(57)【要約】【課題】機械的な回転機構を伴わずに偏光制御することにより経時劣化が少なく、かつ携帯可能に小型・安価でありながら信頼性が高い光学測定システムを提供する。【解決手段】光学測定システム（１）は、測定対象（Ｍ）に光を照射したときの、測定対象（Ｍ）からの反射光から特定の偏光方向の光を検出する。測定対象（Ｍ）からの反射による戻り光に対して予め設定された複数の偏光方向から特定の偏光方向の光を選択すべく、少なくとも１つの偏光方向を透過する非回転の第１偏光板（２１）と液晶層（２２）とを有する偏光選択部（２０Ａ）と、偏光選択部（２０Ａ）が特定の偏光方向を選択できるように液晶層（２２）を制御する制御部（１２）と、偏光選択部（２０Ａ）が選択した特定の偏光方向の光を検出する検出器（１３）とを備えている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定対象に光を照射したときの、上記測定対象からの反射光又は透過光から特定の偏光方向の光を検出する光学測定システムにおいて、
上記測定対象からの反射による戻り光又は透過光に対して予め設定された複数の偏光方向から上記特定の偏光方向の光を選択すべく、少なくとも１つの偏光方向を透過する非回転の偏光子と偏光方向制御部材とを有する偏光選択部と、
上記偏光選択部が上記特定の偏光方向を選択できるように上記偏光方向制御部材を制御する制御部と、
上記偏光選択部が選択した上記特定の偏光方向の光を検出する検出器とを備えていることを特徴とする光学測定システム。
【請求項２】
前記偏光選択部は、前記偏光子としての１つの偏光方向を透過する第１偏光板と、前記偏光方向制御部材としての液晶層とからなっており、
前記制御部は、上記液晶層に電圧印加することにより液晶分子の配向を変化させて前記測定対象からの反射光又は透過光から前記特定の偏光方向の光を該液晶層に入射させることを特徴とする請求項１に記載の光学測定システム。
【請求項３】
前記制御部は、前記偏光選択部を所定の周期で制御すると共に、
上記制御部からの制御信号と前記検出器からの検出信号とを受信し、前記偏光選択部が選択した偏光方向に対応する検出信号を分離する算出部を備えていることを特徴とする請求項１又は２に記載の光学測定システム。
【請求項４】
前記検出器からの出力信号を受けて、前記制御部の電圧印加のデューティ比に基づいて前記特定の偏光方向の光を算出する算出部が設けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載の光学測定システム。
【請求項５】
前記測定対象に光を照射する光源が設けられていると共に、
上記光源から測定対象への光路中には、上記測定対象への入射光に対して予め設定された複数の偏光方向から特定の偏光方向の光を選択すべく、少なくとも１つの偏光方向を透過する非回転の偏光子と偏光方向制御部材とを有する入射光側偏光選択部が設けられていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の光学測定システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、測定対象に光を照射したときの、測定対象からの反射光又は透過光から特定の偏光方向の光を検出する光学測定システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、被計測物の膜厚、反射係数、表面粗さ、結晶性等の物理特性を計測するために、被計測物に光を照射し、被計測物で反射された反射光又は被計測物を透過した透過光の偏光状態を解析する技術が知られている。
【０００３】
この種の従来技術として、例えば特許文献１に開示された偏光解析装置１００では、図２０に示すように、照明装置１１１が被計測物１０１に光を照射し、撮像手段１１２が被計測物１０１からの反射光を受光する。被計測物１０１と撮像手段１１２との間には、回転手段１１３により回転される検光子１１４が配置されている。検光子１１４の回転角度は角度センサ１１５が検出する。角度センサ１１５が所定の回転角度を示す時点で、トリガ手段１１６が照明装置１１１と撮像手段１１２とにトリガ信号を出力する。これにより、撮像手段１１２が被計測物１０１からの反射光を受光している間に、照明装置１１１が閃光を発生させる。解析手段１１７は、照明装置１１１が閃光を発生させた時点で角度センサ１１５が検出した検光子１１４の回転角度と、撮像手段１１２が受光した光の強度とを用いて反射光の偏光状態を解析する。これにより、検光子１１４を一定の回転速度で回転させ、かつ被計測物１０１の計測を比較的短い時間で行う偏光解析装置１００を提供するものとなっている。
【０００４】
また、例えば特許文献２に開示された肌観察装置２００では、図２１に示すように、第１光源２１１から照射された光を非偏光状態のまま照射する皮膚表面照明系２１０と、第２光源２２１から照射された光を偏光子２２２により直線偏光状態にして照射する皮下観察照明系２２０とを備え、撮像光学系２３０には皮下観察照明系２２０の偏光子２２２に対して直交ニコルに配された検光子２３１が配されている。そして、これにより、面倒なボタン操作を行うことなく１アクションで皮膚表面照明系及び皮下照明系の光源を個別に点灯して各画像を連続的に撮像できるようになっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１３−２４７７４号公報（２０１３年２月４日公開）
【特許文献２】特開２０１１−２１５５１１号公報（２０１１年１０月２７日公開）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、測定対象を光学的に測定する場合、測定対象からの戻り光（透過光含む）の偏光情報が重要な意味を持つ場合が多く、入射光の偏光状態と戻り光の偏光状態の違いを検出する必要がある。
【０００７】
しかしながら、上記従来の特許文献１に開示された光学測定システムでは、偏光方向を変えるために、機械的な回転機構を伴う構成となっているので、通常このような装置は大型である。また、機械的な回転機構は経時劣化が大きい。
【０００８】
次に、特許文献２においては、異なる偏光方向の光源を別々に用意しているため、大型化している。したがって、ユーザが手で持って測定することを想定されていない。
【０００９】
本発明は、上記従来の問題点に鑑みなされたものであって、その目的は、機械的な回転機構を伴わずに偏光制御することにより経時劣化が少なく、かつ携帯可能に小型・安価でありながら信頼性が高い光学測定システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の一態様における光学測定システムは、上記の課題を解決するために、測定対象に光を照射したときの、上記測定対象からの反射光又は透過光から特定の偏光方向の光を検出する光学測定システムにおいて、上記測定対象からの反射による戻り光又は透過光に対して予め設定された複数の偏光方向から上記特定の偏光方向の光を選択すべく、少なくとも１つの偏光方向を透過する非回転の偏光子と偏光方向制御部材とを有する偏光選択部と、上記偏光選択部が上記特定の偏光方向を選択できるように上記偏光方向制御部材を制御する制御部と、上記偏光選択部が選択した上記特定の偏光方向の光を検出する検出器とを備えていることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の一態様によれば、機械的な回転機構を伴わずに偏光制御することにより経時劣化が少なく、かつ携帯可能に小型・安価でありながら信頼性が高い光学測定システムを提供するという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施形態１における光学測定システムの構成を示すブロック図である。
【図２】（ａ）は液晶への電圧印加時の測定対象からの戻り光における偏光選択部の偏光の通過状態を示す斜視図であり、（ｂ）は液晶への電圧非印加時の測定対象からの戻り光における偏光選択部の偏光の通過状態を示す斜視図である。
【図３】（ａ）は、上記偏光選択部の液晶層への印加電圧を示すタイミングチャートであり、（ｂ）は電圧印加時及び電圧非印加時の液晶層の状態を示す斜視図であり、（ｃ）は（ａ）のように液晶層に電圧を印加したときの検出信号を示す波形図である。
【図４】上記光学測定システムにおける検出器の検出信号の実測測定結果と平均値とを対比して示すタイミングチャートである。
