(57)【要約】【課題】皮膚等の多層構造を有する被測定物であっても、各層ごとの弾力率を測定することができる弾性率測定装置および弾性率測定方法を提供する。【解決手段】弾性率測定装置は、被測定物内の物質に吸収される波長を有する光を生成する光源を備える。光学系は、光を所望の開口径で被測定物へ通過させ、かつ、光の焦点を物質に合わせる。検出器は、被測定物に接触し、物質が光を吸収することによって発生する音響波を検出する。演算部は、開口径が第１の径である場合に得られる第１の音響波の測定値と開口径が第１の径とは異なる第２の径である場合に得られる第２の音響波の測定値とを用いて物質の弾性率を算出する。【選択図】図１
2015012923.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被測定物内の物質に吸収される波長を有する光を生成する光源と、
前記光を所望の開口径で前記被測定物へ通過させ、かつ、前記光の焦点を前記物質に合わせる光学系と、
前記被測定物に接触し、前記物質が前記光を吸収することによって発生する音響波を検出する検出器と、
前記開口径が第１の径である場合に得られる第１の音響波の測定値と前記開口径が前記第１の径とは異なる第２の径である場合に得られる第２の音響波の測定値とを用いて前記物質の弾性率を算出する演算部とを備えた弾性率測定装置。
【請求項２】
前記演算部は、前記開口径が前記第１の径である場合における第１の測定長（測定長は、焦点深度×２である）と、前記開口径が前記第２の径である場合における第２の測定長とを算出し、
前記開口径が前記第１の径である場合における前記光の強度を第１の光強度とし、前記開口径が前記第２の径である場合における前記光の強度を第２の光強度とすると、前記演算部は、前記第１および第２の音響波の測定値、前記第１および第２の測定長、および、前記第１および第２の光強度を用いて、前記物質の弾性率および前記物質の光吸収係数を算出することを特徴とする請求項１に記載の弾性率測定装置。
【請求項３】
前記演算部は、前記開口径が前記第１の径である場合および前記開口径が前記第２の径である場合のそれぞれにおいて式１を当てはめることによって得られる連立方程式を演算し、それにより前記物質の弾性率Ｂおよび前記物質の光吸収係数βを算出する。
【数１】
2015012923.tif 000004
（ここで、Ｐは、前記第１または第２の音響波の測定値、Ｂは、前記物質の体積弾性率、αｔは、前記物質を主に構成する材料の線膨張係数、Ｉ０は、前記第１または第２の光強度、βは、前記物質の光吸収係数、Ｌは、前記第１または第２の測定長、ｆは、前記光のパルス周波数、ρは、前記物質を主に構成する材料の密度、Ｃｐは、前記物質を主に構成する材料の定圧比熱である）
ことを特徴とする請求項２に記載の弾性率測定装置。
【請求項４】
前記演算部は、前記物質の光吸収係数βと前記第１の測定長Ｌとの乗算、並びに、前記物質の光吸収係数βと前記第２の測定長Ｌとの乗算がいずれも３以上である場合に、算出された前記物質の弾性率Ｂを有効とすることを特徴とする請求項２または請求項３に記載の弾性率測定装置。
【請求項５】
前記被測定物は皮膚であり、
前記演算部は、前記αｔを水の線膨張係数と近似し、ρを水の密度と近似し、Ｃｐを水の定圧比熱と近似して前記物質の弾性率Ｂおよび前記物質の光吸収係数βを算出することを特徴とする請求項３または請求項４に記載の弾性率測定装置。
【請求項６】
前記光源は、近赤外レーザダイオードであり、
前記光学系は、前記光を所望の開口径で前記被測定物へ通過させる開口調整部と、前記近赤外レーザダイオードからのレーザ光の焦点を前記物質に合わせる対物レンズと、前記レーザ光の焦点を前記物質に合わせるために前記対物レンズを動作させるフォーカス調整部とを備えていることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の弾性率測定装置。
【請求項７】
前記対物レンズは、前記赤外光の他に可視光を前記被測定物へ通過させ、
前記光学系は、前記被測定物から反射した前記レーザ光または前記可視光を受けて前記レーザ光の焦点が前記物質に合っているか否かを検出する焦点検出素子と、前記被測定物から反射した前記可視光を受けて前記被測定物の画像を撮像する撮像素子とをさらに含むことを特徴とする請求項６に記載の弾性率測定装置。
