JP2017003563A - Optical inspection method and optical inspection device - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an optical inspection device that can improve inspection accuracy.SOLUTION: An optical inspection method of a first embodiment inspecting a subject using an optical sensor including an irradiation system plurally containing a light source module LM, and a detection system plurally containing a detection module DM detecting an amount of light of light with which a measurement object is irradiated from the irradiation system and propagating in the measurement object includes the steps of: obtaining a first detection light-amount distribution serving as a detection light-amount (a light-amount distribution) for each of a plurality of optical models simulating the subject by a simulation virtually using the optical sensor; obtaining a second detection light-amount distribution serving as a detection light-amount (a light-amount distribution) of the subject using the optical sensor; and comparing the first detection light-amount distribution with the second detection light-amount distribution, and selecting the optical model suitable for the subject from the plurality of optical models.SELECTED DRAWING: Figure 16

Description

本発明は、光学検査方法及び光学検査装置に係り、更に詳しくは、光学センサを用いる光学検査方法及び光学センサを備える光学検査装置に関する。   The present invention relates to an optical inspection method and an optical inspection apparatus, and more particularly to an optical inspection method using an optical sensor and an optical inspection apparatus including the optical sensor.

従来、被検体(生体)に光を照射し、該被検体内を伝播した光を検出して該被検体を検査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)。   2. Description of the Related Art Conventionally, there is known a biological light measurement device that inspects a subject by irradiating the subject (living body) with light, detecting light propagated in the subject (see, for example, Patent Document 1).

特許文献1に開示されている生体光計測装置では、検査精度に向上の余地があった。   The living body optical measurement device disclosed in Patent Document 1 has room for improvement in inspection accuracy.

本発明は、光照射器を少なくとも1つ含む照射系と、該照射系から計測対象に照射され該計測対象内を伝播した光の光量を検出する、光検出器を少なくとも1つ含む検出系とを備える光学センサを用いて被検体を検査する光学検査方法であって、前記被検体を模した複数の光学モデル毎の検出光量分布である第1の検出光量分布を、前記光学センサを仮想的に用いるシミュレーションによって求める工程と、前記光学センサを用いて前記被検体の検出光量分布である第2の検出光量分布を求める工程と、前記第1及び第2の検出光量分布に基づいて、前記複数の光学モデルから前記被検体に適した光学モデルを選定する工程と、を含む光学検査方法である。   The present invention includes an irradiation system including at least one light irradiator, and a detection system including at least one light detector that detects the amount of light irradiated from the irradiation system to the measurement object and propagated through the measurement object. An optical inspection method for inspecting a subject using an optical sensor comprising: a first detected light amount distribution that is a detected light amount distribution for each of a plurality of optical models simulating the subject; A plurality of steps based on the first and second detected light amount distributions, the step of obtaining by a simulation used for the first step, the step of obtaining a second detected light amount distribution that is a detected light amount distribution of the subject using the optical sensor; Selecting an optical model suitable for the subject from the optical model.

本発明によれば、検査精度を向上できる。   According to the present invention, inspection accuracy can be improved.

従来の頭部外形による補正を説明するための図(その1)である。It is FIG. (1) for demonstrating the correction | amendment by the conventional head external shape. 従来の頭部外形による補正を説明するための図(その2)である。It is FIG. (2) for demonstrating the correction | amendment by the conventional head external shape. 従来の頭部外形による補正を説明するための図(その3)である。It is FIG. (3) for demonstrating the correction | amendment by the conventional head external shape. 従来の頭部外形による補正を説明するための図(その4)である。It is FIG. (4) for demonstrating the correction | amendment by the conventional head external shape. 従来のプローブ配置と光量分布を示す図である。It is a figure which shows the conventional probe arrangement | positioning and light quantity distribution. 第1実施形態のプローブ配置と光量分布を示す図である。It is a figure which shows probe arrangement | positioning and light quantity distribution of 1st Embodiment. 第1実施形態のプローブ配置と光量分布(接触不良部がある場合)を示す図である。It is a figure which shows probe arrangement | positioning and light quantity distribution (when there exists a poor contact part) of 1st Embodiment. 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。It is a figure for demonstrating schematic structure of the optical inspection apparatus which concerns on 1st Embodiment. ファントム用の水槽を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the water tank for phantoms. 透明窓のレイアウトを説明するための図である。It is a figure for demonstrating the layout of a transparent window. 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。FIG. 3 is a diagram (No. 1) for describing a schematic configuration of a light source module according to Embodiment 1; 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。2 is a diagram for explaining a schematic configuration of a detection module according to Embodiment 1. FIG. 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。FIG. 3 is a second diagram illustrating a schematic configuration of the light source module according to the first embodiment. 生体内伝播角度を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the in-vivo propagation angle. 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。It is a flowchart for demonstrating the method to measure the information in a subject. 第1実施形態の光学検査方法(吸光体位置推定処理)を説明するためのフローチャートである。It is a flowchart for demonstrating the optical inspection method (absorber position estimation process) of 1st Embodiment. 光学モデル1を示す図ある。1 is a diagram illustrating an optical model 1. FIG. 光学モデル2を示す図ある。It is a figure which shows the optical model. 光学モデル3を示す図ある。2 is a diagram showing an optical model 3. FIG. 光学モデル4を示す図ある。It is a figure which shows the optical model. 光学モデル5を示す図ある。It is a figure which shows the optical model. 光学モデル6を示す図ある。It is a figure which shows the optical model. 光学モデル7を示す図ある。It is a figure which shows the optical model. 光学モデル8を示す図ある。2 is a diagram showing an optical model 8. FIG. 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。FIG. 3 is a first diagram illustrating a sensitivity distribution in a photodiode (PD). PDでの感度分布を示す図(その2)である。It is a figure (the 2) which shows the sensitivity distribution in PD. 生体内伝播角度を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the in-vivo propagation angle. 光学モデルの各層の光学定数を示す図である。It is a figure which shows the optical constant of each layer of an optical model. 光学モデル1〜8の特徴を示す図である。It is a figure which shows the characteristic of the optical models 1-8. 従来のプローブ配置と光量分布を示す図である。It is a figure which shows the conventional probe arrangement | positioning and light quantity distribution. 第1実施形態のプローブ配置と光量分布(接触不良部がある場合)を示す図である。It is a figure which shows probe arrangement | positioning and light quantity distribution (when there exists a poor contact part) of 1st Embodiment. 第1実施形態のプローブ配置と光量分布を示す図である。It is a figure which shows probe arrangement | positioning and light quantity distribution of 1st Embodiment. 第1実施形態の光学検査方法におけるモデル選定処理を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the model selection process in the optical inspection method of 1st Embodiment. 1つのLMの4方位の特異点を検出する方法、該特異点を除去する方法を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the method of detecting the singular point of 4 directions of one LM, and the method of removing this singular point. 1つのDMの4方位の特異点を検出する方法、該特異点を除去する方法を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the method of detecting the singular point of 4 directions of one DM, and the method of removing this singular point. 2つのLMと2つのDMを頂点とする四角形内のPointAにおける検出光量を比較する方法、検出光量を補正する方法を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the method to compare the detected light quantity in PointA in the square which makes two LM and two DM a vertex, and the method to correct | amend a detected light quantity. 図37(A)は、吸光体の実際の位置を示す図であり、図37(B)は、吸光体の位置の推定結果を示す図であり、図37(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。FIG. 37 (A) is a diagram showing the actual position of the light absorber, FIG. 37 (B) is a diagram showing the estimation result of the position of the light absorber, and FIG. 37 (C) is the light absorption in the comparative example. It is a figure which shows the detection result of the position of a body. 図38(A)は、移動後の吸光体の実際の位置を示す図であり、図38(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38(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。FIG. 38 (A) is a diagram showing the actual position of the light absorber after movement, and FIG. 38 (B) is a diagram showing the estimation result of the position of the light absorber after movement, FIG. 38 (C). These are figures which show the detection result of the position of the light absorber in a comparative example. 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。FIG. 10 is a diagram for explaining an arrangement of a plurality of light source modules and a plurality of detection modules in the optical sensor according to the second embodiment. 実施例2の光源モジュールLM(I型)を説明するための図である。FIG. 6 is a diagram for explaining a light source module LM (I type) according to a second embodiment. 実施例2の光源モジュールLM(I型)の面発光レーザアレイチップを説明するための図である。It is a figure for demonstrating the surface emitting laser array chip | tip of light source module LM (I type) of Example 2. FIG. 図42(A)及び図42(B)は、それぞれ実施例2の光源モジュールLM(II型)を説明するための図(その1及びその2)である。FIG. 42A and FIG. 42B are views (No. 1 and No. 2) for explaining the light source module LM (II type) of Example 2, respectively. 実施例2の光源モジュールLM(III型)を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the light source module LM (type III) of Example 2. FIG. 実施例2の光源モジュールLM(III型)におけるレンズと面発光レーザアレイチップとの位置関係を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the positional relationship of the lens and surface emitting laser array chip | tip in light source module LM (type III) of Example 2. FIG. 実施例2の光源モジュールLM(III型)におけるレンズと面発光レーザアレイチップとプリズムとの位置関係を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the positional relationship of the lens in the light source module LM (type III) of Example 2, a surface emitting laser array chip | tip, and a prism. 実施例1及び2の光源モジュールの追加的な構成を説明するための図(その1)である。FIG. 6 is a diagram (No. 1) for describing an additional configuration of a light source module according to Embodiments 1 and 2. 実施例1及び2の光源モジュールの追加的な構成を説明するための図(その2)である。FIG. 6 is a second diagram illustrating an additional configuration of the light source modules according to the first and second embodiments. 実施例1及び2の光源モジュールの追加的な構成を説明するための図(その3)である。FIG. 10 is a third diagram illustrating an additional configuration of the light source modules according to the first and second embodiments. 光学シミュレータで光学設計した光線図である。It is a ray diagram optically designed by an optical simulator. 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。It is a figure which shows the result of the optical simulation in 1st Embodiment. 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。It is a figure which shows the result of the optical simulation in a comparative example. 図52(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52(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る。FIG. 52A is a diagram for explaining the operation of the optical sensor of the comparative example, and FIG. 52B is a diagram for explaining the operation of the optical sensor of the first embodiment. 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。It is a graph which shows the relationship between the incident angle from the air to a biological body, and the propagation angle in a biological body. 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。It is a graph which shows the relationship between the incident angle from resin to a biological body, and the propagation angle in a biological body. 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。FIG. 6 is a first diagram for explaining a schematic configuration of a detection module according to a second embodiment; 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。FIG. 6 is a diagram (No. 2) for describing a schematic configuration of a detection module according to the second embodiment. 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。FIG. 6 is a third diagram illustrating a schematic configuration of a detection module according to the second embodiment. 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。6 is a flowchart for explaining an optical characteristic detection method (position measurement method) according to the second embodiment. 実施例2での逆問題推定の推定結果を示す図である。It is a figure which shows the estimation result of the inverse problem estimation in Example 2. FIG. 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。It is a figure for demonstrating the effect | action of the optical sensor of 1st Embodiment. 第2実施形態の光学検査方法(計測結果補正処理)を説明するためのフローチャートである。It is a flowchart for demonstrating the optical inspection method (measurement result correction | amendment process) of 2nd Embodiment. 安静状態と賦活状態の光量変化を示すグラフである。It is a graph which shows the light quantity change of a resting state and an activation state. 安静状態の光量変化を示すグラフである。It is a graph which shows the light quantity change of a resting state. 年齢とCSF(脳髄液層の厚さ)の関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between age and CSF (the thickness of a cerebrospinal fluid layer). SCD(頭皮表面から脳表面までの距離)と3層の厚さの相関を示すグラフである。It is a graph which shows the correlation of SCD (distance from the scalp surface to the brain surface) and the thickness of three layers. 光量補正イメージを示すグラフである。It is a graph which shows a light quantity correction image. 脳血流を反映した光学モデルを示す図である。It is a figure which shows the optical model reflecting cerebral blood flow. 光学モデル毎の補正係数を示す図である。It is a figure which shows the correction coefficient for every optical model. 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。It is a flowchart for demonstrating the optical characteristic detection method (position measurement method) of 2nd Embodiment. 光量補正イメージ(うつ病患者)を示す図である。It is a figure which shows a light quantity correction image (depressed patient). 光量補正イメージ(健常者)を示す図である。It is a figure which shows a light quantity correction image (a healthy person). 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。It is a figure for demonstrating arrangement | positioning of the several light source module and several detection module in the optical sensor of 3rd Embodiment. 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。It is a figure for demonstrating the emission direction of each light source module and the detection direction of each detection module in the optical sensor of a comparative example. 図74(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74(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る。FIG. 74A is a diagram for explaining the emission directions of the four groups of the surface emitting laser array chip of the fourth embodiment, and FIG. 74B is the diagram of the four arrays of the PD array of the fourth embodiment. It is a figure for demonstrating the detection direction of PD. 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。It is a figure for demonstrating the emission direction of each light source module and the detection direction of each detection module in the optical sensor of 4th Embodiment. 制御部の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of a control part. 計算部の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of a calculation part. 図33のモデル選定処理の追加的な処理を説明するための図(その1)である。FIG. 34 is a diagram (No. 1) for describing an additional process of the model selection process in FIG. 33; 図33のモデル選定処理の追加的な処理を説明するための図(その2)である。FIG. 34 is a diagram (No. 2) for explaining the additional processing of the model selection processing of FIG. 第5実施形態における光源モジュールと検出モジュールの光学モデルに対する配置を示す図である。It is a figure which shows arrangement | positioning with respect to the optical model of the light source module and detection module in 5th Embodiment. 第5実施形態の光学モデルを説明するための図である。It is a figure for demonstrating the optical model of 5th Embodiment. 第5実施形態の光学モデルの各層の光学定数を示す表である。It is a table | surface which shows the optical constant of each layer of the optical model of 5th Embodiment. 散乱係数と入射方向間の光量比率の関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship of the light quantity ratio between a scattering coefficient and an incident direction. 吸収係数と入射方向間の光量比率の関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship of the light quantity ratio between an absorption coefficient and an incident direction. 頭皮と頭蓋骨の厚さの和と、入射方向間の光量比率の関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the sum of the thickness of a scalp and a skull, and the light quantity ratio between incident directions. SCD(頭皮表面から脳表面までの距離)と3層の厚さの相関を示す図である。It is a figure which shows the correlation of SCD (distance from the scalp surface to the brain surface) and the thickness of 3 layers. マルチディスタンス方式のプローブのレイアウトを説明するための図である。It is a figure for demonstrating the layout of the probe of a multi-distance system. マルチディスタンス方式の光伝播式を示す図である。It is a figure which shows the light propagation type of a multi-distance system. 図89上図は、マルチディスタンス方式における散乱係数、吸収係数、光量比の関係を示すグラフであり、図89下図は、多出射角方式における散乱係数、吸収係数、光量比の関係を示すグラフである。89 is a graph showing the relationship between the scattering coefficient, the absorption coefficient, and the light amount ratio in the multi-distance method, and the lower diagram in FIG. 89 is a graph showing the relationship between the scattering coefficient, the absorption coefficient, and the light amount ratio in the multiple emission angle method. is there. 図90左図は、散乱係数が小さいときの光の伝播を示す図であり、図90右図は、散乱係数が大きいときの光の伝播を示す図である。The left diagram in FIG. 90 is a diagram illustrating light propagation when the scattering coefficient is small, and the right diagram in FIG. 90 is a diagram illustrating light propagation when the scattering coefficient is large.

先ず、第1実施形態の説明に入る前に、導入として、従来技術について説明する。   First, prior to the description of the first embodiment, the prior art will be described as an introduction.

図1(非特許文献1:NeuroImage85(2014)117-126)に示される従来例は、個別に核磁気共鳴画像法(以下ではMRI(Magnetic Resonance Imaging)と略す。)による撮影をすることなく、標準脳(図内ではAtlasと記されている)のMRI画像を利用し、頭部外形を基データとした補正によって、高精度に検出する手法について記している。   The conventional example shown in FIG. 1 (Non-Patent Document 1: NeuroImage85 (2014) 117-126) does not individually perform imaging by nuclear magnetic resonance imaging (hereinafter abbreviated as MRI (Magnetic Resonance Imaging)). A technique for detecting with high accuracy by using an MRI image of a standard brain (indicated as Atlas in the figure) and correcting the head outline as basic data is described.

頭部外形による補正によって、個体差の誤差を除去する。図1−bは標準脳といわれる一般的な人の頭部形状を示しており、図1−bにおける点はプローブ設置位置を示している。ここで、「プローブ」は、光照射器(光源モジュールとも呼ぶ)や光検出器(検出モジュールとも呼ぶ)を意味する。   The error due to individual differences is eliminated by correcting the head profile. FIG. 1B shows a general human head shape called a standard brain, and the points in FIG. 1B show probe installation positions. Here, the “probe” means a light irradiator (also referred to as a light source module) or a light detector (also referred to as a detection module).

実際に計測する人の頭部形状は図1−cに示され、頭部の外形が異なる。プローブの位置も、単純に線形的に拡張した場合は、図1−dのようになり、若干のずれが生じているが、図1−eに示すように非線形に拡張することで、かなりの精度で、プローブの位置が一致する。   The head shape of a person who actually measures is shown in FIG. 1-c, and the outer shape of the head is different. When the position of the probe is simply linearly expanded, it becomes as shown in FIG. 1-d, and there is a slight deviation. However, as shown in FIG. The probe position matches with accuracy.

これによって、図2、図3に示されるように、標準脳を利用した場合と、MRI画像を利用した場合a、もしくはBOLD効果(脱酸化ヘモグロビンの減少)のf−MRIを利用した脳血流画像b(図2、図3ではBOLDと記載)とが概ね一致している。   Accordingly, as shown in FIGS. 2 and 3, cerebral blood flow using f-MRI using the standard brain and using MRI image a or BOLD effect (decreasing deoxygenated hemoglobin). The image b (denoted as BOLD in FIGS. 2 and 3) substantially matches.

しかし、図4に示されるように、ある位置での脳血流の時間変化を示したグラフでは、縦軸の脳血流を示す量として、倍近く誤差が生じていることがわかる。このように、脳血流の時間変化では、その脳血流量を読み違えてしまう可能性がある。   However, as shown in FIG. 4, in the graph showing the temporal change in cerebral blood flow at a certain position, it can be seen that a nearly double error has occurred as an amount indicating the cerebral blood flow on the vertical axis. Thus, there is a possibility that the cerebral blood flow will be misread when the cerebral blood flow changes with time.

また、図1の従来例では、高密度プローブ方式を採用している。これは、一般的なプローブ間隔(30mm)よりも間隔を小さくし(13mm)、プローブ本数を多くすることによって、計測対象から得られる情報量が増え、これによって高い精度の検出を実現している。しかし、プローブ密度が高いために、プローブ本数も、例えば4倍近く増える。プローブと頭皮との間に毛髪などが介在すると(接触不良があると)光量がロスするが、この光量ロスはプローブによって異なる。この光量ロスが誤差を大きくしている要因である。プローブの本数が増えれば増えるほど誤差が生じる。プローブ数と高精度検出とはトレードオフの関係にある。また、後述する、被検体における吸光体の位置を計測する基準となる光学モデルの選定が難しくなるため、誤差が生じる。   Further, the conventional example of FIG. 1 employs a high-density probe method. This is because the amount of information obtained from the measurement object is increased by reducing the interval (13 mm) and increasing the number of probes compared to the general probe interval (30 mm), thereby realizing highly accurate detection. . However, since the probe density is high, the number of probes also increases, for example, nearly four times. When hair or the like is interposed between the probe and the scalp (if there is a contact failure), the amount of light is lost, but this amount of light loss varies depending on the probe. This light loss is a factor that increases the error. As the number of probes increases, errors occur. There is a trade-off between the number of probes and high-precision detection. In addition, since it becomes difficult to select an optical model that serves as a reference for measuring the position of the light absorber in the subject, which will be described later, an error occurs.

図5右図に示される従来例の光量分布を用いて具体的に説明する。これは、図5左図に示されるように、光源モジュールLM1´から計測対象(被検体や光学モデル)への光の入射方向が1の場合に該計測対象内を伝播し方向Aから検出モジュールDM1´に入射した光の検出光量を示しており、これを規格化した光量(1.0)としている。   A specific description will be given using the light quantity distribution of the conventional example shown in the right diagram of FIG. As shown in the left diagram of FIG. 5, when the incident direction of light from the light source module LM1 ′ to the measurement target (subject or optical model) is 1, it propagates through the measurement target and detects from the direction A. A detected light amount of light incident on DM1 ′ is shown, and this is a normalized light amount (1.0).

この規格化した光量を基準にして、3つの光源モジュールLM1´〜LM3´から被検体への光の入射方向が1〜3の場合と3つの検出モジュールDM1´〜DM3´への光の入射方向がA〜Cの場合の対応毎の検出光量をマトリクスで表した図が図5右図の光量分布である。図5左図では、照射するビームの本数(例えば3本)よりも多い(例えば6つ)のプローブを用いているため、プローブと計測対象との間に接触不良が発生するケースは、非常に多くのパターンがある。図5左図のようにプローブが6つの場合には、プローブと計測対象との間に接触不良が発生するケース、すなわち少なくとも1つのプローブに接触不良が発生するケースは、=64通りとなる。この場合、作成すべき光学モデルも64通り必要である。この場合、光学モデルの選定が困難となる。 With this standardized light quantity as a reference, the incident directions of light from the three light source modules LM1 ′ to LM3 ′ to the subject are 1 to 3 and the incident directions of light to the three detection modules DM1 ′ to DM3 ′. 5 is a light amount distribution shown in the right diagram of FIG. In the left diagram of FIG. 5, since there are more (for example, six) probes than the number of beams to be irradiated (for example, three), the case where contact failure occurs between the probe and the measurement target is extremely There are many patterns. 5 when the probe is six as shown in the left figure, probe case a contact failure occurs between the measurement target, i.e. the case where a contact failure occurs in at least one probe, 6 C 1 + 6 C 2 + 6 C 3 + 6 C 4 + 6 C 5 + 6 C 6 = the 64 combinations. In this case, 64 optical models to be created are also required. In this case, it becomes difficult to select an optical model.

《第1実施形態》
これに対し、第1実施形態では、図6に示されるように、複数の発光部を含む光源モジュールLMから計測対象の同一位置に複数の方位(例えば3方位)から光を入射させ、該計測対象を伝播した複数(例えば3つ)の光を異なる方向から検出モジュールDMに入射させる。図6左図では、照射するビームの本数(例えば図5と同数の3本)よりも少ない(例えば2つの)プローブを用いているため、プローブと計測対象との間に接触不良が発生するケースは、非常に限られている。
<< First Embodiment >>
On the other hand, in the first embodiment, as shown in FIG. 6, light is incident from a plurality of directions (for example, three directions) to the same position of a measurement target from a light source module LM including a plurality of light emitting units. A plurality of (for example, three) lights propagating through the object are incident on the detection module DM from different directions. In the left diagram of FIG. 6, a case in which contact failure occurs between the probe and the measurement target because the number of beams to be irradiated (for example, the same number as three in FIG. 5) is smaller (for example, two). Is very limited.

ここでの接触不良は、図7に示されるように、1箇所の接触不良が光源モジュールLMの複数の発光部に対して、ほぼ同一レベルで影響を与える。つまり、プローブと被検体との間に接触不良が発生するケース、すなわち少なくとも1つのプローブに接触不良が発生するケースは、図7左図のようにプローブが2つの場合には3通りとなり、作成すべき光学モデルも3通りとなる。光学モデルが少ないことにより、光学モデルの選定が容易になる。   As shown in FIG. 7, the contact failure here has a single contact failure that affects the light emitting units of the light source module LM at substantially the same level. In other words, there are three cases in which contact failure occurs between the probe and the subject, that is, contact failure occurs in at least one probe when there are two probes as shown in the left figure of FIG. There are also three optical models to be used. Since there are few optical models, selection of an optical model becomes easy.

図8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。   FIG. 8 shows a schematic configuration of the optical inspection apparatus 100 according to the first embodiment.

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。   The optical inspection apparatus 100 is used for diffuse optical tomography (DOT) as an example. DOT is a technique for estimating optical characteristics inside a subject by irradiating the subject (scattering body) such as a living body with light and detecting the light propagated in the subject. In particular, by detecting blood flow in the brain, it is expected to be used as an auxiliary device for differential diagnosis and rehabilitation of depressive symptoms. In DOT, when the resolution is improved, the function of the brain can be understood in detail. Therefore, many research institutions are actively researching to improve the resolution.

光学検査装置100は、図8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76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。   As shown in FIG. 8, the optical inspection apparatus 100 includes an optical sensor 10 including a light source module LM having a plurality of light emitting units and a detection module DM, a control unit, a display unit, a calculation unit, and the like. The control unit is configured as shown in the block diagram of FIG. In the control unit, the switch unit is controlled by the information from the central processing unit A-1, and the LM to emit light is selected. At this time, the current supplied to the LM via the switch unit is controlled to a desired value by the current control unit. The detection result (data) in DM is A / D converted, and an arithmetic process such as an averaging process is performed in the arithmetic unit (A-2). The calculation results in the calculation unit (A-2) are sequentially recorded in the recording unit (A-3).

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。   In the present specification, the light source module LM and the detection module DM are also referred to as probes when not distinguished from each other. In addition, in this specification, the words “pseudo living body”, “living body”, and “subject” are used as appropriate, but the pseudo living body and living body are still specific examples of the subject.

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。   The optical sensor 10 can be generally used as a sensor for detecting a light absorber in a subject, but the subject having the highest utility value is a living body. However, in general, it is not always easy to detect the position of the bloodstream (absorber) in a living body using an optical sensor. If the subject is a living body, it is difficult to confirm the effect (detection accuracy) of the optical sensor 10.

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。   Therefore, in this embodiment, a pseudo-living body (also referred to as a phantom) that is a cloudy liquid in a water tank is adopted as a subject that has versatility and allows easy detection accuracy.

以下に、本実施形態の実施例1について説明する。   Hereinafter, Example 1 of the present embodiment will be described.

〈実施例1〉
実施例1では、各発光部から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。
<Example 1>
In the first embodiment, a method is adopted in which light beams from the light emitting units are deflected by a prism so that the incident angle to the subject is different between the light beams.

ここでは、図9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。   Here, as shown in FIG. 9, transparent windows made of a transparent acrylic plate are provided at eight locations on one side wall (+ Z side wall) of a water tank in which each wall is made of a black acrylic plate. The inside of the water tank is filled with an intrapid aqueous solution (intrapid 10% concentration diluted 10 times). That is, the simulated living body used in Example 1 is an intralipid aqueous solution.

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。   Black ink is dropped into the aqueous solution filled in the water tank so as to be about 20 ppm, so that the absorption coefficient and the scattering coefficient are almost the same as those of the living body. Then, a black light-absorbing body imitating blood flow is submerged in this cloudy intrapid aqueous solution. The light absorber is a sphere having a diameter of about 5 mm as black polyacetal. In order to control the position of the sphere, the sphere is fixed to a thin metal rod having a diameter of 1 mm connected to the automatic stage. The probe is accurately positioned and attached to each transparent window of the water tank.

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(図10参照)。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。   Here, the volume of the water tank is 140 mm × 140 mm × 60 mm. The thickness of the black acrylic plate is 4 mm. The eight transparent windows are composed of two types of circular transparent windows A and B (see FIG. 10). There are four transparent windows A and B. The diameter of the transparent window A is 9 mm, and the diameter of the transparent window B is 12 mm. The thickness of each of the transparent windows A and B is 1.5 mm.

図10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軸方向及びY軸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。   FIG. 10 shows the layout of eight transparent windows. The eight transparent windows are arranged in a lattice pattern at equal intervals in the X-axis direction and the Y-axis direction so that the transparent windows A and B are adjacent to each other. Here, a detection module DM is attached to each transparent window A, and a light source module LM is attached to each transparent window B (B1 to B4). The distance between the centers of two adjacent transparent windows is 30 mm.

光源モジュールLMは、図11に示されるように、レンズ、プリズム、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。光源モジュールLMでは、電源部(不図示)により適切な電流値に制御することで発光部の光量を一定に保つことができる。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。   As shown in FIG. 11, the light source module LM includes a ceramic package (not shown) on which a lens, a prism, and a surface emitting laser array chip are mounted, and a flexible substrate (not shown) on which the ceramic package and analog electronic circuit are mounted. , Wiring connected to the flexible substrate, connector portion (not shown), a housing in which these are accommodated, a window member made of a transparent resin in contact with the subject, and the like. In the light source module LM, the light amount of the light emitting unit can be kept constant by controlling to an appropriate current value by a power source unit (not shown). The light source module LM is mounted in a state where the window member is in contact with the subject (transparent window B) from the + Z side.

検出モジュールDMは、図12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12には、4つのPD(受光部)のうち2つのみが図示されている。   As shown in FIG. 12, the detection module DM includes a black resin casing, a contact member made of an elastic body attached to the front end (end on the −Z side) of the casing, and a diameter accommodated in the casing. It is configured to include a 3 mm hemispherical lens (divided lens) and a 4-divided PD array (in which four photodiodes (PD) are arranged in an array). An aperture (opening) is formed at the tip of the housing and the contact member. The detection module DM is mounted in a state where the contact member is in contact with the subject (transparent window A) from the + Z side. In FIG. 12, only two of the four PDs (light receiving units) are shown.

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12参照)。   The split lens is disposed in the vicinity of the + Z side of the aperture. Therefore, the light irradiated from the light source module LM to the subject and propagated through the subject enters the split lens through the aperture, and is refracted and emitted in a direction according to the incident position and the incident direction to the split lens. (See FIG. 12).

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。   The 4-division PD array is arranged on the + Z side of the division lens. Therefore, the light passing through the split lens is incident on one of the four light receiving portions (PD) of the quadrant PD array according to the traveling direction (the emission direction from the split lens). In this way, the detection module DM can classify the incident angles of the light incident from the subject into four angle ranges.

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。   The control unit detects the amount of light received by the four PDs (light receiving units) of the detection module DM mounted on each transparent window A (the total amount of light received by 16 PDs), converts it to a voltage using an operational amplifier, and records it. To record. The data is detected at a sampling rate of 1 msec, and the values measured for 20 sec are averaged. In one measurement, 16 PD data are acquired.

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。   Next, the light source module LM will be described in detail. As the light source of the light source module LM, a 40-channel surface-emitting laser array chip, that is, a surface-emitting laser array chip having 40 VCSELs (surface-emitting lasers) as light-emitting units is employed.

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13参照)。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。   On the optical path of the light from the surface emitting laser array chip, a lens having a diameter of 3 mm that makes the light substantially parallel is disposed (see FIG. 13). The distance between the emitting surface (light emitting surface) of the surface emitting laser array chip and the principal point of the lens (optical center of the lens) is set equal to the focal length f (for example, 9 mm) of the lens. That is, the surface emitting laser array chip is arranged so that the emission surface is located at the focal position of the lens. The “lens focal length” is the distance between the principal point of the lens and the focal point.

ここでは、40chを同時に点灯し、総出力は50mW程度とされる。VCSELから出射された平行光は、図13に示されるようにプリズムによって偏向される。   Here, 40 channels are turned on simultaneously, and the total output is about 50 mW. The parallel light emitted from the VCSEL is deflected by the prism as shown in FIG.

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。   As the prism, an acrylic one having a refractive index equivalent to that of the acrylic water tank is employed. The reflecting surface of the prism is designed according to the diameter of the prism, and the angle of the reflecting surface is set so that light through the lens enters the acrylic water tank at an incident angle of about 50 °.

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13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。なお、図13では、窓部材の図示が省略されている。   The refractive index difference between the water tank and prism acrylic and the phantom (intrapid aqueous solution) is set so that the propagation angle in the phantom is about 60 ° (θ1 in FIG. 13) according to Snell's law. The surface emitting laser array chip, the lens, and the prism are attached to a rotation stage (not shown) that can rotate around a rotation axis extending in the Z direction. Here, the rotation axis of the rotary stage passes through the opening (window member) of the housing. Hereinafter, the rotation axis of the rotation stage is also simply referred to as “rotation axis”. A surface emitting laser array, a lens, and a prism are also collectively referred to as an “irradiation unit”. In FIG. 13, the window member is not shown.

この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14に示されるように、+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。プリズムと水槽との間には、これらと屈折率が同等のジェル状の樹脂(図示せず)が充填されている。これにより、プリズムと水槽との間での屈折や反射を防止できる。   By rotating the rotary stage and the irradiation unit together, the incident angle and direction of light to the prism can be changed. Here, as shown in FIG. 14, measurement in four directions of + X, −X, + Y, and −Y is sequentially performed. That is, 16 measurements of 4 × 4 are performed in the positions of the four light source modules LM (four locations B1 to B4) and four directions. Between the prism and the water tank, a gel-like resin (not shown) having the same refractive index is filled. Thereby, refraction and reflection between the prism and the water tank can be prevented.

次に、被検体内の情報(被検体内部情報)の計測方法について、図15に示されるフローチャートを参照して説明する。   Next, a method for measuring information in the subject (subject internal information) will be described with reference to the flowchart shown in FIG.

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10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10に示される透明窓B1に装着される。   First, a probe is set (step T1). The probe means the detection module DM and the light source module LM as described above. The probes to be set here are four detection modules DM and one light source module LM. The four detection modules DM are individually attached to four transparent windows A having a diameter of 9 mm shown in FIG. One light source module LM is mounted on the transparent window B1 shown in FIG.

次に、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)。発光強度はトータルで50mW程度になるように、電流値が決定される。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)。   Next, the 40 channels (light emitting units) of the light source module LM are caused to emit light simultaneously (step T2). The current value is determined so that the emission intensity is about 50 mW in total. The light emission time is about 20 sec. During this period, the detection values of the PDs of the four detection modules DM are read (step T3), and several data (detection values) detected at 1 msec intervals are averaged. Then, the averaged detection value, that is, the average value of the detection values is stored in the recording unit (step T4).

