(57)【要約】【課題】比較的簡単な構成で、比較的高精度に光路長や被計測物内の散乱光の光路の深度を特定した測定を行うこと。【解決手段】光測定装置１は、低コヒーレンス光を出射する低コヒーレンス光源２と、低コヒーレンス光を参照光と照射光に分離する分波部３と、参照光の光路長を可変する光制御部４と、照射光を被計測物９に照射する第１の光学系５１と、被計測物９の深部からの散乱光を、第１の光学系５１による被計測物９への照射光の照射位置と異なる位置から集光して導波する第２の光学系５２と、第２の光学系５２により導波された光と、参照光とを合波する合波部６と、合波部６により合波された光の強度を検出する光検出部７と、参照光又は照射光の光路長と、光検出部により検出された光の強度とに基づいて、被計測物の深部に関する情報を取得する制御部８（情報処理部８１）とを有する。【選択図】  図１
2009047429.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
低コヒーレンス光を出射する低コヒーレンス光源と、
前記低コヒーレンス光源から出射された低コヒーレンス光を参照光と照射光に分離する分波部と、
前記参照光の光路長を可変する光制御部と、
前記照射光を被計測物に照射する第１の光学系と、
前記被計測物の深部からの散乱光を、前記第１の光学系による前記被計測物への前記照射光の照射位置と異なる位置から集光して導波する第２の光学系と、
前記第２の光学系により導波された光と前記参照光とを合波する合波部と、
前記合波部により合波された光の強度を検出する光検出部と
を有する光測定装置。
【請求項２】
前記参照光の光路長と、前記光検出部により検出された光の強度とに基づいて、前記被計測物の深部に関する情報を取得する情報処理部を有する請求項１に記載の光測定装置。
【請求項３】
前記被計測物で反射又は散乱された光を異なる位置それぞれから集光して前記合波部に導波する複数の光学系を有する請求項１または請求項２に記載の光測定装置。
【請求項４】
前記被計測物で反射又は散乱された光の集光位置の制御を行う位置制御部を有する請求項１から請求項３のいずれかに記載の光測定装置。
【請求項５】
前記被計測物で反射又は散乱された光の偏光状態を制御する偏波コントローラーを有する請求項１から請求項３のいずれかに記載の光測定装置。
【請求項６】
前記低コヒーレンス光源は、それぞれ中心波長の異なる複数の低コヒーレンス光を出射する複数の光源を備え、
前記複数の光源から出力された中心波長の異なる低コヒーレンス光を合波して前記分波部に出力する波長合成部と、
前記合波部により合波された光を波長に応じて分岐する波長分岐部と、
前記波長分岐部により分岐された光それぞれを受光する複数の光検出部とをさらに有する
請求項１に記載の光測定装置。
【請求項７】
前記低コヒーレンス光源から出射された低コヒーレンス光を直線偏光に変換する直線偏光変換部と、
前記参照光の偏光状態を変化させる手段と、
前記合波部により合波された光を、互いに直交する偏光成分を備える光に分離する光学素子と、
前記光学素子により分離された光それぞれを受光する複数の光検出部とを有する
請求項１に記載の光測定装置。
【請求項８】
第１の光学系または第２の光学系に波長板が設けられている請求項７に記載の光測定装置。
【請求項９】
前記光制御部は、前記分波部からの参照光を反射して、前記合波部に入射させる可動ミラーを有する請求項１から請求項８のいずれかに記載の光測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、生体透過性の高い８００ｎｍ近傍の近赤外光を被計測物である頭部に照射し、頭部の約２０ｍｍ程度の深部に位置する大脳皮質等の灰白質や白質などで散乱された光を、照射位置から頭部表面に沿って位置をずらして受光し、その得られた光の強度により、血液量（ヘモグロビン濃度）に関する情報を取得する光トポグラフィ法が知られている（例えば、特許文献１参照）。この光トポグラフィ法では、頭部内の血流量の変化を示すマップを作成することができる。
【０００３】
しかし、一般的な光トポグラフィ法を採用した測定装置では、検出された散乱光が伝搬した距離や、被計測物内の散乱光の光路の深度が不明確である。
【０００４】
また、例えば、ピコ秒パルスレーザー装置から出射された短パルスレーザーを被計測物に照射し、その被計測物からの散乱光を高速光検出器などで受光して、時間分解計測を行うことにより光路長を特定する測定装置が知られている（例えば、非特許文献１）。
【特許文献１】特開平９−１９４０８号公報
【非特許文献１】H.Edaetal.,「Multichannel time-resolved optical tomographic imaging system」,Review of Scientific Instruments,1999,vol.70,Issue9,p.3595-3602
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、上記時間分解計測を行うことにより光路長を特定する測定装置では、比較的高価なピコ秒パルスレーザー装置や高速光検出器を要し、それらを比較的高精度に構成することを要する。
【０００６】
