(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の光学計測器および第２の光学計測器を具備する光学計測システムであって、
測定部位から前記第１の光学計測器に至る第１の光線を導く第１の光路および前記測定部位から前記第２の光学計測器に至る第２の光線を導く第２の光路が設けられ、
前記第１の光路および前記第２の光路が通る主光学系であって、光軸方向に移動可能な対物光学系を含み、前記第１および第２の光路が相互に近軸に設けられている主光学系、
前記主光学系を通った前記第１の光路の方向を変更する反射領域であって、前記反射領域が規定する仮想面に交差するように前記第２の光路が設けられる反射領域、
前記反射領域が規定する仮想面と前記第２の光路が交差する位置に設けられた長形の光透過領域であって、前記主光学系の焦点面近傍に設けられ、前記反射領域より光透過率の高いもの、および
レーザ光学系であって、出射されるレーザ光は前記第１の光路に沿って前記対物光学系の焦点面の特定位置を通るもの、
を具備し、
前記第１の光学計測器は、
前記測定部位における前記レーザ光の照射位置を検出する焦点位置検出器と、
検出された前記参照位置に応じて前記参照位置が所定の位置に収束するように前記対物光学系を移動制御し、
前記対物光学系の移動によって前記第１の光路に導かれた前記レーザ光が前記光透過領域を横切らない方向に前記光透過領域の長手方向が規定されることを特徴とする光学計測システム。
【請求項２】
前記光透過領域はスリットであることを特徴とする請求項１記載の光学計測システム。
【請求項３】
前記焦点位置検出器は近接配置された第１受光素子および第２受光素子を有し、前記第１および第２受光素子の配列方向の前記レーザ光の照射位置を検出することを特徴とする請求項１又は２記載の光学計測システム。
【請求項４】
前記焦点位置検出器が受光するレーザ光の一部を遮蔽する絞り手段であって、前記第１および第２受光素子の配列方向にオフセットされて設けられたものをさらに具備することを特徴とする請求項３記載の光学計測システム。
【請求項５】
前記レーザ光学系のレーザ光の光路が前記対物光学系の光軸から離れた位置を通るように設けられ、前記レーザ光は前記対物光学系の光軸と平行となって前記対物光学系に導入されることを特徴とする請求項１記載の光学計測システム。
【請求項６】
前記レーザ光学系のレーザ光は平行光束となって前記反射領域と前記対物光学系の間に配置されたミラーを介して前記対物光学系に導入されることを特徴とする請求項５記載の光学計測システム。
【請求項７】
前記レーザ光学系は前記対物光学系に対して位置固定されることを特徴とする請求項１記載の光学計測システム。
【請求項８】
前記対物光学系の移動量に基づいて前記測定部位と前記レーザ光学系の光路と交差する部位の前記光軸方向の位置を求めることを特徴とする請求項１記載の光学計測システム。
【請求項９】
前記光学系は前記対物光学系と前記反射領域の間に結像光学系を有し、前記光透過領域は前記結像光学系の焦点面に設けられることを特徴とする請求項１記載の光学計測システム。
【請求項１０】
前記第２の光学計測器は分光器および２次元撮像装置を具備し１次元状に分布する光線の分光計測を行う分光測定装置であって、
前記第２の光路は前記光透過領域および前記分光器を介して前記２次元撮像装置の受光部に至ることを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項記載の光学計測システム。
【請求項１１】
前記分光測定のために前記測定部位を照射する照明装置であって、照射光の光路は前記対物光学系を経由しないものをさらに具備することを特徴とする請求項１０記載の光学計測システム。
【請求項１２】
前記照明装置の照明光は光感受性物質を励起する波長を有することを特徴とする請求項１１記載の光学計測システム。
【請求項１３】
２次元撮像装置をさらに具備し、
前記第１の光路は前記反射領域のあとで分岐して前記２次元撮像装置に至ることを特徴とする請求項１乃至１２のいずれか１項記載の光学計測システム。
【請求項１４】
前記第１の光路が分岐する位置に前記レーザ光の波長以外の光線を分岐するダイクロイックミラーが設けられたことを特徴とする請求項１３記載の光学計測システム。
