(57)【要約】【課題】  散乱吸収体内での光の減衰率と平均光路長との計測を好適に両立することが可能な散乱吸収体計測装置及び計測方法を提供する。【解決手段】  変調信号生成部２０において、高周波数ｆ２の信号を低周波数ｆ１の信号で変調した変調信号を生成し、その変調信号で変調された計測光を光供給部１０から散乱吸収体ＳＭに照射して、内部を伝搬した光を光検出器１５で検出する。また、光検出器１５からの検出信号を周波数弁別器１６によって弁別し、減衰率計測部３０において低周波数の信号成分から光の減衰率を求めるとともに、光路長計測部４０において高周波数の信号成分から光の平均光路長を求める。さらに、濃度算出部５０において、計測部３０、４０での計測結果に基づいて、散乱吸収体ＳＭ内における吸収物質の濃度を算出する。【選択図】  図１
2005114678.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の基準周波数よりも低い低周波数の信号を出力する低周波数信号発生手段、前記基準周波数よりも高い高周波数の信号を出力する高周波数信号発生手段、及び前記高周波数信号発生手段からの前記高周波数の信号を前記低周波数信号発生手段からの前記低周波数の信号で変調することが可能な信号変調手段を有し、所定の変調信号を生成する変調信号生成手段と、
散乱吸収体に対して設定された光照射位置から照射するための所定波長の計測光を供給するとともに、前記変調信号生成手段から送出された前記変調信号による前記計測光の変調動作が可能な光供給手段と、
前記光照射位置から前記散乱吸収体に照射された前記計測光のうち、その内部を伝搬して光検出位置に到達した光を検出して検出信号を出力する光検出手段と、
前記検出信号に含まれる前記低周波数の信号成分に基づいて、前記散乱吸収体内での光の減衰率を計測する減衰率計測手段と、
前記検出信号に含まれる前記高周波数の信号成分、及び前記変調信号生成手段からの前記高周波数の信号に基づいて、前記散乱吸収体内での光の平均光路長を計測する光路長計測手段と
を備えることを特徴とする散乱吸収体計測装置。
【請求項２】
前記光検出手段からの前記検出信号に含まれる前記低周波数の信号成分、及び前記高周波数の信号成分を、前記基準周波数を境として弁別して、それぞれ前記減衰率計測手段、及び前記光路長計測手段へと送出する周波数弁別手段を備えることを特徴とする請求項１記載の散乱吸収体計測装置。
【請求項３】
前記減衰率計測手段による前記減衰率の計測結果、及び前記光路長計測手段による前記平均光路長の計測結果に基づいて、前記散乱吸収体内における吸収物質の濃度を算出する濃度算出手段を備えることを特徴とする請求項１または２記載の散乱吸収体計測装置。
【請求項４】
前記基準周波数は、１ＭＨｚ以上１０ＭＨｚ以下の範囲内の周波数に設定されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項記載の散乱吸収体計測装置。
【請求項５】
前記光供給手段は、前記散乱吸収体に対して設定された第１光照射位置及び第２光照射位置のそれぞれから照射するための第１計測光及び第２計測光を供給し、
前記変調信号生成手段は、それぞれ前記第１計測光及び前記第２計測光を変調するための第１変調信号及び第２変調信号を生成するとともに、前記第１変調信号に用いられる前記低周波数の信号と、前記第２変調信号に用いられる前記低周波数の信号とを、互いに周波数または位相が異なる信号とし、
前記減衰率計測手段は、前記検出信号に含まれる信号成分に対して、前記低周波数の信号の違いによって計測光の光照射位置を特定し、前記第１光照射位置及び前記第２光照射位置のそれぞれについて前記減衰率を計測することを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項記載の散乱吸収体計測装置。
【請求項６】
前記変調信号生成手段は、前記第１変調信号に用いられる前記高周波数の信号と、前記第２変調信号に用いられる前記高周波数の信号とを、互いに周波数が異なる信号とし、
前記光路長計測手段は、前記検出信号に含まれる信号成分に対して、前記高周波数の信号の違いによって計測光の光照射位置を特定し、前記第１光照射位置及び前記第２光照射位置のそれぞれについて前記平均光路長を計測することを特徴とする請求項５記載の散乱吸収体計測装置。
【請求項７】
前記光供給手段は、前記散乱吸収体に対して照射するための第１波長の第１計測光、及び第２波長の第２計測光を供給し、
前記変調信号生成手段は、それぞれ前記第１計測光及び前記第２計測光を変調するための第１変調信号及び第２変調信号を生成するとともに、前記第１変調信号に用いられる前記低周波数の信号と、前記第２変調信号に用いられる前記低周波数の信号とを、互いに周波数または位相が異なる信号とし、
前記減衰率計測手段は、前記検出信号に含まれる信号成分に対して、前記低周波数の信号の違いによって計測光の波長を特定し、前記第１波長及び前記第２波長のそれぞれについて前記減衰率を計測することを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項記載の散乱吸収体計測装置。
【請求項８】
前記変調信号生成手段は、前記第１変調信号に用いられる前記高周波数の信号と、前記第２変調信号に用いられる前記高周波数の信号とを、互いに周波数が異なる信号とし、
前記光路長計測手段は、前記検出信号に含まれる信号成分に対して、前記高周波数の信号の違いによって計測光の波長を特定し、前記第１波長及び前記第２波長のそれぞれについて前記平均光路長を計測することを特徴とする請求項７記載の散乱吸収体計測装置。
【請求項９】
所定の基準周波数よりも高い高周波数の信号を前記基準周波数よりも低い低周波数の信号で変調した変調信号を生成する変調信号生成ステップと、
散乱吸収体に対して設定された光照射位置から前記変調信号によって変調された所定波長の計測光を照射する光照射ステップと、
前記光照射位置から前記散乱吸収体に照射された前記計測光のうち、その内部を伝搬して光検出位置に到達した光を検出して検出信号を出力する光検出ステップと、
前記検出信号に含まれる前記低周波数の信号成分に基づいて、前記散乱吸収体内での光の減衰率を計測する減衰率計測ステップと、
前記検出信号に含まれる前記高周波数の信号成分、及び前記変調信号生成ステップからの前記高周波数の信号に基づいて、前記散乱吸収体内での光の平均光路長を計測する光路長計測ステップと
を備えることを特徴とする散乱吸収体計測方法。
【請求項１０】
前記検出信号に含まれる前記低周波数の信号成分、及び前記高周波数の信号成分を、前記基準周波数を境として弁別する周波数弁別ステップを備えることを特徴とする請求項９記載の散乱吸収体計測方法。
【請求項１１】
前記減衰率計測ステップにおける前記減衰率の計測結果、及び前記光路長計測ステップにおける前記平均光路長の計測結果に基づいて、前記散乱吸収体内における吸収物質の濃度を算出する濃度算出ステップを備えることを特徴とする請求項９または１０記載の散乱吸収体計測方法。
【請求項１２】
前記基準周波数は、１ＭＨｚ以上１０ＭＨｚ以下の範囲内の周波数に設定されていることを特徴とする請求項９〜１１のいずれか一項記載の散乱吸収体計測方法。
【請求項１３】
前記光照射ステップにおいて、前記散乱吸収体に対して設定された第１光照射位置及び第２光照射位置のそれぞれから第１計測光及び第２計測光を照射し、
前記変調信号生成ステップにおいて、それぞれ前記第１計測光及び前記第２計測光を変調するための第１変調信号及び第２変調信号を生成するとともに、前記第１変調信号に用いられる前記低周波数の信号と、前記第２変調信号に用いられる前記低周波数の信号とを、互いに周波数または位相が異なる信号とし、
