(57)【要約】【課題】  被検体への装着性を低下させずに高分解能を得ることができる光学センサを提供する。【解決手段】  光学センサは、被検体の同一位置に非平行の複数の光を照射する、光源を有する光源モジュールＬＭを複数含む照射系と、光源を制御する制御部と、照射系から照射され被検体内を伝播した光を検出する検出系と、を備え、光源モジュールＬＭは、光源からの光の光路上に配置され、非平行な複数の光を上記同一位置に向けて出射する、レンズ及びプリズムを含む光学系と、該光学系からの複数の光それぞれの一部を受光する少なくとも１つの受光素子と、を更に有し、制御部は、受光素子の受光量に基づいて光源の発光量を制御する。【選択図】図６
2016211936.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検体の同一位置に非平行の複数の光を照射する、光源を有する光照射器を少なくとも１つ含む照射系と、
前記光源を制御する制御部と、
前記照射系から照射され前記被検体内を伝播した光を検出する検出系と、を備え、
前記光照射器は、
前記光源からの光の光路上に配置され、非平行な複数の光を前記同一位置に向けて出射する光学系と、
前記光学系からの複数の光それぞれの一部を受光する少なくとも１つの受光素子と、を更に有し、
前記制御部は、前記受光素子の受光量に基づいて前記光源の発光量を制御する光学センサ。
【請求項２】
前記光照射器は、前記光源及び前記光学系が収容され、前記複数の光それぞれの他の一部を通過させる通過部が設けられた収容体を更に有し、
前記受光素子は、前記収容体における前記通過部の周囲部に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の光学センサ。
【請求項３】
前記通過部には、前記光学系による光スポットの中央部が入射し、
前記受光素子には、前記光スポットの周辺部が入射することを特徴とする請求項２に記載の光学センサ。
【請求項４】
前記収容体は、
前記光源及び前記光学系が収容され、前記複数の光それぞれの他の一部を通過させる開口が形成された筐体と、
前記開口を塞ぐように前記筐体に設けられた光透過部材と、を有すること特徴とする請求項２又は３に記載の光学センサ。
【請求項５】
前記光透過部材は、前記被検体よりも屈折率が大きいことを特徴とする請求項４に記載の光学センサ。
【請求項６】
前記収容体は、前記光透過部材を透過した光を通過させる開口部が設けられ、前記被検体に接触する接触部材を更に有することを特徴とする請求項４又は５に記載の光学センサ。
【請求項７】
前記少なくとも１つの受光素子は、複数の受光素子であり、
前記複数の受光素子は、前記通過部を通る所定軸に関して略軸対称に配置された一対の前記受光素子から成る受光素子対を少なくとも１つ含むことを特徴とする請求項２〜６のいずれか一項に記載の光学センサ。
【請求項８】
少なくとも１つの前記受光素子対は、前記受光素子の並び方向が互いに直交する２つの受光素子対を含むことを特徴とする請求項７に記載の光学センサ。
【請求項９】
前記少なくとも１つの受光素子は、電気的に分離された複数の受光領域を含む単一の受光素子であり、
前記複数の受光領域は、前記通過部を通る所定軸に関して略軸対称に配置された一対の前記受光領域から成る受光領域対を少なくとも１つ含むことを特徴とする請求項２〜６のいずれか一項に記載の光学センサ。
【請求項１０】
少なくとも１つの前記受光領域対は、前記受光領域の並び方向が互いに直交する２つの受光領域対を含むことを特徴とする請求項９に記載の光学センサ。
【請求項１１】
前記光源は、アレイ状に配置された複数の発光部から成る発光部群を少なくとも１つ有することを特徴とする請求項７〜１０のいずれか一項に記載の光学センサ。
【請求項１２】
前記少なくとも１つの受光素子の受光量に基づいて、前記光学系からの光の前記受光素子及び前記通過部への入射位置を調整する調整手段を更に備えることを特徴とする請求項１１に記載の光学センサ。
【請求項１３】
前記光学系は、前記発光部群からの複数の光の光路上に配置され、該複数の光を非平行な複数の光とするレンズを含み、
前記レンズの主点と前記光源との距離は、前記レンズの焦点距離と一致していないことを特徴とする請求項１１又は１２に記載の光学センサ。
【請求項１４】
前記光学系は、前記レンズを介した光の光路上に配置され、該光を前記通過部に向けて反射させる反射部材を有することを特徴とする請求項１３に記載の光学センサ。
【請求項１５】
請求項１〜１４のいずれか一項に記載の光学センサを備え、
前記光学センサを用いて、前記被検体の内部特性を推定する光学検査装置。
【請求項１６】
請求項１２に記載の光学センサを用いて被検体の内部情報を計測する被検体内部情報計測方法であって、
前記少なくとも１つの受光素子の受光量に基づいて、前記光学系からの複数の光の前記通過部及び前記受光素子への入射位置のずれを検出する工程と、
前記検出する工程での検出結果に基づいて、前記調整手段を用いて前記複数の光のうち少なくとも１つの光の前記入射位置を調整する工程と、を含む被検体内部情報計測方法。
【請求項１７】
前記調整する工程では、前記複数の光の前記入射位置が略一致するように前記少なくとも１つの光の入射位置を調整することを特徴とする請求項１６に記載の被検体内部情報計測方法。
【請求項１８】
請求項１〜１４のいずれか一項に記載の光学センサを用いて、前記被検体の内部特性を推定する被検体内部特性推定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学センサ、光学検査装置、被検体内部情報計測方法及び被検体内部特性推定方法に係り、更に詳しくは、被検体に光を照射し該被検体内を伝播した光を検出する光学センサ、該光学センサを備える光学検査装置、前記光学センサを用いる被検体内部情報計測方法及び被検体内部特性推定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、被検体（生体）に光を照射し、被検体内を伝播した光を検出する生体光計測装置が知られている（例えば特許文献１参照）。この生体光計測装置では、被検体に装着される複数のプローブ（探針）のピッチを小さくし、高分解能を得ている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、特許文献１に開示されている生体光計測装置では、被検体への装着性を低下させずに高分解能を得ることができなかった。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明は、被検体の同一位置に非平行の複数の光を照射する、光源を有する光照射器を少なくとも１つ含む照射系と、前記光源を制御する制御部と、前記照射系から照射され前記被検体内を伝播した光を検出する検出系と、を備え、前記光照射器は、前記光源からの光の光路上に配置され、非平行な複数の光を前記同一位置に向けて出射する光学系と、前記光学系からの複数の光それぞれの一部を受光する少なくとも１つの受光素子と、を更に有し、前記制御部は、前記受光素子の受光量に基づいて前記光源の発光量を制御する光学センサである。
【発明の効果】
【０００５】
本発明によれば、被検体への装着性を低下させずに高分解能を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】本発明の第１実施形態に係る光学検査装置の概略構成を説明するための図である。
【図２】ファントム用の水槽を説明するための図である。
【図３】透明窓のレイアウトを説明するための図である。
【図４】実施例１の光源モジュールの概略構成を説明するための図（その１）である。
【図５】実施例１の検出モジュールの概略構成を説明するための図である。
【図６】実施例１の光源モジュールの概略構成を説明するための図（その２）である。
【図７】図７（Ａ）〜図７（Ｃ）は、それぞれ複数の受光素子の配置の具体例（その１〜その３）を説明するための図である。
【図８】４つの受光素子の出力信号に対する制御部での信号処理を説明するための図である。
【図９】光スポットの通過部への理想的な入射位置を説明するための図である。
【図１０】図１０（Ａ）〜図１０（Ｃ）は、それぞれ通過部及び受光素子に入射する光スポットの位置ずれについて説明するための図（その１〜その３）である。
【図１１】生体内伝播角度を説明するための図である。
【図１２】非平行な複数の光が被検体の同一に照射されるかを確認する方法を説明するための図である。
【図１３】被検体内の情報を計測する方法を説明するためのフローチャートである。
【図１４】逆問題推定アルゴリズムに関するフローチャートである。
【図１５】フォトダイオード（ＰＤ）での感度分布を示す図（その１）である。
【図１６】ＰＤでの感度分布を示す図（その２）である。
【図１７】生体内伝播角度を説明するための図である。
【図１８】図１８（Ａ）は、吸光体の実際の位置を示す図であり、図１８（Ｂ）は、吸光体の位置の推定結果を示す図であり、図１８（Ｃ）は、比較例における吸光体の位置の検出結果を示す図である。
【図１９】図１９（Ａ）は、移動後の吸光体の実際の位置を示す図であり、図１９（Ｂ）は、移動後の吸光体の位置の推定結果を示す図であり、図１９（Ｃ）は、比較例における吸光体の位置の検出結果を示す図である。
【図２０】実施例２の光学センサにおける複数の光源モジュールと複数の検出モジュールの配置を説明するための図である。
【図２１】実施例２の光源モジュールの概略構成を説明するための図（その１）である。
【図２２】面発光レーザアレイチップを説明するための図である。
【図２３】実施例２の光源モジュールの概略構成を説明するための図（その２）である。
【図２４】実施例２の光源モジュールの概略構成を説明するための図（その３）である。
【図２５】実施例２の光源モジュールの概略構成を説明するための図（その４）である。
【図２６】光学シミュレータで光学設計した光線図である。
【図２７】第１実施形態における光学シミュレーションの結果を示す図である。
【図２８】比較例における光学シミュレーションの結果を示す図である。
【図２９】図２９（Ａ）は、比較例の光学センサの作用を説明するための図であり、図２９（Ｂ）は、第１実施形態の光学センサの作用を説明するための図であり、図２９（Ｃ−１）〜図２９（Ｃ−３）は、第１実施形態の光学センサの受光素子の配置の具体例を説明するための図である。
【図３０】空気から生体への入射角と生体内伝播角度との関係を示すグラフである。
【図３１】樹脂から生体への入射角と生体内伝播角度との関係を示すグラフである。
【図３２】実施例２の検出モジュールの概略構成を説明するための図（その１）である。
【図３３】実施例２の検出モジュールの概略構成を説明するための図（その２）である。
【図３４】実施例２の検出モジュールの概略構成を説明するための図（その３）である。
【図３５】実施例２の光学特性検出方法（位置測定方法）を説明するためのフローチャートである。
【図３６】実施例２での逆問題推定の推定結果を示す図である。
【図３７】第１実施形態の光学センサの作用を説明するための図である。
【図３８】第２実施形態の光学特性検出方法（位置測定方法）を説明するためのフローチャートである。
【図３９】第３実施形態の光学センサにおける複数の光源モジュールと複数の検出モジュールの配置を説明するための図である。
【図４０】比較例の光学センサにおける各光源モジュールの出射方向及び各検出モジュールの検出方向を説明するための図である。
【図４１】図４１（Ａ）は、第４実施形態の面発光レーザアレイチップの４つのグループの出射方向を説明するための図であり、図４１（Ｂ）は、第４実施形態のＰＤアレイの４つのＰＤの検出方向を説明するための図であり、図４１（Ｃ）は、４つの受光素子の配置について説明するための図である。
【図４２】第４実施形態の光学センサにおける各光源モジュールの出射方向及び各検出モジュールの検出方向を説明するための図である。
【図４３】制御部の構成を示すブロック図である。
【図４４】計算部の構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
《第１実施形態》
以下に、本発明の第１実施形態を図面に基づいて説明する。図１には、第１実施形態に係る光学検査装置１００の概略構成が示されている。光学検査装置１００は、一例として、拡散光トモグラフィー（ＤＯＴ）に用いられる。ＤＯＴは、例えば生体などの被検体（散乱体）に光を照射し、被検体内を伝播した光を検出して、被検体内部の光学特性を推定する技術である。特に、脳内の血流を検出することで、うつ症状の鑑別診断補助やリハビリテーションの補助機器として利用が期待されている。ＤＯＴでは、分解能が向上すると、脳の機能を詳細に理解できることから、多くの研究機関で、分解能を向上させる研究が盛んに行われている。