【請求項８】
被測定物内の物質に吸収される波長を有する光を生成し、
前記光を所望の開口径で前記被測定物へ通過させ、かつ、前記光の焦点を前記物質に合わせ、
前記物質が前記光を吸収することによって発生する音響波を検出し、
前記開口径が第１の径である場合に得られる第１の音響波の測定値と前記開口径が前記第１の径とは異なる第２の径である場合に得られる第２の音響波の測定値とを用いて前記物質の弾性率を演算部において算出することを具備した弾性率測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明による実施形態は、弾性率測定装置および弾性率測定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、皮膚を破壊することなくその弾性率（柔軟性または弾力性）を測定するために、吸引法、牽引圧搾法、バリスト法、超音波振動法、捻じれ法、波動電波法等の手法が考案されてきた。
【０００３】
しかしながら、皮膚は、互いに弾性率の異なる表皮、真皮、皮下組織等の多層構造を有する。従って、従来の手法では、弾性率の測定時に異なる層が互いに影響し合うため、各層ごとの弾性率を測定することは困難であった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−２６８６４０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
皮膚等の多層構造を有する被測定物であっても、各層ごとの弾力率を測定することができる弾性率測定装置および弾性率測定方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本実施形態による弾性率測定装置は、被測定物内の物質に吸収される波長を有する光を生成する光源を備える。光学系は、光を所望の開口径で被測定物へ通過させ、かつ、光の焦点を物質に合わせる。検出器は、被測定物に接触し、物質が光を吸収することによって発生する音響波を検出する。演算部は、開口径が第１の径である場合に得られる第１の音響波の測定値と開口径が第１の径とは異なる第２の径である場合に得られる第２の音響波の測定値とを用いて物質の弾性率を算出する。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】第１の実施形態による弾性率測定装置１の構成の一例を示す図。
【図２】第１の実施形態による弾性率測定方法を示すフロー図。
【図３】弾性率測定装置１が皮膚８の弾性率を測定している様子を示す図。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、図面を参照して本発明に係る実施形態を説明する。本実施形態は、本発明を限定するものではない。
【０００９】
（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態による弾性率測定装置１の構成の一例を示す図である。弾性率測定装置１は、光源としての近赤外レーザダイオード１０と、コリメートレンズ２０と、ビームスプリッタ３０と、反射ミラー４０と、開口調整部５０と、対物レンズ６０と、フォーカス調整部７０と、マイク８０と、白色ＬＥＤ（Light Emission Diode）９０と、コリメートレンズ１００と、調整レンズ１１０と、ビームスプリッタ１２０と、焦点検出素子としての４分割光検出素子１３０と、ＣＭＯＳ撮像素子１４０と、演算制御部１５０とを備えている。
【００１０】
皮膚８は、例えば、人体または動物の皮膚でよい。皮膚８は、表皮５、真皮６および皮下組織７を含む多層構造を有する。弾性率測定装置１は、皮膚８の各層の弾性率を算出するために用いられる。従って、弾性率測定装置１は、医療機器、美容器具、健康器具等の用途に使用可能である。尚、皮膚８の内部には水分が多く含まれているため、弾性率の安定した測定が可能である。
【００１１】
