(57)【要約】【課題】散乱体内の構造を、光での反射撮影により明瞭に可視化することが可能な撮像装置を提供すること。【解決手段】光を射出するパルス光源と、前記光を平行な光束に変換し、被検体表面に対して二次元的に射出する平行照明光学系と、前記光を前記被検体上の各測定領域に応じた波長となるように分光する分光素子と、前記被検体からの反射光の光路を分岐する光路分岐素子と、前記被検体からの反射光を集光する集光光学系と、前記被検体からの反射光の光路を限定する光路限定素子と、前記被検体からの反射光の時間波形のうち、当該反射光の尖頭値から所定の時間遅延した成分のみを抽出するゲートと、前記被検体からの反射光を検出する検出素子と、を備え、前記パルス光源から射出された光の波長が、空間的にあるいは時間的に弁別されて前記検出素子に到達する。【選択図】図２
2016170054.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光を射出するパルス光源と、
前記パルス光源から射出された光を平行な光束に変換し、被検体表面に対して二次元的に射出する平行照明光学系と、
前記パルス光源から射出された光を前記被検体上の各測定領域に応じた波長となるように分光する分光素子と、
前記被検体からの反射光の光路を、前記パルス光源からの射出光の光路から分岐する光路分岐素子と、
前記被検体からの反射光を集光する集光光学系と、
前記集光光学系の焦点位置に配置されてなり、前記被検体からの反射光の光路を限定する光路限定素子と、
前記光路限定素子に対して光学的後方の光路上に配置されてなり、前記被検体からの反射光の時間波形のうち、当該反射光の尖頭値から所定の時間遅延した成分のみを抽出するゲートと、
前記ゲートに対して光学的後方の光路上に配置されてなり、前記被検体からの反射光を検出する検出素子と、を備え、
前記パルス光源から射出された光の波長が、空間的にあるいは時間的に弁別されて前記検出素子に到達することを特徴とする撮像装置。
【請求項２】
前記パルス光源は、スーパーコンティニウム光源であり、
前記光路分岐素子は、前記分光素子と前記被検体との間の光路に配置されてなり、
前記検出素子は、複数の画素を有するイメージャーであり、
前記複数の画素のそれぞれに対し、前記被検体からの反射光の異なる波長の光が到達する、
ことを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
【請求項３】
前記検出素子と前記ゲートとの間の光路上に第二の分光素子をさらに備え、
前記パルス光源は、スーパーコンティニウム光源であり、
前記光路分岐素子は、前記パルス光源と前記分光素子との間の光路に配置されてなり、
前記検出素子は、複数の画素を有するイメージャーであり、
前記第二の分光素子は、前記複数の画素それぞれに対し、前記被検体からの反射光の異なる波長の光を到達せしめる、
ことを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
【請求項４】
前記パルス光源は、射出される光の波長が時間と共に掃引される光源であり、
前記光路分岐素子は、前記分光素子と前記被検体との間の光路に配置されてなり、
前記検出素子は、複数の画素を有するイメージャーであり、
前記複数の画素それぞれに対し、前記被検体からの反射光の異なる波長の光が到達する、
ことを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
【請求項５】
前記検出素子と前記ゲートとの間の光路上に第二の分光素子をさらに備え、
前記パルス光源は、射出される光の波長が時間と共に掃引される光源であり、
前記光路分岐素子は、前記分光素子と前記パルス光源との間の光路に配置されてなり、
前記検出素子は、複数の画素を有するイメージャーであり、
前記第二の分光素子は、前記複数の画素それぞれに対し、前記被検体からの反射光の異なる波長の光を到達せしめる、
ことを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
【請求項６】
前記検出素子が検出した反射光をもとに前記被検体内の光学特性分布の画像を生成する画像化手段をさらに備え、
前記パルス光源は、射出される光の波長が時間と共に掃引される光源であり、
前記光路分岐素子は、前記分光素子と前記パルス光源との間の光路に配置され、
前記検出素子は、フォトディテクタであり、
前記画像化手段は、前記検出素子が光を検出する時刻と、前記パルス光源から光が射出される時刻と、を元に、当該検出素子が検知した光の波長を同定する、
ことを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
【請求項７】
前記ゲートは、光カー効果で動作することを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
【請求項８】
前記検出素子が検出した反射光をもとに前記被検体内の光学特性分布の画像を生成する画像化手段をさらに備え、
前記被検体の屈折率をｎとすると、前記画像化手段は、前記被検体内の深さｘの部位で反射された反射光の強度を、反射光パルスの尖頭値から２ｎｘの遅延を持った信号成分として読み出し、当該遅延量を変化させて撮影して得られる複数の深さにおける情報を取得する、
ことを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
【請求項９】
前記遅延量を制御する遅延量制御手段をさらに備えることを特徴とする請求項８に記載の撮像装置。
【請求項１０】
必要な深さ分解能をａ、光の真空中での速度をｃ、前記被検体の屈折率をｎとすると、
前記分光素子は、複数の波長選択領域を有し、
前記複数の波長選択領域は、それぞれ異なる波長を選択し、
前記複数の波長選択領域のうち、互いに隣接する波長選択領域は、透過率が極大となる透過率ピークの光周波数幅、あるいは反射率が極大となる反射率ピークの光周波数幅が、互いに下記式で表されるΔν以上離間している、
ことを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。ただし、ｋ＝０．３１５である。
Δν≧（ｋｃ）／（２ｎａ）
【請求項１１】
前記分光素子は、複数の波長選択領域を有し、
前記複数の波長選択領域は、それぞれ異なる波長を選択し、
前記複数の波長選択領域における選択波長が前記分光素子内で所定の距離以上離れたところで同一であるか、あるいは、前記複数の波長選択領域における選択波長が空間的に周期配列していることを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
【請求項１２】
前記検出素子が検出した反射光をもとに前記被検体内の光学特性分布の画像を生成する画像化手段と、
前記分光素子の選択波長を異ならしめる選択波長変更手段と、をさらに備え、