【０００８】
光学検査装置１００は、図１に示されるように、複数の発光部を有する光源モジュールＬＭ及び検出モジュールＤＭを含む光学センサ１０、制御部、表示部、計算部などを備えている。制御部は、図４３のブロック図に示されるように構成されている。制御部では、中央処理装置Ａ−１からの情報によって、スイッチ部が制御され、発光するＬＭが選択される。このとき、スイッチ部を介してＬＭに供給される電流が電流制御部で所望の値に制御される。ＤＭでの検出結果（データ）は、Ａ／Ｄ変換され、演算部（Ａ−２）で平均化処理などの演算が行われる。演算部（Ａ−２）での演算結果は、順次記録部（Ａ−３）に記録される。
【０００９】
本明細書中、光源モジュールＬＭ及び検出モジュールＤＭを、区別しない場合は、プローブとも呼ぶ。また、本明細書では、適宜、擬似生体、生体、被検体の文言を用いるが、擬似生体、生体が被検体の具体例であることに変わりはない。
【００１０】
光学センサ１０は、被検体中の吸光体を検出するセンサとして汎用的に利用できるが、最も利用価値が高い被検体は生体である。しかしながら、一般に、光学センサを用いて生体の血流（吸光体）の位置を検出することは必ずしも容易ではなく、被検体を生体とすると、光学センサ１０による効果（検出精度）を確認し難い。
【００１１】
そこで、本実施形態では、汎用性をもたせるとともに、検出精度を確認し易い被検体として、水槽に入った白濁液である擬似生体（ファントムとも呼ぶ）を採用している。
【００１２】
以下に、本実施形態の実施例１について説明する。
【００１３】
〈実施例１〉
実施例１では、光源からの複数の光線をプリズムによって偏向させて、被検体への入射角を光線間で異ならせる方法を採用している。
【００１４】
ここでは、図２に示されるように、各壁が黒色のアクリル板で構成された水槽の一側壁（＋Ｚ側の壁）の８箇所に透明なアクリル板から成る透明窓を設けている。水槽の内部は、イントラピッド水溶液（イントラピッド１０％濃度を１０倍に希釈）で満たされている。すなわち、実施例１で使用する擬似生体は、イントラリピッド水溶液である。
【００１５】
この水槽内に満たされたイントラピッド水溶液に黒いインクを約２０ｐｐｍ程度となるように滴下して、ほぼ生体と同一の吸収係数及び散乱係数とする。そして、この白濁したイントラピッド水溶液に血流に模した黒色の吸光体を沈める。吸光体は、黒色のポリアセタールとして、約５ｍｍ直径の球体とする。この球体の位置を制御できるように、自動ステージに接続された１ｍｍ径の細い金属棒に該球体を固定する。この水槽の各透明窓に、プローブを正確に位置決めして装着する。
【００１６】
ここでは、水槽の容積は、１４０ｍｍ×１４０ｍｍ×６０ｍｍである。黒色のアクリル板の厚さは、４ｍｍである。８つの透明窓は、２種類の大きさの円形の透明窓Ａ、Ｂで構成されている。透明窓Ａ、Ｂは、４つずつある。透明窓Ａの直径は９ｍｍ、透明窓Ｂの直径は１２ｍｍである。透明窓Ａ、Ｂの厚さは、いずれも１．５ｍｍである。
【００１７】
図３には、８つの透明窓のレイアウトが示されている。８つの透明窓は、透明窓Ａ、Ｂが隣り合うようにＸ方向及びＹ方向に等間隔で格子状に配置されている。ここでは、各透明窓Ａには検出モジュールＤＭが装着され、各透明窓Ｂ（Ｂ１〜Ｂ４）には光源モジュールＬＭが装着される。隣り合う２つの透明窓の中心間の距離は、３０ｍｍである。
【００１８】
光源モジュールＬＭは、図４に示されるように、複数の発光部（面発光レーザ）を有する面発光レーザアレイチップと、該面発光レーザアレイチップからの光の光路上に配置されたレンズと、該レンズを介した光の光路上に配置されたプリズムと、面発光レーザアレイチップが実装されるセラミックパッケージ（不図示）やアナログ電子回路が実装されたフレキ基板（不図示）と、該フレキ基板に結線された配線及びコネクタ部（不図示）と、これらの構成要素が収容された筐体と、該筐体におけるプリズムを介した光の光路上に設けられ被検体と接触する透明樹脂からなる窓部材（光透過部材）と、プリズムと窓部材との間の光の一部の光路上に配置された４つの受光素子（図４には、４つの受光素子のうち２つのみが図示されている）と、４つの受光素子が実装される基板（不図示）などを含む。各受光素子としては、例えばフォトダイオード、フォトトランジスタ等が挙げられる。
【００１９】
そこで、光源モジュールＬＭでは、面発光レーザアレイチップからの光の光量を４つの受光素子の和信号でモニタし、適切な光量になるよう制御部にフィードバックする。制御部は、フィードバックされた情報に基づいて電源部（不図示）を介して適切な電流値で面発光レーザアレイチップの各発光部を駆動することで面発光レーザアレイチップの出力を一定に保つことができる。
【００２０】
光源モジュールＬＭは、被検体（透明窓Ｂ）に窓部材が＋Ｚ側から接触された状態で装着される。
【００２１】
検出モジュールＤＭは、図５に示されるように、黒い樹脂製の筐体、該筐体の先端（−Ｚ側の端）に取り付けられた弾性体からなる接触部材、筐体に収容された直径３ｍｍの半球レンズ（分割レンズ）及び４分割ＰＤアレイ（４つのフォトダイオード（ＰＤ）がアレイ状に配列されたもの）を含んで構成されている。筐体の先端及び接触部材には、アパーチャ（開口）が形成されている。検出モジュールＤＭは、被検体（透明窓Ａ）に接触部材が＋Ｚ側から接触された状態で装着される。なお、図５には、４つのＰＤ（受光部）のうち２つのみが図示されている。
【００２２】
分割レンズは、アパーチャの＋Ｚ側近傍に配置されている。そこで、光源モジュールＬＭから被検体に照射され該被検体内を伝播した光は、アパーチャを介して分割レンズに入射し、該分割レンズへの入射位置及び入射方向に応じた方向に屈折され出射される（図５参照）。
【００２３】
４分割ＰＤアレイは、分割レンズの＋Ｚ側に配置されている。そこで、分割レンズを介した光は、その進行方向（分割レンズからの出射方向）に応じて４分割ＰＤアレイの４つの受光部（ＰＤ）のいずれかに入射する。このようにして、検出モジュールＤＭでは、被検体から入射された光の入射角度を４つの角度範囲に分類できる。
【００２４】
制御部は、各透明窓Ａに装着された検出モジュールＤＭの４つのＰＤ（受光部）の受光量（計１６個のＰＤの受光量）を検出し、オペアンプにて電圧に変換して、記録部に記録する。データはサンプリングレートを１ｍｓｅｃで検出し、２０ｓｅｃ計測した数値を平均化する。１回の測定では１６個のＰＤのデータを取得する。
【００２５】
次に、光源モジュールＬＭについて詳細に説明する。光源モジュールＬＭの光源には、４０ｃｈの面発光レーザアレイチップ、すなわち発光部としてのＶＣＳＥＬ（面発光レーザ）を４０個有する面発光レーザアレイチップが採用されている。
【００２６】
この面発光レーザアレイチップからの光の光路上には、該光を略平行光とする直径３ｍｍのレンズが配置されている（図６参照）。このレンズの光軸は、Ｚ軸に平行となっている。面発光レーザアレイチップの出射面（発光面）とレンズの主点（レンズの光学的な中心）との距離は、該レンズの焦点距離ｆ（例えば９ｍｍ）に等しく設定されている。すなわち、面発光レーザアレイチップは、出射面がレンズの焦点位置に位置するように配置されている。なお、「レンズの焦点距離」は、レンズの主点と焦点との距離である。
【００２７】
そこで、面発光レーザアレイチップの例えば４０ｃｈ（４０個のＶＣＳＥＬ）を同時に点灯すると、プリズムの反射面で偏向された光の一部が被検体に照射され、該光の他の一部（残部の少なくとも一部）が４つの受光素子に照射される（図６参照）。なお、図６には、２つの受光素子のみが図示されている。ここでは、４つの受光素子は、プリズムからの光束のうち主光線（ガウス分布における光強度が最大の中央の光線）を含む光（例えば光束の断面内で相対強度がＮ％〜１００％の光）を通過させ、周辺の光（例えば光束の断面内で相対強度が０％〜Ｎ％の光）が照射されるように、すなわち光スポットの中央部（例えば光スポットの相対強度がＮ％〜１００％の部分）を通過させ、周辺部（例えば光スポットの相対強度が０％〜Ｎ％の部分）が照射されるように後述する回転軸の周辺に配置されている（図９参照）。なお、Ｎは、５％〜４０％であることが好ましく、１０％〜３５％であることがより好ましい。
【００２８】
制御部は、４つの受光素子の和信号をモニタし、面発光レーザアレイチップの出力を所望の出力に調整する。ここでは総出力が５０ｍＷ程度となるよう調整される。面発光レーザアレイチップから出射され、レンズを透過した光は、図６に示されるようにプリズムによって偏向される。
【００２９】
ここで、光源モジュールＬＭでは、窓部材は筐体に設けられた開口を塞ぐように筐体に取り付けられている。そこで、プリズムからの光束のうち主光線を含む光（光スポットの中央部）は、筐体の開口、窓部材を通過して被検体に照射される。
【００３０】
プリズムとしては、上記アクリル製の水槽と屈折率が同等のアクリル製のものが採用されている。プリズムの反射面は、該プリズムの径に合わせて設計され、該反射面の角度は、レンズを介した光が上記アクリル製の水槽に入射角５０°程度で入射するように設定されている。
【００３１】
水槽及びプリズムのアクリルと、ファントム（イントラピッド水溶液）との屈折率差は、スネルの法則によってファントム内での伝播角度が約６０°（図６中のθ１）になるように設定されている。面発光レーザアレイチップ、レンズ、プリズムは、Ｚ方向に延びる回転軸の周りに回転可能な回転ステージ（不図示）に取り付けられている。ここでは、回転ステージの回転軸は、筐体の開口（窓部材）を通っている。以下では、回転ステージの回転軸を単に「回転軸」とも呼ぶ。また、面発光レーザアレイ、レンズ、プリズムを併せて「照射部」とも呼ぶ。
【００３２】
図７（Ａ）〜図７（Ｃ）には、水槽内部側から光源モジュールＬＭを見た図が示されている。４つの受光素子は、筐体内における回転軸の周辺（プリズムと窓部材との間）に配置されている。
【００３３】
図７（Ａ）に示される例では、４つの受光素子は、回転軸に関して略軸対称に配置された一対の受光素子から成る受光素子対を２対含む。２対の受光素子対は、受光素子の並び方向が互いに直交している。
【００３４】
詳述すると、４つの受光素子は、回転軸のＸＹ座標を（０、０）としたときに４つの座標（Ｘ１、０）、（Ｘ２、０）、（０、Ｙ１）、（０、Ｙ２）に個別に配置されている（ただし、Ｘ２＝−Ｘ１、Ｙ２＝−Ｙ１）。そこで、以下では、４つの受光素子をＸ１、Ｘ２、Ｙ１、Ｙ２とも呼ぶ。
【００３５】
４つの受光素子は、回転ステージとは分離して設けられ該回転ステージが回転しても回転しない。なお、受光素子の数は４つが望ましいが、４つに限定されず、複数であれば良い。
【００３６】
また、受光素子が、面発光レーザアレイチップからの光スポットの周辺部が照射される位置に配置され、面発光レーザアレイチップからの光の光量や光スポットの位置が検出できれば、受光素子の配置は必ずしも軸対称でなくても良く、また、図７（Ｂ）に示されるように受光素子の形状が異なっていても良いし、図７（Ｃ）に示されるように受光素子が奇数個でも良い。また、受光素子は、複数に限らず、単数であっても良い。
【００３７】
４つの受光素子の出力信号に対する制御部での信号処理の流れを、図８を参照して説明する。先ず、面発光レーザアレイチップからの光の一部が４つの受光素子Ｘ１、Ｘ２、Ｙ１、Ｙ２に入射する。各受光素子では受光した光量に応じた電気信号が発生する。各受光素子からの信号は制御部へ送信される。制御部は、４つの受光素子Ｘ１、Ｘ２、Ｙ１、Ｙ２の出力信号ＳＸ１、ＳＸ２、ＳＹ１、ＳＹ２を和算した信号（ＳＸ１＋ＳＸ２＋ＳＹ１＋ＳＹ２）を用いて、面発光レーザアレイチップの光出力をモニタし、光出力が所望の値になるように面発光レーザアレイチップの駆動電流を調整する。
【００３８】
図９に示されるように、受光素子Ｘ１、Ｘ２は光スポットの外周部が照射される位置に配置される。ここでは、被検体内を通って検出モジュールＤＭに入射する光量が微弱であることから、多くの光を被検体に導くことがＤＯＴの精度向上の大前提となるためである。各受光素子に入射する光の光量は、光スポット全体の５％以上かつ２５％以下が望ましく、実施例１では１２．５％となるように受光素子が配置されている。ここでは、Ｘ方向に並ぶ受光素子Ｘ１、Ｘ２について説明したがＹ方向に並ぶ受光素子Ｙ１、Ｙ２についても同様である。
【００３９】