本発明は、このような問題に対処することを課題の一例とするものである。すなわち、比較的簡単な構成で、比較的高精度に光路長や被計測物内の散乱光の光路の深度を特定した光計測を行うことができる光測定装置を提供すること、比較的安価な光測定装置を提供すること、等が本発明の目的である。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
このような目的を達成するために、本発明は、以下の各独立請求項に係る構成を少なくとも具備するものである。
本発明に係る光測定装置は、低コヒーレンス光を出射する低コヒーレンス光源と、前記低コヒーレンス光源から出射された低コヒーレンス光を参照光と照射光に分離する分波部と、前記参照光の光路長を可変する光制御部と、前記照射光を被計測物に照射する第１の光学系と、前記被計測物の深部からの散乱光を、前記第１の光学系による前記被計測物への前記照射光の照射位置と異なる位置から集光して導波する第２の光学系と、前記第２の光学系により導波された光と前記参照光とを合波する合波部と、前記合波部により合波された光の強度を検出する光検出部とを有することを特徴とする。
【０００８】
好適には、前記光測定装置は、前記参照光の光路長と、前記光検出部により検出された光の強度とに基づいて、前記被計測物の深部に関する情報を取得する情報処理部を有する。
【０００９】
上記構成の光測定装置では、第１の光学系により被計測物に照射光が照射され、第２の光学系により被計測物の深部からの散乱光を、第１の光学系による被計測物への照射光の照射位置と異なる位置から導波する。そして、光測定装置の合波部が、第２の光学系により導波された光と参照光とを合波し、光検出部により合波部により合波された光の強度を検出する。そして、情報処理部が、参照光の光路長と、光検出部により検出された光の強度とに基づいて、被計測物の深部に関する情報を取得する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
本発明の一実施形態に係る光測定装置は、低コヒーレンス光を出射する低コヒーレンス光源と、低コヒーレンス光源から出射された低コヒーレンス光を参照光と照射光に分離する分波部と、参照光の光路長を可変する光制御部と、照射光を被計測物に照射する第１の光学系と、被計測物の深部からの散乱光を、第１の光学系による被計測物への照射光の照射位置と異なる位置から集光して導波する第２の光学系と、第２の光学系により導波された光と参照光とを合波する合波部と、合波部により合波された光の強度を検出する光検出部と、参照光の光路長と、光検出部により検出された光の強度とに基づいて、被計測物の深部に関する情報を取得する情報処理部を有する。
【００１１】
上記構成の光測定装置では、第１の光学系により被計測物に照射光が入射され、第２の光学系により、被計測物の深部からの散乱光を、第１の光学系による被計測物への照射光の入射位置と異なる位置から導波する。そして、光測定装置の合波部が、第２の光学系により導波された光と参照光とを合波し、光検出部により合波部により合波された光の強度を検出し、光制御部により参照光の光路長を変化させて、情報処理部が、参照光の光路長と、照射光の光路長と、光検出部により検出された光の強度とに基づいて、被計測物の深部に関する情報を取得する。
また、被計測物としては、例えば生体、水分が比較的多い物質、光散乱体を内在する物質などを挙げることができる。
【００１２】
以下、本発明の一実施形態に係る光測定装置を、図面を参照しながら説明する。
【００１３】
［第１実施形態］
図１は、本発明の第１実施形態に係る光測定装置１の構成図である。図２は、被計測物９の深部の散乱光の光路を説明するための図である。
【００１４】
本発明の第１実施形態に係る光測定装置１は、低コヒーレンス光源２と干渉計を有する。本実施形態では、マイケルソン型干渉計を採用する。詳細には、図１に示すように、光測定装置１は、低コヒーレンス光源２、分波部３、光制御部４、第１の光学系５１、第２の光学系５２、合波部６、光検出部７、制御部８、および表示部８５を有する。
【００１５】
低コヒーレンス光源２は、コヒーレンス長の比較的短い光、いわゆる低コヒーレンス光を出射する。本実施形態に係る低コヒーレンス光源２は、例えば、波長が１３４７ｎｍ、コヒーレンス長が１６μｍ程度である。本実施形態では、低コヒーレンス光源２から出力された低コヒーレンス光は、例えば参照光と照射光に分波されたのち再び合波された場合、分波された位置から合波された位置までの参照光の光路と、分波された位置から合波された位置までの照射光の光路の差が、コヒーレンス長に相当する約１６μｍ程度の短い距離範囲内のときに干渉した光として検出され、それより光路差が大きいときに干渉しない特性を有する。
低コヒーレンス光源２としては、例えば、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）やＳＬＤ（Super Luminescent Diode）等の低コヒーレンス光を放射する発光装置を採用することができる。
【００１６】
レンズ２０１は、低コヒーレンス光源２と分波部３の間に配置され、低コヒーレンス光源２から出力された光を平行光に変換して分波部３に出力する。
【００１７】