近赤外レーザダイオード１０は、図示しない外部駆動回路からの電気信号により制御され発光する。近赤外レーザダイオード１０（以下、ＬＤ１０ともいう）は、皮膚８中の水分が光エネルギーを吸収するように１．４５μｍの波長を有する近赤外レーザ光を放射する。即ち、ＬＤ１０は、皮膚８内の物質に吸収される波長を有する近赤外レーザ光を生成する。このような近赤外レーザ光により、皮膚８内において光音響効果を発生させる。
【００１２】
レーザ光は、或る周期ごと（周波数）で照射されるパルス光である。レーザ光が皮膚８内の所定の焦点位置において集光すると、その焦点位置における水分がレーザ光を吸収して瞬間的に断熱膨張する。このように、皮膚８内の水分が膨張することによって音響波が発生する。レーザ光のパルスが皮膚８に照射されるごとに、音響波が発生する。
【００１３】
コリメートレンズ２０は、ＬＤ１０からのレーザ光を集光し、平行なレーザ光に変換する。ビームスプリッタ３０は、例えば、レーザ光を９０％以上透過し、可視光を９０％以上反射する特性を有する。従って、ビームスプリッタ３０は、コリメートレンズ２０からのレーザ光をほとんど透過し、一方、反射ミラー４０からの可視光をほとんど反射する。反射ミラー４０は、例えば、レーザ光を９０％以上反射し、可視光を９０％以上透過する特性を有する。従って、反射ミラー４０は、ビームスプリッタ３０からのレーザ光をほとんど皮膚８へ向かって反射し、一方、白色ＬＥＤ９０からの可視光をほとんど皮膚８へ向かって透過する。
【００１４】
開口調整部５０は、反射ミラー４０からのレーザ光または可視光を部分的に通過させる開口部を有する。即ち、開口調整部５０は、ＬＤ１０からのレーザ光を所望の開口径で皮膚８へ通過させる。開口調整部５０は、例えば、レーザ光の透過率を制御する透過型液晶装置でよい。開口調整部５０は、開口部の開口径ＤＡを調節することによって開口率ＮＡ（Numerical Aperture）を決定する。尚、開口率ＮＡは、開口径の半径を対物レンズ６０の焦点距離で割り算した値である。
【００１５】
対物レンズ６０は、開口調整部５０を通過したレーザ光または可視光を集光し、皮膚９の内部においてレーザ光の焦点を合わせる。対物レンズ６０には、フォーカス調整部７０が設けられており、フォーカス調整部７０は、対物レンズ６０の位置を皮膚９に近づけ、あるいは、皮膚９から遠ざける。これにより、対物レンズ６０は、皮膚９の表皮５から皮下組織７の間の任意の位置にレーザ光の焦点を合わせる（調整する）ことができる。フォーカス調整部７０は、ボイスコイル、レンズ保持部材、駆動回路からなり、駆動回路からの電流量に応じてレーザ光の焦点位置を変化させる。
【００１６】
マイク８０は、レーザ光および可視光を透過するガラス基板８１と、音響波を検出する高感度シリコンマイク８２とを備えている。ガラス基板８１は、皮膚８で発生した音響波を検出するために皮膚８の表面に接触している。高感度マイク８２は、ガラス基板８１を介して伝搬される皮膚８からの音響波を検出する。高感度マイク８２としては、ＭＥＭＳ（Microelectromechanical System）マイク、コンデンサマイク、圧電効果マイク等を挙げることができる。本実施形態では、ＭＥＭＳマイクを高感度マイク８２として用いている。ＭＥＭＳマイクは、シリコン基板上に音響波によって振動するダイアフラムを形成し、ダイアフラムの振動を電気信号に変換して検知する。ＭＥＭＳマイクを用いることによってマイク８０は、高感度かつ小型化することができる。尚、ガラス基板８１には、レーザ光および白色光を妨げないように、窓領域が設けられている。高感度シリコンマイク８２は、窓領域に重複することなく、かつ、窓領域に近接するように配置されている。また、高感度マイク８２は、音響波を正確に測定できるように窓領域の周囲に均等に配置されている。例えば、窓領域は、１ｍｍの直径を有する円形領域であり、複数の高感度シリコンマイク８２は、窓領域の周囲を取り囲むように円状に配列されている。このように高感度シリコンマイク８２を均等に配置することによって、マイク８０は、音響波を高感度で検出することができる。
【００１７】