【図５】上記光学測定システムにおける入射光と戻り光との偏光の関係を示す図である。
【図６】上記光学測定システムにおける検出器の検出信号について、ｘ偏光とｙ偏光とを対比して示すスペクトル図である。
【図７】本発明の実施形態２における光学測定システムの構成を示すブロック図である。
【図８】上記光学測定システムにおける偏光選択部の構成を示す斜視図である。
【図９】上記光学測定システムのシャッタへの印加電圧の変化とシャッタの開閉との関係を示す図である。
【図１０】本発明の実施形態３における光学測定システムの構成を示すブロック図である。
【図１１】上記光学測定システムにおける偏光選択部の構成を示す斜視図である。
【図１２】本発明の実施形態４における光学測定システムの構成を示すブロック図である。
【図１３】（ａ）は上記光学測定システムにおける制御部からの制御信号による偏光選択部の印加電圧と時間との関係を示すタイミングチャートであり、（ｂ）は検出器からの検出信号を示すタイミングチャートである。
【図１４】本発明の実施形態５における光学測定システムの構成を示すブロック図である。
【図１５】（ａ）は上記光学測定システムにおける入射光側偏光選択部及び戻り光側偏光選択部のそれぞれへの制御部からの制御信号による印加電圧と時間との関係について、入射光と戻り光との偏光方向変化が同じ周期でありかつ同位相である場合を示すタイミングチャートであり、（ｂ）は入射光と戻り光との偏光方向変化が同じ周期でありかつ逆位相である場合を示すタイミングチャートであり、（ｃ）は入射光と戻り光との偏光方向変化が偶数倍の周期でありかつ同位相である場合を示すタイミングチャートである。
【図１６】本発明の実施形態６における光学測定システムの構成を示すブロック図である。
【図１７】上記光学測定システムの測定対象である皮膚の測定時の入射光の反射状態を示す拡大断面図である。
【図１８】（ａ）は、皮膚から得られた検出信号と波長との関係を示すスペクトル図であり、（ｂ）は、（ａ）に示すスペクトル図から得られた、直交成分／平行成分と波長との関係を示すスペクトル図である。
【図１９】本発明の実施形態６における透過型の光学測定システムの構成を示すブロック図である。
【図２０】従来の偏光解析装置の構成を示すブロック図である。
【図２１】従来の肌観察装置の構成を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
〔実施の形態１〕
本発明の一実施形態について図１〜図６に基づいて説明すれば、以下のとおりである。
【００１４】
本実施の形態の光学測定システム１は、測定対象における被計測物の膜厚、反射係数、表面粗さ、結晶性等の物理特性を計測するために、測定対象に光を照射し、測定対象で反射又は散乱された反射光又は測定対象を透過した透過光の偏光状態を検出するために使用されるものである。
【００１５】
本実施の形態の光学測定システム１の構成について、図１に基づいて説明する。図１は、本実施の形態の光学測定システム１の構成を示すブロック図である。尚、本実施の形態では、測定対象に光を照射し、測定対象で反射又は散乱された反射光である戻り光の偏光状態を検出する光学測定システム１について説明する。
【００１６】
本実施の形態の光学測定システム１は、図１に示すように、電磁波源１１と、偏光選択部２０Ａと、制御部１２と、検出器１３と、算出部１４とを備えている。
【００１７】
電磁波源１１は、測定対象Ｍに複数の偏光方向の光を照射するものであり、太陽、白熱電球及び蛍光灯、ＬＥＤ等の光源からなっている。太陽、白熱電球及び蛍光灯、ＬＥＤ等の光源から放射される光は、振動面が不規則でその時間平均をとると、一様にあらゆる方向に振動している。このような光は、自然光（natural light）あるいは非偏光（unpolarized light）と呼ばれ、複数の偏光方向の光となっている。尚、本発明においては、必ずしも電磁波源１１としては白熱電球及び蛍光灯、ＬＥＤ等の光源を設ける必要はなく、例えば太陽光や部屋の照明による自然光を利用してもよい。
【００１８】
検出器１３は、測定対象Ｍの戻り光Ｌ２について、偏光選択部２０Ａが選択した偏光方向の光を検出するものである。この検出器１３は、例えば、分光機能を有し、分光して検出する分光器であってもよい。
【００１９】
算出部１４は、検出器１３で検出した検出信号を算出処理する。例えば、算出部１４は、検出器１３で検出した検出信号から、所望の特定の偏光方向の光を選出したり、検出器が分光器の場合、予め決められた１つ以上の波長での値を採用するように設定したり、検出信号の一部又は総和で安定性を算出したりさせてもよい。また、制御部１２により印加電圧を周期的に変化させた場合に、算出部１４が何周期かの積算値や平均値を算出するようになっていてもよい。さらに、測定時間について、算出部１４にて、ユーザの負担にならない時間を予め決定しておくことが可能であり、平均値が安定するまで測定するように設定しておくことも可能である。その場合、測定終了をユーザに知らせるように算出部１４にて設定しておくことも可能である。
【００２０】
また、測定対象Ｍを特定の対象に限定している場合、２つの異なる偏光状態の結果から、測定対象Ｍの状態を示す特有のパラメータを算出することも可能である。
【００２１】
偏光選択部２０Ａは、測定対象Ｍからの透過光又は戻り光の偏光方向を選択するものであり、本実施の形態では、非回転の偏光子としての第１偏光板２１とこの第１偏光板２１の上側に設けられた偏光方向制御部材としての液晶層２２とからなっている。
【００２２】
第１偏光板２１は、上述したように、第１偏光板２１は非回転になっているので、静止しており、機械的な駆動系によって回転しないものとなっている。第１偏光板２１は、１種類の偏光方向を透過するものとなっており、例えば薄い直方体にてなっている。すなわち、従来では、偏光板は回転を伴うので円形にて形成されていたが、本実施の形態では、回転しないので直方体に形成することが可能となっている。
【００２３】
液晶層２２は、後述するように、液晶分子２２ａを有しており、液晶分子２２ａは電圧印加することによって配向が所定方向になり、電圧印加しないことによって配向が所定方向に対して９０度捻じれた状態になったりする。
【００２４】
制御部１２は、上記液晶分子２２ａの配向方向を変化させるべく、液晶層２２に電圧を印加させたり、電圧を非印加状態にさせたりする等の制御を行う。
【００２５】
上記構成の偏光選択部２０Ａの動作について、図２の（ａ）（ｂ）、図３の（ａ）（ｂ）（ｃ）及び図４に基づいて説明する。図２の（ａ）は、液晶への電圧印加時の測定対象Ｍからの戻り光Ｌ２における偏光選択部２０Ａの偏光の通過状態を示す斜視図である。図２の（ｂ）は、液晶への電圧非印加時の測定対象Ｍからの戻り光Ｌ２における偏光選択部２０Ａの偏光の通過状態を示す斜視図である。図３の（ａ）は、液晶層２２への印加電圧を示すタイミングチャートである。図３の（ｂ）は電圧印加時及び電圧非印加時の液晶層２２の状態をそれぞれ示す斜視図である。図３の（ｃ）は、図３の（ａ）のように液晶層２２に電圧を印加したときの検出信号を示す波形図である。図４は、検出器１３における検出信号の実測測定結果と平均値とを対比して示すタイミングチャートである。
【００２６】
図２の（ａ）（ｂ）に示すように、測定対象Ｍからの戻り光Ｌ２が偏光選択部２０Ａを通過する場合、戻り光は実線で示すｘ方向の向きと破線で示すｙ方向の向きとの両方の向きを有する光となっている。また、図２の（ａ）に示すように、光選択部２０Ａは、液晶への電圧印加時には実線で示すｘ方向の向きの光が通過し、図２の（ｂ）に示すように、液晶への電圧非印加時には破線で示すｙ方向の向きの光が通過する。さらに、第１偏光板２１は、図示した方向の光しか通過させない。
【００２７】
ここで、本実施の形態では、制御部１２が液晶層２２への印加電圧を変化させる。その結果、液晶分子２２ａの方向が印加電圧の変化に伴って回転し、液晶層２２に入射した電磁波の戻り光Ｌ２の偏光方向を変化させる。
【００２８】
具体的には、図３の（ａ）（ｂ）に示すように、液晶層２２に電圧を印加したときには、液晶分子２２ａの整列状態が電極間にかかる電場の向きに平行となり、その結果、そのままの偏光方向で通過する。また、図３の（ａ）（ｂ）に示すように、液晶層２２に電圧を印加しないときには、液晶分子２２ａの整列状態が図２で示す実線で示すように、電極間で９０度回転しており、その結果、偏光方向が９０度回転して通過する。