分波部３は、低コヒーレンス光源２からレンズ２０１を介して出力された低コヒーレンス光を、光制御部４に向かう参照光と、被計測物９に照射される照射光に分離する（パワー分岐）。本実施形態に係る分波部３は、ビームスプリッター３０１を有する。ビームスプリッター３０１は、図１に示すように、低コヒーレンス光源２から入射された低コヒーレンス光に対して直角方向に配置された光制御部４に向かう参照光と、照射光に分波する。ビームスプリッターとしては、例えばハーフミラーを採用することができる。
【００１８】
光制御部４は、参照光の光路長を可変する。詳細には、光制御部４は、参照光の光路長を規定する。
【００１９】
本実施形態では、図１に示すように、光制御部４は、分波部３からの参照光の光路長を変化させて、その参照光を合波部６に出力する。具体的には、光制御部４は、図１に示すように、可動ミラー（ミラー）４１、および駆動部４２を有する。
ミラー４１は、分波部３からの参照光を反射して合波部６に入射させる。本実施形態に係るミラー４１は、ビームスプリッター３０１からの参照光を反射して、ビームスプリッター３０１を介して、合波部６に出力する。
駆動部４２は、例えば制御部８から出力された制御信号を受けて、その制御信号を基に、ミラー４１を規定の速度で光軸に沿って移動させる。駆動部４２は、例えば、駆動モータ、圧電素子、等の駆動装置により構成される。
駆動部４２は、例えば、制御部８から出力された三角波、のこぎり波などの制御信号を受けて、その制御信号の信号レベルに応じてミラー４１を光軸に沿って平行移動させる。
【００２０】
上述した構成の光制御部４では、ミラー４１がビームスプリッター３０１に対して規定速度で光軸に沿って移動するので、光のドップラー効果により、参照光の周波数がシフトする。この周波数がシフトした参照光と、照射光が被計測物に入射したのち散乱された光とを合波して、光検出部７で受光すると、光検出部７では、周波数の差に応じたビートを有する干渉信号が得られる。このように干渉信号を生成することにより、Ｓ／Ｎ比を上げて、被計測物９の深部での散乱光による信号の検出感度を上げている。
【００２１】
また、光制御部４は、上述した実施形態に限られるものではない。例えば、光制御部４は、ピエゾ素子、光ファイバーなどを用いて、分波部３からの参照光の光路長を変化させて、その参照光を合波部６に出力してもよい。
【００２２】
第１の光学系５１は、分波部３から出力された照射光を被計測物９に入射する。本実施形態に係る第１の光学系５１は、図１に示すように、光学レンズ５１１を有する。光学レンズ５１１は、ビームスプリッター３０１と被計測物９の間に配置され、ビームスプリッター３０１から出力された照射光を、被計測物９の規定位置（入射位置）に照射する。
第１の光学系５１は、上述した実施形態に限られるものではない。例えば、分波部３から出力された参照光を、例えば光ファイバー等の導光路を介して、被計測物９の規定位置に照射してもよい。
【００２３】
図２に示すように、第１の光学系５１により照射光が被計測物９の照射位置（入射位置ともいう）９Ａに照射されると、被計測物９の内部でその構造に応じて光の散乱または反射が生じる。被計測物９の深部にて散乱された光のうち、例えば入射光の光軸方向に沿って散乱された光は、光学レンズ５１１、およびビームスプリッター３０１を介して合波部６に入力される。
【００２４】
第２の光学系５２は、被計測物９の深部からの散乱光を、第１の光学系による被計測物９への照射光の入射位置（位置９Ａ）と異なる位置９Ｂからレンズ５２１を介して集光して導波し、合波部６に出力する。
詳細には、第２の光学系５２は、図１，２に示すように、第１の光学系による被計測物９への照射光の入射位置（位置９Ａ）に対して、被計測物９の表面に沿って規定距離（例えば３０ｍｍ程度）だけ離れた位置９Ｂから集光して導波し、合波部６に出力する。
【００２５】
合波部６は、第２の光学系５２により導波された光と、光制御部４からの参照光とを合波して光検出部７に出力する。
本実施形態に係る合波部６は、図１に示すように、ビームスプリッター６０１を有する。詳細には、図１に示すように、ビームスプリッター６０１は、光制御部４からの参照光の光軸と、第２の光学系５２の光の光軸の交差する位置に配置されている。ビームスプリッター６０１は、光制御部４からの参照光と、第２の光学系５２からの光とを合波して光検出部７に出力する。
【００２６】
また、本実施形態に係るビームスプリッター６０１は、光制御部４からビームスプリッター３０１を介して入力された参照光と、第２の光学系５２からの光とを合波して光検出部７に出力する。また、光測定装置１は、第１の光学系５１により集光された散乱光が、ビームスプリッター３０１を介して、ビームスプリッター６０１に入力されたのち光検出部７に出力される構造を有する。上記構成により光測定装置１の設置スペースが比較的小さい。
【００２７】
光検出部７は、合波部６により合波された光の強度を検出する。詳細には、光検出部７は、入力された光の強度に応じたレベルの電気信号を出力する。光検出部７としては、例えば、フォトダイオード、光電子増倍管、等の光検出装置を採用することができる。また、光検出部７は、検出した信号を制御部８に出力する。
【００２８】
制御部８は、光測定装置１の各構成要素を統括的に制御して、本発明に係る機能を実現する。制御部８は、一般的なコンピュータの構成要素を有し、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、記憶部、キーボードやマウス等の操作入力装置、表示部８５等を備える。制御部８は、例えば、記憶部に記憶されているプログラムを実行することにより、本発明に係る機能を実現する。また、制御部８は、本発明に係る被計測物の深部に関する情報を示す画像を表示部８５に表示する処理を行う。