また、図８に示されるように軸対称に配置された２つの受光素子の出力信号の差分を制御部で求めることで、光スポット中心と回転軸のずれを検出できる。実施例１では、ＳＸ１−ＳＸ２やＳＹ１−ＳＹ２が光出力の差分である。例えば、図１０（Ａ）に示されるように光スポット中心が回転軸上にある場合、ＳＸ１−ＳＸ２＝０となるが、図１０（Ｂ）に示されるように光スポット中心が回転軸から左側（＋Ｘ側）にずれるとＳＸ１−ＳＸ２＞０、図１０（Ｃ）に示されるように光スポット中心が回転軸から右側（−Ｘ側）にずれるとＳＸ１−ＳＸ２＜０となる。ここでは、Ｘ方向について説明したがＹ方向についても同様である。
【００４０】
回転ステージ及び照射部を一緒に回転させることで、プリズムへの光の入射角、方位を変えることが可能となる。ここでは、図１１に示されるように、回転ステージの回転軸を中心として＋Ｘ、−Ｘ、＋Ｙ、−Ｙの４方位の計測を順次行うこととした。すなわち、４つの光源モジュールＬＭの位置（Ｂ１〜Ｂ４の４箇所）と４方位で４×４の１６回の計測を行うことになる。窓部材と水槽との間には、これらと屈折率が同等のジェル状の樹脂（図示せず）が介在（好ましくは充填）されている。これにより、窓部材と水槽との間での光の屈折や反射を防止できる。なお、プリズムの出射面を露出させ、該出射面を水槽（被検体）に接触させるようにしても良い。この場合も、プリズムと水槽と間に、これらと屈折率が同等のジェル状の樹脂を介在（好ましくは充填）させることで、プリズムと水槽との間での光の屈折や反射を防止できる。
【００４１】
このように、各光源モジュールＬＭでは、照射部を回転させることで、非平行な複数の光を被検体の同一位置に照射することが可能となる
【００４２】
次に、実際に非平行な複数の光が被検体の同一位置に照射されるかを確認する方法を説明する。図１２におけるＰ、Ｑは−Ｙの方位においてプリズムで偏向された２つの光を、Ｒは＋Ｙの方位においてプリズムで偏向された光を代表的に示している。
【００４３】
Ｐ、Ｑ、Ｒの発光源である３つの発光部を個別に発光させて発光毎にＳＹ１−ＳＹ２を測定し、Ｙ方向の光スポットのずれを比較する。このずれ量のばらつきが同一位置として問題のない範囲内（例えば数ｍｍの範囲内）にあれば、非平行な複数の光が同一位置に照射されていると判定することができる。
【００４４】
一方、求める検出精度に対して非平行な複数の光のずれ量が大きく、同一位置に照射されていないと判定される場合は、不図示の位置調整装置を用いて面発光レーザアレイチップの回転ステージ上における位置調整を行うことや、ずれ量、ずれ方向をパラメータとして保存して、シミュレーション時に位置ずれの影響を補正することもできる。なお、以上、Ｙ方向について説明したがＸ方向についても同様の議論が成立する。
【００４５】
上記位置調整装置としては、例えば、面発光レーザアレイチップを回転ステージ上でＸＹ平面に沿って移動させる構成及びＺ軸周りに回転させる構成の少なくとも一方を有するものであれば良い。具体的には、回転ステージ上をＸＹ平面に沿って移動可能かつＺ軸周りに回転可能なステージが挙げられる。
【００４６】
この位置調整装置による位置調整は、全ての非平行な複数の光のＸ方向、Ｙ方向の光スポットのずれが同一位置として問題のない範囲におさまるように行われる。
【００４７】
なお、全ての非平行な複数の光の光スポット中心が回転軸上にあることが理想的ではあるが、現実には光学系の高精度の光軸調整や実装精度が必要となり難しい。
【００４８】
ここでは、全ての非平行な複数の光の光スポット中心がＸＹ平面内の同一位置にあれば、回転軸上からずれていても良く、複数の受光素子に高い実装精度が要求されない。
【００４９】
すなわち、全ての非平行な複数の光の光スポット中心の回転軸からのＸＹ平面内でのずれ量及びずれ方向が同一となれば良く、該ずれ量が必ずしも０となる必要はない。
【００５０】
換言すると、｜ＳＸ１−ＳＸ２｜、｜ＳＹ１−ＳＹ２｜、ＳＸ１−ＳＸ２の符号、ＳＹ１−ＳＹ２の符号のいずれもが非平行な複数の光間で略等しくなれば良い。
【００５１】
次に、被検体内の情報の計測方法について、図１３に示されるフローチャートを参照して説明する。まず、はじめにプローブをセッティングする（ステップＴ１）。プローブとは、前述の如く検出モジュールＤＭ及び光源モジュールＬＭを意味する。ここでのセッティング対象のプローブは、４つの検出モジュールＤＭと１つの光源モジュールＬＭである。４つの検出モジュールＤＭは、図３に示される直径９ｍｍの４つの透明窓Ａに個別に装着される。１つの光源モジュールＬＭは、図３に示される透明窓Ｂ１に装着される。次に、制御部により、複数（例えば４つ）の受光素子の出力信号の和に基づいて発光強度（出力）がトータルで５０ｍＷ程度になるように電流値が設定される（ステップＴ１．５）。その後、光源モジュールＬＭの４０個のｃｈ（発光部）を同時に発光させる（ステップＴ２）。また、測定中は複数の受光素子で常に一定の光量になるようにリアルタイムでフィードバックされる。これにより、面発光レーザアレイチップ起因の光量ばらつきを抑制でき、測定系のＳ／Ｎ比が向上し、高精度なＮＩＲＳ測定が可能になり、高分解能化に繋がる。仮にプローブ密度を上げて高分解能化した場合には、プローブ本数が増え、その分装着に手間が掛かるが、実施例１ではプローブ密度を上げることなく、すなわち装着性を損なわずに高分解能化することができる。なお、ＤＯＴではプローブを頭部に装着して測定することを想定しており、その際、髪の毛をかき分けてプローブを頭皮に装着する必要があるため、プローブ本数が増加すると装着性が損なわれてしまう。
【００５２】
発光時間は２０ｓｅｃ程度であり、その間、４つの検出モジュールＤＭのＰＤの検出値を読み取り（ステップＴ３）、１ｍｓｅｃ間隔で検出した数点のデータ（検出値）を平均化する。そして、平均化された検出値、すなわち検出値の平均値を記録部に格納する（ステップＴ４）。ここで、計測は、＋Ｘ方向、＋Ｙ方向、−Ｘ方向、−Ｙ方向の４方位について行われる（ステップＴ５、Ｔ６）。具体的には、ステップＴ１の直後のステップＴ２〜Ｔ４は、照射部を＋Ｘ方向に配置した状態で行う。次いで、照射部を回転させて、＋Ｙ方向とする（ステップＴ６）。この状態でステップＴ２〜Ｔ４を行う。次いで、照射部を回転させて、−Ｘ方向とする（ステップＴ６）。この状態でステップＴ２〜Ｔ４を行う。次いで、照射部を回転させて、−Ｙ方向とする（ステップＴ６）。この状態でステップＴ２〜Ｔ４を行う。
【００５３】
次に、光源モジュールＬＭの装着位置を透明窓Ｂ１からＢ２、Ｂ３、Ｂ４に順次変更して、再度４方位の計測を行う（ステップＴ７、Ｔ８）。その後、吸光体の位置を移動させて、再度４方位、光源モジュールＬＭの４つの装着位置での計測を行う（ステップＴ９、Ｔ１０）。
【００５４】
格納されたデータは、それぞれ吸光体あり、なしのデータを以下のｒ（ｓ，ｉ，ｎ）（ｉ=１，２，３・・・Ｍ、ｎ=１，２，３・・・Ｋ））、ｒ（０，ｉ，ｎ）（ｉ=１，２，３・・・Ｍ、ｎ=１，２，３・・・Ｋ）とする。ｉはそれぞれの検出モジュールＤＭに付された番号である。ｎはそれぞれのグループに付された番号である。次にそれぞれの差分Δｒ（ｉ，ｎ）を計算する。
【００５５】
以下に、図１３のフローチャートに基づく上記計測方法で得られた計測結果から吸光体の位置（擬似生体の光学特性）を算出する方法について説明する。ここでは、逆問題推定アルゴリズムを利用する。逆問題を解く際には、まずは、計測、シミュレーションを行い、順問題にて、感度分布を作製する。そして、次の計測を行ったデータを取り込み、その値から逆問題推定を行う（図１４のステップＳ２１〜Ｓ２５参照）。図４４には、計算部のブロック図が示されている。先のモンテカルロシミュレーションに利用する各モジュール（プローブ）の位置や生体の屈折率、形状などの情報は記録部（Ｂ−１）に記録されている。この情報を元に先の順問題を行う。この計算には並列計算ができるＧＰＵ（マルチグラフィックスプロセッサ）を利用する。この利用により従来の計算速度に比べ飛躍的に早く計算ができる。計算によって得られた感度分布を再度記録部（Ｂ−１）に格納する。この計算結果と記録部（Ａ−３）に格納されている計測結果を中央処理装置（Ｂ−３）に入力して、該中央処理装置（Ｂ−３）において逆問題推定を行う。推定結果は中央処理装置（Ａ−１）を介して表示部に表示される（図４３参照）。
【００５６】
ところで、従来、順問題計算の際、生体などの散乱体の中では、光は、ほぼ等方的に散乱すると考えられてきた。このため、計算量が少ない拡散方程式を利用したシミュレーションが利用されてきた。しかし、近年の学会などでも、ｍｍ単位の微細なエリアでは、生体内での光伝播は、異方性を有していることが報告がされている。この異方性を反映したシミュレーションを行うためには、輸送方程式を利用するかモンテカルロシミュレーションを行う必要がある。
【００５７】
本実施形態では、光源からの出射光を偏向して被検体へ入射させているので、一般的に利用されている拡散方程式では、入射角の情報を反映することができない。輸送方程式を利用する方法が提案されているが、この計算には膨大な時間がかかることが知られている。
【００５８】
そこで、本実施形態では、モンテカルロシミュレーションが採用されている。モンテカルロシミュレーションは、フォトンが散乱媒質のなかで、散乱していく条件を、ランダム変数によって、確率的に表現し、そのマクロ的な振る舞いを観察する手法である。具体的には、フォトンが媒質を移動し、ある距離進むたびに、衝突し、その衝突によって方向性を変えていくようにモデル化する。このときのある距離の平均値が平均自由行程であり、散乱係数で定義され、方向の変化が異方性ｇによって定義されている。この衝突を繰り返し、定義されたエリア内をどのように伝播していくかを記録する。このようにモデル化されたフォトンを無数に計算することで散乱媒質の光の振る舞いをシミュレーションすることができる。モンテカルロシミュレーションによって、１つのフォトンがどのような経路で拡散していくかを記録する。
【００５９】
本実施形態におけるモンテカルロシミュレーションでは、フォトン数は１０９個、ボクセルを１ｍｍ立方体として、１２０ｍｍ×１２０ｍｍ×６０ｍｍの３次元エリアの計算を行う。ここでは、散乱媒質の散乱係数、吸収係数、異方性、屈折率をそれぞれ頭皮とほぼ同等の数値である７．８ｍｍ−１、０．０１９ｍｍ−１、０．８９、１．３７とする。この数値に合うように、前述したファントム（イントラリピッド水溶液）を調合し、光源モジュールＬＭ、伝播角、検出モジュールＤＭの位置など全てファントムと同じ状況でシミュレーションし、感度分布を算出する。
【００６０】
このとき、ボクセルの位置ｒに関して、通過したフォトン数をφ０（ｒ）とする。特に、光源モジュールＬＭの位置をｒｓとしたとき、ボクセルの位置ｒでのフォトン通過数をφ０（ｒｓ、ｒ）とする。次に、検出モジュールＤＭを配置していた位置に光源モジュールＬＭを配置して、再度、同数のフォトン数を計算する。検出モジュールＤＭをｒｄに設置していた場合には、ボクセルの位置ｒでのフォトン通過数をφ０（ｒ、ｒｄ）とする。
【００６１】
光の経路は、可逆であるため、この積は、ボクセルの位置ｒを通過して、光源モジュールＬＭから出射して、検出モジュールＤＭに入ったフォトン数に比例する。この積を検出モジュールＤＭに入る全てのフォトン数φ０（ｒｓ、ｒｄ）で規格化したものが次の感度分布Ａ（ｒ）となる。
【数１】
2016211936.tif 000003
【００６２】
この感度分布Ａ（ｒ）は、位置ｒにおける検出量への影響度を示す。ボクセルの位置ｒに吸光体が発生したときに、その発生によって、どの程度検出値が変化するかを示す。
【００６３】
上述のようにして算出された感度分布の一例が、図１５に示されている。ここでは、光源モジュールＬＭ、検出モジュールＤＭをそれぞれ、（Ｘ，Ｙ，Ｚ）＝（４５、６０、０）、（Ｘ，Ｙ，Ｚ）＝（７５、６０、０）に配置した。ボクセルは１ｍｍの立方体なので、これらの数値の単位ｍｍと等価である。各位置でのボクセルの感度は底を１０とした対数（常用対数）で示している。
【００６４】
次に、図１５から、ボクセル（ｘ、ｙ、ｚ）で、Ｙ＝６０、Ｚ＝１０のラインを、抜き出して感度を縦軸、横軸をｘ位置としてプロットした結果が図１６に示されている。このとき、伝播角として、Ｙ軸を法線とした平面上におけるＸ軸に対する角度を＋６０°とした場合と−６０°とした場合の結果が図１７に示されている。
【００６５】
図１６に示されるように、＋６０度と−６０度とでは、感度分布に相違が出ている。この相違が、分解能向上が可能となるかの指針となる。つまりは、この感度分布に相違が出ることは、２つの光源からの光の伝播経路が異なることを示している。もし同じ伝播経路であれば、伝播角を変えても、ほぼ同じ感度分布となるはずである。２つの光源からの光の伝播経路が違うことで、２つの光源からの光がそれぞれ異なる情報を収集していることになる。
【００６６】