【００２９】
その結果、第１偏光板２１により、検出される偏光方向は決まっているので、測定対象Ｍからの戻り光Ｌ２にｘ方向の光が多く含まれる場合には、図３の（ｃ）に示すように、液晶層２２の電圧印加時には検出信号が大きくなり、液晶層２２の電圧非印加時には検出信号が小さくなる。
【００３０】
したがって、液晶層２２における液晶分子２２ａの並び方向を制御することにより、測定対象Ｍからの電磁波のうち、どの偏光を検出するかを決めることができる。
【００３１】
この場合、本実施の形態では、戻り光Ｌ２の１／２の強度を検出することが可能である。
【００３２】
次に、本実施の形態では、制御部１２が、液晶層２２への印加電圧の情報を算出部１４に送ることによって、算出部１４が制御部１２にて制御した偏光方向に対応した検出信号を算出することができるようになっている。
【００３３】
制御部１２は、例えば液晶層２２への印加電圧をオン又はオフしたときに、算出部１４にトリガ信号を与える。これにより、算出部１４は、このオンのトリガ信号を受けてからオフのトリガ信号を受けるまでの検出信号と、オフのトリガ信号を受けてからオンのトリガ信号を受けるまでの検出信号を分離することができるため、偏光方向選択部２０Ａで選択した偏光方向に対応する検出信号を分離することができる。また、ユーザが予め１周期の時間を算出部１４に入力しておけば、制御部１２はオンのトリガ信号のみ算出部１４に与えればよい。制御部１２がトリガ信号を算出部１４に与えるタイミングや、算出部１４が偏光方向選択部２０Ａで選択した偏光方向に対応した検出信号を分離する方法は、これに限らない。液晶層２２の場合、制御部１２が印加電圧をオンしてからオフとするまでの時間を例えば数ｍｓ〜数ｓとしても追従することができるため、それだけ高速な検出が可能となる。
【００３４】
ここで、本実施の形態の光学測定システム１では、算出部１４が何周期かの積算値や平均値を算出するようにすることができる。これは、例えば、算出部１４が偏光方向選択部２０Ａで選択した偏光方向に対応する検出信号を、それぞれの偏光方向に対応した検出信号を別々に記憶することによって可能となる。制御部１２が液晶層２２への印加電圧をオン又はオフしたときに、算出部１４にトリガ信号を与えているため、算出部１４は、１周期の時間や、測定開始から何周期測定しているかを判断することができる。この結果、偏光方向選択部２０Ａで選択した偏光方向に対応して積算値、平均値を算出することができる。１周期の時間は、例えば数ｍｓ〜数ｓとして液晶層２２は追従することができる。算出部１４が算出するために必要な周期数に対応する時間の間、検出したとしても、非常に高速な検出が可能となる。
【００３５】
これにより、図４に示すように、１周期の検出結果は、実測定結果では、図４において細線で示すような微変動データからなる検出信号が得られるが、平均値を採用した場合には、図４において太線で示すような安定したデータの検出信号が得られる。このように、測定データを周期的に制御し、この積算値や平均値をとることにより、ノイズの少ない検出信号を得ることができる。特に、本実施の形態の光学測定システム１は、小型化となるため、ユーザが手で持って測定することが可能である。その場合の手振れを上述の方法で補正することが可能となる。
【００３６】
また、測定時間（積算・平均化するための周期）は、ユーザが手で持ち続けるのに負担にならない時間を予め決めておいてよく、又は平均値が安定するまでの期間を通して測定してもよい。これは例えば、算出部１４が算出する平均値を１周期毎に記憶しておき、１周期前までの平均値との差が一定以下となる等、この平均値の収束状態から安定性を判断すればよい。これらの場合、測定終了をユーザに知らせるのが好ましい。
【００３７】
さらに、検出器１３が分光器の機能を有している場合には、予め決められた１つ以上の波長での値を用いて測定することができる一方、検出信号の総和にて上述のような安定性を算出してもよい。
【００３８】
上記の光学測定システム１による測定によって、本実施の形態では、測定対象Ｍについて以下の内容が把握できる。この把握内容について、図５及び図６に基づいて説明する。図５は、入射光Ｌ１と戻り光Ｌ２との偏光の関係を示す図である。図６は、検出器１３の検出信号について、ｘ偏光とｙ偏光とを対比して示すスペクトル図である。
【００３９】
例えば、図５の実施例１に示すように、測定対象Ｍへの入射光Ｌ１の偏光がＸ方向直線偏光の場合、戻り光Ｌ２がＸ偏光であれば、測定対象Ｍに偏光を変化させる要素がなく、正反射又は正透過していると分かる。
【００４０】
また、図５の実施例２に示すように、測定対象Ｍへの入射光Ｌ１の偏光がＸ方向直線偏光の場合に、戻り光Ｌ２が斜め偏光や楕円偏光等、ｙ偏光の成分が含まれていれば、測定対象Ｍに異方性があるか、旋光性があるか、凹凸等により拡散反射又は拡散透過が起こっていることが分かる。
【００４１】
また、図５の実施例３に示すように、測定対象Ｍへの入射光Ｌ１の偏光が円偏光の場合、戻り光Ｌ２が円偏光であれば、測定対象Ｍに偏光を変化させる要素がなく、正反射又は正透過していると分かる。
【００４２】
さらに、図５の実施例４に示すように、測定対象Ｍへの入射光Ｌ１の偏光が円偏光の場合に、戻り光Ｌ２が楕円偏光であれば、測定対象Ｍに異方性があるか、旋光性があるか、凹凸等により拡散反射又は拡散透過が起こっていることが分かる。
【００４３】
すなわち、本実施の形態の光学測定システム１は、正反射と拡散反射との割合から、測定対象Ｍの凹凸の状態を解析したり、測定対象Ｍの異方性や旋光性を解析したりすることができる。
【００４４】
ここで、本実施の形態の光学測定システム１では、検出器１３が分光器の機能を有しているとすることができる。この場合、検出信号は、図６に示すように、ｘ偏光成分とｙ偏光成分との両方が各波長によって得られる。
【００４５】
この結果、検出した偏光成分の波長依存が分かるので、測定対象Ｍの異方性屈折率の波長依存性又は散乱の波長依存性から凹凸のサイズが分かる。
【００４６】
尚、検出器１３が分光器の機能を有している場合には、光散乱、蛍光又はＦＴＩＲ（Fourier Transform Infrared：フーリエ変換赤外）測定にも応用することができる。
【００４７】
また、異なる偏光角度を比較することによって、検出信号の比率や差分から、測定対象Ｍの状態を判断する場合には、検出信号の規格化が不要となる。
【００４８】
このように、本実施の形態の１は、測定対象Ｍに光を照射したときの、測定対象Ｍからの反射光又は透過光から特定の偏光方向の光を検出する。そして、測定対象Ｍからの反射による戻り光又は透過光に対して予め設定された複数の偏光方向から特定の偏光方向の光を選択すべく、少なくとも１つの偏光方向を透過する非回転の偏光子としての第１偏光板２１と偏光方向制御部材としての液晶層２２とを有する偏光選択部２０Ａと、偏光選択部２０Ａが特定の偏光方向を選択できるように液晶層２２を制御する制御部１２と、偏光選択部２０Ａが選択した特定の偏光方向の光を検出する検出器１３とを備えている。
【００４９】
この結果、本実施の形態の光学測定システム１では、偏光選択部２０Ａとして第１偏光板２１と液晶層２２とを使用している。これにより、少なくとも１つの偏光方向を透過する第１偏光板２１は非回転であり、第１偏光板２１は固定されている。そして、液晶層２２を制御することによって、所望の特定の定の偏光方向の光が選択できるようになっている。したがって、機構駆動がないため、光軸ずれ等の経時劣化が起こり難く、さらに機構駆動よりも小型になる。
【００５０】
それゆえ、機械的な回転機構を伴わずに偏光制御することにより経時劣化が少なく、かつ携帯可能に小型・安価でありながら信頼性が高い光学測定システム１を提供することが可能となる。また、短時間で偏光解析を行うことが可能となる。
【００５１】
また、本実施の形態の光学測定システム１では、偏光選択部２０Ａは、偏光子としての１つの偏光方向を透過する第１偏光板２１と、偏光方向制御部材としての液晶層２２とからなっており、制御部１２は、液晶層２２に電圧印加することにより液晶層２２の配向を変化させて測定対象Ｍからの反射光から特定の偏光方向の光を該液晶層２２に入射させる。
【００５２】
これにより、液晶層２２と１つの偏光方向を透過する第１偏光板２１とを使用することによって、簡単にしかも高速に所望の特定の偏光方向の光を選択することができる。したがって、ユーザが持ち歩き、所望の時間、場所で利用できるような小型で安価でありながら、短時間で操作し得る光学測定システム１を提供することができる。また、機械的な回転駆動機構を使用していないので、光軸ずれ等の経時劣化を防止することができる。