【００２９】
図１に示すように、本実施形態に係る制御部８は、情報処理部８１、および駆動系制御部８２等を有する。
情報処理部８１は、参照光の光路長と、光検出部７により検出された光の強度に基づいて、被計測物９の深部に関する情報を取得する。より具体的には、制御部８は、ミラー４１の位置の情報と、光検出部７にて検出された光の強度に基づいて、被計測物９の深部に関する情報を取得する。
【００３０】
次に、情報処理部８１の機能の一具体例を説明する。
本実施形態に係る光測定装置１では、低コヒーレンス光により計測を行っているので、分波部３から合波部６までの参照光の光路長が規定されると、分波部３から合波部６までの照射光の光路長が規定される。分波部３から合波部６までの照射光の光路長は、図１，２に示すように、ビームスプリッター３０１から光測定装置１の被計測物９表面の入射位置９Ａまでの光路長、被計測物９内部の散乱光の光路長、および被計測物９の表面の集光位置９Ｂからビームスプリッター６０１までの光路長を加算した距離である。
【００３１】
また、ビームスプリッター３０１から光測定装置１の被計測物９表面の入射位置９Ａまでの光路長、および被計測物９の表面の位置９Ｂからビームスプリッター６０１までの光路長は、例えば光測定装置１の光学的な構成要素の位置により規定されているので、参照光の光路長から、これらの光路長を引算すると、被計測物９内の散乱光の光路長を算出することができる。
また、上述したように、被計測物９の内部の散乱光の光路を、図２に示すように、略半円弧状の光路と仮定すると、被計測物９内部の散乱光の光路の深度（深さ）を算出することができる。
【００３２】
また、制御部８は、ミラー４１を移動駆動することにより、分波部３から合波部６までの参照光の光路長を、所定の光路長に規定することができるので、被計測物９内の散乱光の所望の光路を特定することができる。また、制御部８は、被計測物９中の所望の光路を通った散乱光の強度を検出することができる。
【００３３】
また、制御部８は、例えば、ミラー４１の位置と、参照光の光路長、および被計測物９内の散乱光の光路長、被計測物９内の散乱光の光路の平均深度（深さ）などを関連付けたテーブルを予め記憶部に記憶しておき、制御部８は、計測時に、そのテーブルと、ミラー４１の位置、駆動信号などにより、被計測物９内の散乱光の光路の光路長や、光路の平均深度などを特定するとともに、被計測物９中の所望の光路を通った散乱光の強度を検出してもよい。
【００３４】
また、上述した実施形態では、被計測物９の散乱光の光路は、例えば図２に示すように略半円弧状としたが、この形態に限られるものではない。
例えば、被計測物９内部の散乱光の光路やその光路の深度などの情報は、モンテカルロ法などのコンピュータシミュレーションにより算出された結果を用いてもよいし、短パルスレーザー光を被計測物９に照射して、その被計測物からの散乱光を高速光検出器などで受光して時間分解計測を行うことにより得られた結果を用いてもよい。
【００３５】
駆動系制御部８２は、例えば、光制御部４の駆動部４２に制御信号を出力して、ミラー４１を移動制御する。本実施形態では、制御部８は、ミラー４１を移動させて光路長を変化させながら、光計測を行う。
制御部８は、この制御信号によってミラー４１の位置に関する情報を取得してもよいし、ミラー４１の位置検出を行うセンサ（不図示）によりミラー４１の位置に関する情報を取得してもよい。
【００３６】
また、第２の光学系５２に、被計測物９で反射又は散乱された光の集光位置を規定距離だけ移動させる移動手段５２５を設けておき、駆動系制御部８２が、被計測物９で反射又は散乱された光の集光位置を規定距離だけ移動させる等の位置制御を行ってもよい。駆動系制御部８２は、本発明に係る位置制御部の一実施形態に相当する。
【００３７】
［光測定装置１の動作］
次に、上記構成の光測定装置１の動作を図面を参照しながら参照しながら説明する。
先ず、低コヒーレンス光源２から低コヒーレンス光を出射させる。
低コヒーレンス光源２から出射された光は、レンズ２０１で平行光に変換された後、分波部３のビームスプリッター３０１に入力され、参照光と照射光に分離される（パワー分岐）。一方の光（参照光）は、ミラー４１で反射され、再びビームスプリッター３０１を介して、合波部６のビームスプリッター６０１に入力される。ビームスプリッター３０１で分岐されたもう一方の光（照射光）は、第１の光学系５１の光学レンズ５１１により集光され、被計測物９に照射される。
【００３８】
被計測物９に照射された光は、様々な方向に反射又は散乱されるが、その中で、入射方向に対して略逆方向に反射又は散乱された光は、光学レンズ５１１を経由してビームスプリッター３０１に入力され、参照光と合波されて、合波部６のビームスプリッター６０１に入力される。
【００３９】
また、図２に示すように、被計測物９で反射された光又は被計測物９の深部で散乱した光は、第１の光学系５１による被計測物９への照射光の照射位置９Ａと異なる位置９Ｂから光学レンズ５２１により集光されて、合波部６のビームスプリッター６０１に導波される。そして、合波部６のビームスプリッター６０１では、第２の光学系５２により導波された光と、参照光とが合波される。