これは、後述する逆問題推定に対して大きな価値を生み出している。先に述べたように光の伝播が単純な等方散乱ではなく、数ｍｍオーダーでは若干の異方性を有していることを示している。この数ｍｍオーダーでの相違が、数ｍｍオーダーの分解能を有する逆問題推定を実現する要因となっていると考えられる。この感度分布は、ファントムで実施される全ての光源モジュールＬＭ／検出モジュールＤＭ対に対して、全ての伝播角／検出角の条件で実施する。
【００６７】
次に、この感度分布を利用して、逆問題推定を行う。
【００６８】
吸光体の存在によっておきる吸収係数の変化δμａ（ｒ）が十分小さいと仮定するとＲｅｔｏｖの近似によって、以下の式が成り立つ。
【数２】
2016211936.tif 000004
【００６９】
νは媒質中の光の速さ、Ｓは単位時間当たりに光源モジュールＬＭから出る光の量、ｒｓは光源モジュールＬＭの位置、ｒｄは検出モジュールＤＭの位置、φ（ｒｓ、ｒｄ）は光源モジュールＬＭから出た光が検出モジュールＤＭに届く光量を表し、φ０は吸光体のない状態での光の強度を示している。この式が意味しているのは、吸光体のない状態での光の強度φ０が与えられれば、吸光体の存在によっておきる吸収係数の変化δμａ（ｒ）と観測値ｌｏｇφ（ｒｓ、ｒｄ）とを線形の関係に結びつけることができるということである。
【００７０】
このことを簡単に記述すると、以下の式となる。
Ｙ＝Ａ（ｒ）Ｘ
【００７１】
ここで、Ｙは吸光体の存在有無による観測値の変化であり、Ｘはボクセルの位置ｒでの吸収係数変化をしめす。このＡ（ｒ）は感度分布である。上記の式では、Ｘで表現している吸光体の位置や量の変化を与えることで、観測値Ｙがどのように変化するかがわかる。
【００７２】
逆問題推定では、この逆を行い、つまりは観測値Ｙを利用して吸光体の位置Ｘを推定する。先の位置計測方法で説明したように、吸光体の有無による変化をΔｒ（ｉ，ｎ）として計測している。このΔｒ（ｉ，ｎ）が観測値Ｙとなり、これよりＸを算出する。
【００７３】
一般的には、Ｌ２ノルム正則化という逆問題の推定手法を利用する。この手法では、以下に示すコスト関数Ｃを最小にするＸを算出する。
【数３】
2016211936.tif 000005
【００７４】
ここでＹは観測値、Ａは感度分布、λは正則化係数である。逆問題推定ではこのような手法が一般的であるが、本実施形態では、深さ方向も検出できるベイズ推定による逆問題推定を行う。このベイズ推定による逆問題推定については、次の非特許文献：T.Shimokawa,  T.Kosaka,  O.Yamashita,  N.Hiroe,  T.Amita,  Y.Inoue,  and  M.Sato,  "Hierarchical  Bayesian  estimation  improves  depth  accuracy  and  spatial  resolution  of  diffuse  optical  tomography,"  Opt.  Express  *20*,20427-20446  (2012)  
に詳細に記載されている。
【００７５】
この結果、図１８（Ｂ）に示されるような推定結果を導くことができる。図１８（Ａ）は吸光体の位置を示している。図１８（Ｂ）のグリッドは３ｍｍであり、３ｍｍの精度で実際の位置と一致することが判った。比較例として、４方位あるうちの１方位のみを利用し、検出した結果が図１８（Ｃ）に示されている。この比較例は、従来のＮＩＲＳ（ＤＯＴ）装置とほぼ同様の構成とである。比較例では、深さ方向の検出は不可能であり、かつ検出結果も非常に広がってしまう。
【００７６】
実施例１では、上記ベイズ推定により、吸光体の位置と深さを検出することが可能となる。また、吸光体の位置を変えて（図１９（Ａ）参照）、推定を行った結果（推定結果）が図１９（Ｂ）に示されている。この場合も吸光体の実際の位置を正確に推定できていることが判る。実施例１の方法により、吸光体の位置を高い分解能で検出することが可能となる。これに対し、比較例では、図１９（Ｃ）に示されるようにかなり広がった吸光体となっており、該吸光体の位置を正確に検出することができない。
【００７７】
また、実施例１では、プリズムと窓部材との間の光の光路上に配置された複数の受光素子により、面発光レーザアレイチップの光量を常に一定に保つことができるため、受光素子がない場合に比べて、より高い分解能で検出できる。これまでは事前に光量のキャリブレーションを行い、所望の光量になる電流値を事前に測定し、電流値を一定にして測定していた。しかし、レーザ自身の発熱の影響で時間とともに光量が不安定になり、分解能が低下していた。実施例１では先に述べたようにプローブセッティング後に光量を調整し、また光量をモニタし、常に一定光量になるよう、面発光レーザアレイチップへの駆動電流の電流値を設定することが可能になる。
【００７８】
以下に、本実施形態の実施例２について説明する。なお、実施例２の説明においては、適宜、実施例１にも関連する説明を行う。
《実施例２》
先ず、透明なアクリル製の水槽に注入されたイントラピッド水溶液（イントラピッド１０％濃度を１０倍に希釈）に、黒いインクを約２００ｐｐｍ程度となるように滴下し、ほぼ生体と同一の吸収係数及び散乱係数とする。この白濁したイントラピッド水溶液に、血流に模した黒色の吸光体を沈める。吸光体は、例えば黒色で直径約５ｍｍのポリアセタールの球体とする。この球体の位置を制御できるように自動ステージに接続された１ｍｍ径の細い金属棒に該球体を固定する。この水槽の側面、後述するプローブの位置を正確に決めて設置（装着）する。ここでは、上記アクリル製の水槽は、例えば１４０ｍｍ×１４０ｍｍ×６０ｍｍの容積で壁の厚さ１ｍｍの直方体形状の水槽である。光学センサ１０は、複数（例えば８つ）の光源モジュールＬＭを含む照射系と、複数（例えば８つ）の検出モジュールＤＭを含む検出系と、を備えている。複数の光源モジュールＬＭ及び複数の検出モジュールＤＭは、それぞれ制御部に対して電気配線を介して接続されている。
【００７９】
制御部は、各光源モジュールＬＭにおける光源の発光タイミングや各検出モジュールＤＭでの検出タイミングを制御して、得られた検出結果を記録部に転送する。また、制御部は、記録部に記録されているデータを読み取り、その数値を利用した計算を行い、その計算結果を表示部に表示させる制御を行う。
【００８０】
図２０に示されるように、８つの光源モジュールＬＭ及び８つの検出モジュールＤＭは、一例として、擬似生体（不図示）に対して、互いに直交するＸ方向及びＹ方向のいずれに関しても光源モジュールＬＭと検出モジュールＤＭとが隣り合うようにＸ方向及びＹ方向に等ピッチａでマトリクス状（２次元格子状）に配置される。図２０では、ＬＭは四角印で示され、ＤＭは丸印で示されている。光源モジュールＬＭは、図２１に示されるように、例えばレンズ、プリズム等の光学素子、複数の面発光レーザアレイチップが実装されたセラミックパッケージ（不図示）、該セラミックパッケージやアナログ電子回路が実装されたフレキ基板（不図示）、該フレキ基板に結線されている配線、コネクタ部（不図示）、これらが収容された筐体、被検体と接触する透明樹脂からなる窓部材などを含む。
【００８１】
面発光レーザアレイチップの各面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）の発振波長は、一例として７８０ｎｍ又は９００ｎｍである。この波長は血液中の酸素濃度で吸収係数が大きく変わることから選定している。光源モジュールＬＭでは、図２１に示されるように、発振波長が９００ｎｍの面発光レーザアレイチップ１及び発振波長が７８０ｎｍの面発光レーザアレイチップ２が並列に配置され、面発光レーザアレイチップ１の出射端近傍にレンズ１が配置され、面発光レーザアレイチップ２の出射端近傍にレンズ２が配置されている。各面発光レーザをｃｈ（チャンネル）とも称する。
【００８２】
各面発光レーザアレイチップからの光は、対応するレンズで屈折され、窓部材の内部に形成された反射部材としてのプリズムで所望の角度に偏向され（所定方向に反射され）、筐体外に出射される。面発光レーザアレイチップは、図２２に示されるように、一辺が約１ｍｍの正方形状であり、２次元配置された複数（例えば２０個）の面発光レーザを含む。
【００８３】
詳述すると、各面発光レーザアレイチップは、４つの面発光レーザをそれぞれが含む５つのグループ（ｃｈ群）を有している。ここでは、５つのグループのうち４つのグループの中心は、正方形の４つの頂点に個別に位置し、残りの１つのグループの中心は、該正方形の中心に位置している。
【００８４】
各グループの４つのｃｈは、上述の如くセラミックパッケージに実装され、ボンディングワイヤ（配線）を介して同一の電極パッド（電極パッド１〜４のいずれか）に接続されている。
【００８５】
セラミックパッケージは、フレキ基板の配線パターンに半田付けによって実装されている。フレキ基板には、スイッチング用の半導体や電流安定化用の半導体が配置されている。スイッチング用の半導体により、面発光レーザアレイチップのどのｃｈを発光させるかが制御される。スイッチング用半導体は、外部のシリアル信号によって、選択されたｃｈを発光させる。このシリアル信号用の信号線の一端、電源供給線の一端は、フレキ基板に接続され、該信号線の他端、電源供給線の他端は、制御部に接続されている。各ｃｈの発光光量は一定期間ごとに行うキャリブレーションによって一定になるように設定される。通常の使用方法では、５グループの発光を順次、短パルスで発光させる。このようなパルス発光は、発熱による温度上昇が避けられて、発光光量の安定化に適している。短パルスの発光をするたびに得られる検出モジュールでの検出値を積算して、平均化を取ることでノイズに強い検出となる。
【００８６】
以下に、光学センサ１０の光源として面発光レーザアレイチップを採用した理由を説明する。面発光レーザアレイチップでは、複数のｃｈを近接した位置に２次元に配列することができ、各ｃｈを独立に発光制御できる。そして、ｃｈの近傍に小型のレンズを設置することで出射光の進行方向を変えることができる。
【００８７】
また、ＤＯＴに用いられる光学センサでは、被検体への入射角をできるだけ精度良く制御することが求められる。一般的なＬＥＤ（発光ダイオード）は放射角が広いため、精度の良い平行光にするには、レンズを非球面にする必要がある。また、一般的なＬＤ（端面発光レーザ）は放射角が非対称であり、レンズで精度の良い平行光をつくるには、曲率が縦と横とで異なるレンズやシリンドリカルレンズを２枚組み合わせる必要があり、構成が複雑になり、実装も高精度なものが必要となる。
【００８８】
これに対し、面発光レーザはほぼ真円状のファーフィールドパターンを有しており、平行光を作るにも、球面レンズを１つ配置すれば良い。また、ＬＤから出射されるコヒーレントな光を利用する場合、被検体（散乱体）の中では、散乱光同士が干渉するスペックルが発生する。このスペックルパターンは、計測にノイズとして悪影響を与える。
【００８９】
ＤＯＴのように脳内の血流を見る場合には、その散乱回数が非常に多いので、それほど影響はない。しかし、皮膚表面で反射される光が、光源に直接戻ってくる戻り光の影響がある。戻り光は、ＬＤ内部の発振状態を不安定にして、安定動作ができなくなる。光ディスクなどでも、コヒーレントな光を安定的に利用する際には、正反射光が戻り光にならないように波長板などを利用している。しかし、散乱体に対する反射光の戻り光除去は難しい。
【００９０】
面発光レーザアレイの場合には、微小エリアに複数の光を同時に照射することが可能であり、その戻り光干渉を低下することが可能である（例えば特開２０１２−１２７９３７号公報参照）。
【００９１】
本実施形態（実施例１及び２）では、面発光レーザアレイチップからの光の光路上に凸面レンズ（単に「レンズ」とも称する）が配置されている（図２３参照）。
【００９２】
この凸面レンズの直径は１ｍｍであり、該凸面レンズの有効径εは６００ｕｍである。凸面レンズの焦点距離ｆは、６００ｕｍである。面発光レーザアレイチップは１ｍｍ角のチップであり、該面発光レーザアレイチップ内で最も離れた２つのｃｈの中心間距離ｄｍａｘは６００ｕｍである。このようにｄｍａｘとεとを一致させることで、凸面レンズの直径を最小にすることができる。
【００９３】
ここで、凸面レンズと面発光レーザアレイチップは、凸面レンズの主点（光学的な中心）と面発光レーザアレイチップの発光面（出射面）との凸面レンズの光軸方向の距離Ｌが例えば３００ｕｍになるように位置決めされている。すなわち、ｆ≠Ｌとなっている。
【００９４】
この場合、面発光レーザアレイチップから出射され凸面レンズを透過した光がプリズムなどで正反射され、該凸面レンズで面発光レーザアレイチップに集光される現象（戻り光現象）を回避することができる。このように、戻り光が発生しないため、面発光レーザアレイチップの各ｃｈの発光光量を安定化することが可能となる。但し、戻り光の影響を考慮しない場合（ＮＩＲＳに高分解能を求めない場合）には、ｆ＝Ｌであっても構わない。