前記減衰率計測ステップにおいて、前記検出信号に含まれる信号成分に対して、前記低周波数の信号の違いによって計測光の光照射位置を特定し、前記第１光照射位置及び前記第２光照射位置のそれぞれについて前記減衰率を計測することを特徴とする請求項９〜１２のいずれか一項記載の散乱吸収体計測方法。
【請求項１４】
前記変調信号生成ステップにおいて、前記第１変調信号に用いられる前記高周波数の信号と、前記第２変調信号に用いられる前記高周波数の信号とを、互いに周波数が異なる信号とし、
前記光路長計測ステップにおいて、前記検出信号に含まれる信号成分に対して、前記高周波数の信号の違いによって計測光の光照射位置を特定し、前記第１光照射位置及び前記第２光照射位置のそれぞれについて前記平均光路長を計測することを特徴とする請求項１３記載の散乱吸収体計測方法。
【請求項１５】
前記光照射ステップにおいて、前記散乱吸収体に対して第１波長の第１計測光、及び第２波長の第２計測光を照射し、
前記変調信号生成ステップにおいて、それぞれ前記第１計測光及び前記第２計測光を変調するための第１変調信号及び第２変調信号を生成するとともに、前記第１変調信号に用いられる前記低周波数の信号と、前記第２変調信号に用いられる前記低周波数の信号とを、互いに周波数または位相が異なる信号とし、
前記減衰率計測ステップにおいて、前記検出信号に含まれる信号成分に対して、前記低周波数の信号の違いによって計測光の波長を特定し、前記第１波長及び前記第２波長のそれぞれについて前記減衰率を計測することを特徴とする請求項９〜１４のいずれか一項記載の散乱吸収体計測方法。
【請求項１６】
前記変調信号生成ステップにおいて、前記第１変調信号に用いられる前記高周波数の信号と、前記第２変調信号に用いられる前記高周波数の信号とを、互いに周波数が異なる信号とし、
前記光路長計測ステップにおいて、前記検出信号に含まれる信号成分に対して、前記高周波数の信号の違いによって計測光の波長を特定し、前記第１波長及び前記第２波長のそれぞれについて前記平均光路長を計測することを特徴とする請求項１５記載の散乱吸収体計測方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、生体などの散乱吸収体の内部情報を計測する散乱吸収体計測装置及び計測方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、光を用いた生体計測が非破壊、非侵襲の利点から注目されている。この計測方法においては、近赤外光などの所定波長の計測光を計測対象となる生体などの散乱吸収体に照射して、その内部を伝搬させる。そして、内部を伝搬した光を光検出器にて検出し、その検出結果から散乱吸収体の内部情報を取得する（例えば、特許文献１、非特許文献１参照）。
【０００３】
このような計測方法は、例えば、生体内における酸素化・脱酸素化ヘモグロビン濃度情報を取得して、血中の酸素代謝機能を可視化する光トポグラフィ計測装置に用いることが可能であり、この装置によって、人にタスクを与えている際の酸素代謝機能の変化を動的に可視化する研究がなされている。
【特許文献１】特開平１１−１６９３６１号公報
【非特許文献１】Hidenao Iwai et al., "Tissue Spectroscopy with a Newly Developed Phase Modulation System Based on the Microscopic Beer-Lambert Law", Optical Tomography and Spectroscopy of Tissue IV, Proceedings of SPIE Volume 4250, p.482 (2001).
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
現在市販されている光を用いた散乱吸収体計測装置では、散乱吸収体に対して照射する計測光としてＣＷ光が用いられている。ＣＷ光を用いた計測方法では、その検出光強度の変化の分布からヘモグロビン濃度等の変化をマッピングする。しかしながら、このような方法では光が生体内を伝搬する平均光路長を測定していないため、その濃度変化の値を絶対値として求めることができず、臨床現場における高度な診察等に用いることができないという問題がある。
【０００５】
また、散乱吸収体に対してパルス光を照射して、その平均光路長を求める試みもなされている。ただし、このような方法では、光検出器及び光源等を用いて構築される計測システムが高価になる場合がある。また、散乱吸収体に対して強度変調された光を照射し、強度変調された周期的な光波形における位相についての位相遅れを計測することによって平均光路長を求める方法が検討されている。
【０００６】
一方、光を用いた散乱吸収体計測では、散乱吸収体に対して複数の光照射位置−光検出位置の組合せについて並行して計測を行う場合、それらの間でクロストークを生じないように光照射位置−光検出位置の組合せを特定する必要がある。また、複数の波長の計測光を用いて計測を行う場合にも、同様に、計測光の波長を特定する必要がある。
【０００７】
これに対して、特許文献１において、散乱吸収体に対して強度変調された光を照射し、その変調周波数の信号成分を同期検出することによって光照射位置−光検出位置の組合せまたは計測光の波長を特定することが提案されている。しかしながら、このような方法では、ヘモグロビンの濃度変化量などの散乱吸収体内における吸収物質の濃度変化の絶対値を求めることは困難である。すなわち、散乱吸収体内における吸収物質の濃度変化の絶対値を求めるには、散乱吸収体内での光の減衰率と平均光路長との２つのパラメータを計測することが必要となるが、強度変調された計測光を用いる方法では、これらの２つのパラメータの計測を好適に両立することができないという問題があった。
【０００８】
本発明は、以上の問題点を解決するためになされたものであり、散乱吸収体内での光の減衰率と平均光路長との計測を好適に両立することが可能な散乱吸収体計測装置及び計測方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
このような目的を達成するために、本発明による散乱吸収体計測装置は、（１）所定の基準周波数よりも低い低周波数の信号を出力する低周波数信号発生手段、基準周波数よりも高い高周波数の信号を出力する高周波数信号発生手段、及び高周波数信号発生手段からの高周波数の信号を低周波数信号発生手段からの低周波数の信号で変調することが可能な信号変調手段を有し、所定の変調信号を生成する変調信号生成手段と、（２）散乱吸収体に対して設定された光照射位置から照射するための所定波長の計測光を供給するとともに、変調信号生成手段から送出された変調信号による計測光の変調動作が可能な光供給手段と、（３）光照射位置から散乱吸収体に照射された計測光のうち、その内部を伝搬して光検出位置に到達した光を検出して検出信号を出力する光検出手段と、（４）検出信号に含まれる低周波数の信号成分に基づいて、散乱吸収体内での光の減衰率を計測する減衰率計測手段と、（５）検出信号に含まれる高周波数の信号成分、及び変調信号生成手段からの高周波数の信号に基づいて、散乱吸収体内での光の平均光路長を計測する光路長計測手段とを備えることを特徴とする。
【００１０】
