(57)【要約】レトログラフィックセンサーは、透明なエラストマー基板と、変形可能な反射層と、材料又は粒子のパターンから形成された剛性の非平面形状のアレイを備えた接触面とを含み、対象領域付近における閉じ込められた空気の排出を可能にしつつ、目標面との接着を低減する。それらの形状の組み合わせにより、センサーの接触面を目標面によりぴったりと適合させることができ、同時に、目標面の表面形状を変形可能層に物理的に転写し、基板を通して撮像することができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の表面を有する基板であって、画像を透過することができ、第１の硬度を有する第１のエラストマーから形成された基板と；
前記基板の前記第１の表面に配置された変形可能層であって、前記変形可能層が、前記基板を通過して前記第１の表面に入射する光を反射する材料を含む、変形可能層と；
撮像目標と接触して配置するための接触面であって、前記接触面が、前記変形可能層上にパターンを成して配置され、前記変形可能層によって前記基板から分離された粒子を含み、前記粒子が、前記第１のエラストマーの前記第１の硬度よりも大きい第２の硬度を有している、接触面と
を含む、レトログラフィックセンサー。
【請求項２】
前記パターンは、前記変形可能層上に前記粒子の単一の層を形成している、請求項１に記載のレトログラフィックセンサー。
【請求項３】
前記パターンは、狭い間隔のアレイである、請求項１に記載のレトログラフィックセンサー。
【請求項４】
前記パターンは、規則的アレイである、請求項１に記載のレトログラフィックセンサー。
【請求項５】
前記パターンは、複数の局所的に六角形のアレイを含む、請求項１に記載のレトログラフィックセンサー。
【請求項６】
前記パターンは、実質的に六角形のアレイである、請求項１に記載のレトログラフィックセンサー。
【請求項７】
前記粒子が、前記パターン内で互いに接触している、請求項６に記載のレトログラフィックセンサー。
【請求項８】
前記基板の前記第１の表面は、凸状である、請求項１に記載のレトログラフィックセンサー。
【請求項９】
前記粒子の前記パターンは、前記変形可能層に対向する側に、前記粒子間の空気の流れを可能にする隙間通路を形成している、請求項１に記載のレトログラフィックセンサー。
【請求項１０】
前記粒子は、単分散である、請求項１に記載のレトログラフィックセンサー。
【請求項１１】
前記粒子は、単分散マイクロスフェアである、請求項１に記載のレトログラフィックセンサー。
【請求項１２】
前記粒子は、約５ミクロンの平均直径を有している、請求項１１に記載のレトログラフィックセンサー。
【請求項１３】
前記粒子は、３〜１０ミクロンの範囲の平均直径を有している、請求項１１に記載のレトログラフィックセンサー。
【請求項１４】
前記粒子は、１〜２５ミクロンの範囲の平均直径を有している、請求項１１に記載のレトログラフィックセンサー。
【請求項１５】
前記粒子は、非球形粒子を含む、請求項１に記載のレトログラフィックセンサー。
【請求項１６】
d  前記粒子は、多分散であり、１〜１０ミクロンの範囲内の平均粒子サイズを中心とする第１の標準偏差を有している、請求項１に記載のレトログラフィックセンサー。
【請求項１７】
前記粒子は、ポリメチルシルセスキオキサンから形成されている、請求項１に記載のレトログラフィックセンサー。
【請求項１８】
前記粒子は、シリカ、ガラス、メラミン、ポリスチレン、ポリメチルメタクリレート、ポリブチルメタクリレート、スチレン／アクリルコポリマー、セルロース、及びポリ乳酸のうちの１つ以上から形成されている、請求項１に記載のレトログラフィックセンサー。
【請求項１９】
前記粒子は、ナイロン及びポリテトラフルオロエチレンのうちの１つ以上から形成されている、請求項１に記載のレトログラフィックセンサー。
【請求項２０】
前記第１のエラストマーの前記第１の硬度は、４０未満のショアＡ硬度である、請求項１に記載のレトログラフィックセンサー。
【請求項２１】
前記粒子の前記第２の硬度は、４０よりも大きいショアＡ硬度である、請求項１に記載のレトログラフィックセンサー。
【請求項２２】
前記粒子は、前記変形可能層に少なくとも部分的に埋め込まれている、請求項１に記載のレトログラフィックセンサー。
【請求項２３】
前記第１のエラストマーは、前記粒子の前記第２のショアＡ硬度よりも少なくとも１０だけ低い第１のショアＡ硬度を有している、請求項１に記載のレトログラフィックセンサー。
【請求項２４】
前記粒子は、接着剤によって前記変形可能層に固定されている、請求項１に記載のレトログラフィックセンサー。
【請求項２５】
前記粒子は、ポリウレタンによって前記変形可能層に固定されている、請求項１に記載のレトログラフィックセンサー。
【請求項２６】
前記粒子は、前記粒子を前記変形可能層に結合する接着剤の層の上に、それらの直径の少なくとも半分だけ延びている、請求項１に記載のレトログラフィックセンサー。
【請求項２７】
前記粒子は、中間層を介して前記変形可能層に間接的に結合されている、請求項１に記載のレトログラフィックセンサー。
【請求項２８】
前記第１のエラストマーは、光学的に透明なエラストマーである、請求項１に記載のレトログラフィックセンサー。
【請求項２９】
前記第１のエラストマーは、シリコーンゴムを含む、請求項１に記載のレトログラフィックセンサー。
【請求項３０】
前記第１のエラストマーは、スチレン系ブロックコポリマーを含む、請求項１に記載のレトログラフィックセンサー。
【請求項３１】
前記第１のエラストマーは、２０重量％の水素化スチレンブロックコポリマーを含む、請求項３０に記載のレトログラフィックセンサー。
【請求項３２】
前記第１のエラストマーは、８０重量％の可塑剤を含む、請求項３０に記載のレトログラフィックセンサー。
【請求項３３】
前記可塑剤は、粘着付与剤を含む、請求項３２に記載のレトログラフィックセンサー。
【請求項３４】
前記第１のエラストマーは、熱可塑性エラストマーを含む、請求項１に記載のレトログラフィックセンサー。
【請求項３５】
前記第１のエラストマーは、ポリウレタン、プラスチゾル、天然ゴム、ポリイソプレン、及びポリ塩化ビニルのうちの１つ以上を含む、請求項１に記載のレトログラフィックセンサー。
【請求項３６】
前記変形可能層は、第２のエラストマーに配置された反射性粒子を含む、請求項１に記載のレトログラフィックセンサー。
【請求項３７】
前記変形可能層は、金属粒子を含む、請求項１に記載のレトログラフィックセンサー。
【請求項３８】
前記変形可能層は、非金属粒子を含む、請求項１に記載のレトログラフィックセンサー。
【請求項３９】
前記変形可能層は、二酸化チタンを含む、請求項１に記載のレトログラフィックセンサー。
【請求項４０】
前記変形可能層は、前記変形可能層内の前記二酸化チタンにニュートラルグレーを付与するのに十分な量のカーボンブラックを含む、請求項３９に記載のレトログラフィックセンサー。
【請求項４１】
前記変形可能層は、赤色酸化鉄を含む、請求項１に記載のレトログラフィックセンサー。
【請求項４２】
前記変形可能層の材料は、光を無指向性で反射する、請求項１に記載のレトログラフィックセンサー。
【請求項４３】
前記変形可能層の材料は、光をすべての方向に実質的に均一に反射する、請求項１に記載のレトログラフィックセンサー。
【請求項４４】
前記変形可能層の材料は、材料に光を適度な指向性で反射させる表面粗さ、不規則形状、及び相互にランダムなアレイのうちの少なくとも１つを示す薄片を含む、請求項１に記載のレトログラフィックセンサー。
【請求項４５】
前記変形可能層の材料は、実質的に平坦で、鏡のような表面を有し、相互に実質的に十分に整列され、それによって材料に光を高い指向性で反射させる薄片を含む、請求項１に記載のレトログラフィックセンサー。
【請求項４６】
前記薄片は、アルミニウム薄片及びブロンズ薄片のうちの少なくとも一方を含む、請求項４５に記載のレトログラフィックセンサー。
【請求項４７】