【００４０】
この第２の光学系５２の光学レンズ５２１には、被計測物９の深部で、例えば図２に示すような光路を伝播した散乱光が入力される。そして、ビームスプリッター６０１から光検出部７に散乱光が入力され、光検出部７では入力された光の強度に応じたレベルの電気信号が出力される。
【００４１】
また、制御部８の駆動系制御部８２は、駆動部４２に制御信号を出力してミラー４１を走査する。ミラー４１が走査すると、参照光の周波数がドップラーシフトするとともに、参照光の光路長が変化して、光検出部７にて干渉信号が検出される。そして、制御部８の情報処理部８１は、干渉信号に、例えば包絡線検波などの所定の検波処理を施すことにより、散乱光の強度を取得する。この検波処理としては、一般的なＯＣＴ（Optical coherence tomography）の公知技術を用いてもよい。
【００４２】
制御部８の情報処理部８１は、上述したように、ミラー４１の位置と、光検出部７により検出された干渉信号に基づいて、被計測物９で反射または散乱された光が伝播した光路長や、被計測物内の散乱光の光路の深度を特定した測定を行うことができる。
【００４３】
また、制御部８は、ミラー４１を走査して光測定を行うことで、被計測物９内の規定深度の光の強度のマップを生成することができる。
また、制御部８は、第２の光学系５２の集光位置をずらして上記光測定を行うことにより、被計測物９内の光の強度の３次元マップを生成することができる。また、制御部８は、その生成したマップを表示部８５に表示することができる。
【００４４】
また、制御部８は、光学レンズ５１１を通る光路の光路長と、光学レンズ５２１を通る光路の光路長を調整する（例えば、これらの長さを異なるように調整する）ことで、第１の光学系５１の光学レンズ５１１レンズ２で集光された反射／散乱光と参照光により生じる干渉信号と、第２の光学系５２の光学レンズ５２１で集光された反射／散乱光と参照光により生じる干渉信号を、高精度に分離する。
【００４５】
また、制御部８は、被計測物内の屈折率を考慮して光路長を規定することで、より高精度な光測定を行うことができる。
【００４６】
［第２実施形態］
図３は、本発明の第２実施形態に係る光測定装置１Ａの構成図である。図４は、図３に示した光測定装置１Ａによる照射光、被計測物９の深部の散乱光の光路を説明するための図である。第１実施形態と第２実施形態と同じ構成、作用効果等については、説明を省略する。
【００４７】
本発明に係る光測定装置は、被計測物９で反射又は散乱された光を異なる位置それぞれから集光して合波部６に導波する複数の光学系を有してもよい。
【００４８】
詳細には、図３，４に示すように、本実施形態に係る光測定装置１Ａは、ビームスプリッター６０１およびビームスプリッター６０２を備える合波部６と、被計測物９で反射又は散乱された光を、第１の光学系５１の入射位置９Ａと異なる集光位置９Ｃから集光して合波部６に導波する第３の光学系５３を有する。
【００４９】
ビームスプリッター６０２は、光検出部７と、ビームスプリッター６０１の間に配置される。詳細には、ビームスプリッター６０２は、光検出部７と、ビームスプリッター６０１の光軸と、第３の光学系５３の光軸の交差する位置に配置されている。
【００５０】
第３の光学系５３は、被計測物９で反射又は散乱された光を、集光位置９Ｃから集光して、合波部６のビームスプリッター６０２に入射する光学レンズ５３１を有する。光学レンズ５３１の集光位置９Ｃは、第２の光学系５２の集光位置９Ｂと異なる位置に配置されている。
本実施形態では、図３，４に示すように、光学レンズ５３１の集光位置９Ｃと、光学レンズ５２１の集光位置９Ｂと、光学レンズ５１１による照射光の照射位置９Ａは、直線状に配置されている。
【００５１】
上記構成の光測定装置１Ａの動作を簡単に説明する。
図４に示すように、被計測物９で反射又は散乱されて被計測物９の表面から出てくる光には、様々な深さまで浸達した光が存在する。
【００５２】
図４に示すように、被計測物９に照射された光は、様々な方向に反射又は散乱されるが、その中で入射方向に対して略反対方向に反射又は散乱された光は、光学レンズ５１１を経由してビームスプリッター３０１に入力され、参照光と合波されて、合波部６のビームスプリッター６０１に入力される。
【００５３】
また、図４に示すように、被計測物９で反射した光、又は被計測物９の深部で散乱した光は、第１の光学系５１による被計測物９への照射光の照射位置９Ａと異なる位置９Ｂから光学レンズ５２１により集光されて、合波部６のビームスプリッター６０１に導波される。そして、合波部６のビームスプリッター６０１では、第２の光学系５２により導波された光と、参照光とが合波される。
【００５４】
また、図４に示すように、被計測物９で反射した光、又は被計測物９の深部で散乱した光は、第１の光学系５１による被計測物９への照射光の照射位置９Ａと異なる位置９Ｃから光学レンズ５３１により集光されて、合波部６のビームスプリッター６０２に導波される。そして、合波部６のビームスプリッター６０２では、第３の光学系５３により導波された光と、参照光とが合波される。
【００５５】