前記パルス光源が前記被検体における所定の照射位置に照射しているとき、前記選択波長変更手段が前記分光素子の選択波長を異ならしめ、当該異なる選択波長ごとに前記画像化手段が画像を生成することを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
【請求項１３】
前記被検体の表面と、前記検出素子の表面と、は光学的に共役である、
ことを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
【請求項１４】
被検体表面に平行光束を射出するパルス光源と、
前記被検体と対向配置されてなり、前記パルス光源から射出された光の光路を限定すると共に、前記被検体からの反射光の光路を限定する光路限定素子と、
前記光路限定素子に対して光学的後方の光路上に配置されてなり、前記被検体からの反射光の時間波形のうち、当該反射光の尖頭値から所定の時間遅延した成分のみを抽出するゲートと、
前記ゲートに対して光学的後方の光路上に配置されてなり、前記被検体からの反射光を検出する検出素子と、
前記パルス光源から射出された光の前記被検体表面への照射位置を変更する照射位置変更手段と、を備えることを特徴とする撮像装置。
【請求項１５】
前記パルス光源の波長を異ならしめる光源波長変更手段をさらに備え、
前記被検体表面上の同一の点に対し、前記光源波長変更手段が前記光源の波長を異ならしめ、当該異なる波長ごとに光を照射することを特徴とする請求項１４に記載の撮像装置。
【請求項１６】
被検体に光を射出する光源と、
前記光源から被検体に入射される光の入射位置と、被検体からの反射光の射出位置とを同じ位置に限定する限定素子と、
前記限定素子で限定された射出位置から射出された反射光のうち、前記被検体からの反射光の時間波形の中で尖頭値から所定の時間遅延した成分のみを抽出するゲートと、
前記ゲートを通過した反射光を検出する検出素子と、を備えることを特徴とする撮像装置。
【請求項１７】
被検体に光を射出する光源と、
前記光源から射出された光を前記被検体上の各測定領域に応じた波長となるように分光する分光素子と、
前記分光素子を通過して被検体に入射し、前記分光素子を通過した被検体からの反射光のうち、前記被検体からの反射光の時間波形の中で尖頭値から所定の時間遅延した成分のみを抽出するゲートと、
前記ゲートを通過した反射光を検出する検出素子と、を備えることを特徴とする撮像装置。
【請求項１８】
前記ゲートは、光カー効果で動作することを特徴とする請求項１６又は１７に記載の撮像装置。
【請求項１９】
請求項１６乃至１８のいずれか１項に記載の撮像装置と、
前記検出素子からの信号に基づいて被検体の特性情報を取得する取得部と、を備える撮像システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光を用いた散乱体の内部構造の撮像装置及び撮像システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
光に対する強い散乱体、例えば生体内の組織構造、血管構造等を撮像可能な装置としては、例えばＭＲＩ（magnetic resonance imaging：核磁気共鳴画像法）、Ｘ線ＣＴ（X-ray Computed Tomography）、超音波エコーなどがある。これらの技術は、血管像の描出だけでなく生体組織の断層構造についての知見を得ることが可能であり、医療現場で広く活用されている。
しかしながら、造影剤の使用あるいは被爆等の課題があり、非被曝で非侵襲な観察方法が求められている。
【０００３】
また、散乱体内を光で観察する技術が提案されている。
例えば特許文献１（特開平６−２２９６８号公報）では、血管内において血液等の散乱体が存在する状況で、血管構造を光によって観察する技術が開示されている。また例えば特許文献２（特開平４−１８９３４９号公報）では、被検体にパルス光を照射し、被検体内部を観察する技術も開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平６−２２９６８号公報
【特許文献２】特開平４−１８９３４９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
被検体である散乱体にパルスを照射した際の反射光を用いて散乱体をイメージングする場合、所定の深さまで直進して戻ってきた反射光は、散乱体表面からの反射光と比較して前記所定の深さまでの往復分の時間遅延を持った成分になる。
しかし、散乱体中を所定の深さまで散乱されずに侵入し反射してきた光（非散乱成分）と、所定の深さまで到達せず浅い部位内で散乱されて戻ってきた光（散乱成分）とを、時間遅延量だけでは弁別できない場合がある。それは、前記散乱成分が浅い部位にしか到達しない場合でも、散乱を受けながら伝搬し光路がランダムな折れ線状となる為、入射表面から前記浅い部位まで直線状に往復する最短の光路長と比較し光路長が長くなるためである。したがって、散乱成分の場合、入射光が散乱体の表面に戻るまでにはランダムな折れ線状の光路を伝搬する時間に相当する一定時間が経過し、これが表面反射光に対する時間遅延量となる。すなわち、所定の深さよりも浅い部位及び散乱体表面間におけるランダムな折れ線状となった光路長と、所定の深さ及び散乱体表面間における直線状の往復の光路長と、が同一になった場合、非散乱成分と散乱成分とを時間遅延量だけでは弁別できない。このため、散乱体からの反射光をある時間遅延成分だけ抽出しても、非散乱成分によるイメージングは困難であるという課題があった。
【０００６】
そこで、本発明は上記課題に鑑みて為されたものであって、散乱体内の構造を、光での反射撮影により明瞭に可視化することが可能な撮像装置及び撮像システム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】
【０００７】
本発明の一実施形態である撮像装置は、光を射出するパルス光源と、前記パルス光源から射出された光を平行な光束に変換し、被検体表面に対して二次元的に射出する平行照明光学系と、前記パルス光源から射出された光を前記被検体上の各測定領域に応じた波長となるように分光する分光素子と、前記被検体からの反射光の光路を、前記パルス光源からの射出光の光路から分岐する光路分岐素子と、前記被検体からの反射光を集光する集光光学系と、前記集光光学系の焦点位置に配置されてなり、前記被検体からの反射光の光路を限定する光路限定素子と、前記光路限定素子に対して光学的後方の光路上に配置されてなり、前記被検体からの反射光の時間波形のうち、当該反射光の尖頭値から所定の時間遅延した成分のみを抽出するゲートと、前記ゲートに対して光学的後方の光路上に配置されてなり、前記被検体からの反射光を検出する検出素子と、を備え、前記パルス光源から射出された光の波長が、空間的にあるいは時間的に弁別されて前記検出素子に到達することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、散乱体内の構造を、光での反射撮影により明瞭に可視化することが可能となる撮像装置及び撮像システムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明に係る撮像装置の第１の実施形態における構成を示す概略図である。
