè)平面鏡，更優(yōu)選地存在多于八個(gè)的平面 鏡，使得待觀察表面的細(xì)節(jié)被光學(xué)系統(tǒng)從許多方向同時(shí)看到，從而徹底 分才斤該表面。
在優(yōu)選實(shí)施例中，該光學(xué)系統(tǒng)包括用于記錄該表面的表現(xiàn)的相機(jī)， 該表現(xiàn)包括從不同方向拍攝的待觀察表面的許多幅圖像，其中該相機(jī)以 及光源具有固定位置。
優(yōu)選地，該光源的位置是可調(diào)整的，使得該樣品表面可以從不同預(yù) 定方向被照射，即，入射光束以不同角度照到樣品表面。藉此，該相機(jī) 可以記錄表面被不同地照射的表現(xiàn)，使得可以獲得該表面的更多信息。
在優(yōu)選實(shí)施例中，該設(shè)備包括位于該平面鏡前方的球形屏幕，該屏 幕設(shè)置有光束可以穿過的一個(gè)或更多個(gè)開口以及該光學(xué)系統(tǒng)的圖像接 收部分可被觀察的開口 。該球形屏幕可以是由漫射材料制成的可拆卸常
面。該i殳備藉此可以附加地用作散射儀，成為例如WO-A-2004/077032 中描述的設(shè)備，該設(shè)備也是用于分析表面屬性的設(shè)備。藉此，不是記錄 樣品表面的圖像，而是可以記錄來自該表面的不同方向的光反射(輻射)， 這是用于檢測和分析樣品表面的面貌和屬性的另 一種技術(shù)。,面也可以 是部分漫射的，使得相機(jī)可以拍攝包括通過該平面鏡看到的待觀察表 面的多幅圖像的照片，且一幅或更多幅圖像示出待觀察表面沿著預(yù)定 方向朝向該球形屏幕的漫射部分的輻射。優(yōu)選地，該球形屏幕由透明材料制成，該透明材料涂布有可基于電 子命令而漫射的材料。藉此，該球形屏幕可以全部設(shè)置有所述涂層，使 得該設(shè)備可如上所述用作散射儀以及用于從不同方向觀察該表面。在優(yōu) 選實(shí)施例中，該涂層應(yīng)用在該屏幕的一個(gè)或更多個(gè)部分而形成常面，該 官面可基于電子命令設(shè)置有漫射區(qū)域和透明區(qū)域。
可以變?yōu)槁浠蛘呋陔娮用疃涞耐繉邮且阎?，例如已?br> 的聚合物M液晶(PDLC材料)。通過利用電場改變液晶分子的取向， 材料的透明度可以變化。
本發(fā)明還涉及一種用于觀察樣品表面的外觀的方法，其中光源從預(yù) 定方向照射所述表面，同時(shí)該表面從另一方向被，見察，由此該表面通 過相對于所述表面位于不同方向的多個(gè)基本平面鏡觀察，由此每個(gè)平 面鏡反射該樣品表面的圖像到觀察所述表面的優(yōu)選為凸球面鏡的光學(xué) 系統(tǒng)的圖像接收部分。


現(xiàn)在，參考包含三個(gè)圖解性圖示的附圖，通過對用于觀察樣品表 面外觀的設(shè)備的兩個(gè)實(shí)施例的描述進(jìn)一步闡述本發(fā)明，其中 圖1示出第一實(shí)施例； 圖2代表由相機(jī)記錄的照片；以及 圖3示出第二實(shí)施例，其中出現(xiàn)球形屏幕。
具體實(shí)施例方式
三幅圖僅僅是示意性和圖解性說明，僅示出與用于闡述本發(fā)明相 關(guān)聯(lián)的設(shè)備的部分。當(dāng)描述兩個(gè)實(shí)施例時(shí)，附圖中相似的部分使用相 同的參考數(shù)字來表示。