そして、合波部６のビームスプリッター６０２からの光は、光検出部７に入力され、光検出部７では入力された光の強度に応じたレベルの電気信号が出力される。
【００５６】
この際、制御部８は、光制御部４を制御することにより参照光の光路長を規定して、被計測物９の表面の位置９Ａ，９Ｂ，９Ｃそれぞれから、所望の光路を経由した散乱光を検出することができる。
【００５７】
また、上述したように第１実施形態に係る光測定装置１の第２の光学系５２を走査する手段を設けることで、被計測物９の表面の所望の位置から散乱光を検出することができる。
【００５８】
［第３実施形態］
図５は、本発明の第３実施形態に係る光測定装置１Ｂの構成図である。第１〜第３実施形態で同じ構成、作用効果等については、説明を省略する。
例えば、被計測物９で反射又は散乱された光の偏光特性は、参照光の偏光特性から変化する場合がある。この参照光と照射光を合波部６にて合波して干渉させると、干渉信号の強度が低くなる場合がある。このため、本実施形態に係る光測定装置１Ｃは、散乱光の偏光状態を制御することで干渉信号のレベルを比較的大きくする。
【００５９】
詳細には、本実施形態に係る光測定装置１Ｂは、図５に示すように、被計測物９で反射又は散乱された光の偏光角度を制御する偏波コントローラー５２２を有する。
偏波コントローラー５２２は、図５に示すように、光学レンズ５２１と、合波部６のビームスプリッター６０１の間に配置され、例えば、制御部８の制御により、被計測物９で反射又は散乱した光の偏光状態を調整する。偏波コントローラー５２２としては、例えば１／２波長板や１／４波長板などを採用することができる。
制御部８は、例えば、光検出部７で検出される干渉信号の信号レベルが大きくなるように、偏波コントローラー５２２を制御して、散乱光の偏光状態を制御する。
【００６０】
上記構成の光測定装置１Ｂでは、制御部８が、例えば光検出部７で検出される干渉信号の信号レベルが大きくなるように、具体的には最大となるように、偏波コントローラー５２２を制御して、偏光状態を制御する。そして、光検出部７では比較的大きな信号レベルの干渉信号が検出される。
【００６１】
以上、説明したように、光測定装置１Ｂは、被計測物９で反射又は散乱された光の偏光状態を制御する偏波コントローラーを有するので、第１及び第２実施形態に係る光測定装置と比べて、比較的大きな信号レベルの干渉信号を得ることができる。
【００６２】
［第４実施形態］
図６は、本発明の第４実施形態に係る光測定装置１Ｃの構成図である。第１〜第４実施形態で同じ構成、作用効果等については、説明を省略する。
本実施形態に係る光測定装置１Ｃは、例えば、中心波長の異なる複数の低コヒーレンス光源を用いることにより、波長の違いによる反射又は散乱光の強度の変化を測定する。例えば、中心波長７８０ｎｍの低コヒーレンス光源２Ａと中心波長８３０ｎｍの低コヒーレンス光源２Ｂを用いれば、酸素化ヘモグロビン濃度、還元ヘモグロビン濃度、総ヘモグロビン濃度の変化を測定することができる。
【００６３】
詳細には、例えば、人間の頭部は、外側から内側に向かって、頭皮（脂肪層を含む）、頭蓋骨、硬膜、脳脊髄液で満たされたクモ膜下腔、軟膜、大脳皮質（灰白質）、白質の順に層状構造を有する。
頭皮上から照射した近赤外光は、成人頭部で約２０ｍｍ程度の深部にまで到達し、白質や灰白質（大脳皮質）で散乱したのち頭皮外に出射される。この散乱光を、例えば、照射位置９Ａから所定距離、例えば３０ｍｍ程度離れた表面位置９Ｂから集光し、検出された散乱光の強度変化から大脳皮質での脳活動に伴う血液量（ヘモグロビン濃度）変化を捉える。ヘモグロビンには、酸素化ヘモグロビンと還元ヘモグロビンがあり、酸素化ヘモグロビンと還元ヘモグロビンの吸収スペクトルが異なる。波長７８０ｎｍの分子吸収係数は還元ヘモグロビンの方が大きく、波長８３０ｎｍの分子吸収係数は酸素化ヘモグロビンの方が大きい。
【００６４】
本実施形態に係る光測定装置１Ｃは、上述した吸収スペクトル特性を基に、酸素化ヘモグロビン濃度、還元ヘモグロビン濃度、総ヘモグロビン濃度の変化を測定する。
【００６５】
具体的には、図６に示すように、本実施形態に係る光測定装置１Ｃは、低コヒーレンス光源２と、それぞれ異なる中心波長の複数の低コヒーレンス光を出射する光源２Ａ，２Ｂと、レンズ２０１，２０２を介して複数の光源２Ａ，２Ｂから出力された光を波長の違いにより合波する波長合成部（ダイクロイックミラー２０３）と、光源２Ａ，２Ｂからの光を分岐する分波部３（ビームスプリッター３０１）と、分波部３で分岐された参照光を反射する可動ミラー４１と、ミラー４１を可動させて光路長を変化させる駆動部４２と、ビームスプリッター３０１で分岐された参照光を被計測物９に照射するとともに被計測物９で反射又は散乱された光を導波する第１の光学系５１と、被計測物９で反射又は散乱された光のみを導波する第２の光学系５２と、ミラー４１で反射された参照光と第２の光学系５２で導波された光を合波する合波部６（ビームスプリッター６０１）と、合波された光を波長に応じて分岐する波長分岐部（ダイクロイックミラー６０３）と、波長分岐された光を受光する複数の光検出器７１，７２と、光検出器７１，７２による検出結果に応じて干渉信号を検出する制御部８とを有する。
【００６６】
ダイクロイックミラー２０３，６０３は、特定の波長の光を反射し、それ以外の波長の光を透過する特性を有する。
【００６７】
上記構成の光測定装置１Ｃの動作を簡単に説明する。