【請求項１５】
偏光フィルターが前記光学系の光束または前記分光器内の光束を横切るように設けられることを特徴とする請求項１０記載の光学計測システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、２つの光学計測器を有する光学計測システムに関し、特に分光光学系を備え自動焦点機能を有する光学計測システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
人体表面に発生するメラノーマ（悪性黒色腫）は「がんの中のがん」と恐れられている表在性腫瘍である。ホクロの様な形状に見えるが一般のホクロと思いそれに接触し外科手術をすると全身に転移して死に至る。また青色以下の波長の紫外線を当てるだけで転移することが知られ診断するだけでも転移の可能性があるため、現在でもベテランドクターの経験と感に頼るところが多いとされている。そのためベテランドクターによらなくてもメラノーマ等の皮膚疾患の客観的診断が可能な計測装置の実現が待望されている。
【特許文献１】特開２００１−２８９６１９
【特許文献２】特開２００１−２０８９７９
【特許文献３】特開２００４−１４５３７２
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ガン細胞は一般に新生血管を有しこれを通して周囲から栄養が供給される。したがって皮膚表面の観察から新生血管の存在が発見されればメラノーマ等の癌の早期発見が可能となる。しかしながら新生血管は微細な構造を有するため通常の撮影技術で検出することが困難であった。
【０００４】
またガン細胞が特有の分光特性を有するとされることから皮膚表面の分光特性の２次元領域を測定することにより、ガン細胞検出の可能性が指摘されているが、光学系を走査しながら分光特性の２次元分布を測定するためには自動焦点機構が必要となる。そのためには分光測定系の光学系の焦点位置を常に検出して修正しなければならないので測定領域にレーザ光によるスポット光を照射し、光学系の途中からビームスプリッタにより光路を分岐して焦点位置を測定し光学系を制御することが可能である。また分光測定を行ったり分光測定領域を確認するために分岐した光束をそれぞれ分光計測装置に入力したりモニターで観察する必要がある。しかしながらビームスプリッタを使用するので本来微弱な反射光がさらに減衰するため分光装置の受光感度がより高い分光装置や撮像装置を必要とするという問題があった。
【０００５】
本発明は上記問題に鑑みて創案されたものであって、本発明によれば測定部位の分光特性を測定する場合に実質的に測定領域からの光量を減衰させずに光学系を自動焦点制御しながら分光特性の２次元的分布を測定する光学計測システムを提供することができる。さらに分光測定の測定領域の形状分布をリアルタイムに確認することが可能となる。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明によれば、測定対象に直接接触することなく単一の光学系を介して測定対象表面の形状測定および分光測定を同時に行うことができ、さらに光量の減衰なく別個の測定を同時に行うことができる光学計測システムが提供される。
【０００７】
本発明の技術的側面によれば、第１の光学計測器および第２の光学計測器を具備する光学計測システムは、測定部位から前記第１の光学計測器に至る第１の光線を導く第１の光路および前記測定部位から前記第２の光学計測器に至る第２の光線を導く第２の光路が設けられ、前記第１の光路および前記第２の光路が通る光学系であって、前記第１および第２の光路が相互に近軸に設けられている光学系、前記第１の光路の方向を変更する反射領域であってこれに交差するように前記第２の光路が設けられる反射領域、および前記反射領域と前記第２光路が交差する位置に設けられた透光領域であって前記反射領域より光透過率の高いものを具備することを特徴とする。
【０００８】
第１の光路と第２の光路が反射領域および透光領域により分離されるので特に第２の光路の光量が減衰しないためより精度の高い光学計測が可能になる。
【０００９】