圖1以示意性斷面圖的形式示出該設(shè)備的第一實(shí)施例的原理。其 圖解性地代表樣品1，該樣品1具有待觀察表面2從而記錄和分析表面 2。樣品1位于用于觀察表面2的設(shè)備的底座3下方。底座3具有圓形 外邊緣4和中心開口5。表面2位于開口5中。凸球面鏡6位于底座3 上并靠近開口 5。底座3的圓形邊緣4連接到用虛線7表示的半球形框 架?？蚣?承載多個(gè)平面鏡8，平面鏡8分布在框架7的內(nèi)表面上。每 個(gè)平面鏡8按照這樣方式布置使得將樣品1的表面2的圖像反射向凸面鏡6，如點(diǎn)劃線9、 IO所示。
表面2通過光源11來照射，該光源11位于框架7外部。光源11 引導(dǎo)其光束12 (用雙點(diǎn)線表示)穿過位于不存在平面鏡8的位置的框 架7內(nèi)的開口13。此外，相機(jī)14位于才匡架7外部，該相機(jī)14通過位 于不存在平面鏡8的位置的框架7中的開口 15而指向凸面鏡6。相機(jī) 14的觀看方向用點(diǎn)劃線16表示。
在所述設(shè)備中，相機(jī)14可以采集如圖2所示的照片。該照片包括 樣品1的表面2的多幅圖像23，由此每幅圖像23通過多個(gè)平面鏡8之 一被看到，且因此從另一方向被看到。表面2的分析可以基于如圖2 所示的包含不同圖像23的照片來進(jìn)行。圖2的照片中是不存在圖像23 的三個(gè)位置。在位置24的是不存在平面鏡8的框架7中的第一開口， 通過該開口，表面2可以由光源ll通過垂直于表面2的束照射。在位 置25的是用于在特定角度下照射表面2的框架7中的開口 。且在位置 26的是相機(jī)14可以拍攝照片的框架7中的開口。作為備選，還可以安 裝置于平面鏡之間的小光源的陣列，其中這些光源可以獨(dú)立地開啟和 關(guān)閉。
圖3示出與圖1所示相同的設(shè)備，不過在框架7和平面鏡8前方存 在可拆卸半球形屏幕17。屏幕17是由漫射材料制成，使得光源11的 束12的反射被投射在屏幕17上。凸面鏡6由此將屏幕17的內(nèi)表面的 外觀反射到相機(jī)14,使得相機(jī)14拍攝的照片基本顯示整個(gè)屏幕17的 外觀。因此，所拍攝的圖像包括幾乎沿所有方向的表面2的反射輻射。 點(diǎn)劃線18代表沿一個(gè)方向的這種輻射，且該輻射的色彩和強(qiáng)度由相機(jī) 14通過凸面鏡6看到，如點(diǎn)劃線19和20所示。屏幕17具有開口21 和開口 22，光束12可以穿過開口 21，且開口 22使得相機(jī)14可以看到 凸面鏡6。基于屏幕17的內(nèi)表面的外觀，可以進(jìn)行樣品1的表面2的 進(jìn)一步分析。
上述兩個(gè)實(shí)施例僅僅是根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備的示例；許多其他實(shí)施 例是可4亍的。
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權(quán)利要求
1. 一種用于觀察樣品(1)的表面(2)的外觀的設(shè)備，包括用于從預(yù)定方向照射所述表面(2)的光源(11)以及用于觀察所述表面(2)的裝置，其特征在于，用于觀察所述表面(2)的裝置包括相對于所述表面(2)位于不同方向的多個(gè)基本平面鏡(8)以及用于觀察所述平面鏡(8)的光學(xué)系統(tǒng)(6，14)，由此每個(gè)平面鏡(8)反射所述樣品(1)的表面(2)的圖像到所述光學(xué)系統(tǒng)(6，14)的圖像接收部分(6)。
2. 如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，所述平面鏡(8)設(shè)置 在離待觀察表面(2)的位置基本相等距離的位置上。
3. 如前述權(quán)利要求任意一項(xiàng)所述的設(shè)備，其特征在于，所述平面鏡 (8)設(shè)置在離所述光學(xué)系統(tǒng)(6， 14)的所述圖像接收部分(6)基本相等距離的位置上。