次に、出射光の波長を切り替えてステップT2〜T4を再度行う(ステップT5、T6)。ここでは、780nmと900nmの波長を選択可能としている。具体的には、発振波長が異なる2種類(780nm帯、900nm帯)の光源モジュールLMを予め用意しておき、光源モジュールLMを入れ替えることで出射光の波長の切り換えを実施することができる。   Next, the wavelength of the emitted light is switched and Steps T2 to T4 are performed again (Steps T5 and T6). Here, wavelengths of 780 nm and 900 nm can be selected. Specifically, two types of light source modules LM with different oscillation wavelengths (780 nm band and 900 nm band) are prepared in advance, and the wavelength of the emitted light can be switched by replacing the light source modules LM.

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T7、T8)。具体的には、ステップT1の直後のステップT2〜T6は、プリズムを+X方向に配置した状態で行う。次いで、プリズムを回転させて、+Y方向とする。この状態でステップT2〜T6を行う。次いで、プリズムを回転させて、−X方向とする。この状態でステップT2〜T6を行う。次いで、プリズムを回転させて、−Y方向とする。この状態でステップT2〜T6を行う。   Here, the measurement is performed in four directions of + X direction, + Y direction, -X direction, and -Y direction (steps T7 and T8). Specifically, steps T2 to T6 immediately after step T1 are performed with the prisms arranged in the + X direction. Next, the prism is rotated to the + Y direction. In this state, steps T2 to T6 are performed. Next, the prism is rotated to the −X direction. In this state, steps T2 to T6 are performed. Next, the prism is rotated to the −Y direction. In this state, steps T2 to T6 are performed.

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T9、T10)。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T11、T12)。   Next, the mounting position of the light source module LM is sequentially changed from the transparent window B1 to B2, B3, and B4, and the four directions are measured again (steps T9 and T10). Thereafter, the position of the light absorber is moved, and measurement is performed again at four mounting positions of the light source module LM in four directions (steps T11 and T12).

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。   The stored data is the light absorber, and the data without is the following 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). i is a number assigned to each detection module DM. n is a number assigned to each group. Next, each difference Δr (i, n) is calculated.

以下に、図15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。   Hereinafter, a method for calculating the position of the light absorber (the optical characteristic of the pseudo living body) from the measurement result obtained by the measurement method based on the flowchart of FIG. 15 will be described. Here, an inverse problem estimation algorithm is used. When solving the inverse problem, first, measurement and simulation are performed, and a sensitivity distribution is created using the forward problem. Then, the next measured data is taken in and the inverse problem is estimated from the value.

以下に、第1実施形態の光学検査方法の手順について、図16のフローチャートを参照して説明する。   Hereinafter, the procedure of the optical inspection method of the first embodiment will be described with reference to the flowchart of FIG.

最初のステップS21では、モンテカルロシミュレーションを実施する。モンテカルロシミュレーションは、図17〜図24に示される8種類の光学モデル1〜8それぞれに対して光学センサ10を仮想的に用いて行われる。各光学モデルは、被検体(ここでは人体頭部)を模した仮想モデルである。ここでは、各光学モデルは、5層のモデルとされている。   In the first step S21, a Monte Carlo simulation is performed. The Monte Carlo simulation is performed by virtually using the optical sensor 10 for each of the eight types of optical models 1 to 8 shown in FIGS. Each optical model is a virtual model that imitates a subject (here, a human head). Here, each optical model is a five-layer model.

ここでは、各光学モデルは、最深層から最表層にかけて、灰白質層、骨髄液層、頭蓋骨層、皮膚層、毛髪層が順に積層された積層構造を有している。特に、光学モデル1は、上記標準脳を模したモデルであり、標準モデルとも呼ばれる。   Here, each optical model has a laminated structure in which a gray matter layer, a bone marrow fluid layer, a skull layer, a skin layer, and a hair layer are laminated in order from the deepest layer to the outermost layer. In particular, the optical model 1 is a model imitating the standard brain and is also called a standard model.

ここでは、光源モジュールLMからは4方位の照射ができ、検出モジュールDMからは4方位の検出ができるので、それに合わせて、モンテカルロシミュレーションを実施する。   Here, the light source module LM can irradiate four directions, and the detection module DM can detect four directions, and accordingly, a Monte Carlo simulation is performed.

次のステップS22では、モンテカルロシミュレーションによる計測結果(仮想計測の結果)を基に光学モデル毎の感度分布を算出する。   In the next step S22, the sensitivity distribution for each optical model is calculated based on the measurement result (virtual measurement result) by the Monte Carlo simulation.

次のステップS23では、被検体に対して光学センサ10を、モンテカルロシミュレーションのときと同じプローブ配置で用いて計測(実計測)を行い、該被検体の感度分布を算出する。   In the next step S23, measurement (actual measurement) is performed on the subject using the optical sensor 10 with the same probe arrangement as in the Monte Carlo simulation, and the sensitivity distribution of the subject is calculated.

次のステップS24では、光学モデルの選定を行う。具体的には、被検体の感度分布に感度分布が最も適合する(最も近似する)光学モデルを選定する。   In the next step S24, an optical model is selected. Specifically, an optical model whose sensitivity distribution best matches (is most approximated to) the sensitivity distribution of the subject is selected.

次のステップS25では、選定された光学モデルの感度分布及び被検体の感度分布に基づいて逆問題推定を実施し、該被検体内における吸光体の位置を推定する。以下に順を追って説明する。   In the next step S25, inverse problem estimation is performed based on the sensitivity distribution of the selected optical model and the sensitivity distribution of the subject, and the position of the light absorber in the subject is estimated. This will be described below in order.

図77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76参照)。   FIG. 77 shows a block diagram of the calculation unit. Information such as the position of each module (probe) used in the previous Monte Carlo simulation, the refractive index, and the shape of the living body is recorded in the recording unit (B-1). Based on this information, the previous order problem is performed. For this calculation, a GPU (multi-graphics processor) capable of parallel calculation is used. By using this, the calculation can be made much faster than the conventional calculation speed. The sensitivity distribution obtained by the calculation is stored again in the recording unit (B-1). The calculation result and the measurement result stored in the recording unit (A-3) are input to the central processing unit (B-3), and inverse problem estimation is performed in the central processing unit (B-3). The estimation result is displayed on the display unit via the central processing unit (A-1) (see FIG. 76).

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。   By the way, conventionally, it has been considered that light is scattered almost isotropically in a scatterer such as a living body when calculating a forward problem. For this reason, simulations using diffusion equations with a small amount of calculation have been used. However, in recent academic societies and the like, it has been reported that light propagation in a living body has anisotropy in a fine area of mm. In order to perform a simulation reflecting this anisotropy, it is necessary to use a transport equation or perform a Monte Carlo simulation.

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。   In the present embodiment, since the light emitted from the light source is deflected and incident on the subject, the information on the incident angle cannot be reflected in the diffusion equation that is generally used. Although a method using a transport equation has been proposed, it is known that this calculation takes an enormous amount of time.

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。   Therefore, in this embodiment, Monte Carlo simulation is adopted. Monte Carlo simulation is a technique for stochastically expressing the conditions under which photons are scattered in a scattering medium using random variables and observing their macroscopic behavior. Specifically, each time a photon moves through a medium and travels a certain distance, it collides, and modeling is performed so that the directionality is changed by the collision. An average value of a certain distance at this time is an average free path, which is defined by a scattering coefficient, and a change in direction is defined by anisotropy g. Repeat this collision and record how it propagates within the defined area. The light behavior of the scattering medium can be simulated by calculating countless photons modeled in this way. The path through which one photon diffuses is recorded by Monte Carlo simulation.

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10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。 The Monte Carlo simulation in the present embodiment, the number of photons is 10 9, the voxels as 1mm cubes, the calculation of three-dimensional area of 120mm × 120mm × 60mm. Here, the scattering coefficient of the scattering medium, the absorption coefficient, anisotropy, 7.8 mm -1 refractive index respectively is almost equal numbers and the scalp, 0.019 mm -1, and 0.89,1.37. The above-described phantom (intralipid aqueous solution) is prepared so as to match this numerical value, and simulation is performed under the same conditions as the phantom, such as the light source module LM, the propagation angle, and the position of the detection module DM, and the sensitivity distribution is calculated.

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φ(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φ(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φ(r、rd)とする。 At this time, the number of photons that have passed with respect to the position r of the voxel is φ 0 (r). In particular, when the position of the light source module LM is rs, the number of photon passages at the voxel position r is φ 0 (rs, r). Next, the light source module LM is arranged at the position where the detection module DM has been arranged, and the same number of photons is calculated again. When the detection module DM is installed at rd, the number of photons passing at the voxel position r is set to φ 0 (r, rd).

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φ(rs、rd)で規格化したものが次の感度分布A(r)となる。 Since the light path is reversible, this product is proportional to the number of photons that pass through the voxel position r, exit the light source module LM, and enter the detection module DM. The product obtained by normalizing this product with all the photon numbers φ 0 (rs, rd) entering the detection module DM is the following sensitivity distribution A (r).

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。 This sensitivity distribution A (r) indicates the degree of influence on the detection amount at the position r. When a light absorber is generated at the position r of the voxel, it indicates how much the detection value changes due to the generation.

上述のようにして算出された感度分布の一例が、図25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。   An example of the sensitivity distribution calculated as described above is shown in FIG. Here, the light source module LM and the detection module DM are arranged at (X, Y, Z) = (45, 60, 0) and (X, Y, Z) = (75, 60, 0), respectively. Since a voxel is a 1 mm cube, it is equivalent to a unit mm of these numerical values. The sensitivity of the voxel at each position is indicated by a logarithm (common logarithm) with a base of 10.

次に、図25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26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27に示されている。   Next, from FIG. 25, the result of extracting the line of Y = 60 and Z = 10 in voxel (x, y, z) and plotting the sensitivity as the vertical axis and the horizontal axis as the x position is shown in FIG. ing. At this time, as a propagation angle, the results when the angle with respect to the X axis on the plane with the Y axis as the normal line is set to + 60 ° and −60 ° are shown in FIG.

図26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。   As shown in FIG. 26, there is a difference in sensitivity distribution between +60 degrees and −60 degrees. This difference is a guideline for whether the resolution can be improved. That is, the difference in sensitivity distribution indicates that the propagation paths of light from the two light sources are different. If the propagation path is the same, even if the propagation angle is changed, the sensitivity distribution should be almost the same. Because the propagation paths of light from the two light sources are different, the light from the two light sources collects different information.

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プローブ対(光源モジュールLMと検出モジュールDMの対)に対して、全ての伝播角/検出角の条件で実施する。   This creates great value for the inverse problem estimation described later. As described above, the propagation of light is not simple isotropic scattering, but has a slight anisotropy in the order of several mm. This difference in the order of several millimeters is considered to be a factor for realizing the inverse problem estimation having a resolution of the order of several millimeters. This sensitivity distribution is performed under all conditions of propagation angle / detection angle with respect to all probe pairs (a pair of the light source module LM and the detection module DM) implemented in the phantom.

図27で示される角度による相違は、等方伝播を仮定している拡散方程式を利用したシミュレーションでは、見ることができない。本実施形態のように、モンテカルロシミュレーションを利用して、初めて得られる結果である。これによって、入射角による相違を利用した情報量の増加を実現することができる。つまりは、モンテカルロシミュレーションによって、逆問題推定が高精度に実現できる。また、同様にこれを用いた補正も高精度化することができる。   The difference due to the angle shown in FIG. 27 cannot be seen in a simulation using a diffusion equation assuming isotropic propagation. This is the first result obtained using Monte Carlo simulation as in this embodiment. As a result, an increase in the amount of information using the difference due to the incident angle can be realized. In other words, inverse problem estimation can be realized with high accuracy by Monte Carlo simulation. Similarly, the correction using this can also be made highly accurate.

前述したように、上記モンテカルロシミュレーションを、図17〜図24に示される8つの光学モデル1〜8それぞれに対して実施する。ただし、図17〜図24には光源モジュールLMおよび検出モジュールDMは1つずつしか示されていない。これは、理解を容易にするためであり、実際には、図9のファントムと同じ配置にしている。   As described above, the Monte Carlo simulation is performed for each of the eight optical models 1 to 8 shown in FIGS. However, only one light source module LM and one detection module DM are shown in FIGS. This is for ease of understanding, and is actually arranged in the same manner as the phantom in FIG.

この際、光学モデルの5層及び接触不良部の光学定数として、図28に示されるものを利用する。ただし、ここでの毛髪は、一般的には100um程度の太さであるため、モンテカルロシミュレーションのために、1mmのボクセルに合わせて、吸収係数を調整している。また、毛髪の位置も、光源モジュールLM、検出モジュールDMなどに対して、直下のボクセルとなるか、1つずれるかなどと、その位置によって異なるように光学モデルを複数作る。   At this time, the optical constants shown in FIG. 28 are used as the optical constants of the five layers of the optical model and the poor contact portion. However, since the hair here is generally about 100 um thick, the absorption coefficient is adjusted in accordance with a 1 mm voxel for Monte Carlo simulation. Also, a plurality of optical models are made so that the position of the hair differs depending on the position of the hair, such as whether it is a voxel directly below or shifted by one relative to the light source module LM, the detection module DM, and the like.

図29には、図17〜図24に示される8つの光学モデル1〜8の詳細が示されている。ここでは、光学モデル1を標準構造(標準モデル)として、他の7つの光学モデル2〜8には、被検体の特徴やプローブの装着状態を反映させている。モンテカルロシミュレーションでは、これら8つの光学モデル1〜8に限ることなく、さまざまな光学モデルを作ることができ、かつ、それぞれのパラメータ変化は複数の段階をつくることも可能である。   FIG. 29 shows details of the eight optical models 1 to 8 shown in FIGS. Here, the optical model 1 is a standard structure (standard model), and the other seven optical models 2 to 8 reflect the characteristics of the subject and the probe mounting state. In the Monte Carlo simulation, it is possible to create various optical models without being limited to these eight optical models 1 to 8, and it is also possible to create a plurality of stages for each parameter change.

例えば、図17の光学モデル1と図18の光学モデル2には毛髪の位置によって異なるような相違を作った。本実施形態の非平行の光を計測対象の同一位置に入射させる光源モジュールLMと該光源モジュールLMから計測対象に照射され該計測対象内を伝播した光を受光する検出モジュールDMとを含む光学センサ10は、この毛髪位置に対するロバスト性が高いことが優位な点である。つまりは、計測対象の同一位置から入射され伝播経路が異なる光の情報は、毛髪の位置によって、毛髪が作り出すノイズの影響を小さくする効果がある。毛髪の直上の光源モジュールLMから放たれる全ての方位の光は、ほぼ同様に光量が低減される。   For example, the optical model 1 in FIG. 17 and the optical model 2 in FIG. 18 have different differences depending on the position of the hair. An optical sensor including a light source module LM that makes non-parallel light incident on the same position of a measurement target and a detection module DM that receives light that is irradiated from the light source module LM and propagates through the measurement target. No. 10 is advantageous in that the robustness to the hair position is high. In other words, information on light that is incident from the same position of the measurement target and has a different propagation path has an effect of reducing the influence of noise generated by the hair depending on the position of the hair. Light in all directions emitted from the light source module LM immediately above the hair is reduced in the same manner.

これに対し、従来、実施されているプローブを高密度配置する方法では、多数の光の伝播経路を異ならせることができるため、取得可能な情報量は増えるが、その分、毛髪上にプローブが載る確率が高まり、毛髪によるノイズが増大する。このことが、図30に示されている。図30左図には、検出モジュールDM1´と光源モジュールLM1´の直下に毛髪が存在する場合が示されている。この場合、DM1´の検出光量(A)とLM´の照射光量(1)が他に比べて、小さくなる。この場合に光量分布は、図30右図のマトリクスに示されるようにマトリクス要素(1、A)の数値(以下では「マトリクス値」とも呼ぶ)は他のマトリクス要素の数値以下となる。これは脳血流量とは無関係なので、誤差となる。上記のように、非平行の複数の光を照射可能な光源モジュールLMと入射角度を分割可能な検出モジュールDMを用いた場合には、毛髪を含まない4層の光学モデルに比べて、毛髪を含む5層の光学モデルを用いることで、検出精度が飛躍的に向上する。   On the other hand, in the conventional method of arranging probes at a high density, the propagation paths of a large number of light can be made different, so that the amount of information that can be acquired increases. The probability of being placed increases, and noise caused by hair increases. This is illustrated in FIG. 30 shows a case where hair is present directly under the detection module DM1 ′ and the light source module LM1 ′. In this case, the detected light amount (A) of DM1 ′ and the irradiated light amount (1) of LM ′ are smaller than the others. In this case, as shown in the matrix on the right side of FIG. 30, the numerical value of the matrix element (1, A) (hereinafter also referred to as “matrix value”) is less than the numerical value of the other matrix elements. Since this is unrelated to the cerebral blood flow, it is an error. As described above, when the light source module LM capable of irradiating a plurality of non-parallel lights and the detection module DM capable of dividing the incident angle are used, the hair is compared with the four-layer optical model not including the hair. By using a five-layer optical model including the detection accuracy, the detection accuracy is dramatically improved.

上記の場合は、誤差要因が毛髪による接触不良であったが、プローブ毎の光学特性の誤差として、一般化することも可能である。もっとも、実際の系で起きやすい例は、接触不良という現象である。   In the above case, the error factor was poor contact with the hair, but it can be generalized as an error in the optical characteristics of each probe. However, an example that is likely to occur in an actual system is a phenomenon of poor contact.

本実施形態では、毛髪を光学モデルのパラメータ(層構成)に設定しているが、その想定から外れたパラメータとして、吸収係数や、散乱係数を付加しても良い。   In this embodiment, hair is set as a parameter (layer configuration) of the optical model, but an absorption coefficient or a scattering coefficient may be added as a parameter deviating from the assumption.

図31に示されるように、この場合でも、接触不良が発生した場合には、その影響は光源モジュールLM全体にほぼ均等に及ぶので、1〜3の全ての照射光量が低下することになる。この場合、全ての照射光量がほぼ同一の比率で低下することから、(1、A)で規格化された場合には、標準構造の場合(図32参照)とほぼ同じ分布となる。ただし、図31右図の数値は、標準構造に対して、規格化したものを示しているので、(1、A)の数値が0.9となっている。それ以外のマトリクス要素の数値は、図32右図の数値を0.9倍したものとほぼ同一である。つまりは、図31右図のマトリクスにおける光量分布は、図32図右図のマトリクスにおける光量分布と相似である。   As shown in FIG. 31, even in this case, when a contact failure occurs, the influence is almost evenly applied to the entire light source module LM, so that all the irradiation light amounts 1 to 3 are reduced. In this case, since all the irradiation light amounts are reduced at substantially the same ratio, when normalized by (1, A), the distribution is almost the same as in the case of the standard structure (see FIG. 32). However, since the numerical value in the right diagram of FIG. 31 shows a standardized structure, the numerical value of (1, A) is 0.9. The numerical values of the other matrix elements are almost the same as those obtained by multiplying the numerical values in the right diagram of FIG. 32 by 0.9. That is, the light amount distribution in the matrix in the right diagram of FIG. 31 is similar to the light amount distribution in the matrix of the right diagram in FIG.

先に示した図30の従来例の場合のように複数の接触不良箇所がある場合には、接触不良が発生したプローブのみで光量変化が生じるため、誤差となってしまう。つまりは、非平行の複数の光を計測対象の同一位置に入射させた場合にのみ、接触不良をモデル化し事前にシミュレーションを実施することで、接触不良による誤差を取り除くことが可能となる。これによって、高い精度の光量補正が可能となる。また、高い精度の逆問題推定ができる。   When there are a plurality of contact failure portions as in the case of the conventional example of FIG. 30 described above, the light quantity changes only with the probe in which the contact failure occurs, resulting in an error. In other words, only when a plurality of non-parallel lights are incident on the same position of the measurement target, it is possible to remove the error due to the contact failure by modeling the contact failure and performing the simulation in advance. This makes it possible to correct the amount of light with high accuracy. Also, it is possible to estimate the inverse problem with high accuracy.

接触不良の発生を毛髪のときと同様にモデル化しておけば、モデル選定の際に、誤差を補正することが容易となる。非平行の複数の光を計測対象の同一位置に入射させる光源モジュールLMでは、該光源モジュールLMが設置(装着)された箇所での接触不良による光量低下が、該光源モジュールLMからの複数の光に対してほぼ同様に発生するため、その接触不良を反映する光学モデル(以下では「接触不良モデル」とも呼ぶ)を多く作る必要がない。   If the occurrence of poor contact is modeled in the same manner as in the case of hair, it is easy to correct errors during model selection. In the light source module LM in which a plurality of non-parallel lights are incident on the same position of the measurement target, a decrease in the amount of light due to poor contact at the place where the light source module LM is installed (mounted) causes the plurality of lights from the light source module LM to be reduced. Therefore, it is not necessary to make many optical models that reflect the contact failure (hereinafter also referred to as “contact failure model”).

図30の従来例の場合では、単一の光を照射する複数の光源モジュールLM´と計測対象との接触箇所が数多く存在するために、接触不良モデルを非常に多く作る必要がある。このようにモデル数が多くなってしまうと、モデル選定の際に、モデル選定ミスが生じてしまう。モデル数が少ない方がより、高精度なモデル選定および高精度な補正が可能となる。   In the case of the conventional example of FIG. 30, since there are a large number of contact points between a plurality of light source modules LM ′ that irradiate a single light and a measurement target, it is necessary to make a very large number of contact failure models. If the number of models increases in this way, a model selection error occurs during model selection. The smaller the number of models, the more accurate model selection and high-precision correction becomes possible.

本実施形態では、各光学モデルに対してシミュレーション上の仮想計測及び被検体に対して実計測を行い、計測結果を基に上述した光学モデル毎の感度分布及び被検体の感度分布を作る。この感度分布を作ることで、図32右図に示されるような脳血流のない状態の光量分布を作ることもできる。図32右図では、光源モジュールLMから光学モデルへの光の入射方向が1の場合に、光学モデルから入射方向Aで検出モジュールDMへ入射した光の検出光量を規格化し、1としている。この規格された光量を基準にして、光源モジュールLMから光学モデルへの光の入射方向1〜3と、光学モデルから検出モジュールDMへの光の入射方向A〜Cの対応毎の検出光量をマトリクスで表したものが図32右図の光量分布である。この光量分布は、図29に示される8つの光学モデル1〜8では全て異なる結果を得ることができる。   In the present embodiment, virtual measurement in simulation and actual measurement are performed for each optical model, and the sensitivity distribution for each optical model and the sensitivity distribution of the object are created based on the measurement result. By creating this sensitivity distribution, it is also possible to create a light quantity distribution without cerebral blood flow as shown in the right diagram of FIG. In the right side of FIG. 32, when the incident direction of light from the light source module LM to the optical model is 1, the detected light amount of light incident on the detection module DM in the incident direction A from the optical model is normalized to 1. Using this standardized light quantity as a reference, the detected light quantity for each of the incident directions 1 to 3 of light from the light source module LM to the optical model and the incident directions A to C of light from the optical model to the detection module DM are matrixed. This is the light amount distribution shown in the right side of FIG. With respect to this light amount distribution, all the eight optical models 1 to 8 shown in FIG. 29 can obtain different results.

各光学モデルの感度分布から得られた第1の光量分布と、被検体の感度分布から得られた第2の光量分布とを比較することで、該被検体に最も適した光学モデルを選定する。ここでは、選定する手法として、第1及び第2の光量分布の整合性が最も良い光学モデルを選定する。このとき、実計測前にはキャリブレーションを実施しておく。キャリブレーションは、ジェラコン樹脂を内部に配置している黒い箱であって各プローブを適切な位置に配置できるようなガイドが設けられたものが用いられる。このキャリブレーションによって、高い精度で再現性が取れる。なお、ここでは、各光学モデルの光量分布と被検体の光量分布を比較し、その比較結果に基づいて光学モデルを選定しているが、これに代えて、各光学モデルの感度分布と被検体の感度分布を比較し、その比較結果に基づいて光学モデルを選定しても良い。   By comparing the first light quantity distribution obtained from the sensitivity distribution of each optical model and the second light quantity distribution obtained from the sensitivity distribution of the subject, the optical model most suitable for the subject is selected. . Here, an optical model having the best consistency between the first and second light quantity distributions is selected as a method of selection. At this time, calibration is performed before actual measurement. For the calibration, a black box in which a geracon resin is arranged and provided with a guide so that each probe can be arranged at an appropriate position is used. This calibration allows reproducibility with high accuracy. Here, the light distribution of each optical model is compared with the light distribution of the subject, and the optical model is selected based on the comparison result. Instead, the sensitivity distribution of each optical model and the subject are selected. The optical models may be selected based on the comparison results.

選定の方法として、実計測時、仮想計測時のマトリクス値が最も誤差が少ないものを選ぶ。具体的には、実計測時の(1、A)と仮想計測時の(1、A)のマトリクス値の差分を取る。次に実計測時の(2、B)と仮想計測時の(2、B)のマトリクス値の差分を取る。これを順次繰り返し、実計測時及び仮想計測時の対応するマトリクス要素の数値の差分の2乗の総和をとり、その値が最も少ない光学モデルを最適とする。   As a selection method, a matrix value with the smallest error in actual measurement and virtual measurement is selected. Specifically, the difference between the matrix values of (1, A) at the time of actual measurement and (1, A) at the time of virtual measurement is taken. Next, the difference between the matrix values of (2, B) at the time of actual measurement and (2, B) at the time of virtual measurement is taken. This is repeated sequentially, the sum of the squares of the numerical differences of the corresponding matrix elements at the time of actual measurement and virtual measurement is taken, and the optical model having the smallest value is optimized.

光学モデルの選定方法には、他にも様々な方法が利用できる。例えば、先ほどのマトリクスの最小2乗法での選定方法以外に、以下に説明するように、前提条件で選別し、補正や重み付けを加える選定方法がある。   Various other methods can be used for selecting the optical model. For example, in addition to the selection method using the least square method of the matrix described above, there is a selection method in which selection is performed based on preconditions and correction or weighting is applied as described below.

この選定方法を、図33のフローチャートを参照して説明する。ここでは、前提条件には、接触不良が発生したモデル(例えば毛髪が介在するモデル)を取り除く方法を加えた。その後、隣接のプローブとほぼ相違がないように補正をし、深さ方向における影響を考慮した重みつけをする方法を採用した。   This selection method will be described with reference to the flowchart of FIG. Here, as a precondition, a method of removing a model in which poor contact occurs (for example, a model in which hair is interposed) was added. After that, correction was made so that there was almost no difference from the adjacent probe, and a method of weighting in consideration of the influence in the depth direction was adopted.

先ず、隣接プローブ間の仮想計測結果を比較する(ステップS31〜S36)。光源モジュールLMと検出モジュールDMのレイアウトは図34に示されるように、1つのLMに隣接するDMは4つある。この4つとも前述したように4方位の角度分割をした検出が行える。LMからの照射方向も4方位であるので、先のマトリクスは4×4となる。   First, virtual measurement results between adjacent probes are compared (steps S31 to S36). As shown in FIG. 34, the layout of the light source module LM and the detection module DM has four DMs adjacent to one LM. As described above, these four can be detected by dividing into four directions. Since the irradiation direction from the LM is also four azimuths, the previous matrix is 4 × 4.

このマトリクスを、4つのDMで比較した場合(ステップS31)、毛髪や接触不良のように、1つのDMだけに特異的に光量低下が起きる場合がある。この特異点の有無を判断する場合、特異点を定量化し、ある閾値をもって判断する(ステップS32)。本実施形態では、4つのDMの中で最も光量の弱いDM(ここではDM(Min)とする)、これが他の3つのDMのマトリクスの平均値とどの程度かけ離れているかで判断する。   When this matrix is compared with four DMs (step S31), there is a case where the amount of light decreases specifically for only one DM, such as hair or poor contact. When determining the presence or absence of this singular point, the singular point is quantified and determined with a certain threshold (step S32). In the present embodiment, the DM having the weakest light quantity among the four DMs (here, DM (Min)) is determined based on how far it is from the average value of the other three DM matrices.

この際に、数値として、図34の(DM1の3、A)、(DM2の4、B)、(DM3の1、C)、(DM4の2、D)の光量を比較する。この4つの数値を平均し、平均値によって規格化して、3つのDMの平均を1としたときに、DM(min)が0.9以下である場合には、これを特異点として判断する。   In this case, as numerical values, the light amounts of (DM1, 3, A), (DM2, 4, B), (DM3, 1, C), and (DM4 2, D) in FIG. 34 are compared. These four numerical values are averaged, normalized by the average value, and when DM (min) is 0.9 or less when the average of the three DMs is 1, this is determined as a singular point.

本実施形態では、ファントムの実験であるので、DM(min)の閾値γを0.9と高めに設定しているが、人の頭部で実施する場合には、額部や頭部頂点部など部位によって、閾値γを適切に選ぶ。人体の額部分の頭蓋骨の厚さなどは、隣接する4つのDMを頂点とする四角形内のエリア(60mm角)の中では概ね均一であると仮定した。これは脳血流の均一性は数mm以下の均一性しかないと考えられるからである。この均一性の大きさを以下ではスパース値βとして、スパース性に生理学的な特徴を持たせることができる。   In this embodiment, since it is a phantom experiment, the threshold value γ of DM (min) is set to a high value of 0.9. The threshold value γ is appropriately selected by. The thickness of the skull on the forehead of the human body was assumed to be generally uniform in an area (60 mm square) within a quadrangle having four adjacent DMs as vertices. This is because the uniformity of cerebral blood flow is considered to be only a few mm or less. In the following, the degree of uniformity can be referred to as a sparse value β to give a physiological characteristic to the sparsity.

ここでは、スパース値βは被検体の年齢や、部位によって、適切に変える。これは計測する部分によって、その均一性がどの程度保証できるかが異なることによっている。例えば、額部分はその頭蓋骨などの構造が均一であることが知られており、βを60mmとした。   Here, the sparse value β is appropriately changed depending on the age and part of the subject. This is because the degree of uniformity can be guaranteed depending on the part to be measured. For example, the forehead is known to have a uniform structure such as a skull, and β was set to 60 mm.

これに対し、側頭部の耳に近い部分は頭蓋骨の構造が複雑であり、隣接する4つのDMを頂点とする四角形内のエリア(60mm角)では均一性が低くなる。そこで、側頭部の耳に近い部分のスパース値βを30mmとした。そして、この部分では閾値γを0.7にするなど適切に閾値を決定している。このスパース値と閾値との関係は、フェルミ関数の式で決定している。このフェルミ関数によって、スパース値βが60mmを超えた場合には、0.9となり、βが30mmを下回ると0.7になる定数を決めた。   On the other hand, the structure of the skull is complicated in the part near the ear of the temporal region, and the uniformity is low in an area (60 mm square) in a quadrangle having four adjacent DMs as vertices. Therefore, the sparse value β of the portion near the temporal ear was set to 30 mm. In this part, the threshold value is appropriately determined such that the threshold value γ is set to 0.7. The relationship between the sparse value and the threshold value is determined by the Fermi function equation. By this Fermi function, a constant was determined to be 0.9 when the sparse value β exceeded 60 mm, and 0.7 when β was less than 30 mm.

特異点があった場合には、そのマトリクス値を補正する(ステップS33)。補正方法は、補正対象のマトリクス(光量分布)が他の3つのマトリクス(光量分布)の平均値になるように係数を該補正対象のマトリクス要素すべてにかける。この補正をかけたときに、再度、4つのDMの計測値を比較し、特異点が発生しているか比較する。   If there is a singular point, the matrix value is corrected (step S33). In the correction method, a coefficient is applied to all the matrix elements to be corrected so that the correction target matrix (light quantity distribution) becomes an average value of the other three matrices (light quantity distribution). When this correction is applied, the measured values of the four DMs are compared again to compare whether a singular point has occurred.

次に、同様の処理を1つのDMを中心にした4つのLDによって実施する(ステップS34〜S36、図35)。この手法は上記と同様なのでここでは割愛する。   Next, the same processing is performed by four LDs centered on one DM (steps S34 to S36, FIG. 35). Since this method is the same as above, it is omitted here.

次に、特異点を取り除いた後に、隣接マトリクス間での光量比較を行い、補正を加える(ステップS37〜S39)。図36に示すレイアウトでPoint Aのエリアでの比較を行う。このエリアの状況から最も影響を受ける光の伝搬経路は、図36に4つの矢印で示される。この4つの伝搬経路は、マトリクスでは、(DM1の2、LM1のB)、(DM1の1、LM2のA)、(DM2の3、LM1のC)、(DM2の4、LM2のD)の光量と関係が強い。各伝搬経路における光学特性が同一である場合、各マトリクスの光量は一致することがシミュレーション上、予想される。   Next, after removing the singularity, light quantity comparison is performed between adjacent matrices, and correction is performed (steps S37 to S39). Comparison is performed in the area of Point A with the layout shown in FIG. The light propagation path most affected by the situation of this area is indicated by four arrows in FIG. These four propagation paths are (DM1 2 and LM1 B), (DM1 1 and LM2 A), (DM2 3 and LM1 C), (DM2 4 and LM2 D) in the matrix. Strongly related to light intensity. When the optical characteristics in each propagation path are the same, it is predicted from the simulation that the light amounts of the respective matrices match.

しかし、実際の系では、伝搬経路が少しは異なるため、誤差εが生じる。本実施形態では、その伝搬経路の位置の距離は、30mm以下であるが、計測するエリアの光学特性が、この30mmの距離で変化する可能性がある。そこで、ここでもスパース値βとの比較により、先の誤差εをどの程度まで了承するかによって補正を実施するか否かを決定する。   However, in an actual system, an error ε occurs because the propagation paths are slightly different. In this embodiment, the distance of the position of the propagation path is 30 mm or less, but the optical characteristics of the area to be measured may change at the distance of 30 mm. Therefore, here too, by comparing with the sparse value β, it is determined whether or not the correction is performed depending on how much the error ε is accepted.

必要に応じて上記ステップS33と同様に補正を行った(ステップS39)後、光学モデルの選定を行う。一般的に光学モデルは、特に、肌の色(肌の厚さ)、頭蓋骨の厚さ、骨髄液の3種類の影響を受ける。   If necessary, correction is performed in the same manner as in step S33 (step S39), and then an optical model is selected. In general, an optical model is affected by three types of skin color (skin thickness), skull thickness, and bone marrow fluid.