本発明の第２の技術的側面によれば、光学計測システムは、レーザ光学系であって、出射されるレーザ光は前記対物光学系の焦点面の特定位置を通る光路を有するものとをさらに具備し、前記第１の光学計測器は前記測定部位における前記レーザ光の照射位置を検出する焦点位置検出器であり、前記検出された照射位置に応じて照射位置が所定の位置に収束するように前記対物光学系を移動制御することを特徴とする。
【００１０】
測定部位にオートフォーカスされるので常に第２の光学計測器により測定部位の特定の位置についての光学計測が可能になる。また測定部位を走査する場合には２次元領域内の各位置についての光学計測が可能となる。
【００１１】
本発明の第３の技術的側面によれば、光学計測システムは、前記第２の光学計測器が分光器および２次元撮像装置を具備し１次元状に分布する光線の分光計測を行う分光測定装置であって、前記第２の光路は前記光透過領域および前記分光器を介して前記２次元撮像装置の受光部に至ることを特徴とする。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本発明の実施形態について図１を参照して説明する。本発明の実施形態に係る自動焦点機能を有する光学計測システム１００は自動焦点調整可能な主光学系１０２、その焦点位置ＦＬに光透過領域としてのスリット５を有するミラー１０６、２次元撮像装置１１７、オートフォーカス機構１１８、およびミラー１０６のスリット５を透過した光線を分光する分光測定装置１４０を具備する。さらに光学計測システム１００は、焦点位置調整のためにレーザ光Ｌｆを測定部位である測定対象領域Ｔの表面の一点に集光するレーザ光学系１３０および測定対象領域を照射する照明光学系１２０を備える。
【００１３】
レーザ光学系１３０から出力されたスポット光Ｌｆは測定対象領域Ｔの表面の一点で散乱され、焦点位置調整可能な主光学系１０２を通ってミラー１０６で反射された後に焦点位置検出器１８を有するオートフォーカス機構１１８に入力される。
【００１４】
本発明のより具体的な実施形態について以下に詳細に説明する。
【００１５】
＜オートフォーカス機構＞
主光学系１０２は図２に示すように対物光学系２および結像光学系３を具備する。対物光学系２の前焦点位置ＴＬにある仮想光源から放射された光束の一部は対物光学系２と結像光学系３の間では平行光束となり、結像光学系３の焦点位置ＦＬに結像する。また後述するように対物光学系２は測定対象領域Ｔの表面に焦点を一致させるために光軸Ｌ１（９）に平行な方向３５に可動である。
【００１６】
レーザ光学系１３０は半導体レーザ発振器３０、光学系３１および３２、ミラー３３および３４を備える。半導体レーザ発振器３０が出力するレーザ光の波長は、青色より短い波長が使用できない場合にはたとえば６３５ｎｍ，６７０ｎｍ，７３０ｎｍ，８２０ｎｍ，８３０ｎｍである。半導体レーザ発振器３０から出力されたレーザ光は光学系３１および３２により光軸１３１に沿って精度の高い平行光束となり、ミラー３３および３４により光軸１３２が対物光学系２の光軸９と平行となって対物光学系２の光軸９からはずれた周縁部に導入される。したがって対物光学系２は焦点を調整するために光軸９に平行な方向３５に移動するが、レーザ光は光軸１３３に沿って進み対物光学系２の焦点面ＴＬにおいて対物光学系に位置固定された光軸９上の一点１に常に集光する。したがって焦点が調整された状態では一点１は測定対象領域Ｔの表面上に位置づけられる。
【００１７】
図において測定対象領域Ｔの表面に平行にＸ軸、Ｙ軸が固定され、Ｘ軸は紙面に平行であり、Ｙ軸は紙面に垂直であるものとする。また、レーザ光Ｌｆの光路は紙面に垂直なＹ−Ｚ面上に設けられるが説明の便宜上紙面に平行に記載している。また、測定対象領域Ｔの表面は実質的に水平面内に置かれる必要はなく、たとえば垂直面内に置かれてもよい。
【００１８】
レーザ光学系１３０はレーザの光束が対物光学系２を経由せずに点１に集光させるように構成してもよい。  この場合にはレーザ光学系１３０は対物光学系２に対して位置固定して対物光学系の移動３５と連動させる。
【００１９】
皮膚等の測定対象領域Ｔの表面の一点で散乱されたレーザ光の光束のうち数％は対物光学系に向けて散乱し、対物光学系２により平行光束となり、結像光学系３により光軸９（光路Ｌ１）上の焦点面ＦＬ内の一点４に結像する。結像点４はミラー６の近傍にあり、焦点位置ＦＬを通過した光束６０はスリットまたはそれと等価な光透過領域５を有するミラー６（以下スリットミラー１０６という）により光軸１０の方向に反射されコリメータレンズ１１により平行光束となる。