【００９５】
また、図２４に示されるように、凸面レンズと面発光レーザアレイチップとの間は透明樹脂で満たされ、空気層が介在しないようにされている。透明樹脂としては、屈折率が凸面レンズと同等の樹脂（例えば熱硬化型のエポキシ系の樹脂）が用いられている。すなわち、凸面レンズと面発光レーザアレイチップとの間の各界面を境に屈折率が変化しない。透明樹脂は、凸面レンズの固定前に金型で成形しても良いし、凸面レンズを固定後、注入しても良い。
【００９６】
このように、凸面レンズと面発光レーザアレイチップとの間が透明樹脂で満たされることにより、面発光レーザアレイチップから出射された光が凸面レンズの面発光レーザアレイチップ側の表面で反射すること、すなわち戻り光の発生を防止できる。戻り光が発生しないため、各ｃｈの発光光量を安定化することが可能となる。各ｃｈの光量が安定すれば、測定系のＳ／Ｎ（シグナル／ノイズ）比が良好になり、高精度なＮＩＲＳ測定及び高い分解能を実現できる。
【００９７】
凸面レンズは、図２５に示されるように、面発光レーザアレイチップが実装されたパッケージにサブマウントを介して固定されている。面発光レーザアレイチップは、チップ上の電極（チップ電極）がパッケージ上のＰＫＧ電極にワイヤーによって電気的に接続される。ワイヤーは、高さ数１０ｕｍ程度となるため、サブマウントと干渉しないように設計される。凸面レンズの固定位置Ｌ（面発光レーザアレイチップの発光面と凸面レンズの主点との距離）は、このワイヤーの高さの制約を受ける。つまりは、ワイヤーを利用する場合には、サブマウントを回避する構造にしたり、ワイヤーの高さを１００ｕｍ以下にすることが必要となる。すなわち、−１００ｕｍ＜ｆ−Ｌ＜０が成立することが好ましい。但し、図２５では、図２４に示される透明樹脂の図示が省略されている。
【００９８】
面発光レーザの出射面から出射される光は、ほぼ円形であり、その発散角は半値幅で５度程度である。一般的なＬＤのビームが楕円形であるので、回転方向の設置誤差を考慮する必要があるが、面発光レーザはそれを考慮する必要がないメリットがある。また、円形であるため、逆問題を解く際に利用する光学シミュレーションをするにも、対称性を利用した近似などがしやすいメリットがある。
【００９９】
面発光レーザから出射されたビームは近傍に配置された凸面レンズによって屈折される。その屈折角は面発光レーザとレンズ中心（レンズの光軸）との相対位置によって決定される。そこで、面発光レーザアレイチップの各グループの位置とレンズの位置を適切に設定することで、所望の屈折角を得ることができる。
【０１００】
実施例２では、この屈折角が２０度程度になるようにｃｈと凸面レンズの光軸との相対位置が設定されている。面発光レーザアレイチップでは、各ｃｈは独立に発光制御できるので、発光させるｃｈを選択することで、光源モジュールＬＭから出射される光の方向を変えることができる。
【０１０１】
図２６には、光学シミュレータで光学設計した光線図の一例が示されている。ここでは、面発光レーザアレイチップを模した３つのｃｈ（光源）、及び該３つのｃｈの近傍に直径１ｍｍ、ｆ＝６００ｕｍのレンズを配置している。３つのｃｈのうち１つのｃｈは、レンズの光軸上に配置され、他の２つのｃｈは、レンズの光軸の一側及び他側に個別に配置されている。光軸上のｃｈ以外のｃｈからの光はレンズで屈折され、伝播方向（進路）が曲げられる。すなわち、光軸上のｃｈ以外の２つのｃｈからの２つの光は、レンズの光軸に対して約２０度の角度で該光軸に対して互いに逆方向に出射されることになる。
【０１０２】
ここでは、光源モジュールＬＭは、被検体への光の入射角が約５５度になるように設計されている。具体的には、光源モジュールＬＭは、図２１に示されるように、凸面レンズからその光軸に対して約２０度傾斜した方向に出射された複数の光を複数のプリズムによって個別に偏向することで、該複数の光それぞれのレンズの光軸に対する角度を約２０度から約５５度に変換し、被検体の表面に入射するように設計されている。
【０１０３】
なお、プリズムは、光を反射するものであれば良く、例えば金属膜が成膜されたガラス基板を用いてもよい。また、例えば、屈折率差によって起きる全反射現象を利用したプリズムを採用しても良い。その一例として、図２７に光学シミュレーションの結果が示されている。ＶＣＳＥＬから出射された光線は、凸面レンズで屈折した後、プリズムに入射する。
【０１０４】
ここでは、プリズムの材料はＢＫ７とされているが、一般的な光学材料でも良い。プリズムに入射した光は、プリズム側面（反射面）で全反射され、被検体に約５５°の入射角で入射される。すなわち、凸面レンズを介した光は、被検体への光の入射角が５５°程度になるようにプリズムで偏向される。この際に、プリズムと被検体との界面での光の散乱を防止するために、プリズムと被検体との間に透明のジェルが介在されている。ここでも、面発光レーザアレイチップからの複数の光は、凸面レンズで非平行の複数の光とされ、プリズムで反射され、被検体に入射される。結果として、非平行な複数の略平行光が被検体の同一位置に入射される（図２７参照）。
【０１０５】
プリズムと被検体との屈折率差によるスネルの法則によって、光線の被検体内における伝播角度が約５５°から約６０°に変わる。
【０１０６】
凸面レンズ及びプリズムを含む光学系では、面発光レーザアレイチップの各ｃｈの位置が互いに異なることを利用して、被検体内での光の伝播角度を設定することができる。ここでは、各ｃｈ（ＶＣＳＥＬ）の中心を凸面レンズの光軸から２００ｕｍ程度ずらすことで、該ｃｈから出射された光を被検体内での伝播角度を６０°程度に設定できている。この際、複数のｃｈから出射された複数の光は、凸面レンズの出射面の異なる複数位置から非平行な複数の略平行光として出射される。
【０１０７】
図２８には、比較例として、レンズを焦点距離ｆ＝６００ｕｍに対し、固定位置をＬ＝１．６ｍｍとしたときの光学シミュレーションの結果が示されている。Ｌとｆとの差が１ｍｍ以上になると、図２８のようにビームが大きく広がってしまう。このようにビームが広がる場合、被検体の入射面を大きくする必要がある。しかし、実際にＮＩＲＳとして実用的な大きさとしてはφ２ｍｍ程度が限界である。この制約は、人間の毛根の間隔が２ｍｍ程度であり、これ以上大きい面積では、光学上、髪の毛が邪魔になってしまい高い分解能のＮＩＲＳを実現できない。つまりは、ｆとＬとの差は１ｍｍ未満であることが望ましい。
【０１０８】
図２１に示されるレンズ１、２は、設計した位置に正確に安定して配置されるように、面発光レーザアレイチップが実装されているセラミックパッケージに直接固定されている。
【０１０９】
図２６では、レンズの凸面が面発光レーザ側に向けられているが、その逆でも構わない。図２６に示されるように、レンズの凸面が面発光レーザ側を向き、レンズの平面部分が被検体側を向くように配置することで、面発光レーザチップとレンズとの距離を長くとることができる。チップ実装のプロセス上では、実装する際に部品をピックアップするアームや部品同士が干渉するのを防ぐために、ある程度許容距離が長い方が好ましい。
【０１１０】
レンズは光を屈折させる光学部品であれば良く、光ファイバの屈折率分布を利用したＧＲＩＮ（Ｇｒａｄｉｅｎｔ  Ｉｎｄｅｘ）レンズのようなものを利用してもよい。ＧＲＩＮレンズを用いることで、球面レンズを利用するよりも、一般的に球面収差が小さく、低コストでｆ値の小さいものを選択できるメリットがある。
【０１１１】
実施例２では、レンズの中心よりもレンズの端部に光を入射させるため、球面収差が小さい方が望ましい。
【０１１２】
以上の説明から分かるように、光源モジュールＬＭからは、互いに非平行な複数の光が出射される（図２１、図２７参照）。
【０１１３】
そして、光源モジュールＬＭからの互いに非平行な複数の光は、被検体の同一位置に入射する（図２１、図２７参照）。
【０１１４】
この「同一位置」は、例えば光源モジュールＬＭが約６０ｍｍ間隔で配置されている場合に、その６０ｍｍに対して同一の位置を意味しており、互いに数ｍｍ程度離れた複数位置も同一位置と言って差し支えない。つまり、「同一位置」の「同一」は、厳密な意味での同一ではなく、「ほぼ同一」もしくは「概ね同一」と言い換えても良い。
【０１１５】
後に逆問題を解くアルゴリズムを説明するが、その際に光源モジュールＬＭの位置を設定した光学シミュレーションを行う。この光学シミュレーションを行う際に、被検体への入射位置のずれを正確に設定することで、逆問題の推定には誤差を生じない。これは発振波長が異なる複数のｃｈを有する面発光レーザアレイチップにおいても同様であり、発振波長が異なる複数のｃｈからの複数の光の入射位置が数ｍｍずれていても、該複数の光の入射位置は、同一位置と言って差し支えない。該複数の光の入射位置のずれを検出するために、かつ該複数の光の光量をモニタするために、実施例２でも、光源モジュールＬＭの筐体の出射端付近に複数の受光素子を設けている（図２９（Ｃ−１）参照）。
【０１１６】
また、図２９（Ａ）に示される、生体に互いに平行な複数の光を入射させる比較例の光源モジュールでは、生体の表面付近に変質部分がある場合、検出誤差が生じてしまう。「変質部分」とは光学特性が特殊な部分を意味し、例えば毛根や着色した皮膚などがそれにあたる。このような変質部分があると、比較例では、光源１、光源２からの光が被検体の異なる位置に入射するため、例えば光源２からの光のみが変質部分を通過するようなケースが発生する。光源１と光源２の差分を計算する際には、この変質部分がノイズとなってしまう。
【０１１７】
これに対し、本実施形態では、図２９（Ｂ）に示されるように、光源１、光源２からの光は、皮膚表面の「同一位置」を通過するため、光源１、光源２の一方からの光が変質部分を通過するときは、他方からの光も該変質部分を通過する。また、光源１、光源２の一方からの光が変質部分を通過しないときは、他方からの光も該変質部分を通過しない。詳述すると、光源１、光源２からの光は、皮膚表面近傍では同一光路であり、深さ方向に異なる光路を通過する。すなわち、皮膚表面近傍での相違には鈍感であるが、脳組織近傍では相違に敏感な構成となっている。皮膚表面付近のノイズを小さくすることで、分解能が向上する。
【０１１８】
また、実施例２では、図２９（Ｃ−１）〜図２９（Ｃ−４）に示されるように、光源モジュールＬＭの筐体に設けられた窓部材に、例えば遮光性を有する弾性体（例えばゴム、ウレタン等）からなり、被検体と接触する接触部材が取り付けられている。この接触部材の中央には、開口部が形成され、該開口部の周辺に複数（例えば４つ）の受光素子が設けられている。そこで、プリズムからの光束のうち主光線を含む光（光スポットの中央部）は、筐体の開口、窓部材、接触部材の開口部を通過して被検体に照射される。
【０１１９】
図２９（Ｃ−２）〜図２９（Ｃ−４）は、接触部材と４つの受光素子を被検体側から部分的に拡大して見た模式図である。図２９（Ｃ−２）〜図２９（Ｃ−４）では、４つの受光素子と接触部材の配置を分かりやすくするために、相対的な大きさが実際とは異なるように描かれている。
【０１２０】
受光素子の配置としては、様々な態様が考えられる。
【０１２１】
例えば、図２９（Ｃ−１）においては、接触部材の開口部の周辺部に４つの受光素子がＺ方向から見て開口部にはみ出さないように配置されている。この場合、開口部が出射口（被検体に向けて出射される光の出口）となる。
【０１２２】
例えば、図２９（Ｃ−２）においては、接触部材の開口部の周辺部に４つの受光素子がＺ方向から見て開口部にはみ出すように（開口部内に一部が位置するように）配置されている。この場合、開口部における４つの受光素子の該開口部にはみ出した部分を除く領域が出射口となる。
【０１２３】
例えば、図２９（Ｃ−３）においては、接触部材の開口部の周辺部に電気的に４分割された（電気的に分離された４つの受光領域を含む）単一の受光素子が該開口部の外周の略全域を取り囲むように配置されている。この場合、受光素子によって囲まれた領域は、Ｚ方向から見て、接触部材の開口部（出射口）に一致するため、実質的に出射口となる。この場合、受光素子が、入射光を整形するアパーチャとしても機能する。
【０１２４】
なお、図２９（Ｃ−３）では、電気的に４分割された１つの受光素子に代えて、４つの受光素子を用いても良い。
【０１２５】
受光素子は、接着、製膜、固定など様々な方法で実装することが可能である。
【０１２６】
また、実施例２では、筐体に設けられた窓部材及び接触部材に透明なジェルを滴下し、窓部材及び接触部材と被検体表面との間に透明なジェルを介在させ、空気が入らないようにする。