白色ＬＥＤ９０は、皮膚８の表面を観察するために設けられている。白色ＬＥＤ９０は、図示しない外部駆動回路からの電気信号により制御され発光する。白色ＬＥＤ９０（以下、ＬＥＤ９０ともいう）は、可視光として白色光を放射する。コリメートレンズ１００は、白色光を平行光に変換する。コリメートレンズ１００からの白色光は、反射ミラー４０を透過し皮膚８に照射される。白色光は、皮膚８の表面で反射され、対物レンズ６０および開口調整部５０を介して反射ミラー４０およびビームスプリッタ３０で反射される。調整レンズ１１０は、ビームスプリッタ３０からの光を集光する。ビームスプリッタ１２０は、調整レンズ１１０からの白色光をＣＭＯＳ撮像素子１４０へ反射する。ＣＭＯＳ撮像素子１４０は、白色光を受けて皮膚８の表面画像を撮像する。そして、ＣＭＯＳ撮像素子１４０は、皮膚８の表面画像を表示装置（図示せず）に表示させる。これにより、例えば、傷、ホクロ、毛穴等のように測定に適していない領域を避け、ばらつきの少ない均一な皮膚表面において観測することが容易となる。
【００１８】
ここで、ＬＥＤ９０から皮膚８への白色光の光軸は、反射ミラー４０から皮膚８へのレーザ光の光軸と同軸である。これにより、皮膚８から反射する白色光を観察することによって、レーザ光が集光する皮膚８の表面を観察することができる。即ち、ユーザは、表示装置を参照することによって、レーザ光を照射する皮膚８の位置を容易に確認することができる。
【００１９】
４分割光検出素子（４分割ＰＤ（Photo Detector））１３０は、レーザ光の焦点位置を計測するために設けられている。即ち、４分割光検出素子１３０は、皮膚８から反射したレーザ光または可視光を受けてレーザ光の焦点が皮膚８内の所望の領域に合っているか否かを検出する。例えば、４分割光検出素子１３０は、皮膚８を反射して戻ってきたレーザ光を検知する。上述の通り、ビームスプリッタ３０は、レーザ光の約９０％を透過するが、レーザ光の一部を４分割光検出素子１３０へ反射する。４分割光検出素子１３０は、このレーザ光の一部を検知する。そして、４分割光検出素子１３０は、非点収差を発生したレーザ光を用いて、焦点位置の検知を行っている。焦点位置信号は、図示しない外部制御回路へ送られ、焦点位置の制御のために用いられる。尚、皮膚８の内部では光の散乱があるため、焦点位置は正確には調整できない。よって、皮膚８とガラス基板８１との境界を基準として、皮膚８の内部での焦点位置を調整する。また、４分割光検出素子１３０は、可視光を用いて焦点位置の検知を行ってもよい。このように、４分割光検出素子１３０を用いることにより、レーザ光の焦点位置の修正が容易となる。また、４分割検出素子の表面にはＬＥＤ光カットフィルタを設けることによって、選択的にＬＤ光を取り込むことができる。これにより、測定精度をさらに向上させることができる。
【００２０】
ビームスプリッタ１２０は、ＣＭＯＳ撮像素子１４０へ入射する可視光の光軸および４分割光検出素子１３０へ入射する可視光の光軸に対して約４５度の角度で傾斜しており、調整レンズ１１０からの可視光をＣＭＯＳ撮像素子１４０および４分割光検出素子１３０の両方へ反射または透過させる。
【００２１】
演算制御部１５０は、弾性率測定装置１の上記各要素を制御し、かつ、マイク８０からの音響波の測定値に基づいて弾性率を算出する。弾性率の算出については、後述する。
【００２２】
図２は、第１の実施形態による弾性率測定方法を示すフロー図である。図２を参照して、弾性率測定装置１の動作および弾性率測定方法を説明する。
【００２３】
まず、マイク８０を皮膚８の表面に接触させる（Ｓ１０）。オペレータは、ＣＭＯＳ撮像素子１４０を用いて皮膚８の表面を観察し、測定領域を確認する（Ｓ２０）。例えば、通常の健康な皮膚８の弾性率を測定する場合、オペレータは、測定に支障を来すような、傷、ホクロ等のない領域を測定領域として選択する。
【００２４】
ＬＤ１０は、皮膚８に損傷を与えない程度の光量のレーザ光を生成し、皮膚８へレーザ光を照射する。そして、４分割光検出素子１３０およびフォーカス調整部７０を用いて、対物レンズ６０の焦点位置を調整する（Ｓ３０）。焦点位置の調整は、演算制御部１５０が４分割光検出素子１３０からの検出結果に基づいてフォーカス調整部７０を制御することによって自動で行ってもよい。このとき、ガラス基板８１と皮膚８との接触面（境界面）を基準として、焦点位置を調整する。
【００２５】