そこで、皮膚層、頭蓋骨層、骨髄液層を含む光学モデルを作った。この光学モデルとプローブ対(LMとDMの対)の組み合わせによる検出パターンは、9パターン存在する。その9パターンの中に最もそのプローブ対のエリアに適したモデルを選定する。その選定として、9パターンの光学シミュレーション結果によって作られたマトリクス(図7右図と同様のもの)が存在する。そのマトリクスの9つのマトリクス要素の数値と、実際に被検体で計測した対応する9つのマトリクス要素の数値の誤差が最も少ないパターンを選定すればよいが、その方法として以下のような重み付けを行った。   Therefore, an optical model including the skin layer, skull layer, and bone marrow fluid layer was created. There are nine patterns of detection patterns based on combinations of this optical model and probe pairs (LM and DM pairs). The model most suitable for the area of the probe pair is selected from the nine patterns. As the selection, there is a matrix (similar to the right diagram in FIG. 7) created by the optical simulation results of nine patterns. It is sufficient to select a pattern with the smallest error between the numerical values of the nine matrix elements of the matrix and the corresponding nine matrix elements actually measured on the subject. .

皮膚層、頭蓋骨層、骨髄液層は、頭皮の表面から、順に深い方向に並んでいる。そこで、深さ方向の重み付けを行う(ステップS40)。具体的には、図7のマトリクスの中で(1、A)と(3、C)とを考えた場合、(1、A)は比較的表面を光が伝搬し、(3、C)は比較的深い部分を光が伝搬する。つまりは、(1、A)は浅い部分での影響が強いので、浅い部分の肌の色モデルに重みをつける。(3、C)は深い部分での影響が強いので、深い部分の骨髄液のモデルに重みをつける。例えば、以下のように重み係数を決めた。   The skin layer, skull layer, and bone marrow fluid layer are arranged in a deep direction in order from the surface of the scalp. Therefore, weighting in the depth direction is performed (step S40). Specifically, if (1, A) and (3, C) are considered in the matrix of FIG. 7, (1, A) light propagates relatively on the surface, and (3, C) is Light propagates in a relatively deep part. In other words, (1, A) has a strong influence on the shallow part, so the skin color model of the shallow part is weighted. Since (3, C) has a strong influence in the deep part, the model of the bone marrow fluid in the deep part is weighted. For example, the weighting factor was determined as follows.

皮膚モデル層の選定には、重み係数を、マトリクス要素(1、A)に対して2.0とし、マトリクス要素(2、B)に対して1.5とし、それ以外のマトリクス要素に対して1.0とした。頭蓋骨モデル層の選定には、重み係数を、マトリクス要素(2、B)に対して1.5とし、それ以外のマトリクス要素に対して1.0とした。骨髄液モデル層の選定には、重み係数を、マトリクス要素(3、C)に対して2.0、それ以外のマトリクス要素に対して1.0とした。   For the selection of the skin model layer, the weighting factor was 2.0 for the matrix element (1, A), 1.5 for the matrix element (2, B), and 1.0 for the other matrix elements. In selecting the skull model layer, the weighting factor was set to 1.5 for the matrix element (2, B) and 1.0 for the other matrix elements. In selecting the bone marrow fluid model layer, the weighting factor was set to 2.0 for the matrix element (3, C) and 1.0 for the other matrix elements.

このようにして重み付けを行った後、各マトリクス要素に対して、最小2乗法によるモデル選定を行う(ステップS41)。   After weighting in this way, model selection by the least square method is performed for each matrix element (step S41).

なお、モデル選定の際、光学センサに加えて、別のセンサを利用しても良い。例えば、骨密度を検出する超音波センサや外乱光を検出して補正する方法などがある。また、加速度センサなどをつけてアーティファクトを除去する方法を考えられる。   When selecting a model, another sensor may be used in addition to the optical sensor. For example, there are an ultrasonic sensor for detecting bone density and a method for detecting and correcting disturbance light. Also, a method of removing an artifact by attaching an acceleration sensor or the like can be considered.

次に、選定された光学モデルの感度分布及び被検体の感度分布を利用して逆問題推定を行う。
吸光体の存在によっておきる吸収係数の変化δμ(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。
Next, inverse problem estimation is performed using the sensitivity distribution of the selected optical model and the sensitivity distribution of the subject.
Assuming that the change in absorption coefficient δμ a (r) caused by the presence of the light absorber is sufficiently small, the following equation is established by approximation of Retov.

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、φ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φ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δμ(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。 ν is the speed of light in the medium, S is the amount of light emitted from the light source module LM per unit time, rs is the position of the light source module LM, rd is the position of the detection module DM, and φ (rs, rd) is the light source module It represents the quantity of light emitted from the LM reaches the detection module DM, phi 0 represents the intensity of light in the absence of light absorbing material. This equation means that if the light intensity φ 0 in the absence of the light absorber is given, the change in absorption coefficient δμ a (r) caused by the presence of the light absorber and the observed value log φ (rs, rd) ) Can be linked to a linear relationship.

このことを簡単に記述すると、以下の式となる。
Y=A(r)X
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。
This can be simply described as:
Y = A (r) X
Here, Y is a change in the observed value due to the presence or absence of the light absorber, and X indicates a change in the absorption coefficient at the position r of the voxel. A (r) is a sensitivity distribution. In the above equation, it can be seen how the observed value Y changes by giving changes in the position and amount of the light absorber represented by X.

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。   In the inverse problem estimation, the reverse is performed, that is, the position X of the light absorber is estimated using the observed value Y. As described in the previous position measurement method, the change due to the presence or absence of the light absorber is measured as Δr (i, n). This Δr (i, n) becomes the observed value Y, and X is calculated from this.

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。   In general, an inverse problem estimation method called L2 norm regularization is used. In this method, X that minimizes the cost function C shown below is calculated.

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。また、以下に示す結果は、先願である特願2014−230745に記載されている。 Here, Y is an observed value, A is a sensitivity distribution, and λ is a regularization coefficient. Such a method is generally used for inverse problem estimation, but in this embodiment, inverse problem estimation is performed by Bayesian estimation that can also detect the depth direction. For the inverse problem estimation by Bayesian estimation, 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). The results shown below are described in Japanese Patent Application No. 2014-230745 which is a prior application.

この結果、図37に示されるような推定結果を導くことができる。図37(A)は吸光体の位置を示している。図37(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。   As a result, an estimation result as shown in FIG. 37 can be derived. FIG. 37A shows the position of the light absorber. The grid in FIG. 37B is 3 mm, and it was found that the grid matches the actual position with an accuracy of 3 mm.

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37(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。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。   As a comparative example, the result of detection using only one of the four directions is shown in FIG. This comparative example has almost the same configuration as a conventional NIRS (DOT) apparatus. In the comparative example, the detection in the depth direction is impossible, and the detection result is very wide. In Example 1, it is possible to detect the position and depth of the light absorber by the Bayesian estimation.

また、吸光体の位置を変えて(図38(A)参照)、推定を行った結果(推定結果)が図38(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38(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。   In addition, FIG. 38B shows the result of estimation (estimation result) by changing the position of the light absorber (see FIG. 38A). Also in this case, it can be seen that the actual position of the light absorber can be accurately estimated. According to the method of Example 1, the position of the light absorber can be detected with high resolution. On the other hand, in the comparative example, as shown in FIG. 38C, the light absorber is considerably spread, and the position of the light absorber cannot be accurately detected.

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。   Hereinafter, Example 2 of this embodiment will be described. In the description of the second embodiment, a description related to the first embodiment will be given as appropriate.

《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。
Example 2
First, black ink is dropped to about 200 ppm in an aqueous solution of Intrapid injected into a transparent acrylic water tank (10% concentration of Intrapid is diluted 10 times). The scattering coefficient. A black light-absorbing body imitating blood flow is submerged in this cloudy intrapid aqueous solution. The light absorber is, for example, a black polyacetal sphere having a diameter of about 5 mm. The sphere is fixed to a thin metal rod having a diameter of 1 mm connected to an automatic stage so that the position of the sphere can be controlled. The side of this water tank, the position of the probe described later, is accurately determined and installed (mounted). Here, the acrylic water tank is a rectangular water tank having a volume of 140 mm × 140 mm × 60 mm and a wall thickness of 1 mm, for example.

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。   The optical sensor 10 includes an irradiation system including a plurality (for example, eight) of light source modules LM and a detection system including a plurality (for example, eight) of detection modules DM. The plurality of light source modules LM and the plurality of detection modules DM are respectively connected to the control unit via electrical wiring.

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。   The control unit controls the light emission timing of the light source in each light source module LM and the detection timing in each detection module DM, and transfers the obtained detection result to the recording unit. Further, the control unit performs control to read data recorded in the recording unit, perform calculation using the numerical value, and display the calculation result on the display unit.

図39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39では、LMは四角印で示され、DMは丸印で示されている。   As shown in FIG. 39, the eight light source modules LM and the eight detection modules DM are, for example, a light source module LM with respect to the pseudo living body (not shown) in both the X direction and the Y direction orthogonal to each other. The detection modules DM are arranged in a matrix (two-dimensional lattice) at an equal pitch a in the X direction and the Y direction so as to be adjacent to each other. In FIG. 39, LM is indicated by a square mark, and DM is indicated by a circle mark.

実施例2の光源モジュールLM(I型)は、図40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。   As shown in FIG. 40, the light source module LM (type I) of Example 2 includes, for example, an optical element such as a lens and a prism, a ceramic package (not shown) on which a plurality of surface emitting laser array chips are mounted, and the ceramic. A flexible substrate (not shown) on which a package or an analog electronic circuit is mounted, wiring connected to the flexible substrate, a connector part (not shown), a housing in which these are accommodated, and a transparent resin that contacts the subject Includes window members and the like.

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。   The light from each surface emitting laser array chip is refracted by the corresponding lens, deflected to a desired angle by a prism as a reflecting member formed inside the window member (reflected in a predetermined direction), and emitted outside the housing. Is done.

面発光レーザアレイチップは、図41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。   As shown in FIG. 41, the surface emitting laser array chip has a square shape with a side of about 1 mm and includes a plurality of (for example, 20) surface emitting lasers arranged two-dimensionally.

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。   More specifically, each surface emitting laser array chip has five groups (ch groups) each including four surface emitting lasers. Here, the centers of four of the five groups are individually located at the four vertices of the square, and the centers of the remaining one group are located at the center of the square.

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。   The four channels of each group are mounted on the ceramic package as described above, and are connected to the same electrode pad (any one of the electrode pads 1 to 4) via bonding wires (wiring).

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。   The ceramic package is mounted on the wiring pattern of the flexible substrate by soldering. On the flexible substrate, a switching semiconductor and a current stabilizing semiconductor are arranged. Which channel of the surface emitting laser array chip emits light is controlled by the semiconductor for switching. The switching semiconductor causes the selected channel to emit light by an external serial signal. One end of the serial signal signal line and one end of the power supply line are connected to the flexible substrate, and the other end of the signal line and the other end of the power supply line are connected to the control unit.

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。   The amount of light emitted from each channel is set to be constant by calibration performed every predetermined period. In a normal usage method, five groups of light are emitted sequentially in short pulses. Such pulsed light emission is suitable for stabilizing the amount of emitted light because temperature rise due to heat generation is avoided. By detecting and averaging the detection values obtained by the detection module each time a short pulse is emitted, detection is strong against noise.

ところで、各面発光レーザアレイチップの面発光レーザ(VCSEL)の発振波長は、一例として780nm又は900nmである。発振波長が互いに異なる複数の面発光レーザを用いることで、波長が異なる複数の出射光を得ることが可能となる。そして、波長が異なる複数の光を被検体(例えば生体)の略同一位置に照射することで、例えば、ヘモグロビンの状態(脱酸素状態または酸化状態)を認識することが可能となる。これらの波長は、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。   By the way, the oscillation wavelength of the surface emitting laser (VCSEL) of each surface emitting laser array chip is 780 nm or 900 nm as an example. By using a plurality of surface emitting lasers having different oscillation wavelengths, a plurality of outgoing lights having different wavelengths can be obtained. Then, by irradiating a substantially identical position of a subject (for example, a living body) with a plurality of lights having different wavelengths, it becomes possible to recognize, for example, the state of hemoglobin (deoxygenated state or oxidized state). These wavelengths are selected because the absorption coefficient varies greatly depending on the oxygen concentration in the blood.

図42(A)に示される実施例2の光源モジュールLM(II型)では、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(個別光学素子)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(個別光学素子)が配置され、レンズ1、2を介した光の光路上にプリズム(共通光学素子)が共通に配置されている。面発光レーザアレイチップ1、2は、出射方向がZ軸方向となるようにXY平面上にY方向に並べて配置され、発振波長が互いに異なる点を除いて、実質的に同一の構成(発光部の数や配置を含む)を有している。レンズ1、2は、実質的に同一のレンズである。   In the light source module LM (II type) of the second embodiment shown in FIG. 42A, a surface emitting laser array chip 1 having an oscillation wavelength of 900 nm and a surface emitting laser array chip 2 having an oscillation wavelength of 780 nm are arranged in parallel. A lens 1 (individual optical element) is disposed in the vicinity of the emitting end of the surface emitting laser array chip 1, and a lens 2 (individual optical element) is disposed in the vicinity of the emitting end of the surface emitting laser array chip 2. A prism (common optical element) is commonly arranged on the optical path of the light. The surface emitting laser array chips 1 and 2 are arranged in the Y direction on the XY plane so that the emission direction is the Z-axis direction, and have substantially the same configuration (light emitting unit) except that the oscillation wavelengths are different from each other. Including the number and arrangement). The lenses 1 and 2 are substantially the same lens.

以下では、面発光レーザアレイチップ1、2を、ch1、ch2とも称し、区別しない場合はchとも総称する。   Hereinafter, the surface emitting laser array chips 1 and 2 are also referred to as ch1 and ch2, and are collectively referred to as ch when not distinguished from each other.

LM(II型)では、複数の発光部と対応するレンズの光軸との位置関係がch間で同じになっている。具体的には、各chの中心(アレイ中心)が、対応するレンズの光軸上にある。   In LM (II type), the positional relationship between a plurality of light emitting units and the optical axis of the corresponding lens is the same between channels. Specifically, the center of each channel (array center) is on the optical axis of the corresponding lens.

ここで、図42(B)に示される各chのY方向に等間隔で並ぶ3つの発光部に着目する。ch1のY方向に等間隔Mで並ぶ3つの発光部を+Y側から−Y側にかけて順に発光部1a、発光部1b、発光部1cとし、ch2のY方向に等間隔Mで並ぶ3つの発光部を+Y側から−Y側にかけて順に発光部2a、発光部2b、発光部2cとする。発光部1b、発光部2bは、対応するレンズ1、2の光軸上に配置されているものとする。   Here, attention is paid to three light emitting units arranged at equal intervals in the Y direction of each channel shown in FIG. Three light emitting units arranged at equal intervals M in the Y direction of ch1 are sequentially designated as a light emitting unit 1a, a light emitting unit 1b, and a light emitting unit 1c from the + Y side to the -Y side, and three light emitting units arranged at equal intervals M in the Y direction of ch2 In order from the + Y side to the -Y side are referred to as a light emitting unit 2a, a light emitting unit 2b, and a light emitting unit 2c. It is assumed that the light emitting unit 1b and the light emitting unit 2b are arranged on the optical axes of the corresponding lenses 1 and 2.

プリズムは、図42(A)に示されるように、中心軸に関して対称な形状(軸対称な形状)を有しており、中心軸に直交する入射面ISと、中心軸に対して傾斜する全反射面R1、R2と、中心軸に直交する出射面OSと、を含む。   As shown in FIG. 42A, the prism has a symmetric shape (axisymmetric shape) with respect to the central axis, and an incident surface IS orthogonal to the central axis and all of the surfaces inclined with respect to the central axis. The reflecting surfaces R1 and R2 and the exit surface OS orthogonal to the central axis are included.

入射面ISは、ch1の3つの発光部1a、1b、1cからの光の光路上及びch2の3つの発光部2a、2b、2cからの光の光路上に位置する。   The incident surface IS is located on the optical path of light from the three light emitting portions 1a, 1b, and 1c of ch1 and on the optical path of light from the three light emitting portions 2a, 2b, and 2c of ch2.

全反射面R1は、発光部1aから出射されレンズ1、入射面ISを介した光(光線1)の光路上及び発光部2aから出射されレンズ2、入射面ISを介した光(光線2)の光路上に位置する。光線1、2の全反射面R1への入射角は、臨界角以上となっている。   The total reflection surface R1 is emitted from the light emitting part 1a on the optical path of the light (light ray 1) via the lens 1 and the incident surface IS, and emitted from the light emitting part 2a via the lens 2 and the incident surface IS (light ray 2). Located on the optical path. The incident angle of the light rays 1 and 2 to the total reflection surface R1 is equal to or greater than the critical angle.

全反射面R2は、発光部1cから出射されレンズ1、入射面ISを介した光(光線3)の光路上及びch2の発光部2cから出射されレンズ2、入射面ISを介した光(光線4)の光路上に位置する。光線3、4の全反射面R2への入射角は、臨界角以上となっている。   The total reflection surface R2 is emitted from the light emitting portion 1c on the optical path of the light (light ray 3) via the lens 1 and the incident surface IS and emitted from the light emitting portion 2c of the ch2 light (light ray) via the lens 2 and the incident surface IS. 4) Located on the optical path. The incident angle of the light rays 3 and 4 to the total reflection surface R2 is equal to or greater than the critical angle.

出射面OSは、全反射面R1で反射された光(光線1、2)、全反射面R2で反射された光(光線3、4)、ch1の発光部1bから出射されレンズ1、入射面を通過(直進)した光(光線5)及びch2の発光部2bから出射されレンズ2、入射面を通過(直進)した光(光線6)の光路上に位置し、光線1〜5を出射(通過)させる。ここでは、出射面OSが被検体の表面と接触する接触面とされている。そこで、出射面OSと被検体の表面との間に透明のジェルを介在させることが好ましい。   The exit surface OS is the light reflected by the total reflection surface R1 (light rays 1 and 2), the light reflected by the total reflection surface R2 (light rays 3 and 4), the light emitted from the light emitting portion 1b of ch1, the lens 1, the entrance surface Is positioned on the optical path of the light (ray 5) emitted from the light emitting portion 2b of ch2 and the light beam (ray 6) that has passed through (incidence) the lens 2 and the incident surface, and emits rays 1 to 5 ( Pass). Here, the emission surface OS is a contact surface that contacts the surface of the subject. Therefore, it is preferable that a transparent gel is interposed between the exit surface OS and the surface of the subject.

この場合、2つの発光部1a、2aから略平行な状態で出射されレンズ1、2に入射した波長が異なる2つの光は、レンズ1、2で屈折され互いに略平行な状態で入射面ISに入射し、該入射面ISで屈折され互いに略平行な状態で全反射面R1に入射する。全反射面R1で反射された波長が異なる2つの光は、略平行な状態で被検体の略同一位置に入射する。この場合、波長が異なる2つの光の被検体への入射位置が幾分(発光部1aと発光部2aの間隔程度)ずれることになる。   In this case, the two lights having different wavelengths emitted from the two light emitting portions 1a and 2a and entering the lenses 1 and 2 are refracted by the lenses 1 and 2 and are substantially parallel to each other on the incident surface IS. Incident light is refracted by the incident surface IS and incident on the total reflection surface R1 in a substantially parallel state. Two lights having different wavelengths reflected by the total reflection surface R1 are incident on substantially the same position of the subject in a substantially parallel state. In this case, the incident positions of the two lights having different wavelengths on the subject are somewhat shifted (about the distance between the light emitting unit 1a and the light emitting unit 2a).

同様に、発光部1c、2cから略平行な状態で出射されレンズ1、2に入射した波長が異なる2つの光は、レンズ1、2で屈折され互いに略平行な状態で入射面ISに入射し、該入射面ISで屈折され互いに略平行な状態で全反射面R2に入射する。全反射面R2で反射された波長が異なる2つの光は、略平行な状態で被検体の略同一位置に入射する。この場合、波長が異なる2つの光の被検体への入射位置が幾分(発光部1cと発光部2cの間隔程度)ずれることになる。   Similarly, two lights having different wavelengths emitted from the light emitting portions 1c and 2c and entering the lenses 1 and 2 are refracted by the lenses 1 and 2 and enter the incident surface IS in a substantially parallel state. The light is refracted by the incident surface IS and is incident on the total reflection surface R2 in a substantially parallel state. Two lights having different wavelengths reflected by the total reflection surface R2 are incident on substantially the same position of the subject in a substantially parallel state. In this case, the incident positions of the two lights having different wavelengths on the subject are somewhat shifted (about the distance between the light emitting unit 1c and the light emitting unit 2c).

検出精度の更なる向上を図るために、波長が異なる2つの光の被検体への入射位置を同一にする(極力近づける)ことが望まれる。その手法として、プリズムの全反射面で反射された波長が異なる2つの光の光路を略一致させることが考えられる。   In order to further improve the detection accuracy, it is desirable to make the incident positions of two lights having different wavelengths incident on the subject the same (as close as possible). One possible method is to make the optical paths of two lights having different wavelengths reflected by the total reflection surface of the prism substantially coincide.

そこで、2つのchからの波長が異なる2つの光の光路上に2つの反射面を個別に設けることも考えられるが(図40参照)、この場合であっても、波長が異なる2つの光の光路を略一致させることは困難である。   Therefore, it is conceivable to provide two reflecting surfaces separately on the optical paths of the two lights having different wavelengths from the two channels (see FIG. 40). It is difficult to substantially match the optical paths.

特に、2つのchからの波長が異なる2つの光の2つのレンズからの出射方向を一致させることは可能であるが、2つのchの出射点(発光部の位置)を同一にすることは不可能である。   In particular, it is possible to match the emission directions of two lights having different wavelengths from the two channels from the two lenses, but it is not possible to make the emission points (the positions of the light emitting portions) of the two channels the same. Is possible.

以下に、図43に示される実施例2の光源モジュールLM(III型)について説明する。LM(III型)では、複数の発光部と、対応するレンズの光軸との位置関係がch間で異なっている点が、図42(A)に示されるLM(II型)と異なり、その他の構成はLM(II型)と同様である。   The light source module LM (type III) of Example 2 shown in FIG. 43 will be described below. LM (type III) differs from LM (type II) shown in FIG. 42A in that the positional relationship between a plurality of light emitting units and the optical axis of the corresponding lens differs between channels. The configuration of is the same as that of LM (II type).

LM(III型)では、2つのchの中心間隔(アレイ中心の間隔)は、1.4mm程度とされている。これはワイヤーボンディングを実施する際のパッド部分などを考慮し、2つのchをできるだけ近づけた位置関係である。   In LM (type III), the center distance between two channels (the distance between the array centers) is about 1.4 mm. This is a positional relationship in which two channels are brought as close as possible in consideration of a pad portion when wire bonding is performed.

ちなみに、各chは1mm角であり、2つのch間のスペース(隙間)は数100umとかなり近接して実装する。ここでは、ダイボンダー装置のコレットなどを工夫することで、この近接実装を実現している。   By the way, each channel is 1 mm square, and the space (gap) between the two channels is mounted as close as several hundred um. Here, this proximity mounting is realized by devising the collet of the die bonder device.

また、2つのchの発光部(面発光レーザ)は、同じマスクを利用した半導体プロセスで作製され、発光部の位置は0.5um以下の精度で制御することが可能である。   In addition, the light emitting portions (surface emitting lasers) of the two channels are manufactured by a semiconductor process using the same mask, and the position of the light emitting portion can be controlled with an accuracy of 0.5 μm or less.

LM(III型)でも、LM(II型)と同様に、面発光レーザアレイチップ1(900nm)と面発光レーザアレイチップ2(780nm)は、同レベルの精度で同一のレイアウトになっている。   In the LM (III type), similarly to the LM (II type), the surface emitting laser array chip 1 (900 nm) and the surface emitting laser array chip 2 (780 nm) have the same layout with the same level of accuracy.

このように中心が1.4mm程度離れた2つのchから出射され対応するレンズを介した波長が異なる2つの光は、プリズムの同一の全反射面で反射され、被検体(例えば生体)に入射する。   In this way, two lights emitted from two channels whose centers are separated by about 1.4 mm and having different wavelengths via the corresponding lenses are reflected by the same total reflection surface of the prism and are incident on a subject (for example, a living body). To do.

この際、LM(II型)の構成では、対応関係にあるch1からの光とch2からの光は、略一定の間隔(1.4mm程度)で互いに平行な状態を維持したまま被検体(例えば生体)に入射するため、入射位置は1.4mm程度ずれたままとなる。このように入射位置のずれが大きいと逆問題推定によって脳血流を検出するfNIRSでの分解能が低下する。   At this time, in the LM (type II) configuration, the light from ch1 and the light from ch2 that are in a corresponding relationship are maintained in a state of being parallel to each other at a substantially constant interval (about 1.4 mm) (for example, The incident position remains shifted by about 1.4 mm. Thus, when the deviation of the incident position is large, the resolution in fNIRS that detects cerebral blood flow by inverse problem estimation is lowered.

そこで、実装コストを増大させることなく、波長が異なる2つの光の光路を略一致させ、入射位置を同一にする手法について、本発明者が鋭利検討した結果、chの中心(アレイ中心)と、対応するレンズの光軸とを数um〜数百um(好ましくは数十um)ずらす手法を発案し、この手法をLM(III型)に導入した。   Therefore, as a result of the present inventor's earnest study on a method for substantially matching the optical paths of two lights having different wavelengths and making the incident position the same without increasing the mounting cost, the center of the ch (array center), A method of shifting the optical axis of the corresponding lens by several um to several hundred um (preferably several tens of um) was devised, and this method was introduced into LM (type III).

以下に、その詳細を、図44を参照して説明する。ここでは、各chの中心と、対応するレンズの光軸とを、約20um程度ずらしている。このずらす量は、20umに限定されず、適宜変更可能である。   Details thereof will be described below with reference to FIG. Here, the center of each channel and the optical axis of the corresponding lens are shifted by about 20 μm. The amount to be shifted is not limited to 20 μm and can be changed as appropriate.

ここでは、2つのchの中心間隔(位置関係)を変えずに、各chに対して対応するレンズをずらすこととしている。chに対してレンズをずらす方向は共通光学素子であるプリズムの中心軸に対して軸対称(回転対称)の配置になるようにすれば良い(図45参照)。   Here, the lens corresponding to each channel is shifted without changing the center distance (positional relationship) between the two channels. The direction in which the lens is shifted with respect to ch may be arranged symmetrically (rotationally symmetric) with respect to the central axis of the prism that is a common optical element (see FIG. 45).

すなわち、2つのch、2つのレンズ1、2は、プリズム(共通光学素子)の中心軸に対して軸対称に配置されれば良く、図45の配置に限定されない。   That is, the two channels and the two lenses 1 and 2 may be arranged symmetrically with respect to the central axis of the prism (common optical element), and are not limited to the arrangement shown in FIG.

ここでは、一例として、2つのchは、中心がプリズムの中心軸に関して軸対称(点対称)となるように該中心軸をY方向に挟んで配置されている。各chは、5つの発光部(VCSEL)を有し、該5つの発光部は、一の対角線がY方向に平行な正方形の中心(アレイ中心)及び4つの頂点に個別に配置されている。   Here, as an example, the two channels are arranged with the central axis in the Y direction so that the center is axially symmetric (point symmetric) with respect to the central axis of the prism. Each channel has five light emitting units (VCSEL), and the five light emitting units are individually arranged at the center of a square (array center) and four vertices whose one diagonal line is parallel to the Y direction.

一例として、2つのchの中心間隔は1.4mm、各レンズの有効径は0.8mmφ、各レンズの焦点距離f=600umである。ここでは、2つのch1、2に対してレンズ1、2をずらす方向は、図45に示されるように、レンズ1、2が互いに近づく向きとしている。ここでは、レンズ1の光軸がch1の中心を通る状態からレンズ1を−Y方向に約20um程度ずらし、かつレンズ2の光軸がch2の中心を通る状態からレンズ2を+Y方向に約20um程度ずらす。この結果、ch1の中心とレンズ1の光軸とが約20um程度ずれ、ch2の中心とレンズ2の光軸とが約20um程度ずれる。   As an example, the center distance between the two channels is 1.4 mm, the effective diameter of each lens is 0.8 mmφ, and the focal length f of each lens is f = 600 μm. Here, the direction in which the lenses 1 and 2 are shifted with respect to the two channels 1 and 2 is such that the lenses 1 and 2 approach each other as shown in FIG. Here, the lens 1 is shifted by about 20 μm in the −Y direction from the state in which the optical axis of the lens 1 passes through the center of ch1, and the lens 2 is moved in the + Y direction by about 20 μm from the state in which the optical axis of the lens 2 passes through the center of ch2. Shift about. As a result, the center of ch1 and the optical axis of lens 1 are shifted by about 20 μm, and the center of ch2 and the optical axis of lens 2 are shifted by about 20 μm.

この場合、ch1の発光部1aから出射されレンズ1、入射面ISを介して全反射面R1に入射する光(光線1´)のレンズ1から全反射面R1までの光路と、ch2の発光部2aから出射されレンズ2、入射面ISを介して全反射面R1に入射する光(光線2´)のレンズ2から全反射面R1までの光路は、非平行であり全反射面R1に近づくほど近くなる(図43参照)。なお、レンズへの光の入射角が同じ場合、レンズへの光の入射位置が光軸から離れるほど光の屈折角が大きくなる。   In this case, the optical path from the lens 1 to the total reflection surface R1 of the light (light beam 1 ′) emitted from the light emission unit 1a of ch1 and incident on the total reflection surface R1 via the lens 1 and the incident surface IS, and the light emission unit of ch2 The optical path from the lens 2 to the total reflection surface R1 of the light (ray 2 ') emitted from the lens 2a and incident on the total reflection surface R1 through the lens 2 and the incident surface IS is non-parallel and closer to the total reflection surface R1. (See FIG. 43). In addition, when the incident angle of the light to the lens is the same, the refraction angle of the light increases as the incident position of the light to the lens moves away from the optical axis.

また、ch1の発光部1cから出射されレンズ1、入射面ISを介して全反射面R2に入射する光(光線3´)のレンズ1から全反射面R2までの光路と、ch2の発光部2cから出射されレンズ2、入射面ISを介して全反射面R2に入射する光(光線4´)のレンズ2から全反射面R2までの光路は、非平行であり全反射面R2に近づくほど近くなる(図43参照)。   Further, the optical path from the lens 1 to the total reflection surface R2 of the light (light ray 3 ') emitted from the ch1 light emission unit 1c and entering the total reflection surface R2 through the lens 1 and the incident surface IS, and the ch2 light emission unit 2c. The optical path from the lens 2 to the total reflection surface R2 of light (light ray 4 ') that is emitted from the lens 2 and enters the total reflection surface R2 via the incident surface IS is non-parallel and becomes closer as it approaches the total reflection surface R2. (See FIG. 43).

また、ch1の発光部1bから出射されレンズ1、入射面ISを介して出射面OSに入射する光(光線5´)のレンズ1から出射面OSまでの光路と、ch2の発光部2bから出射されレンズ2、入射面ISを介して出射面OSに入射する光(光線6´)のレンズ2から出射面OSまでの光路は、出射面OSに近づくほど近くなる(図43参照)。   Further, an optical path from the lens 1 to the exit surface OS of the light (light ray 5 ′) emitted from the ch1 light emitting unit 1b and incident on the exit surface OS via the lens 1 and the entrance surface IS, and the light emitted from the ch2 light emitting unit 2b. Then, the optical path from the lens 2 to the exit surface OS of the light (light ray 6 ') that enters the exit surface OS via the lens 2 and the entrance surface IS becomes closer as it approaches the exit surface OS (see FIG. 43).

そして、全反射面R1で反射された波長が異なる非平行の2つの光(光線1´、2´)の光路は、被検体との接触面である出射面OS近傍で交わる。また、全反射面R2で反射された波長が異なる非平行の2つの光(光線3´、4´)の光路は、被検体との接触面である出射面OS近傍で交わる(図43参照)。   Then, the optical paths of two non-parallel lights (light rays 1 ′ and 2 ′) having different wavelengths reflected by the total reflection surface R1 intersect in the vicinity of the emission surface OS which is a contact surface with the subject. Further, the optical paths of two non-parallel light beams (light rays 3 ′ and 4 ′) having different wavelengths reflected by the total reflection surface R2 intersect in the vicinity of the emission surface OS which is a contact surface with the subject (see FIG. 43). .

結果として、図43に示されるように、全反射面R1で反射された波長が異なる2つの光(光線1´、2´)の光路が略一致し、該2つの光の被検体への入射位置が同一となる。また、全反射面R2で反射された波長が異なる2つの光(光線3´、4´)の光路が略一致し、該2つの光の被検体への入射位置が同一となる。また、入射面ISから全反射面を介さずに出射面OSに向かう波長が異なる2つの光(光線5´、6´)の被検体への入射位置が略同一となる。   As a result, as shown in FIG. 43, the optical paths of two lights (light rays 1 ′ and 2 ′) having different wavelengths reflected by the total reflection surface R1 substantially coincide with each other, and the two lights enter the subject. The position is the same. In addition, the optical paths of two lights (light rays 3 ′ and 4 ′) having different wavelengths reflected by the total reflection surface R2 are substantially coincident, and the incident positions of the two lights on the subject are the same. In addition, the incident positions of the two lights (light rays 5 ′ and 6 ′) having different wavelengths from the incident surface IS toward the exit surface OS without passing through the total reflection surface are substantially the same.

さらに、光線1´、2´を含む光束と、光線3´、4´を含む光束と、光線5´、6´を含む光束は、非平行であり、被検体の略同一位置に入射される。   Further, the light beam including the light beams 1 ′ and 2 ′, the light beam including the light beams 3 ′ and 4 ′, and the light beam including the light beams 5 ′ and 6 ′ are non-parallel and are incident on substantially the same position of the subject. .