【図２】本発明に係る撮像装置の第２の実施形態における構成を示す概略図である。
【図３】本発明に係る撮像装置の一実施形態において用いられる分光素子の一例を説明するための図である。
【図４】図３に示す分光素子の一例における波長と透過率との関係を説明するための図である。
【図５】本発明に係る撮像装置の一実施形態において用いられる分光素子の構成例を示す概略斜視図である。
【図６】本発明に係る撮像装置の一実施形態において用いられる分光素子の他の例を説明するための図である。
【図７】散乱体である観察物体中の入射光の散乱の状態を模式的に示す図である。
【図８】本発明に係る撮像装置の実施例１の構成を示す概略図である。
【図９】本発明に係る撮像装置の実施例２の構成を示す概略図である。
【図１０】本発明に係る撮像装置に用いられる回折格子の構成の一例を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明に係る撮像装置は、光を射出するパルス光源と、前記パルス光源から射出された光を平行な光束に変換し、被検体表面に対して二次元的に射出する平行照明光学系と、前記パルス光源から射出された光を前記被検体上の各測定領域に応じた波長となるように分光する分光素子と、前記被検体からの反射光の光路を、前記パルス光源からの射出光の光路から分岐する光路分岐素子と、前記被検体からの反射光を集光する集光光学系と、前記集光光学系の焦点位置に配置されてなり、前記被検体からの反射光の光路を限定する光路限定素子と、前記光路限定素子に対して光学的後方の光路上に配置されてなり、前記被検体からの反射光の時間波形のうち、当該反射光の尖頭値から所定の時間遅延した成分のみを抽出するゲートと、前記ゲートに対して光学的後方の光路上に配置されてなり、前記被検体からの反射光を検出する検出素子と、を備え、前記パルス光源から射出された光の波長が、空間的にあるいは時間的に弁別されて前記検出素子に到達することを特徴とする。
散乱体の内部構造を明瞭にイメージングするためには散乱光成分が画像コントラストやＳ／Ｎ比の低下要因となる為、その除去や弁別をすることが望ましい。本発明の撮像装置では、散乱体内で比較的散乱を受けていない非散乱光成分を選択的に抽出することで、散乱体内部を高画質に撮像することができる。
【００１１】
まず、本発明を詳細に説明するに先立ち、本発明を有用ならしめる機構について説明する。
【００１２】
散乱体内に光が入射すると、光は散乱体内の内部構造によって吸収あるいは反射、散乱を受ける。
ここで、光を照射し、散乱体からの反射光を検知することで、散乱体表面からある深さｄの吸収率分布を検出することを考える。
【００１３】
仮に光が散乱体中を無散乱にある深さｄまで到達し、その深さで正反射して無散乱に表面まで戻ってくる場合、光が散乱体内に入射してから射出するまでの時間は、散乱体の屈折率をｎ、光速をｃとして、２×ｎ×ｄ／ｃである。
つまり、散乱体内を無散乱に伝搬し散乱体から再び射出されるまでの時間が２×ｎ×ｄ／ｃである光は、深さｄまでの領域を無散乱に往復した光である可能性がある。
したがって、光が散乱体に入射してからある一定時間後に散乱体から射出される光だけを検知することで、散乱体内を無散乱にある深さまで伝搬し往復した光を検知できる可能性がある。
しかし、入射時からある一定時間後に射出した光だけを検知しても、その一部は、深さｄまで到達せず、より浅い部位内において散乱を受けながら２×ｎ×ｄ／ｃの時間だけ伝搬し、再び散乱体から射出された光成分であることに注意が必要である。
【００１４】
また、散乱光成分の多くは散乱体内を拡散していくため、その一部は再び散乱体の表面に到達し外部に射出する。しかしながら、当該一部の散乱光は、射出位置が入射位置とは異なる位置になる可能性が高い。また射出する角度も入射角度と異なる角度に射出する可能性が高い。したがって、ある深さで正反射された非散乱光成分の抽出には、入射位置と同じ位置から、入射方向と真逆の方向（１８０°反対方向）に射出する光のみを検知する構成を取ることは有用である。
【００１５】
つまり、散乱体中を無散乱に伝搬した成分を抽出するためには、上記のように入射時刻から一定の時間遅延を持つ成分の抽出と、入射位置と同じ位置から入射方向と真逆の角度で射出される成分の抽出と、を併用することが望ましい。
【００１６】
本発明の撮像装置は上記の機構を有し、散乱光成分を除去し非散乱成分（直進光成分）の選択抽出を行うための装置である。
この構成を実施する最も単純な光学系は、以下において説明する図１に示す光学系である。
【００１７】
ついで、本発明に係る撮像装置についてさらに詳細に説明する。
尚、以下に述べる実施形態は本発明の好適な実施形態であるから、技術的に好ましい種々の限定が付されているが、本発明の範囲は以下の説明において特に本発明を限定する旨の記載がない限りこれらの態様に限られるものではない。なお、被検体の特性情報とは、被検体の血管や骨などの生体組織（吸収体）の分布に関連する情報を指す。特性情報は、反射率や透過率、吸収率など光学的な特性を数値データとしてではなく、被検体内の吸収体の各位置の分布情報として求めてもよい。さらに、特性情報は、画像化するために輝度や色の情報を付与した画像データであってもよい。
【００１８】
［第１の実施形態］
図１は本発明に係る撮像装置の第１の実施形態における構成を示す概略図である。
図１において、光源１０１はパルス光源である。パルス光源は各種モードロックレーザーが好適である。例えば、ファイバーリングレーザーやチタンサファイアレーザーなどで構成されるレーザーが好適である。パルス光源の射出する光パルスの時間幅はｎｓオーダー以下であることが好ましく、特に１ｎｓ以下が好ましい。そして、高速ゲート（後述する高速シャッター）は、１ｎｓ以下の周期、つまり、１ＧＨｚ以上の周波数で、ゲートの開閉が行われることが好ましい。
【００１９】
光源１０１から射出された平行光束である光１０２は、アイリス１０３を通して被検体である観察物体１０４に照射される。観察物体１０４は散乱体である。観察物体１０４の内部には深さｄの位置に吸収物体１０５がある。また観察物体１０４は、観察物体１０４を保持する試料台１１９上に保持されている。
【００２０】
アイリス１０３は光路限定素子として観察物体１０４の直前に対向配置され、観察物体１０４に対する光１０２の入射位置１０６を規定する。アイリス１０３の光通過位置を通過した光１０２のみが観察物体１０４上の入射位置１０６に至る。
観察物体１０４に入射した光は観察物体内を伝搬し、その一部は再び観察物体１０４の表面から射出する。このとき、観察物体１０４からの反射光のうち、入射位置１０６から射出した光１１１のみがアイリス１０３を通過する。これにより、アイリス１０３（限定素子）は、観察物体１０４における入射位置と射出位置とを同じ位置（入射位置１０６で図示されている位置）に規定する効果を有する。
【００２１】