例えば、低コヒーレンス光源２Ａ，２Ｂから出射された光は、レンズ２０１，２０２を介してダイクロイックミラー２０３により合波されて分波部３に出力される。そして、合波された光は、分波部３のビームスプリッター３０１に入力されて参照光と照射光に分離される。参照光は、ミラー４１で反射され、再びビームスプリッター３０１を介して、合波部６のビームスプリッター６０１に入力される。ビームスプリッター３０１で分岐されたもう一方の光（照射光）は、第１の光学系５１の光学レンズ５１１により集光され、被計測物９に照射される。
【００６８】
被計測物９に照射された光は、照射光の波長に応じて、様々な方向に反射又は散乱されるが、その中で入射方向に対して略反対方向に反射又は散乱された光は、光学レンズ５１１を経由してビームスプリッター３０１に入力され、参照光と合波されて、合波部６のビームスプリッター６０１に入力される。
【００６９】
また、図２に示すように、被計測物９で反射した光、又は被計測物９の深部で散乱した光は、第１の光学系５１による被計測物９への照射光の照射位置９Ａと異なる位置９Ｂから光学レンズ５２１により集光されて、合波部６のビームスプリッター６０１に導波される。そして、合波部６のビームスプリッター６０１では、第２の光学系５２により導波された光と、参照光とが合波される。
【００７０】
ビームスプリッター６０１から出力された光は、ダイクロイックミラー６０３により、光の波長に応じて反射又は透過して光検出部７１，７２に出力される。詳細には、例えばダイクロイックミラー６０３により、波長７８０ｎｍ程度の光が反射して光検出器７２に出力され、それ以外の波長の光（例えば波長８３０ｎｍ程度の光）が透過して光検出部７１に出力される。
【００７１】
制御部８では、複数の光検出器７１，７２で検出された結果により干渉信号を検出する。そして制御部８は、上記光測定を、ミラー４１を走査しながら行う。
【００７２】
以上、説明したように、本実施形態に係る光測定装置１Ｃは、例えば、中心波長の異なる複数の低コヒーレンス光源を用いることにより、波長の違いによる反射又は散乱光の強度の変化を測定することができる。例えば、中心波長７８０ｎｍの低コヒーレンス光源２Ａと中心波長８３０ｎｍの低コヒーレンス光源２Ｂを用いれば、酸素化ヘモグロビン濃度、還元ヘモグロビン濃度、総ヘモグロビン濃度の変化を測定することができる。
【００７３】
［第５実施形態］
図７は、本発明の第５実施形態に係る光測定装置１Ｄの構成図である。第１〜第４実施形態で同じ構成、作用効果等については、説明を省略する。本実施形態に係る光測定装置１Ｄは、被計測物９で反射又は散乱した光の偏光状態の変化を検出することができる。
【００７４】
詳細には、図７に示すように、光測定装置１Ｄは、低コヒーレンス光源２と、低コヒーレンス光源２から出力される光を直線偏光に変換する直線偏光変換部（偏光子２０４）と、低コヒーレンス光を分岐する分波部３（ビームスプリッター３０１）と、分波部３で分岐された参照光を反射する可動ミラー４１と、分波部３とミラー４１の間に設置されるとともに、参照光の偏光状態を変化させる手段（例えば１／４波長板４３）と、ミラー４１を可動させて光路長を変化させる駆動部４２と、ビームスプリッター３０１で分岐された参照光を被計測物９に照射するとともに被計測物９で反射又は散乱された光を導波する第１の光学系５１と、被計測物９で反射又は散乱された光のみを導波する第２の光学系５２と、ミラー４１で反射された参照光と第２の光学系５２で導波された光を合波する合波部６（ビームスプリッター６０１）と、合波部６により合波された光を、互いに直交する偏光成分を備える光に分離する光学素子（偏光ビームスプリッタ６０５）と、分離された光を受光する複数の光検出器７１，７２と、光検出器７１，７２による検出結果に応じて干渉信号を検出する制御部８とを有する。
【００７５】
上記構成の光測定装置１Ｄの動作を簡単に説明する。
低コヒーレンス光源２から出力された光は、レンズ２０１、偏光子２０４を経由して直線偏光にされた後、ビームスプリッター３０１に入力される。ビームスプリッター３０１では、入力された光を参照光と照射光に分岐する。
一方の光（参照光）は、１／４波長板４３、可動ミラー４１を経由して、再びビームスプリッター３０１に入力される。
【００７６】
この際、１／４波長板４３を直線偏光の偏光面に対する偏角を２２．５°に配置する。こうすることにより、ミラー４１から１／４波長板４３を介して再びビームスプリッター３０１に入力される光の偏光面が、４５°回転変換された直線偏光になる。
【００７７】
また、他方の光（照射光）は、光学レンズ５１１を経由して被計測物９に照射される。被計測物９で反射又は散乱した光のうち、入射方向に対して略反対方向に反射又は散乱した光は、光学レンズ５１１により集光され、ビームスプリッター３０１で参照光と合波される。
【００７８】
また、被計測物９で反射又は散乱した光の一部は、光学レンズ５２１により集光され、ビームスプリッター６０１で参照光と合波される。
ビームスプリッター６０１から出力される光は、偏光ビームスプリッター６０５により、直交する二つの偏光成分に分離された後、それぞれ光検出器７１，７２に入力され、光検出部７１，７２それぞれで干渉信号が検出される。
また、制御部８は、光制御部４のミラー４１の位置を走査して、上記計測処理を行う。