また、本発明による散乱吸収体計測方法は、（１）所定の基準周波数よりも高い高周波数の信号を基準周波数よりも低い低周波数の信号で変調した変調信号を生成する変調信号生成ステップと、（２）散乱吸収体に対して設定された光照射位置から変調信号によって変調された所定波長の計測光を照射する光照射ステップと、（３）光照射位置から散乱吸収体に照射された計測光のうち、その内部を伝搬して光検出位置に到達した光を検出して検出信号を出力する光検出ステップと、（４）検出信号に含まれる低周波数の信号成分に基づいて、散乱吸収体内での光の減衰率を計測する減衰率計測ステップと、（５）検出信号に含まれる高周波数の信号成分、及び変調信号生成ステップからの高周波数の信号に基づいて、散乱吸収体内での光の平均光路長を計測する光路長計測ステップとを備えることを特徴とする。
【００１１】
上記した散乱吸収体計測装置及び計測方法においては、散乱吸収体に対して照射する計測光として、２つの周波数の信号によって強度変調された光を用いている。そして、そのうちの低周波数の信号成分を用いて光の減衰率を計測するとともに、高周波数の信号成分を用いて光の平均光路長を計測している。これにより、散乱吸収体内での光の減衰率と平均光路長との２つのパラメータの計測を好適に両立させて、散乱吸収体の内部情報を精度良く計測することが可能となる。
【００１２】
ここで、計測装置は、光検出手段からの検出信号に含まれる低周波数の信号成分、及び高周波数の信号成分を、基準周波数を境として弁別して、それぞれ減衰率計測手段、及び光路長計測手段へと送出する周波数弁別手段を備えることが好ましい。同様に、計測方法は、検出信号に含まれる低周波数の信号成分、及び高周波数の信号成分を、基準周波数を境として弁別する周波数弁別ステップを備えることが好ましい。これにより、低周波数の信号成分による光の減衰率の計測と、高周波数の信号成分による光の平均光路長の計測とを確実に実行することができる。
【００１３】
また、計測装置は、減衰率計測手段による減衰率の計測結果、及び光路長計測手段による平均光路長の計測結果に基づいて、散乱吸収体内における吸収物質の濃度を算出する濃度算出手段を備えることとしても良い。同様に、計測方法は、減衰率計測ステップにおける減衰率の計測結果、及び光路長計測ステップにおける平均光路長の計測結果に基づいて、散乱吸収体内における吸収物質の濃度を算出する濃度算出ステップを備えることとしても良い。
【００１４】
また、計測光を変調するための低周波数及び高周波数を設定する基準となる基準周波数については、１ＭＨｚ以上１０ＭＨｚ以下の範囲内の周波数に設定されていることが好ましい。このような基準周波数を境として低周波数の信号及び高周波数の信号を生成することにより、散乱吸収体内での光の減衰率と平均光路長とのそれぞれを特に精度良く計測することが可能となる。
【００１５】
散乱吸収体計測装置は、（ａ）光供給手段が、散乱吸収体に対して設定された第１光照射位置及び第２光照射位置のそれぞれから照射するための第１計測光及び第２計測光を供給し、（ｂ）変調信号生成手段は、それぞれ第１計測光及び第２計測光を変調するための第１変調信号及び第２変調信号を生成するとともに、第１変調信号に用いられる低周波数の信号と、第２変調信号に用いられる前記低周波数の信号とを、互いに周波数または位相が異なる信号とし、（ｃ）減衰率計測手段は、検出信号に含まれる信号成分に対して、低周波数の信号の違いによって計測光の光照射位置を特定し、第１光照射位置及び第２光照射位置のそれぞれについて減衰率を計測することとしても良い。
【００１６】
同様に、散乱吸収体計測方法は、（ａ）光照射ステップにおいて、散乱吸収体に対して設定された第１光照射位置及び第２光照射位置のそれぞれから第１計測光及び第２計測光を照射し、（ｂ）変調信号生成ステップにおいて、それぞれ第１計測光及び第２計測光を変調するための第１変調信号及び第２変調信号を生成するとともに、第１変調信号に用いられる低周波数の信号と、第２変調信号に用いられる低周波数の信号とを、互いに周波数または位相が異なる信号とし、（ｃ）減衰率計測ステップにおいて、検出信号に含まれる信号成分に対して、低周波数の信号の違いによって計測光の光照射位置を特定し、第１光照射位置及び第２光照射位置のそれぞれについて減衰率を計測することとしても良い。
【００１７】
このような計測装置及び計測方法によれば、複数の光照射位置を設定して複数の光照射位置−光検出位置の組合せについて計測を行う場合においても、変調方法が異なる計測光の信号成分によって光照射位置を特定して光の減衰率を計測することができる。
【００１８】
この場合、計測装置は、（ｄ）変調信号生成手段が、第１変調信号に用いられる高周波数の信号と、第２変調信号に用いられる高周波数の信号とを、互いに周波数が異なる信号とし、（ｅ）光路長計測手段は、検出信号に含まれる信号成分に対して、高周波数の信号の違いによって計測光の光照射位置を特定し、第１光照射位置及び第２光照射位置のそれぞれについて平均光路長を計測することが好ましい。
【００１９】
同様に、計測方法は、（ｄ）変調信号生成ステップにおいて、第１変調信号に用いられる高周波数の信号と、第２変調信号に用いられる高周波数の信号とを、互いに周波数が異なる信号とし、（ｅ）光路長計測ステップにおいて、検出信号に含まれる信号成分に対して、高周波数の信号の違いによって計測光の光照射位置を特定し、第１光照射位置及び第２光照射位置のそれぞれについて平均光路長を計測することが好ましい。
【００２０】
あるいは、散乱吸収体計測装置は、（ａ）光供給手段が、散乱吸収体に対して照射するための第１波長の第１計測光、及び第２波長の第２計測光を供給し、（ｂ）変調信号生成手段は、それぞれ第１計測光及び第２計測光を変調するための第１変調信号及び第２変調信号を生成するとともに、第１変調信号に用いられる低周波数の信号と、第２変調信号に用いられる低周波数の信号とを、互いに周波数または位相が異なる信号とし、（ｃ）減衰率計測手段は、検出信号に含まれる信号成分に対して、低周波数の信号の違いによって計測光の波長を特定し、第１波長及び第２波長のそれぞれについて減衰率を計測することとしても良い。
【００２１】
同様に、散乱吸収体計測方法は、（ａ）光照射ステップにおいて、散乱吸収体に対して第１波長の第１計測光、及び第２波長の第２計測光を照射し、（ｂ）変調信号生成ステップにおいて、それぞれ第１計測光及び第２計測光を変調するための第１変調信号及び第２変調信号を生成するとともに、第１変調信号に用いられる低周波数の信号と、第２変調信号に用いられる低周波数の信号とを、互いに周波数または位相が異なる信号とし、（ｃ）減衰率計測ステップにおいて、検出信号に含まれる信号成分に対して、低周波数の信号の違いによって計測光の波長を特定し、第１波長及び第２波長のそれぞれについて減衰率を計測することとしても良い。
【００２２】
このような計測装置及び計測方法によれば、複数の波長を設定して計測を行う場合においても、変調方法が異なる計測光の信号成分によって計測光の波長を特定して光の減衰率を計測することができる。
【００２３】
この場合、計測装置は、（ｄ）変調信号生成手段が、第１変調信号に用いられる高周波数の信号と、第２変調信号に用いられる高周波数の信号とを、互いに周波数が異なる信号とし、（ｅ）光路長計測手段は、検出信号に含まれる信号成分に対して、高周波数の信号の違いによって計測光の波長を特定し、第１波長及び第２波長のそれぞれについて平均光路長を計測することが好ましい。
【００２４】
同様に、計測方法は、（ｄ）変調信号生成ステップにおいて、第１変調信号に用いられる高周波数の信号と、第２変調信号に用いられる高周波数の信号とを、互いに周波数が異なる信号とし、（ｅ）光路長計測ステップにおいて、検出信号に含まれる信号成分に対して、高周波数の信号の違いによって計測光の波長を特定し、第１波長及び第２波長のそれぞれについて平均光路長を計測することが好ましい。
【発明の効果】
【００２５】