アイリス１０３を通過した光１１１は、次に光路分岐素子であるビームスプリッタ１０７で反射され、アイリス１０８を通過したのち、高速シャッター１０９に入射する。このとき、アイリス１０３を通過した光１１１は、ビームスプリッタ１０７で反射されることで、光源１０１から射出した光１０２の光路から分岐し、高速ゲートである高速シャッター１０９に向かう。すなわち、高速シャッター１０９は、アイリス１０３に対して光学的後方に配置されてなる。
なお、ビームスプリッタは他の光路分岐素子でもよい。他の光路分岐素子としては、ハーフミラー等でもよいが、これに限るものではない。
【００２２】
高速シャッター１０９を通過した光１１１は、検出素子である検出器１１０で検出される。すなわち、検出器１１０は、高速シャッター１０９に対して光学的後方に配置されてなる。検出器１１０は、観察物体１０４からの反射光（光１１１）を検知することができる検出器である。
【００２３】
高速シャッター１０９としては、例えば光カー効果で動作するものを用いることが可能であるが、これに限るものではない。高速シャッター１０９は、他の非線形光学効果を用いたものでもよいし、あるいは電気光学効果を用いたものでもよい。
【００２４】
光カー効果を用いた高速シャッターの光学系の例について図１を参照しながら説明する。
光カー効果は多くの物質で発現する。光カー効果を発現する非線形光学媒質１１３としては、例えば二硫化炭素や、硝子、ダイアモンド、ＧａＡｓ等の半導体、ポリジアセチレン等の有機物などが挙げられる。必要な効果の大きさと応答速度を考慮して最適な物質を選択すればよい。
【００２５】
光カー効果を発現する非線形光学媒質１１３は、偏光子１１２と偏光子１１４との間に配置される。この偏光子１１２と、偏光子１１４と、非線形光学媒質１１３と、で高速シャッター１０９を構成している。
【００２６】
そして、パルス光源１０１からの光をビームスプリッタ１１５で一部分岐し、制御光１１７として、ディレイライン１１６で必要な遅延を与え、偏光子１１８を通して偏光を制御し、直接、非線形光学媒質１１３に導入する。
【００２７】
散乱体からの光１１１のみが非線形光学媒質１１３に入射する場合、偏光子１１２の偏光状態と偏光子１１４の偏光状態とが直交しているため、光１１１が透過しない。しかし、信号光（散乱体からの光１１１）と同時に大強度の制御光１１７が非線形光学媒質１１３に入射すると光カー効果が発生し、非線形光学媒質１１３から射出した後の信号光の偏光は楕円偏光になる。この結果、偏光子１１４を通過する光１１１の成分が発生する。光１１１が偏光子１１４を通過できるのは、制御光１１７が非線形光学媒質１１３に照射されているときだけであり、制御光１１７をパルスにすることで、信号光の時間波形のごく一部分を抽出することが可能となる。
従って、制御光１１７の時間波形が短いほど、観察物体１０４内の吸収物体の分布計測の深さ分解能を向上させることが可能であり、好適である。
【００２８】
また、制御光１１７の光路であるディレイライン１１６は、非線形光学媒質１１３への信号光の入射時間に対する制御光１１７の入射時間に遅延を与える。したがって、この遅延量を変化させることで、高速シャッター１０９は信号光の時間波形が異なる時間成分を抽出することが可能である。この遅延量は、前述のように観察物体１０４中の観察したい深さまでを光が往復する時間を考慮した量である。
【００２９】
観察物体１０４ではその表面で入射光の数％から数１０％程度が反射されるため、観察物体１０４からの光１１１の時間波形のうち尖頭値として最も早い時間に検出器１１０に到達する大きなピーク信号は、観察物体表面での反射光成分である。
したがって、この表面反射光からの遅延時間が、観察物体１０４内で光が伝搬した時間に相当する。高速シャッター１０９は、観察物体１０４からの反射光の時間波形のうち、当該反射光の尖頭値である観察物体１０４の表面からの反射光から、所定の時間（観察物体１０４内を伝搬した時間）遅延した成分のみを抽出するものである。制御光１１７が高速シャッター１０９に入射するタイミングを、光１１１の表面反射光の成分に対して遅延をもたせ、その遅延量を変化させることで、観察物体１０４内での伝搬時間が異なる光成分を抽出することが可能である。
【００３０】
また、高速シャッター１０９の手前の光路にあるアイリス１０８は、観察物体１０４に対する入射位置と射出位置とが同じであり入射方向と真逆の方向に射出してきた光だけを抽出する働きがある。このような光は散乱体内で散乱を受けていない、あるいは受けた散乱が少ない可能性が高い。したがって、このようなアイリス１０８の配置により、非散乱光成分の抽出精度を向上させることが可能である。
【００３１】
上記の光学系において、観察物体１０４への照射位置を光１０２の光軸に対して垂直方向に逐次変化させながら反射光を計測する。照射位置の変化は、観察物体１０４を乗せた試料台１１９の駆動（不図示の照射位置変更手段による）で行うことが可能であるが、これに限るものではない。照射光の位置（光１０２の照射位置）を走査光学系等で変化させつつ、照射位置を規定するアイリス１０３を同期させて変化させる構成でも照射位置を変化させることが可能である。あるいは、アイリス１０３と観察物体１０４との間の距離を離して、この部分に走査光学系を導入する配置でも照射位置を変化させることが可能である。光源１０１から射出された光１０２の観察物体１０４表面への照射位置を変更することができる照射位置変更手段であれば、いかなる手段であってもよい。
【００３２】
照射光（光１０２）が吸収物体１０５に吸収される場合、吸収物体が存在しない周囲の領域と比較して反射光強度が低下するため、反射光強度の低下から吸収物体の存在を検知することが可能である。
そして、遅延時間を実質的に一定として照射位置を二次元的に走査すれば、ある深さの吸収物体１０５の分布を可視化することが可能である。また、遅延時間を走査することは吸収信号（反射光強度の低下）を取得する深さを走査することに対応する。照射位置の走査や制御光の時間遅延量の走査をしながら反射する光１１１の強度を計測することで、観察物体１０４内の光吸収の空間的な分布が取得可能である。
【００３３】
また、光源１０１から射出される光１０２の波長を変えることで光１０２が観察物体１０４（散乱体）内に伝搬する深さが変わるような観察対象の場合、上記の遅延時間だけでなく、波長を変えて異なる深さからの情報を得ることも好適である。すなわち、光源１０１の波長を異ならしめる不図示の光源波長変更手段により、観察物体１０４表面上（被検体表面上）の同一の点に対して、光源１０１から射出される光１０２の波長を異ならしめ、この異なる波長ごとに光を照射し、深さ方向の走査を行ってもよい。
【００３４】
［第２の実施形態］
また、本発明に係る撮像装置は図２に示す構成も取ることが可能である。図２は、本発明に係る撮像装置の第２の実施形態における構成を示す概略図である。
【００３５】