4. 如前述權(quán)利要求任意一項(xiàng)所述的設(shè)備，其特征在于，所述光學(xué)系 統(tǒng)(6， 14)的圖像接收部分(6)和待觀察表面(2)相互靠近，由此待 觀察表面(2)的位置和所述平面鏡(8)之間的平均距離是待觀察表面(2) 的位置和所述光學(xué)系統(tǒng)(6, 14)的所述圖像接收部分(6)之間距 離的十倍。
5. 如前述權(quán)利要求任意一項(xiàng)所述的設(shè)備，其特征在于，所述光學(xué)系 統(tǒng)(6， 14)的所述圖像接收部分是球面鏡(6)，由此所述平面鏡(8) 將所述表面(2 )的圖像(23 )反射向所述球面鏡(6 )，使得所述表面(2 ) 的不同圖像(23)可以通過所述球面鏡(6)被J見察到。
6. 如前述權(quán)利要求任意一項(xiàng)所述的設(shè)備，其特征在于，存在五個(gè)或 更多個(gè)平面鏡(8)，優(yōu)選地存在多于八個(gè)的平面鏡(8)。
7. 如前述權(quán)利要求任意一項(xiàng)所述的設(shè)備，其特征在于，所述光學(xué)系 統(tǒng)包括用于記錄所述表面(2)的表現(xiàn)的相機(jī)(14)，所述表現(xiàn)包括從不 同方向拍攝的待觀察表面(2)的多幅圖像(23)。
8. 如前述權(quán)利要求任意一項(xiàng)所述的設(shè)備，其特征在于，所述光源(11) 的位置是可調(diào)整的，使得所述樣品(1)的表面(2)可以從不同預(yù)定方 向,皮照射。
9. 如前述權(quán)利要求任意一項(xiàng)所述的設(shè)備，其特征在于，所述設(shè)備包 括位于所述平面鏡(8)前方的球形屏幕(17)，所述屏幕(17)設(shè)置有光束(12)可以穿過的一個(gè)或更多個(gè)開口 (21)以及所述光學(xué)系統(tǒng)(6， 14)的圖像接收部分(6)可被觀察的開口 (22)。
10. 如權(quán)利要求9所述的設(shè)備，其特征在于，所述球形屏幕(17) 由透明材料制成，所述透明材料涂布有可基于電子命令而漫射的材料。
11. 一種用于觀察樣品(1)的表面(2)的外觀的方法，其中光源 (11)從預(yù)定方向照射所述表面(2)，同時(shí)所述表面(2)從另一方向被觀察，其特征在于，所述表面(2)通過相對于所述表面(2)位于 不同方向的多個(gè)基本平面鏡(8)觀察，由此每個(gè)平面鏡(8)反射所 述樣品(1)的表面(2)的圖像(23)到觀察所述表面(2)的光學(xué)系 統(tǒng)的圖像接收部分(6)。
全文摘要
一種用于觀察樣品(1)的表面(2)的外觀的設(shè)備，包括用于從預(yù)定方向照射所述表面(2)的光源(11)以及用于觀察所述表面(2)的裝置。用于觀察所述表面(2)的裝置包括相對于所述表面(2)位于不同方向的多個(gè)基本平面鏡(8)。所述裝置還包括用于觀察所述平面鏡(8)的光學(xué)系統(tǒng)(6，14)。每個(gè)平面鏡(8)反射所述樣品(1)的表面(2)的圖像到所述光學(xué)系統(tǒng)(6，14)的圖像接收部分(6)。
文檔編號G01N21/47GK101523195SQ200780037110
公開日2009年9月2日 申請日期2007年9月28日 優(yōu)先權(quán)日2006年10月5日
發(fā)明者S·瓦德曼 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司