本発明による散乱吸収体計測装置及び計測方法によれば、散乱吸収体に対して照射する計測光として、２つの周波数の信号によって強度変調された光を用いることにより、散乱吸収体内での光の減衰率と平均光路長との計測を好適に両立することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下、図面とともに本発明による散乱吸収体計測装置、及び散乱吸収体計測方法の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、図面の説明においては同一要素には同一符号を付し、重複する説明を省略する。また、図面の寸法比率は、説明のものと必ずしも一致していない。
【００２７】
図１は、本発明による散乱吸収体計測装置の第１実施形態の構成を概略的に示すブロック図である。本散乱吸収体計測装置は、近赤外光などの所定波長の光を用いて散乱吸収体の内部情報を非侵襲的に計測するものである。本計測装置での計測対象となる散乱吸収体としては、例えば生体などがある。また、計測される内部情報としては、例えば生体内での吸収物質であるヘモグロビンの濃度や酸素飽和度などがある。なお、本明細書において「位相」とは、強度変調された周期的な光波形における位相をいう。
【００２８】
図１に示す計測装置は、光供給部１０と、光検出器１５と、周波数弁別器１６と、変調信号生成部２０と、減衰率計測部３０と、光路長計測部４０と、濃度算出部５０とを備える。光供給部１０は、散乱吸収体ＳＭの内部情報の計測に用いられる所定波長の計測光を供給するものであり、散乱吸収体ＳＭに対して設定された光照射位置から計測光を照射可能に配置されている。また、この光供給部１０は、変調信号生成部２０からの変調信号による計測光の変調動作が可能に構成されている。
【００２９】
変調信号生成部２０は、所定の変調信号を生成して、電気信号として光供給部１０へと送出する。本実施形態においては、変調信号生成部２０は、低周波数信号発生器２１と、高周波数信号発生器２２と、信号変調器２３とを有して構成されている。また、この変調信号生成部２０においては、計測光に対する変調信号について、基準周波数ｆ０が設定されている。
【００３０】
低周波数信号発生器２１は、基準周波数ｆ０よりも低い低周波数ｆ１（ｆ１＜ｆ０）の繰返し信号を発生して出力する。高周波数信号発生器２２は、基準周波数ｆ０よりも高い高周波数ｆ２（ｆ２＞ｆ０）の繰返し信号を発生して出力する。また、信号変調器２３は、信号発生器２２からの高周波数の信号を信号発生器２１からの低周波数の信号で変調することによって、光供給部１０へと送出される変調信号を生成する。なお、高周波数で変調されている信号に低周波数の変調を重畳する場合、その方法としてはＡＭ変調、ＦＭ変調などがある。例えば、ＡＭ変調をかける場合には、ダブルバランスドミキサを使用して強度変調をかけることができる。
【００３１】
光検出器１５は、光供給部１０から供給され、上記した光照射位置から散乱吸収体ＳＭに照射された計測光のうち、散乱吸収体ＳＭの内部を伝搬して光検出位置に到達した光を検出する。そして、光検出器１５は、検出した光の強度や時間変化等に応じた検出信号を出力する。
【００３２】
光検出器１５から出力される検出信号に対して、周波数弁別器１６が設けられている。周波数弁別器１６は、光検出器１５からの検出信号に含まれる信号成分について、低周波数ｆ１の信号成分と、高周波数ｆ２の信号成分とを、基準周波数ｆ０を境として弁別する。そして、周波数弁別器１６は、弁別された低周波数ｆ１の信号成分を減衰率計測部３０へと送出する。また、高周波数ｆ２の信号成分を光路長計測部４０へと送出する。
【００３３】
減衰率計測部３０は、散乱吸収体ＳＭ内での光の減衰率を求める計測手段であり、低周波数検波部３１と、振幅算出部３２とを有している。周波数弁別器１６から出力された低周波数の信号成分は、低周波数検波部３１へと入力されている。また、低周波数検波部３１には、低周波数信号発生器２１からの低周波数ｆ１の信号が入力されている。低周波数検波部３１は、信号発生器２１からの信号と同期をとりつつ、周波数弁別器１６から入力された検出信号の低周波数の信号成分を検出する。また、振幅算出部３２は、検波部３１での検出結果から信号成分の振幅を算出し、算出された振幅から光の減衰率を求める。
【００３４】
光路長計測部４０は、散乱吸収体ＳＭ内での光の平均光路長を求める計測手段であり、高周波数検波部４１と、遅延時間算出部４２とを有している。周波数弁別器１６から出力された高周波数の信号成分は、高周波数検波部４１へと入力されている。また、高周波数検波部４１には、高周波数信号発生器２２からの高周波数ｆ２の信号が入力されている。高周波数検波部４１は、信号発生器２２からの信号と同期をとりつつ、周波数弁別器１６から入力された検出信号の高周波数の信号成分を検出する。また、遅延時間算出部４２は、検波部４１での検出結果から信号成分の平均遅延時間（位相ずれ）を算出し、算出された平均遅延時間から光の平均光路長を求める。
【００３５】
減衰率計測部３０による光の減衰率の計測結果、及び光路長計測部４０による光の平均光路長の計測結果は、濃度算出部５０へと入力されている。濃度算出部５０は、それらの計測結果に基づいて、散乱吸収体ＳＭにおける吸収物質（例えば、ヘモグロビン）の濃度を算出する。
【００３６】
図２は、図１に示した計測装置を用いた本発明による散乱吸収体計測方法の一例を示すフローチャートである。
【００３７】
まず、変調信号生成部２０の信号変調器２３において、信号発生器２２からの高周波数ｆ２の信号が信号発生器２１からの低周波数ｆ１の信号で変調される。これにより、図３に時間波形のグラフを示すように、低周波数ｆ１の信号成分と高周波数ｆ２の信号成分とが重畳された変調信号が生成される。この生成された変調信号は電気信号として、変調信号生成部２０から光供給部１０へと送出される（ステップＳ１０１、変調信号生成ステップ）。光供給部１０は、変調信号生成部２０からの変調信号によって強度変調された所定波長（例えば近赤外域の波長）の計測光を生成し、計測対象である散乱吸収体ＳＭに対して、光照射位置から計測光を照射する（Ｓ１０２、光照射ステップ）。照射された計測光は、吸収、散乱等を受けつつ散乱吸収体ＳＭの内部を伝搬する。
【００３８】
光照射位置から散乱吸収体ＳＭに照射されてその内部を伝搬した光のうち、光検出位置に到達した光成分は、光検出器１５によって検出される。光検出器１５は、検出した光の強度等に応じた検出信号を出力する（Ｓ１０３、光検出ステップ）。また、周波数弁別器１６は、検出信号に含まれる低周波数の信号成分、及び高周波数の信号成分を弁別して、それぞれ計測部３０、４０へと送出する（Ｓ１０４、周波数弁別ステップ）。
【００３９】
減衰率計測部３０は、信号発生器２１からの信号と同期をとりつつ、弁別器１６からの低周波数の信号成分を検出して振幅を算出し、散乱吸収体ＳＭ内での光の減衰率を導出する（Ｓ１０５〜Ｓ１０７、減衰率計測ステップ）。光路長計測部４０は、信号発生器２２からの信号と同期をとりつつ、弁別器１６からの高周波数の信号成分を検出して平均遅延時間（位相ずれ）を算出し、散乱吸収体ＳＭ内での光の平均光路長を導出する（Ｓ１０８〜Ｓ１１０、光路長計測ステップ）。また、濃度算出部５０は、光の減衰率の計測結果、及び平均光路長の計測結果に基づいて、散乱吸収体ＳＭ内における吸収物質の濃度を算出する（Ｓ１１１、濃度算出ステップ）。
【００４０】
上記実施形態による散乱吸収体計測装置及び計測方法の効果について説明する。
【００４１】
図１及び図２に示した散乱吸収体計測装置及び計測方法においては、光供給部１０から供給される計測光について基準周波数ｆ０を設定し、散乱吸収体ＳＭに対して照射する計測光として、基準周波数ｆ０を間に挟む２つの周波数ｆ１、ｆ２の信号によって強度変調された光を用いている。そして、そのうちの低周波数ｆ１の信号成分を用いて減衰率計測部３０において光の減衰率を計測するとともに、高周波数ｆ２の信号成分を用いて光路長計測部４０において光の平均光路長を計測している。