従来の光源モジュールでは、空気中に一旦放射された光が皮膚表面から体内に伝播していく。このとき、空気中の屈折率１．０と生体の屈折率１．３７との間で、屈折率差が生じてしまう。屈折率差が生じることで、反射及び散乱が起きてしまう。また、生体外の空気に比べ、光が伝播する生体内の屈折率が小さいため、入射角に対して生体内の伝播角（生体内伝播角とも呼ぶ）は小さくなってしまう。界面での光の屈折はスネルの式を利用すると理解できる。このスネルの式は屈折率のみで記述できる。
【０１２７】
図３０は、屈折率、１．０（空気：入射側）と１．３７（生体：伝播側）との界面での入射角と生体内伝播角度との関係（光の屈折）がグラフで示されている。図３０から分かるように、生体への光の入射角は６０度であっても、生体内での光の伝播角は４０度と小さくなってしまう。このため、生体内での光の伝播角が仮に６０度以上必要であっても、空気中からの光の入射では実現できないことがわかる。つまりは、一旦空気に放出された光で生体内における大きな伝播角を作ることは難しい。
【０１２８】
そこで、実施例２では、光源モジュールＬＭの窓部材の材料である透明樹脂の屈折率が、生体の屈折率１．３７よりも大きい屈折率（例えば１．５以上）に設定されている（図３１参照）。この場合、光源モジュールＬＭから入射角６０度で直接的に生体に入射された光の生体での伝播角は７０度を越える。光源モジュールＬＭの設計を考える際には、この角度をできるだけ小さくした方が、光源モジュールＬＭを小型化できるなどのメリットがある。
【０１２９】
以上のように構成される実施例２の光源モジュールＬＭでは、図２１に示されるように、面発光レーザアレイチップからレンズの光軸に平行な方向に出射された光は、レンズで屈折され、レンズの光軸に対して約２０°傾斜する方向に進行し、窓部材に入射する。この窓部材は屈折率１．５程度に設定されている。レンズを介した光は、窓部材に入射するときに屈折するが、入射角度が深いため、大きな屈折ではない。窓部材に入射した光は、プリズムの反射面で偏向され、レンズの光軸に対して約５５°傾斜する方向に進行する。この５５°の角度は、屈折率１．５の窓部材の中での角度であり、図３１に示されるように、生体内（屈折率１．３７）での伝播角は約６０°となる。
【０１３０】
光源モジュールＬＭから光が直接的に擬似生体内に伝播するためには、擬似生体と光源モジュールＬＭの界面に入る空気層を除去する必要がある。この空気層の除去のために、ここでは透明なジェルを利用した。ここで用いた透明なジェルはグリセリン水溶液であり、疑似生体との整合性が良いものを選択した。また、透明なジェルは揮発性を調整し、検査中、すなわち光源モジュールＬＭに蓋がされている間は蒸発することなく、検査終了後は適当なタイミングで揮発もしくは疑似生体にしみこむように調整した。透明なジェルの光学特性は、波長７８０ｎｍ付近では透明で、屈折率を疑似生体表面に近いものに調整する。ここでは、屈折率が１．３７程度となるように調合した。この調合によって、擬似生体表面に凹凸があろうとも、その凹凸表面の屈折率差はなく、反射がまったくない状態にできる。これによって疑似生体表面での反射をほぼなくすことができた。また、疑似生体との界面が物理的に凹凸であっても、光学的には凹凸はないので、散乱が起きない。この結果、光源モジュールＬＭからの光の出射角度に応じた適切な伝播方向で正確に疑似生体内部に伝播させることができる。一般的に擬似生体内部の伝播は散乱を強く起こすが、皮膚表面での散乱も小さくない。これによって、光の異方性を大きく確保できる。異方性が大きく取れることによって、光源モジュールＬＭからの複数の光の擬似生体への入射角を大きく変えることができ、後述するように検出モジュールＤＭへの複数の光の入射角を大きく変えることができる。
【０１３１】
検出モジュールＤＭは、図３２に示されるように、筐体、光学素子、受光部及びアナログ電子回路が実装されたフレキ基板（不図示）、該フレキ基板に接続された配線、コネクタ部（不図示）を含んで構成されている。
【０１３２】
検出モジュールＤＭでは、図３３に示されるように、光源から擬似生体に照射され該擬似生体を伝播した光を複数の光に分割して複数の受光部に導くこととしている。
【０１３３】
従来技術（特開２０１１−１７９９０３号公報参照）では、蛍光を利用したＤＯＴにおいて、被検体から多角度で出射される複数の光に対応させて受光部を配置している。しかし、この受光部の配置では、受光部に入射する光は、被検体からの全ての出射角度の光である。
【０１３４】
これに対し、本実施形態の検出モジュールＤＭは、被検体の「同一位置」からの光を分割して、個別に検出している。先の光源モジュールＬＭでも説明したように、光学シミュレーションの際に設計できるので、「同一位置」の精度は、ｍｍオーダーの位置の相違は問わない。
【０１３５】
以下に、検出モジュールＤＭについて詳しく説明する。検出モジュールＤＭは図３４に示されるように、黒い樹脂製の筐体、該筐体の先端に取り付けられた弾性体からなる接触部材、筐体に収容された透明な分割レンズ及び４つの受光部を含んで構成されている。筐体の先端及び接触部材には、アパーチャ（開口）が形成されている。
【０１３６】
接触部材としては遮光性を高めるために黒いゴム製のものを利用している。この接触部材のアパーチャから分割レンズの中央部（φ１ｍｍ程度）が数１００ｕｍ程度筐体外に突出している。この部分が生体表面に接触するため、光学的にも空気が内在することなく、フレネルの屈折や、散乱などが抑制される。
【０１３７】
また、検出モジュールＤＭでも、前述した透明ジェルを利用することで安定性がさらに向上するため、透明ジェルを利用する。分割レンズは透明樹脂からなり、屈折率は１．８程度である。分割レンズは、筐体に固定されている。
【０１３８】
アパーチャは、筐体の先端及び接触部材を貫通する例えば約１ｍｍ程度の円形の穴であり、被検体内を伝播して出てくる光の位置を限定する機能を有している。この位置から出てくる光は異なる複数の方向を向いており、アパーチャで入射位置を規定し、その後、入射光を分割レンズで複数の光に分割し、該複数の光を個別に検出することができる。
【０１３９】
上述した被検体からの光が「同一位置」から受光部に入射されることは、このアパーチャによって実現されている。
【０１４０】
アパーチャを通過してきた光は、その光が持つ伝播方向によって、分割レンズによって異なる方向に屈折されるため、受光部への入射位置が異なる。
【０１４１】
分割レンズは、球面レンズで、直径は３ｍｍ程度、焦点距離ｆは３ｍｍ程度である。
【０１４２】
実施例２では、分割レンズでの光の分割数を４とし、２次元配列された４つの受光部（ＰＤ：フォトダイオード）を含むＰＤアレイ（フォトダイオードアレイ）を用いている。
【０１４３】
図３４では、４つの受光部（ＰＤ）のうち２つの受光部１、２のみが示されている。ここでは、ＰＤアレイは一辺の長さが約３ｍｍの正方形状であり、各ＰＤは一辺の長さが１．４ｍｍの正方形状である。図３４に示されるような角度θ２を定義し、ＰＤアレイとアパーチャの距離は、約５ｍｍ程度にした。
【０１４４】
図３４では、分割レンズの片面は平面で、片面のみ球面を有している。平面の方を擬似生体に接触させている。アパーチャの位置は、レンズのフォーカス位置とはずれているので、平行光を作り出すことはできていないが、ＰＤアレイに入射する光を限定する機能を有している。
【０１４５】
この光学系について簡単な光学シミュレーションをしたところ、概ね−１０°＜θ２＜５０°の光は受光部２に入射し、概ね−５０°＜θ２＜１０°の光は、受光部１に入射することが判った。つまり、擬似生体内を伝播しアパーチャから出射された光は、出射角度によって、複数の光に分割され、該複数の光それぞれは、４つの受光部のいずれかに入射される。
【０１４６】
実施例２では、分割レンズには球面レンズを利用しているが、非球面レンズを利用して、角度をより広く検出することも可能である。この分割精度及び分割数は、後述する逆問題の推定精度と相関があるため、所望の推定精度から必要な光学系が決まる。本実施形態では、球面レンズ、分割数４が採用されている。
【０１４７】
各ＰＤは電気配線され、オペアンプに接続されている。アンプには半導体のオペアンプが利用され、電源電圧を５Ｖ供給する。検出される光量は非常に小さいため、オペアンプでの倍率は高く、２段階のアンプ構成とされている。前段で約５桁程度の倍率をかけ、後段では３桁程度の倍率をかける。
【０１４８】
実施例２において、擬似生体に内在する吸光体の位置測定方法（被検体の光学特性検出方法）を、図３５に示されるフローチャートを参照して説明する。
【０１４９】
先ず、プローブ（光源モジュールＬＭ及び検出モジュールＤＭ）を擬似生体にセッティング（装着）する（ステップＳ１）。この際、アクリル水槽と各プローブとの間に透明ジェルを塗布し、透明ジェルに気泡が入らないように、プローブを１本１本確認しながら慎重に、固定部材によって決められた位置にセッティングする。
【０１５０】
プローブは、光源モジュールＬＭが８個、検出モジュールＤＭが８個の計１６個であり、光源モジュールＬＭと検出モジュールＤＭを交互に格子状に等ピッチで配置する（図２０参照）。格子のピッチ（格子点間隔）が３０ｍｍであり、光源モジュールＬＭと検出モジュールＤＭとの間隔が３０ｍｍとなる。
【０１５１】
この状態で、任意の一の光源モジュールＬＭのｃｈを発光させ、光源モジュール内に内蔵されている受光素子で光量をモニタし、所望の光量になるよう調整する。ここでは、発光を１グループ（４ｃｈ）毎に行い、発光強度は４ｍＷ程度になるように、電流値が決定される（Ｓ１．５）。また、測定中も常に受光素子で光量をモニタし、一定の光量になるよう電流値が調整させる。これにより高精度なＮＩＲＳ測定が可能になり、高分解能化に繋がる。
【０１５２】
この状態で、任意の一の光源モジュールＬＭのｃｈを発光させる（ステップＳ２）。発光は、１グループ（４ｃｈ）毎に行い、発光強度は４ｍＷ程度になるように、電流値が決定される。発光時間は１０ｍｓｅｃ程度であり、その間、全てのＰＤでの検出値を読み取り、１ｍｓｅｃ間隔で検出した数点のデータを平均化する（ステップＳ３）。そして、平均化された数値を記録部に格納する（ステップＳ４）。次のグループも同様に１０ｍｓｅｃの発光及び計測、データ格納を繰り返す（ステップＳ５、Ｓ６、Ｓ１．５〜Ｓ４）。なお、一の光源モジュールＬＭにおける、発振波長が７８０ｎｍの面発光レーザアレイチップの４ｃｈの発光と、発振波長が９００ｎｍの面発光レーザアレイチップの４ｃｈの発光を、同様に順次行う。
【０１５３】
ただし、以下のデータ処理では、２波長をほぼ同様に扱い、単に同じ位置での計測を２回ずつ同様に行ったことになる。本来の血流の変化を検出するときには、この２波長での差を利用することで、酸化ヘモグロビンと還元ヘモグロビンとの個別に検出するが、本実施形態では、発振波長が異なる２つの面発光レーザアレイチップを用いて１回ずつ計測することで、チップのばらつきによるノイズを低減することができる。
【０１５４】
一の光源モジュールＬＭの全てのグループの発光及び計測が終了したら、次の光源モジュールＬＭの発光を行う（ステップＳ７、Ｓ８、Ｓ１．５〜Ｓ４）。ここでの発光も、同様に１グループ（４ｃｈ）ずつ順次行う。全ての光源モジュールＬＭによる発光及び計測が終了したら、吸光体をセッティングする（ステップＳ９、Ｓ１０）。吸光体のセッティングは、位置を再現性良く正確に実現できるように光学ステージを用いて行う。この吸光体をセッティングした状態で、再度、ｃｈ発光からＰＤの数値の記録を行う（ステップＳ１．５〜Ｓ９）。
【０１５５】
格納されたデータは、それぞれ吸光体あり、なしのデータを以下のｒ（ｓ，ｉ，ｎ）（ｉ=１，２，３・・・Ｍ、ｎ=１，２，３・・・Ｋ））、ｒ（０，ｉ，ｎ）（ｉ=１，２，３・・・Ｍ、ｎ=１，２，３・・・Ｋ）とする。ｉはそれぞれの検出モジュールＤＭに付された番号である。ｎはそれぞれのグループに付された番号である。次にそれぞれの差分Δｒ（ｉ，ｎ）を計算する。
【０１５６】
上記位置測定方法で得られた測定結果から吸光体の位置（擬似生体の光学特性）を算出する方法は、前述した図１３のフローチャートに基づく計測方法で得られた計測結果から吸光体の位置（擬似生体の光学特性）を算出する方法と同様であるため、説明を省略する。
【０１５７】
結果として、図３６に示されるような推定結果を導くことができる。図３６には、比較例として、面発光レーザアレイチップの５グループのうち中心の１グループ（図２２参照）のみを発光させ、かつＰＤアレイの４つのＰＤのうち１つのＰＤの検出値のみを利用して検出した結果も併せて示されている。それ以外は全て本実施形態と同様に数値処理する。この比較例は、従来のＮＩＲＳ（ＤＯＴ）装置とほぼ同様の構成である。