前記第１の表面に対向する前記基板の第２の表面に結合された前記撮像システムをさらに含み、前記撮像システムが、前記第１のエラストマーを通して前記変形可能層の複数の画像をキャプチャするように構成されている、請求項１に記載のレトログラフィックセンサー。
【請求項４８】
前記第１のエラストマーを通して前記変形可能層を照明するように構成された照明システムをさらに含む、請求項４７に記載のレトログラフィックセンサー。
【請求項４９】
前記照明システムは、前記変形可能層の面法線の変化の検出を容易にするためにグレージング照明を提供する、請求項４８に記載のレトログラフィックセンサー。
【請求項５０】
前記照明システムは、２つ以上の光源で照明を提供し、前記２つ以上の光源の各々が、異なる方向から異なる波長帯域で照明する、請求項４８に記載のレトログラフィックセンサー。
【請求項５１】
２つ以上の異なる波長範囲でキャプチャされた前記変形可能層の２つ以上の画像を使用して、前記変形可能層の面法線と表面高さのうちの少なくとも一方を複数の位置で推定するように構成されたフォトメトリックステレオアナライザをさらに含む、請求項４８に記載のレトログラフィックセンサー。
【請求項５２】
前記第１の表面を、それぞれ異なる位置にある２つ以上の異なる光源で順次照明するための照明コントローラをさらに含む、請求項１に記載のレトログラフィックセンサー。
【請求項５３】
光学的に透明なエラストマーの基板と；
前記基板の表面に配置された変形可能層であって、前記変形可能層が、前記基板を通過して前記変形可能層に入射する光を反射する材料を含む、変形可能層と；
前記変形可能層上に配置された接触面であって、前記接触面が、前記基板よりも大きい硬度及び前記変形可能層よりも小さい摩擦係数の非平面形状を有し、前記非平面形状が、前記接触面の前記非平面形状間の空気の流れを可能にする隙間通路を形成している、接触面と
を含む、レトログラフィックセンサー。
【請求項５４】
前記非平面形状の硬度が、前記変形可能層よりも大きい、請求項５３に記載のレトログラフィックセンサー。
【請求項５５】
前記非平面形状は、前記基板の前記表面に垂直に延びている、請求項５３に記載のレトログラフィックセンサー。
【請求項５６】
前記非平面形状は、前記変形可能層上に配置された粒子を含む、請求項５３に記載のレトログラフィックセンサー。
【請求項５７】
前記非平面形状は、前記変形可能層から延びるピラーを含む、請求項５３に記載のレトログラフィックセンサー。
【請求項５８】
前記非平面形状は、前記変形可能層から延びる角錐及び円錐のうちの１つ以上を含む、請求項５３に記載のレトログラフィックセンサー。
【請求項５９】
前記非平面形状は、変形可能層から延びるテーパー構造を含む、請求項５３に記載のレトログラフィックセンサー。
【請求項６０】
レトログラフィックセンサーを製造するための方法であって、
画像を透過することができるエラストマーの基板を提供すること；
前記基板の第1の表面に変形可能層を配置し、前記変形可能層が、前記基板を通過し、前記基板の前記第１の表面に入射する光を無指向性で反射すること；及び
前記変形可能層上に接触面を形成し、前記接触面が、前記レトログラフィックセンサーで撮像する際に目標面と接触するように構成されており、前記接触面が、前記変形可能層上にパターンを成して配置され、前記変形可能層によって前記基板から分離された粒子を含み、前記粒子が、前記基板よりも大きい第２の硬度を有すること
を含む、方法。
【請求項６１】
ポリウレタンの水溶液中で前記粒子を前記変形可能層に付着させることをさらに含む、請求項６０に記載の方法。
【請求項６２】
前記エラストマー及び前記変形可能層のうちの少なくとも一方が、粘着付与剤を含み、前記接触面を形成することは、前記粒子の層を前記変形可能層に付着させ、前記粒子上に水性ポリウレタンを流すことを含む、請求項６０に記載の方法。
【請求項６３】
前記粒子は、単分散ポリメチルシルセスキオキサン粒子を含む、請求項６０に記載の方法。
【請求項６４】
前記粒子は、多分散ポリメチルシルセスキオキサンを含む、請求項６０に記載の方法。
【請求項６５】
前記接触面を形成することは、接着剤とポリメチルシルセスキオキサンの単分散粒子との混合物をスピンコーティングすることを含む、請求項６０に記載の方法。
【請求項６６】
表面計測のための方法であって、
（ａ）第１の表面を有する基板であって、前記基板が、第１のエラストマーから形成されており、前記第1のエラストマーが、画像を透過することができ、前記第１のエラストマーが、第１の硬度を有する、基板と、
前記基板の前記第１の表面に配置された変形可能層であって、前記変形可能層が、前記基板の前記第１の表面に入射する光を反射する材料を含む、変形可能層と、
撮像目標と接触して配置するための接触面であって、前記接触面が、前記変形可能層上に配置され、前記変形可能層によって前記基板から分離された粒子のパターンによって形成されており、前記粒子が、前記第１のエラストマーの前記第１の硬度よりも大きい第２の硬度を有している、接触面と
を含む、レトログラフィックセンサーを提供すること；
（ｂ）光源を用いて、前記基板に対向する側から前記変形可能層の前記材料を照明すること；
（ｃ）前記接触面を目標面に接触させ、前記変形可能層を幾何学的に変化させること；
（ｄ）前記材料を照明し、前記接触面を前記目標面に接触させながら、前記基板に対向する側から前記変形可能層の画像をキャプチャすること；及び
（ｅ）前記画像を分析し、前記目標面の三次元幾何形状を判定すること
を含む、方法。
【請求項６７】
前記変形可能層を２つ以上の異なる方向から照明し、前記２つ以上の異なる方向の各々から照明されている間に前記変形可能層の画像をキャプチャし、結果として得られた複数の画像を分析して前記目標面の前記三次元幾何形状を判定すること
をさらに含む、請求項６６に記載の方法。
【請求項６８】
第１の色の第１の光源と、前記第１の色とは異なる第２の色の第２の光源とを同時に用いて、前記変形可能層を照明すること
をさらに含む、請求項６６に記載の方法。
【請求項６９】
前記変形可能層の多色画像をキャプチャし、前記第１の光源及び前記第２の光源からの照明のパターンを区別し、前記多色画像を分析して、前記第１の光源及び前記第２の光源からの照明のパターンに基づいて、前記目標面の前記三次元幾何形状を判定すること
をさらに含む、請求項６８に記載の方法。
【請求項７０】
光学的に透明なエラストマーの基板と；
前記基板の表面に配置された変形可能層であって、前記変形可能層が、前記基板を通過して前記変形可能層に入射する光を反射する材料を含む、変形可能層と；
前記変形可能層上に配置された接触面であって、前記接触面が、その上にパターンを成して配置された前記基板よりも硬い複数のマイクロスフェアを有しており、前記パターンが、少なくとも２のＱスコアを有している、接触面と
を含む、レトログラフィックセンサー。
【請求項７１】
前記パターンは、少なくとも３のＱスコアを有している、請求項７０に記載のレトログラフィックセンサー。
【請求項７２】
前記マイクロスフェアは、実質的に単分散である、請求項７０に記載のレトログラフィックセンサー。
【請求項７３】
前記マイクロスフェアは、１〜２０ミクロンの間の直径を有している、請求項７０に記載のレトログラフィックセンサー。
【請求項７４】
前記Ｑスコアは、ピーク周波数を、前記パターンの画像の放射状に平均化された二次元パワースペクトルの一対のハーフパワー周波数の差で割ったものに等しい、請求項７０に記載のレトログラフィックセンサー。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
［関連出願の相互参照］
この出願は、２０１８年９月６日に出願された米国仮出願第６２／７２７，８１６号に基づく優先権を主張するものであり、その全内容が、参照により本明細書に組み込まれる。
【０００２】
［分野］
本開示は、概して、レトログラフィックセンサーに関し、より具体的には、様々な目標面での使用が容易になるように設計された表面を有する接触センサーに関する。
【背景技術】
【０００３】