【００５３】
また、本実施の形態の光学測定システム１では、ユーザが手で持って測定する場合に、手ぶれによる測定誤差を補正する機能を有していることが好ましい。これにより、測定対象Ｍの測定を正確に行うことができる。
【００５４】
また、本実施の形態における光学測定システム１では、制御部１２は、偏光選択部２０Ａを所定の周期で制御すると共に、制御部１２からの制御信号と検出器１３からの検出信号とを受信し、偏光選択部２０Ａが選択した偏光方向に対応する検出信号を分離する算出部１４を備えている。
【００５５】
これにより、測定対象Ｍからの戻り光Ｌ２から、特定の偏光方向とその直交する偏光方向の光を自動で高速に選択できると共に、積算や平均化をすることによって、ノイズを少なくすることができる。したがって、機械的な回転機構を伴わずに偏光制御することにより経時劣化が少なく、かつ携帯可能に小型・安価でありながら信頼性が高い本光学測定システム１を提供することに加えて、さらにユーザが手で持って測定する際の手ぶれ補正が可能となる。
【００５６】
〔実施の形態２〕
本発明の他の実施の形態について図７〜図９に基づいて説明すれば、以下のとおりである。尚、本実施の形態において説明すること以外の構成は、前記実施の形態１と同じである。また、説明の便宜上、前記の実施の形態１の図面に示した部材と同一の機能を有する部材については、同一の符号を付し、その説明を省略する。
【００５７】
前記実施の形態１における光学測定システム１では偏光選択部２０Ａが第１偏光板２１と液晶層２２とによって構成されていた。これに対して、本実施の形態の光学測定システム２では、偏光選択部２０Ｂが第２偏光板２３とシャッタ２４とによって構成されている点が異なっている。
【００５８】
本実施の形態の光学測定システム２の構成について、図７〜図９に基づいて説明する。図７は、本実施の形態の光学測定システム２の構成を示すブロック図である。図８は上記光学測定システム２の偏光選択部２０Ｂの構成を示す斜視図である。図９は上記光学測定システム２のシャッタ２４への印加電圧の変化とシャッタ２４の開閉との関係を示す図である。
【００５９】
本実施の形態の光学測定システム２は、図７に示すように、偏光選択部２０Ｂが第２偏光板２３とシャッタ２４とによって構成されている。
【００６０】
上記第２偏光板２３は、本実施の形態では、図８に示すように、２つの第１区域２３ａ・第２区域２３ｂに分割されており、これら第１区域２３ａ・第２区域２３ｂは互いに異なる偏光を透過するようになっている。具体的には、第１区域２３ａはｘ方向の偏光を通過させる一方、第２区域２３ｂはｙ方向の偏光を通過させるようになっている。尚、本実施の形態の第２偏光板２３は、互いに異なる２つの偏光を透過するようになっているが、本発明では、必ずしもこれに限らず、互いに異なる少なくとも２つの偏光を透過するようなっていればよい。また、第２偏光板２３は、左右、上下だけでなく、内周外周でもよい。さらに、明確な２分割に限らず格子状、ドット状等で分けてもよい。
【００６１】
一方、シャッタ２４は、戻り光Ｌ２が通過するのを開閉するものであり、本実施の形態では、シャッタ２４の左半分領域２４ａ及び右半分領域２４ｂが第２偏光板２３の第１区域２３ａ及び第２区域２３ｂに対応するようになっており、いずれか一方の光のみを通過させるようになっている。本実施の形態では、シャッタ２４は、例えば、第２偏光板２３の第２区域２３ｂ通過する戻り光Ｌ２のみを開閉するようになっている。本実施の形態では、シャッタ２４の開閉は、制御部１２がシャッタ２４に印加する電圧を変化させることによって行うようになっている。
【００６２】
具体的には、図９に示すように、制御部１２がシャッタ２４に電圧を印加した場合には、シャッタ２４の右半分領域２４ｂが開状態となり、かつ左半分領域２４ａが閉状態となる。この結果、戻り光Ｌ２はｙ偏光のみが通過できる。
【００６３】
一方、図９に示すように、制御部１２がシャッタ２４に電圧を印加しなかった場合つまり電圧非印加時には、シャッタ２４の左半分領域２４ａが開状態となり、かつ右半分領域２４ｂが閉状態となる。この結果、この結果、戻り光Ｌ２はｘ偏光のみが通過できる。
【００６４】
したがって、戻り光Ｌ２はシャッタ２４の左半分領域２４ａ又は右半分領域２４ｂの偏光のみが通過できるようになる。尚、制御部１２がシャッタ２４に印加する電圧を変化させる。
【００６５】
これにより、シャッタ２４の左半分領域２４ａ及び右半分領域２４ｂのいずれか一方が開閉し、第２偏光板２３に入射させる電磁波の領域である第１区域２３ａ・第２区域２３ｂを変化させる。
【００６６】
この結果、第２偏光板２３の第１区域２３ａ・第２区域２３ｂでは、それぞれ検出される偏光方向が決まっているので、シャッタ２４を制御することにより、測定対象Ｍからの電磁波のうち、どの偏光を検出するかを決めることが可能となる。
【００６７】
尚、本実施の形態においても、印加電圧を周期的に変化させることが可能である。
【００６８】
また、電磁波源１１と測定対象Ｍとの間にも偏光選択部２０Ｂが存在する場合は、同じ領域が透過するようにする必要があるか又は液晶方式の偏光選択部にする必要がある。
【００６９】
このように、本実施の形態の光学測定システム２では、偏光選択部２０Ｂは、複数の区分領域としての第１区域２３ａ・第２区域２３ｂに分割されかつ第１区域２３ａ・第２区域２３ｂ毎に互いに異なる偏光方向の光を透過させる偏光子としての第２偏光板２３と、第２偏光板２３の測定対象Ｍ側に設けられかつ第２偏光板２３の第１区域２３ａ・第２区域２３ｂと同じ平面位置に設けられた対応区分領域としての左半分領域２４ａ及び右半分領域２４ｂを有する偏光方向制御部材としてのシャッタ２４とからなっており、制御部１２は、シャッタ２４に電圧印加することによりシャッタ２４の左半分領域２４ａ又は右半分領域２４ｂを開閉制御して、測定対象Ｍからの反射光から特定の偏光方向の光を、開状態のシャッタ２４の左半分領域２４ａ又は右半分領域２４ｂから通過させる。
【００７０】
これにより、複数の第１区域２３ａ・第２区域２３ｂに分割されかつ第１区域２３ａ・第２区域２３ｂ毎に互いに異なる偏光方向の光を透過させる第２偏光板２３と、第２偏光板２３の測定対象Ｍ側に設けられかつ第２偏光板２３の第１区域２３ａ・第２区域２３ｂと同じ平面位置に設けられた左半分領域２４ａ及び右半分領域２４ｂを有するシャッタ２４を用いることによって、さらに安価に偏光選択部２０Ｂを構成することが可能となる。
【００７１】
尚、本実施の形態では、シャッタ２４は第２偏光板２３の測定対象Ｍ側に設けられているが、必ずしもこれに限らず、シャッタ２４は第２偏光板２３の検出器１３側に設けられていてもより。これによっても、効果は同じとなる。
【００７２】
また、本実施の形態においても、印加電圧を周期的に変化させることが可能である。
【００７３】
さらに、後述する実施の形態５に示すように、電磁波源１１と測定対象Ｍとの間にも入射光側偏光選択部２０ｂが存在する場合は、同じ領域が透過するようにする必要があるか又は液晶方式の偏光選択部を採用する必要がある。
【００７４】
〔実施の形態３〕
本発明のさらに他の実施の形態について図１０及び図１１に基づいて説明すれば、以下のとおりである。尚、本実施の形態において説明すること以外の構成は、前記実施の形態１及び実施の形態２と同じである。また、説明の便宜上、前記の実施の形態１及び実施の形態２の図面に示した部材と同一の機能を有する部材については、同一の符号を付し、その説明を省略する。
【００７５】
前記実施の形態２における光学測定システム２の偏光選択部２０Ｂでは、偏光選択部２０Ａが第２偏光板２３と液晶層２２とによって構成されていた。これに対して、本実施の形態の光学測定システム３では、偏光選択部２０Ｃがシャッタ２４と偏光分離部材としての偏光分離部２５とによって構成されている点が異なっている。
【００７６】
本実施の形態の光学測定システム３の構成について、図１０、図１１及び前記図９に基づいて説明する。図１０は、本実施の形態の光学測定システム３の構成を示すブロック図である。図１１は上記光学測定システム３における偏光選択部２０Ｃの構成を示す斜視図である。
【００７７】
本実施の形態の光学測定システム３は、図１０に示すように、偏光選択部２０Ｃがシャッタ２４と偏光分離部２５とによって構成されている。ここで、本実施の形態では、シャッタ２４は、偏光分離部２５の下側に設けられている。