図２において、光源２０１は広帯域な発光波長帯を有するパルス光源である。光源としては例えばスーパーコンティニウム光源などが好適であるが、この限りではない。超パルスのチタンサファイアレーザーや、ファイバーリングレーザーなども適用可能である。なお、広帯域な発光波長帯域とは、単一波長ではなく波長帯域が複数の波長を含む発光であることを意味している。そして、光源２０１の発光波長帯域は１０ｎｍ以上であることが好ましい。また、パルス光源の射出する光パルスの時間幅はｎｓオーダー以下が好ましい。
さらに、本実施形態における説明では、光源を広帯域な発光波長帯を有するパルス光源であるとする。
【００３６】
光源２０１から射出した照射光２０２は、平行照明光学系である光学系２０３により径を拡大されると同時に平行光束になる。照射光２０２は拡大されることによって、二次元的（光の進行方向に対して垂直な平面状）に拡がった状態で被検体である観察物体２０５を照射できる。そして、平行光束に変換された光は分光素子である波長選択素子２０４に入射する。
【００３７】
波長選択素子２０４には波長選択領域が複数設けられている。波長選択領域は、特定の波長を透過する。したがって、複数の波長選択領域が設けられることで、波長選択素子２０４を介した照射光２０２は、波長が異なる分光された状態で観察物体２０５を照射する。すなわち、光源２０１から出射された照射光２０２は、観察物体２０５の各測定領域に応じた波長となるように、波長選択素子２０４によって分光される。本実施形態において波長選択領域は、特定の波長を透過するものであるが、本発明はこれに限られるものではなく、特定の波長を反射するものであってもよい。
【００３８】
なお、複数の波長選択領域のそれぞれが、他の波長選択領域全てと異なる波長であることを必ずしも要するものではない。複数の波長選択領域のそれぞれが、他の波長選択領域のいずれかと異なる波長であればよい。すなわち、観察物体２０５の測定箇所に応じて波長を違えた光が照射されるように分光することを要するものである。例えば、複数の測定箇所のいずれもが他と異なるような波長の光が照射される構成であってもよく、複数の測定箇所の一部（充分に離間した２以上の測定箇所）には特定の同一波長の光が照射される構成であってもよい。
【００３９】
図３は、本発明に係る撮像装置の一実施形態において用いられる分光素子の一例を説明するための図である。また、図４は、図３に示す分光素子の一例における波長と透過率との関係を説明するための図である。
この場合における波長選択素子３０１は、図３に示すようにその面内に波長選択領域３０２，３０３，３０４などを備えている。そして、波長選択領域３０２，３０３，３０４のそれぞれが、異なる透過率スペクトル４０１，４０２，４０３を有している（図４参照）。各透過率スペクトル４０１，４０２，４０３は、中心波長４０４，４０５，４０６を有し、また、半値全幅４０７，４０８，４０９を有する。
【００４０】
本発明の撮像装置の第１の実施形態を構成する波長選択素子２０４の各波長選択領域が有する選択波長の中心波長は、隣接する波長選択領域と互いに透過率スペクトルの半値全幅以上に異なるように設定する。このように設定することで、クロストークを低減しやすく、高精度に光を検出できるようになるため好ましい。
また、複数の波長選択領域における選択波長が、波長選択素子３０１内（分光素子内）で所定の距離以上離れたところで同一であるか、あるいは、複数の波長選択領域における選択波長が、空間的に周期配列していることが好ましい。
【００４１】
このような波長選択素子の構造としては、図５のように波長選択領域ごとに厚みが異なる光学ガラス部材５０１などを用いることが可能である。図５は、本発明に係る撮像装置の一実施形態において用いられる分光素子の構成例を示す概略斜視図である。
図５に示すような光学ガラス部材５０１は、例えばナノインプリントや、あるいは多段階のフォトリソグラフィー等のプロセスにより作製可能である。
【００４２】
この他、図５に示すような光学ガラス部材５０１の両面に対して広帯域に高反射率を実現するＤＢＲ（Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ  Ｂｒａｇｇ  Ｒｅｆｌｅｃｔｏｒ）を製膜することも好適である。また、図５に示すような波長選択領域ごとに厚みが異なる光学ガラス部材５０１の片面にＤＢＲを形成したものを、同様に片面のみにＤＢＲを形成した他の光学部材と対向配置するなどの構成により、場所ごとに選択波長が異なる波長選択素子を構成してもよい。
あるいは、波長選択領域ごとに透過波長が異なる波長選択素子として、小面積のバンドパスフィルタをマトリックス状に配置したフィルタアレイ構造を用いることも可能である。
【００４３】
また図６のように波長選択領域ごとに格子周期が異なる回折格子が作り込まれている構造の波長選択素子６０１も適用可能である。図６は、本発明に係る撮像装置の一実施形態において用いられる分光素子の他の例を説明するための図である。回折格子型の波長選択素子の場合は、光路中に斜めに挿入し、ある角度への回折光の波長が波長選択領域６０２，６０３，６０４等で互いに異なる構造を有している。
【００４４】
このような波長選択素子の波長選択領域１つあたりの大きさは、撮影する画像の空間分解能を決める。したがって、撮影画像に必要な空間分解能が０．５ｍｍであれば、波長選択領域の大きさを縦０．５ｍｍ以下×横０．５ｍｍ以下に設定する。
【００４５】
このような波長選択素子の別の構造としては、金属ドットアレイや金属ホールアレイなどの金属微細構造を用いてプラズモン共鳴を生じさせ、所定の波長を反射あるいは透過させる素子を用いることも可能である。金属微細構造はフォトリソやリフトオフ等のプロセスで形成可能である。さらに、金属微細構造によるプラズモン共鳴の波長は、ドットアレイであればドットの粒径や配列周期に依存する。したがって、金属微細構造の粒径や周期が異なる領域が面内に存在している構造ならば、場所ごとに選択波長が異なる波長選択フィルタを構成可能である。金属微細構造による波長選択フィルタは、場所ごとに選択波長を異ならしめる素子構造の作製が容易であり、好適である。なお、金属ドットアレイ構造の場合、プラズモン共鳴の波長は強く反射されるため、反射型の波長選択素子として用いることが好適である。
【００４６】
また、波長選択素子内の波長選択領域ごとの選択波長の配列は、ランダムでもよいし、波長順に並べてもよい。なお、隣り合う波長選択領域同士で選択波長が大きく異なる場合、波長選択領域間のクロストークを低減しやすいという効果がある。それは、各波長選択領域の波長選択特性が必ずしも矩形スペクトル形状のような急峻な波長選択特性を有するものではないためである。典型的には図４のように透過率が最大となる波長の周囲に裾を引く場合があるためである。
また、ナノインプリントなどの作製プロセスを用いて前述のように波長選択領域ごとに厚みが異なるエタロン板を作製する場合、隣り合う波長選択領域同士で少しずつ厚みが変化する形状が作製容易性の観点から好適である。
【００４７】