レトログラフィックセンサーは、反射性粒子を含む変形可能層で覆われた透明なエラストマーの基板と、その層を物体に押し付けながらその層が歪んだときにその層の画像をキャプチャするための光学系とを含む。センサーが複雑な表面形状の目標面に忠実に適合するためには、変形可能層が、目標面に一致するように伸び、スライドし、及び歪む必要がある。大抵のエラストマーに言えるように、センサー表面の摩擦係数（ＣＯＦ）が高い場合、センサー表面が、目標面の形状に容易に滑り込むことはなく、目標面に容易に適合しない。また、大半のエラストマーは、閉じ込められた空気が逃げることを妨げる。例えば、エラストマーセンサーが窪みに押し付けられると、窪みの縁の周りにシールが形成され、それによって窪みの中に空気が閉じ込められる。閉じ込められた空気は、センサーが窪みの底に到達することを妨げ、したがって正確な測定を妨げる。これらの特性に関連する画像欠陥を低減する改良されたレトログラフィックセンサーの必要性が、依然としてある。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００４】
［概要］
レトログラフィックセンサーは、透明なエラストマー基板と、変形可能な反射層と、材料又は粒子のパターンから形成された剛性の非平面形状のアレイを備えた接触面とを含み、対象領域付近における閉じ込められた空気の排出を可能にしつつ、目標面との接着を低減する。それらの形状の組み合わせにより、センサーの接触面を目標面によりぴったりと適合させることができ、同時に、目標面の表面形状を変形可能層に物理的に転写し、基板を通して撮像することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００５】
本明細書に記載される装置、システム、及び方法の上記及び他の目的、特徴、及び利点は、添付の図面に例示されるように、その具体的実施形態に関する以下の説明から明らかになるであろう。図面は、必ずしも縮尺どおりではなく、むしろ、本明細書に記載される装置、システム、及び方法の原理を例示することに重点が置かれている。
【図１】撮像システム及びレトログラフィックセンサーを示す図である。
【図２】使用のために配置されたレトログラフィックセンサーを示す図である。
【図３】目標面に適用されたレトログラフィックセンサーを示す図である。
【図４】レトログラフィックセンサーの接触面を示す図である。
【図５】レトログラフィックセンサーの側面図である。
【図６】レトログラフィックセンサーの側面図である。
【図７】レトログラフィックセンサーの側面図である。
【図８】レトログラフィックセンサーを製造するための方法を示すフロー図である。
【図９】レトログラフィックセンサーを用いた表面計測の方法を示すフロー図である。
【図１０】第１のタイプの６ミクロンのマイクロスフェアのアレイの光学顕微鏡画像を示す図である。
【図１１】第２のタイプの６ミクロンのマイクロスフェアのアレイの光学顕微鏡画像を示す図である。
【図１２】図１０及び図１１のマイクロスフェアアレイの平均放射状パワースペクトルを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００６】
［説明］
次に、添付の図面を参照して種々の実施形態を説明する。ただし、上記のものは、多くの異なる形態で具体化されてよく、上記のものを、本明細書に記載された例示的実施形態に限定されると解釈してはならない。
【０００７】
本明細書で言及されるすべての文書は、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。単数形の項目への言及は、特に明記されていない限り、又は本文から明らかでない限り、複数形の項目を含むと理解されるべきであり、その逆も同様である。文法上の接続詞は、特に明記されていない限り、又は文脈から明らかでない限り、結合された節、文、単語などのあらゆる分離・結合の組み合わせを表現することを意図としている。したがって、「又は」という語は、一般に、「及び／又は」などを意味すると理解されるべきである。
【０００８】
本明細書における値の範囲の記載は、限定を意図するものではなく、むしろ、本明細書に別段の記載がない限り、その範囲内に入る任意のすべての値を個別に言及し、そのような範囲内の個々の値が、あたかも個別に記載されているかのように本明細書に組み込まれることを意図している。「約」、「おおよそ」などの用語は、数値を伴う場合、意図された目的のために満足な動作を得るための、当業者には理解される偏差を意味していると解釈されるべきである。同様に、物理的特性に関して使用される場合の「ほぼ」や「実質的に」などの近似語も、対応する使用、機能、目的などのために満足な動作を得るための、当業者には理解される偏差の範囲を意図していると理解されるべきである。値及び／又は数値の範囲は、本明細書では例としてのみ提供され、記載された実施形態の範囲に対する制限を構成するものではない。値の範囲が提供されている場合、特に明記されていない限り、その範囲内の各値が、あたかも個別に記載されているかのように含まれることが意図されている。本明細書で提供される任意のすべての例又は例示的な語（「例えば」、「など」等）の使用は、単に実施形態を分かりやすく示すことを意図しており、実施形態の範囲に制限を課すものではない。明細書のいかなる文言も、実施形態の実施に不可欠であるとして請求の範囲にない要素を意味すると解釈されてはならない。
【０００９】
以下の説明において、「第１」、「第２」、「上の」、「下の」、「上に」、「下に」などの用語は、便宜上の言葉であり、限定用語として解釈されるべきではないと考えられる。
【００１０】
図１は、撮像システム及びレトログラフィックセンサーを示している。一般に、レトログラフィックセンサー１００を撮像システム１５０と共に使用することで、表面計測その他の三次元撮像の応用事例で使用するための定量的又は定性的な表面形状測定のための接触型撮像システムを提供することができる。
【００１１】
レトログラフィックセンサー１００は、目標面（図示せず）の方を向いた第１の表面１０４と、撮像システム１５０の方を向いた第２の表面１０６とを有する基板１０２を含む場合がある。第２の表面１０６は、例えば、基板１０２の裏打ち部材１０８に隣接している場合があり、裏打ち部材１０８は、ガラス、ポリカーボネート、又はアクリルのような光学的に透明な剛性の材料から形成されている。裏打ち部材１０８によれば、一般に、撮像の際に基板１０２に光を透過させ、基板１０２から光を受け取りながら、レトログラフィックセンサー１００による目標面の表面形状の撮像が可能になるような形で、レトログラフィックセンサー１００を目標面に係合させる力を加えることが可能になる。
【００１２】
基板１０２は、そこを通して光を透過するのに適した光学的に透明な任意の変形可能材料から形成されてよく、レトログラフィックセンサー１００が使用の際に目標面に対して配置されたときに、目標面に適合しながらの撮像を容易にする。例えば、基板１０２は、画像を透過することができ、かつ、接触面に適合するのに適した硬度を有するエラストマーから形成される場合がある。エラストマーの硬度は、４０未満のショアＡ硬度であってもよいし、又は関心のある目標材料に適合させるのに適した他の任意の硬度であってもよい。基板１０２のエラストマーは、例えば、シリコーンゴム、ポリウレタン、プラスチゾル、天然ゴム、ポリイソプレン、及びポリ塩化ビニルのような光学的に透明なエラストマーであってもよいし、又は任意の他の熱可塑性エラストマーなどであってもよい。一態様では、エラストマーは、スチレンブロックコポリマーを含み、例えば、約２０重量％のスチレンブロックコポリマーと最大８０重量％の可塑剤を含み、又はスチレンブロックコポリマーと可塑剤の１：４の比率を有する場合がある。より一般には、この状況では、約１：２〜約１：９のポリマーと可塑剤の比率が、有用に使用される場合がある。可塑剤は、油と、粘着付与剤又は他の適当な添加剤又は他の成分とを含む場合がある。
【００１３】
第１の表面１０４は、実質的に平坦であるように図示されているが、他の形状が代わりに使用されてもよいことが理解されるであろう。例えば、第１の表面１０４は、例えば、凸状（撮像システム１５０から離れる方向に）であってもよい。これによって、例えば、ハンドヘルドセンサー等の場合に、姿勢の自由度を大きくすることができる。