【００７８】
上記偏光分離部２５は、互いに異なる偏光の光路を変えるものであり、例えば方解石からなっている。すなわち、方解石は屈折率がある軸とこれに直交する軸とで異なっている。このため、方解石に入射した光は、これらの２つの軸に平行な偏光成分が、それぞれ異なる光路を伝搬するものとなっている。したがって、方解石の屈折率が互いに異なる２軸をｘ方向及びｙ方向に平行にしておけば、図１１に示すように、ｘ偏光の光路とｙ偏光の光路とに分かれる。尚、本発明では、偏光分離部材は、方解石に限らない。
【００７９】
また、シャッタ２４は、前記実施の形態２にて説明したように、偏光分離部２５を通過した戻り光Ｌ２のうちの左半分領域２４ａ又は右半分領域２４ｂのいずれか一方を通過させるようになっている。
【００８０】
具体的には、前記図９に示すように、制御部１２がシャッタ２４に電圧を印加した場合には、シャッタ２４の右半分領域２４ｂが開状態となり、かつ左半分領域２４ａが閉状態となる。この結果、戻り光Ｌ２はｙ偏光のみが通過できる。
【００８１】
一方、図９に示すように、制御部１２がシャッタ２４に電圧を印加しなかった場合つまり電圧非印加時には、シャッタ２４の左半分領域２４ａが開状態となり、かつ右半分領域２４ｂが閉状態となる。この結果、戻り光Ｌ２はｘ偏光のみが通過できるようになる。
【００８２】
このように、本実施の形態の光学測定システム３では、シャッタ２４は偏光分離部２５の上に設けられ、シャッタ２４も偏光分離部２５に対応した区域に分かれており、制御部１２がシャッタ２４に印加する電圧を変化させる。
【００８３】
これにより、偏光分離部２５により、２つの偏光方向の光の光路を分ける。このとき、２つの偏光方向の光のそれぞれが、シャッタ２４の異なる区域である左半分領域２４ａ又は右半分領域２４ｂを通るようにする。このシャッタ２４の開閉動作は、制御部１２がシャッタ２４に対して印加電圧を変化させることにより行う。
【００８４】
シャッタ２４の左半分領域２４ａ又は右半分領域２４ｂのいずれか一方が開閉することによって、測定対象Ｍからの電磁波のうち、どの偏光を検出するかが決定される。
【００８５】
本実施の形態の光学測定システム３では、戻り光Ｌ２の１／２の強度を検出することが可能である。
【００８６】
このように、本実施の形態における光学測定システム３では、偏光選択部２０Ｃは、互いに異なる２つの偏光方向の光を互いに異なる２つの分離領域にて分離する偏光子としての偏光分離部材である偏光分離部２５と、偏光分離部２５の検出器１３側に設けられかつ偏光分離部２５の分離領域と同じ平面位置に設けられた対応区分領域としての左半分領域２４ａ及び右半分領域２４ｂを有する偏光方向制御部材としてのシャッタ２４とからなっており、制御部１２は、シャッタ２４に電圧印加することによりシャッタ２４の左半分領域２４ａ又は右半分領域２４ｂを開閉制御して、測定対象Ｍからの反射光から特定の偏光方向の光を、開状態のシャッタ２４の左半分領域２４ａ又は右半分領域２４ｂから通過させる。
【００８７】
これにより、互いに異なる２つの偏光方向の光を互いに異なる２つの分離領域にて分離する偏光分離部２５と、偏光分離部２５の検出器１３に設けられかつ偏光分離部２５の分離領域と同じ平面位置に設けられた左半分領域２４ａ及び右半分領域２４ｂを有するシャッタ２４を用いることによっても、安価に偏光選択部２０Ｃを構成することが可能となる。
【００８８】
また、本実施の形態の光学測定システム３は、基本的な効果は実施の形態１の光学測定システム１及び実施の形態２の光学測定システム２と同じであるが、実施の形態２の光学測定システム２と比較すると、検出光量が多くなるというメリットがある。
【００８９】
尚、本実施の形態においても、印加電圧を周期的に変化させることができる。
【００９０】
また、後述する実施の形態５に示すように、電磁波源１１と測定対象Ｍとの間にも入射光側偏光選択部２０ｂが存在する場合は、同じ領域が透過するようにする必要があるか又は液晶方式の偏光選択部を採用する必要がある。
【００９１】
〔実施の形態４〕
本発明のさらに他の実施の形態について図１２及び図１３に基づいて説明すれば、以下のとおりである。尚、本実施の形態において説明すること以外の構成は、前記実施の形態１〜実施の形態３と同じである。また、説明の便宜上、前記の実施の形態１〜実施の形態３の図面に示した部材と同一の機能を有する部材については、同一の符号を付し、その説明を省略する。
【００９２】
前記実施の形態１〜３における光学測定システム１〜３では、制御部１２は算出部１４に制御信号を算出部１４に送信していた。これに対して、本実施の形態の光学測定システム４では、制御部１２は算出部１４に制御信号を送信していない点が異なっている。
【００９３】
本実施の形態の光学測定システム４の構成について、図１２及び図１３の（ａ）（ｂ）に基づいて説明する。図１２は、本実施の形態における光学測定システム４の構成を示すブロック図である。図１３の（ａ）は上記光学測定システム４における制御部１２からの制御信号による偏光選択部２０への印加電圧と時間との関係を示すタイミングチャートであり、図１３の（ｂ）は検出器１３からの検出信号を示すタイミングチャートである。
【００９４】
本実施の形態の光学測定システム４は、図１２に示すように、測定対象Ｍからの戻り光Ｌ２は、偏光選択部２０を介して検出器１３に入射される。ここで、偏光選択部２０は、前記実施の形態１〜３にて説明した偏光選択部２０Ａ〜２０Ｃのいずれでもよい趣旨である。
【００９５】
また、本実施の形態では、制御部１２は算出部１４に制御信号を送信しないか、又はデューティ比のみの制御信号を送信する。その理由は、図１３の（ａ）に示すように、制御部１２からの制御信号により偏光選択部２０へ所定時間に対して電圧を印加することにより、検出器１３から算出部１４に図１３の（ｂ）に示す検出信号が送信される。
【００９６】
ここで、制御部１２から偏光選択部２０に送信される制御信号は周期的であるが、デューティ比は１：１ではない。そこで、本実施の形態では、制御部１２から偏光選択部２０に送信される制御信号のデューティ比が算出部１４に予め記憶されている。或いは、デューティ比の情報のみが制御部１２から送信される。
【００９７】
この結果、算出部１４は、検出器１３での検出結果から、デューティ比に合致した信号を取り出し、自動で印加電圧がオン・オフのいずれの検出信号であるかを判断する。
【００９８】
このように、本実施の形態では、制御部１２から算出部１４への信号送信を発信しないか、又は送信する情報が少なく、同じタイミングである必要がない。このため、光学測定システム４の構成が簡易であると共に、消費電力が少なくて済む。この結果、ユーザが持ち歩く場合の電池の寿命が長くなる。
【００９９】
以上のように、本実施の形態における光学測定システム４は、検出器１３からの出力信号を受けて、制御部１２の電圧印加のデューティ比に基づいて特定の偏光方向の光を算出する算出部１４が設けられている。
【０１００】
これにより、算出部１４は例えば予め制御部１２の電圧印加のデューティ比を記憶しておくことによって、検出器１３からの検出信号から所望の特定の偏光方向の光を抽出することができる。これは、例えば検出器１３からの検出信号を算出部１４が一度記憶しておき、その後、デューティ比に対応する検出信号を、それぞれの偏光方向に分離、抽出すればよい。この結果、制御部１２は、検出器１３に制御信号を送信しなくてもよいので、光学測定システム４の構成が簡易化されると共に、送信に伴う消費電力の低減を図ることができる。この結果、光学測定システム４を携帯装置として使用する場合に、バッテリの消耗を少なくすることができる。
【０１０１】
〔実施の形態５〕
本発明のさらに他の実施の形態について図１４及び図１５に基づいて説明すれば、以下のとおりである。尚、本実施の形態において説明すること以外の構成は、前記実施の形態１〜実施の形態４と同じである。また、説明の便宜上、前記の実施の形態１〜実施の形態４の図面に示した部材と同一の機能を有する部材については、同一の符号を付し、その説明を省略する。
【０１０２】
前記実施の形態１〜４における光学測定システム１〜４では、偏光選択部２０は戻り光Ｌ２側にのみ設けられていた。これに対して、本実施の形態の光学測定システム５では、戻り光Ｌ２側に戻り光側偏光選択部２０ａが設けられていると共に、入射光Ｌ１側にも入射光側偏光選択部２０ｂが設けられている点が異なっている。