【００２０】
平行光束はダイクロイックミラー１２によってレーザ光束のみが光軸１４の方向に分離され光束６４は結像レンズ１５によって焦点面ＦＳに結像する。結像位置にはオートフォーカス機構１１８が具備する焦点位置検出器としての位置センサ１８が配置される。具体的には位置センサは２分割イメージセンサ１８（１８ａおよび１８ｂ）であって、対物光学系２の焦点位置が調整されている状態では、対物光学系２の焦点位置で散乱されたレーザ光１４ａはイメージセンサの相互に隣接配置された第１受光エレメント１８ａと第２受光エレメント１８ｂの間１８ｃに位置する。なお、図２、５においてはレーザ光の光路１４は測定対象領域Ｔに固定されたＹ軸方向に対応するｙ軸方向が紙面に対して垂直な方向を向くが説明の便宜上紙面に平行に記載している。
【００２１】
一方、オフフォーカスの場合には、レーザ光は焦点位置１より対物光学系２の光軸９の上側または下側において測定対象領域Ｔの表面で散乱されるので、レーザ光は結像点において光学的重心が第１受光エレメント１８ａまたは第２受光エレメント１８ｂのいずれか側（Ｙ軸に対応するｙ方向）に偏り、またぼけた点となって分布する。対物光学系２は結像点におけるレーザ光が中心位置１８ｃに位置するように駆動制御されることによって自動焦点が実現する。
【００２２】
すなわち、オートフォーカス手段１１８は２分割イメージセンサ１８が検出した信号に基づいて結像点におけるレーザ光の光学的重心位置の中心位置１８ｃからのｙ方向の偏差ｖｙを検出する。偏差ｖｙはレーザビームＬｆの光軸１３３と測定対象領域Ｔの表面２８との交点の点１からの偏差に対応し、対物光学系２の焦点位置の光軸９方向の測定対象表面２８からのずれを反映する。したがって、オートフォーカス機構１１８が具備するコントローラ１５０が偏差ｖｙをゼロとするように対物光学系２の位置を３５の方向（Ｚ軸方向）にフィードバック制御することによって常に対物光学系２の焦点位置ＴＬを測定対象表面２８上に位置づけることができる。
【００２３】
したがって対物光学系２のＺ方向の位置または移動量から測定対象表面２８が光軸９と交差する点の位置（高さ）が検出される。したがって光学計測システム１００を測定対象表面２８に対してＸ方向に走査移動することによって皮膚等の測定対象表面２８のＸ方向の高さの分布を精密に測定することができる。また、レーザ光Ｌｆは必ず光軸９上の点１で散乱されるので測定対象表面２８の傾斜や明暗に影響されずにオートフォーカス制御および３次元表面測定を行うことができる。さらに、本実施形態ではレーザ光Ｌｆは対物光学系２により集光するため、点１におけるビームの大きさを数μｍから数十μｍ程度にすることができるために位置分解能が非常に大きくなり、新生血管等の微細な形状を測定することが可能になる。
【００２４】
結像レンズ１５と２分割イメージセンサ１８の間には第１受光エレメント１８ａと第２受光エレメント１８ｂの配列方向（ｙ方向）にオフセットされた絞り手段１５１を配置してもよい。対物光学系２が高倍率であってオフフォーカス時の偏差が大きい場合に誤作動を防止する効果を奏する。また、絞り手段１５１はオフセット量が可変となるように可動としてもよい。
【００２５】
＜スリットミラー＞
本発明の光学計測システム１００のスリットミラー１０６は図３に示すようにミラー面（反射領域）６の一部に光透過領域５を有する。光透過領域５は分光測定装置１４０の測定領域７から放射され光軸８に沿って進む光束５８のみを透過させるために形成されるもので典型的にはスリット状の長形を成す。
【００２６】