【０１５８】
本実施形態では、上記ベイズ推定により、吸光体の位置と深さを検出することが可能である。図３６に示された結果は、吸光体の位置を検出できた場合に○（丸）が表示されている。本実施形態では、吸光体の深さ方向（ここでは、図１５のＺ方向）の距離が大きくなると、光源モジュールＬＭからの距離が遠くなり、伝播可能な光の量が減ってしまう。このため、吸光体の位置の深さが深くなるほど検出が困難となる。本実施形態では、６ｍｍ程度までは検出できた。比較例は、一般的なＮＩＲＳ（ＤＯＴ）装置であり、ベイズ推定を利用しても深さ方向の検出はできなかった。深さを含めた吸光体の３次元位置をＤＯＴで高精度に検出するためには、一般に高密度なプローブ配置が必要であるが、本実施形態では低密度なプローブ配置でそれが実現できた。
【０１５９】
以上説明した本実施形態（実施例１及び２）の光学センサ１０は、被検体（擬似生体）に光を照射する、複数の光源モジュールＬＭ（光照射器）を含む照射系と、該照射系から照射され被検体内を伝播した光を検出する検出系と、を備え、複数の光源モジュールＬＭそれぞれは、非平行の複数の光を被検体の同一位置に照射する。
【０１６０】
この場合、被検体（散乱体）の同一位置に照射される互いに非平行の複数の光は、被検体への入射角度が異なり、異なる伝播経路をたどる（図３７参照）。
【０１６１】
この結果、被検体内部に関して得られる情報量が増加し、高分解能化を図ることができる。また、分解能が増すことで、同じ要求分解能に対しては、プローブ密度（単位面積当たりのプローブの数）を低下させることができ、装着性を向上させることができる。すなわち、高分解能化のためにプローブの配列ピッチを小さくする必要が無いので、使用するプローブの個数を低減でき、装着の手間を軽減できる。
【０１６２】
なお、被検体の同一位置に入射する複数の光が非平行であることは、複数の光が角度を成していることを意味する。つまり、複数の光の成す角が存在することで、該複数の光の被検体内での伝播経路を異ならせることができる。一方、仮に被検体の同一位置に入射する複数の光が互いに平行であると（例えば被検体の表面法線と平行であると）、該複数の光の被検体内での伝播経路は同じになってしまう。
【０１６３】
また、光学センサ１０は、光源モジュールＬＭの光源（面発光レーザアレイチップ）を制御する制御部を更に備え、光源モジュールＬＭは、光源からの光の光路上に配置され、非平行な複数の光を上記同一位置に向けて出射する、レンズ及びプリズムを含む光学系と、該光学系からの複数の光それぞれの一部を受光する少なくとも１つの受光素子と、を更に有し、制御部は、受光素子の受光量に基づいて光源の発光量を調整（制御）する。
【０１６４】
この場合、受光素子を用いて光源からの光の光量をモニタして面発光レーザアレイチップの出力を一定（所望の出力）に制御でき、更なる高分解能化を図ることができる。
【０１６５】
結果として、光学センサ１０によれば、被検体への装着性を低下させずに高分解能を得ることができる。
【０１６６】
また、光源モジュールＬＭは、光源及び光学系が収容され、該光学系からの光の他の一部（残部の少なくとも一部）を通過させる通過部が設けられた、筐体及び窓部材を含む収容体を更に有し、受光素子は、収容体における通過部の周囲部に設けられている。
【０１６７】
この場合、例えば光学系からの光を分離する光分離素子（例えばビームスプリッタ）を設けることなく、該光の一部を受光素子に照射し、かつ他の一部を被検体に照射することができる。また、光学系からの非平行な複数の光それぞれの通過部及び受光素子への入射位置の位置ずれを検出でき、その検出結果に基づいて例えば光源の位置を調整することで入射位置の同一性を高めることができる。
【０１６８】
この結果、低コスト化及び更なる高分解能化を図ることができる。
【０１６９】
また、通過部には、光学系による光スポットの中央部が入射し、受光素子には、該光スポットの周辺部が入射するため、被検体に照射する光の光量を十分に確保しつつ光源の光量をモニタできる。
【０１７０】
また、収容体は、光源及び光学系が収容され、該光学系からの光の他の一部を通過させる開口が形成された筐体と、該開口を塞ぐように筐体に設けられた窓部材（光透過部材）と、を有する。
【０１７１】
この場合、筐体内を密閉しつつ筐体外に光を出射できる。すなわち、筐体内への異物の侵入を抑制しつつ被検体に光を照射できる。
【０１７２】
また、窓部材は、被検体よりも屈折率が大きいため、被検体への入射角に対して被検体内での伝播角（屈折角）を大きくすることができる。この結果、仮に空気中から被検体へ光を入射させる場合に比べ、同じ入射角でも伝播角が大きくなる。そこで、被検体の同一位置に異なる入射角で入射する２つの光の入射角の差よりも、これら２つの光の被検体内における伝播角の差の方が大きくなり、伝播経路を大きく異ならせることができる。結果として、さらなる高分解能化を図ることができる。
【０１７３】
また、収容体は、窓部材を透過した光を通過させる開口部が設けられ、被検体に接触する接触部材を更に有するため、被検体の所望の箇所（光を照射すべき個所）のみに選択的に光を照射することができる。なお、接触部材の大きさ（径）は、被検体における装着箇所（例えば頭皮）に選択的に接触可能な大きさに設定されることが好ましい。
【０１７４】
また、少なくとも１つの受光素子が複数の受光素子であり、該複数の受光素子が、通過部を通る所定軸（例えば回転ステージの回転軸）に関して略軸対称に配置された一対の受光素子から成る受光素子対を少なくとも１つ含む場合には、該受光素子対の一対の受光素子の並び方向に関する光スポットの所定軸からの位置ずれを検出できる。
【０１７５】
さらに、少なくとも１つの受光領域対が、受光素子の並び方向が互いに直交する２つの受光素子対を含む場合には、２つの受光素子対が配置されている平面内における光スポットの所定軸からの位置ずれを検出できる。
【０１７６】
また、少なくとも１つの受光素子が、電気的に分離された複数の受光領域を含む単一の受光素子であり、複数の受光領域が、通過部を通る所定軸に関して略軸対称に配置された一対の受光領域から成る受光領域対を少なくとも１つ含む場合には、該受光領域対の一対の受光領域の並び方向に関する光スポットの所定軸からの位置ずれを検出できる。
【０１７７】
さらに、少なくとも１つの受光領域対が、前記受光領域の並び方向が互いに直交する２つの受光領域対を含む場合には、２つの受光領域対が配置されている平面内における光スポットの所定軸からの位置ずれを検出できる。
【０１７８】
また、光源は、アレイ状に配置された複数の発光部（面発光レーザ）から成る発光部群（面発光レーザアレイチップ）を少なくとも１つ有するため、小型のマルチ光源を構成できる。
【０１７９】
また、少なくとも１つの受光素子の受光量に基づいて発光部群（面発光レーザアレイチップ）の位置（ＸＹ座標）を調整する位置調整装置（調整手段）を更に備える場合には、非平行な複数の光の被検体への入射位置の同一性を高めることができ、より高分解能の計測を行うことができる。なお、発光部群の位置調整に代えて、回転ステージの回転軸やレンズの光軸のＸＹ座標を位置調整機構を用いて調整することでも、光スポットの位置を調整でき、入射位置の同一性を高めることができる。すなわち、「調整手段」は、光学系から出射された複数の光のうち少なくとも１つの光の通過部及び受光素子への入射位置を調整可能であれば良い。
【０１８０】
また、光学系は、発光部群からの複数の光の光路上に配置され、該複数の光を非平行な複数の光とするレンズを含み、該レンズの主点と光源との距離は、レンズの焦点距離と一致していない。
【０１８１】
この場合、戻り光が面発光レーザに集光することを防止でき、該面発光レーザの出力変動を防止できる。結果として、面発光レーザの発光光量を安定化でき、光学センサ１０における検出精度を向上させることができ、ひいてはＮＩＲＳの分解能を向上させることができる。
【０１８２】
一方、面発光レーザアレイがレンズの焦点位置に位置する場合、外部の反射面から反射された光が、レンズで面発光レーザに集光され、レーザ発振が不安定になる。これは、戻り光やｓｅｌｆｍｉｘｉｎｇ現象と呼ばれる現象であり、面発光レーザアレイが光学センサの光源として用いられる場合に、この現象が発生すると、発光光量が不安定となり問題となる（詳細な説明は、特開２０１１−１１４２２８号公報、特開２０１２−１３２７４０号公報に譲る）。
【０１８３】
また、光学系は、レンズを介した光の光路上に配置され、該光を前記通過部に向けて反射させるプリズム（反射部材）を有する。
【０１８４】
この場合、レンズからの光の進行方向を所望の方向に変えることができる。すなわち、被検体への入射角を所望の角度に設定することができる。
【０１８５】
また、レンズと光源との間は、屈折率がレンズと同等の透明樹脂で満たされている。
【０１８６】
この場合、レンズと面発光レーザアレイチップとの間の界面を境に屈折率が変化しないため、戻り光を抑制できる。この結果、面発光レーザアレイチップの発光光量を安定化でき、ひいてはＮＩＲＳの分解能を向上できる。
【０１８７】
また、検出系は、光源モジュールＬＭから被検体に照射され該被検体内を伝播した複数の光を個別に受光する複数の受光部（ＰＤ）を含む検出モジュールＤＭを複数有している。
【０１８８】
この場合、被検体内の異なる２つの伝播経路における２つの情報を個別に得ることができる。
【０１８９】
また、検出モジュールＤＭは、被検体と複数の受光部（ＰＤ）との間に配置され、被検体内を伝播した複数の光それぞれの一部を通過させるアパーチャ（開口）が設けられた接触部材及び筐体を有している。
【０１９０】
この場合、被検体の同一位置から筐体内に光を取り込むこと、すなわち被検体から筐体内に入射角がある程度限定された光のみを入射させることができ、複数の受光部に光を入射させ易くすることができる。
【０１９１】
また、検出モジュールＤＭは、アパーチャを通過した複数の光の一部を複数の受光部に個別に導く分割レンズ（受光用レンズ）を有している。
【０１９２】
この場合、アパーチャを通過した複数の光それぞれの一部を複数の受光部に個別に安定した光量で入射させることができる。
【０１９３】
また、本実施形態の光学検査装置１００及び被検体内部特性推定方法は、光学センサ１０を用いて被検体の内部特性を推定する。
【０１９４】
この場合、光学センサ１０での検出精度が高いため、被検体の内部特性を高精度に推定できる。
【０１９５】
また、光学センサ１０を用いて被検体の内部情報を計測する被検体内部情報計測方法は、少なくとも１つの受光素子の受光量に基づいて、光学系からの複数の光の通過部及び受光素子への入射位置のずれを検出する工程と、該検出する工程での検出結果に基づいて、調整手段を用いて複数の光のうち少なくとも１つの光の入射位置を調整する工程と、を含む。
【０１９６】
この場合、非平行な複数の光被検体への入射位置の同一性を高めることができ、より高分解能の計測を行うことができる。
【０１９７】
また、調整する工程では、非平行な複数の光の入射位置が略一致するように少なくとも１つの光の入射位置を調整するため、上記「入射位置の同一性」を極力高めることができる。
【０１９８】
以上のように、光学センサ１０は、簡易な構成により光の伝播異方性を効果的に利用して高分解能を達成できる光学センサであり、例えばＤＯＴ等の様々な分野での利用が期待される。
《第２実施形態》
【０１９９】
次に、本発明の第２実施形態について説明する。本実施形態では、上記第１実施形態で説明したプローブを実際の人体に適応する手法について説明する。ここでは、被検体を上記実施形態でのファントム（白濁水の入った水槽）から人体の頭部に変更し、吸光体を脳内血流とする。
【０２００】
本実施形態では、脳内の血流の分布を、正確に推定することを目的としている。本実施形態では、被験者（被検体）を計測し、そのデータを元に形状をモデル化し、モンテカルロシミュレーションを行う。核磁気共鳴画像法（以下ではMRIと略す: magnetic resonance imaging, MRI）を利用して、被験者の頭部形状を計測する。頭皮、頭蓋骨、脳脊髄液、大脳皮質との４つ部位の形状を画像から計測する。
【０２０１】
この３次元データは、高精度の検出をする際には必要なデータであるが、標準的な形状の脳モデルなどのデータで代替することも可能である。それぞれの部位には、それぞれ一般的な、散乱係数、異方性、吸収係数が知られているのでその数値を利用する。プローブは固定冶具にて、頭部に正確に固定し、設置した位置も正確に計測する。プローブ等は第１実施形態と同じであるので、ここでは説明を割愛する。それぞれの正確な形状、配置、それぞれの部位の数値を利用して、光学シミュレーションを行う。