【０１０３】
本実施の形態の光学測定システム５の構成について、図１４に基づいて説明する。図１４は、本実施の形態の光学測定システム５の構成を示すブロック図である。
【０１０４】
本実施の形態の光学測定システム５は、図１４に示すように、戻り光Ｌ２側に戻り光側偏光選択部２０ａが設けられていると共に、入射光Ｌ１側にも入射光側偏光選択部２０ｂが設けられている。
【０１０５】
このように、本実施の形態の光学測定システム５では、戻り光側偏光選択部２０ａだけではなく、入射光Ｌ１側にも入射光側偏光選択部２０ｂが設けられている。ここで、上記戻り光側偏光選択部２０ａ及び入射光側偏光選択部２０ｂは、いずれも同じ偏光選択部２０にて構成されている。この結果、戻り光側偏光選択部２０ａ及び入射光側偏光選択部２０ｂは、前記実施の形態４で説明した偏光選択部２０であり、つまり前記実施の形態１〜３にて説明した偏光選択部２０Ａ〜２０Ｃのいずれでもよい。
【０１０６】
この結果、本実施の形態の光学測定システム５では、電磁波源１１からの入射光Ｌ１は入射光側偏光選択部２０ｂを介して測定対象Ｍに入射されると共に、測定対象Ｍからの戻り光Ｌ２は、戻り光側偏光選択部２０ａを介して検出器１３に入射される。
【０１０７】
ここで、本実施の形態の光学測定システム５についての入射光側偏光選択部２０ｂ及び戻り光側偏光選択部２０ａへの制御部１２からの制御信号について、図１５の（ａ）（ｂ）（ｃ）に基づいて説明する。図１５の（ａ）は上記光学測定システム５における入射光側偏光選択部２０ｂ及び戻り光側偏光選択部２０ａのそれぞれへの制御部１２からの制御信号による印加電圧と時間との関係について、入射光Ｌ１と戻り光Ｌ２との偏光方向変化が同じ周期でありかつ同位相である場合を示すタイミングチャートであり、図１５の（ｂ）は入射光Ｌ１と戻り光Ｌ２との偏光方向変化が同じ周期でありかつ逆位相である場合を示すタイミングチャートであり、図１５の（ｃ）は入射光Ｌ１と戻り光Ｌ２との偏光方向変化が偶数倍の周期でありかつ同位相である場合を示すタイミングチャートである。
【０１０８】
図１５の（ａ）に示すように、入射光側偏光選択部２０ｂ及び戻り光側偏光選択部２０ａのそれぞれへの制御部１２からの制御信号による印加電圧と時間との関係について、入射光Ｌ１と戻り光Ｌ２との偏光方向変化が同じ周期でありかつ同位相である場合には、ｘ偏光入射のｘ偏光検出とｙ偏光入射のｙ偏光検出とを行うことが可能である。
【０１０９】
また、図１５の（ｂ）に示すように、入射光Ｌ１と戻り光Ｌ２との偏光方向変化が同じ周期でありかつ逆位相である場合には、ｘ偏光入射のｙ偏光検出とｙ偏光入射のｘ偏光検出とを行うことが可能である。
【０１１０】
さらに、図１５の（ｃ）に示すように、入射光Ｌ１と戻り光Ｌ２との偏光方向変化が偶数倍の周期でありかつ同位相である場合には、ｘ偏光入射のｘ偏光検出及びｙ偏光入射のｘ偏光検出、又はｘ偏光入射のｘ偏光検出及びｘ偏光入射のｙ偏光検出を行うことが可能である。
【０１１１】
これらは、制御部１２の制御信号をトリガとして、検出器１３からの検出信号を、算出部１４が入射光Ｌ１と戻り光Ｌ２との偏光方向の組み合わせにより分離、抽出しながら記憶してもよいし、制御部１２の制御信号と検出器１３の検出信号を、算出部１４が一度記憶してから解析してもよい。
【０１１２】
このように、本実施の形態における光学測定システム５は、測定対象Ｍに光を照射する光源としての電磁波源１１が設けられていると共に、電磁波源１１から測定対象Ｍへの光路中には、測定対象Ｍへの入射光Ｌ１に対して予め設定された複数の偏光方向から特定の偏光方向の光を選択すべく、少なくとも１つの偏光方向を透過する非回転の偏光子と偏光方向制御部材とを有する入射光側偏光選択部２０ｂが設けられている。
【０１１３】
これにより、測定対象Ｍの戻り光Ｌ２側だけではなく、測定対象Ｍの入射光Ｌ１側にも入射光側偏光選択部２０ｂが設けられている。
【０１１４】
この結果、例えば、入射光Ｌ１と同じ偏光方向である戻り光成分を検出することができ、測定対象Ｍの正反射・正透過の成分を検出することができる。
【０１１５】
また、入射光Ｌ１と直交する偏光方向である戻り光成分を検出する場合には、測定対象Ｍにおける拡散反射・散乱光の成分、又は異方性・旋光性による偏光変化分を検出することができる。
【０１１６】
〔実施の形態６〕
本発明のさらに他の実施の形態について図１６〜図１８に基づいて説明すれば、以下のとおりである。尚、本実施の形態において説明すること以外の構成は、前記実施の形態１〜実施の形態５と同じである。また、説明の便宜上、前記の実施の形態１〜実施の形態５の図面に示した部材と同一の機能を有する部材については、同一の符号を付し、その説明を省略する。
【０１１７】
本実施の形態の光学測定システム６は、分光器１５を備え、測定対象Ｍとして皮膚の測定に用いている点が異なっている、
本実施の形態の光学測定システム６の構成について、図１６及び図１７に基づいて説明する。図１６は、本実施の形態の光学測定システム６の構成を示すブロック図である。図１７は、本実施の形態の光学測定システム６の測定対象Ｍである皮膚の測定時の入射光Ｌ１の反射状態を示す拡大断面図である。
【０１１８】
本実施の形態の光学測定システム６は、図１６に示すように、検出器１３が分光機能を有する分光器１５からなっている。したがって、例えば、測定対象Ｍとして例えば人の皮膚の測定に用いことが可能となる。尚、皮膚は必ずしも人の皮膚に限らず、他の動物の皮膚であってもよい。
【０１１９】
ここで、本実施の形態の光学測定システム６では、電磁波源１１は白色光源からなっている。また、皮膚の測定の場合、偏光選択部は、図１６に示すように、戻り光側偏光選択部２０ａと入射光側偏光選択部２０ｂとの両方を設けることが好ましい。
【０１２０】
上記構成の光学測定システム６にて、測定対象Ｍとしての皮膚を測定したときには、図１７において破線で示すように、入射光Ｌ１のうち波長の短い光は皮膚の表面で反射し易い。一方、図１７において実線で示すように、入射光Ｌ１のうち波長の長い光は皮膚の奥まで侵入する。
【０１２１】
ここで、皮膚表面の凹凸（キメ）は、数１００ｕｍのサイズである。したがって、皮膚からの拡散反射がどの程度存在するかを検出することにより、キメが整っているか、流れているか、又はふっくらとしているか等を解析することができるようになる。
【０１２２】
また、皮膚内部に入った光は、散乱して戻ってくることから、この光の強度が強いほど透明感が高いと言える。さらに、例えば、コラーゲン線維の異方性から、コラーゲン線維の量や配向性を解析することが可能となる。
【０１２３】
検出データの具体的解析方法について、図１８の（ａ）（ｂ）に基づいて説明する。図１８の（ａ）は、皮膚から得られた検出信号と波長との関係を示すスペクトル図であり、図１８の（ｂ）は、図１８の（ａ）に示すスペクトル図から得られた、直交成分／平行成分と波長との関係を示すスペクトル図である。
【０１２４】
例えば、皮膚を測定することによって、図１８の（ａ）（ｂ）に示すスペクトル図が得られたとする。
【０１２５】
このスペクトル図からは、例えば、短波長側で直交成分が少なければ、表面での散乱が少ないことを示し、キメが粗いか又はキメの溝が浅いことがわかる。
【０１２６】
さらに、入射光Ｌ１の偏光方向を互いに直交する２方向で測定すれば、キメが流れていることが分かる。具体的には、戻り光側偏光選択部２０ａが、戻り光Ｌ２の偏光方向を入射光Ｌ１の偏光方向と直交する成分を選択するようにしておく。これにより、入射光側偏光選択部２０ｂが、入射光Ｌ１の偏光方向を変化させれば、検出信号が小さいときの入射光Ｌ１の偏光方向にキメが流れているとわかる。
【０１２７】
また、長波長側の直交成分が多ければ、皮膚内部に入って散乱した光があまり吸収されずに戻ってきていることを示し、透明感が高いことがわかる。
【０１２８】
ここで、両方の偏光成分に局所的に見える検出信号のピークＱは、蛍光であり、ピーク波長から蛍光物質が予測できる。
【０１２９】
また、両方の偏光成分に局所的に見える検出信号の変曲点Ｐは、ヘモグロビン等の皮膚内での吸収であり、吸収ピークの位置から、吸収物質を予測することができる。
【０１３０】
また、例えば、ファンデーションをつけた肌であれば、ファンデーションによる散乱光が主となる。ファンデーションに含まれる粒の大きさから、散乱スペクトルの理論値が分かるので、ここからのずれを基に、化粧くずれを判断することができる。