【００１４】
レトログラフィックセンサー１００は、変形可能層１１０をさらに含む場合がある。変形可能層１１０は、基板１０２の第１の表面１０４に配置される場合がある。一般に、変形可能層１１０は、第１の矢印１１２によって示されるように、基板１０２を通過し、第１の表面１０４に入射する光を反射する材料を含むか、又はそのような材料から形成される場合がある。これは、二次元撮像又は三次元撮像のような画像処理に使用される、第２の矢印１１４によって示されるような第１の表面１０４からの反射光の画像のキャプチャを容易にするためである。
【００１５】
変形可能層１１０は、本明細書に記載されるエラストマーのうちの何れかのような、様々な変形可能材料のうちの任意のものから形成されてよい。ただし、基板１０２との区別として、変形可能層１１０は、光学的に透明である必要はなく、基板１０２の第１の表面１０４に対向する表面で、光学的に反射性であることが好ましい。これは、使用中にレトログラフィックセンサー１００の変形された表面の撮像を容易にするためである。変形可能層１１０は、例えば、第２のエラストマー内に配置された金属粒子のような反射性粒子を含む場合がある。変形可能層１１０は、追加又は代替として、基板１０２の第１の表面１０４と接触する場所である変形可能層１１０に適当な表面特性を付与する非金属粒子を含む場合がある。例えば、変形可能層１１０は、光を無指向性で、すなわち実質的にすべての方向に均一に反射する場合がある。これは、反射光の強度に基づいて面法線又は勾配を推定するときに通常であれば発生する可能性がある偏りを軽減するためである。
【００１６】
一態様では、変形可能層１１０は、二酸化チタンを含む場合がある。変形可能層１１０は、例えば変形可能層１１０内の二酸化チタンにニュートラルグレーを付与するのに十分な量のカーボンブラックを含む場合がある。別の態様では、変形可能層１１０は、赤色酸化鉄を含む場合がある。別の態様では、変形可能層１１０の材料は、材料に光を適度な指向性で反射させる表面粗さ、不規則形状、及び相互にランダムなアレイのうちの少なくとも１つを示す薄片を含む場合がある。あるいは、変形可能層１１０の材料は、実質的に平坦で、鏡のような表面を有し、相互に実質的に十分に整列され、それによって材料に光を高い指向性で反射させる薄片を含む場合がある。この後者の実施形態では、薄片は、アルミニウム薄片、ブロンズ薄片、又は任意の他の適当な金属薄片若しくは他の薄片を含むことが有用な場合がある。
【００１７】
レトログラフィックセンサー１００は、撮像目標と接触して配置するための接触面１２０をさらに含む場合がある。一般に、接触面１２０は、変形可能層１１０上にパターンを成して配置され、変形可能層１１０によって基板１０２から分離された粒子１２２を含む場合がある。粒子１２２は、好ましくは、基板１０２内の第１のエラストマーの硬度よりも大きい硬度を有しており、その結果、レトログラフィックセンサー１００が基板１０２を変形させるのに十分な力で目標面に適用されたときに、粒子１２２は、その形状を維持する。したがって、粒子１２２のアレイは、レトログラフィックセンサー１００が目標面に適用されたときに、空気その他の閉じ込められたガスを再分配及び排出するための空気の通路を形成することができる。取得画像の解像度への影響を最小限に抑えながら空気の通路の構造を維持するために、パターンは、例えば、図１に示されるように、変形可能層１１０上に粒子の単一の層を形成することが有用な場合がある。
【００１８】
粒子は、４０よりも大きいショアＡ高度、又はより一般には、基板１０２のエラストマーの対応する硬度よりも大きいショアＡ硬度を有する場合がある。例えば、基板１０２のエラストマーは、粒子のショアＡ硬度よりも少なくとも１０だけ低いショアＡ硬度を有する場合がある。同様に、変形可能層１１０のショアＡ硬度は、粒子１２２のショアＡ硬度よりも低くてもよく、基板１０２のショアＡ硬度以上であってもよい。弾性率又は同様の測定値は、材料のバルク特性を表し、場合によっては、基板１０２又は変形可能層１１０に使用される比較的柔軟な材料を、変形可能層１１０上に配置された粒子１２２の比較的剛性のある材料から区別するのに有用な場合があることが理解されよう。ただし、例えば、本明細書に記載されるようなショアＡスケールを使用して測定された硬度は、物体内の位置によって変わる場合がある。この文脈では、基板１０２のショアＡ硬度は、変形可能層１１０が基板１０２に適用されていない基板１０２の表面で測定することが有用な場合があり、基板１０２の第１の表面１０４の中心又は任意の他の適当な場所で測定することができる。より一般には、レトログラフィックセンサー１００の様々な材料又は構成要素のショアＡ硬度は、基板１０２、変形可能層１１０、及び粒子１２２の相対硬度が協調し、本明細書に記載された接触面１２０の有利な特性を維持しながら、目標面に対するレトログラフィックセンサー１００の変形が確実に可能となるための有用な信号が得られる如何なる形で測定されてもよい。
【００１９】
撮像システム１５０は、例えば裏打ち部材１０８と、変形可能層１１０から基板１０２を通して反射された画像をキャプチャする位置に撮像システム１５０を固定するための他の任意のハードウェアとによって、基板１０２の第２の表面１０６に結合される場合がある。一般に、撮像システム１５０は、１つ以上のカメラ１５２を含む場合があり、例えば、電荷結合デバイスのような光学センサー、相補型金属酸化物半導体画像センサー、Ｎ型金属酸化物半導体画像センサー等を、それらのセンサーに向けて入射光を集束させ、画像のキャプチャを容易にする適当なレンズその他の光学素子と共に使用する場合がある。一般に、１つ以上のカメラ１５２は、入射光の画像を得るために、基板１０２の第１のエラストマーを通して変形可能層１１０の複数の画像をキャプチャするように構成される場合がある。カメラ１５２は、ピクセルごとのカラーフィルタ、又は他の制御可能なフィルタなどを使用して、特定の波長又は波長帯域の入射光を選択的に撮像することができる。
【００２０】
発光ダイオードのような１つ以上の光源１６２を含む照明システム１６０がさらに含まれる場合がある。照明システム１６０は、例えば、基板１０２のエラストマーを通して変形可能層１１０を照明するように構成される場合があり、例えば、変形可能層１１０の面法線の変化の検出を容易にするグレージング照明又は任意の他の指向性照明で照明する場合がある。一態様では、照明システムは、２つ以上の光源１６２で照明を提供する場合があり、光源１６２の各々は、異なる方向から異なる波長帯域で照明する場合がある。対応する波長範囲内の画像をキャプチャする１つ以上のカメラ１５２と組み合わせて使用される場合、この種の照明を使用して異なる方向から異なる波長で変形可能層１１０を照明することにより、異なる方向からそれぞれ同時に照射された別々の画像をキャプチャすることができる。例えば、赤、緑、及び青の波長帯域の３つの光源１６２を、同様にフィルタリングされた撮像チャネルを有するカラーカメラと共に使用することで、３つの異なる方向から照明された表面を同時に撮像することができる。
【００２１】
マイクロプロセッサ、マイクロコントローラ、又は他のプログラマブル回路若しくは専用回路（あるいは、前記の組み合わせ）のようなコントローラ１７０を使用して、撮像システム１５０と照明システム１６０の動作を連携させ、照明された変形可能層１１０の画像をキャプチャし、結果として得られた画像を処理することにより、下にある目標面の表面形状を再現することができる。例えば、カメラ１５２で受信された照明の強度に基づいて面法線を評価し、面法線を使用して表面形状を再現することによって、下にある目標面の表面形状を再現することができる。
【００２２】
図２は、使用のために配置されたレトログラフィックセンサーを示している。レトログラフィックセンサー２００（本明細書に記載されたレトログラフィックセンサーの何れであってもよい）は、使用のために、表面形状画像又は他の定量的若しくは定性的画像を取得したい目標面２０２の上に配置される場合がある。
【００２３】