図４に示すスリットミラー１０６はスリットを形成する代わりに光透過性平面基板６ｂの一面の光透過領域５を除く領域に反射被膜６ａを形成したものである。その結果オートフォーカスのためのレーザ光の光路Ｌ１（光軸９）はスリットミラー１０６の反射面６で光軸１０の方向に折り曲げられ、分光測定のための光束５８は光路Ｌ２（光軸８）に沿ってスリットミラー１０６の光透過領域５を減衰せずに通過して分光測定装置１４０に入射する。すなわち、スリットミラー１０６は反射領域６で測定対象領域Ｔからの光線を導く第１の光路Ｌ１を光軸１０に沿って変更すると同時に、光透過領域５によって測定領域７からの光線を導く第２の光路Ｌ２（８）がスリットミラー１０６と交差するように設けられる。第１の光路Ｌ１（光軸９）と第２の光路Ｌ２（光軸８）は測定領域２８とスリットミラー１０６との間では相互に近軸ＶＡに設けられているので第１の光路（光軸９，１０）と光透過領域５が交差することはなく光透過領域５からわずかにずれた近傍で光路変更される。測定対象領域Ｔのうち分光測定領域７以外の領域の点から放射された光線はスリットミラー１０６の光透過領域５には到達しないので必ず反射領域６で反射される。分光測定領域７内の点から放射された光線は必ずスリットミラー１０６の光透過領域５に到達するのでそのまま通過して分光測定装置１４０に到達する。
【００２７】
光透過領域５は実質的に結像光学系３の焦点面ＦＬ内に位置するように構成される。すなわち、光透過領域５の長手方向の主軸ＰＬが焦点面ＦＬ近傍に位置する。その結果、測定対象領域Ｔで反射された光束は結像光学系３により焦点面ＦＬ内に実像を結ぶので光透過領域５を透過する分光測定のための第２の光路Ｌ２をオートフォーカスのためのレーザ光（第１の光路Ｌ１）や分光測定領域７以外の測定対象領域Ｔからの光束から分離することができる。これはオートフォーカスのためのレーザビームＬｆが測定対象表面２８の光軸９上の点１にあるのに対して、分光測定のための領域７は光軸９上の点１と重複せずその近傍の位置にあることと、光透過領域５が実質的に焦点面ＦＬ内に位置することによるものである。レーザ光Ｌｆの光軸１３３はＸ−Ｚ面内で光軸９に対して傾斜しているため、オートフォーカス制御動作しているときには測定対象領域Ｔで反射されたレーザ光Ｌ１は光軸９の近傍でＹ軸方向に揺らいでいる。そのためスリットミラー１０６における反射点もＹ軸方向に対応するｙ軸方向１１０に特定位置のまわりに揺らいでいる。レーザ光Ｌ１は光透過領域５の長手方向に平行に変動するため光透過領域５を横切ることはなく、常に安定したオートフォーカス制御を行うことができる。
【００２８】
ビームスプリッタ（ハーフミラー）では測定対象領域の異なる点に関連づけられた光線を分離できないために分岐後の光量が減衰してしまうが、本発明のスリットミラー１０６によれば分光測定領域７と他の測定対象領域Ｔに関連づけられた２つの光線を分離することができるためそれぞれの領域についての光量の減衰がない。またダイクロイックミラーは光線の特定のスペクトルを選択的に分離することができるがこれは光線のスペクトル成分を変更してスペクトル成分を分離することを意味するので本発明のスリットミラーとは機能が異なる。また、現実にはダイクロイックミラーでスペクトル成分を完全に反射または透過することは困難である。本発明のスリットミラー１０６はスペクトル成分に変更を加えることなく特定の領域に関連づけられた光線を分離してそれ以外の領域に関連づけられた光線を遮蔽（反射）することができるため特に精密分光測定に適している。
【００２９】
光透過領域５の幅は分光測定装置の被測定領域に対応する大きさであればよい。さらに後述するように２次元モニターによって測定対象領域ＴおよびオートフォーカスのためのレーザビームＬｆの照射位置１に加えて光透過領域５の形状もモニターすることができるので測定対象表面２８における分光測定対象範囲７の大きさと位置を確認することが容易になる。すなわち、分光測定のための光束５８はスリットミラーにおいて光束５９から分離されているため光軸１０の光束６０には含まれないが測定対象７は光透過領域５の「影」の実像によってモニター１７で確認することができる。
【００３０】
本実施形態の光学計測システム１００は典型的には測定対象領域ＴをＸ軸方向に走査して測定対象領域Ｔを移動させながら２次元分光測定を行うので、リアルタイムで測定対象領域Ｔ、分光測定領域７およびレーザビームの位置１を同時にモニターすることが可能であり、さらにオートフォーカス動作を行うため３次元表面形状測定も同時に実施することができる。なお、光透過領域５の形状は分光装置１４０の測定領域に応じて任意に設定することができ、複数の分離した領域で構成してもよい。
【００３１】
また光透過領域５は反射領域５より光透過率の高いものであればよく、また波長選択性のある被膜により形成してもよい。スリットミラー１０６は光学計測目的に応じて容易に交換することができる。