【０１３１】
このように、本実施の形態の光学測定システム６を用いることにより、光学測定システム６は、皮膚に関する多岐に亘る解析を行い得る、ユーザが持ち歩きできる皮膚検査システムとなる。このため、本実施の形態の光学測定システム６を、外出先での化粧くずれや、エステ等の施術を受けた前後の皮膚状態のチェック等に使用することができる。
【０１３２】
また、測定対象Ｍが皮膚のように柔らかい場合、測定ヘッドを皮膚に押し付けたとしても手ぶれの影響を受け易いが、例えば、実施の形態１等で説明した方法で、手ぶれ補正を行うことによって、正確に評価することができる。
【０１３３】
尚、本実施の形態では、人の皮膚への応用を示したが、野菜や果物等にも同様の方法で適用することができる。この結果、消費者による店頭チェックや、生産者の出荷時のチェックに使用することができる。
【０１３４】
また、果物や野菜に測定ヘッドを押し付けることは好ましくないため、中空に浮かしたまま測定することになり、手ぶれの影響を受け易い。このため、上記と同様に、手振れ補正を行うことによって、正確に評価することが可能となる。
【０１３５】
以上のように、本実施の形態における光学測定システム６は、光源としての電磁波源１１は白色光源であり、検出器１３は分光器１５であり、測定対象Ｍは皮膚である。
【０１３６】
これにより、小型で携帯可能な本光学測定システム６を用いて、例えば人の皮膚の組織について、簡易にしかも精度良く信頼性が高い測定結果を得ることが可能となる。
【０１３７】
〔実施の形態７〕
本発明のさらに他の実施の形態について図１９に基づいて説明すれば、以下のとおりである。尚、本実施の形態において説明すること以外の構成は、前記実施の形態１〜実施の形態６と同じである。また、説明の便宜上、前記の実施の形態１〜実施の形態６の図面に示した部材と同一の機能を有する部材については、同一の符号を付し、その説明を省略する。
【０１３８】
前記実施の形態１〜６における光学測定システム１〜６は、反射型の光学測定システムであった。これに対して、本実施の形態の光学測定システム７は、透過型の光学測定システムである点が異なっている、
例えば、測定対象Ｍを透過した光の偏光方向が、元の直線偏光に対してどの方向にどれだけ傾いたかを測定することによって、糖の種類、鏡像異性体の判別、糖の濃度等が分かることが知られている。このため、測定対象Ｍを透過した光の傾き角に対する距離の依存性を測定できれば、これらがより詳細に分かる。
【０１３９】
例示として、本実施の形態の光学測定システム７は、透過型の光学測定システムとなっている。
【０１４０】
本実施の形態の光学測定システム７の構成について、図１９に基づいて説明する。図１９は、本実施の形態の光学測定システム７の構成を示すブロック図である。
【０１４１】
本実施の形態の光学測定システム７は、図１９に示すように、電磁波源１１からの入射光Ｌ１は第１偏光板２１を介して測定対象Ｍに入射される。この測定対象Ｍへの入射光Ｌ１は、そのまま測定対象Ｍを透過し、透過光Ｌ３は、偏光選択部２０を介して分光器１５に入射される。この偏光選択部２０及び分光器１５には、制御部１２から制御信号が送信され、前記実施の形態１等で示した制御が行われる。
【０１４２】
上記第１偏光板２１は、入射側の偏光を直線偏光とするために設けられる。尚、電磁波源１１が、直線偏光の光を出射する場合には、第１偏光板２１は不要となる。
【０１４３】
上記構成の光学測定システム７では、例えば、測定対象Ｍの旋光スペクトル（ＯＲＤ：Optical Rotatory Dispersion）を測定する。
【０１４４】
本実施の形態では、例えば、測定対象Ｍとして糖類を含むときの該糖類の解析を行うことが可能である。ただし、必ずしもこれに限らず、例えば、測定対象Ｍとして磁性体にも適用でき、その場合は反射型で測定すればよい。
【０１４５】
尚、本実施の形態では、測定対象Ｍを透過する距離を変化させることにより、より詳細が解析を行うことができる。
【０１４６】
また、本実施の形態では、単色の光を使うのであれば、円偏光を入射し、戻り光をλ/4板に通せば、円偏光が右回りか、左回りかによって、９０°異なる直線偏光となるため、円二色測定（ＣＤ）を行うことも可能である。
【０１４７】
このように、本実施の形態の光学測定システム７では、小型で高速な測定が可能となる。また、持ち歩きできる血糖値測定器や、酒類の検査に使用できる。さらに、吸収スペクトルと総合して解析することにより、測定対象Ｍの同定がより正確になる。
【０１４８】
〔まとめ〕
本発明の態様１における光学測定システム１〜７は、測定対象Ｍに光を照射したときの、上記測定対象Ｍからの反射光又は透過光から特定の偏光方向の光を検出する光学測定システムにおいて、上記測定対象Ｍからの反射による戻り光又は透過光に対して予め設定された複数の偏光方向から上記特定の偏光方向の光を選択すべく、少なくとも１つの偏光方向を透過する非回転の偏光子（第１偏光板２１・第２偏光板２３・偏光分離部２５）と偏光方向制御部材（液晶層２２・シャッタ２４）とを有する偏光選択部２０Ａ・２０Ｂ・２０Ｃ・２０と、上記偏光選択部２０Ａ・２０Ｂ・２０Ｃ・２０が上記特定の偏光方向を選択できるように上記偏光方向制御部材（液晶層２２・シャッタ２４）を制御する制御部１２と、上記偏光選択部２０Ａ・２０Ｂ・２０Ｃ・２０が選択した上記特定の偏光方向の光を検出する検出器１３とを備えていることを特徴としている。尚、偏光方向制御部材は、偏光子を機械的に回転させずに、測定対象からの複数の偏光方向を透過する反射光又は透過光から特定の偏光方向の光を選別する部材である。
【０１４９】
上記の発明によれば、光学測定システムは、測定対象に光を照射したときの、上記測定対象からの反射光又は透過光から特定の偏光方向の光を検出する。具体的には、測定対象からの反射による戻り光又は透過光に対して予め設定された複数の偏光方向から上記特定の偏光方向の光を選択する偏光選択部と、偏光選択部が選択した上記特定の偏光方向の光を検出する検出器とが備えられている。
【０１５０】
ここで、従来では、偏光子を機械的に回転させることにより、測定対象からの反射光又は透過光から特定の偏光方向の光を検出していた。しかし、このような構成では、偏光方向を変えるために回転機構を伴う構成となっているので、必然的に装置が大型化していた。また、機械的な回転機構を伴うので接触部における摩耗によるが損傷が大きかったり、光軸ずれを発生し易い等の経時劣化が大きいという問題を有している。また、特許文献２に開示された光学測定システムでは、異なる偏光方向の２つの光源を使用するので、大型化を解消することができない。この結果、ユーザが手で持って測定する装置とはなっていない。
【０１５１】
これに対して、本発明では、偏光選択部は少なくとも１つの偏光方向を透過する非回転の偏光子と偏光方向制御部材からなっており、制御部は、偏光選択部が特定の偏光方向を選択できるように偏光方向制御部材を制御する。そして、検出器は、偏光選択部が選択した特定の偏光方向の光を検出する。
【０１５２】
この結果、少なくとも１つの偏光方向を透過する偏光子は非回転であり、偏光子は固定されている。そして、偏光方向制御部材を制御することによって、所望の特定の定の偏光方向の光が選択できるようになっている。
【０１５３】
したがって、機械的な回転機構を伴わずに偏光制御することにより経時劣化が少なく、かつ携帯可能に小型・安価でありながら信頼性が高い光学測定システムを提供することが可能となる。
【０１５４】
本発明の態様２における光学測定システム１は、態様１における光学測定システムにおいて、前記偏光選択部２０Ａは、前記偏光子としての１つの偏光方向を透過する第１偏光板２１と、前記偏光方向制御部材としての液晶層２２とからなっており、前記制御部１２は、上記液晶層２２に電圧印加することにより液晶層２２の配向を変化させて前記測定対象Ｍからの反射光又は透過光から前記特定の偏光方向の光を該液晶層２２に入射させる。
【０１５５】
これにより、液晶層と１つの偏光方向を透過する第１偏光板とを使用することによって、簡単にしかも高速に所望の特定の偏光方向の光を選択することができる。したがって、ユーザが持ち歩き、所望の時間、場所で利用できるような小型で安価でありながら、短時間で操作し得る光学測定システムを提供することができる。また、機械的な回転駆動機構を使用していないので、光軸ずれ等の経時劣化を防止することができる。
【０１５６】