図３は、目標面に適用されたレトログラフィックセンサーを示している。レトログラフィックセンサー３００（本明細書に記載されたレトログラフィックセンサーの何れであってもよい）が、撮像のために、概して矢印３０４で示されるように、目標面３０２に下降されることによって配置されると、レトログラフィックセンサー３００の接触面３２０（本明細書に記載された接触面のうちの何れであってもよい）は変形し、目標面３０２に適合することができる。重要な利点として、接触面３２０は、例えば材料の選択や本明細書に記載される粒子の導入によって、比較的低い摩擦係数を示すように構成されることができ、それによって接触面３２０は、目標面３０２の上を滑ることができ、接触面３２０が目標面３０２と接触する場所における握力や弾性ひずみによって導入されるアーチファクトなしに、目標面３０２に容易に適合することができる。もう一つの重要な利点として、接触面３２０を本明細書に記載されるように構成することで、通常であればレトログラフィックセンサー３００を使用した正確な表面測定を妨げるようにガスを捕捉する可能性がある凹部３２２のような目標面３０２の表面形状に変化のある領域を接触面３２０が取り囲んで移動する際に、空気その他のガス又は流体の排出のための空気の通路を提供することができる。
【００２４】
レトログラフィックセンサー３００の接触面３２０は、目標面３０２との接触に応答して幾何学的に変化するため、この幾何学的変化は、面法線の局所的変化を引き起こし、変形可能層（図示せず）から図１を参照して説明したようなカメラ１５２のような撮像装置に向けて反射される光の量に、それに伴う局所的変化を引き起こす。この画像データを分析することにより、変形可能層１１０に接触している目標面３０２の三次元形状を再現することができ、又は、この画像データを他の仕方で処理することにより、二次元データ又は三次元データを抽出し、及び／又は表示することができる。本明細書に記載されたレトログラフィックセンサー及び関連するハードウェアを使用して、様々な適当な構成及び画像化技術が可能である。例えば、図１を参照すると、コントローラ１７０は、カメラ（複数可）１５２を使用して第1の色でキャプチャされた変形可能層の第１の画像と、カメラ（複数可）１５２を使用して第２の色でキャプチャされた変形可能層の第２の画像とを使用して、変形可能層１１０の面法線と表面高さのうちの少なくとも一方を複数の位置で推定するように構成されたフォトメトリックステレオアナライザを実施することができる。すなわち、より一般には、２つ以上の異なる波長範囲でキャプチャされた変形可能層の２つ以上の画像を使用して、三次元データを抽出することができる。コントローラ１７０は、例えばコントローラ１７０上で実行されるコンピュータ実行可能コードを使用して、それぞれ異なる位置にある２つ以上の異なる光源１６２を用いて、基板１０２を通して第１の表面１０４を順次照明するための照明コントローラを実施することができる。
【００２５】
図４は、レトログラフィックセンサーの接触面を示している。一般に、レトログラフィックセンサー４００（本明細書に記載されたレトログラフィックセンサーのうちの何れであってもよい）は、レトログラフィックセンサー４００の接触面４２０の一部又は全部を形成するようにパターンを成して配置された複数の粒子４０２を含む場合がある。そのようなパターンが、接触面４２０に対して平行なｘｙ平面の平面図として、図４に示されている。粒子４０２は円で示されているが、これらの円が必ずしも一定の縮尺である必要はなく、粒子のサイズや形状は、使用目的に応じて変わっていてもよいことが理解されよう。粒子４０２の直径は、例えば１〜２５ミクロンの間であってよく、又はより一般には、レトログラフィックセンサー４００の所望の画像解像度以下の寸法であってよい。
【００２６】
一般に、パターンは、狭い間隔のアレイを形成する場合があり、このアレイは、正方形アレイや六角形アレイのような規則的アレイであってもよいし、不規則アレイであってもよい。一態様では、パターンは、実質的に六角形のアレイであってもよく、例えば、粒子４０２の大部分が他の６つの隣接する粒子４０２と接触することを妨げない様々な隙間の不規則性を有する概ね六角形であってもよい。パターンは、追加的又は代替的に、そうでなければ六角形領域の間の領域にまたがる粒子４０２の他のアレイによって結合された複数の局所的に六角形のアレイを含む場合がある。最近傍距離のような、規則性のさまざまな客観的尺度が考案されている。一態様では、実質的に同サイズの粒子４０２の六角形アレイの規則性は、隣接する粒子４０２との平均接触数に基づいて評価される場合がある（例えば、６つの接触点に近くなるほど、より高い規則性のアレイであることを意味している）。
【００２７】
規則性は、撮像が容易になるように接触面４２０が確実に良好に覆われることを意味しているが、接触面４２０が目標面に押し付けられたときのガスの排出のための物理的通路を粒子間に堅実に維持できるくらい粒子４０２が互いに十分に近くにある場合は、狭い間隔の粒子４０２の他のパターン（例えば、不規則パターン）が、追加的又は代替的に使用されてもよい。すなわち、粒子４０２のパターンは、レトログラフィックセンサー４００の変形可能層に対向する側（例えば、接触面４２０上）にある粒子４０２間の空気の流れを可能にする隙間通路を有利に形成することができ、そのため、通常であれば目標面の正確な撮像を妨げる可能性がある空気その他のガスの閉じ込めを有利に回避することができる。さらに、粒子４０２は一般に、パターン内で互いに接触（例えば、直接接触の形で）していてもよいし、分離されていてもよく、分離は、粒子４０２が比較的低い充填密度であるからであってもよいし、又は接着剤又は隙間エラストマーの層によって粒子４０２が物理的分離されている（例えば、変形可能層から）からであってもよい。
【００２８】
粒子４０２は、様々なサイズ範囲及び分布を有する場合がある。一態様では、粒子４０２は、単分散、又は実質的に単分散である。粒子４０２は、より具体的には、単分散の球体であってもよく、したがって、粒子４０２は、平面内で実質的に六角形のアレイを成して配置される傾向がある。一態様では、粒子４０２は、約５ミクロンの平均直径を有する場合がある。別の態様では、粒子４０２は、３〜１０ミクロンの範囲、又は１〜２５ミクロンの範囲の平均直径を有する場合がある。上記のように、粒子４０２の直径は、レトログラフィックセンサー４００を使用する装置の所望の撮像解像度よりも大きくないことが好ましい。別の態様では、粒子４０２は、上記の範囲内で最大の直径を有する非球形粒子を含む場合がある。一般には、空気を逃がすための隙間通路が封鎖されるほど粒子が高い密度で詰め込まれない限り、そのような如何なる形状が使用されてもよい。
【００２９】
多分散粒子が、追加的又は代替的に使用されてもよい。例えば、粒子４０２は、多分散であってもよく、１〜１０ミクロンの範囲内に入る範囲を定義する平均粒子サイズを中心とする第１の標準偏差を有する場合がある。多分散の程度は、他の様々な方法で特徴付けることができる。例えば、下記のような変動係数（ｃν）や相対標準偏差のような無次元メトリックを使用できる。
【数１】
2021536579.tif 000003
ここで、σは、粒子サイズの分布の標準偏差であり、μは、平均である。これらの値は、バルクマイクロスフェアやその他の関心のある粒子の商業プロバイダーによって一般に報告されている。
【００３０】
一般に、粒子の形状の一貫性が高いほど、粒子によって形成されるアレイの規則性は、他の分布（バイモーダル分布又は規則的に詰め込まれたアレイを生成する可能性がある他の特定の分布のうちの特定の場合を除く）よりも高くなり、撮像の際の関連する欠陥は、軽減されることになる。したがって、低い変動係数（例えば、完全に単分散の粒子の場合は０％）は、粒子サイズの分布をレトログラフィックセンサーの性能に関連付ける性能指数として機能する。経験的に、１〜１０ミクロン程度のマイクロスフェアの場合、０％付近の変動係数が好ましい。ただし、１５〜２５％の変動係数でも許容できる結果が得られ、その（１５〜２５％）範囲内で異なると知覚できる撮像性能が得られる。もちろん、もっと分散度の高い粒子４０２を使用してもよく、そのような粒子分布からも、空気排出のための隙間通路や摩擦係数の低下のような特定の利点が得られる場合がある。ただし、こうした比較的分散度の高い粒子４０２は、平均粒子サイズに不相応な画像解像度の損失を生じさせるだけでなく、レトログラフィックセンサーを使用する撮像の精度や再現を妨げる他の画像アーチファクトを生じさせる原因になることがある。