また、図７は散乱体である観察物体中の入射光の散乱の状態を模式的に示す図である。図７に示すように、散乱体である観察物体７０１の内部で入射光７０２は面内方向の拡散距離７０３としてΔ程度を有する場合、このΔ以内の距離に選択波長が同じ波長選択領域が有るとクロストークが発生する。逆にΔを超える距離であれば同じ選択波長の波長選択領域があってもクロストークは小さい。従って、Δを超える周期であれば選択波長領域の配置が繰り返される波長選択素子構造を取ることも可能である。このような構造を許容することで、波長選択素子の作製が容易になるため好適である。
【００４８】
次に、奥行き分解能と波長選択幅の関係を示す。
例えば散乱体を、奥行き分解能１ｍｍで観察することを想定する。これは、ある深さｄまで光が入射して反射してくる光路長２×ｄと、ｄ＋１ｍｍの深さまで光が入射して反射してくる光路長２×（ｄ＋１）ｍｍを弁別することに相当する。これはつまり、光路長差にして２ｍｍに相当する分解能である。
【００４９】
パルスの時間遅延によって２ｍｍの光路長の違いを弁別する場合、真空中の光速をｃ［ｍ／ｓ］、パルス光に対する散乱体の屈折率がｎであるとき、測定系の時間分解能は２×１０−３×ｎ／ｃ［ｓ］が必要である。
したがって、奥行き分解能１ｍｍを実現するためには、入射する光パルスの時間波形も２×１０−３×ｎ／ｃ［ｓ］程度以下の時間幅であることが好ましい。
【００５０】
以下、測定系として必要な散乱体中の奥行き方向の距離分解能をａとする。
簡単化のために入射光パルスはフーリエ限界パルスであるとする。この場合、光パルスは時間波形の形状、長さに応じた周波数幅を有している。
【００５１】
光パルスの時間幅をΔｔ、対応する周波数幅をΔνとするとき、下式の関係がある。
Δｔ×Δν≧ｋ
ここでｋは定数であり、その値は光パルスの時間波形がガウシアンの場合０．４４１、ハイパボリックセカントの２乗であるＳｅｃｈ２の場合０．３１５、また矩形波では０．８９２である。
つまり、光パルスの時間波形が時間幅Δｔを有するとき、上式のΔν以上の周波数幅を有する。
【００５２】
前述のとおり、必要とする奥行き方向の距離分解能はａである。そして、散乱体の屈折率をｎとする。このとき、反射光の計測時間分解能は２ｎａ／ｃ以下が必要である。この時間分解能に対応する時間幅をΔＴとする。
上記の波長選択素子の各波長選択領域それぞれにおいて時間分解能ΔＴの計測を行うためには、各波長選択領域の透過周波数幅Δνが、ΔＴの時間幅に対応する周波数幅を有することが必要である。したがって、Δνは下式で表される。
Δν≧ｋ／ΔＴ＝ｋ／（２ｎａ／ｃ）＝（ｋｃ）／（２ｎａ）
例えば、散乱体の屈折率ｎを１．５、奥行き分解能ａを１ｍｍとし、入射パルスの時間波形をＳｅｃｈ２としｋ＝０．３１５、光速ｃを２９９７９２４５８［ｍ／ｓ］とする。このとき、必要な周波数幅Δνは約３．１５×１０１０［Ｈｚ］以上であり、波長８００ｎｍにおいて波長幅約０．０７ｎｍ弱に相当する。
【００５３】
さらに、本発明における波長選択素子では、隣同士の波長選択領域で選択する光の波長帯域がなるべく重ならないように配置することが好適である。したがって、各波長選択領域で選択される光の中心周波数は、隣同士の波長選択領域において上記の式であらわされる周波数幅Δν以上に離間していることが好ましい。すなわち、複数の波長選択領域のうち、隣接する波長選択領域は、透過率が極大となる透過率ピークの光周波数幅、あるいは反射率が極大となる反射率ピークの光周波数幅が、互いに上記の式であらわされる周波数幅Δν以上離間していることが好ましい。
【００５４】
次に、波長選択素子２０４に入射した光は、波長選択素子２０４内の場所ごとに異なる波長が選択されたのち、観察物体２０５に照射される。観測物体２０５内には吸収体２１９があるものとする。また観察物体２０５は試料台２２０上に保持されている。
【００５５】
本実施形態の撮像装置における光学系は、観察物体に入射した光が観察物体内をある深さまで進み、反射、散乱、吸収等を受けて再び同じ入射位置に戻ってきた場合のみ、光が波長選択素子を透過可能である。入射位置と異なる位置に戻ってきた光は、その波長が波長選択素子の透過波長と異なっているために遮光される。
【００５６】
観察物体２０５上の入射位置と同じ位置から射出し再び波長選択素子２０４を透過した光２０８は、光路分岐素子であるビームスプリッタ２０７で反射される。ついで、光２０８は、偏光子２０６、光２０８を集光する集光光学系２０９を通り、光２０８の光路を限定する光路限定素子であるアイリス２１０を経て高速ゲートである非線形光学媒質２１１に入射する。さらに光２０８は、光学系２１２、偏光子２１３を経て、複数の画素を有するイメージャー（検出素子）である撮像素子２１４で観察物体２０５からの光（反射光）２０８を検知する。複数の画素それぞれに対して、観察物体２０５からの光２０８の異なる波長の光が到達する。
【００５７】
ビームスプリッタ２０７は観察物体２０５からの光２０８の光路を、光源２０１から射出された照射光２０２の光路から分岐するものである。また、アイリス２１０は、集光光学系２０９の焦点位置に配置されてなる。さらに、非線形光学媒質２１１は、アイリス２１０に対して光学的後方の光路上に配置されてなり、撮像素子２１４は、非線形光学媒質２１１に対して光学的後方の光路上に配置されてなる。
【００５８】
なお、撮像素子２１４に光２０８を導くビームスプリッタ２０７の位置は図示の位置に限るものではなく、例えば波長選択素子２０４と観察物体２０５との間、あるいは光源２０１の直後（光源２０１と波長選択素子２０４との間）の光路上であってもよい。光源２０１の直後の光路とは、光源２０１と光学系２０３との間の光路である。
【００５９】
光源２０１と光学系２０３との間の光路では、観察物体２０５からの様々な波長の反射光が空間的に重なる光路であるため、この位置にビームスプリッタ２０７を導入すると、すべての波長の光が同じ光路で撮像素子２１４に向かう。したがって、撮像素子２１４の直前の光路上（撮像素子２１４と非線形光学媒質２１１との間）で、光を空間的に波長分解し、異なる波長の光が異なる画素に到達するように分光する分光素子（第二の分光素子）が必要になる。このような構成では撮像素子に光を導くビームスプリッタの径を小さくできるため、装置小型化が可能である。
【００６０】
高速シャッターは前述と同様に光カー効果を用いたものである。すなわち、光源２０１からの光をビームスプリッタ２１５で一部分岐し、不図示の遅延量制御手段によりディレイライン２１６を制御して遅延量を調整し、偏光子２１８を経て制御光２１７を非線形光学媒質２１１に照射する。こうすることで、非線形光学媒質２１１は観察物体２０５からの光２０８の時間波形のうち、この光２０８の尖頭値から所定の時間遅延した成分のみを抽出することができる。そして不図示の画像化手段（取得部）は、観察物体２０５内の深さｘの部位で反射された光２０８の強度を、反射光パルスの尖頭値から２ｎｘの遅延を持った信号成分として読み出し、この遅延量を変化させて得られる複数の深さにおける情報を取得する。ただし、観察物体２０５の屈折率をｎとする。
なお、取得部は検出素子からの信号に基づいて被検体の特性情報を取得するものであり、本発明の撮像システムはこの取得部と、撮像装置と、を備える。
【００６１】