次に、ＬＤ１０が所定のエネルギーを有する近赤外レーザ光をパルス発光する（Ｓ４０）。レーザ光は、図１に示すビームスプリッタ３０、反射ミラー４０、開口調整部５０を介して対物レンズ６０において集光され、皮膚８内の焦点位置に収束される。対物レンズ６０によって収束されたレーザ光は、皮膚８内の焦点位置における水分に吸収される。これにより、その水分が断熱膨張し、音響波が発生する。尚、対物レンズ６０のスポット半径は、例えば、約３．４μｍであり、焦点深度は、例えば、約５μｍである。レーザ光を吸収する領域の光路長（測定長）は、通常、焦点深度の約２倍の長さとなる。よって、上記具体例では、測定長は、例えば、約１０μｍである。即ち、本実施形態によれば、皮膚８内の限定された狭小領域において音響波を発生させることができる。
【００２６】
マイク８０は、皮膚８において発生した音響波を高感度シリコンマイク８２において検出する（Ｓ５０）。さらに、マイク８０は、音響波を電気信号に変換し、その電気信号を演算制御部１５０へ送信する。即ち、マイク８０は、音響波の測定値を演算制御部１５０へ送信する（Ｓ６０）。
【００２７】
演算制御部１５０は、音響波の測定値に基づいて弾性率を算出する（Ｓ７０）。
【００２８】
フォーカス位置調整部７０が焦点位置を変更しつつ、ステップＳ１０〜Ｓ７０を繰り返し実行することにより、弾性率測定装置１は、皮膚８内の様々な位置の弾性率を測定することができる。
【００２９】
図３は、弾性率測定装置１が皮膚８の弾性率を測定している様子を示す図である。図３を参照して、弾性率の算出方法をさらに詳細に説明する。
【００３０】
演算制御部１５０は、開口調整部５０の開口径が第１の径ＤＡ１であるときに得られる第１の音響波の測定値Ｐ１をマイク８０から受け取る。さらに、演算制御部１５０は、開口調整部５０の開口径が第１の径ＤＡ１とは異なる第２の径ＤＡ２であるときに得られる第２の音響波の測定値Ｐ２をマイク８０から受け取る。そして、演算制御部１５０は、第１および第２の音響波の測定値Ｐ１およびＰ２を用いて皮膚８内の測定領域の弾性率を算出する。尚、測定値Ｐ１、Ｐ２は、音響波によって得られる圧力値（音圧）である。
【００３１】
より詳細には、演算制御部１５０は、開口調整部５０の開口径が第１の径ＤＡ１である場合および開口径が第２の径ＤＡ２である場合のそれぞれにおいて式１を当てはめることによって得られる連立方程式を演算する。それにより、皮膚８内の測定領域の弾性率Ｂおよび光吸収係数βが算出される。
【数１】
2015012923.tif 000003
ここで、Ｐは、音響波の測定値（音圧：Ｐａ）である。Ｂは、測定領域の体積弾性率（Ｐａ）である。αｔは、測定領域を主に構成する材料の線膨張係数（１／Ｋ）である。Ｉ０は、レーザ光の光強度（Ｗ／ｍ２）である。βは、測定領域の光吸収係数（１／ｍ）である。Ｌは、測定領域の測定長（ｍ）である。ｆは、レーザ光のパルス周波数（１／ｓ）である。ρは、測定領域を主に構成する材料の密度（ｋｇ／ｍ３）である。Ｃｐは、測定領域を主に構成する材料の定圧比熱（Ｊ／（ｋｇ×Ｋ））である。
【００３２】
音響波の測定値Ｐは、上記ステップＳ１０〜Ｓ７０によって得られる。光強度Ｉ０も、実測により得られる。パルス周波数ｆは、ＬＤ１０の駆動周期の設定から判明する。測定長Ｌは、（レーザ光の波長） ／ （２・ＮＡ２）と近似することができるので、開口率ＮＡに基づいて算出され得る。上述のとおり、開口率ＮＡは、開口径の半径／焦点距離で表されるので、開口率ＮＡは、開口径ＤＡに比例する。従って、開口径ＤＡが比較的大きい場合、レーザ光の光路長は比較的短くなる。一方、開口径ＤＡが比較的小さい場合、レーザ光の光路長は比較的長くなる。図３に示すように、開口径がＤＡ１である場合における測定長をＬ１とし、開口径がＤＡ２である場合における測定長をＬ２とすると、開口径がＤＡ２である場合の測定長Ｌ２は、開口径がＤＡ１である場合の測定長Ｌ１よりも長くなる。
【００３３】
さらに、本実施形態において被測定物として用いる皮膚８内の測定領域の主成分は水である。従って、αｔを水の線膨張係数（５５．８／Ｋ）として近似し、ρを水の密度（１０１２ｋｇ／ｍ３）として近似し、Ｃｐを水の定圧比熱（４．１８Ｊ／ｋｇ／Ｋ（４０℃のとき））として近似することができる。勿論、被測定物によって主成分は異なるため、これらのパラメータαｔ、ρ、Ｃｐは、被測定物の構成材料に依存して変化させてよい。