【００３１】
粒子４０２は、ポリマー、天然ポリマー、及びミネラルを含む様々な材料から形成される場合がある。例えば、粒子４０２は、ポリメチルシルセスキオキサンから形成され、又はポリメチルシルセスキオキサンを有用に含む場合がある。ポリメチルシルセスキオキサン（ＰＭＳＱ）は、接触面４２０において粒子４０２として使用される場合、特定の利点を提供する。ＰＭＳＱは、比較的低い摩擦係数を有し、硬く（エラストマー基板に比べて）、狭いサイズ分布のＰＭＳＱのマイクロスフェアを、市場から容易に入手することができる。ただし、非球形粒子が、追加的又は代替的に使用されてもよく、粒子４０２は、他のタイプの材料から有用に形成される場合もある。例えば、粒子４０２は、シリカ、ガラス、メラミン、ポリスチレン、ポリメチルメタクリレート、ポリブチルメタクリレート、スチレン／アクリルコポリマー、セルロース、及びポリ乳酸から形成される場合がある。粒子４０２は、追加的又は代替的に、ナイロン又はポリテトラフルオロエチレンから形成される場合がある。より一般には、適当なサイズ及び形状の任意の入手可能な剛性材料が、本明細書で企図されるように、接触面４２０において粒子４０２として使用されてよい。他の適当な市販の微粒子としては、限定はしないが、メタクリル酸メチルクロスポリマー、アクリル酸ポリブチル及びシリカ、ラウリルメタクリレート／グリコールジメタクリレートクロスポリマー及びアクリレート／エチルヘキシルアクリレート／ジメチコンメタクリレートコポリマー、ＨＤＩ／トリメチロールヘキシルラクトンクロスポリマー及びシリカ、ＨＤＩ／トリメチロールヘキシルラクトンクロスポリマー及びシリカ、エチレン／アクリル酸コポリマー、ポリエチレン、ナイロン−６、ナイロン−１２、ケイ酸カルシウム、ビニルジメチコン／メチコンシルセスキオキサンクロスポリマー、及び前記の組み合わせから形成されたマイクロスフェアが挙げられる。
【００３２】
図５は、レトログラフィックセンサーの側面図を示している。レトログラフィックセンサー５００は、特に断りのない限り、本明細書に記載されたレトログラフィックセンサーのうちの何れであってもよい。レトログラフィックセンサー５００の粒子５２２は、例えば上記のように変形可能層５１０に、少なくとも部分的に埋め込まれてもよく、粒子５２２は、追加的又は代替的に、ポリウレタンのような接着剤５８０によって変形可能層５１０に固定されていてもよいし、又は、他の手段によって１つ以上の中間層を介して変形可能層５１０に間接的に結合されていてもよい。一般に、粒子５２２は、接着剤５８０の外にまで延びている場合がある。これは、何らかの関連する低い摩擦係数、並びに結果として得られる隙間通路から、恩恵を得るためである。ただし、接着剤５８０を超えて延びる粒子５２２の量は、接着剤５８０の強度や粒子５２２の形状のような複数の要因に左右される場合がある。一態様において、粒子５２２は、球形粒子であってよく、粒子５２２を変形可能層５１０に結合する接着剤５８０の層の上に、粒子５２２の直径の少なくとも半分だけ延びていてもよい。
【００３３】
図６は、レトログラフィックセンサーの側面図を示している。レトログラフィックセンサー６００は、特に断りのない限り、本明細書に記載されたレトログラフィックセンサーのうちの何れであってもよい。本明細書に記載された粒子は、１つの可能な接触面を提供することができるが、レトログラフィックセンサー６００は、より一般には、非平面形状６２２間の空気の流れを可能にする隙間通路６９０を形成する非平面形状６２２を備えた変形可能層６１０上に配置された接触面６２０を含む場合がある。これらの非平面形状６２２は、接触時に目標面の表面形状を変形可能層６１０及び基板６０２に確実に転写するために、基板６０２よりも大きい硬度を有用に有する場合がある。また、レトログラフィックセンサー６００が使用の際に目標面上に配置されたときに、接触面６２０を目標面に沿って移動させることが容易になるように、変形可能層６１０よりも小さい摩擦係数を有用に有する場合がある。
【００３４】
非平面形状６２２は、本明細書に記載されるように、変形可能層６１０上に配置された粒子を含む場合がある。非平面形状６２２は、追加的又は代替的に、変形可能層６１０から延びるピラーを含む場合がある。非平面形状６２２の硬度は、変形可能層６１０よりも大きくてもよい。非平面形状６２２は、一般に、基板６０２の表面に垂直に延びていてよく、例えば垂直壁を含む場合がある。あるいは、非平面形状６２２は、基板法線に平行な軸に沿って湾曲し、角度を有し、又は他の形で変化する形状であってもよい。粒子又は他の個別の物体を変形可能層６１０（又は、変形可能層６１０に結合された接着剤６８０）に埋め込むことによって様々なそのような形状を形成できるが、非平面形状６２２は、追加的又は代替的に、変形可能層６１０に形成されてもよい。例えば、突起のアレイを、変形可能層６１０に直接成形することができる。これは例えば、小さな窪みのアレイの型を形成し、それらの窪みに、硬化したときに比較的低い摩擦係数を有する比較的硬い表面を提供する材料を充填することによって成形される場合がある。その後、これらの充填された窪みは、センサー表面に転写され、取り付けられ、その時点で、それらは、本明細書に記載された粒子と同様の利点を提供する非平面形状６２２のアレイを形成することができる。
【００３５】
図７は、レトログラフィックセンサーの側面図を示している。レトログラフィックセンサー７００は、特に断りのない限り、本明細書に記載されたレトログラフィックセンサーのうちの何れであってもよい。レトログラフィックセンサー７００は、本明細書に記載されるように撮像を向上させるために、複数の非平面形状７２２を含む場合がある。一態様では、非平面形状７２２は、変形可能層から延びるテーパー構造を含む場合がある。テーパー構造は、例えば、角錐、円錐、円錐台、又は他の任意のテーパー構造等を含む場合がある。高アスペクトの構造は、レトログラフィックセンサー７００の接触面７２０に、剪断力に基づくアーチファクトを付与する可能性がある。そのため、そのような力の検出が特定の撮像事例で意図され、又は役立つ場合を除き、高アスペクトの構造は避けることが好ましい。
【００３６】
図８は、レトログラフィックセンサーを製造するための方法のフロー図を示している。
【００３７】
ステップ８０２に示されるように、方法８００は、本明細書に記載されるように画像を透過することができるエラストマーから形成された基板を提供することから開始される場合がある。基板には、厚み約３ｍｍの透明なポリスチレンコポリマーのエラストマーのブロックから形成された基板、又は本明細書で企図されるような撮像に適した任意の他の寸法や材料の基板が含まれる場合がある。
【００３８】
ステップ８０４に示されるように、方法８００は、基板上に変形可能層を形成することを含む場合がある。変形可能層は、例えば、赤色酸化鉄顔料を含む変形可能材料の２．３３ミクロンの層であってもよいし、又は本明細書に記載された他の変形可能層材料のうちの何れかであってもよく、例えば、基板を通過し、変形可能層に隣接する基板の表面に入射する光を無指向性で反射する変形可能材料であってもよい。変形可能層は、例えば、変形可能材料を基板上にスピンコーティングすることによって、若しくは他の方法で変形可能材料の層を基板上に配置することによって、若しくは変形可能材料の予め形成された層上に基板を成形することによって形成される場合がある。変形可能層（の基板に対向する側）は、追加的又は代替的に、耐摩耗性熱可塑性エラストマーの１ミクロンの層でコーティングされる場合があり、これによって有用なことに、マイクロスフェア又は他の粒子を付着させるための粘着性の表面が得られる。
【００３９】