ここで、前述した第１の実施形態と同様に、アイリス２１０を通る光が、観察物体２０５に対して入射位置と同じ位置から、入射方向と真逆の伝搬方向に射出した光のみとなるようにアライメントしておく。
このような構成を取ることで、光の照射位置をスキャンすることなく、ある深さでの吸収物体の分布を二次元的に計測可能であるため、観察対象を大面積に高速に撮像することが可能となり、撮影時間の短縮が可能である。
【００６２】
撮像素子２１４が検出した光２０８をもとに、画像化手段（不図示）は観察物体２０５内の光学特性分布の画像を生成する。
上記した構成を備えることで、この撮像素子２１４には、光源２０１から射出された照射光２０２の波長が、空間的にあるいは時間的に弁別されて到達する。
【００６３】
なお、本実施形態では、光源２０１をスーパーコンティニウム光源とし、観察物体２０５の直前に配置された波長選択素子２０４で観察対象の場所ごとに異なる波長の光を照射する構成としたが、本発明はこの限りではない。
【００６４】
また、波長選択素子２０４は単一である必要はない。例えば、撮影ごとに波長選択素子２０４を、別の波長選択素子に交換して撮影することも可能である。交換する波長選択素子と交換前の波長選択素子とは、被検体である観察物体２０５の各照射位置に対して複数の異なる波長を照射するように、各波長選択領域の選択波長が配置されている構成をとる。この構成により、波長選択素子２０４を交換し複数回撮影することにより、被検体の各照射位置に対して複数の波長で反射光強度を計測可能である。
なお、生体の吸収や散乱には波長依存性があるため、生体の分光情報を取得するためには複数波長で計測できることが好ましい。
【００６５】
さらに、観察物体２０５の照射位置ごとに波長が異なることは、生体組織内への深達度が照射位置ごとに異なる状況を生じ得る。したがって、照射位置ごとに照射波長が大きく異なる場合には、照射位置ごとに観察可能な最大深度が異なる、あるいは隣り合う照射位置同士で、同じ観察深度でも血管などの吸収体による反射光減衰の度合いが異なって観察される可能性がある。
上記の観点から、波長選択素子２０４が交換可能であることにより選択波長を異ならしめることが可能である構成は好ましい。なお、本発明は選択波長変更手段（不図示）により波長選択素子２０４を交換する形態に限るものではなく、詳細を後述するような他の形態等、分光素子である波長選択素子２０４の選択波長を異ならしめることができるものであれば特に制限はない。
【００６６】
波長選択素子２０４が交換可能である場合、観察物体２０５上の同一の照射位置に対して複数の波長をそれぞれ照射し計測することが好ましい。さらには被検体上のすべての照射位置で、同一の波長の組（ここではλ１、λ２、λ３と呼ぶ）を照射し計測できれば最も好ましい。あるいは同一でなくとも、近い波長の組でも良い。例えば、λ１≒λ１’≒λ１”、λ２≒λ２’≒λ２”、λ３≒λ３’≒λ３”の場合、各照射位置に照射する波長の組を（λ１、λ２、λ３）と（λ１’、λ２’、λ３’）と（λ１”、λ２”、λ３”）に設定することも好適である。
なお、観察物体２０５の各照射位置に対する照射波長を異ならしめる方法は、上記のように波長選択素子２０４を交換する方法に限るものではない。例えば、各波長選択領域が回折格子であれば、光路に対する回折格子の配置角度を変化させることで実現可能である。あるいは、図５に示すような場所ごとに厚みが異なるような光学部材を、屈折率が可変の部材で構成することも可能である。そのような部材には非線形光学効果を有する材料や、さらには液晶を封入したセルなどを用いることも可能である。
【００６７】
光源は発光波長が時間と共に可変である、パルスの波長掃引光源でも構わない。波長可変フィルタを有するモードロックレーザーにより、射出波長が時間と共に可変である光源も好適である。また、分散チューニング光源のような、波長可変フィルタがなくとも波長が可変であるパルス光源も好適である。
【００６８】
モードロックレーザーや分散チューニング方式のレーザーは、高非線形ファイバを必ずしも用いる必要はない。高非線形ファイバはフォトニック結晶ファイバで構成されることがある。フォトニック結晶はコアを伝搬する光強度が高くなるため、ファイバ自身やその端面が損傷しやすく耐久性が通常のファイバよりも低い。したがって、モードロックレーザーや分散チューニング方式の光源を用いる場合、装置の耐久性が向上し好適である。
【００６９】
広帯域光源からの光をグレーティング対に照射することで場所ごとに異なる波長の光が伝搬する平行光束としてもよい。その際、単純なグレーティング対を用いて、観察物体に照射される光の波長分布を１次元方向にのみ変化させる構成のほか、図１０に示す回折格子ように、場所ごとに格子定数が異なる回折格子のペアを用いることも好適である。図１０の回折格子の全面に光を照射する構成で、観察物体への照射光の波長を２次元的に変化させることが可能である。回折格子は場所ごとに選択波長が異なる構成を取るためには単純に場所ごとに格子定数が異なる構成にすればよいため、作製が容易であるため好適である。
【００７０】
また、観察物体の表面と検出器あるいはイメージャーの表面とを、光学的に共役にしておくことも撮影画像の空間分解能の劣化を抑制することが可能であり、好適である。
【００７１】
照射光源として時間と共に波長が変化する波長掃引光源を用いる場合、波長毎に検出器での検出時刻が異なるため、検出時刻により波長を同定することが可能である。つまり、検出器としては二次元的なイメージャーの他に、通常のフォトディテクタでも本発明の撮像装置における検出素子として用いることができる。
【００７２】
このとき、異なる波長の光とは、観察物体上の異なる位置に照射された光が反射されたものである。したがって、検出時刻と照射位置を対応付けることが可能であり、フォトディテクタで検知した信号に基づき観察物体からの反射光の二次元的な強度分布が得られる。すなわち、画像化手段（不図示）は、フォトディテクタが光を検知した時刻と、光源２０１から照射光２０２が射出される時刻と、をもとに、このフォトディテクタが検知した光の波長を同定する。
フォトディテクタは二次元的なイメージャーよりも応答速度が速く且つ価格が安価であり、好適である。また、イメージャーよりも光利用効率を高くすることも可能であり、検出信号のＳ／Ｎ向上が可能となり、好適である。
この場合は、図２の構成において、非線形光学媒質２１１の直後に偏光子２１３とフォトディテクタとを配置し、光学系２１２を省略した構成を取ればよい。
【００７３】
また、高速ゲートして光カー効果によるゲーティングを行う場合、上記第１および第２の実施形態における説明では、光カー効果を生じさせる制御光として照射光源の光の一部を分岐して用いたが、本発明はこの限りではない。照射光源の光パルスと同期させた、別の大強度パルス光源を制御光源として用いてもよい。この場合、照射光源は広帯域且つパルスな光源を用い、制御光源はパルス強度の大きいパルス光源であればよく、発光波長域が広帯域ではない光源を用いる構成を取ることが可能である。つまり、照射光源と制御光源とを別々に設ける場合、それぞれの光源では広帯域とパルス強度を兼ね備える必要がなくなり、それぞれの光源に必要なスペックが緩和され好適である。