【００４２】
光を用いた散乱吸収体計測では、散乱吸収体内における吸収物質の濃度やその時間変化等の絶対値を計測する場合、散乱吸収体の内部を伝搬して検出される光の減衰率のみでなく、散乱吸収体の内部で吸収、散乱等を受けつつ伝搬する光の平均光路長を計測する必要がある。ここで、計測光の光照射位置または波長などの照射条件を、強度変調された光を用いて特定しつつ計測を行う場合（特許文献１参照）、減衰率と平均光路長との２つのパラメータについて求められる計測条件の違いから、それらのパラメータの計測を両立させることは困難である。
【００４３】
すなわち、散乱吸収体内での光の減衰率の計測について考えると、生体などの散乱吸収体内を通過してくる光は非常に大きな減衰を受ける。このため、内部を伝搬した光の検出については、微弱な光信号を測定可能な構成とすることが重要である。ここで、光の検出に用いられる光電変換素子は一般的に電流出力素子であるため、高いインピーダンスで電流−電圧変換を行って後段の電子回路の雑音よりも大きい電圧信号として検出信号を取り出す必要がある。
【００４４】
一方、光の平均光路長の計測について考えると、例えば頭部を計測対象として計測を行った場合に計測される平均光路長は光照射位置−光検出位置間の距離の５倍程度である。この光路長に相当する光の遅延時間を精度良く計測するためには、変調周波数を充分に高くする必要がある。しかしながら、高いインピーダンスで電流−電圧変換を行う上記構成では、このような高周波数の光信号の検出は困難である。
【００４５】
これに対して、図１及び図２に示した計測装置及び計測方法においては、低周波数ｆ１の信号成分及び高周波数ｆ２の信号成分を含む変調光を計測光として用いている。これにより、散乱吸収体ＳＭ内での光の減衰率と平均光路長との２つのパラメータの計測を好適に両立させて、散乱吸収体ＳＭの内部情報を精度良く計測することが可能となる。また、光の減衰率の計測に用いられる低周波数ｆ１の信号成分は、計測光の光照射位置または波長などの照射条件の特定にも用いることが可能である。
【００４６】
ここで、散乱吸収体ＳＭに照射される計測光を強度変調するための低周波数ｆ１及び高周波数ｆ２を設定する基準となる基準周波数ｆ０については、１ＭＨｚ以上１０ＭＨｚ以下の範囲内の周波数に設定されていることが好ましい。このような基準周波数ｆ０を境として低周波数ｆ１の信号及び高周波数ｆ２の信号を生成することにより、散乱吸収体ＳＭ内での光の減衰率と平均光路長とのそれぞれを特に精度良く計測することが可能となる。具体的な例としては、ｆ０＝１ＭＨｚを基準周波数として、減衰率の計測に用いられる低周波数をｆ１＝１０ｋＨｚ、平均光路長の計測に用いられる高周波数をｆ２＝１０ＭＨｚとする構成がある。また、高周波数ｆ２については、１ＭＨｚ以上の周波数とすることが好ましい。また、計測光の波長については、計測対象とする散乱吸収体ＳＭの特性や、取得しようとする内部情報の種類（例えば吸収物質の濃度）等に応じて好適な波長を選択すれば良く、必要があれば２波長以上の光を用いても良い。
【００４７】
また、光供給部１０において、変調信号生成部２０からの変調信号によって計測光を強度変調する方法としては、図４にその例を示すように、光源の種類（例えば、ＬＤ、ＬＥＤ、Ｈｅ−Ｎｅレーザなど）等に応じて様々な方法を用いて良い。図４（ａ）に示す構成例では、半導体レーザ光源１０１と、レーザ光源１０１を駆動制御する駆動装置１０２とから光供給部１０を構成し、変調信号生成部２０からの変調信号により駆動装置１０２を介してレーザ光源１０１の動作を制御することによって、光供給部１０から出射される計測光を変調している。また、図４（ｂ）に示す構成例では、レーザ光源１０３と、レーザ光源１０３から出射された光を変調する光変調器１０４とから光供給部１０を構成し、変調信号生成部２０からの変調信号により光変調器１０４での変調条件を変えることによって、光供給部１０から出射される計測光を変調している。
【００４８】
なお、光検出器１５からの検出信号を低周波数領域でフィルタリングする場合、その手段としては、アナログ的にフィルタを構成する方法がある。また、リアルタイムにＡ／Ｄ変換を行い、フーリエ解析によって周波数弁別を行う方法なども考えられる。この際に、主にフーリエ変換を多用する計算を高速に演算するために、ＤＳＰ（デジタルシグナルプロセッサ）を用いても良い。また、上記した計測方法において、検出信号の周波数解析、減衰率計測、平均光路長計測、及び濃度算出等については、計測後にソフトウェア的に実行することも可能である。
【００４９】
また、光供給部１０からの計測光の散乱吸収体ＳＭへの照射については、散乱吸収体ＳＭの光照射位置に対して光供給部１０の光源を直接配置しても良く、あるいは、光供給部１０から出射された計測光を光ファイバ等の照射プローブによって光照射位置へと導光する構成としても良い。このような構成は、光検出器１５による光の検出についても同様である。また、光検出器１５からの検出信号の信号処理に用いられる周波数弁別器１６、低周波数検波部３１、及び高周波数検波部４１等としては、例えば、図５に示す回路系を用いることができる。なお、図５の回路系において、ＩＱＤ（In-phase/Quadrature Demodulator）については、非特許文献１に記載がある。
【００５０】
ここで、上記した計測装置及び計測方法による散乱吸収体の内部情報の取得について、生体における吸収物質である酸素化ヘモグロビン（ＨｂＯ２）及び脱酸素化ヘモグロビン（Ｈｂ）の濃度計測を例として説明しておく。光を用いた生体計測では、生体内の酸素を直接計測することができないが、酸素代謝に関与する血液中のヘモグロビンなどの色素蛋白は、酸素と結合した状態と解離した状態とで光の吸収スペクトル（光吸収特性の波長依存性）が異なるため、これを利用して間接的に生体内の酸素代謝についての情報を得ることができる。
【００５１】
例えば、光供給部１０から散乱吸収体ＳＭに照射される計測光として、波長λ１、λ２の２波長の光を用いた場合、酸素化ヘモグロビンの濃度変化Δ［ＨｂＯ２］、及び脱酸素化ヘモグロビンの濃度変化Δ［Ｈｂ］は、生体内での光の減衰率と平均光路長とにより、それぞれ以下の式（１．１）、（１．２）に示すように求められる。
【数１】
2005114678.tif 000003
ここで、＜Ｌ１＞、＜Ｌ２＞はそれぞれ波長λ１、λ２での平均光路長、ΔＯＤλ１、ΔＯＤλ２はそれぞれ波長λ１、λ２での光強度変化（減衰率に対応）、ελ１ＨｂＯ２、ελ２ＨｂＯ２はそれぞれ波長λ１、λ２での酸素化ヘモグロビンの吸光係数、ελ１Ｈｂ、ελ２Ｈｂはそれぞれ波長λ１、λ２での脱酸素化ヘモグロビンの吸光係数である。
【００５２】
このようなヘモグロビンの濃度計測において、ＣＷ光を用いた計測では生体内での平均光路長＜Ｌ＞を求めることができないため、ヘモグロビンの濃度変化を絶対値として求めることができない。これに対して、計測光として変調光を用いて位相ずれＰ（radian）を計測した場合、位相Ｐと平均光路長＜Ｌ＞とは、以下の式（２．１）、（２．２）
【数２】
2005114678.tif 000004
に示すように、リニアな関係式が成り立つ。ここで、ｃ’は媒質（散乱吸収体）中での光速を示している。上記の式より、位相情報Ｐを平均光路長＜Ｌ＞に換算することにより、減衰率の計測結果と合わせて、ヘモグロビンの濃度変化を絶対値として求めることができる。特に、光の減衰率と平均光路長との計測を好適に両立可能な上記した計測装置及び計測方法を用いれば、ヘモグロビンの濃度、及びその時間変化を定量的に精度良く求めることが可能となる。なお、計測対象での吸収係数μａについてμａ≪２πｆ／ｃ’の条件が満たされない場合には、計測精度を上げるために式（２．１）に補正項を入れても良い。