【００３２】
＜２次元モニター＞
図５に示すように、二次元撮像装置１７およびモニター４７を有する表示装置１１７は測定対象領域Ｔの表面を表示する。ダイクロイックミラー１２を透過した光束は結像レンズ１６により二次元撮像装置１７の受光面に結像する。オートフォーカスのためのレーザ光はダイクロイックミラー１２の波長特性によりそのほとんどが反射されるがわずかに漏れて透過した光束６３がＣＣＤイメージセンサ等の二次元撮像素子上に微弱な赤い点として結像する。すなわち、測定対象表面２８の焦点面ＴＬ上の点１で散乱されたレーザビームＬｆは主光学系２および３の焦点位置４で一端結像したのちコリメートレンズ１１および結像レンズ１６により再度二次元撮像装置の受光面に結像し点ＳＰとしてモニター４７で観察することができる。
【００３３】
スリットミラー１０６において光透過領域５の長手方向の主軸ＰＬが結像レンズ３の焦点面４に含まれるように光透過領域５が位置づけられるので光透過領域５を二次元撮像装置で映像化してモニターで確認することができる。すなわち測定対象領域Ｔのどの部分を光透過領域５を介して分光測定しているかをリアルタイムで光透過領域の窓（縁部）の実像によって目視で確認することができる。
【００３４】
二次元撮像装置では自動焦点調整された測定対象の二次元画像に加えてレーザビームおよび光透過領域５を単一の２次元撮像素子により検出することができるで、レーザビームの位置および分光測定の対象となる光透過領域５の位置を容易にかつ正確に確認することができる。
【００３５】
結像レンズ３の焦点距離は測定範囲に対応し、焦点距離を長くすれば測定対象領域Ｔがより拡大される。対物光学系２と結像レンズ３の焦点距離の比率が拡大率に相当するので、スリットミラー１０６の位置を固定して主光学系にズーム光学系を組み込んで拡大率をより高い方へ変更するとより分解能の高いスペクトル分布等の分光特性が得られる。また低い方へ変更するとより広い範囲の分布を計測することができる。
【００３６】
＜スペクトル解析による分光光学システム＞
図５に示すように、スリットミラー１０６の光透過領域５を透過した光束５８（光軸８）は分光測定装置１４０により分光計測される。本実施形態の分光測定装置１４０は分光器３６〜３８および高感度２次元撮像装置４０を備える。すなわち、光透過領域５を透過した光束はコリメータレンズ３６により平行光束となり透過型グレーティング３７によって測定対象領域Ｔ内の特定測定部位である一次元上（Ｙ軸方向）に分布する分光測定領域７に関する分光を行う。分光測定領域（特定測定部位）７の各点における分光スペクトルは１次元状に分布するため全体として２次元の分光スペクトルが結像レンズ３８によりＨＡＲＰ撮像管（商標）等の高感度２次元撮像装置の受光面に結像する。
【００３７】
上述したように光透過領域５は焦点面ＦＬに結像する一次元状に分布する分光測定領域７の実像を含むように形成される。スリットミラー１０６においてオートフォーカスのためのレーザビームの光束５９と分光測定のための光束５８を分離するために光軸８と光軸９とは一致していない。すなわち光透過領域５を介して計測する特定測定部位７と領域１は重複しないため２次元モニターの視野内では特定測定部位７に対応する光透過領域５の「窓」の実像Ｓ５と領域１の実像ＳＰとが相互に近傍に存在する。
【００３８】
分光測定装置１４０は測定対象領域Ｔを走査しない場合には光透過領域５および分光測定装置１４０の測定領域に対応する表面Ｔ上の一次元状の領域７の分光計測を行うことができる。光学計測システム１００が皮膚等の測定対象の表面上をＸ軸方向に走査する場合にはＹ方向の走査幅とＸ方向の走査長に対応した領域についての分光計測を行うことができる。
【００３９】
光透過領域５の長さおよび幅は高感度２次元撮像装置４０の２次元イメージセンサの分解能および大きさなどに依存して決定される。すなわち、光透過領域５を透過した光束５８は分光器を介して高感度２次元撮像装置に入射するので光透過領域５の形状は高感度２次元撮像装置のイメージセンサの形状等に関連づけられる。２次元イメージセンサがＨＡＲＰ撮像管の場合は走査線の長さが光透過領域５の長さに対応し、走査線の間隔および走査線数が光透過領域の幅に関連づけられる。２次元イメージセンサがＣＣＤ等の２次元固体撮像素子の場合には撮像面の大きさが光透過領域５の長さおよび測定対象領域Ｔ上の走査幅（Ｙ軸方向）に対応し、画素の大きさおよび間隔が走査幅方向の分解能または光透過領域５の幅および走査方向（Ｘ軸方向）の分解能に関連づけられる。高感度２次元撮像装置のイメージセンサと光透過領域５の形状等との関連づけはコリメータレンズ３６および結像レンズ３８の焦点距離の調整によっても実現することができる。