【００３４】
一方、体積弾性率Ｂおよび光吸収係数βは、皮膚８の水分量によって大きく変化する。皮膚８の水分量は各層５〜７において変化するため、体積弾性率Ｂおよび光吸収係数βも各層５〜７において変化する。従って、本実施形態では、測定長Ｌを変えて音響波を複数の回測定することによって連立方程式を得る。そして、演算処理部１５０は、その連立方程式を解くことによって体積弾性率Ｂおよび光吸収係数βを算出する。即ち、式１のパラメータのうち体積弾性率Ｂおよび光吸収係数β以外のパラメータは実測、近似または設定により既に判明しているので、演算処理部１５０は、以下のように連立方程式を演算することによって体積弾性率Ｂおよび光吸収係数βを得ることができる。
【００３５】
（開口径がＤＡ１である場合）
開口径がＤＡ１である場合、第１の音響波の測定値Ｐ１、第１の光強度Ｉ１および第１の測定長Ｌ１を式１に代入する。第１の音響波の測定値Ｐ１および第１の光強度Ｉ１は実測される。第１の測定長Ｌ１は、開口径ＤＡ１から算出される。例えば、開口径ＤＡ１が０．２６である場合、第１の測定長Ｌ１は２０μｍとなる。
【００３６】
第１の音響波の測定値Ｐ１、第１の光強度Ｉ１および第１の測定長Ｌ１を式１に代入すると、式２が得られる。  
Ｐ１＝−Ｂ・Ｋ・Ｉ１・（１−ｅｘｐ（−β・Ｌ１）） / Ｌ１  （式２）
尚、Ｋは、定数αｔ／（Ｃｐ・ρ・ｆ）である。
【００３７】
（開口径がＤＡ２である場合）
開口径がＤＡ２である場合、第２の音響波の測定値Ｐ２、第２の光強度Ｉ２および第２の測定長Ｌ２を式１に代入する。第２の音響波の測定値Ｐ２および第２の光強度Ｉ２は実測される。第２の測定長Ｌ２は、開口径ＤＡ２から算出される。例えば、開口径ＤＡ２が０．１３である場合、第２の測定長Ｌ２は４０μｍとなる。
【００３８】
第２の音響波の測定値Ｐ２、第２の光強度Ｉ２および第２の測定長Ｌ２を式１に代入すると、式３が得られる。  
Ｐ２＝−Ｂ・Ｋ・Ｉ２・（１−ｅｘｐ（−β・Ｌ２）） / Ｌ２  （式３）
【００３９】
演算処理部１５０は、式２および式３の連立方程式を演算する。これにより、皮膚８内の測定領域の体積弾性率Ｂおよび光吸収係数βが得られる。
【００４０】
（β・Ｌについての考察）
皮膚８の内部には水分が多く含まれているため、上記の弾性率測定方法は有効である。しかし、例えば、皮膚８の最表面（角層）の水分量は、約２０％であり、生体内の水分量としては最も少ない。このため、１．４５μｍの波長を有する近赤外レーザ光の約９９％が角層を透過してしまう。このように水分量が少ない角層においては、発生する音響波が小さく、弾性率測定装置１は、角層の弾性率を正確に測定できないおそれがある。例えば、角層からの音響波が角層より深い領域の水分によって発生する音響波の影響を受ける可能性がある。
【００４１】
角層のように水分量の少ない領域の弾性率を正確に測定するためには、その領域の光吸収量を大きくする必要がある。式１において、光吸収を示す項は、（１−ｅｘｐ（−β・Ｌ））である。従って、（１−ｅｘｐ（−β・Ｌ））を１に可及的に近付けることが重要である。
【００４２】
ここで、光吸収量をレーザ光の約９５％以上にするためには、β・Ｌの値を３以上にすることが好ましい。即ち、β・Ｌの値が３以上である場合に、本実施形態によって得られた体積弾性率Ｂは正確でありかつ有効であるとみなすことができる。また、β・Ｌの値が３以上であることによって、レーザ光の９５％以上が測定領域において吸収される。従って、透過光による影響をほとんど受けない。逆に、β・Ｌの値が３未満である場合に、本実施形態によって得られた体積弾性率Ｂはばらつきが大きく、必ずしも有効とは言えない。
【００４３】
従って、本実施形態による演算処理部１５０は、β・Ｌ１およびβ・Ｌ２の値がいずれも３以上である場合に算出された弾性率Ｂを有効とする。これにより、弾性率測定装置１は、皮膚８の正確な弾性率を得ることができる。また、β・Ｌ１およびβ・Ｌ２の値を参照することによって、ユーザは、算出された弾性率の確度を或る程度判断することができる。
【００４４】