【００５３】
図６は、本発明による散乱吸収体計測装置の第２実施形態の構成を概略的に示すブロック図である。
【００５４】
図６に示す計測装置は、光供給部１１、１２、１３と、光検出器１５と、周波数弁別器１６と、変調信号生成部２０と、減衰率計測部６０、７０、８０と、光路長計測部４０と、濃度算出部５０とを備える。すなわち、本実施形態においては、散乱吸収体ＳＭに対して、第１光供給部１１、第２光供給部１２、及び第３光供給部１３の３つの光供給部が設けられている。
【００５５】
第１光供給部１１は、散乱吸収体ＳＭに対して第１光照射位置から第１計測光を照射可能に配置されている。第２光供給部１２は、散乱吸収体ＳＭに対して第２光照射位置から第２計測光を照射可能に配置されている。第３光供給部１３は、散乱吸収体ＳＭに対して第３光照射位置から第３計測光を照射可能に配置されている。これらの光供給部１１、１２、１３は、それぞれ変調信号生成部２０からの変調信号による計測光の変調動作が可能に構成されている。また、光供給部１１、１２、１３のそれぞれから供給される計測光の波長については、具体的な散乱吸収体ＳＭの種類や計測方法等に応じて、同一または互いに異なる所定波長に設定される。
【００５６】
変調信号生成部２０は、第１計測光、第２計測光、及び第３計測光を変調するための第１変調信号、第２変調信号、及び第３変調信号を生成して、それぞれ電気信号として光供給部１１、１２、１３へと送出する。本実施形態においては、変調信号生成部２０は、３つの低周波数信号発生器２４、２５、２６と、１つの高周波数信号発生器２２と、３つの信号変調器２７、２８、２９とを有して構成されている。
【００５７】
第１低周波数信号発生器２４は、第１低周波数ｆ１−１（ｆ１−１＜ｆ０）の繰返し信号を発生して出力する。また、第２低周波数信号発生器２５は、第２低周波数ｆ１−２（ｆ１−２＜ｆ０）の繰返し信号を発生して出力する。また、第３低周波数信号発生器２６は、第３低周波数ｆ１−３（ｆ１−３＜ｆ０）の繰返し信号を発生して出力する。高周波数信号発生器２２は、高周波数ｆ２（ｆ２＞ｆ０）の繰返し信号を発生して出力する。なお、上記した低周波数ｆ１−１、ｆ１−２、ｆ１−３の信号は、互いに周波数または位相が異なる信号であり、それぞれ第１、第２、第３変調信号の生成に用いられる。
【００５８】
第１信号変調器２７には、信号発生器２４からの第１低周波数ｆ１−１の信号と、信号発生器２２からの高周波数ｆ２の信号とが入力されている。信号変調器２７は、高周波数の信号を第１低周波数の信号で変調することによって、第１光供給部１１へと送出される第１変調信号を生成する。また、第２信号変調器２８には、信号発生器２５からの第２低周波数ｆ１−２の信号と、信号発生器２２からの高周波数ｆ２の信号とが入力されている。信号変調器２８は、高周波数の信号を第２低周波数の信号で変調することによって、第２光供給部１２へと送出される第２変調信号を生成する。また、第３信号変調器２９には、信号発生器２６からの第３低周波数ｆ１−３の信号と、信号発生器２２からの高周波数ｆ２の信号とが入力されている。信号変調器２９は、高周波数の信号を第３低周波数の信号で変調することによって、第３光供給部１３へと送出される第３変調信号を生成する。
【００５９】
光検出器１５は、光供給部１１、１２、１３から供給され、それぞれ第１、第２、第３光照射位置から散乱吸収体ＳＭに照射された計測光のうち、散乱吸収体ＳＭの内部を伝搬して光検出位置に到達した光を検出する。そして、光検出器１５は、検出した光の強度や時間変化等に応じた検出信号を出力する。
【００６０】
光検出器１５から出力される検出信号に対して、周波数弁別器１６が設けられている。周波数弁別器１６は、光検出器１５からの検出信号に含まれる信号成分について、低周波数ｆ１−１、ｆ１−２、ｆ１−３の信号成分と、高周波数ｆ２の信号成分とを、基準周波数ｆ０を境として弁別する。そして、周波数弁別器１６は、弁別された低周波数ｆ１−１、ｆ１−２、ｆ１−３の信号成分を減衰率計測部６０、７０、８０へと送出する。また、高周波数ｆ２の信号成分を光路長計測部４０へと送出する。なお、周波数弁別器１６については、第１低周波数ｆ１−１の信号成分、第２低周波数ｆ１−２の信号成分、及び第３低周波数ｆ１−３の信号成分のそれぞれをも弁別する構成としても良い。
【００６１】
第１減衰率計測部６０は、光供給部１１からの第１計測光について散乱吸収体ＳＭ内での光の減衰率を求める計測手段であり、第１低周波数検波部６１と、振幅算出部６２とを有している。検波部６１には、周波数弁別器１６からの低周波数の信号成分と、信号発生器２４からの第１低周波数の信号とが入力されている。検波部６１は、信号発生器２４からの信号と同期をとりつつ検出信号の低周波数ｆ１−１の信号成分を検出する。また、振幅算出部６２は、検波部６１での検出結果から信号成分の振幅を算出し、光の減衰率を求める。このように、第１計測光の変調に用いられる低周波数ｆ１−１の信号成分を同期検出して減衰率を求めることにより、計測光の光照射位置が第１光照射位置に特定され、第１光供給部１１と光検出器１５との間での光の減衰率が選択的に計測される。
【００６２】
第２減衰率計測部７０は、光供給部１２からの第２計測光について散乱吸収体ＳＭ内での光の減衰率を求める計測手段であり、第２低周波数検波部７１と、振幅算出部７２とを有している。検波部７１には、周波数弁別器１６からの低周波数の信号成分と、信号発生器２５からの第２低周波数の信号とが入力されている。検波部７１は、信号発生器２５からの信号と同期をとりつつ検出信号の低周波数ｆ１−２の信号成分を検出する。また、振幅算出部７２は、検波部７１での検出結果から信号成分の振幅を算出し、光の減衰率を求める。このように、第２計測光の変調に用いられる低周波数ｆ１−２の信号成分を同期検出して減衰率を求めることにより、計測光の光照射位置が第２光照射位置に特定され、第２光供給部１２と光検出器１５との間での光の減衰率が選択的に計測される。
【００６３】
第３減衰率計測部８０は、光供給部１３からの第３計測光について散乱吸収体ＳＭ内での光の減衰率を求める計測手段であり、第３低周波数検波部８１と、振幅算出部８２とを有している。検波部８１には、周波数弁別器１６からの低周波数の信号成分と、信号発生器２６からの第３低周波数の信号とが入力されている。検波部８１は、信号発生器２６からの信号と同期をとりつつ検出信号の低周波数ｆ１−３の信号成分を検出する。また、振幅算出部８２は、検波部８１での検出結果から信号成分の振幅を算出し、光の減衰率を求める。このように、第３計測光の変調に用いられる低周波数ｆ１−３の信号成分を同期検出して減衰率を求めることにより、計測光の光照射位置が第３光照射位置に特定され、第３光供給部１３と光検出器１５との間での光の減衰率が選択的に計測される。
【００６４】
光路長計測部４０は、散乱吸収体ＳＭ内での光の平均光路長を求める計測手段であり、高周波数検波部４１と、遅延時間算出部４３、４４、４５とを有している。周波数弁別器１６から出力された高周波数の信号成分は、高周波数検波部４１へと入力されている。また、高周波数検波部４１には、高周波数信号発生器２２からの高周波数ｆ２の信号が入力されている。高周波数検波部４１は、信号発生器２２からの信号と同期をとりつつ、周波数弁別器１６から入力された検出信号の高周波数の信号成分を検出する。
【００６５】