【００４０】
光透過領域５の長手方向ＰＬがＹ軸方向に平行に位置づけられている場合には光学計測システム１００はそれと垂直な方向たとえばＸ軸方向に走査される。撮像管はその走査線の方向が光透過領域の長手方向ＰＬと一致していることが好ましく、固体撮像素子はその画素の配列方向が光透過領域の長手方向ＰＬと一致していることが好ましい。なお、本実施形態ではグレーティング３７は透過型として説明したが反射型グレーティングを使用して構成してよいことはいうまでもない。
【００４１】
分光特性をさらに向上させるために、偏光フィルター５１、５２を対物光学系２の平行光束およびグレーティング３７に導く前のコリメータレンズ３６による平行光束に配置することも可能である。グレーティング３７が透過型でも反射型でもよい。
【００４２】
＜照明光学系＞
照明光学系１２０は測定対象領域Ｔの表面およびその周辺を照射するもので光源はその目的に応じて選定すればよい。たとえば光感受性物質タラポルフィンナトリウムを励起する場合には励起用レーザ（６６４ｎｍ）２０を使用し、皮膚等の測定対象Ｔの表面およびその近傍の３次元計測やスペクトル解析をする場合にはハロゲン光源１９や白色ＬＥＤ１９などを使用することができる。
【００４３】
コンデンサレンズ２１はファイバの射出口径の光束をリレーレンズ２２付近に結像する。リレーレンズ２２はコンデンサレンズ２１に入射した光束を拡大して測定対象領域Ｔの表面２８を照明する。すなわち、２枚のミラー２４および２６を光路Ｌｓが光軸２３，２５および２７を通るように配置する。リレーレンズ２２を方向２９に移動してコンデンサレンズ２１に近づくと領域２８は拡大され、コンデンサレンズ２１から離隔するように移動すると領域２８は縮小される。したがって、リレーレンズ２２のみを移動するだけで目的に応じて照射面積を変更することができる。なお、ミラー２４および２６は平面鏡のほかに凸面または凹面のシリンドリカルミラーを使用してもよい。
【００４４】
照明光学系１２０は照射光が直接対物光学系２に入射して対物光学系の内面反射や表面反射が発生しないように構成するべきである。すなわち本実施形態に係る照射光学系１２０の光路Ｌｓ（光軸２３，２５，２７）は対物光学系２を通らないように設けられる。したがって、照明光学系１２０は光束が対物光学系の内部を経由しないためゴーストが発生せずにスペクトル解析やオートフォーカス機構に影響を与えない。
【００４５】
対物光学系２の焦点距離が２０〜４０ｍｍ程度であって測定対象表面２８に近いので、照明光学系１２０は複数のＬＥＤを対物光学系２の周囲をとりかこむように配置して測定対象表面２８を直接照射してもよい。
【００４６】
＜ＰＤＤ診断やＰＤＴ治療への応用＞
本発明の光学計測システム１００はメラノーマ等の表在性腫瘍の早期診断や治療に用いることが可能である。光線力学的診断（以下ＰＤＤという）は表在性腫瘍等の癌の診断法として注目されつつある。すなわち、腫瘍組織や新生血管が特異のスペクトル特性を有することを利用して、測定対象領域Ｔに光を照射し、境界が非常に不鮮明な腫瘍の輪郭や腫瘍再発の発見等の診断として利用することが可能である。たとえば、照射光学系１２０にはハロゲン光源１９または白色ＬＥＤ１９を使用して測定対象領域Ｔにハロゲン光Ｌｓを照射し、オートフォーカス動作させながら分光器１４０によりスペクトル分析を行って特定対象部位７をＸ軸方向に走査すると、高感度二次元撮像装置４０により腫瘍の有無や状態を確認することが可能になる。またオートフォーカス動作に連動して同領域の３次元の表面形状が同時に測定されるので新生血管等の微細な表面形状を即座に確認することができる。なお、メラノーマ等の表在性腫瘍のＰＤＤ診断を行う場合には転移を誘発させないために、オートフォーカスのためのレーザ光Ｌｆの波長は青色以外の波長としてたとえば６３５ｎｍを使用することが好ましい。
【００４７】