なお、図45に示されるch1の発光部1a、1b、1c以外の2つの発光部からの光及びch2の発光部2a、2b、2c以外の2つの発光部からの光は、入射面ISを通過しそのまま出射面OSから出射され、被検体の上記光束と略同一位置に入射される。   The light from the two light emitting units other than the ch1 light emitting units 1a, 1b, and 1c and the light from the two light emitting units other than the ch2 light emitting units 2a, 2b, and 2c shown in FIG. It passes through the exit surface OS as it is and enters the subject at substantially the same position as the light beam of the subject.

以上説明したLM(III型)では、レンズをchに対してシフトする(ずらす)簡易な手法により波長が異なる2つの光の光路を略一致させ、該2つの光の入射位置を同一にすることができる。波長が異なる2つの光の入射位置を同一にすることで、逆問題推定を行うNIRS装置においても、脳血流位置の位置精度の高い計測が可能となる。   In the LM (type III) described above, the light paths of two lights having different wavelengths are substantially matched by a simple method of shifting the lens with respect to ch, and the incident positions of the two lights are made the same. Can do. By making the incident positions of two light beams having different wavelengths the same, it is possible to measure the cerebral blood flow position with high positional accuracy even in the NIRS apparatus that performs inverse problem estimation.

一方、LM(III型)と同様の作用効果を得るためにレンズのシフトに代えてハーフミラーなどの部材を用いると、新規に高精度な位置決めが必要な光学部品が増えて、実装のコストがかさんでしまう。   On the other hand, if a member such as a half mirror is used instead of a lens shift in order to obtain the same effect as that of LM (type III), the number of new optical components that require highly accurate positioning increases, and the mounting cost increases. It ’s a mess.

なお、LM(III型)では、レンズ1、2の光軸を、対応するch1、ch2の中心を通る位置からずらしている(シフトさせている)が、これに限られない。   In LM (III type), the optical axes of the lenses 1 and 2 are shifted (shifted) from the positions passing through the centers of the corresponding ch1 and ch2, but this is not restrictive.

例えば、レンズ1、2の一方の光軸を対応するchの中心を通る位置からずらし、他方の光軸を対応するchの中心を通る位置に位置させても良い。   For example, one optical axis of the lenses 1 and 2 may be shifted from a position passing through the center of the corresponding ch, and the other optical axis may be positioned at a position passing through the center of the corresponding ch.

また、レンズを対応するchに対してシフトすることに代えて又は加えて、chを対応するレンズに対してシフトしても良い。   Further, instead of or in addition to shifting the lens with respect to the corresponding ch, the ch may be shifted with respect to the corresponding lens.

また、レンズ1、2を対応するch1、ch2に対してシフトする方向も適宜変更可能である。例えば、レンズ1、2を同一方向にシフトさせても良いし、反対方向(互いに近づく向きや互いに離れる向き)にシフトさせても良い。   In addition, the direction in which the lenses 1 and 2 are shifted with respect to the corresponding ch1 and ch2 can be changed as appropriate. For example, the lenses 1 and 2 may be shifted in the same direction, or may be shifted in opposite directions (directions toward each other or directions away from each other).

また、レンズ1、2を対応するch1、ch2に対するシフト量(ずらし量)は、同一であっても良いし、異なっていても良い。   Further, the shift amounts (shift amounts) for the ch1 and ch2 corresponding to the lenses 1 and 2 may be the same or different.

総括すると、要は、ch1、ch2からの波長が異なる2つの光の光路が略一致するように、複数の発光部と対応するレンズの光軸との位置関係をch間で異ならせれば良い。   In summary, in short, the positional relationship between the plurality of light emitting units and the optical axes of the corresponding lenses may be different between the channels so that the optical paths of the two lights having different wavelengths from ch1 and ch2 are substantially coincident.

詳しくは、ch1、ch2から出射されレンズ1、2を介した波長が異なる2つの光の光路が徐々に近づき、LM(III型)における被検体に対する接触面近傍(LM(III型)の出射端近傍)で該2つの光の光路が交わるように、複数の発光部と対応するレンズの光軸との位置関係をch間で異ならせることが望ましい。   Specifically, the optical paths of two lights emitted from ch1 and ch2 and having different wavelengths via lenses 1 and 2 gradually approach each other, and the vicinity of the contact surface with the subject in LM (type III) (LM (type III) emission end) It is desirable that the positional relationship between the plurality of light emitting units and the optical axes of the corresponding lenses be different between the channels so that the optical paths of the two lights intersect in the vicinity.

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。   The reason why the surface emitting laser array chip is adopted as the light source of the optical sensor 10 will be described below. In the surface emitting laser array chip, a plurality of channels can be two-dimensionally arranged at close positions, and the light emission of each channel can be controlled independently. The traveling direction of the emitted light can be changed by installing a small lens near the ch.

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。   Further, in an optical sensor used for DOT, it is required to control the incident angle to the subject as accurately as possible. Since a general LED (light emitting diode) has a wide radiation angle, it is necessary to make the lens an aspherical surface in order to obtain highly accurate parallel light. In addition, a general LD (edge emitting laser) has an asymmetric radiation angle, and in order to produce highly accurate parallel light with a lens, it is necessary to combine two lenses or cylindrical lenses with different curvatures in length and width. Therefore, the configuration becomes complicated and high-precision mounting is required.

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。   On the other hand, the surface emitting laser has a substantially perfect far field pattern, and only one spherical lens may be arranged to produce parallel light. Further, when using coherent light emitted from the LD, speckle is generated in the subject (scattering body) where scattered light interferes with each other. This speckle pattern adversely affects measurement as noise.

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。   When the blood flow in the brain is viewed like DOT, the number of scattering is so large that there is no significant influence. However, the light reflected from the skin surface is affected by the return light that returns directly to the light source. The return light destabilizes the oscillation state inside the LD and prevents stable operation. Even in an optical disk or the like, when using coherent light stably, a wave plate or the like is used so that regular reflection light does not become return light. However, it is difficult to remove the return light of the reflected light from the scatterer.

面発光レーザアレイチップの場合には、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)。   In the case of a surface emitting laser array chip, it is possible to simultaneously irradiate a minute area with a plurality of lights, and to reduce the return light interference (for example, refer to JP2012-127937A).

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46参照)。   In this embodiment (Examples 1 and 2), a convex lens (also simply referred to as “lens”) is disposed on the optical path of light from the surface emitting laser array chip (see FIG. 46).

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。   The diameter of the convex lens is 1 mm, and the effective diameter ε of the convex lens is 600 μm. The focal length f of the convex lens is 600 μm. The surface emitting laser array chip is a 1 mm square chip, and the distance dmax between the centers of the two most distant channels in the surface emitting laser array chip is 600 μm. Thus, by matching dmax and ε, the diameter of the convex lens can be minimized.

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。   Here, in the convex lens and the surface emitting laser array chip, the distance L in the optical axis direction of the convex lens between the principal point (optical center) of the convex lens and the light emitting surface (outgoing surface) of the surface emitting laser array chip is, for example, It is positioned to be 300 um. That is, f ≠ L.

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。   In this case, it is possible to avoid the phenomenon that light emitted from the surface emitting laser array chip and transmitted through the convex lens is regularly reflected by a prism or the like and condensed on the surface emitting laser array chip by the convex lens (return light phenomenon). it can. Thus, since no return light is generated, it is possible to stabilize the light emission quantity of each channel of the surface emitting laser array chip.

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。   However, when the influence of the return light is not taken into consideration (when high resolution is not required for NIRS), f = L may be used.

また、図47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。   Further, as shown in FIG. 47, the space between the convex lens and the surface emitting laser array chip is filled with a transparent resin so that no air layer is interposed. As the transparent resin, a resin having a refractive index equivalent to that of a convex lens (for example, a thermosetting epoxy resin) is used. That is, the refractive index does not change at each interface between the convex lens and the surface emitting laser array chip. The transparent resin may be molded with a mold before fixing the convex lens, or may be injected after fixing the convex lens.

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。   As described above, the space between the convex lens and the surface emitting laser array chip is filled with the transparent resin, so that the light emitted from the surface emitting laser array chip is reflected on the surface of the convex lens on the surface emitting laser array chip side. That is, generation of return light can be prevented. Since no return light is generated, the amount of light emitted from each channel can be stabilized. If the light quantity of each channel is stabilized, the S / N (signal / noise) ratio of the measurement system becomes good, and high-accuracy NIRS measurement and high resolution can be realized.

凸面レンズは、図48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48では、図47に示される透明樹脂の図示が省略されている。   As shown in FIG. 48, the convex lens is fixed to a package on which the surface emitting laser array chip is mounted via a submount. In the surface emitting laser array chip, an electrode (chip electrode) on the chip is electrically connected to a PKG electrode on the package by a wire. Since the wire has a height of about several tens of um, it is designed not to interfere with the submount. The fixed position L of the convex lens (the distance between the light emitting surface of the surface emitting laser array chip and the principal point of the convex lens) is restricted by the height of the wire. In other words, when a wire is used, it is necessary to have a structure that avoids the submount or to make the height of the wire 100 μm or less. That is, it is preferable that −100 μm <f−L <0. However, in FIG. 48, illustration of the transparent resin shown in FIG. 47 is omitted.

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。   The light emitted from the emission surface of the surface emitting laser is substantially circular, and its divergence angle is about 5 degrees in half width. Since a general LD beam is elliptical, it is necessary to consider an installation error in the rotation direction, but a surface emitting laser has an advantage that it is not necessary to consider it. Moreover, since it is circular, there is a merit that it is easy to perform approximation using symmetry for optical simulation used when solving an inverse problem.

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。   The beam emitted from the surface emitting laser is refracted by a convex lens disposed in the vicinity. The refraction angle is determined by the relative position between the surface emitting laser and the lens center (lens optical axis). Accordingly, a desired refraction angle can be obtained by appropriately setting the position of each group of the surface emitting laser array chip and the position of the lens.

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。   In Example 2, the relative position between ch and the optical axis of the convex lens is set so that the refraction angle is about 20 degrees. In the surface emitting laser array chip, since each channel can be controlled to emit light independently, the direction of light emitted from the light source module LM can be changed by selecting the channel to emit light.

図49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。   FIG. 49 shows an example of a ray diagram optically designed by an optical simulator. Here, three channels (light sources) imitating a surface emitting laser array chip, and a lens having a diameter of 1 mm and f = 600 μm are arranged in the vicinity of the three channels. One of the three channels is disposed on the optical axis of the lens, and the other two channels are individually disposed on one side and the other side of the optical axis of the lens. Light from ch other than ch on the optical axis is refracted by the lens, and the propagation direction (path) is bent. That is, two lights from two channels other than the ch on the optical axis are emitted in directions opposite to each other at an angle of about 20 degrees with respect to the optical axis of the lens.

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40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。   Here, the light source module LM is designed so that the incident angle of light on the subject is about 55 degrees. Specifically, as shown in FIG. 40, the light source module LM individually deflects a plurality of lights emitted from a convex lens in a direction inclined about 20 degrees with respect to the optical axis by a plurality of prisms. Therefore, the angle of each of the plurality of lights with respect to the optical axis of the lens is changed from about 20 degrees to about 55 degrees and is designed to be incident on the surface of the subject.

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50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。   Note that the prism is not limited as long as it reflects light, and for example, a glass substrate on which a metal film is formed may be used. Further, for example, a prism using a total reflection phenomenon caused by a difference in refractive index may be employed. As an example, FIG. 50 shows the result of optical simulation. The light beam emitted from the VCSEL is refracted by the convex lens and then enters the prism.

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50参照)。   Here, the material of the prism is BK7, but a general optical material may be used. The light incident on the prism is totally reflected on the side surface (reflecting surface) of the prism and is incident on the subject at an incident angle of about 55 °. That is, the light passing through the convex lens is deflected by the prism so that the incident angle of the light to the subject is about 55 °. At this time, a transparent gel is interposed between the prism and the subject in order to prevent light scattering at the interface between the prism and the subject. Here too, the plurality of lights from the surface emitting laser array chip are converted into a plurality of non-parallel lights by the convex lens, reflected by the prism, and incident on the subject. As a result, a plurality of non-parallel substantially parallel lights are incident on the same position of the subject (see FIG. 50).

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。   Due to Snell's law due to the refractive index difference between the prism and the subject, the propagation angle of the light beam in the subject changes from about 55 ° to about 60 °.

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。   In an optical system including a convex lens and a prism, the propagation angle of light in the subject can be set by utilizing the fact that the positions of the respective channels of the surface emitting laser array chip are different from each other. Here, by shifting the center of each ch (VCSEL) by about 200 μm from the optical axis of the convex lens, the propagation angle of the light emitted from the ch within the subject can be set to about 60 °. At this time, the plurality of lights emitted from the plurality of channels are emitted as a plurality of non-parallel substantially parallel lights from a plurality of positions having different exit surfaces of the convex lens.

図51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51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。   FIG. 51 shows, as a comparative example, the result of an optical simulation when the lens has a focal length f = 600 μm and the fixed position is L = 1.6 mm. If the difference between L and f is 1 mm or more, the beam will spread greatly as shown in FIG. When the beam spreads as described above, it is necessary to enlarge the incident surface of the subject. However, the practical size of NIRS is about φ2 mm. This restriction is that the interval between human hair roots is about 2 mm, and in an area larger than this, the hair becomes an obstacle in terms of optics, and high-resolution NIRS cannot be realized. In other words, the difference between f and L is preferably less than 1 mm.

図40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。   The lenses 1 and 2 shown in FIG. 40 are directly fixed to the ceramic package on which the surface emitting laser array chip is mounted so that the lenses 1 and 2 are accurately and stably arranged at the designed positions.

図49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49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。   In FIG. 49, the convex surface of the lens is directed to the surface emitting laser side, but the reverse is also possible. As shown in FIG. 49, it is possible to increase the distance between the surface emitting laser chip and the lens by arranging the convex surface of the lens to face the surface emitting laser and the plane portion of the lens to the subject side. it can. In the chip mounting process, it is preferable that the allowable distance is long to some extent in order to prevent interference between the arms for picking up the components and the components during mounting.

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。   The lens may be an optical component that refracts light, and a GRIN (Gradient Index) lens using a refractive index distribution of an optical fiber may be used. By using a GRIN lens, there is a merit that a spherical aberration is generally small, a lens having a small f value can be selected at a low cost, rather than using a spherical lens.

実施例2では、レンズの端部にも光を入射させるため、球面収差が小さい方が望ましい。   In the second embodiment, it is desirable that the spherical aberration is small because light is also incident on the end of the lens.

以上の説明から分かるように、実施例2の光源モジュールLM(I型、II型、III型)からは、互いに非平行な複数の光束が出射される(図40、図42、図43参照)。また、光源モジュールLM(I型、II型)からは、波長が異なる2つの光が、光路が略平行で近接した状態で出射される(図40、図42参照)。また、実施例2の光源モジュールLM(III型)からは、波長が異なる2つの光が、光路が非平行で略一致した状態で出射される(図43参照)。   As can be seen from the above description, a plurality of non-parallel light beams are emitted from the light source module LM (type I, type II, type III) of the second embodiment (see FIGS. 40, 42, and 43). . Further, two light beams having different wavelengths are emitted from the light source module LM (I type and II type) in a state where the optical paths are substantially parallel and close to each other (see FIGS. 40 and 42). In addition, two light beams having different wavelengths are emitted from the light source module LM (type III) according to the second embodiment in a state where the optical paths are not parallel and substantially coincide with each other (see FIG. 43).

そして、光源モジュールLM(I型、II型、III型)からの互いに非平行な複数の光束は、被検体の略同一位置に入射する(図40、図42、図43参照)。また、光源モジュールLM(III型)からの光路が略一致した波長が異なる2つの光は、被検体の同一位置に入射する(図43参照)。   A plurality of non-parallel light beams from the light source module LM (I type, II type, III type) are incident on substantially the same position of the subject (see FIGS. 40, 42, and 43). In addition, two light beams having different wavelengths with substantially the same optical path from the light source module LM (type III) are incident on the same position of the subject (see FIG. 43).

上記「略同一位置」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に対して略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「略同一位置」と言って差し支えない。   The “substantially the same position” means, for example, the substantially same position with respect to 60 mm when the light source modules LM are arranged at an interval of about 60 mm. You can say "same position".

また、上記「同一位置」は、「略同一位置」よりも同一性が高いこと意味するが、厳密に同一の場合のみならず、互いに1mm以下離れた複数位置も「同一位置」と言って差し支えない。   Further, the above “same position” means higher identity than “substantially the same position”. However, not only strictly the same case but also a plurality of positions separated by 1 mm or less from each other can be referred to as “same position”. Absent.

また、上記「光路が略一致」とは、互いに非平行の2つの光路の成す角度が10°以下であることを意味する。なお、光路の一致性を極力高めるために、互いに非平行の2つの光路の成す角度は、1°以下であることがより望ましい。   In addition, the above “optical path substantially coincides” means that an angle formed by two non-parallel optical paths is 10 ° or less. In order to enhance the coincidence of the optical paths as much as possible, the angle formed by the two non-parallel optical paths is more preferably 1 ° or less.

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。   An algorithm for solving the inverse problem will be described later. At that time, an optical simulation in which the position of the light source module LM is set is performed. When this optical simulation is performed, an error is not caused in the estimation of the inverse problem by accurately setting the deviation of the incident position on the subject.

ただし、例えば特許文献1のように、プローブ位置を10mm以上ずらして、高密度にプローブを配置するには、複数の光源モジュールを独立に配置する必要がある。この複数の光源モジュールを配置する作業は毛髪を一本一本かき分けて行う煩雑な装着作業であり、光源モジュールの増加本数分多く発生してしまう。   However, as in Patent Document 1, for example, in order to dispose the probe at a high density by shifting the probe position by 10 mm or more, it is necessary to dispose a plurality of light source modules independently. The operation of arranging the plurality of light source modules is a complicated mounting operation in which the hairs are separated one by one, and the number of the light source modules increases.

本実施形態では、後に詳述するように、1つの光源モジュールLMを配置するだけで、複数の光源モジュールを配置したときと同等の情報量を得ることができ、煩雑な作業を増やすことなく、特許文献1のような高密度プローブで実現されている高分解能検出が可能となっている。   In the present embodiment, as will be described in detail later, it is possible to obtain the same amount of information as when a plurality of light source modules are arranged, by simply arranging one light source module LM, without increasing complicated work. High-resolution detection realized by a high-density probe like Patent Document 1 is possible.

また、図52(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。   In the comparative light source module shown in FIG. 52A, in which a plurality of lights parallel to each other are incident on the living body, a detection error occurs when there is an altered portion near the surface of the living body. The “deformed portion” means a portion having special optical characteristics, such as a hair root or colored skin. If there is such an altered portion, in the comparative example, the light from the light source 1 and the light source 2 is incident on different positions of the subject. For example, only the light from the light source 2 passes through the altered portion. To do. When the difference between the light source 1 and the light source 2 is calculated, this altered portion becomes noise.

これに対し、本実施形態では、図52(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「略同一位置」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。「略同一位置」という意味合いは、上記記載のように、数mmのずれを許容するものである。   On the other hand, in this embodiment, as shown in FIG. 52B, the light from the light source 1 and the light source 2 passes through “substantially the same position” on the skin surface. When the light from one passes through the altered portion, the light from the other also passes through the altered portion. Further, when the light from one of the light source 1 and the light source 2 does not pass through the altered portion, the light from the other does not pass through the altered portion. More specifically, the light from the light source 1 and the light source 2 has the same optical path in the vicinity of the skin surface and passes through different optical paths in the depth direction. That is, although it is insensitive to the difference near the skin surface, the structure is sensitive to the difference near the brain tissue. The resolution is improved by reducing the noise near the skin surface. The meaning of “substantially the same position” allows a deviation of several millimeters as described above.

また、実施例2では、筐体に設けられた窓部材に透明なジェルを滴下し、窓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。   In the second embodiment, a transparent gel is dropped on a window member provided in the housing, and a transparent gel is interposed between the window member and the subject surface to prevent air from entering.

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。   In the conventional light source module, light once emitted into the air propagates from the skin surface into the body. At this time, a refractive index difference occurs between the refractive index 1.0 in air and the refractive index 1.37 of the living body. Reflection and scattering occur due to the difference in refractive index. In addition, since the refractive index in the living body through which light propagates is smaller than in air outside the living body, the propagation angle in the living body (also referred to as the in-vivo propagation angle) is smaller than the incident angle. The refraction of light at the interface can be understood using the Snell equation. This Snell equation can be described only by the refractive index.

図53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53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。   FIG. 53 is a graph showing the refractive index, the relationship between the incident angle at the interface between 1.0 (air: incident side) and 1.37 (biological body: propagation side) and the in vivo propagation angle (light refraction). Has been. As can be seen from FIG. 53, even if the incident angle of light on the living body is 60 degrees, the propagation angle of light in the living body is as small as 40 degrees. For this reason, even if the propagation angle of light in the living body is required to be 60 degrees or more, it is understood that it cannot be realized by the incidence of light from the air. In other words, it is difficult to make a large propagation angle in the living body with the light once released into the air.

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54参照)。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。   Therefore, in Example 2, the refractive index of the transparent resin that is the material of the window member of the light source module LM is set to a refractive index (for example, 1.5 or more) that is higher than the refractive index of the living body 1.37 (FIG. 54). In this case, the propagation angle of light directly incident on the living body from the light source module LM at an incident angle of 60 degrees exceeds 70 degrees. When considering the design of the light source module LM, reducing the angle as much as possible has an advantage that the light source module LM can be reduced in size.

実施例2の光源モジュールLM(I型)では、図40に示されるように、面発光レーザ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54に示されるように、生体内(屈折率1.37)での伝播角は約60度となる。   In the light source module LM (I type) of the second embodiment, as shown in FIG. 40, the light emitted from the surface emitting laser in the direction parallel to the optical axis of the lens is refracted by the lens and is incident on the optical axis of the lens. It advances in a direction inclined about 20 ° with respect to the window member and enters the window member. This window member has a refractive index of about 1.5. The light that has passed through the lens is refracted when entering the window member, but it is not a large refraction because the incident angle is deep. The light incident on the window member is deflected by the reflecting surface of the prism and travels in a direction inclined about 55 ° with respect to the optical axis of the lens. The 55 ° angle is an angle in a window member having a refractive index of 1.5. As shown in FIG. 54, the propagation angle in a living body (refractive index of 1.37) is about 60 degrees. .

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。   In order for light to propagate directly from the light source module LM into the simulated living body, it is necessary to remove the air layer that enters the interface between the simulated living body and the light source module LM. In order to remove this air layer, a transparent gel was used here. The transparent gel used here was a glycerin aqueous solution, and the one having good consistency with the simulated living body was selected. In addition, the transparency of the transparent gel is adjusted so that it does not evaporate during the inspection, that is, while the light source module LM is covered, and is adjusted so that it volatilizes or soaks into a simulated living body at an appropriate timing after the inspection is completed. . The optical properties of the transparent gel are transparent near the wavelength of 780 nm, and the refractive index is adjusted to be close to the surface of the pseudo living body. Here, it was blended so as to be about 1.37. With this blending, even if the surface of the simulated living body is uneven, there is no difference in the refractive index of the uneven surface, and there can be no reflection at all. As a result, reflection on the surface of the simulated living body could be almost eliminated. Moreover, even if the interface with the pseudo living body is physically uneven, there is no optical unevenness, so that scattering does not occur. As a result, it can be accurately propagated inside the pseudo living body in an appropriate propagation direction according to the light emission angle from the light source module LM. In general, propagation inside a pseudo-living body causes strong scattering, but the scattering on the skin surface is not small. Thereby, a large anisotropy of light can be secured. By making the anisotropy large, the incident angle of the plurality of lights from the light source module LM to the pseudo living body can be greatly changed, and the incident angles of the plurality of lights to the detection module DM are greatly changed as will be described later. Can do.

検出モジュールDMは、図55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。   As shown in FIG. 55, the detection module DM includes a flexible board (not shown) on which a housing, an optical element, a light receiving part, and an analog electronic circuit are mounted, wiring connected to the flexible board, and a connector part (not shown). ).

検出モジュールDMでは、図56に示されるように、光源から被検体に照射され該被検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。   In the detection module DM, as shown in FIG. 56, the light irradiated from the light source to the subject and propagated through the subject is divided into a plurality of lights and led to a plurality of light receiving units.

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。   In the conventional technology (see Japanese Patent Application Laid-Open No. 2011-179903), in a DOT using fluorescence, a light receiving unit is arranged corresponding to a plurality of lights emitted from a subject at multiple angles. However, in this arrangement of the light receiving unit, the light incident on the light receiving unit is light having all emission angles from the subject.

これに対し、本実施形態の検出モジュールDMは、被検体の「略同一位置」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、「略同一位置」の精度は、mmオーダーの位置の相違は問わない。   On the other hand, the detection module DM of the present embodiment divides light from “substantially the same position” of the subject and individually detects the light. As described in the previous light source module LM, since it can be designed in the optical simulation, the accuracy of “substantially the same position” does not matter in the order of mm order.

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57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。   Hereinafter, the detection module DM will be described in detail. As shown in FIG. 57, the detection module DM includes a black resin casing, a contact member made of an elastic body attached to the tip of the casing, a transparent divided lens housed in the casing, and four light receiving sections. It is comprised including. An aperture (opening) is formed at the tip of the housing and the contact member.

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。   As the contact member, a black rubber member is used in order to improve the light shielding property. From the aperture of the contact member, the central portion (about φ1 mm) of the split lens protrudes outside the housing by about several hundred μm. Since this portion is in contact with the surface of the living body, Fresnel refraction and scattering are suppressed without optically containing air.

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。   Further, in the detection module DM, since the stability is further improved by using the above-described transparent gel, the transparent gel is used. The split lens is made of a transparent resin and has a refractive index of about 1.8. The split lens is fixed to the housing.

アパーチャは、筐体の先端及び接触部材を貫通する約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。   The aperture is a circular hole of about 1 mm that penetrates the tip of the casing and the contact member, and has a function of limiting the position of light that propagates through the subject. The light emitted from this position is directed in different directions, the incident position is defined by the aperture, and then the incident light is divided into a plurality of lights by the dividing lens, and the plurality of lights are individually detected. Can do.

上述した被検体からの光が「略同一位置」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。   It is realized by this aperture that the light from the subject described above is incident on the light receiving unit from “substantially the same position”.

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。   The light that has passed through the aperture is refracted in different directions by the split lens depending on the propagation direction of the light, and therefore the incident position on the light receiving unit is different.

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。   The split lens is a spherical lens having a diameter of about 3 mm and a focal length f of about 3 mm.

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。図57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。   The second embodiment uses a PD array (photodiode array) including four light receiving sections (PD: photodiodes) that are two-dimensionally arranged with the number of divisions of light at the dividing lens being four. In FIG. 57, only two light-receiving units 1 and 2 among the four light-receiving units (PD) are shown.

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57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。   Here, the PD array has a square shape with a side length of about 3 mm, and each PD has a square shape with a side length of 1.4 mm. An angle θ2 as shown in FIG. 57 was defined, and the distance between the PD array and the aperture was about 5 mm.

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。   One side of the lens is flat and only one side has a spherical surface. The plane is in contact with the simulated living body. Since the aperture position deviates from the focus position of the lens, parallel light cannot be produced, but has a function of limiting the light incident on the PD array.

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。   When a simple optical simulation is performed on this optical system, light of approximately −10 ° <θ2 <50 ° is incident on the light receiving unit 2, and light of approximately −50 ° <θ2 <10 ° is incident on the light receiving unit 1. I found out. That is, the light that propagates through the simulated living body and is emitted from the aperture is divided into a plurality of lights according to the emission angle, and each of the plurality of lights enters one of the four light receiving units.

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。   In the second embodiment, a spherical lens is used as the split lens, but it is also possible to detect a wider angle by using an aspheric lens. Since this division accuracy and the number of divisions are correlated with the estimation accuracy of the inverse problem described later, the necessary optical system is determined from the desired estimation accuracy. In this embodiment, a spherical lens and a division number of 4 are employed.

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。   Each PD is electrically wired and connected to an operational amplifier. A semiconductor operational amplifier is used as the amplifier, and a power supply voltage of 5 V is supplied. Since the amount of light detected is very small, the magnification of the operational amplifier is high and a two-stage amplifier configuration is adopted. Multiply about 5 digits in the first stage and about 3 digits in the second stage.

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58に示されるフローチャートを参照して説明する。   In the second embodiment, a method for measuring the position of a light absorber existing in a simulated living body (a method for detecting an optical characteristic of a subject) will be described with reference to a flowchart shown in FIG.

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。   First, the probes (light source module LM and detection module DM) are set (mounted) on the simulated living body (step S1). At this time, a transparent gel is applied between the acrylic water tank and each probe, and the probe is carefully set to a position determined by the fixing member while checking each probe so that bubbles do not enter the transparent gel. .

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39参照)。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。   The probe has 16 light source modules LM and 8 detection modules DM in total, and the light source modules LM and the detection modules DM are alternately arranged in a lattice pattern at an equal pitch (see FIG. 39). The pitch of the lattice (interval between lattice points) is 30 mm, and the interval between the light source module LM and the detection module DM is 30 mm.

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、S2〜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。   In this state, the ch of any one light source module LM is caused to emit light (step S2). Light emission is performed for each group (4ch), and the current value is determined so that the light emission intensity is about 4 mW. The light emission time is about 10 msec. During this period, the detection values in all PDs are read and the data of several points detected at 1 msec intervals are averaged (step S3). Then, the averaged numerical value is stored in the recording unit (step S4). Similarly, the next group repeats light emission, measurement, and data storage for 10 msec (steps S5, S6, S2 to S4). In addition, in one light source module LM, the light emission of 4ch of the surface emitting laser array chip with an oscillation wavelength of 780 nm and the light emission of 4ch of the surface emitting laser array chip with an oscillation wavelength of 900 nm are sequentially performed in the same manner.

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。   However, in the following data processing, the two wavelengths are handled in substantially the same manner, and the measurement at the same position is simply performed twice each. When detecting a change in the original blood flow, the difference between the two wavelengths is used to detect oxyhemoglobin and reduced hemoglobin separately. In this embodiment, two surface emitting lasers having different oscillation wavelengths are used. By measuring once using the array chip, noise due to chip variation can be reduced.

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、S2〜S6)。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S2〜S9)。   When the light emission and measurement of all the groups of one light source module LM are completed, the next light source module LM emits light (steps S7, S8, S2 to S6). Similarly, the light emission is sequentially performed for each group (4ch). When the light emission and measurement by all the light source modules LM are completed, the light absorber is set (steps S9 and S10). The light absorber is set using an optical stage so that the position can be accurately realized with good reproducibility. With this light absorber set, the numerical value of the PD is recorded again from the ch emission (steps S2 to S9).

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。   The stored data is the light absorber, and the data without is the following 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). i is a number assigned to each detection module DM. n is a number assigned to each group. Next, each difference Δr (i, n) is calculated.

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15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。   The method of calculating the position of the light absorber (optical property of the pseudo living body) from the measurement result obtained by the position measurement method described above is based on the measurement result obtained by the measurement method based on the flowchart of FIG. Since this is the same as the method for calculating the optical characteristics of the simulated living body, the description thereof is omitted.

結果として、図59に示されるような推定結果を導くことができる。図59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41参照)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。   As a result, an estimation result as shown in FIG. 59 can be derived. In FIG. 59, as a comparative example, only the central group (see FIG. 41) of the five groups of the surface emitting laser array chip is caused to emit light, and only the detection value of one PD among the four PDs of the PD array is obtained. The results detected using this are also shown. Other than that, numerical processing is performed in the same manner as in this embodiment. This comparative example has substantially the same configuration as a conventional NIRS (DOT) apparatus.

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59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25のZ軸方向)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。   In the present embodiment, it is possible to detect the position and depth of the light absorber by the Bayesian estimation. In the result shown in FIG. 59, a circle (circle) is displayed when the position of the light absorber can be detected. In the present embodiment, as the distance in the depth direction of the light absorber (here, the Z-axis direction in FIG. 25) increases, the distance from the light source module LM increases and the amount of light that can propagate decreases. For this reason, the detection becomes more difficult as the depth of the position of the light absorber increases. In this embodiment, detection was possible up to about 6 mm. The comparative example is a general NIRS (DOT) apparatus, and the depth direction cannot be detected even when Bayesian estimation is used. In order to detect the three-dimensional position of the light absorber including the depth with DOT with high accuracy, a high-density probe arrangement is generally required. In this embodiment, this can be realized with a low-density probe arrangement. .

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、計測対象(被検体)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計測対象内を伝播した光を検出する検出系と、を備えている。そして、複数の光源モジュールLMそれぞれは、非平行の複数の光束を計測対象の略同一位置に照射する。   The optical sensor 10 of the present embodiment described above (Examples 1 and 2) includes an irradiation system including a plurality of light source modules LM (light irradiators) that irradiates light to a measurement target (subject), and the irradiation system. And a detection system for detecting the light that has been irradiated from and propagated through the measurement object. Each of the plurality of light source modules LM irradiates a plurality of non-parallel light beams to substantially the same position of the measurement target.

この場合、計測対象(散乱体)の略同一位置に照射される互いに非平行の複数の光束は、計測対象への入射角度が異なり、異なる伝播経路をたどる(図60参照)。   In this case, a plurality of non-parallel light beams irradiated to substantially the same position of the measurement target (scattering body) have different incident angles on the measurement target and follow different propagation paths (see FIG. 60).

この結果、計測対象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。   As a result, the amount of information obtained with respect to the inside of the measurement object increases, and high resolution can be achieved. Further, by increasing the resolution, it is possible to reduce the probe density (the number of probes per unit area) for the same required resolution, and to improve the mountability.

結果として、光学センサ10では、計測対象への装着性を低下させず、かつ高分解能を得ることができる。   As a result, the optical sensor 10 can obtain high resolution without deteriorating the attachment property to the measurement target.

なお、計測対象の略同一位置に入射する複数の光束が非平行であることは、複数の光束が角度を成していることを意味する。つまり、複数の光束の成す角が存在することで、該複数の光束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、仮に計測対象の略同一位置に入射する複数の光束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)、該複数の光束の計測対象内での伝播経路は同じになってしまう。   Note that the plurality of light beams incident on substantially the same position of the measurement target are non-parallel means that the plurality of light beams form an angle. That is, the existence of angles formed by a plurality of light beams makes it possible to vary the propagation paths of the plurality of light beams in the subject. On the other hand, if a plurality of light beams incident on substantially the same position of the measurement target are parallel to each other (for example, parallel to the surface normal of the subject), the propagation paths of the plurality of light beams in the measurement target are the same. Become.