第１遅延時間算出部４３は、第１光供給部１１からの第１計測光について平均光路長の計測を行う場合に用いられ、検波部４１での検出結果から信号成分の平均遅延時間を算出し、算出された平均遅延時間から光供給部１１と光検出器１５との間での光の平均光路長を求める。また、第２遅延時間算出部４４は、第２光供給部１２からの第２計測光について平均光路長の計測を行う場合に用いられ、検波部４１での検出結果から信号成分の平均遅延時間を算出し、算出された平均遅延時間から光供給部１２と光検出器１５との間での光の平均光路長を求める。また、第３遅延時間算出部４５は、第３光供給部１３からの第３計測光について平均光路長の計測を行う場合に用いられ、検波部４１での検出結果から信号成分の平均遅延時間を算出し、算出された平均遅延時間から光供給部１３と光検出器１５との間での光の平均光路長を求める。
【００６６】
減衰率計測部６０、７０、８０による光の減衰率の計測結果、及び光路長計測部４０による光の平均光路長の計測結果は、濃度算出部５０へと入力されている。濃度算出部５０は、それらの計測結果に基づいて、光供給部１１、１２、１３と光検出器１５とのそれぞれの間での計測について、散乱吸収体ＳＭにおける吸収物質の濃度を算出する。
【００６７】
図６に示した散乱吸収体計測装置、及びそれを用いた計測方法においては、２つの周波数の信号によって強度変調された計測光を散乱吸収体ＳＭに照射し、低周波数、高周波数の信号成分を用いて光の減衰率、平均光路長をそれぞれ計測している。これにより、２つのパラメータの計測を好適に両立させて、散乱吸収体ＳＭの内部情報を精度良く計測することが可能となる。
【００６８】
また、本実施形態においては、散乱吸収体ＳＭに対して３個所の光照射位置を設定し、それぞれに対して光供給部１１、１２、１３から計測光を照射している。このように散乱吸収体計測を多チャンネル化し、同時多点計測を行うことにより、散乱吸収体の画像データを取得するなど様々な計測を行うことができる。なお、散乱吸収体の同時多点計測については、光検出位置及び光検出器についても同様に多点としても良い。
【００６９】
さらに、３個所の光照射位置から照射する計測光に対し、光供給部１１で第１計測光を変調する第１変調信号に用いられる低周波数ｆ１−１の信号と、光供給部１２で第２計測光を変調する第２変調信号に用いられる低周波数ｆ１−２の信号と、光供給部１３で第３計測光を変調する第３変調信号に用いられる低周波数ｆ１−３の信号とを、互いに周波数または位相が異なる信号としている。このように変調方法が異なる計測光を用いることにより、減衰率計測部６０、７０、８０において低周波数の信号の違いによって計測光の光照射位置を特定して、第１光照射位置、第２光照射位置、第３光照射位置のそれぞれについて減衰率を計測することができる。
【００７０】
図７は、互いに周波数または位相が異なる低周波数の信号の例を示すグラフであり、図７（ａ）は互いに周波数が異なる場合の低周波数の信号を、また、図７（ｂ）は互いに位相が異なる場合の低周波数の信号を示している。このように、低周波数ｆ１−１、ｆ１−２、ｆ１−３の３つの信号については、光照射位置毎に周波数を変えるか、または位相をずらして時系列に計測光を照射するなど、計測光の変調方法によって光照射位置を識別可能とすれば良い。なお、図７（ａ）及び（ｂ）のグラフにおいては、簡単のため、低周波数の信号を矩形波として示している。また、図７（ａ）に示す場合の具体的な周波数の設定例としては、１０ｋＨｚ、１０．１ｋＨｚ、１０．２ｋＨｚとする設定がある。
【００７１】
図８は、本発明による散乱吸収体計測装置の第３実施形態の構成を概略的に示すブロック図である。ただし、ここでは、光供給部１１、１２、１３、及び変調信号生成部２０のみを示し、他の構成要素については図示を省略している。また、光供給部１１、１２、１３の構成については、図６に示した実施形態と同様である。
【００７２】
変調信号生成部２０は、第１計測光、第２計測光、及び第３計測光を変調するための第１変調信号、第２変調信号、及び第３変調信号を生成して、それぞれ電気信号として光供給部１１、１２、１３へと送出する。本実施形態においては、変調信号生成部２０は、図６に示した実施形態と同様の３つの低周波数信号発生器２４、２５、２６と、３つの信号変調器２７、２８、２９とに加え、高周波数信号発生器２２に代えて３つの高周波数信号発生器２２１、２２２、２２３を有して構成されている。
【００７３】
第１高周波数信号発生器２２１は、第１高周波数ｆ２−１（ｆ２−１＞ｆ０）の繰返し信号を発生して出力する。また、第２高周波数信号発生器２２２は、第２高周波数ｆ２−２（ｆ２−２＞ｆ０）の繰返し信号を発生して出力する。また、第３高周波数信号発生器２２３は、第３高周波数ｆ２−３（ｆ２−３＞ｆ０）の繰返し信号を発生して出力する。なお、上記した高周波数ｆ２−１、ｆ２−２、ｆ２−３の信号は、互いに周波数が異なる信号であり、それぞれ第１、第２、第３変調信号の生成に用いられる。
【００７４】
第１信号変調器２７には、信号発生器２４からの第１低周波数ｆ１−１の信号と、信号発生器２２１からの第１高周波数ｆ２−１の信号とが入力されている。信号変調器２７は、第１高周波数の信号を第１低周波数の信号で変調することによって、第１光供給部１１へと送出される第１変調信号を生成する。また、第２信号変調器２８には、信号発生器２５からの第２低周波数ｆ１−２の信号と、信号発生器２２２からの第２高周波数ｆ２−２の信号とが入力されている。信号変調器２８は、第２高周波数の信号を第２低周波数の信号で変調することによって、第２光供給部１２へと送出される第２変調信号を生成する。また、第３信号変調器２９には、信号発生器２６からの第３低周波数ｆ１−３の信号と、信号発生器２２３からの第３高周波数ｆ２−３の信号とが入力されている。信号変調器２９は、第３高周波数の信号を第３低周波数の信号で変調することによって、第３光供給部１３へと送出される第３変調信号を生成する。
【００７５】
図８に示した散乱吸収体計測装置、及びそれを用いた計測方法においては、２つの周波数の信号によって強度変調された計測光を散乱吸収体に照射し、低周波数、高周波数の信号成分を用いて光の減衰率、平均光路長をそれぞれ計測している。これにより、２つのパラメータの計測を好適に両立させて、散乱吸収体の内部情報を精度良く計測することが可能となる。
【００７６】
また、本実施形態においては、散乱吸収体に対して３個所の光照射位置を設定し、それぞれに対して光供給部１１、１２、１３から計測光を照射している。このように散乱吸収体計測を多チャンネル化し、同時多点計測を行うことにより、散乱吸収体の画像データを取得するなど様々な計測を行うことができる。また、３個所の光照射位置から照射する計測光を互いに周波数または位相が異なる低周波数の信号で変調することにより、低周波数の信号の違いによって計測光の光照射位置を特定して、それぞれについて減衰率を計測することができる。
【００７７】
さらに、３個所の光照射位置から照射する計測光に対し、光供給部１１で第１計測光を変調する第１変調信号に用いられる高周波数ｆ２−１の信号と、光供給部１２で第２計測光を変調する第２変調信号に用いられる高周波数ｆ２−２の信号と、光供給部１３で第３計測光を変調する第３変調信号に用いられる高周波数ｆ２−３の信号とを、互いに周波数が異なる信号としている。このように変調方法が異なる計測光を用いることにより、光路長計測部において高周波数の信号の違いによって計測光の光照射位置を特定して、第１光照射位置、第２光照射位置、及び第３光照射位置のそれぞれについて平均光路長を計測することができる。
【００７８】
図９は、本発明による散乱吸収体計測装置の第４実施形態の構成を概略的に示すブロック図である。ただし、ここでは、光供給部１０、及び変調信号生成部２０のみを示し、他の構成要素については図示を省略している。また、変調信号生成部２０の構成については、図８に示した実施形態と同様である。