【００７４】
なお、画像化手段（取得部）は、検出素子からの信号に基づいて被検体の特性情報を取得する。画像化手段は、ＣＰＵ、ＭＰＵ、メモリ、及び任意の入力装置等を備えることができる。画像化手段は、フォトディテクタ（検出素子）からの信号の処理用に特化されたコンピュータであってもよいし、信号処理用のソフトウエアを備えた汎用のコンピュータであっても良い。また、画像化手段は、クラウド上のサーバ等で構成されていてもよい。画像化手段は、装置の内部に含まれていてもよいし、外部にあってもよい。
【００７５】
上記の技術を適用し、被検体である散乱体の内部をイメージングすることが可能である。例えば、観察物体が人体の手である場合などは、皮膚表面からある深さにある吸収物体である血管の分布や形状をイメージングする撮像装置を構成することが可能である。
なお、本発明に係る撮像装置の被検体（観察対象）は生体のみならず、混濁した液体や気体等の散乱物体に対しても適用可能である。
【００７６】
＜実施例１＞
以下、図８を用いて、本発明に係る撮像装置および撮像システムの実施例１を説明する。
図８において、光源８０１は波長６００ｎｍから１０００ｎｍまでの帯域で発光するスーパーコンティニウム光源である。
光源８０１から射出した照射光８０２は、光学系８０３を経てビーム径が直径１０ｍｍに拡大され、同時に平行光束になり、しかる後に波長選択素子８０４に入射する。
波長選択素子８０４は２ｍｍ四方ごとの波長選択領域を有し、それぞれの領域で透過波長が異なる素子である。
【００７７】
次に、波長選択素子８０４に入射した照射光８０２は、波長選択素子８０４内の場所ごとに異なる波長が選択された後、観察物体８０５に照射される。観察物体８０５は試料台８２２上に保持されている。
【００７８】
観察物体８０５から射出され波長選択素子８０４を透過した光８０８は、ビームスプリッタ８０７で反射され、偏光子８０６、集光光学系８０９を通り、アイリス８１０を経て非線形光学媒質８１１に入射する。さらに光学系８１２、偏光子８１３を経て撮像素子８１４に入射し、この撮像素子８１４で光を検知する。
【００７９】
非線形光学媒質８１１には二硫化炭素を用いる。光源８０１からの照射光８０２は、ビームスプリッタ８１５で一部分岐され、ディレイライン８１６で遅延を調整され、偏光子８１８を経て、制御光８１７として非線形光学媒質８１１に照射され、光カー効果を発生させる。
【００８０】
計測制御ＰＣ（取得部）８２０では撮像素子８１４からの信号を受信し、モニタ８１９に画像を表示する。また、光源８０１に対して制御信号を送信する。また、ディレイライン８１６の遅延量制御のためのステージ８２１の駆動信号も送出する。
【００８１】
光パルスを観察物体８０５に照射し、観察物体８０５を撮像する。観察物体８０５の平均屈折率は１．５であるとする。また、深さ方向の観察分解能として１ｍｍを想定する。つまり、観察物体８０５から射出される光パルスに対し、その時間波形を１０ｐｓの時間分解能で計測する。各波長選択領域の透過波長幅は本実施例では３０ｎｍに設定する。また、隣接する波長選択領域の透過波長の中心波長は互いに３０ｎｍ以上離間させる。
【００８２】
このとき、ディレイライン８１６の遅延量を、１０ｐｓに相当する３ｍｍずつ光路長を変化させて逐次撮影を行う。あらかじめ、ディレイライン８１６からの光が非線形光学媒質８１１に入射する時間を、観察物体での表面反射光が非線形光学媒質８１１に到達する時間よりも早くなるように、ディレイラインの光路長を設定しておく。そして、測定毎にディレイライン８１６の遅延量を大きくしていく。この測定方法では、最初に検出される大きな信号成分は表面反射光の成分であるため、そのあとの計測で、表面反射光からどの程度の時間遅延を持った信号光を計測しているか把握することが容易になる。
【００８３】
本実施例のような構成を取ることで、光の照射位置をスキャンすることなく、ある深さでの吸収物体の分布計測を２次元的に可能であるため、観察対象のある領域を高速に撮像することが可能となる。
【００８４】
＜実施例２＞
以下、図９を用いて、本発明の実施例２を説明する。
本実施例の撮像装置および撮像システムでは、光源９０１から光９０２が射出される。光９０２は時間幅が１ｐｓ、波長８００ｎｍのパルス光源である。光９０２はビームスプリッタ９１５、ビームスプリッタ９０７、照射位置限定アイリス９０３を経て、観察物体９０４に照射される。照射位置限定アイリス９０３は駆動ステージ９２２上に配置され、その位置が可動であり、観察物体９０４上に規定する照射位置９０６を可変とする構成をとっている。観察物体９０４は試料台９２１上に保持されている。
【００８５】
そして、観察物体９０４に照射され表面で反射した光９１１、あるいは観察物体内部を伝搬し再び観察物体９０４の表面に至り、当該表面から射出した光９１１は、照射位置限定アイリス９０３を通りビームスプリッタ９０７で反射される。
【００８６】
ビームスプリッタ９０７で反射された光９１１はアイリス９０８を通過し、その直後にある高速シャッター９０９に到達する。高速シャッター９０９は、偏光子９１２、非線形光学媒質９１３、偏光子９１４からなり、ビームスプリッタ９０７で反射された光９１１が通過する。非線形光学媒質９１３は二硫化炭素を封入した石英セルである。
【００８７】
また、光源９０１からの光９０２は、ビームスプリッタ９１５にてその一部が分岐され、遅延光学系９１６、偏光子９１８を経て、制御光９１７として非線形光学媒質９１３に入射する。
制御光９１７が非線形光学媒質９１３に照射されたときだけ、光９１１は偏光子９１４を通過することができ、検出器９１０で検知される。
【００８８】
制御処理ＰＣ（取得部）９２０には、検出器９１０で取得した信号が取り込まれる。また、制御処理ＰＣ９２０は、遅延光学系９１６のステージ９０５を駆動し、信号光である光９１１に対する制御光９１７の非線形光学媒質９１３への入射時間の遅延を変化させ、その遅延の変化ごとに検出器９１０で受光し、その都度信号を生成する。この操作により、ある照射位置において深さを変えながら吸収分布を計測することが可能である。
【００８９】
また、照射位置限定アイリス９０３の位置を変えて、前述のように光を検出する操作を繰り返す。この一連の操作により、観察物体内の位置と深さをパラメータとした吸収分布の情報を得ることが可能である。この信号を元に画像データを生成し、結果をモニタ９１９に表示する。
【００９０】
これらの一連の操作により、観察物体内の吸収体を高Ｓ／Ｎに撮影することが可能である。
【符号の説明】
【００９１】
１０１：光源、１０３：アイリス、１０４：観察物体、１０８：アイリス、１０９：高速シャッター、１１０：検出器、１１６：ディレイライン
【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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