本発明の態様３における光学測定システム２は、態様１における光学測定システムにおいて、前記偏光選択部２０Ｂは、複数の区分領域（第１区域２３ａ・第２区域２３ｂ）に分割されかつ区分領域（第１区域２３ａ・第２区域２３ｂ）毎に互いに異なる偏光方向の光を透過させる前記偏光子としての第２偏光板２３と、上記第２偏光板２３の測定対象Ｍ側又は検出器１３側に設けられかつ上記第２偏光板２３の区分領域（第１区域２３ａ・第２区域２３ｂ）と同じ平面位置に設けられた対応区分領域（左半分領域２４ａ及び右半分領域２４ｂ）を有する前記偏光方向制御部材としてのシャッタ２４とからなっており、前記制御部１２は、上記シャッタ２４に電圧印加することにより上記シャッタ２４の各対応区分領域（左半分領域２４ａ及び右半分領域２４ｂ）を開閉制御して、前記測定対象Ｍからの反射光又は透過光から前記特定の偏光方向の光を、開状態のシャッタ２４の対応区分領域（左半分領域２４ａ及び右半分領域２４ｂ）から通過させる。
【０１５７】
これにより、複数の区分領域に分割されかつ区分領域毎に互いに異なる偏光方向の光を透過させる前記偏光子としての第２偏光板と、第２偏光板の測定対象側又は検出器側に設けられかつ第２偏光板の区分領域と同じ平面位置に設けられた対応区分領域を有するシャッタを用いることによって、さらに安価に偏光選択部を構成することが可能となる。
【０１５８】
本発明の態様４における光学測定システム３は、態様１における光学測定システムにおいて、前記偏光選択部２０Ｃは、互いに異なる２つの偏光方向の光を互いに異なる２つの分離領域にて分離する前記偏光子としての偏光分離部材（偏光分離部２５）と、上記偏光分離部材（偏光分離部２５）の検出器１３側に設けられかつ上記偏光分離部材（偏光分離部２５）の分離領域と同じ平面位置に設けられた対応区分領域（左半分領域２４ａ及び右半分領域２４ｂ）を有する前記偏光方向制御部材としてのシャッタ２４とからなっており、前記制御部１２は、上記シャッタ２４に電圧印加することにより上記シャッタ２４の各対応区分領域（左半分領域２４ａ及び右半分領域２４ｂ）を開閉制御して、前記測定対象Ｍからの反射光又は透過光から前記特定の偏光方向の光を、開状態のシャッタ２４の対応区分領域（左半分領域２４ａ及び右半分領域２４ｂ）から通過させる。尚、偏光分離部材（偏光分離部２５）は、例えば方解石等である。
【０１５９】
これにより、互いに異なる２つの偏光方向の光を互いに異なる２つの分離領域にて分離する偏光分離部材と、偏光分離部材の検出器側に設けられかつ偏光分離部材の分離領域と同じ平面位置に設けられた対応区分領域を有するシャッタを用いることによっても、安価に偏光選択部を構成することが可能となる。
【０１６０】
本発明の態様５における光学測定システム１〜７は、態様１又は２における光学測定システムにおいて、前記制御部１２は、前記偏光選択部２０Ａ・２０Ｂ・２０Ｃ・２０を所定の周期で制御すると共に、上記制御部１２からの制御信号と前記検出器１３からの検出信号とを受信し、前記偏光選択部２０Ａ・２０Ｂ・２０Ｃ・２０が選択した偏光方向に対応する検出信号を分離する算出部１４を備えていることが好ましい。
【０１６１】
これにより、測定対象からの戻り光から、特定の偏光方向とその直交する偏光方向の光を自動で高速に選択できると共に、積算や平均化をすることによって、ノイズを少なくすることができる。したがって、機械的な回転機構を伴わずに偏光制御することにより経時劣化が少なく、かつ携帯可能に小型・安価でありながら信頼性が高い本光学測定システムを提供することに加えて、さらにユーザが手で持って測定する際の手ぶれ補正が可能となす。
【０１６２】
本発明の態様６における光学測定システム４は、態様１〜４のいずれか１における光学測定システムにおいて、前記検出器１３からの出力信号を受けて、前記制御部１２の電圧印加のデューティ比に基づいて前記特定の偏光方向の光を算出する算出部１４が設けられている。
【０１６３】
これにより、算出部は例えば予め制御部の電圧印加のデューティ比を記憶しておくことによって、検出部からの検出信号から所望の特定の偏光方向の光を推測することができる。制御部は、検出部に制御信号を送信しなくてもよいので、構成が簡易化されると共に、送信に伴う消費電力の低減を図ることができる。この結果、光学測定システムを携帯装置として使用する場合に、バッテリの消耗を少なくすることができる。
【０１６４】
本発明の態様７における光学測定システム５は、態様１〜６のいずれか１における光学測定システムにおいて、前記測定対象Ｍに光を照射する光源（電磁波源１１）が設けられていると共に、上記光源（電磁波源１１）から測定対象Ｍへの光路中には、上記測定対象Ｍへの入射光Ｌ１に対して予め設定された複数の偏光方向から特定の偏光方向の光を選択すべく、少なくとも１つの偏光方向を透過する非回転の偏光子と偏光方向制御部材とを有する入射光側偏光選択部２０ｂが設けられている。
【０１６５】
これにより、測定対象の戻り光側だけではなく、測定対象の入射光側にも入射光側偏光選択部が設けられている。
【０１６６】
この結果、例えば、入射光と同じ偏光方向である戻り光成分を検出することができ、測定対象の正反射・正透過の成分を検出することができる。
【０１６７】
また、入射光と直交する偏光方向である戻り光成分を検出する場合には、測定対象における拡散反射・散乱光の成分、又は異方性・旋光性による偏光変化分を検出することができる。
【０１６８】
本発明の態様８における光学測定システム６は、態様７における光学測定システムにおいて、前記光源（電磁波源１１）は、白色光源であり、前記検出器は、分光器１５であり、前記測定対象Ｍは、皮膚である。
【０１６９】
これにより、小型で携帯可能な本光学測定システムを用いて、例えば人の皮膚の組織について、簡易にしかも精度良く信頼性が高い測定結果を得ることが可能となる。
【０１７０】
尚、本発明は、上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。さらに、各実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を組み合わせることにより、新しい技術的特徴を形成することができる。
【符号の説明】
【０１７１】
１〜７        光学測定システム
１１            電磁波源（光源）
１２            制御部
１３            検出器
１４            算出部
１５            分光器（検出器）
２０            偏光選択部
２０ａ          戻り光側偏光選択部（偏光選択部）
２０ｂ          入射光側偏光選択部
２０Ａ〜２０Ｃ  偏光選択部
２１            第１偏光板（非回転の偏光子）
２２            液晶層（偏光方向制御部材）
２２ａ          液晶分子
２３            第２偏光板（非回転の偏光子）
２３ａ          第１区域（区分領域）
２３ｂ          第２区域（区分領域）
２４            シャッタ（偏光方向制御部材）
２４ａ          右半分領域（対応区分領域）
２４ｂ          左半分領域（対応区分領域）
２５            偏光分離部（偏光方向制御部材、偏光分離部材）
Ｌ１            入射光
Ｌ２            戻り光
Ｌ３            透過光
【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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【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】
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【図１６】
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【図１７】
2017215190.tif 000019
【図１８】
2017215190.tif 000020
【図１９】
2017215190.tif 000021
【図２０】
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【図２１】
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