腫瘍組織の存在が確認されると腫瘍細胞の分布が特定され、同システムで光線力学治療（以下ＰＤＴという）を行うことが可能である。特定の光感受性物質が腫瘍組織や新生血管などの特異箇所に集まる性質を使用して測定対象領域Ｔに光を照射することにより細胞を死滅させうる。たとえば光感受性物質としてタラポルフィンナトリウムを用い、照射光学系１２０は光源を切り換え機構１７０により６６４ｎｍのレーザ光源２０に切り換えて測定対象領域Ｔにレーザ光Ｌｓを照射する。メラノーマ等の腫瘍内に特異的に取り込まれたタラポルフィンナトリウムは６６４ｎｍのレーザ光を照射されると励起して活性酸素を生成することにより細胞内呼吸を阻害し細胞を死滅させうる。したがってＰＤＤ診断において測定された皮膚表面等の測定対象領域のうち腫瘍細胞が分布する領域を走査しつつＰＤＴ治療を施すことが可能となる。
【００４８】
モニター４７でＰＤＴ治療の様子を確認することができる。ＰＤＴ治療により腫瘍細胞の新生血管が閉塞されて死滅すると６６４ｎｍ付近の吸収特性が消滅するためスペクトル診断によって処置の効果を確認することができる。
【００４９】
したがって本発明の光学計測システムによればベテラン医師の経験と勘に頼らなくても皮膚等の表在性腫瘍の有無や分布をＰＤＤ診断により客観的に判断することができ、さらに必要であればその場でＰＤＴ治療を施すことが可能となる。なお、本発明の光学計測システムは癌のＰＤＤ診断に限らず分光計測システムによるスペクトル診断を併用することができるため他の疾病のＰＤＤ診断にも利用できる。
【００５０】
発明の効果
以上のように、本発明の実施形態によれば、測定部位Ｔから第１の光学計測器１１８に至る第１の光路Ｌ１と測定部位から第２の光学計測器１４０に至る第２の光路Ｌ２とをスリットミラー１０６により光量の減衰を伴わずに分離することができるのでより高精度の光学計測が可能となる。精度を維持する場合にはより安価な光学計測器を使用することができる。
【００５１】
常に測定部位にオートフォーカスされるので分光測定装置１４０により測定部位の特定の位置についての光学計測が可能になる。また測定部位を走査する場合には２次元領域内の各位置についての光学計測が可能となる。
【００５２】
また、メラノーマ等の癌の早期診断のためにタラポルフィンナトリウム等の光感受性物質を励起用レーザ２０により励起して皮膚表面を走査しつつモニター４７で観察することによって、リアルタイムで観察、診断をすることが可能となる。この場合には疑わしい領域をさらに分光計測装置１４０を用いてより詳細な計測を行うことができる。
【００５３】
モニター４７の観察画面には測定部位の他にオートフォーカスのビームスポットＳＰおよび分光測定の対象領域７を反映するスリットミラーの光透過領域５の影が投影されるため、特に測定部位を走査する場合には測定対象をリアルタイムで確認しながら測定することができる。さらに測定部位の表面形状を同時に取得することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】本発明に係る光学計測システムの概念図である。
【図２】本発明に係る光学計測システムの詳細な構成図である。
【図３】本実施形態に係るスリットミラーの正面図である。
【図４】図３のIV−IV線に沿った図である。
【図５】本発明に係る光学計測システムの全体構成図である。
【符号の説明】
【００５５】
２        対物光学系
３        結像光学系
５        光透過領域
６        反射領域
１２        ダイクロイックミラー
１８        焦点位置検出器
１９，２０  光源        
Ｔ          測定対象領域
３０        レーザ発振器
３７        グレーティング
４０        分光測定装置
１００        光学計測システム
１０６        スリットミラー
１１８        オートフォーカス機構
１２０        照明光学系
１３０        レーザ光学系
１４０        分光計測装置
【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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