尚、角層においてβ・Ｌの値を３以上とするためには、例えば、光源として２．７μｍ波長の量子カスケードレーザ、あるいは、ＤＦＢレーザを用いることが考えられる。レーザ光の波長が約２．６〜２．８μｍである場合、光吸収係数βは３００(１／ｍｍ)を超える。このため、測定長Ｌが１０μｍ（０．０１ｍｍ）であっても、β・Ｌの値は、３以上となるため、本実施形態による弾性率測定装置１は、角層の体積弾性率Ｂを正確に測定することができる。
【００４５】
勿論、β・Ｌの値を３以上にするために、測定長Ｌを大きくしてもよい。測定長Ｌは、上述の通り、（レーザ光の波長） ／ （２・ＮＡ２）と表すことができる。従って、レーザ光の波長を長くする手法の他、開口率ＮＡを小さくする手法が考えられる。開口率ＮＡは、開口調整部５０の開口径ＤＡ／対物レンズ６０の焦点距離で表される。従って、開口率ＮＡを小さくするためには、開口径ＤＡを小さくする、あるいは、対物レンズ６０の焦点距離を長くすればよい。
【００４６】
本実施形態による弾性率測定装置１は、被測定物が光を吸収することによって発生する音響波を測定する。即ち、弾性率測定装置１は、光音響効果を利用して被測定物の弾性率を測定する。従って、光の焦点を被測定物の狭小領域に合わせることによって、限定されたその狭小領域において音響波を発生させることができる。これにより、弾性率測定装置１は、被測定物の狭小領域の弾性率を測定することができる。尚、光は、焦点深度に相当する領域に集中するので、被測定物の深さ方向においても限定された領域において測定可能である。これにより、弾性率測定装置１は、焦点位置を深さ方向に変えながら弾性率を測定することによって、皮膚８の深さ方向にも詳細な弾性率の測定をすることができる。
【００４７】
また、光音響効果を利用するので、弾性率測定装置１は、被測定物を圧迫する必要が無い。即ち、マイク８０のガラス基板８１が被測定物（例えば、皮膚）に接触すればよく、被測定物をさほど変形させない。
【００４８】
尚、本実施形態では、音響波は、測定領域において発生するものの、測定領域が皮膚８の深部である場合、音響波は、弾性率の異なる層を経てマイク８０に達することになる。このように、音響波が弾性率の異なる複数の層を経て伝播した場合、弾性率測定装置１は、弾性率を正確に測定することができない場合がある。従って、皮膚８の表面から深部に亘って弾性率を測定するときに、皮膚８の表面で測定した弾性率を換算し、深部において測定された弾性率の測定結果を補正する。これにより、皮膚８の深部の弾性率を正確に測定することができる。
【００４９】
本実施形態によれば、ＣＭＯＳ撮像素子１４０を用いて、光を照射する前の皮膚８の表面画像と断熱膨張したときの皮膚８の表面画像とを比較することができる。これにより、膨張の度合いを皮膚８の表面内で比較しつつ、膨張率を測定することができる。これにより、皮膚８の表面画像とそれに対応する皮膚８内の弾性率（または水分量）とを観察することができる。
【００５０】
本実施形態によれば、年齢、性別、人種に応じた皮膚の弾性率のデーターベースを容易に構築することができる。これにより、皮膚８の診断に利用することができる。
【００５１】
本実施形態において、皮膚８の断熱膨張を拡大させ、音響波を増大させるために、弾性率の測定前に、金ナノ粒子等の物質を皮膚８内部に投与してもよい。金ナノ粒子等の物質は特定の波長の光を選択的に吸収する性質を有する。従って、金ナノ粒子等の物質を皮膚８に投与することによって、皮膚８の内部における光吸収を増大させ、音響波を増大させることができる。
【００５２】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。
【符号の説明】
【００５３】
１…弾性率測定装置、１０…近赤外レーザダイオード、２０…コリメートレンズ、３０…ビームスプリッタと、４０…反射ミラー、５０…開口調整部、６０…対物レンズ、７０…フォーカス調整部、８０…マイク、９０…白色ＬＥＤ、１００…コリメートレンズ、１１０…調整レンズ、１２０…ビームスプリッタ、１３０…４分割光検出素子、１４０…ＣＭＯＳ撮像素子、１５０…演算制御部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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