ステップ８０６に示されるように、方法８００は、変形可能層上に本明細書に記載された接触面のうちの何れかのような接触面を形成することを含む場合がある。例えば、接触面は、レトログラフィックセンサーで撮像する際に目標面と接触するように構成される場合がある。例えば、接触面は、基板よりも硬い粒子であって、変形可能層上にパターンを成して配置され、変形可能層によって基板から分離された粒子を含む場合がある。
【００４０】
一態様では、これは、ポリメチルシルセスキオキサンの６ミクロンの単分散マイクロスフェアの粉末を、高密度で詰め込まれた単層になるように分配する形で、変形可能層に付着させることを含む場合がある。接触面を形成することは、追加的又は代替的に、水性ポリウレタン懸濁液その他の接着剤を表面に付着させ、接着剤を広げて、接着剤によって変形可能層及びマイクロスフェアを濡らすことを含む場合がある。例えば、スピンコーターの回転速度及び懸濁液の粘度（又はマイクロスフェアの濃度、あるいは粘度又は流れの任意の他の代わりの指標）の適当な調整を条件として、スピンコーティングを使用して、水性ポリウレタンを変形可能層に付着させることができる。
【００４１】
別の態様では、接触面を形成することは、ポリウレタンの水溶液中で粒子を変形可能層に付着させることを含む場合がある。別の態様では、これは、接着剤と、ポリメチルシルセスキオキサンの単分散粒子のような粒子と混合物を、変形可能層にスピンコーティングすることを含む場合がある。変形可能層へのポリメチルシルセスキオキサン。いずれの場合でも、接触面を形成することは、接着剤を乾燥させ、変形可能層の熱可塑性エラストマー材料に接着された露出した上面及び底面を有する粒子のアレイを提供することをさらに含む場合がある。
【００４２】
上記のように、変形可能層又は基板のエラストマーは、粒子の接着を容易にする粘着付与剤を含む場合がある。この場合、上記のように、接触面を形成することは、粒子の層を変形可能層に付着させた後、水性ポリウレタン又は他の適当な接着剤を粒子上に流すことを含む場合がある。非限定的な例として、粒子は、約１〜２５ミクロンの範囲のサイズを有する場合がある。一態様では、粒子は、単分散ポリメチルシルセスキオキサン粒子を含む。別の態様では、粒子は、多分散ポリメチルシルセスキオキサンを含む。より一般には、粒子は、様々な形状、寸法、材料、サイズ、及びサイズ分布の粒子を含む、本明細書に記載された粒子のうちの何れかを含む場合がある。
【００４３】
図９は、レトログラフィックセンサーを用いた表面計測のための方法を示すフロー図である。
【００４４】
ステップ９０２に示されるように、方法９００は、本明細書に記載されたレトログラフィックセンサーのうちの何れかのようなレトログラフィックセンサーを提供することを含む場合がある。非限定的な例として、レトログラフィックセンサーは、基板と、変形可能層と、接触面とを含む場合がある。基板は、画像を透過することができ、第１の硬度を有する第１のエラストマーから形成される場合がある。変形可能層は、基板の第１の表面に配置される場合があり、基板の第１の表面に入射する光を反射する材料を含む場合がある。接触面は、撮像目標と接触して配置するための表面を提供することができる。接触面は、変形可能層上に配置され、変形可能層によって基板から分離された粒子のパターンによって形成される場合がある。接触面の粒子は、基板の第１のエラストマーの第１の硬度よりも大きい第２の硬度を有する場合がある。
【００４５】
ステップ９０４に示されるように、方法９００は、発光ダイオード又は発光ダイオードのアレイのような光源を用いて、基板に対向する側から変形可能層の材料を照明することを含む場合がある。
【００４６】
ステップ９０６に示されるように、方法９００は、レトログラフィックセンサーの接触面を目標面に接触させ、変形可能層を幾何学的に変化させることを含む場合がある。
【００４７】
ステップ９０８に示されるように、方法９００は、材料を照明し、接触面を目標面に接触させながら、基板に対向する側から変形可能層の画像をキャプチャすることを含む場合がある。これは、追加的又は代替的に、異なる角度の側面照明を提供するために複数の画像をキャプチャすることを含む場合があり、これによって、精度を高め、閉塞表面に関する追加の情報を得ることができ、あるいは、その結果得られる再現された三次元画像の定量的精度を改善することができる。
【００４８】
ステップ９１０に示されるように、方法９００は、画像を処理し、表面の表面形状その他の二次元情報又は三次元情報のような目標面情報を復元することを含む場合がある。一態様では、これは、画像（又は複数の画像）を分析し、目標面の三次元幾何形状を判定することを含む。これは例えば、反射光の強度から複数の面法線を推定し、面法線を統合することによって画像内の種々の位置における目標面の高さを判定することにより実施される場合がある。追加的又は代替的に、これは例えば、異なる角度又は方向のグレージング照明を用いて得られた複数の画像を分析することを含む場合がある。したがって、例えば、方法９００は、２つ以上の異なる方向から変形可能層を照明し、２つ以上の異なる方向の各々から照明されている間に変形可能層の画像をキャプチャし、結果として得られた複数の画像を分析して目標面の三次元幾何形状を判定することを含む場合がある。
【００４９】
別の態様では、撮像システムは、例えば異なる方向からの照明の同時撮像をサポートするように、色を使用してチャネル形成される場合がある。したがって、例えば、方法９００は、第１の色の第１の光源と、第１の色とは異なる第２の色の第２の光源とを同時に用いて、変形可能層を照明することを含む場合がある。この態様では、方法９００は、変形可能層の多色画像をキャプチャし、第１の光源及び第２の光源からの照明のパターンを区別し、多色画像を分析して、第１の光源及び第２の光源からの照明のパターンに基づいて、目標面の三次元幾何形状を判定することをさらに含む場合がある。より一般には、複数の異なる色を使用することができ、特に、カラーカメラやカラーイメージセンサーのような市販の光学系は、赤、緑、及び青のような３つの異なる色を容易に区別することができ、複数の異なる色を使用して撮像システムをチャネル形成することで、同時に、３つの異なる方向からの照明の同時撮像（例えば、単色画像）をサポートすることができる。
【００５０】
図１０は、第１のタイプの６ミクロンマイクロスフェアのアレイの光学顕微鏡画像を示しており、図１１は、第２のタイプの６ミクロンマイクロスフェアのアレイの光学顕微鏡画像を示している。一般に、図１１（タイプＡ）のマイクロスフェアは、図１０のマイクロスフェア（タイプＢ）に比べて、多くのマイクロスフェアが単分散であること（例えば、均一な直径を有すること）が知られており、したがって、二次元アレイを成すように詰め込まれたとき（例えば、単層としてレトログラフィックセンサーの接触面に付着されたとき）に、より高い規則性のパターンを形成することが予想される。
【００５１】
図１２は、図１０及び図１１のマイクロスフェアアレイの平均放射状パワースペクトルを示している。多数の技術を使用して幾何学構造の規則性を測定することができるが、撮像面のパワースペクトルは、高解像度で誤差のない撮像を行うための粒子パターンの適合性を評価するための有用なメトリックになる。この量を導出するために、接触面の光学顕微鏡画像を帯域通過処理し、閾値処理することによってコントラストを高めることができ、その結果、図１０〜図１１に示されるような画像が得られる。次に、帯域通過処理され、閾値処理された画像（図１０〜図１１の画像など）にガウスウィンドウを乗算すると、（画像の黒い境界からの）縁部アーチファクトを最小限に抑えることができ、その結果、ガウスウィンドウによる画像の周波数領域表現の畳み込みが得られる。次に、周波数領域表現の大きさを二乗すると、二次元パワースペクトルを得ることができる。一般に、規則性が低いパターンの粒子のパワースペクトルは、規則性が高いパターンの粒子に比べて低い周波数を有し、強い周波数の帯域が広いことが予想される。アレイの支配的周波数を表す周波数領域での帯域の形状を評価することにより、これらの特性を定量化することができる。
【００５２】