【００７９】
光供給部１０は、第１光源１０６、第２光源１０７、及び第３光源１０８の３つの光源を有して構成され、散乱吸収体に対して設定された光照射位置から計測光を照射可能に配置されている。ここで、光源１０６、１０７、１０８は、それぞれ散乱吸収体に対して互いに波長が異なる第１波長の第１計測光、第２波長の第２計測光、第３波長の第３計測光を供給する光源である。
【００８０】
光供給部１０を構成する光源１０６、１０７、１０８は、それぞれ変調信号生成部２０からの変調信号による計測光の変調動作が可能に構成されている。具体的には、第１光源１０６には、信号変調器２７からの第１変調信号が入力されている。また、第２光源１０７には、信号変調器２８からの第２変調信号が入力されている。また、第３光源１０８には、信号変調器２９からの第３変調信号が入力されている。
【００８１】
図９に示した散乱吸収体計測装置、及びそれを用いた計測方法においては、２つの周波数の信号によって強度変調された計測光を散乱吸収体に照射し、低周波数、高周波数の信号成分を用いて光の減衰率、平均光路長をそれぞれ計測している。これにより、２つのパラメータの計測を好適に両立させて、散乱吸収体の内部情報を精度良く計測することが可能となる。
【００８２】
また、本実施形態においては、散乱吸収体に対して３種類の波長を設定し、光供給部１０から３種類の波長の計測光を照射している。このように散乱吸収体計測において複数波長の光を計測光として用いることにより、散乱吸収体の様々な内部情報の計測を行うことができる。
【００８３】
また、３種類の波長で照射する計測光に対し、互いに周波数または位相が異なる低周波数の信号を変調に用いることにより、低周波数の信号の違いによって計測光の波長を特定して、それぞれについて減衰率を計測することができる。さらに、３種類の波長で照射する計測光に対し、互いに周波数が異なる高周波数の信号を変調に用いることにより、高周波数の信号の違いによって計測光の波長を特定して、それぞれについて平均光路長を計測することができる。
【００８４】
なお、図６、図８、図９に示した構成のように、計測光毎にその変調方法を異なるものとする構成は、一般には、２個所以上の光照射位置、または２種類以上の波長を設定した場合に適用できる。また、２個所以上の光照射位置と２種類以上の波長とを組み合わせた構成とすることも可能である。
【００８５】
本発明による散乱吸収体計測装置及び計測方法は、上記した実施形態に限られるものではなく、様々な変形が可能である。例えば、上記実施形態においては、光検出器１５から出力される検出信号に対し、低周波数の信号成分と高周波数の信号成分とを弁別する周波数弁別器１６を設けている。このように、検出信号の周波数弁別を行うことにより、低周波数ｆ１の信号成分による光の減衰率の計測と、高周波数ｆ２の信号成分による光の平均光路長の計測とを確実に実行することができる。ただし、周波数弁別を行わずに各信号成分の検出が可能な場合や、検波部自体が周波数弁別の機能を併せ持っている場合等には、周波数弁別器１６を設けない構成としても良い。
【００８６】
また、上記実施形態においては、減衰率計測部３０及び光路長計測部４０の後段に濃度算出部５０を設けているが、濃度算出が不要な場合や、外部装置において濃度算出を行う場合等には、濃度算出部５０を設けない構成としても良い。
【００８７】
また、計測光の強度変調に用いられる２つの周波数の信号成分を含む変調信号については、図３にはその例として正弦波の波形を有する変調信号を示したが、変調信号の波形としては正弦波に限らず矩形波などの様々な波形を用いて良い。また、用いた波形によって余分な周波数成分（例えば高調波）が生じた場合には、フィルタリングして除去することとしても良い。
【００８８】
また、散乱吸収体ＳＭ内での光の減衰率及び平均光路長の計測のうち、平均光路長の計測については、同一の散乱吸収体ＳＭを計測対象としており、平均光路長の時間変化が充分に小さい場合には、全体の計測中に１回または複数回の平均光路長の計測を行う構成としても良い。例えば、図１に示した構成においては、信号変調器２３は、高周波数の信号を低周波数の信号で変調することが可能に構成されていれば良く、平均光路長の計測の終了後は低周波数の信号をそのまま変調信号として送出するように切換え可能であっても良い。また、平均光路長の計測は、全体の計測中に最低１回は行うことが必要であるが、この計測は全体の計測の最初、最後、または途中のいずれに行っても良く、あるいは複数回の計測を行って統計処理によって平均光路長を求めても良い。
【００８９】
また、２個所以上の光照射位置または２種類以上の波長が設定された計測においては、平均光路長の計測については全計測チャンネルで同時に行うのではなく、チャンネル毎に順次（時系列に）行う構成とし、図６に示した構成のように、高周波数の信号を１種類のみとしても良い。この場合、回路等の構成が簡略化でき、また、クロストークの影響が抑制されて計測値の精度が向上する。
【００９０】
また、図１に示した構成において、減衰率計測部３０における低周波数の信号成分の同期検出については、振幅の計測であることから、低周波数信号発生器２１からの信号を入力せず、別に設けた信号発生器からの信号、あるいは光供給部１０からの信号等を用いて同期検出を行うことも可能である。
【産業上の利用可能性】
【００９１】
本発明による散乱吸収体計測装置及び計測方法は、散乱吸収体内での光の減衰率と平均光路長との計測を好適に両立することが可能な計測装置及び計測方法として利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００９２】
【図１】散乱吸収体計測装置の第１実施形態の構成を示すブロック図である。
【図２】図１に示した計測装置を用いた散乱吸収体計測方法の一例を示すフローチャートである。
【図３】２つの周波数の信号成分を含む変調信号の一例を示すグラフである。
【図４】光供給部において変調信号によって計測光を強度変調する構成の例を示す図である。
【図５】検出信号の信号処理に用いられる回路系の一例を示す図である。
【図６】散乱吸収体計測装置の第２実施形態の構成を示すブロック図である。
【図７】互いに周波数または位相が異なる低周波数の信号の例を示すグラフである。
【図８】散乱吸収体計測装置の第３実施形態の構成を示すブロック図である。
【図９】散乱吸収体計測装置の第４実施形態の構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
【００９３】
１０、１１、１２、１３…光供給部、１５…光検出器、１６…周波数弁別器、２０…変調信号生成部、２１、２４、２５、２６…低周波数信号発生器、２２、２２１、２２２、２２３…高周波数信号発生器、２３、２７、２８、２９…信号変調器、３０、６０、７０、８０…減衰率計測部、３１、６１、７１、８１…低周波数検波部、３２、６２、７２、８２…振幅算出部、４０…光路長計測部、４１…高周波数検波部、４２、４３、４４、４５…遅延時間算出部、５０…濃度算出部。
【図１】
2005114678.tif 000005
【図２】
2005114678.tif 000006
【図３】
2005114678.tif 000007
【図４】
2005114678.tif 000008
【図５】
2005114678.tif 000009
【図６】
2005114678.tif 000010
【図７】
2005114678.tif 000011
【図８】
2005114678.tif 000012
【図９】
2005114678.tif 000013