また、本実施形態の光源モジュールLMは、複数の面発光レーザ(発光部)を有する面発光レーザアレイと、前記複数の面発光レーザ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凸面レンズとを有し、該凸面レンズの主点と面発光レーザアレイとの距離は、凸面レンズの焦点距離と一致していない。   In addition, the light source module LM of the present embodiment is disposed on a surface emitting laser array having a plurality of surface emitting lasers (light emitting units) and an optical path of a plurality of lights from the plurality of surface emitting lasers. Is a plurality of non-parallel convex lenses, and the distance between the principal point of the convex lenses and the surface emitting laser array does not match the focal length of the convex lenses.

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。   In this case, it is possible to prevent the return light from being focused on the surface emitting laser, and to prevent fluctuations in the output of the surface emitting laser. As a result, the amount of light emitted from the surface emitting laser can be stabilized, the detection accuracy of the optical sensor 10 can be improved, and the resolution of NIRS can be improved.

一方、面発光レーザアレイが凸面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、凸面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)。   On the other hand, when the surface emitting laser array is located at the focal position of the convex lens, the light reflected from the external reflecting surface is condensed on the surface emitting laser by the convex lens, and the laser oscillation becomes unstable. This is a phenomenon called return light or a self-mixing phenomenon. When a surface emitting laser array is used as a light source of an optical sensor, if this phenomenon occurs, the amount of emitted light becomes unstable and becomes a problem (detailed explanation is JP, 2011-114228, and JP 2012-132740).

また、凸面レンズと面発光レーザアレイとの間に、屈折率が該凸面レンズと同等の透明樹脂で満たされている。   Further, the refractive index is filled with a transparent resin equivalent to the convex lens between the convex lens and the surface emitting laser array.

この場合、凸面レンズと面発光レーザアレイ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。   In this case, since the refractive index does not change at the interface between the convex lens and the surface emitting laser array, the return light can be suppressed. As a result, the amount of light emitted from the surface emitting laser array can be stabilized, and the resolution of NIRS can be improved.

また、検出系は、光源モジュールLMから計測対象に照射され該計測対象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。   Further, the detection system includes a plurality of detection modules DM including a plurality of light receiving units (PD) that individually receive a plurality of lights irradiated from the light source module LM to the measurement object and propagated through the measurement object.

この場合、計測対象内の異なる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。   In this case, two pieces of information on two different propagation paths in the measurement target can be obtained individually.

また、検出モジュールDMは、計測対象と複数の受光部(PD)との間に配置され、計測対象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が設けられた接触部材及び筐体を有している。   Further, the detection module DM is disposed between the measurement target and the plurality of light receiving units (PD), and the contact member and the housing provided with apertures that allow each of the plurality of lights propagated through the measurement target to pass therethrough. have.

この場合、計測対象の略同一位置から筐体内に光を取り込むこと、すなわち計測対象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。   In this case, light can be taken into the housing from substantially the same position of the measurement target, that is, only light with a certain angle of incidence can be made incident from the measurement target into the housing, and light can be incident on a plurality of light receiving units. Can be made easier.

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。   The detection module DM has a split lens (light receiving lens) that individually guides a part of the plurality of light beams that have passed through the aperture to the plurality of light receiving units.

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。すなわち、検出モジュールDMは、光源モジュールLMから計測対象に照射され該計測対象内を伝播した複数の光を個別に検出できる。   In this case, a part of each of the plurality of lights that have passed through the aperture can be incident on the plurality of light receiving units individually with a stable light amount. That is, the detection module DM can individually detect a plurality of lights that have been irradiated from the light source module LM to the measurement target and propagated through the measurement target.

また、光源モジュールLMは、計測対象に接する、該計測対象よりも屈折率が大きい材料(透明樹脂)からなる窓部材を有しているため、計測対象への入射角に対して計測対象内での伝播角(屈折角)を大きくすることができる。この結果、仮に空気中から計測対象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、計測対象の略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つの光の計測対象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。   Moreover, since the light source module LM has a window member made of a material (transparent resin) that is in contact with the measurement target and has a higher refractive index than the measurement target, the light source module LM is within the measurement target with respect to the incident angle to the measurement target. The propagation angle (refraction angle) can be increased. As a result, the propagation angle becomes large even at the same incident angle as compared with the case where light is incident on the measurement object from the air. Therefore, the difference in the propagation angle of the two lights in the measurement object becomes larger than the difference in the incident angles of the two lights incident at substantially the same position of the measurement object at different incidence angles, and the propagation path is greatly different. Can be made. As a result, further higher resolution can be achieved.

また、光源モジュールLMは、2次元配置された複数の面発光レーザと、複数の面発光レーザからの光の光路上に配置された照射用レンズ(レンズ)を含む。   The light source module LM includes a plurality of two-dimensionally arranged surface emitting lasers and an irradiation lens (lens) arranged on an optical path of light from the plurality of surface emitting lasers.

この場合、複数の面発光レーザからの光の進行方向を所望の方向(対応するプリズムが配置されている方向)に変えることができる。   In this case, the traveling direction of light from the plurality of surface emitting lasers can be changed to a desired direction (the direction in which the corresponding prism is disposed).

また、光源モジュールLMは、照射用レンズを介した光の光路上に配置され、該光を所定方向に反射させるプリズム(反射部材)を有している。   The light source module LM includes a prism (reflecting member) that is disposed on the optical path of light through the irradiation lens and reflects the light in a predetermined direction.

この場合、照射用レンズからの光の進行方向を更に所望の方向に変えることができる。すなわち、計測対象への入射角を所望の角度に設定することができる。   In this case, the traveling direction of the light from the irradiation lens can be further changed to a desired direction. That is, the incident angle on the measurement target can be set to a desired angle.

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。   As described above, the optical sensor 10 is an optical sensor that can achieve high resolution by effectively using light propagation anisotropy with a simple configuration, and is expected to be used in various fields such as DOT. The

また、光学検査装置100は、光学センサ10と、該光学センサ10での検出結果に基づいて、計測対象の光学特性を算出する制御部(光学特性算出部)と、を備えている。   Further, the optical inspection apparatus 100 includes an optical sensor 10 and a control unit (optical characteristic calculation unit) that calculates an optical characteristic of a measurement target based on a detection result of the optical sensor 10.

この場合、光学センサ10での検出精度が高いため、計測対象の光学特性を高精度に算出することができる。   In this case, since the detection accuracy of the optical sensor 10 is high, the optical characteristics of the measurement target can be calculated with high accuracy.

また、本実施形態(実施例1及び2)の光学センサ10は、計測対象(例えば生体)に光を照射する光源モジュールLM(光照射器)を複数含む照射系と、該照射系から照射され計測対象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、波長が異なる複数の光を前記計測対象の略同一位置に照射可能である。   Further, the optical sensor 10 of the present embodiment (Examples 1 and 2) is irradiated with an irradiation system including a plurality of light source modules LM (light irradiators) that irradiate light to a measurement target (for example, a living body), and the irradiation system. The light source module LM can irradiate a plurality of lights having different wavelengths to substantially the same position of the measurement target.

この場合、計測対象内の情報を精度良く計測することができる。   In this case, the information within the measurement target can be measured with high accuracy.

具体的には、逆問題推定を行うNIRS装置においても、脳血流位置の位置精度の高い計測が可能となる。   Specifically, even in the NIRS device that performs inverse problem estimation, it is possible to measure the cerebral blood flow position with high positional accuracy.

また、光源モジュールLM(第III型)は、波長が異なる2つの光を個別に出射する(出射光の波長が互いに異なる)2つのchと、該2つのchからの波長が異なる2つの光の光路上に個別に配置された2つのレンズ1、2と、該2つのレンズを介した波長が異なる2つの光の光路上に共通に配置されたプリズムと、を含み、該プリズムを介した波長が異なる2つの光の光路が略一致する。なお、「光路が略一致する」とは、プリズムを介した波長が異なる複数の光のうち任意の2つの光の光路が成す角度が10°以下であることを意味する。   The light source module LM (type III) emits two lights having different wavelengths individually (the wavelengths of the emitted lights are different from each other) and two lights having different wavelengths from the two ch. Including two lenses 1 and 2 individually arranged on the optical path, and a prism commonly arranged on the optical paths of the two lights having different wavelengths via the two lenses, and the wavelength via the prism The optical paths of two lights having different values substantially coincide. Note that “the optical paths substantially coincide with each other” means that the angle formed by the optical paths of any two lights among a plurality of lights having different wavelengths via the prism is 10 ° or less.

この場合、簡易な構成により、波長が異なる2つの光を前記計測対象の同一位置に照射することができる。   In this case, it is possible to irradiate the same position of the measurement target with two lights having different wavelengths with a simple configuration.

また、LM(III型)では、プリズムは、2つのレンズ1、2を介した波長が異なる2つの光を反射する反射面(全反射面R1、R2)を有し、2つのレンズ1、2から反射面までの波長が異なる2つの光の光路は、非平行である。   In the LM (type III), the prism has reflection surfaces (total reflection surfaces R1 and R2) that reflect two lights having different wavelengths via the two lenses 1 and 2, and the two lenses 1 and 2 are used. The optical paths of two lights having different wavelengths from the reflecting surface to the reflecting surface are non-parallel.

この場合、仮に波長が異なる2つの光を2つの反射面で個別に反射する構成に比べ、構成を簡素化でき、コストダウンを図ることができる。   In this case, the configuration can be simplified and the cost can be reduced as compared with a configuration in which two light beams having different wavelengths are individually reflected by two reflection surfaces.

また、LM(III型)では、プリズムに代えて、複数の光学素子を用いる場合に比べて、実装を行う部品点数が減り、実装コストを低減できる。   Further, in LM (type III), the number of parts to be mounted is reduced and the mounting cost can be reduced as compared with the case of using a plurality of optical elements instead of the prism.

また、LM(III型)では、2つのレンズ1、2からプリズムの反射面までの波長が異なる2つの光の光路は、プリズムの反射面に近づくほど近くなるため、該反射面で該2つの光を光路を近接させた状態で計測対象に向けて反射させることができる。   In LM (type III), the optical paths of two light beams having different wavelengths from the two lenses 1 and 2 to the reflecting surface of the prism are closer to the reflecting surface of the prism. Can be reflected toward the measurement object with the optical path close to each other.

また、LM(III型)では、プリズムの反射面で反射された波長が異なる2つの光は、LM(III型)の出射端近傍で交わるため、該2つの光を計測対象の同一位置に確実に入射させることができる。   In addition, in LM (III type), two lights having different wavelengths reflected by the reflecting surface of the prism intersect in the vicinity of the emission end of LM (III type), so that the two lights are surely placed at the same position on the measurement target. Can be made incident.

また、LM(III型)では、2つのchそれぞれは、アレイ状に配置された複数の発光部を有し、複数の発光部と対応するレンズの光軸との位置関係が複数の光源間で異なるため、2つのchの対応関係にある2つの発光部から出射された波長が異なる2つの光をレンズ1、2から非平行の状態で出射することができる。   In LM (type III), each of the two channels has a plurality of light emitting units arranged in an array, and the positional relationship between the plurality of light emitting units and the optical axes of the corresponding lenses is between the plurality of light sources. Since they are different, two lights having different wavelengths emitted from the two light emitting units in the correspondence relationship between the two channels can be emitted from the lenses 1 and 2 in a non-parallel state.

また、LM(III型)では、各chの中心(アレイ中心)が対応するレンズの光軸上から外れた位置にあるため、2つのchの対応関係にある2つの発光部をペアとしたときに全ペアのレンズの光軸に対する位置関係を異ならせることができる。   Further, in LM (III type), since the center of each channel (array center) is at a position off the optical axis of the corresponding lens, when two light emitting units having a correspondence relationship between the two channels are paired In addition, the positional relationship with respect to the optical axis of all pairs of lenses can be varied.

また、2つのレンズ1、2と2つのchとの間は、屈折率がレンズ1、2と同等の透明樹脂で満たされていても良い(図47参照)。   Further, the space between the two lenses 1 and 2 and the two channels may be filled with a transparent resin having a refractive index equivalent to that of the lenses 1 and 2 (see FIG. 47).

また、レンズ1、2は、対応するch側に凸となる形状を有していても良い(図49参照)。   The lenses 1 and 2 may have a shape that is convex toward the corresponding ch side (see FIG. 49).

また、LM(II型)、LM(III型)の共通光学素子としては、プリズムに限らず、要は、波長が異なる複数の光を反射する反射面を少なくとも1つ有する部材であれば良い。   Further, the common optical element of LM (II type) and LM (III type) is not limited to a prism, and may be any member having at least one reflecting surface that reflects a plurality of lights having different wavelengths.

また、第1実施形態の光学検査方法は、計測対象に光を照射する、光源モジュールLMを複数含む照射系と、該照射系から計測対象に照射され該計測対象内を伝播した光の光量を検出する、検出モジュールDMを複数含む検出系とを備える光学センサ10を用いて被検体を検査する光学検査方法であって、被検体を模した複数の光学モデル毎の検出光量分布(光量分布)である第1の検出光量分布を、光学センサ10を仮想的に用いるシミュレーションによって求める工程と、光学センサ10を用いて被検体の検出光量分布(光量分布)である第2の検出光量分布を求める工程と、第1及び第2の検出光量分布を比較して、複数の光学モデルから被検体に適した光学モデルを選定する工程と、を含む。   The optical inspection method according to the first embodiment includes an irradiation system that irradiates a measurement target with light and includes a plurality of light source modules LM, and an amount of light that is irradiated from the irradiation system to the measurement target and propagates through the measurement target. An optical inspection method for inspecting a subject using an optical sensor 10 having a detection system including a plurality of detection modules DM for detection, and a detected light amount distribution (light amount distribution) for each of a plurality of optical models simulating the subject And a second detected light amount distribution that is a detected light amount distribution (light amount distribution) of the subject using the optical sensor 10. And comparing the first and second detected light quantity distributions and selecting an optical model suitable for the subject from a plurality of optical models.

この場合、被検体に適した光学モデルの検出光量分布を基準として該被検体の検出光量分布を評価できるため、誤差の少ない検査(例えば被検体内の情報の取得)を行うことができる。   In this case, since the detected light amount distribution of the subject can be evaluated with reference to the detected light amount distribution of the optical model suitable for the subject, an examination with little error (for example, acquisition of information in the subject) can be performed.

この結果、検査精度を向上できる。   As a result, inspection accuracy can be improved.

また、第1実施形態の光学検査方法は、選定された光学モデルの第1の検出光量分布及び第2の検出光量分布を用いて被検体内の情報を取得する工程を更に含むため、被検体内の情報を精度良く取得できる。   In addition, the optical inspection method of the first embodiment further includes a step of acquiring information in the subject using the first detected light amount distribution and the second detected light amount distribution of the selected optical model. Information can be acquired with high accuracy.

また、上記情報を取得する工程では、被検体内の吸光体の位置を推定するため、該吸光体の位置の推定精度(ここでは逆問題推定の精度)を向上できる。   Further, in the step of acquiring the information, since the position of the light absorber in the subject is estimated, the accuracy of estimating the position of the light absorber (here, the accuracy of the inverse problem estimation) can be improved.

また、上記シミュレーションは、モンテカルロシミュレーションであるため、逆問題推定の精度を更に向上できる。   Further, since the simulation is a Monte Carlo simulation, the accuracy of inverse problem estimation can be further improved.

また、各光学モデルは、光源モジュールLM及び検出モジュールDM(プローブと総称)と被検体の表面との間に介在し得る仮想的な層を(例えば毛髪層)含むため、毛髪の介在によるプローブと被検体表面との接触不良による検出光量の誤差を抑制できる。   Each optical model includes a virtual layer (for example, a hair layer) that can be interposed between the light source module LM and the detection module DM (generally referred to as a probe) and the surface of the subject. It is possible to suppress an error in the detected light amount due to poor contact with the subject surface.

また、上記選定する工程に先立って、第1の検出光量分布を補正する工程を更に含むため、光学モデルの選定精度を向上できる。   In addition, prior to the selecting step, the method further includes a step of correcting the first detected light quantity distribution, so that the accuracy of selecting the optical model can be improved.

また、上記シミュレーションにおいて、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、各光源モジュールLMに少なくとも2つの検出モジュールDMが隣接するように光学モデルに仮想的に装着され、第1の検出光量分布を補正する工程では、上記シミュレーションにおいて各光源モジュールLMから光学モデルに照射され該光学モデルを伝播した光の、該光源モジュールLMに隣接する少なくとも2つの検出モジュールDMの検出光量を比較し、その比較結果に基づいて少なくとも2つの光検出器の検出光量のうち少なくとも1つの検出光量を補正可能である。   In the above simulation, the plurality of light source modules LM and the plurality of detection modules DM are virtually mounted on the optical model so that at least two detection modules DM are adjacent to each light source module LM, and the first detected light amount distribution. In the step of correcting the light amount, the amount of light detected by at least two detection modules DM adjacent to the light source module LM of the light that has been transmitted from the light source module LM to the optical model in the simulation and propagated through the optical model is compared. Based on the result, it is possible to correct at least one detected light amount among the detected light amounts of at least two photodetectors.

この場合、上記シミュレーションにおいて各光源モジュールLMから光学モデルに照射され該光学モデル内を伝播した光の複数の検出モジュールDMの検出光量の誤差を抑制できる。すなわち、上記シミュレーションにおいて検出モジュールDMと計測対象表面との接触不良等に起因する誤差を抑制できる。   In this case, in the simulation, it is possible to suppress an error in the amount of light detected by the plurality of detection modules DM of the light that has been applied to the optical model from each light source module LM and propagated through the optical model. That is, errors due to poor contact between the detection module DM and the measurement target surface in the simulation can be suppressed.

また、上記シミュレーションにおいて、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、各検出モジュールDMに少なくとも2つの光源モジュールLMが隣接するように光学モデルに仮想的に装着され、第1の検出光量分布を補正する工程では、上記シミュレーションにおいて各検出モジュールDMに隣接する少なくとも2つの光源モジュールLMから光学モデルに照射され該光学モデル内を伝播した光の該検出モジュールDMの検出光量を比較し、その比較結果に基づいて少なくとも2つの光源モジュールLMのうち少なくとも1つの光照射器からの光の該検出モジュールDMの検出光量を補正可能である。   In the above simulation, the plurality of light source modules LM and the plurality of detection modules DM are virtually mounted on the optical model so that at least two light source modules LM are adjacent to each detection module DM, and the first detected light quantity distribution. In the step of correcting the detected light amount of the detection module DM of the light irradiated to the optical model from the at least two light source modules LM adjacent to each detection module DM and propagated in the optical model in the simulation, and the comparison Based on the result, it is possible to correct the amount of light detected by the detection module DM of light from at least one light irradiator out of at least two light source modules LM.

この場合、上記シミュレーションにおいて複数の光源モジュールLMから光学モデルに照射され該光学モデル内を伝播した複数の光の各検出モジュールDMの検出光量の誤差を抑制できる。すなわち、上記シミュレーションにおいて光源モジュールLMと光学モデル表面との接触不良等に起因する誤差を抑制できる。   In this case, in the simulation, it is possible to suppress an error in the amount of light detected by each of the detection modules DM of the plurality of lights that are irradiated to the optical model from the plurality of light source modules LM and propagated through the optical model. In other words, errors due to poor contact between the light source module LM and the optical model surface in the simulation can be suppressed.

また、上記シミュレーションにおいて、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、互いに交差する第1及び第2の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が隣接するように光学モデルに仮想的に装着され、光学モデル上で互いに隣接する2つの光源モジュールLMを第1及び第2の光源モジュールLMとし、第1及び第2の光源モジュールLMにそれぞれが隣接し、かつ互いに隣接する2つの検出モジュールDMを第1及び第2の検出モジュールとすると、第1の検出光量分布を補正する工程では、上記シミュレーションにおいて第1の光源モジュールLMから光学モデルに照射され該光学モデル内を伝播した光の第1及び第2の検出モジュールDMの検出光量1、2と、第2の光源モジュールLMから光学モデルに照射され該光学モデル内を伝播した光の第1及び第2の検出モジュールDMの検出光量3、4を比較し、その比較結果に基づいて検出光量1、2、3、4の少なくとも1つを補正可能である。   In the simulation, the plurality of light source modules LM and the plurality of detection modules DM are virtually connected to the optical model so that the light source module LM and the detection module DM are adjacent to each other in both the first and second directions intersecting each other. The two light source modules LM that are mounted on the optical model and are adjacent to each other on the optical model are first and second light source modules LM, and two detections that are adjacent to each other and adjacent to the first and second light source modules LM Assuming that the module DM is the first and second detection modules, in the step of correcting the first detected light amount distribution, in the simulation, the optical model irradiated with light from the first light source module LM and propagated through the optical model Detection light amounts 1 and 2 of the first and second detection modules DM, and a second light source module The detected light amounts 3 and 4 of the first and second detection modules DM of the light irradiated from M to the optical model and propagated in the optical model are compared, and the detected light amounts 1, 2, 3, 4 are compared based on the comparison result. At least one of the above can be corrected.

この場合、上記シミュレーションにおいて隣接する4つのプローブの設置状態の違いに起因する検出光量の誤差を抑制できる。   In this case, an error in the detected light amount due to the difference in the installation state of the four adjacent probes in the simulation can be suppressed.

また、第1実施形態の光学検査装置100は、被検体を検査するための光学検査装置であって、計測対象に光を照射する、光源モジュールLMを複数含む照射系と、該照射系から計測対象に照射され該計測対象内を伝播した光の光量を検出する、検出モジュールDMを複数含む検出系とを含む光学センサ10と、照射系を制御し、検出系の検出光量を取得する制御部を含む制御系と、を備え、該制御系は、光学センサ10を用いて被検体の検出光量分布である第1の検出光量分布を求め、光学センサ10を仮想的に用いるシミュレーションによって求められた、被検体を模した複数の光学モデル毎の検出光量分布である第2の検出光量分布と第1の検出光量分布を比較して、複数の光学モデルから被検体に適した光学モデルを選定する。   The optical inspection apparatus 100 according to the first embodiment is an optical inspection apparatus for inspecting a subject. The irradiation system includes a plurality of light source modules LM that irradiates a measurement target with light, and the measurement is performed from the irradiation system. An optical sensor 10 including a detection system including a plurality of detection modules DM that detects the amount of light that has been irradiated on the target and propagated through the measurement target, and a control unit that controls the irradiation system and acquires the detected light amount of the detection system A first control light amount distribution that is a detected light amount distribution of the subject using the optical sensor 10, and the control system is obtained by simulation using the optical sensor 10 virtually. The second detected light amount distribution, which is the detected light amount distribution for each of a plurality of optical models simulating the subject, is compared with the first detected light amount distribution, and an optical model suitable for the subject is selected from the plurality of optical models. .

この場合、被検体に適した光学モデルの検出光量分布を基準として該被検体の検出光量分布を評価できるため、誤差の少ない検査(例えば被検体内の情報の取得)を行うことができる。   In this case, since the detected light amount distribution of the subject can be evaluated with reference to the detected light amount distribution of the optical model suitable for the subject, an examination with little error (for example, acquisition of information in the subject) can be performed.

この結果、検査精度を向上できる。   As a result, inspection accuracy can be improved.

また、制御系は、選定された光学モデルの第2の検出光量分布及び第1の検出光量分布を用いて被検体内の情報を取得するため、被検体内の情報を精度良く取得できる。   Further, since the control system acquires information in the subject using the second detected light amount distribution and the first detected light amount distribution of the selected optical model, the information in the subject can be acquired with high accuracy.

また、制御系は、被検体内の吸光体の位置を推定するため、該吸光体の位置の推定精度(ここでは逆問題推定の精度)を向上できる。   In addition, since the control system estimates the position of the light absorber in the subject, it is possible to improve the accuracy of estimating the position of the light absorber (in this case, the accuracy of inverse problem estimation).

また、制御系は、複数の光学モデルのうち選定された光学モデルを含む少なくとも1つの光学モデルの検出光量分布(第2の検出光量分布)を用いて被検体の検出光量分布(第1の検出光量分布)を補正するため、光学モデルの選定精度を向上できる。   In addition, the control system uses the detected light amount distribution (second detected light amount distribution) of at least one optical model including the selected optical model among the plurality of optical models (first detection light distribution). Since the light amount distribution) is corrected, the accuracy of selecting the optical model can be improved.

結果として、第1実施形態では、計測対象の同一位置に複数の光を入射させることで、接触部での誤差を低減することが可能であり、計測対象の内部情報(例えば脳血流量)を精度よく検出できる。また、複数の光を照射する位置が計測対象の同一位置であり、例えば接触不良を模した光学モデルの数を少なくすることができ、その選定精度が向上する。選定誤差が抑制されるため、高精度な内部情報(例えば脳血流)検出が可能となる。   As a result, in the first embodiment, it is possible to reduce an error at the contact portion by causing a plurality of lights to enter the same position of the measurement target, and internal information (for example, cerebral blood flow) of the measurement target can be reduced. It can be detected accurately. In addition, the position where the plurality of lights are irradiated is the same position as the measurement target, and for example, the number of optical models simulating contact failure can be reduced, and the selection accuracy is improved. Since selection errors are suppressed, highly accurate internal information (for example, cerebral blood flow) can be detected.

また、第1実施形態の光学検査方法は、「光学センサを用いて被検体を検査する光学検査方法であって、被検体を模した複数の光学モデル毎の検出光量分布である第1の検出光量分布を、光学センサ10を仮想的に用いるシミュレーションによって求める工程と、光学センサ10を用いて被検体の検出光量分布である第2の検出光量分布を求める工程と、第1及び第2の検出光量分布を比較して、複数の光学モデルから被検体に適した光学モデルを選定する工程と、を含む光学検査方法。」と簡略的に表現することもできる。   The optical inspection method according to the first embodiment is “an optical inspection method for inspecting an object using an optical sensor, and a first detection light amount distribution for each of a plurality of optical models simulating the object. A step of obtaining a light amount distribution by simulation using the optical sensor 10 virtually, a step of obtaining a second detected light amount distribution which is a detected light amount distribution of the subject using the optical sensor 10, and a first and a second detection An optical inspection method including a step of comparing light quantity distributions and selecting an optical model suitable for a subject from a plurality of optical models ”.

《第2実施形態》
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。
<< Second Embodiment >>
Next, a second embodiment of the present invention will be described. In the present embodiment, a method for adapting the probe described in the first embodiment to an actual human body will be described. Here, the subject is changed from the phantom (water tank containing cloudy water) in the above embodiment to the head of the human body, and the light absorber is used as the blood flow in the brain.

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。一般的には、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(Magnetic Resonance Imaging)と略す。)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。   The purpose of this embodiment is to accurately estimate the distribution of blood flow in the brain. In general, a subject (subject) is measured, a shape is modeled based on the data, and a Monte Carlo simulation is performed. The head shape of the subject is measured using nuclear magnetic resonance imaging (hereinafter abbreviated as MRI (Magnetic Resonance Imaging)). The shape of the four parts of the scalp, skull, cerebrospinal fluid, and cerebral cortex is measured from the image.

しかし、本実施形態では、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(光学モデル)を複数用意し、適切な選定を行うことで、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。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。このようにMRI画像なく高精度に計測が可能であれば、検査コストが少なく済むメリットがある。   However, in the present embodiment, this three-dimensional data is necessary for high-precision detection, but a plurality of standard-shaped brain models (optical models) are prepared and appropriately selected. It is possible to substitute it. Each part has a general scattering coefficient, anisotropy, and absorption coefficient, and the numerical values are used. The probe is fixed to the head accurately with a fixing jig, and the installed position is also measured accurately. An optical simulation is performed using each accurate shape, arrangement, and numerical value of each part. Thus, if measurement can be performed with high accuracy without an MRI image, there is an advantage that the inspection cost can be reduced.

本実施形態では、計測結果の補正が、図61のフローチャートに示される手順で行われる。   In the present embodiment, the measurement result is corrected according to the procedure shown in the flowchart of FIG.

本実施形態でも、第1実施形態と同様に、複数の光学モデルに対して光学シミュレーションを実施する(ステップS51)。ここでも、先述したモンテカルロシミュレーションを実施する。光源モジュールLMと検出モジュールDMは4つずつ、頭部の額部にホルダーを介して固定される。光源モジュールLMを5方位とし、検出モジュールを4方位とした。角度等の条件は上記と同様である。光学シミュレーションは、全てのプローブ対(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。   Also in the present embodiment, an optical simulation is performed on a plurality of optical models as in the first embodiment (step S51). Again, the above-described Monte Carlo simulation is performed. Four light source modules LM and four detection modules DM are fixed to the forehead of the head via a holder. The light source module LM has 5 directions and the detection module has 4 directions. The conditions such as the angle are the same as above. The optical simulation is performed for all probe pairs (light source module LM / detection module DM pair) under all propagation angle / detection angle conditions.

上記モンテカルロシミュレーションを、図17〜図24に示される8つの光学モデルに対して実施する。この際、図28に示される光学定数を利用する。ただし、ここでの毛髪は、一般的には100um程度の太さであるため、本シミュレーションのために、1mmのボクセルに合わせて、吸収係数を調整している。また、毛髪の位置も、光源モジュールLM、検出モジュールDMなどに対して、直下のグリッドとなるか、1つずれるかなどと、その位置によって異なるように光学モデルを複数作る。図29には、8つの光学モデルの詳細が示されている。光学モデル1を標準にして、7つの光学モデル2〜8が示されている。本シミュレーションは、これに限ることなく、さまざまなモデルを作ることが望まれる。   The Monte Carlo simulation is performed on the eight optical models shown in FIGS. At this time, the optical constant shown in FIG. 28 is used. However, since the hair here is generally about 100 um thick, the absorption coefficient is adjusted in accordance with a 1 mm voxel for this simulation. In addition, a plurality of optical models are made so that the position of the hair also differs depending on the position of the hair, such as whether it is a grid directly below or shifted by one with respect to the light source module LM, the detection module DM, and the like. FIG. 29 shows details of eight optical models. Seven optical models 2 to 8 are shown with the optical model 1 as a standard. This simulation is not limited to this, and it is desirable to create various models.

シミュレーションを実施することで、脳血流のない状態の、図32右図に示すような光量分布を作ることもできる。これは、光源モジュールLMから光学モデルへの入射方向が1の場合に、光学モデルから検出モジュールDMに入射方向Aで入射した光の検出光量を示しており、これを1と規格化している。この規格化した光量を基準にして、それぞれのマトリクスを検出したものが図32右図の光量分布の例である。ただし、図32右図では3x3のマトリクスを示しているが、本実施形態では、検出モジュールDMが4方位で4プローブ、光源モジュールLMが5方位で4プローブ、これのマトリクスであるので、16×20のマトリクスになる。この光量分布は、図29に示される8つの光学モデル1〜8で、光学シミュレーションの結果より全て異なる結果をえることができる。各光学モデルの光量分布と被検体に対する計測すなわち実計測(ステップS52)により得られた光量分布とを比較することで、該被検体に最も適した光学モデルを選定する。選定する手法として、ここでは光量分布の整合性が最も良いものを選定する。このときに、実計測前にはキャリブレーションを実施しておく。キャリブレーションは、ジェラコン樹脂を内部に配置している黒い箱であって、各プローブを適切な位置に配置できるようなガイドが設けられたものを使用して行う。このキャリブレーションによって、高い精度で再現性が取れる。   By performing the simulation, it is also possible to create a light amount distribution as shown in the right diagram of FIG. This indicates the detected light quantity of light incident from the optical model into the detection module DM in the incident direction A when the incident direction from the light source module LM to the optical model is 1, and this is normalized to 1. An example of the light amount distribution shown in the right diagram of FIG. 32 is obtained by detecting each matrix with the normalized light amount as a reference. However, although the 3 × 3 matrix is shown in the right side of FIG. 32, in this embodiment, the detection module DM is 4 probes in 4 directions, the light source module LM is 4 probes in 5 directions, and the matrix is 16 ×. There are 20 matrices. This light quantity distribution can be obtained in the eight optical models 1 to 8 shown in FIG. 29, all of which are different from the result of the optical simulation. By comparing the light quantity distribution of each optical model with the light quantity distribution obtained by measurement on the subject, that is, actual measurement (step S52), the optical model most suitable for the subject is selected. As a selection method, a method having the best consistency of the light amount distribution is selected here. At this time, calibration is performed before actual measurement. The calibration is performed using a black box in which a geracon resin is arranged and provided with a guide that can arrange each probe at an appropriate position. This calibration allows reproducibility with high accuracy.

被検体に対する計測(ステップS52)の時間は20秒以上とすることが好ましい。図62に示されるグラフは、前頭葉(額部分)に設置(装着)したプローブでの検出結果を示している。縦軸は光量のフォトダイオードで検出し電流電圧変換した後の電圧値を示している。横軸は時間を示しており、この間、計測開始から1.5分後から3.5分後まで、言語流暢試験を実施している。   The measurement (step S52) for the subject is preferably performed for 20 seconds or longer. The graph shown in FIG. 62 shows the detection result with the probe installed (mounted) on the frontal lobe (forehead). The vertical axis represents the voltage value after detection by a light amount photodiode and current-voltage conversion. The horizontal axis indicates time, and during this time, the language fluency test is conducted from 1.5 minutes to 3.5 minutes after the start of measurement.

この言語流暢試験の間は、前頭葉の脳活動が活発になり賦活状態となっている。この賦活状態であることで、脳血流が発生し、この区間での光量が低下している。すなわち、光伝播経路に発生した脳血流によって伝播光量が低下し、検出光量が低下している。このとき、額部の光量は9mVから14mVへと変化している。また、安静時3.5分後に注目すると、光量は12.7mVから13.5mVまでの範囲で振動していることがわかる。   During this language fluency test, brain activity in the frontal lobe is active and active. In this activated state, cerebral blood flow is generated, and the amount of light in this section is reduced. That is, the amount of transmitted light is reduced by the cerebral blood flow generated in the light propagation path, and the amount of detected light is reduced. At this time, the amount of light in the forehead portion has changed from 9 mV to 14 mV. Further, when attention is paid after 3.5 minutes at rest, it can be seen that the amount of light vibrates in the range from 12.7 mV to 13.5 mV.