一般に、二次元パワースペクトルは、放射状に対称になるため、信号を放射状に平均化することができ、ＤＣその他の非常に低い周波数成分は、破棄されてもよい。図１０（タイプA）及び図１１（タイプB）のパターンについて得られたパワースペクトルが、図１２に示されている。これらのパワースペクトルの場合、ピークパワーνｐは、ピーク周波数ｆｐに位置する可能性がある。そして、ハーフパワー周波数ｆａ及びｆｂは、パワーがピークパワーνｐの５０％であるピーク周波数ｆｐの上下の周波数として定義される。これらの値は、図１２に、タイプＢの粒子についてラベル付けされている。特定のパターンの粒子のパワースペクトルについて判定されたこれらの値を用いると、支配的周波数帯域のＱスコアは、
【数２】
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のように、定義することができる。
【００５３】
このＱスコアは、規則性の性能指数として機能し、スコアが高いほど、接触面における粒子のアレイの規則性が高いことを示している。この式を図１０〜図１１のパターンに適用すると、タイプＢの粒子のＱスコアは、約４．７であり、撮像に非常に適している。タイプＡの粒子のＱスコアは、約３．９であり、これも撮像に適している。
【００５４】
経験的に、１〜２０ミクロンのマイクロスフェアの場合、２を超えるＱスコアは、そのパターンが、精度や解像度に支障をきたす重大な撮像アーチファクトを生じることなく、レトログラフィックセンサーで使用するのに十分な規則性であることを示している。したがって、一態様では、レトログラフィックセンサーの接触面は、少なくとも２のＱスコアを有する放射状に平均化された二次元パワースペクトルを有するマイクロスフェアのパターンを有することが有用な場合がある。ここで、Ｑスコアは、ピーク周波数を（放射状に平均化された二次元パワースペクトルの）ハーフパワー周波数の差で割った値に等しい。３を超えるＱスコアは、一般に、著しく改善された性能をもたらし、４．５を超えるＱスコアは、粒子の単層を通して可能な限り最高の撮像をもたらすように見える。また、４．５のＱスコアは、比較的均一なサイズ及び形状（例えば、単分散）のマイクロスフェアを備えた、非常に高い規則性の詰め込みであることも示している。ただし、高度に単分散の粒子は、粒子が不均一に分布している場合や、粒子が表面を部分的にしか覆っておらず、比較的広い領域が覆われていないままである場合のような特定の状況下においても、Ｑスコアが低くなる場合があることを理解すべきである。このような場合、個々の粒子の幾何学的規則性が高いにもかかわらず、接触面は、低いＱスコア（おそらく使用できないほど低いＱスコア）を生成する可能性がある。
【００５５】
上記のシステム、装置、方法、及びプロセス等は、ハードウェア、ソフトウェア、又は特定の応用事例に適したこれらの任意の組み合わせで実現することができる。ハードウェアは、汎用コンピュータ及び／又は専用コンピューティングデバイスを含む場合がある。これには、内部メモリ及び／又は外部メモリを備えた１つ以上のマイクロプロセッサ、マイクロコントローラ、組み込みマイクロコントローラ、プログラマブルデジタルシグナルプロセッサ又は他のプログラマブルデバイス若しくは処理回路での実現が含まれる。追加的又は代替的に、これには、１つ以上の特定用途向け集積回路、プログラマブルゲートアレイ、プログラマブルアレイロジックコンポーネント、又は電気信号を処理するように構成可能な任意の他の装置が含まれる場合がある。さらに理解されるように、上記のプロセス又は装置の実現には、Ｃのような構造化プログラミング言語、Ｃ＋＋のようなオブジェクト指向プログラミング言語、又は他の任意の高レベル若しくは低レベルプログラミング言語（アセンブリ言語、ハードウェア記述言語、データベースプログラミング言語及びテクノロジを含む）を使用して作成されたコンピュータ実行可能コードが含まれる場合があり、コンピュータ実行可能コードは、上記の装置の何れかにおいて実行するために、並びに、プロセッサの異種の組み合わせ、プロセッサアーキテクチャ、又はハードウェアとソフトウェアの異なる組み合わせにおいて実行するために、記憶され、コンパイルされ、又は解釈される場合がある。別の態様では、方法は、そのステップを実行するシステムにおいて具体化されてもよく、方法は、いくつかの方法で装置全体に分散されてもよい。同時に、処理は、上記のさまざまなシステムのような装置全体に分散されてもよい。あるいは、すべての機能が、専用のスタンドアロンの装置又は他のハードウェアに統合されてもよい。別の態様では、上記のプロセスに関連するステップを実施するための手段は、上記のハードウェア及び／又はソフトウェアのうちの何れを含んでいてもよい。そのようなあらゆる順列と組み合わせが、本開示の範囲内に入ることが意図されている。
【００５６】
本明細書に開示された種々の実施形態は、コンピュータ実行可能コード又はコンピュータ使用可能コードを含むコンピュータプログラム製品であって、それらのコードが１つ以上のコンピューティングデバイス上で実行されたときに、そのステップの何れか及び／又はすべてを実施する、コンピュータプログラム製品を含む場合がある。こうしたコードは、非一時的な形でコンピュータメモリに記憶されてもよいし、又は記憶装置に記憶されてもよい。コンピュータメモリは、そこから読み出されたプログラムが実行されるメモリ（プロセッサに関連付けられたランダムアクセスメモリなど）であってもよく、記憶装置は、ディスクドライブ、フラッシュメモリ又は他の光学的、電磁的、磁気的、赤外線又は他の装置又は装置の組み合わせ等であってもよい。別の態様では、上記のシステム及び方法のうちの何れかが、コンピュータ実行可能コード及び／又は同コードからの任意の入力又は出力を運ぶ任意の適当な伝送媒体又は伝搬媒体の形で具体化されてもよい。
【００５７】
本明細書に記載された種々の実施形態の方法ステップは、異なる意味が明示的に提供されるか、又は文脈から明らかでない限り、特許請求の範囲に記載された発明の特許性と一貫性を有する形でそのような方法ステップが実施されることになる、任意の適当な方法を含むことを意図している。したがって、例えば、Ｘのステップを実施することは、リモートユーザ、リモート処理リソース（例えば、サーバー又はクラウドコンピュータ）又はマシンのような他の者にＸのステップを実施させるための任意の適当な方法を含む。同様に、ステップＸ、Ｙ、及びＺを実施することは、そのような他の者又はリソースの任意の組み合わせに命令して、又はそれらを制御して、ステップＸ、Ｙ、及びＺを実施させ、そのようなステップの利益を得ることを含む場合がある。したがって、本明細書に記載された種々の実施形態の方法ステップは、異なる意味が明示的に提供されるか、又は文脈から明らかでない限り、特許請求の範囲に記載された発明の特許性と一貫性を有する形で、１つ以上の他の者又は団体にステップを実施させる任意の適当な方法を含むことを意図している。そのような者又は団体が、何らかの他の者又は団体の命令又は制御下にある必要はなく、特定の管轄区域内にある必要もない。
【００５８】
上記の装置、システム、及び方法は、限定ではなく例として示されていることが理解されよう。反対の明示的な指示がない限り、開示されたステップは、本開示の範囲から外れることなく、修正され、補足され、省略され、及び／又は並び替えられてもよい。多数の変形、追加、省略、及び他の修正が、当業者には明らかであろう。さらに、上記の説明及び図面における方法ステップの順序や表現は、特定の順序が明示的に要求されるか、又は文脈から明らかでない限り、記載したステップをこの順序で実施することを意図するものではない。したがって、特定の実施形態が示され、説明されているが、本開示の精神及び範囲から外れることなく、形態や詳細に様々な変更や修正を加えてもよく、それらも、特許請求の範囲に規定された本発明の一部を形成することを意図している。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【国際調査報告】
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