【０２０２】
以下では、脳内の血流を計測する方法を、図３８に示されるフローチャートを参照して説明する。先ず、初めに、被験者に安静にしてもらい（ステップＳ３１）、プローブ（検出モジュールＤＭ及び光源モジュールＬＭ）を頭部にセッティングする。この際、毛髪などがプローブと頭皮の間に挟まらないように、プローブ１本１本を確認しながら慎重に、固定部材を用いて決められた位置にセット（設置）する。この状態で、ｃｈを発光させ、所定の光量になるよう電流値が決定される。ここでは、光量が強度は４ｍＷ程度になるように、電流値を決定している。（ステップＳ３２．５）。次にｃｈを発光させる（ステップＳ３３）。発光は、１グループ毎に行い、発光時間は数ｍｓｅｃであり、その間、全てのＰＤの検出値を読み取り平均化する（ステップＳ３４）。平均化された数値を記録媒体に格納する（ステップＳ３５）。
【０２０３】
次のグループも同様に数ｍｓｅｃの発光及び計測、データ格納を繰り返す（ステップＳ３６、Ｓ３７、Ｓ３２．５〜Ｓ３５）。全ての光源モジュールＬＭの発光及び計測が終了したら、被験者に課題をやってもらう（ステップＳ３８〜Ｓ４１）。ここでは、一般的な言語流暢性課題とした。言語流暢性課題については、特開２０１２−０８０９７５号公報に詳細に記載されている。
【０２０４】
この課題を行うことで、脳が活動し、活動が起きた箇所にのみ脳血流が発生する。血流は酸化ヘモグロビンと還元ヘモグロビンを含み、血流によって光吸収が起きる。ベイズ推定による逆問題推定等は、上記第１実施形態で説明した方法に順ずるのでここでは割愛する。この計測によって、得られた血流位置は、ｆＭＲＩ (functional magnetic resonance imaging)での計測でその精度を確認できる。ｆＭＲＩはＭＲＩを利用して、ヒト及び動物の脳や脊髄の活動に関連した血流動態反応を視覚化する方法の一つである。この確認計測によって、本実施形態の光学センサによる計測に高い分解能があることが判った。
【０２０５】
《第３実施形態》
次に、本発明の第３実施形態について説明する。第３実施形態では、プローブに上記第１実施形態と同様の光源モジュールＬＭ及び検出モジュールＤＭを用いており、これらの配置に工夫を凝らしている。プローブの配置以外は、上記第１実施形態と同じであるため、ここでの説明は割愛する。
【０２０６】
ところで、上記第１実施形態の実施例２では、図２０に示されるように、２つの検出モジュールＤＭと２つの光源モジュールＬＭが略正方形の頂点に位置するように配置されている。しかし、この配置では、図２０の×で示す地点は光源モジュールＬＭと検出モジュールＤＭとの間の光路が長くなってしまう。このため、検出モジュールＤＭで十分な光量を得ることができず、この地点でのノイズが大きく検出精度が低下するおそれがある。
【０２０７】
そこで、発明者らは、プローブ配置を鋭意検討した結果、図３９に示される配置が最適であることを見出した。図３９では、複数の光源モジュールＬＭ及び複数の検出モジュールＤＭは、被検体に対して、光源モジュールＬＭ及び検出モジュールＤＭの一方の２つが正三角形の２つの頂点に個別に位置し、他方の１つが該正三角形の残る１つの頂点に位置するように配置される。
【０２０８】
ここで、簡単な例として、光源モジュールＬＭと検出モジュールＤＭとの距離が最も長いところを検討する。ただし、検出モジュールＤＭと光源モジュールＬＭとの間隔（ピッチ）は、いずれもａと仮定する。図２０での×の位置は、破線の距離が√２ａ（約１．４１４ａ）となる。これに対し、図３９での×の位置は、破線の距離が（１＋√３）ａ／２（約１．３６６ａ）＜√２ａとなる。つまり、最も距離が長いところを、図２０と図３９のプローブ配置で比べると、図３９のプローブ配置の方が短くて好ましいことが判る。
【０２０９】
この配置で第１実施形態と同様に逆問題の推定を行った結果、本実施形態のプローブ配置により、検出できるエリアが広がることが判った。
【０２１０】
《第４実施形態》
次に、本発明の第４実施形態について説明する。第４実施形態では、上記第１実施形態で示した複数の光源モジュールＬＭ、複数の検出モジュールＤＭの配置を利用し、光源モジュールＬＭのｃｈの配置、検出モジュールＤＭのＰＤ、及び光源と被検体との間の複数の受光素子の配置に工夫を凝らしている。これらの配置以外は上記第１実施形態と同じであるため、ここでの説明は割愛する。
【０２１１】
上記第１実施形態の実施例２では、図２０に示されるように、複数の光源モジュールＬＭ及び複数の検出モジュールＤＭは、被検体に対して、光源モジュールＬＭと検出モジュールＤＭとが互いに直交するＸ方向及びＹ方向のいずれに関しても隣り合うように配置されている。
【０２１２】
しかし、上述の如く、この配置では×で示す地点は光源モジュールＬＭと検出モジュールＤＭとの間の光路が長くなってしまう。このため、検出モジュールＤＭで十分な光量を得ることができず、この地点でのノイズが大きくなり、検出精度が低下するおそれがある。
【０２１３】
図４０に示される比較例では、複数の光源モジュール及び複数の検出モジュールは、被検体に対して、光源モジュールと検出モジュールが互いに直交するＸ方向及びＹ方向のいずれに関しても隣り合うように配置され、かつ出射方向、検出方向（受光部への光の入射方向）ともに、Ｘ方向又はＹ方向に平行である。面発光レーザの近傍に設置したレンズは点対称の光学特性を有しているため、出射方向は、面発光レーザの位置、及びグループ位置によって決まっている。また、検出方向もレンズが点対称の光学特性を有しているため、ＰＤアレイの分割レイアウトによって決定される。
【０２１４】
そこで、面発光レーザアレイチップを、図４１（Ａ）に示されるように配置すると、出射方向は、平面視で（＋Ｚ方向から見て）Ｘ方向及びＹ方向に対して傾斜する。これは、各グループの中心位置がレンズ中心に対して、斜めになっていることが要因である。検出モジュールＤＭでも同様に、４分割ＰＤアレイアレイチップ（フォトダイオードアレイチップ）のチップ中心にレンズの中心を配置することで、検出方向（受光部への光の入射方向）は、図４１（Ｂ）に示されるようになる。この検出方向と出射方向が、プローブ配置とともに図４２に示されている。出射方向、検出方向は、平面視で（＋Ｚ方向から見て）Ｘ方向及びＹ方向に対して斜めになっていることが判る。
【０２１５】
この場合、前述した感度分布のように、光は異方性を有しているために、図４２の×の位置では、より感度を持つことが期待できる。
【０２１６】
図４１（Ａ）及び図４１（Ｂ）に示される配置で第１実施形態と同様に逆問題の推定を行った結果、検出できるエリアが広がることが判った。
【０２１７】
図４１（Ｃ）には、光源モジュールＬＭ内の４つの受光素子１〜４のレイアウトが示されている。ここでは、プリズムの回転中心（回転ステージの回転軸）に関して、受光素子１と受光素子３が軸対称に配置され、かつ受光素子２と受光素子４が軸対称に配置されていることに加えて、図４１（Ａ）の面発光レーザアレイチップのレイアウトに応じたレイアウト、すなわち受光素子１と受光素子３の並び方向、受光素子２と受光素子４の並び方向がいずれもＸ方向及びＹ方向に対して傾斜している。これにより、光スポットの位置ずれの検出方向（受光素子１と受光素子３の並び方向、受光素子２と受光素子４の並び方向）が各受光素子への面発光レーザからの光の入射方向と一致するため、位置ずれの検出精度が高くなる。
【０２１８】
なお、上記各実施形態において、照射系の光源モジュールＬＭの数、及び検出系の検出モジュールの数は、適宜変更可能である。要は、照射系は、光源モジュールＬＭを少なくとも１つ有していれば良い。検出系は、検出モジュールＤＭを少なくとも１つ有していれば良い。
【０２１９】
また、上記各実施形態において、光源モジュールＬＭ（光照射器）の構成は、適宜変更可能である。例えば光照射器の面発光レーザアレイチップの数及び配置は、適宜変更可能である。レンズの種類、形状、大きさ、個数等も適宜変更可能である。
【０２２０】
また、上記各実施形態では、光照射器の光源として、面発光レーザが用いられているが、例えば、端面発光レーザ（ＬＤ）、発光ダイオード（ＬＥＤ）、有機ＥＬ素子、半導体レーザ以外のレーザなどを用いても良い。
【０２２１】
また、上記各実施形態では、光源モジュールＬＭの光学系は、プリズムを有しているが、これに代えて又は加えて、他のミラー等を有していても良い。また、光源モジュールＬＭの光学系は、例えばレンズのみで構成されても良いし、例えばプリズム、ミラー等の反射部材のみで構成されても良い。
【０２２２】
また、実施例２の面発光レーザアレイチップにおけるグループの数及び配置、各グループのｃｈの数及び配置は、適宜変更可能である。
【０２２３】
また、検出モジュールＤＭ（光検出器）の構成は、適宜変更可能である。例えば、アパーチャは、必ずしも設けられていなくても良い。また、例えば、分割レンズは、必ずしも設けられていなくても良い。
【０２２４】
以上の説明における各部材や部分の形状、大きさ、材質、数、寸法、数値は、一例であって、適宜変更可能であることは言うまでもない。
【符号の説明】
【０２２５】
１０…光学センサ、１００…光学検査装置、ＬＭ…光源モジュール（光照射器）、ＤＭ…検出モジュール（光検出器）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０２２６】
【特許文献１】特許３７７９１３４号公報
【図１】
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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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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
2016211936.tif 000018
【図１６】
2016211936.tif 000019
【図１７】
2016211936.tif 000020
【図２０】
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【図２１】
2016211936.tif 000022
【図２２】
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【図２３】
2016211936.tif 000024
【図２４】
2016211936.tif 000025
【図２５】
2016211936.tif 000026
【図２６】
2016211936.tif 000027
【図２７】
2016211936.tif 000028
【図２８】
2016211936.tif 000029
【図２９】
2016211936.tif 000030
【図３０】
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【図３１】
2016211936.tif 000032
【図３２】
2016211936.tif 000033
【図３３】
2016211936.tif 000034
【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
2016211936.tif 000037
【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【図４０】
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【図４１】
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【図４２】
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【図４３】
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【図４４】
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【図２】
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【図３】
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【図１８】
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【図１９】
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