この部分を拡大したものを図63に示す。横軸を秒に変換している。この振動の周期は約20秒間程度である。このような振動は、一般的に脳活動の休止状態(レスティングモード)おいて、脈動のように脳血流が測定されることが知られている。このレスティングモードの変動を補正するため、20秒以上の計測をする必要がある。20秒計測することで計測精度が向上する。   FIG. 63 shows an enlarged view of this portion. The horizontal axis is converted to seconds. The period of this vibration is about 20 seconds. It is known that such vibration generally measures cerebral blood flow like pulsation in a resting state (resting mode) of brain activity. In order to correct the fluctuation of the resting mode, it is necessary to measure for 20 seconds or more. Measurement accuracy improves by measuring for 20 seconds.

本実施形態では、この20秒間内で最も光量が大きい値を採用する。最も光量の大きくなるのは、脳血流がほとんどない状態と考えることができる。この脳血流のない状態を先の光学モデルでは想定しているので、その状態が最も光学モデルに近いということになる。20秒間内の最も光量の大きい数値を採用することで、光学モデルとの整合性が高まり、高精度の補正が可能となる。   In the present embodiment, a value having the largest light amount within the 20 seconds is employed. The largest amount of light can be considered as having almost no cerebral blood flow. Since the previous optical model assumes this state without cerebral blood flow, this state is closest to the optical model. By adopting a numerical value with the largest amount of light within 20 seconds, consistency with the optical model is enhanced and high-precision correction is possible.

次に、光学モデルの選定(ステップS54)について説明する。選定の方法として、それぞれのマトリクス値の値が最も誤差が少ないものを選ぶ。具体的には、実計測時の(1、A)と仮想計測時の(1、A)のマトリクス値の差分を取る。次に実計測時の(2、B)と仮想計測時の(2、B)のマトリクス値の差分を取る。これを順次繰り返し、実計測時及び仮想計測時の対応するマトリクス要素の数値の差分の2乗の総和をとり、その値が最も少ない光学モデルを最適とする。   Next, selection of an optical model (step S54) will be described. As a selection method, a matrix value having the smallest error is selected. Specifically, the difference between the matrix values of (1, A) at the time of actual measurement and (1, A) at the time of virtual measurement is taken. Next, the difference between the matrix values of (2, B) at the time of actual measurement and (2, B) at the time of virtual measurement is taken. This is repeated sequentially, and the sum of the squares of the numerical differences of the corresponding matrix elements at the time of actual measurement and virtual measurement is taken, and the optical model with the smallest value is optimized.

本実施形態では、モデル選定を実施する際に、補正効果が大きい情報を選び出しその数値を入力する(ステップS53)。「補正効果が大きい情報」(以下では「入力情報」とも呼ぶ)とは、例えば、被検体の性別、年齢、身長、体重、頭部外周長、毛髪の太さ、毛髪の密度、肌の色などである。この条件をいれることで、図29に示される8つの光学モデル1〜8からのモデル選定を高精度化する。   In the present embodiment, when selecting a model, information having a large correction effect is selected and its numerical value is input (step S53). “Information with a large correction effect” (hereinafter also referred to as “input information”) is, for example, the sex, age, height, weight, head circumference, hair thickness, hair density, skin color of the subject. Etc. By entering this condition, the model selection from the eight optical models 1 to 8 shown in FIG. 29 is made highly accurate.

例えば、図64には、年齢と脳髄液層(骨髄液層)の厚さの相関を取った例が示されている。年齢を入力することで、脳髄液層の厚さをある程度予測することができる。本実施形態では、例えば、50歳の場合には、グラフに示した近似直線から脳髄液の層の厚さは、4mm程度ということが判る。このことを元に、モデルでは脳髄液の層を4mmパターンと、5mmのパターンとでは、ペナルティーを付けることで、選定の精度を向上させる。具体的には、50歳の場合には脳髄液層の厚さは4mmのモデルには『1』、5mmのモデルには『1.2』、6mmのモデルには『1.4』、3mmのモデルには『1.2』という数値を設定する。この設定値を、第1実施形態で説明した、実際の計測による被検体の光量分布とシミュレーションによる光学モデルの光量分布の誤差を最小2乗法で選定する際に数値に積算する。これにより、50歳の場合には、脳髄液の厚さが4mmのモデルが選定されやすくなる。   For example, FIG. 64 shows an example in which the age and the thickness of the cerebral spinal fluid layer (bone marrow fluid layer) are correlated. By inputting the age, the thickness of the cerebrospinal fluid layer can be predicted to some extent. In this embodiment, for example, in the case of 50 years old, it can be seen from the approximate straight line shown in the graph that the thickness of the cerebrospinal fluid layer is about 4 mm. Based on this, in the model, the cerebrospinal fluid layer is penalized with a 4 mm pattern and a 5 mm pattern to improve the selection accuracy. Specifically, at the age of 50, the cerebrospinal fluid layer thickness is “1” for 4 mm models, “1.2” for 5 mm models, “1.4” for 6 mm models, and 3 mm models. Set the value “1.2”. This set value is added to a numerical value when the error between the light amount distribution of the subject by actual measurement and the light amount distribution of the optical model by simulation described in the first embodiment is selected by the least square method. Thereby, in the case of 50 years old, it becomes easy to select a model with a cerebrospinal fluid thickness of 4 mm.

上記のようなペナルティーの付け方をいくつかの光学モデルについても実施する。   The above penalty is applied to several optical models.

次に説明するのは、頭部外周の値で計測結果を補正する手法の一例である。頭部外周は本計測を実施する前に、メジャーなどを利用して計測してもらい、その数値を入力する。この外周から、頭部をほぼ円形として、頭部外周から曲率半径を算出する。例えば、頭部が外周57cmの場合には、曲率半径は約9cm程度となる。   Next, an example of a method for correcting the measurement result with the value of the outer circumference of the head will be described. Before carrying out this measurement, the head circumference is measured using a measure or the like, and the numerical value is input. From this outer periphery, the head is substantially circular, and the radius of curvature is calculated from the outer periphery of the head. For example, when the head has an outer periphery of 57 cm, the radius of curvature is about 9 cm.

この曲率半径だけでペナルティーを加える方法をあるが、本実施形態ではこの外周から、頭蓋骨、皮膚、および骨髄液の形状を算出する方法を採用した。   There is a method of adding a penalty only with this radius of curvature, but in this embodiment, a method of calculating the shape of the skull, skin, and bone marrow fluid from this outer periphery is adopted.

一般的に頭部外周が大きい人は頭蓋骨が厚いという傾向がある。これは、単純に体の大きい人(頭部外周の大きい人)はその体を保つために、骨が太くなることを意味している。つまりは、曲率半径と頭蓋骨の厚さとの間には相関があると考えられる。   In general, a person with a large head periphery tends to have a thick skull. This simply means that a person with a large body (a person with a large outer periphery of the head) has a thickened bone in order to keep the body. In other words, it is considered that there is a correlation between the radius of curvature and the thickness of the skull.

本実施形態では、具体的には、曲率半径が8cmの場合には、頭蓋骨の厚さが5mmで、曲率半径が10cmの場合には、頭蓋骨の厚さは6mmとなるような線形変換をした光学モデルを採用した。   In this embodiment, specifically, when the radius of curvature is 8 cm, the thickness of the skull is 5 mm, and when the radius of curvature is 10 cm, the linear transformation is performed so that the thickness of the skull is 6 mm. An optical model was adopted.

また、4層(5層モデルから毛髪モデル層を除いた4層)は、図65に示されるデータなどを参考にした。図65は、30人程度のMRI画像から、皮膚表面から脳表面までの距離を決めた場合に、皮膚の厚さ、頭蓋骨の厚さ、脳髄液の厚さなどに相関があることを利用している。   For the four layers (four layers obtained by removing the hair model layer from the five-layer model), the data shown in FIG. FIG. 65 uses the fact that when the distance from the skin surface to the brain surface is determined from about 30 MRI images, there is a correlation with the thickness of the skin, the thickness of the skull, the thickness of the cerebrospinal fluid, and the like. ing.

上記のことから、頭部の外周から最適だと考えられるモデルと、そこからずれるモデルが考えられる。この最適なモデルには、先ほど年齢による脳髄液の厚さモデルに課したペナルティーと同様の処理を行った。このように入力情報とモデルとの相関をとり、最適なモデルの選定精度を向上することが可能となる。入力情報を利用することで、高い精度の補正が可能となる。先ほどの年齢による骨髄液の厚さの補正と、本手法の補正とをバランスを取り合うことで、年齢と体の大きさによる補正ができたことになる。   From the above, a model that is considered optimal from the outer periphery of the head and a model that deviates therefrom can be considered. This optimal model was treated in the same way as the penalty imposed on the cerebrospinal fluid thickness model by age. Thus, it becomes possible to improve the selection accuracy of the optimum model by correlating the input information with the model. By using the input information, correction with high accuracy is possible. By balancing the correction of bone marrow fluid thickness according to the previous age and the correction of this method, correction based on age and body size has been achieved.

光学モデルの選択を行った後、検出値(計測結果)を補正する(ステップS55)。検出値の補正イメージが図66に示されている。図66では、縦軸を脳血流の推定量として、横軸を時間軸にしている。これは、例えば、額部に設置されている検出モジュールDMの1chによる検出値を示している。すなわち、この検出値は、光源モジュールLMの光源(面発光レーザアレイ)における検出モジュールDMの最も近傍のchを1ch発光している状態の検出値である。   After selecting the optical model, the detection value (measurement result) is corrected (step S55). FIG. 66 shows a correction image of the detected value. In FIG. 66, the vertical axis is the estimated amount of cerebral blood flow, and the horizontal axis is the time axis. This indicates, for example, a detection value by 1ch of the detection module DM installed in the forehead. That is, this detection value is a detection value in a state where 1 ch light is emitted from the nearest channel of the detection module DM in the light source (surface emitting laser array) of the light source module LM.

図66中の「補正前」は、検出モジュールDMが検出した光量を示している。この縦軸方向の変動は先に示した図62とほぼ同様な意味であるが、縦軸は脳血流の量と同じにするために、光量が少ないときに高くなるように、図62に対し縦軸を反転している。また、初期の20秒で、その最大光量値を0になるように補正している。このグラフの最大値を示す時間帯は、額部に脳血流が多く発生したときに示す時間帯となる。この最大値は被検体の光学特性によって、その最大値が決定される。ここで、補正係数αを定義し、このα分だけ、光量変化に単純にかけるという処理を行う。これによって、図66に示されるように、プロットの形状は相似形であり、時間変化は同じであるが、その大きさが補正されている。   “Before correction” in FIG. 66 indicates the amount of light detected by the detection module DM. The fluctuation in the vertical axis direction has almost the same meaning as in FIG. 62 described above, but in order to make the vertical axis the same as the amount of cerebral blood flow, On the other hand, the vertical axis is inverted. Further, the maximum light quantity value is corrected to 0 in the initial 20 seconds. The time zone showing the maximum value of this graph is the time zone shown when a large amount of cerebral blood flow occurs in the forehead. This maximum value is determined by the optical characteristics of the subject. Here, a correction coefficient α is defined, and a process of simply applying a change in the amount of light by this α is performed. As a result, as shown in FIG. 66, the shape of the plot is similar and the time change is the same, but its size is corrected.

前述した手法によって被検体に適した光学モデルを選定するので、各光学モデルに対して、補正係数を決める。   Since an optical model suitable for the subject is selected by the method described above, a correction coefficient is determined for each optical model.

補正係数は、ある基準を決めておき、その基準に照らして、脳血流量を相対評価できるようにするものである。   The correction coefficient determines a certain standard and makes it possible to make a relative evaluation of the cerebral blood flow in the light of the standard.

本実施形態でも、図17に示される光学モデル1を『標準構造』として設定した。それに対して、選定されたモデルが、例えば、図18に示される光学モデル2の場合である場合を想定する。光学モデル2は、LMとDMの直下に毛髪が位置する場合に設定されている。なお、毛髪がプローブ対(LMとDM)の一方の直下にのみ位置する場合に設定された光学モデルを別途追加しても良い。   Also in this embodiment, the optical model 1 shown in FIG. 17 is set as the “standard structure”. On the other hand, assume that the selected model is, for example, the case of the optical model 2 shown in FIG. The optical model 2 is set when the hair is located directly under the LM and DM. In addition, you may add separately the optical model set when the hair is located only under one of the probe pair (LM and DM).

光学モデル2では、照射光が毛髪に吸収されるため実際に得られる光量が、そもそも少ない。そのため、脳血流が発生した場合の光量変化も小さいことが予想される。   In the optical model 2, the amount of light actually obtained is small in the first place because the irradiation light is absorbed by the hair. Therefore, it is expected that the change in the amount of light when cerebral blood flow occurs is small.

このようなモデルは、図67に示されるように脳血流を仮定し光学シミュレーションを実施することができる。この脳血流を仮定した光学シミュレーションは全ての光学モデル1〜8に対して実施する。このときに検出モジュールDMで検出する値が、『標準構造』に対して、どの程度変化するかを算出することができる。この変化分を補正値として決めておき、光学モデルを選定することで、補正値を決定することができる。   Such a model can perform optical simulation assuming cerebral blood flow as shown in FIG. This optical simulation assuming cerebral blood flow is performed for all optical models 1-8. At this time, it is possible to calculate how much the value detected by the detection module DM changes with respect to the “standard structure”. By determining this change as a correction value and selecting an optical model, the correction value can be determined.

補正を行うことで、『標準構造』に対する脳血流量の相対評価を行うことができる。この相対評価は、どのような被験者に対しても、脳血流の多さを比較することができる。このことを、簡単な例として、図68に示している。各光学モデルに対し、補正係数は1を基準に示している。例えば、光学モデル2のように毛髪が混在するような場合には、補正係数を1より大きくする。また、逆に光学モデル3のように肌の白い人の場合には、補正係数を1より小さくする。   By performing the correction, a relative evaluation of the cerebral blood flow with respect to the “standard structure” can be performed. This relative evaluation can compare the amount of cerebral blood flow for any subject. This is shown in FIG. 68 as a simple example. For each optical model, the correction coefficient is shown based on 1. For example, when hair is mixed as in the optical model 2, the correction coefficient is set larger than 1. Conversely, in the case of a person with white skin like the optical model 3, the correction coefficient is made smaller than 1.

以下では、脳内の血流を計測する方法を、図69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T31)、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(ステップT32)。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を発光させる(ステップT33)。発光(パルス発光)は、1グループ毎に行い、強度は4mW程度になるように、電流値を決定している。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T34)。平均化された数値を記録媒体に格納する(ステップT35)。   Hereinafter, a method for measuring blood flow in the brain will be described with reference to a flowchart shown in FIG. First, the subject is allowed to rest (step T31), and the probe (detection module DM and light source module LM) is set on the head (step T32). At this time, it is set (installed) carefully using a fixing member while confirming each probe so that hair or the like is not pinched between the probe and the scalp. In this state, ch is emitted (step T33). Light emission (pulse light emission) is performed for each group, and the current value is determined so that the intensity is about 4 mW. The light emission time is several msec, during which the detection values of all PDs are read and averaged (step T34). The averaged numerical value is stored in the recording medium (step T35).

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T36、T37、T33〜T35)。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T38〜T41)。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。   Similarly, the next group repeats light emission, measurement, and data storage for several milliseconds (steps T36, T37, T33 to T35). When the light emission and measurement of all the light source modules LM are completed, the subject is asked to perform a task (steps T38 to T41). Here, it was a general language fluency task. The language fluency problem is described in detail in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2012-080975.

以下では、この手法を実際の光トポグラフィー検査について適応した場合を記す。平成26年4月の診療報酬改定により、「光トポグラフィー検査を用いたうつ病の鑑別診断補助」が保険適用されている。   Below, the case where this technique is applied about an actual optical topography inspection is described. Due to the revision of medical fees in April 2014, “differential diagnosis assistance for depression using optical topography test” has been covered by insurance.

図70に示されるように、タスク(言語流暢試験など)中の脳血流が補正前は多くあるように見える場合でも、『標準構造』に対する補正をすることで、脳血流の推定値が小さくなる可能性がある。   As shown in FIG. 70, even if the cerebral blood flow during a task (such as a language fluency test) seems to be large before correction, the estimated value of cerebral blood flow can be obtained by correcting the “standard structure”. May be smaller.

これは、どのようなモデルを選定したかに依存する。例えば、図18の場合の毛髪が検出モジュールの近傍に存在している場合や、図19のように肌の色が白い方の場合、また図21のような骨髄液層が薄い20才代の若い方の場合には、このような補正がかかることになる。この脳血流推定値がある閾値に達していない場合には、うつ病である可能性がある。   This depends on what model is selected. For example, when the hair in the case of FIG. 18 is present in the vicinity of the detection module, when the skin color is white as in FIG. 19, or when the bone marrow fluid layer is thin as in FIG. In the case of a younger person, such a correction is applied. If the estimated value of cerebral blood flow does not reach a certain threshold, there is a possibility of depression.

逆に、例えば、先の図20の場合のように肌の色が黒い方の場合や図22のように体が大きく頭蓋骨が厚い方の場合には、一見すると脳血流量が少なく検出されるが、『標準構造』によって補正することで、閾値を超えて、健常者であると判断される可能性がある。つまり、上記の補正を実施することでうつ病診断の精度が向上することが期待できる(図71参照)。   On the other hand, for example, when the skin color is black as in the case of FIG. 20 or when the body is large and the skull is thick as in FIG. However, by correcting with the “standard structure”, there is a possibility that it is determined that the person is healthy by exceeding the threshold. That is, it can be expected that the accuracy of depression diagnosis is improved by performing the above correction (see FIG. 71).

課題(例えば言語流暢性課題)を被検者が行うことで、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。本実施形態では、単に各箇所での脳血流の多さを『標準構造』との比較として、疾患の有無を判断するために指標として利用した。しかし、疾患の判断を行う上では、どの部位にどの程度の脳血流が発生するか、その脳血流の位置を詳細に知りたいという要望もある。   When the subject performs a task (for example, a language fluency task), the brain is activated, and cerebral blood flow is generated only at the location where the activity has occurred. The bloodstream contains oxyhemoglobin and reduced hemoglobin, and light absorption occurs by the bloodstream. In the present embodiment, the amount of cerebral blood flow at each location is simply used as an index to determine the presence or absence of a disease as a comparison with the “standard structure”. However, when determining a disease, there is also a demand for knowing in detail how much cerebral blood flow occurs in which part and the position of the cerebral blood flow.

以上説明した第2実施形態の光学検査方法は、計測対象に光を照射する、光源モジュールLMを複数含む照射系と、該照射系から計測対象に照射され該計測対象内を伝播した光の光量を検出する、検出モジュールDMを複数含む検出系とを備える光学センサ10を用いて被検体を検査する光学検査方法であって、被検体を模した複数の光学モデル毎の検出光量分布(光量分布)である第1の検出光量分布を、光学センサ10を仮想的に用いるシミュレーションによって求める工程と、光学センサ10を用いて被検体の検出光量分布(光量分布)である第2の検出光量分布を求める工程と、第1及び第2の検出光量分布を比較して、複数の光学モデルから被検体に適した光学モデルを選定する工程と、を含み、複数の光学モデルのうち被検体に適した光学モデルを含む少なくとも1つの光学モデル(少なくとも光学モデル1)の第1の検出光量分布を用いて第2の検出光量分布を補正する工程を更に含む。   The optical inspection method of the second embodiment described above irradiates the measurement target with light, includes an irradiation system including a plurality of light source modules LM, and the amount of light that is irradiated from the irradiation system to the measurement target and propagates through the measurement target. Is an optical inspection method for inspecting a subject using an optical sensor 10 including a detection system including a plurality of detection modules DM, and a detected light amount distribution (light amount distribution) for each of a plurality of optical models simulating the subject. And a second detected light amount distribution that is a detected light amount distribution (light amount distribution) of the subject using the optical sensor 10. And a step of comparing the first and second detected light quantity distributions and selecting an optical model suitable for the subject from the plurality of optical models, wherein the subject is selected from the plurality of optical models. Further comprising the step of correcting the first detected light intensity distributions second detection light amount distribution with the at least one optical model including an optical model (at least optical model 1) was.

この場合、被検体内の情報(光学特性)を反映する第2の検出光量分布を精度良く補正できる。   In this case, the second detected light amount distribution reflecting information (optical characteristics) in the subject can be corrected with high accuracy.

また、第2の検出光量分布を補正する工程では、上記少なくとも1つの光学モデルの第1の検出光量分布から補正係数αを算出し、該補正係数αを用いて第2の検出光量分布を補正するため、第2の検出光量分布を簡易な手法で補正できる。   Further, in the step of correcting the second detected light quantity distribution, a correction coefficient α is calculated from the first detected light quantity distribution of the at least one optical model, and the second detected light quantity distribution is corrected using the correction coefficient α. Therefore, the second detected light amount distribution can be corrected by a simple method.

また、第2の検出光量分布を補正する工程において、被検体の性別、年齢、身長、体重、頭部外周長、毛髪の太さ、毛髪の密度、肌の色のうち少なくとも1つの情報を用いる場合には、第2の検出光量分布を更に精度良く補正できる。   Further, in the step of correcting the second detected light amount distribution, at least one information among the sex, age, height, weight, head circumference, hair thickness, hair density, and skin color of the subject is used. In this case, the second detected light amount distribution can be corrected with higher accuracy.

また、第2の検出光量分布を取得する工程において、20秒以上の検出を行い、検出光量の最大値を用いて第2の検出光量分布を求める場合には、第2の検出光量分布を精度良く求めることができる。   Further, in the step of obtaining the second detected light amount distribution, when the detection is performed for 20 seconds or more and the second detected light amount distribution is obtained using the maximum value of the detected light amount, the second detected light amount distribution is accurately determined. You can ask well.

《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。
<< Third Embodiment >>
Next, a third embodiment of the present invention will be described. In the third embodiment, the light source module LM and the detection module DM similar to those in the first embodiment are used for the probe, and the arrangement thereof is elaborated. Except for the arrangement of the probes, the second embodiment is the same as the first embodiment, and the description thereof is omitted here.

ところで、上記第1実施形態の実施例2では、図39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39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。   Incidentally, in Example 2 of the first embodiment, as shown in FIG. 39, the two detection modules DM and the two light source modules LM are arranged so as to be positioned at the apex of a substantially square. However, in this arrangement, the light path between the light source module LM and the detection module DM becomes long at the point indicated by x in FIG. For this reason, a sufficient amount of light cannot be obtained by the detection module DM, and noise at this point may be large and the detection accuracy may be reduced.

そこで、発明者らは、プローブ配置を鋭意検討した結果、図72に示される配置が最適であることを見出した。図72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。   Accordingly, the inventors have intensively studied the probe arrangement and found that the arrangement shown in FIG. 72 is optimal. 72, in the plurality of light source modules LM and the plurality of detection modules DM, two of the light source module LM and the detection module DM are individually positioned at two vertices of an equilateral triangle with respect to the subject, and the other 1 Are arranged at one remaining vertex of the equilateral triangle.

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39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72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39と図72のプローブ配置で比べると、図72のプローブ配置の方が短くて好ましいことが判る。   Here, as a simple example, a place where the distance between the light source module LM and the detection module DM is the longest will be considered. However, the interval (pitch) between the detection module DM and the light source module LM is assumed to be a. In the position of x in FIG. 39, the distance of the broken line is √2a (about 1.414a). On the other hand, in the position of x in FIG. 72, the distance of the broken line is (1 + √3) a / 2 (about 1.366a) <√2a. That is, comparing the probe arrangement of FIG. 39 and FIG. 72 at the longest distance, it can be seen that the probe arrangement of FIG. 72 is shorter and preferable.

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。   As a result of estimating the inverse problem with this arrangement in the same manner as in the first embodiment, it was found that the detectable area was expanded by the probe arrangement of this embodiment.

《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の配置に工夫を凝らしている。ch、PD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。
<< 4th Embodiment >>
Next, a fourth embodiment of the present invention will be described. In the fourth embodiment, the arrangement of the plurality of light source modules LM and the plurality of detection modules DM shown in the first embodiment is used, and the arrangement of the ch of the light source module LM and the arrangement of the PD of the detection module DM are elaborated. ing. Except for the arrangement of ch and PD, the second embodiment is the same as the first embodiment, and the description thereof is omitted here.

上記第1実施形態の実施例2では、図39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。   In Example 2 of the first embodiment, as shown in FIG. 39, in the plurality of light source modules LM and the plurality of detection modules DM, the light source module LM and the detection module DM are orthogonal to each other with respect to the subject. They are arranged adjacent to each other in both the X direction and the Y direction.

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。   However, as described above, in this arrangement, the light path between the light source module LM and the detection module DM becomes long at the point indicated by x. For this reason, a sufficient amount of light cannot be obtained by the detection module DM, noise at this point increases, and the detection accuracy may be reduced.

図73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。   In the comparative example shown in FIG. 73, the plurality of light source modules and the plurality of detection modules are arranged so that the light source module and the detection module are adjacent to each other in the X direction and the Y direction perpendicular to each other. In addition, both the emission direction and the detection direction (light incident direction on the light receiving unit) are parallel to the X direction or the Y direction. Since the lens installed in the vicinity of the surface emitting laser has point-symmetric optical characteristics, the emission direction is determined by the position of the surface emitting laser and the group position. The detection direction is also determined by the division layout of the PD array because the lens has point-symmetric optical characteristics.

そこで、面発光レーザアレイチップを、図74(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74(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75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。   Therefore, when the surface emitting laser array chip is arranged as shown in FIG. 74A, the emission direction is inclined with respect to the X direction and the Y direction in plan view (viewed from the + Z direction). This is because the center position of each group is inclined with respect to the lens center. Similarly, in the detection module DM, the center of the lens is arranged at the center of the four-divided PD array array chip (photodiode array chip), so that the detection direction (light incident direction to the light receiving unit) is as shown in FIG. ) As shown. The detection direction and the emission direction are shown in FIG. 75 together with the probe arrangement. It can be seen that the emission direction and the detection direction are oblique with respect to the X direction and the Y direction in plan view (viewed from the + Z direction).

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75の×の位置では、より感度を持つことが期待できる。   In this case, since the light has anisotropy as in the sensitivity distribution described above, it can be expected to have more sensitivity at the position of x in FIG.

図74(A)及び図74(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。   As a result of estimating the inverse problem in the same manner as in the first embodiment with the arrangement shown in FIGS. 74A and 74B, it was found that the detectable area is widened.

《第5実施形態》
次に、本発明の第5実施形態について説明する。図80には、第5実施形態において、光学モデル(仮想モデル)に対して光源モジュールLMと検出モジュールDMが仮想的に装着された状態が示されている。ここでは、光学モデルは、生体の脳を模した直方体形状の光学モデル(例えば標準モデル)である。
<< 5th Embodiment >>
Next, a fifth embodiment of the present invention will be described. FIG. 80 shows a state in which the light source module LM and the detection module DM are virtually mounted on the optical model (virtual model) in the fifth embodiment. Here, the optical model is a rectangular parallelepiped optical model (for example, a standard model) imitating the brain of a living body.

以下では、図80等に示されるXYZ3次元直交座標系を適宜用いて説明する。光学モデルは、プローブが仮想的に装着される面がXY平面に平行となっている。   Hereinafter, description will be made by appropriately using the XYZ three-dimensional orthogonal coordinate system shown in FIG. In the optical model, the surface on which the probe is virtually mounted is parallel to the XY plane.

光源モジュールLMと検出モジュールDMは、図80に示されるように、X方向に並べて配置されている。光源モジュールLMからの非平行の複数(例えば3つ)の光それぞれの光学モデルへの入射角は、略45°に設定されている。ここでは、入射角を、光学モデルの屈折率によるスネルの法則を加味して決定している。   As shown in FIG. 80, the light source module LM and the detection module DM are arranged side by side in the X direction. The incident angles of the non-parallel plural (for example, three) lights from the light source module LM to the optical model are set to about 45 °. Here, the incident angle is determined in consideration of Snell's law based on the refractive index of the optical model.

詳述すると、光源モジュールLMからの3つの光(以下では「第1〜第3の光」と呼ぶ)のうち第1の光の光学モデルへの入射方向はXZ平面内で+Z方向及び−X方向に対して略45°の角度を成す方向であり、該入射方向のXY平面への正射影ベクトルの向きは−X方向である。   More specifically, of the three lights from the light source module LM (hereinafter referred to as “first to third lights”), the incident direction of the first light to the optical model is + Z direction and −X in the XZ plane. It is a direction that forms an angle of approximately 45 ° with respect to the direction, and the direction of the orthogonal projection vector onto the XY plane in the incident direction is the −X direction.

第2の光の光学モデルへの入射方向はXZ平面内で+Z方向及び+X方向に対して略45°の角度を成す方向であり、該入射方向のXY平面への正射影ベクトルの向きは+X方向である。   The incident direction of the second light to the optical model is a direction that forms an angle of approximately 45 ° with respect to the + Z direction and the + X direction in the XZ plane, and the direction of the orthogonal projection vector on the XY plane in the incident direction is + X Direction.

第3の光の光学モデルへの入射方向はYZ平面内で+Z方向及び+Y方向に対して略45°の角度を成す方向であり、該入射方向のXY平面への正射影ベクトルの向きは+Y方向である。   The incident direction of the third light to the optical model is a direction that forms an angle of approximately 45 ° with respect to the + Z direction and the + Y direction in the YZ plane, and the direction of the orthogonal projection vector on the XY plane in the incident direction is + Y Direction.

そこで、以下では、便宜上、第1の光の入射方向を-X方向、第2の光の入射方向を+X方向、第3の光の入射方向を+Y方向として説明する。   Therefore, for the sake of convenience, the following description will be made assuming that the incident direction of the first light is the −X direction, the incident direction of the second light is the + X direction, and the incident direction of the third light is the + Y direction.

第5実施形態でも、前述したモンテカルロシミュレーションと同じ計算をした。光学モデルは、図81に示されるように、頭皮層(skalp)と頭蓋骨層(skall)と脳髄液層(CSF)と灰白質層(Gray Matter)の4層で構成される。各層には光学定数が設定されている(図82参照)。頭皮層と頭蓋骨層の厚さの和をd1、脳髄液層の厚さをd2とする(図81参照)。   In the fifth embodiment, the same calculation as in the Monte Carlo simulation described above was performed. As shown in FIG. 81, the optical model is composed of four layers: a scalp layer (skalp), a skull layer (skall), a cerebrospinal fluid layer (CSF), and a gray matter layer (Gray Matter). Optical constants are set for each layer (see FIG. 82). The sum of the thickness of the scalp layer and the skull layer is d1, and the thickness of the cerebrospinal fluid layer is d2 (see FIG. 81).

この光学モデルに対して、フォトン数1E9の計算をさせ、検出モジュールDMに入ってくるフォトン数(光量)を検出する。この際、第1〜第3の光の入射方向毎に計算させ、入射方向毎のフォトン数の比をプロットする。ここで、第1の光のフォトン数(光量)を-X、第2の光のフォトン数(光量)を+X、第3の光のフォトン数(光量)を+Yとする。   For this optical model, the number of photons 1E9 is calculated, and the number of photons (light quantity) entering the detection module DM is detected. At this time, calculation is performed for each incident direction of the first to third lights, and the ratio of the number of photons for each incident direction is plotted. Here, the number of photons (light amount) of the first light is −X, the number of photons (light amount) of the second light is + X, and the number of photons (light amount) of the third light is + Y.

図83では、例えば頭皮層と頭蓋骨層から成る積層体の散乱係数を、図82に示される基準値(17.5)に対して変化させたときの-X/+Xと+Y/+Xがプロットされている。図83から、散乱係数を基準値の0.5倍から1.5倍に変化させたときに、-X/+Xが、約0.62から約0.81へ変化していることがわかる。なお、ここでは、d1=9mm、d2=3mmとしている。脳髄液層や灰白質層の散乱係数を変化させたときも、図83と類似の傾向を示す。   In FIG. 83, for example, −X / + X and + Y / + X when the scattering coefficient of the laminate composed of the scalp layer and the skull layer is changed with respect to the reference value (17.5) shown in FIG. Is plotted. FIG. 83 shows that −X / + X changes from about 0.62 to about 0.81 when the scattering coefficient is changed from 0.5 times to 1.5 times the reference value. Here, d1 = 9 mm and d2 = 3 mm. When the scattering coefficient of the cerebrospinal fluid layer or gray matter layer is changed, a tendency similar to that in FIG. 83 is shown.

吸収係数でも散乱係数と同様なことが言え、その結果が図84に示されている。ここでも、d1=9mm、d2=3mmとしている。   The absorption coefficient is the same as the scattering coefficient, and the result is shown in FIG. Again, d1 = 9 mm and d2 = 3 mm.

また、厚さd1や厚さd2が変化しても、-X/+Xと+Y/+Xが変化することがわかっている(図85参照)。   Further, it is known that -X / + X and + Y / + X change even when the thickness d1 and the thickness d2 change (see FIG. 85).

以上の説明から明らかなように、光学モデルの各層のパラメータの変化によって、-X/+Xと+Y/+Xは変化し、その変化の範囲は、0.6〜0.95程度である。   As is clear from the above description, -X / + X and + Y / + X change due to the change in the parameters of each layer of the optical model, and the range of the change is about 0.6 to 0.95. .

そこで、-X/+Xと+Y/+Xの検出値を用いることにより、光学モデルの各層のパラメータを生体により適した値(該生体固有の値に一致もしくは近似する値)に補正することが可能になると考えられる。   Therefore, by using the detected values of -X / + X and + Y / + X, the parameters of each layer of the optical model are corrected to values that are more suitable for the living body (values that match or approximate the values unique to the living body). Will be possible.

ただし、変数(パラメータ)が4つ(厚さd1、厚さd2、散乱係数、吸収係数)に対し、検出値は-X/+Xと+Y/+Xの2変数であるため、不足している。これは不良問題であり、逆問題推定などを利用して簡単な推定は可能である。   However, since there are four variables (parameters) (thickness d1, thickness d2, scattering coefficient, absorption coefficient), the detected values are two variables -X / + X and + Y / + X. ing. This is a defect problem, and simple estimation is possible using inverse problem estimation.