【００７９】
以上、説明したように、本実施形態に係る光測定装置１Ｄでは、低コヒーレンス光源２と、低コヒーレンス光源２から出力される光を直線偏光に変換する直線偏光変換部（偏光子２０４）と、分波部３とミラー４１の間に設置されるとともに、照射光に対する参照光の偏光角度をずらす偏光角度変換部（１／４波長板４３）と、合波部６により合波された光を、互いに直交する偏光成分を備える光に分離する光学素子（偏光ビームスプリッタ６０５）と、分離された光を受光する複数の光検出器７１，７２と、光検出器７１，７２による検出結果に応じて干渉信号を検出する制御部８とを設けたので、被計測物９で反射又は散乱した光の偏光状態の変化を、比較的簡単に検出することができる。
また、直交する２つの直線偏光成分を検出しているため、被計測物９で反射又は散乱した光の偏光状態が変化しても、偏光状態の変化に対して無依存な干渉信号を得ることができる。
【００８０】
図８は、本発明の第５実施形態に係る光測定装置１Ｄの変形例を説明するための図である。第５実施形態と同じ構成、作用効果等については、説明を省略する。
【００８１】
被計測物９に照射する光の偏光状態を変化させたい場合には、例えば図８に示すように、ビームスプリッター３０１と光学レンズ５１１の間に、光の偏光角度を変化させる波長板５１２を設け、さらに、ビームスプリッター６０１と光学レンズ５２１の間に、光の偏光角度を変化させる波長板５２１を設ける。
具体的には、例えば、照射する直線偏光の偏光面の角度を変えたい場合は、波長板５１２，５２１として１／２波長板を挿入すればよい。
また、照射する光を円偏光に設定する場合には、波長板５１２，５２１として１／４波長板を挿入すればよい。
【００８２】
以上、説明したように、本発明に係る光測定装置１は、低コヒーレンス光を出射する低コヒーレンス光源２と、低コヒーレンス光源２から出射された低コヒーレンス光を参照光と照射光に分離する分波部３と、参照光の光路長を可変する光制御部４と、照射光を被計測物９に照射する第１の光学系５１と、被計測物９の深部からの散乱光を、第１の光学系５１による被計測物９への照射光の照射位置と異なる位置から集光して導波する第２の光学系５２と、第２の光学系５２により導波された光と参照光とを合波する合波部６と、合波部６により合波された光の強度を検出する光検出部７と、参照光の光路長と、光検出部により検出された光の強度とに基づいて、被計測物の深部に関する情報を取得する制御部８（情報処理部８１）とを有するので、比較的簡単な構成で、比較的高精度に光路長や被計測物内の散乱光の光路の深度を特定した測定を行うことができる。
また、例えば、ピコ秒パルスレーザー装置や高速光検出器などの比較的高価な装置を用いていないので、本発明に係る光測定装置１は、比較的安価である。
【００８３】
本発明は、上述した実施形態に限られるものではない。例えば本発明を上述した実施形態を組み合わせて実現してもよい。
【００８４】
また、上述した実施形態では、光制御部４は、ミラー４１、駆動部４２により構成したが、この形態に限られるものではない。例えば、光制御部４は、ピエゾ素子により、光路長を変化させてもよい。
また、上述した実施形態では、分波部３としてビームスプリッター３０１を採用したが、この形態に限られるものではない。例えば、分波部３は、光ファイバー、光カプラ等により構成してもよい
また、合波部は、光ファイバー、光カプラ等により構成してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００８５】
【図１】本発明の第１実施形態に係る光測定装置１の構成図である。
【図２】被計測物９の深部の散乱光の光路を説明するための図である。
【図３】本発明の第２実施形態に係る光測定装置１Ａの構成図である。
【図４】図３に示した光測定装置１Ａによる照射光、被計測物９の深部の散乱光の光路を説明するための図である。
【図５】本発明の第３実施形態に係る光測定装置１Ｂの構成図である。
【図６】本発明の第４実施形態に係る光測定装置１Ｃの構成図である。
【図７】本発明の第５実施形態に係る光測定装置１Ｄの構成図である。
【図８】本発明の第５実施形態に係る光測定装置１Ｄの変形例を説明するための図である。
【符号の説明】
【００８６】
１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ  光測定装置
２  低コヒーレンス光源
３  分波部
４  光制御部
６  合波部
７  光検出部
８  制御部
９  被計測物（試料）
３１  ビームスプリッター
４１  ミラー（可動ミラー）
４２  駆動部
４３  波長板
５１  第１の光学系
５２  第２の光学系
７１  光検出器
８１  情報処理部
８２  駆動系制御部
８５  表示部
２０１  レンズ
２０３  ダイクロイックミラー
２０４  偏光子
５１１  光学レンズ
５２１  光学レンズ
【図１】
2009047429.tif 000003
【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】
2009047429.tif 000008
【図７】
2009047429.tif 000009
【図８】
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