しかし、逆問題推定では誤差が生じる可能性が高い。そこで、検出値を増やし変数を決定できる手法を検討した。例えば簡便な方法として被検体の頭囲を計測し、頭皮と頭蓋骨から成る積層体の厚さd1を検出する手法がある。   However, there is a high possibility that an error will occur in the inverse problem estimation. Therefore, we examined a method that can increase the detection value and determine the variable. For example, as a simple method, there is a method of measuring the head circumference of a subject and detecting the thickness d1 of a laminate composed of a scalp and a skull.

例えば、図86の論文では、多くのデータを取得して、頭囲から頭蓋骨の厚さなどを算出する方法が提案されている。   For example, the paper in FIG. 86 proposes a method of acquiring a lot of data and calculating the thickness of the skull from the head circumference.

また、超音波センサを用いることで、頭蓋骨の厚さを検出できる。また、MRI画像やCTスキャンを利用することで頭蓋骨の各部位の厚さを検出することができる。   Moreover, the thickness of the skull can be detected by using an ultrasonic sensor. In addition, the thickness of each part of the skull can be detected by using an MRI image or CT scan.

このように、光学センサ10を用いる以外にも、光学モデルのパラメータを検出する方法があり、特に厚さd1、d2に関しては、高精度に検出する手段がある。d1とd2が決定できれば、残りは散乱係数と吸収係数となる。   As described above, in addition to using the optical sensor 10, there is a method for detecting parameters of the optical model, and there is a means for detecting the thicknesses d1 and d2 with high accuracy. If d1 and d2 can be determined, the rest will be the scattering coefficient and the absorption coefficient.

この場合、変数は2つのパラメータ(散乱係数と吸収係数)であり、検出値が-X/+XとY/+Xの2つあるが、これらの検出値は相互に独立ではない。そこで、独立な検出値がもう一つ必要である。   In this case, the variable is two parameters (scattering coefficient and absorption coefficient), and there are two detection values, -X / + X and Y / + X, but these detection values are not mutually independent. Therefore, another independent detection value is required.

そこで、複数の光源モジュールLMと複数の検出モジュールDMを含む光学センサ10において、多出射角方式(非平行の複数の光を計測対象の同一位置に照射する方式)に加えて、光源モジュールLMと検出モジュールDMの間の距離を複数持たせるマルチディスタンス方式を利用することが好ましい。   Therefore, in the optical sensor 10 including the plurality of light source modules LM and the plurality of detection modules DM, in addition to the multiple emission angle method (method for irradiating a plurality of non-parallel lights to the same position of the measurement target), the light source module LM It is preferable to use a multi-distance method in which a plurality of distances between the detection modules DM are provided.

このマルチディスタンス方式は、例えば特許5202736号公報などに記載されている。マルチディスタンス方式の光学定数は、例えば、骨密度や肌の色など、その被検体独自の値となり、頭部の部位依存性が低い。つまりは、頭部のどこか一箇所のみを検出して補正すれば概ね補正としては機能を満足できる。   This multi-distance method is described in, for example, Japanese Patent No. 5202636. The optical constants of the multi-distance method are, for example, values unique to the subject, such as bone density and skin color, and have low head region dependency. In other words, if only one part of the head is detected and corrected, the function can be generally satisfied as the correction.

ここで、多出射角方式とマルチディスタンス方式を併用する場合には、例えば多出射角方式の光源モジュールLMと検出モジュールDMを所定間隔(例えば30mm)で格子状に交互に配置し、配置された光源モジュールLMに対して検出モジュールDMを所定間隔(例えば5mm)で追加的に配置しても良いし、配置された検出モジュールDMに対して光源モジュールLMを所定間隔(例えば5mm)で追加的に配置しても良い(図87参照)。   Here, when the multiple emission angle method and the multi-distance method are used in combination, for example, the multiple emission angle method light source module LM and the detection module DM are alternately arranged in a grid pattern at a predetermined interval (for example, 30 mm). The detection module DM may be additionally arranged at a predetermined interval (for example, 5 mm) with respect to the light source module LM, or the light source module LM may be additionally arranged at a predetermined interval (for example, 5 mm) with respect to the arranged detection module DM. You may arrange | position (refer FIG. 87).

これにより、光源モジュールLMと検出モジュールDMの間隔(距離)を複数にすることができ、多出射角方式とマルチディスタンス方式を併用することができる。   Thereby, a plurality of intervals (distances) between the light source module LM and the detection module DM can be provided, and the multiple emission angle method and the multi-distance method can be used in combination.

マルチディスタンス方式の場合、図88に示されるマルチディスタンス方式の光伝播式に則る。ここで、φ(rs、rd)はrs(光源)からrd(光検出器)へ伝播してくる光量を示している。μs´は異方性を換算した散乱係数、μaは吸収係数、rsは光源の位置、rdは光検出器の位置、D、S、υは係数である。図88の光伝播式において、μs´を変数にして、光量比をプロットした結果が図89に示されている。   In the case of the multi-distance system, the multi-distance system light propagation formula shown in FIG. 88 is used. Here, φ (rs, rd) indicates the amount of light propagating from rs (light source) to rd (photodetector). μs ′ is a scattering coefficient converted to anisotropy, μa is an absorption coefficient, rs is a position of a light source, rd is a position of a photodetector, and D, S, and υ are coefficients. In the light propagation equation of FIG. 88, the result of plotting the light amount ratio with μs ′ as a variable is shown in FIG.

図89上図の光量比はマルチディスタンス方式の値を示し、図89下図の光量比は、多出射角方式の値(-X/+X)を示している。なお、マルチディスタンス方式の値は、LMからの距離が5mmのDMの総受光量(総検出値:複数の検出値の総和)と該LMからの距離が30mmのDMの総受光量(総検出値:複数の検出値の総和)の比である。   89 shows the value of the multi-distance method, and the light amount ratio of the lower diagram of FIG. 89 shows the value of the multiple emission angle method (−X / + X). Note that the value of the multi-distance method is that the total received light amount of DM with a distance of 5 mm from the LM (total detected value: sum of a plurality of detected values) and the total received light amount of DM with a distance of 30 mm from the LM (total detected value). Value: the sum of a plurality of detected values).

図89では、吸収係数μaとして、例えば3つの候補(0.50、1.00、1.50)が挙げられる場合を示している。   FIG. 89 shows a case where, for example, three candidates (0.50, 1.00, 1.50) are given as the absorption coefficient μa.

図89上図では、マルチディスタンス方式の値である光量比は、散乱係数μs´の増加に対して、いずれの吸収係数μaの場合も、右肩上がりのグラフとなる。ここでは、このマルチディスタンス方式の値である光量比が例えば80の場合、散乱係数μs´は、矢印(1)で示される値(0.65)、矢印(2)で示される値(1.00)、矢印(3)で示される値(1.45)のいずれかに絞り込むことができる。   In the upper diagram of FIG. 89, the light quantity ratio, which is a value of the multi-distance method, is a graph that rises to the right with respect to an increase in the scattering coefficient μs ′ in any absorption coefficient μa. Here, when the light quantity ratio which is a value of this multi-distance method is 80, for example, the scattering coefficient μs ′ is a value (0.65) indicated by the arrow (1) and a value (1. 00) and the value (1.45) indicated by the arrow (3).

一方、図89下図では、多出射角方式の値(-X/+X)である光量比は、散乱係数μs´の増加に対して、いずれの吸収係数μaの場合も、右肩下がりのグラフとなる。   On the other hand, in the lower diagram of FIG. 89, the light quantity ratio, which is the value of the multiple emission angle method (−X / + X), is a graph with a downward slope for any absorption coefficient μa with respect to the increase of the scattering coefficient μs ′. It becomes.

そこで、図89上図で光量比が例えば80となり、かつ図89下図で光量比が例えば65となる散乱係数μs´は、上記矢印(1)〜(3)のうち、概ね矢印(2)で示される値すなわち1.00(基準値の等倍)であると推定できる。つまり、マルチディスタンス方式の値と多出射角方式の値が分かれば、散乱係数μs´を求めることができる。   Therefore, the scattering coefficient μs ′ at which the light amount ratio is 80 in the upper diagram of FIG. 89 and 65, for example, is 65 in the lower diagram of FIG. 89, is approximately the arrow (2) among the arrows (1) to (3). It can be estimated that the displayed value, that is, 1.00 (equal to the reference value). That is, if the value of the multi-distance method and the value of the multiple emission angle method are known, the scattering coefficient μs ′ can be obtained.

このようにマルチディスタンス方式と多出射角方式では、散乱係数の変化に対する光量比の変化の傾向が異なるために、独立の変数として利用できる。これは、多出射角方式において、散乱係数μs´が小さくなるほど、あたかも、出射位置(照射位置)が大きくシフトしているように見えることが要因であると考えられる。   As described above, the multi-distance method and the multiple emission angle method can be used as independent variables because the tendency of the change in the light amount ratio with respect to the change in the scattering coefficient is different. This is considered to be due to the fact that the emission position (irradiation position) appears to shift more greatly as the scattering coefficient μs ′ decreases in the multiple emission angle method.

図90には、この物理現象が一例として示されている。図90左図に示されるように散乱係数μs´が小さい場合は、LMから出射され光学モデルの同一位置に入射する非平行な2つの光(入射方向が-X方向の光と+X方向の光)は、光学モデルの深い部分まで入り込むため、光学モデル内における最大到達位置が大きく離れ、-X/+X(光量比)が大きくなる。   FIG. 90 shows this physical phenomenon as an example. When the scattering coefficient μs ′ is small as shown in the left diagram of FIG. 90, two non-parallel light beams emitted from the LM and incident on the same position of the optical model (incident directions are −X direction light and + X direction light beams). Since the light enters the deep part of the optical model, the maximum arrival position in the optical model is greatly separated, and -X / + X (light quantity ratio) increases.

これに対して、図90右図に示されるように散乱係数μs´が大きい場合は、LMから出射され光学モデルの同一位置に入射する非平行な2つの光(入射方向が-X方向の光と+X方向の光)は、光学モデルの浅い部分で散乱するため、光学モデル内における最大到達位置はあまり離れず、-X/+X(光量比)が小さくなる。   On the other hand, when the scattering coefficient μs ′ is large as shown in the right diagram of FIG. 90, two non-parallel light beams emitted from the LM and incident on the same position of the optical model (light beams having an incident direction of −X direction). And light in the + X direction) are scattered in the shallow part of the optical model, the maximum arrival position in the optical model is not so far away, and -X / + X (light quantity ratio) is small.

すなわち、散乱係数μs´が小さいほど、非平行な2つの光の光学モデル内における最大到達位置が大きく離れ、-X/+X(光量比)が大きくなる。   That is, the smaller the scattering coefficient μs ′, the larger the maximum arrival position in the optical model of the two non-parallel lights, and the larger −X / + X (light quantity ratio).

このことは、発明者らが初めて多出射角方式を手がけたことによって得られた知見である。同業他者がこのような現象が起きることを想定することは容易ではない。また、この多出射角方式の散乱係数依存性は、マルチディスタンス方式とは逆の傾向となる。   This is a finding obtained by the inventors for the first time in the multiple emission angle system. It is not easy for others in the industry to assume that this phenomenon will occur. Further, the scattering coefficient dependency of the multiple emission angle method tends to be opposite to that of the multi-distance method.

そのため、図89に示されるように、マルチディスタンス方式の値と多出射方式の値を、互いに独立の変数として利用できる。   Therefore, as shown in FIG. 89, the value of the multi-distance method and the value of the multiple emission method can be used as independent variables.

なお、吸収係数の場合も、小さいほど、非平行な2つの光の光学モデル内における最大到達位置が大きく離れると考えられため、散乱係数の場合と同様に(図89の横軸を吸収係数とし複数の散乱係数での光量比をプロットして)求めることが可能である。   In the case of the absorption coefficient as well, the smaller the smaller the maximum arrival position in the optical model of the two non-parallel light, the greater the distance between them, so as in the case of the scattering coefficient (the horizontal axis in FIG. 89 is the absorption coefficient). It is possible to obtain (by plotting the light quantity ratio at a plurality of scattering coefficients).

そこで、上述した光学モデルの場合と同様に、被検体(例えば生体)に対して多出射角方式とマルチディスタンス方式を併用することで、該被検体の散乱係数と吸収係数を求めることができる。   Therefore, as in the case of the optical model described above, the scattering coefficient and the absorption coefficient of the subject can be obtained by using both the multiple emission angle method and the multi-distance method for the subject (for example, a living body).

特に、-X/+X、+Y/+X等の光量比は、被検体に対するプローブの装着状態(被検体とプローブとの間の異物の介在等も含む)によらず略一定の値をとり検出誤差を低減できるので、散乱係数と吸収係数を精度良く求めることができる。   In particular, the light intensity ratio of -X / + X, + Y / + X, etc. takes a substantially constant value regardless of the probe mounting state on the subject (including the presence of foreign matter between the subject and the probe). Since the detection error can be reduced, the scattering coefficient and the absorption coefficient can be obtained with high accuracy.

すなわち、多出射角方式の値とマルチディスタンス方式の値が独立であるため、被検体の光学特性として重要な2つのパラメータである散乱係数と吸収係数を精度良く求めることができる。そして、基準となる光学モデル(例えば標準モデル)の散乱係数と吸収係数を、それぞれ求めた散乱係数と吸収係数に置き換えることで、該光学モデルを被検体により適した光学モデルに補正することができる。そして、補正後の光学モデルを用いることで個体差の補正ができ、脳血流の量を正確に定量化できる。この量を判断することで、正確な診断が行える。   That is, since the value of the multiple emission angle method and the value of the multi-distance method are independent, the scattering coefficient and the absorption coefficient, which are two important parameters as the optical characteristics of the subject, can be obtained with high accuracy. Then, by replacing the scattering coefficient and absorption coefficient of the reference optical model (for example, standard model) with the obtained scattering coefficient and absorption coefficient, respectively, the optical model can be corrected to an optical model more suitable for the subject. . By using the corrected optical model, individual differences can be corrected, and the amount of cerebral blood flow can be accurately quantified. By determining this amount, an accurate diagnosis can be made.

以上説明した第5実施形態の光学検査方法は、非平行な複数の光を計測対象の同一位置に照射するLM(光照射器)を少なくとも1つ含む照射系と、該照射系から計測対象に照射され該計測対象内を伝播した複数の光の光量を個別に検出するDM(光検出器)を少なくとも1つ含む検出系とを備える光学センサ10を用いて被検体を検査する光学検査方法であって、光学センサ10を用いて被検体の検出光量分布である第1の検出光量分布を求める工程と、第1の検出光量分布に含まれるDMの複数の検出値の比を用いて、被検体を模した光学モデルを補正する工程と、を含む。   The optical inspection method according to the fifth embodiment described above includes an irradiation system including at least one LM (light irradiator) that irradiates a plurality of non-parallel lights to the same position of the measurement target, and the irradiation system to the measurement target. An optical inspection method for inspecting a subject using an optical sensor 10 including a detection system including at least one DM (photodetector) that individually detects the amount of light that has been irradiated and propagated through the measurement target. Then, using the optical sensor 10 to obtain a first detected light amount distribution that is a detected light amount distribution of the subject, and using a ratio of a plurality of detected values of DM included in the first detected light amount distribution, Correcting an optical model simulating the specimen.

この場合、複数の検出値の比を利用することで、誤差が低減できる。検出値の誤差の要因は、プローブ先端と被検体との界面に存在するごみや毛髪などである。このため、検出値の誤差は、プローブと被検体の接触状態で大きく変化する。これに対し、被検体とプローブが同一の接触状態で得られた2つの検出値の『比』の値は、接触状態による検出値の誤差によらず略一定である。すなわち、接触誤差要因を取り除くことができる。また、この『比』の変化は、被検体のパラメータ(例えば散乱係数や吸収係数)の変化と相関がある。具体的には、この『比』は、散乱係数や吸収係数の増加に応じて減少する(図89下図参照)。   In this case, the error can be reduced by using a ratio of a plurality of detection values. The cause of the error in the detection value is dust or hair existing at the interface between the probe tip and the subject. For this reason, the error in the detection value varies greatly depending on the contact state between the probe and the subject. On the other hand, the “ratio” value of the two detection values obtained in the same contact state between the subject and the probe is substantially constant regardless of the detection value error due to the contact state. That is, the contact error factor can be removed. The change in the “ratio” is correlated with the change in the parameter (for example, scattering coefficient or absorption coefficient) of the subject. Specifically, this “ratio” decreases as the scattering coefficient and the absorption coefficient increase (see the lower diagram in FIG. 89).

この結果、被検体のパラメータ(例えば散乱係数や吸収係数)の値を精度良く絞り込むことができる。すなわち、光学モデルを補正するための有力な情報を得ることができる。   As a result, it is possible to narrow down the values of the parameters (for example, the scattering coefficient and the absorption coefficient) of the subject with high accuracy. That is, powerful information for correcting the optical model can be obtained.

また、非平行な複数の光は、被検体への入射方向の該被検体への正射影ベクトルの向きが反対向きとなる2つの光を含む場合には、該2つの光のDMまでの光路長の差を極力長くすることができる。この結果、2つの光のDMでの検出値の差を極力大きくでき、検出精度を向上できる。   In addition, when the plurality of non-parallel lights include two lights in which the directions of the orthogonal projection vectors to the subject in the direction of incidence on the subject are opposite, the optical path to the DM of the two lights The difference in length can be made as long as possible. As a result, the difference between the detected values of the two lights in the DM can be made as large as possible, and the detection accuracy can be improved.

また、検出系はDMを複数含み、第1の検出光量分布を求める工程は、複数のDMと光照射器LMを、複数のDMのうち少なくとも2つのDMそれぞれとLMとの距離が互いに異なるように被検体上に配置するサブ工程を含み、光学モデルを補正する工程では、上記少なくとも2つのDMのうち一のDMの複数の検出値の和と他のDMの複数の検出値の和の比を更に用いて、光学モデルを補正することが好ましい。   Further, the detection system includes a plurality of DMs, and the step of obtaining the first detected light amount distribution is performed such that the distances between the plurality of DMs and the light irradiator LM are different from each other at least two DMs among the plurality of DMs. In the step of correcting the optical model, including a sub-process arranged on the subject, a ratio of a sum of a plurality of detected values of one DM and a sum of a plurality of detected values of another DM of the at least two DMs Is preferably used to correct the optical model.

また、照射系はLMを複数含み、被検体の検出光量分布である第1の検出光量分布を求める工程は、複数のLMとDMを、複数のLMのうち少なくとも2つのLMそれぞれとDMとの距離が互いに異なるように被検体上に配置するサブ工程を含み、光学モデルを補正する工程では、上記少なくとも2つのLMのうち一のLMから照射され被検体内を伝播した複数の光をDMが個別に検出したときの複数の検出値の和と、上記少なくとも2つのLMのうち他のLMから照射され被検体内を伝播した複数の光をDMが個別に検出したときの複数の検出値の和の比を更に用いて、光学モデルを補正することが好ましい。   In addition, the irradiation system includes a plurality of LMs, and the step of obtaining the first detected light amount distribution that is the detected light amount distribution of the subject includes a plurality of LMs and DMs, and each of at least two LMs of the plurality of LMs and each DM. In the step of correcting the optical model, including a sub-step of arranging on the subject so that the distances are different from each other, the DM emits a plurality of lights irradiated from one of the at least two LMs and propagated in the subject. A sum of a plurality of detection values when individually detected and a plurality of detection values when the DM individually detects a plurality of lights irradiated from other LMs among the at least two LMs and propagated in the subject. It is preferable to further correct the optical model using the sum ratio.

これらの場合、一のDMの複数の検出値の和と他のDMの複数の検出値の和の『比』の変化は、被検体のパラメータ(例えば散乱係数や吸収係数)の変化と相関がある。具体的には、この『比』は、散乱係数や吸収係数の増加に応じて増加する(図89上図参照)。   In these cases, a change in the “ratio” of the sum of a plurality of detection values of one DM and a sum of a plurality of detection values of another DM is correlated with a change in an object parameter (for example, a scattering coefficient or an absorption coefficient). is there. Specifically, this “ratio” increases as the scattering coefficient and the absorption coefficient increase (see the upper diagram of FIG. 89).

そこで、上記絞り込まれた被検体のパラメータ(例えば散乱係数や吸収係数)の値の中で、被検体に最も適合する値を決定することができる。   Therefore, the most suitable value for the subject can be determined among the narrowed values of the subject parameters (for example, the scattering coefficient and the absorption coefficient).

この場合、光学モデルを被検体に適した光学モデルに補正できる。   In this case, the optical model can be corrected to an optical model suitable for the subject.

この結果、検査精度を向上できる。   As a result, inspection accuracy can be improved.

また、第5実施形態の光学検査方法は、補正された光学モデルの検出光量分布である第2の検出光量分布を、光学センサ10を仮想的に用いるシミュレーションによって求める工程と、第1及び第2の検出光量分布を用いて被検体内の情報(例えば吸光体の位置)を取得(推定)する工程を更に含むことが好ましい。   The optical inspection method according to the fifth embodiment includes a step of obtaining a second detected light amount distribution, which is a detected light amount distribution of the corrected optical model, by simulation using the optical sensor 10 virtually, and the first and second steps. It is preferable to further include a step of acquiring (estimating) information (for example, the position of the light absorber) in the subject using the detected light amount distribution.

この場合、被検体内の情報を精度良く得ることができる。   In this case, information in the subject can be obtained with high accuracy.

なお、例えば、上記第1及び第2実施形態に対して、第5実施形態と同様に多出射角方式とマルチディスタンス方式を適用する変形例によっても、複数の光学モデルから被検体により適した光学モデルを選定することができる。   It should be noted that, for example, an optical system more suitable for a subject from a plurality of optical models can be obtained by applying a multiple emission angle method and a multi-distance method to the first and second embodiments as in the fifth embodiment. A model can be selected.

すなわち、変形例の光学検査方法は、LM(光照射器)を少なくとも1つ含む照射系と、該照射系から計測対象に照射され該計測対象内を伝播した光の光量を検出する、DMを少なくとも1つ含む検出系とを備える光学センサ10を用いて被検体を検査する光学検査方法であって、被検体を模した複数の光学モデル毎の検出光量分布である第1の検出光量分布を、光学センサ10を仮想的に用いるシミュレーションによって求める工程と、光学センサ10を用いて被検体の検出光量分布である第2の検出光量分布を求める工程と、第1及び第2の検出光量分布に基づいて、複数の光学モデルから被検体に適した光学モデルを選定する工程と、を含む。   That is, the optical inspection method according to the modification includes an irradiation system including at least one LM (light irradiator), and a DM that detects the amount of light irradiated from the irradiation system to the measurement target and propagated through the measurement target. An optical inspection method for inspecting a subject using an optical sensor 10 including a detection system including at least one detection system, wherein a first detected light amount distribution that is a detected light amount distribution for each of a plurality of optical models simulating the subject is obtained. The step of obtaining by the simulation using the optical sensor 10 virtually, the step of obtaining the second detected light amount distribution which is the detected light amount distribution of the subject using the optical sensor 10, and the first and second detected light amount distributions. And a step of selecting an optical model suitable for the subject from a plurality of optical models.

また、変形例の光学検査方法において、被検体の検出光量分布である第2の検出光量分布を求める工程は、LMから非平行な複数の光を被検体の同一位置に照射するサブ工程と、被検体内を伝播した複数の光の光量をDMで個別に検出するサブ工程と、を含み、選定する工程では、検出するサブ工程でのDMの複数の検出値の比を用いて、複数の光学モデルから被検体に適した光学モデルを選定する。   Further, in the optical inspection method of the modified example, the step of obtaining the second detected light amount distribution that is the detected light amount distribution of the subject includes a sub-step of irradiating the same position of the subject with a plurality of non-parallel lights from the LM, A sub-process for individually detecting the light amounts of a plurality of lights propagating in the subject with DM, and in the selecting step, a plurality of detection values of DM in the sub-process to be detected are used, An optical model suitable for the subject is selected from the optical model.

この場合、被検体のパラメータ(例えば散乱係数や吸収係数)の値を精度良く絞り込むことができる。   In this case, it is possible to narrow down the values of the parameters of the subject (for example, the scattering coefficient and the absorption coefficient) with high accuracy.

この結果、検査精度を向上できる。   As a result, inspection accuracy can be improved.

また、変形例の光学検査方法において、非平行な複数の光が、被検体への入射方向の該被検体への正射影ベクトルが反対向きとなる2つの光を含む場合には、該2つの光のDMまでの光路長の差を極力長くすることができる。この結果、2つの光のDMでの検出値の差を極力大きくでき、検出精度を向上できる。   Further, in the optical inspection method according to the modified example, when the plurality of non-parallel lights include two lights whose orthogonal projection vectors to the subject in the direction of incidence on the subject are opposite directions, the two The difference in the optical path length of light to DM can be made as long as possible. As a result, the difference between the detected values of the two lights in the DM can be made as large as possible, and the detection accuracy can be improved.

また、変形例の光学検査方法において、検出系はDMを複数含み、被検体の検出光量分布である第2の検出光量分布を求める工程は、照射するサブ工程に先立って、複数のDMとLMを、複数のDMのうち少なくとも2つのDMそれぞれとLMとの距離が互いに異なるように被検体上に配置するサブ工程を更に含み、選定する工程では、上記少なくとも2つの光検出器のうち一の光検出器の複数の検出値の和と他の光検出器の複数の検出値の和の比を更に用いて、複数の光学モデルから前記被検体に適した光学モデルを選定することが好ましい。   In the optical inspection method according to the modified example, the detection system includes a plurality of DMs, and the step of obtaining the second detected light amount distribution that is the detected light amount distribution of the subject includes a plurality of DMs and LMs prior to the irradiation sub-process. Are further arranged on the subject such that the distance between each of at least two DMs of the plurality of DMs and the LM is different from each other. In the selecting step, one of the at least two photodetectors is selected. It is preferable to select an optical model suitable for the subject from a plurality of optical models by further using a ratio of the sum of the plurality of detection values of the photodetector to the sum of the plurality of detection values of the other photodetectors.

また、照射系はLMを複数含み、被検体の検出光量分布である第2の検出光量分布を求める工程は、照射するサブ工程に先立って、複数のLMとDMを、複数のLMのうち少なくとも2つのLMそれぞれとDMとの距離が互いに異なるように被検体上に配置するサブ工程を更に含み、選定する工程では、上記少なくとも2つのLMのうち一のLMから照射され被検体内を伝播した複数の光をDMが個別に検出したときの複数の検出値の和と、上記少なくとも2つのLMのうち他のLMから照射され被検体内を伝播した複数の光をDMが個別に検出したときの複数の検出値の和の比を更に用いて、複数の光学モデルから被検体に適した光学モデルを選定することが好ましい。   In addition, the irradiation system includes a plurality of LMs, and the step of obtaining the second detected light amount distribution that is the detected light amount distribution of the subject includes a plurality of LMs and DMs at least of the plurality of LMs prior to the irradiation sub-step. The method further includes a sub-process of arranging on the subject such that the distance between each of the two LMs and the DM is different from each other. In the selecting step, the LM is irradiated from one of the at least two LMs and propagates through the subject. Sum of a plurality of detection values when a plurality of lights are individually detected by the DM, and when the DM individually detects a plurality of lights irradiated from other LMs among the at least two LMs and propagated in the subject. It is preferable to select an optical model suitable for the subject from the plurality of optical models by further using the ratio of the sum of the plurality of detection values.

これらの場合、一のDMの複数の検出値の和と他のDMの複数の検出値の和の『比』の変化は、被検体のパラメータ(例えば散乱係数や吸収係数)の変化と相関がある。具体的には、この『比』は、散乱係数や吸収係数の増加に応じて増加する(図89上図参照)。   In these cases, a change in the “ratio” of the sum of a plurality of detection values of one DM and a sum of a plurality of detection values of another DM is correlated with a change in an object parameter (for example, a scattering coefficient or an absorption coefficient). is there. Specifically, this “ratio” increases as the scattering coefficient and the absorption coefficient increase (see the upper diagram of FIG. 89).

そこで、上記絞り込まれた被検体のパラメータ(例えば散乱係数や吸収係数)の値の中で、被検体に最も適合する値を決定することができる。   Therefore, the most suitable value for the subject can be determined among the narrowed values of the subject parameters (for example, the scattering coefficient and the absorption coefficient).

この場合、複数の光学モデルから被検体により適した光学モデルを選定することができる。   In this case, an optical model more suitable for the subject can be selected from a plurality of optical models.

この結果、検査精度を向上できる。   As a result, inspection accuracy can be improved.

また、変形例の光学検査方法は、選定された光学モデルの第1の検出光量分布及び第2の検出光量分布を用いて被検体内の情報(例えば吸光体の位置)を取得(推定)する工程を更に含むことが好ましい。   Further, the optical inspection method of the modified example acquires (estimates) information (for example, the position of the light absorber) in the subject using the first detected light amount distribution and the second detected light amount distribution of the selected optical model. It is preferable to further include a step.

この場合、被検体内の情報を精度良く得ることができる。   In this case, information in the subject can be obtained with high accuracy.

なお、上記第5実施形態及び変形例では、多出射角方式のLMとDMを用いてマルチディスタンス方式を実現しているが、これに代えて又は加えて、マルチディスタンス方式専用の光照射器や光検出器を用いても良い。マルチディスタンス方式専用の光照射器は、少なくとも1つの光を計測対象に照射可能なものであれば良い。マルチディスタンス方式専用の光検出器は、計測対象を伝播した少なくとも1つの光を検出可能なものであれば良い。   In the fifth embodiment and the modification, the multi-distance method is realized by using the LM and DM of the multi-emission angle method, but instead of or in addition to this, a light irradiator dedicated to the multi-distance method or A photodetector may be used. The light irradiator dedicated to the multi-distance method may be any device that can irradiate the measurement target with at least one light. The photodetector for exclusive use of the multi-distance method may be any detector that can detect at least one light propagated through the measurement target.

また、上記第1、第2及び第5実施形態、変形例では、吸光体の位置を推定しているが、これに代えて又は加えて吸光体の大きさを推定することとしても良い。「吸光体」としては、血液の他、例えば癌細胞、ポリープ等の光を吸収するものが挙げられる。   Moreover, in the said 1st, 2nd and 5th embodiment and the modification, although the position of a light absorber is estimated, it is good also as estimating the magnitude | size of a light absorber instead of or in addition to this. Examples of the “light absorber” include those that absorb light such as cancer cells and polyps in addition to blood.

また、上記第1及び第2実施形態、変形例では、8つの光学モデルを用いているが、7つ以下であっても良いし、9つ以上であっても良い。いずれにしても、脳血流がない状態又はある状態での被検体の特徴を表す、光学特性に影響するパラメータを光学モデルの特徴とすることが望ましい。   Moreover, in the said 1st and 2nd embodiment and a modification, although eight optical models are used, seven or less may be sufficient and nine or more may be sufficient. In any case, it is desirable that a parameter affecting the optical characteristics, which represents the characteristics of the subject in the absence or presence of cerebral blood flow, be the characteristics of the optical model.

また、上記第1及び第2実施形態、変形例では、各光学モデルの層構成(積層数)を5層としているが、4層以下でも良いし、6層以上であっても良い。この場合、層構成に例えば毛髪モデル層のような誤差要因となる層を少なくとも1層含めることが好ましい。   Moreover, in the said 1st and 2nd embodiment and the modification, the layer structure (the number of lamination | stacking) of each optical model is 5 layers, However, 4 layers or less may be sufficient and 6 layers or more may be sufficient. In this case, it is preferable to include at least one layer that causes an error such as a hair model layer in the layer configuration.

また、上記第1実施形態及び変形例の光学検査方法は、被検体内の情報を取得する工程(例えば吸光体位置推定処理)に先立って、上記第2の実施形態と同様に、複数の光学モデル(光学モデル1〜8)のうち被検体に適した光学モデルを含む少なくとも1つの光学モデル(少なくとも光学モデル1)の第1の検出光量分布を用いて第2の検出光量分布を補正する工程(図78のステップS42〜S44参照)を更に含んでも良い。   Further, in the optical inspection method according to the first embodiment and the modified example, prior to the step of acquiring information in the subject (for example, the absorber position estimation process), a plurality of opticals are provided as in the second embodiment. A step of correcting the second detected light amount distribution using the first detected light amount distribution of at least one optical model (at least the optical model 1) including an optical model suitable for the subject among the models (optical models 1 to 8). (See steps S42 to S44 in FIG. 78).

この場合、被検体内の情報(光学特性)を反映する第2の検出光量分布を精度良く補正でき、ひいては吸光体の位置の推定精度を更に向上できる。   In this case, the second detected light amount distribution reflecting the information (optical characteristics) in the subject can be corrected with high accuracy, and the accuracy of estimating the position of the light absorber can be further improved.

さらに、上記第1実施形態及び変形例の光学検査方法では、上記第2の検出光量分布を補正する工程の後、再度、モデル選定を行っても良い(図79のステップS45参照)。この場合、光学モデルの選定精度を更に向上できる。   Furthermore, in the optical inspection methods of the first embodiment and the modified example, model selection may be performed again after the step of correcting the second detected light amount distribution (see step S45 in FIG. 79). In this case, the selection accuracy of the optical model can be further improved.

また、上記第1実施形態及び変形例の光学検査方法では、上記2実施形態の光学検査方法と同様に、第2の検出光量分布を補正する工程において、上記少なくとも1つの光学モデルの第1の検出光量分布から補正係数を算出し、該補正係数を用いて第2の検出光量分布を補正しても良い。この場合、第2の検出光量分布を簡易な手法で補正できる。   Further, in the optical inspection method of the first embodiment and the modified example, as in the optical inspection method of the second embodiment, in the step of correcting the second detected light amount distribution, the first of the at least one optical model is corrected. A correction coefficient may be calculated from the detected light quantity distribution, and the second detected light quantity distribution may be corrected using the correction coefficient. In this case, the second detected light amount distribution can be corrected by a simple method.

また、上記第1実施形態及び変形例の光学検査方法では、上記2実施形態の光学検査方法と同様に、第2の検出光量分布を補正する工程において、被検体の性別、年齢、身長、体重、頭部外周長、毛髪の太さ、毛髪の密度、肌の色のうち少なくとも1つの情報を用いる場合には、第2の検出光量分布を更に精度良く補正できる。   Further, in the optical inspection method of the first embodiment and the modified example, in the step of correcting the second detected light amount distribution, as in the optical inspection method of the second embodiment, the gender, age, height, and weight of the subject are corrected. When at least one piece of information is used among the head outer circumference length, the hair thickness, the hair density, and the skin color, the second detected light amount distribution can be corrected with higher accuracy.

また、上記第1実施形態及び変形例の光学検査方法では、上記2実施形態の光学検査方法と同様に、第2の検出光量分布を取得する工程において、20秒以上の検出を行い、検出光量の最大値を用いて第2の検出光量分布を求める場合には、第2の検出光量分布を精度良く求めることができる。   Further, in the optical inspection method of the first embodiment and the modified example, similarly to the optical inspection method of the second embodiment, in the step of obtaining the second detected light amount distribution, detection is performed for 20 seconds or more, and the detected light amount When the second detected light quantity distribution is obtained using the maximum value of the second detected light quantity distribution, the second detected light quantity distribution can be obtained with high accuracy.

また、上記第2実施形態及び変形例の光学検査方法は、上記第1実施形態の光学検査方法と同様に、光学モデルを選定する工程に先立って、第1の検出光量分布を補正する工程を更に含でも良い。この場合も、光学モデルの選定精度を向上できる。   Further, the optical inspection method of the second embodiment and the modified example includes a step of correcting the first detected light amount distribution prior to the step of selecting the optical model, similarly to the optical inspection method of the first embodiment. Further, it may be included. Also in this case, the accuracy of selecting the optical model can be improved.

また、上記第2実施形態及び変形例の光学検査方法では、上記第1実施形態の光学検査方法と同様に、第1の検出光量分布を補正する工程において、上記シミュレーションにおいて各光源モジュールLMから光学モデルに照射され該光学モデルを伝播した光の、該光源モジュールLMに隣接する少なくとも2つの検出モジュールDMの検出光量を比較し、その比較結果に基づいて少なくとも2つの検出モジュールDMの検出光量のうち少なくとも1つの検出光量を補正可能であっても良い(図33のステップS31〜S33参照)。   Further, in the optical inspection method of the second embodiment and the modified example, in the same manner as the optical inspection method of the first embodiment, in the step of correcting the first detected light amount distribution, each light source module LM is optically connected in the simulation. The detected light quantity of at least two detection modules DM adjacent to the light source module LM of the light irradiated to the model and propagated through the optical model is compared, and based on the comparison result, the detected light quantity of the at least two detection modules DM It may be possible to correct at least one detected light quantity (see steps S31 to S33 in FIG. 33).

この場合も、上記シミュレーションにおいて各光源モジュールLMから光学モデルに照射され該光学モデル内を伝播した光の複数の検出モジュールDMの検出光量の誤差を抑制できる。すなわち、上記シミュレーションにおいて検出モジュールDMと光学モデル表面との接触不良等に起因する誤差を抑制できる。   Also in this case, it is possible to suppress errors in the amounts of light detected by the plurality of detection modules DM of light that has been irradiated onto the optical model from each light source module LM and propagated through the optical model in the simulation. That is, errors due to poor contact between the detection module DM and the optical model surface in the simulation can be suppressed.

また、上記第2実施形態及び変形例の光学検査方法では、上記第1実施形態の光学検査方法と同様に、第1の検出光量分布を補正する工程において、上記シミュレーションにおいて各検出モジュールDMに隣接する少なくとも2つの光源モジュールLMから光学モデルに照射され該光学モデル内を伝播した光の該検出モジュールDMの検出光量を比較し、その比較結果に基づいて少なくとも2つの光源モジュールLMのうち少なくとも1つの光源モジュールLMからの光の該検出モジュールDMの検出光量を補正可能であっても良い(図33のステップS34〜S36参照)。   Further, in the optical inspection method of the second embodiment and the modified example, as in the optical inspection method of the first embodiment, in the step of correcting the first detected light amount distribution, adjacent to each detection module DM in the simulation. The detected light amount of the detection module DM of the light that has been applied to the optical model from the at least two light source modules LM and propagated through the optical model is compared, and at least one of the at least two light source modules LM is compared based on the comparison result It may be possible to correct the amount of light detected by the detection module DM of the light from the light source module LM (see steps S34 to S36 in FIG. 33).

この場合も、上記シミュレーションにおいて複数の光源モジュールLMから光学モデルに照射され該光学モデル内を伝播した複数の光の各検出モジュールDMの検出光量の誤差を抑制できる。すなわち、上記シミュレーションにおいて光源モジュールLMと光学モデル表面との接触不良等に起因する誤差を抑制できる。   Also in this case, it is possible to suppress an error in the amount of light detected by each detection module DM of the plurality of lights that are irradiated to the optical model from the plurality of light source modules LM and propagated in the optical model in the simulation. In other words, errors due to poor contact between the light source module LM and the optical model surface in the simulation can be suppressed.

また、上記第2実施形態及び変形例の光学検査方法では、上記第1実施形態の光学検査方法と同様に、上記シミュレーションにおいて、互いに隣接する2つの光源モジュールLMを第1及び第2の光源モジュールLMとし、第1及び第2の光源モジュールLMにそれぞれが隣接し、かつ互いに隣接する2つの検出モジュールDMを第1及び第2の検出モジュールDMとすると、第1の検出光量分布を補正する工程では、上記シミュレーションにおいて第1の光源モジュールLMから光学モデルに照射され該光学モデル内を伝播した光の前記第1及び第2の検出モジュールDMの検出光量1、2と、2の光源モジュールLMから光学モデルに照射され該光学モデル内を伝播した光の前記第1及び第2の検出モジュールDMの検出光量3、4を比較し、その比較結果に基づいて検出光量1、2、3、4の少なくとも1つを補正可能であっても良い(ステップS37〜S39参照)。   Further, in the optical inspection method according to the second embodiment and the modified example, similarly to the optical inspection method according to the first embodiment, in the simulation, the two light source modules LM adjacent to each other are replaced with the first and second light source modules. A process of correcting the first detected light amount distribution, assuming that two detection modules DM that are adjacent to each other and are adjacent to each other are the first and second detection modules DM. Then, in the above simulation, from the first and second light source modules LM, the detected light amounts 1 and 2 of the first and second detection modules DM of the light that has been applied to the optical model from the first light source module LM and propagated through the optical model. A ratio of the detected light amounts 3 and 4 of the first and second detection modules DM of the light irradiated to the optical model and propagated through the optical model is compared. And it may be capable of correcting at least one of the detected light 1,2,3,4 based on the comparison result (see step S37 to S39).

この場合、上記シミュレーションにおいて隣接する4つのプローブの設置状態の違いに起因する誤差を抑制できる。   In this case, it is possible to suppress errors due to the difference in the installation state of the four adjacent probes in the simulation.

また、上記第2実施形態及び変形例の光学検査方法では、第1及び第2の検出光量分布を補正する工程において、深さ方向の重み付け(図33のステップS40参照)を行っても良い。   In the optical inspection methods of the second embodiment and the modified example, weighting in the depth direction (see step S40 in FIG. 33) may be performed in the step of correcting the first and second detected light amount distributions.

また、上記第1及び第2実施形態、変形例において、被検体の検出光量分布を取得する際に、図33のフローチャートにおけるステップS31〜S33の一連の工程、ステップS34〜S36の一連の工程、ステップS37〜S39の一連の工程、ステップS40の少なくとも1つを行って取得しても良い。この場合、被検体の検出光量分布を精度良く取得できる。   Further, in the first and second embodiments and modifications, when acquiring the detected light amount distribution of the subject, a series of steps S31 to S33, a series of steps S34 to S36 in the flowchart of FIG. You may acquire by performing at least 1 of a series of processes of step S37-S39, and step S40. In this case, the detected light amount distribution of the subject can be acquired with high accuracy.

また、上記各実施形態及び変形例において、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。また、複数のプローブは、互いに交差する2方向のいずれにも光源モジュールLMと検出モジュールDMが隣接するように(隣り合うように)配置されることが好ましい。   Further, in each of the above embodiments and modifications, the number of light source modules LM in the irradiation system and the number of detection modules in the detection system can be changed as appropriate. In short, the irradiation system only needs to have at least one light source module LM. The detection system may have at least one detection module DM. The plurality of probes are preferably arranged so that the light source module LM and the detection module DM are adjacent (adjacent) in any of two directions intersecting each other.

また、上記各実施形態及び変形例において、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。   Moreover, in each said embodiment and modification, the structure of light source module LM (light irradiation device) can be changed suitably. For example, the number and arrangement of the surface emitting laser array chips of the light irradiator can be appropriately changed. The type, shape, size, number, etc. of the lenses can be changed as appropriate.

また、上記各実施形態及び変形例では、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。   In each of the above embodiments and modifications, a surface emitting laser is used as the light source of the light irradiator. For example, other than an edge emitting laser (LD), a light emitting diode (LED), an organic EL element, and a semiconductor laser. Alternatively, a laser or the like may be used.

また、上記各実施形態及び変形例では、光照射器の反射部材としてプリズムが用いられているが、他のミラー等が設けられても良い。   Moreover, in each said embodiment and modification, although the prism is used as a reflection member of a light irradiation device, another mirror etc. may be provided.

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。   Moreover, the number and arrangement of groups in the surface emitting laser array chip of Example 2 and the number and arrangement of ch in each group can be changed as appropriate.

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。   The configuration of the detection module DM (photodetector) can be changed as appropriate. For example, the aperture does not necessarily have to be provided. Further, for example, the split lens is not necessarily provided.

以上の説明において述べた形状、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。   Needless to say, the shapes, materials, numbers, dimensions, and numerical values described in the above description are merely examples, and can be changed as appropriate.

なお、上記各実施形態及び変形例で説明した光学検査装置、光学センサの構成の少なくとも一部、光学検査方法における少なくとも1つの工程は、実施形態間、実施形態と変形例の間、実施例間で相互に転用可能であることは言うまでもない。   In addition, at least one part of the configuration of the optical inspection apparatus and the optical sensor described in each of the above embodiments and modifications and at least one step in the optical inspection method is between the embodiments, between the embodiments and the modifications, and between the examples. Needless to say, they can be used interchangeably.

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)。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Optical sensor, 100 ... Optical inspection apparatus, LM ... Light source module (light irradiation device), DM ... Detection module (light detector).

特許3779134号公報Japanese Patent No. 3779134

Claims (27)

光照射器を少なくとも1つ含む照射系と、該照射系から計測対象に照射され該計測対象内を伝播した光の光量を検出する、光検出器を少なくとも1つ含む検出系とを備える光学センサを用いて被検体を検査する光学検査方法であって、
前記被検体を模した複数の光学モデル毎の検出光量分布である第1の検出光量分布を、前記光学センサを仮想的に用いるシミュレーションによって求める工程と、
前記光学センサを用いて前記被検体の検出光量分布である第2の検出光量分布を求める工程と、
前記第1及び第2の検出光量分布に基づいて、前記複数の光学モデルから前記被検体に適した光学モデルを選定する工程と、を含む光学検査方法。
An optical sensor comprising: an irradiation system including at least one light irradiator; and a detection system including at least one light detector that detects the amount of light emitted from the irradiation system to the measurement object and propagated through the measurement object. An optical inspection method for inspecting a subject using
Obtaining a first detected light amount distribution, which is a detected light amount distribution for each of a plurality of optical models simulating the subject, by simulation using the optical sensor virtually;
Obtaining a second detected light amount distribution which is a detected light amount distribution of the subject using the optical sensor;
Selecting an optical model suitable for the subject from the plurality of optical models based on the first and second detected light quantity distributions.
前記第2の検出光量分布を求める工程は、
前記光照射器から非平行な複数の光を前記被検体の同一位置に照射するサブ工程と、
前記被検体内を伝播した複数の光の光量を前記光検出器で個別に検出するサブ工程と、を含み、
前記選定する工程では、前記検出するサブ工程での前記光検出器の複数の検出値の比を用いて、前記複数の光学モデルから前記被検体に適した光学モデルを選定することを特徴とする請求項1に記載の光学検査方法。
The step of obtaining the second detected light amount distribution includes:
A sub-step of irradiating the same position of the subject with a plurality of non-parallel lights from the light irradiator;
A sub-step of individually detecting the light amounts of a plurality of lights propagated in the subject with the photodetector,
In the selecting step, an optical model suitable for the subject is selected from the plurality of optical models using a ratio of a plurality of detection values of the photodetector in the detecting sub-step. The optical inspection method according to claim 1.
前記非平行な複数の光は、前記被検体への入射方向の該被検体への正射影ベクトルが反対向きとなる2つの光を含むことを特徴とする請求項2に記載の光学検査方法。   3. The optical inspection method according to claim 2, wherein the plurality of non-parallel lights include two lights whose orthogonal projection vectors to the subject in a direction of incidence on the subject are opposite to each other. 前記検出系は、前記光検出器を複数含み、
前記第2の検出光量分布を求める工程は、前記照射するサブ工程に先立って、前記複数の光検出器と前記光照射器を、前記複数の光検出器のうち少なくとも2つの光検出器それぞれと前記光照射器との距離が互いに異なるように前記被検体上に配置するサブ工程を更に含み、
前記選定する工程では、前記少なくとも2つの光検出器のうち一の光検出器の複数の検出値の和と他の光検出器の複数の検出値の和の比を更に用いて、前記複数の光学モデルから前記被検体に適した光学モデルを選定することを特徴とする請求項2又は3に記載の光学検査方法。
The detection system includes a plurality of the photodetectors,
In the step of obtaining the second detected light amount distribution, prior to the irradiating sub-step, the plurality of photodetectors and the light irradiator are respectively connected to at least two photodetectors of the plurality of photodetectors. Further including a sub-step of disposing on the subject such that the distance from the light irradiator is different from each other,
In the selecting step, the ratio of the sum of the plurality of detection values of one of the at least two photodetectors and the sum of the plurality of detection values of another photodetector is further used, The optical inspection method according to claim 2, wherein an optical model suitable for the subject is selected from the optical model.
前記照射系は、前記光照射器を複数含み、
前記第2の検出光量分布を求める工程は、前記照射するサブ工程に先立って、前記複数の光照射器と前記光検出器を、前記複数の光照射器のうち少なくとも2つの光照射器それぞれと前記光検出器との距離が互いに異なるように前記被検体上に配置するサブ工程を更に含み、
前記選定する工程では、前記少なくとも2つの光照射器のうち一の光照射器から照射され前記被検体内を伝播した複数の光を前記光検出器が個別に検出したときの複数の検出値の和と、前記少なくとも2つの光照射器のうち他の光照射器から照射され前記被検体内を伝播した複数の光を前記光検出器が個別に検出したときの複数の検出値の和の比を更に用いて、前記複数の光学モデルから前記被検体に適した光学モデルを選定することを特徴とする請求項2又は3に記載の光学検査方法。
The irradiation system includes a plurality of the light irradiators,
In the step of obtaining the second detected light amount distribution, prior to the irradiating sub-step, the plurality of light irradiators and the light detectors are respectively connected to at least two of the plurality of light irradiators. A sub-step of disposing on the subject such that the distance from the photodetector is different from each other;
In the selecting step, a plurality of detection values when the light detector individually detects a plurality of lights irradiated from one of the at least two light irradiators and propagated in the subject. The ratio of the sum and the sum of a plurality of detection values when the light detector individually detects a plurality of lights irradiated from another light irradiator of the at least two light irradiators and propagated in the subject. The optical inspection method according to claim 2, further comprising: selecting an optical model suitable for the subject from the plurality of optical models.
選定された前記光学モデルの前記第1の検出光量分布及び前記第2の検出光量分布を用いて前記被検体内の情報を取得する工程を更に含むことを特徴とする請求項1〜5のいずれか一項に記載の光学検査方法。   6. The method according to claim 1, further comprising a step of acquiring information in the subject using the first detected light quantity distribution and the second detected light quantity distribution of the selected optical model. The optical inspection method according to claim 1. 非平行な複数の光を計測対象の同一位置に照射する光照射器を少なくとも1つ含む照射系と、該照射系から計測対象に照射され該計測対象内を伝播した複数の光の光量を個別に検出する光検出器を少なくとも1つ含む検出系とを備える光学センサを用いて被検体を検査する光学検査方法であって、
前記光学センサを用いて前記被検体の検出光量分布である第1の検出光量分布を求める工程と、
前記第1の検出光量分布に含まれる前記光検出器の複数の検出値の比を用いて、前記被検体を模した光学モデルを補正する工程と、を含む光学検査方法。
An irradiation system that includes at least one light irradiator that irradiates the same position of the measurement target with a plurality of non-parallel light beams, and individual light quantities of the plurality of lights that are irradiated from the irradiation system to the measurement target and propagated through the measurement target An optical inspection method for inspecting a subject using an optical sensor including a detection system including at least one photodetector for detecting the object,
Obtaining a first detected light amount distribution that is a detected light amount distribution of the subject using the optical sensor;
Correcting an optical model simulating the subject using a ratio of a plurality of detection values of the photodetector included in the first detected light amount distribution.
前記非平行な複数の光は、前記被検体への入射方向の該被検体への正射影ベクトルが反対向きとなる2つの光を含むことを特徴とする請求項7に記載の光学検査方法。   The optical inspection method according to claim 7, wherein the plurality of non-parallel lights include two lights whose orthogonal projection vectors to the subject in a direction of incidence on the subject are opposite to each other. 前記検出系は、前記光検出器を複数含み、
前記第1の検出光量分布を求める工程は、前記複数の光検出器と前記光照射器を、前記複数の光検出器のうち少なくとも2つの光検出器それぞれと前記光照射器との距離が互いに異なるように前記被検体上に配置するサブ工程を含み、
前記補正する工程では、前記少なくとも2つの光検出器のうち一の光検出器の複数の検出値の和と他の光検出器の複数の検出値の和の比を更に用いて、前記光学モデルを補正することを特徴とする請求項7又は8に記載の光学検査方法。
The detection system includes a plurality of the photodetectors,
In the step of obtaining the first detected light amount distribution, the plurality of photodetectors and the light irradiators are arranged such that the distance between each of the light detectors and at least two of the plurality of photodetectors is the same. Including a sub-step of disposing differently on the subject,
In the correcting step, the optical model is further used by further using a ratio of a sum of a plurality of detection values of one of the at least two photodetectors and a sum of a plurality of detection values of another photodetector. The optical inspection method according to claim 7, wherein the optical inspection method is corrected.
前記照射系は、前記光照射器を複数含み、
前記第1の検出光量分布を求める工程は、前記複数の光照射器と前記光検出器を、前記複数の光照射器のうち少なくとも2つの光照射器それぞれと前記光検出器との距離が互いに異なるように前記被検体上に配置するサブ工程を含み、
前記補正する工程では、前記少なくとも2つの光照射器のうち一の光照射器から照射され前記被検体内を伝播した複数の光を前記光検出器が個別に検出したときの複数の検出値の和と、前記少なくとも2つの光照射器のうち他の光照射器から照射され前記被検体内を伝播した複数の光を前記光検出器が個別に検出したときの複数の検出値の和の比を更に用いて、前記光学モデルを補正することを特徴とする請求項7又は8に記載の光学検査方法。
The irradiation system includes a plurality of the light irradiators,
In the step of obtaining the first detected light amount distribution, the plurality of light irradiators and the light detectors are separated from each other by a distance between at least two of the plurality of light irradiators and the light detector. Including a sub-step of disposing differently on the subject,
In the correcting step, a plurality of detection values when the photodetector individually detects a plurality of lights irradiated from one of the at least two light irradiators and propagated in the subject. The ratio of the sum and the sum of a plurality of detection values when the light detector individually detects a plurality of lights irradiated from another light irradiator of the at least two light irradiators and propagated in the subject. The optical inspection method according to claim 7, wherein the optical model is corrected by further using the method.
補正された前記光学モデルの検出光量分布である第2の検出光量分布を、前記光学センサを仮想的に用いるシミュレーションによって求める工程と、
前記第1及び第2の検出光量分布を用いて前記被検体内の情報を取得する工程を更に含む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検査方法。
Obtaining a second detected light amount distribution which is a corrected detected light amount distribution of the optical model by simulation using the optical sensor virtually;
The optical inspection method according to any one of claims 7 to 10, further comprising a step of acquiring information in the subject using the first and second detected light amount distributions.
前記複数の光学モデルのうち選定された光学モデルを含む少なくとも1つの光学モデルの前記第1の検出光量分布に基づいて前記第2の検出光量分布を補正する工程を更に含むことを特徴とする請求項1〜6のいずれか一項に記載の光学検査方法。   The method further comprises a step of correcting the second detected light amount distribution based on the first detected light amount distribution of at least one optical model including the selected optical model among the plurality of optical models. Item 7. The optical inspection method according to any one of Items 1 to 6. 前記第2の検出光量分布を補正する工程では、前記少なくとも1つの光学モデルの第1の検出光量分布から得られた補正係数を用いて前記第2の検出光量分布を補正することを特徴とする請求項12に記載の光学検査方法。   In the step of correcting the second detected light amount distribution, the second detected light amount distribution is corrected using a correction coefficient obtained from the first detected light amount distribution of the at least one optical model. The optical inspection method according to claim 12. 前記情報を取得する工程に先立って、前記複数の光学モデルのうち選定された光学モデルを含む少なくとも1つの光学モデルの前記第1の検出光量分布に基づいて前記第2の検出光量分布を補正する工程を更に含むことを特徴とする請求項6に記載の光学検査方法。   Prior to the step of acquiring the information, the second detected light amount distribution is corrected based on the first detected light amount distribution of at least one optical model including the selected optical model among the plurality of optical models. The optical inspection method according to claim 6, further comprising a step. 前記第2の検出光量分布を補正する工程では、前記少なくとも1つの光学モデルの第1の検出光量分布から得られた補正係数を用いて前記第2の検出光量分布を補正することを特徴とする請求項14に記載の光学検査方法。   In the step of correcting the second detected light amount distribution, the second detected light amount distribution is corrected using a correction coefficient obtained from the first detected light amount distribution of the at least one optical model. The optical inspection method according to claim 14. 前記第2の検出光量分布を補正する工程では、前記被検体の性別、年齢、身長、体重、頭部外周長、毛髪の太さ、毛髪の密度、肌の色のうち少なくとも1つの情報を用いることを特徴とする請求項12〜15のいずれか一項に記載の光学検査方法。   In the step of correcting the second detected light amount distribution, at least one information among the sex, age, height, weight, head circumference, hair thickness, hair density, and skin color of the subject is used. The optical inspection method according to any one of claims 12 to 15, wherein: 前記光学モデルは、前記光照射器及び前記光検出器と、前記被検体の表面との間に介在し得る仮想的な層を含むことを特徴とした請求項1〜16のいずれか一項に記載の光学検査方法。   The optical model includes a virtual layer that can be interposed between the light irradiator and the photodetector and the surface of the subject. The optical inspection method described. 前記第2の検出光量分布を求める工程では、20秒以上の検出を行い、検出光量の最大値を用いて前記第2の検出光量分布を求めることを特徴とする請求項1〜6、12〜17のいずれか一項に記載の光学検査方法。   In the step of obtaining the second detected light amount distribution, detection is performed for 20 seconds or more, and the second detected light amount distribution is obtained using a maximum value of the detected light amount. The optical inspection method according to any one of 17. 前記選定する工程に先立って、前記第1の検出光量分布を補正する工程を更に含むことを特徴とする請求項1〜6、12〜18のいずれか一項に記載の光学検査方法。   The optical inspection method according to any one of claims 1 to 6, and 12 to 18, further comprising a step of correcting the first detected light amount distribution prior to the selecting step. 前記少なくとも1つの光検出器は、複数の光検出器であり、
前記シミュレーションにおいて、前記光照射器及び前記複数の光検出器は、前記光照射器に少なくとも2つの前記光検出器が隣接するように前記光学モデルに仮想的に装着され、
前記第1の検出光量分布を補正する工程では、前記シミュレーションにおいて前記光照射器から前記光学モデルに照射され該光学モデルを伝播した光の、該光照射器に隣接する前記少なくとも2つの光検出器の検出光量を比較し、その比較結果に基づいて前記少なくとも2つの光検出器の検出光量のうち少なくとも1つの検出光量を補正可能なことを特徴とする請求項19に記載の光学検査方法。
The at least one photodetector is a plurality of photodetectors;
In the simulation, the light irradiator and the plurality of light detectors are virtually mounted on the optical model such that at least two light detectors are adjacent to the light irradiator,
In the step of correcting the first detected light amount distribution, the at least two photodetectors adjacent to the light irradiator of the light irradiated from the light irradiator to the optical model and propagated through the optical model in the simulation. 20. The optical inspection method according to claim 19, wherein the detected light amounts can be compared, and at least one of the detected light amounts of the at least two photodetectors can be corrected based on the comparison result.
前記少なくとも1つの光照射器は、複数の光照射器であり、
前記シミュレーションにおいて、前記複数の光照射器及び前記光検出器は、該光検出器に少なくとも2つの前記光照射器が隣接するように前記光学モデルに仮想的に装着され、
前記第1の検出光量分布を補正する工程では、前記シミュレーションにおいて前記光検出器に隣接する前記少なくとも2つの光照射器から前記光学モデルに照射され該光学モデル内を伝播した光の該光検出器の検出光量を比較し、その比較結果に基づいて前記少なくとも2つの光照射器のうち少なくとも1つの光照射器からの光の該光検出器の検出光量を補正可能なことを特徴とする請求項19又は20に記載の光学検査方法。
The at least one light irradiator is a plurality of light irradiators;
In the simulation, the plurality of light irradiators and the light detectors are virtually mounted on the optical model such that at least two of the light irradiators are adjacent to the light detectors,
In the step of correcting the first detected light amount distribution, in the simulation, the photodetector of light that has been applied to the optical model from the at least two light irradiators adjacent to the photodetector and propagated through the optical model The detected light amount of the light detector of the light from at least one of the at least two light irradiators can be corrected based on the comparison result. The optical inspection method according to 19 or 20.
前記少なくとも1つの光照射器は、複数の光照射器であり、
前記少なくとも1つの光検出器は、複数の光検出器であり、
前記シミュレーションにおいて、前記複数の光照射器及び前記複数の光検出器は、互いに交差する第1及び第2の方向のいずれに関しても前記光照射器と前記光検出器が隣接するように前記光学モデルに仮想的に装着され、
前記光学モデル上において、互いに隣接する2つの前記光照射器を第1及び第2の光照射器とし、前記第1及び第2の光照射器にそれぞれが隣接し、かつ互いに隣接する2つの前記光検出器を第1及び第2の光検出器とすると、
前記第1の検出光量分布を補正する工程では、前記シミュレーションにおいて、前記第1の光照射器から前記光学モデルに照射され該光学モデル内を伝播した光の前記第1及び第2の光検出器の検出光量1、2と、前記第2の光照射器から前記光学モデルに照射され該光学モデル内を伝播した光の前記第1及び第2の光検出器の検出光量3、4を比較し、その比較結果に基づいて前記検出光量1、2、3、4の少なくとも1つを補正可能なことを特徴とする請求項19〜21のいずれか一項に記載の光学検査方法。
The at least one light irradiator is a plurality of light irradiators;
The at least one photodetector is a plurality of photodetectors;
In the simulation, the plurality of light irradiators and the plurality of light detectors are arranged so that the light irradiators and the light detectors are adjacent to each other in both the first and second directions intersecting each other. Is virtually attached to the
On the optical model, the two light irradiators adjacent to each other are defined as first and second light irradiators, the two adjacent to the first and second light irradiators and adjacent to each other. When the photodetectors are the first and second photodetectors,
In the step of correcting the first detected light amount distribution, in the simulation, the first and second photodetectors of light that has been applied to the optical model from the first light irradiator and propagated through the optical model. Are compared with the detected light amounts 3 and 4 of the first and second light detectors of the light that has been applied to the optical model from the second light irradiator and propagated through the optical model. The optical inspection method according to any one of claims 19 to 21, wherein at least one of the detected light amounts 1, 2, 3, and 4 can be corrected based on the comparison result.
前記シミュレーションは、モンテカルロシュミレーションであることを特徴とする請求項1〜6、11、12〜22のいずれか一項に記載の光学検査方法。   The optical inspection method according to any one of claims 1 to 6, 11, and 12 to 22, wherein the simulation is Monte Carlo simulation. 被検体を検査するための光学検査装置であって、
光照射器を少なくとも1つ含む照射系と、該照射系から計測対象に照射され該計測対象内を伝播した光の光量を検出する、光検出器を少なくとも1つ含む検出系とを含む光学センサと、
前記照射系を制御し、前記検出系の検出光量を取得する制御系と、を備え、
前記制御系は、前記光学センサを用いて前記被検体の検出光量分布である第1の検出光量分布を求め、前記光学センサを仮想的に用いるシミュレーションによって求められた、前記被検体を模した複数の光学モデル毎の検出光量分布である第2の検出光量分布と前記第1の検出光量分布に基づいて、前記複数の光学モデルから前記被検体に適した光学モデルを選定する光学検査装置。
An optical inspection apparatus for inspecting a subject,
An optical sensor comprising: an irradiation system including at least one light irradiator; and a detection system including at least one light detector for detecting the amount of light irradiated from the irradiation system to the measurement object and propagated through the measurement object. When,
A control system for controlling the irradiation system and acquiring a detection light amount of the detection system,
The control system obtains a first detected light quantity distribution that is a detected light quantity distribution of the subject using the optical sensor, and a plurality of the specimens obtained by simulation using the optical sensor virtually An optical inspection apparatus that selects an optical model suitable for the subject from the plurality of optical models based on a second detected light quantity distribution that is a detected light quantity distribution for each optical model and the first detected light quantity distribution.
前記制御系は、選定された前記光学モデルの前記第2の検出光量分布及び前記第1の検出光量分布を用いて前記被検体内の情報を取得することを特徴とする請求項24に記載の光学検査装置。   The said control system acquires the information in the said test object using the said 2nd detected light quantity distribution and the said 1st detected light quantity distribution of the selected said optical model, The said subject is characterized by the above-mentioned. Optical inspection device. 前記制御系は、前記複数の光学モデルのうち選定された光学モデルを含む少なくとも1つの光学モデルの前記第2の検出光量分布を用いて前記第1の検出光量分布を補正することを特徴とする請求項24又は25に記載の光学検査装置。   The control system corrects the first detected light amount distribution using the second detected light amount distribution of at least one optical model including an optical model selected from the plurality of optical models. The optical inspection apparatus according to claim 24 or 25. 前記制御系は、前記光学モデルの選定に先立って、前記第2の検出光量分布を補正することを特徴とする請求項24〜26のいずれか一項に記載の光学検査装置。
27. The optical inspection apparatus according to claim 24, wherein the control system corrects the second detected light amount distribution prior to selection of the optical model.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2020030143A (en) * 2018-08-23 2020-02-27 株式会社リコー Optical sensor
CN111912784A (en) * 2020-04-15 2020-11-10 杭州涂鸦信息技术有限公司 Method and system for detecting infrared reflection stray light
CN113892027A (en) * 2019-03-14 2022-01-04 株式会社艾泰克系统 Light irradiation system

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004528542A (en) * 2001-03-06 2004-09-16 フォーリノーバ、アクティーゼルスカブ Method and arrangement for measurement of optical properties of multilayer tissue
US20070238957A1 (en) * 2005-12-22 2007-10-11 Visen Medical, Inc. Combined x-ray and optical tomographic imaging system
WO2009136338A1 (en) * 2008-05-08 2009-11-12 Koninklijke Philips Electronics N.V. An adaptable probe having illumination and detection elements
JP2011239863A (en) * 2010-05-17 2011-12-01 Hitachi Ltd Optical measuring apparatus for living body, and optical measuring method for living body
JP2013070822A (en) * 2011-09-27 2013-04-22 Seiko Epson Corp Concentration quantifying device, optical absorption coefficient calculation method, equivalent scattering coefficient calculation method, concentration quantifying method, program for calculating optical absorption coefficient, and program for calculating concentration
JP2013103094A (en) * 2011-11-16 2013-05-30 Sony Corp Measurement device, measurement method, program, and recording medium
JP2014055939A (en) * 2012-08-13 2014-03-27 Panasonic Corp Object-interior estimation apparatus and method thereof

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004528542A (en) * 2001-03-06 2004-09-16 フォーリノーバ、アクティーゼルスカブ Method and arrangement for measurement of optical properties of multilayer tissue
US20070238957A1 (en) * 2005-12-22 2007-10-11 Visen Medical, Inc. Combined x-ray and optical tomographic imaging system
WO2009136338A1 (en) * 2008-05-08 2009-11-12 Koninklijke Philips Electronics N.V. An adaptable probe having illumination and detection elements
JP2011239863A (en) * 2010-05-17 2011-12-01 Hitachi Ltd Optical measuring apparatus for living body, and optical measuring method for living body
JP2013070822A (en) * 2011-09-27 2013-04-22 Seiko Epson Corp Concentration quantifying device, optical absorption coefficient calculation method, equivalent scattering coefficient calculation method, concentration quantifying method, program for calculating optical absorption coefficient, and program for calculating concentration
JP2013103094A (en) * 2011-11-16 2013-05-30 Sony Corp Measurement device, measurement method, program, and recording medium
JP2014055939A (en) * 2012-08-13 2014-03-27 Panasonic Corp Object-interior estimation apparatus and method thereof

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2020030143A (en) * 2018-08-23 2020-02-27 株式会社リコー Optical sensor
US10768095B2 (en) 2018-08-23 2020-09-08 Ricoh Company, Ltd Optical sensor
JP7117733B2 (en) 2018-08-23 2022-08-15 株式会社リコー optical sensor
CN113892027A (en) * 2019-03-14 2022-01-04 株式会社艾泰克系统 Light irradiation system
CN111912784A (en) * 2020-04-15 2020-11-10 杭州涂鸦信息技术有限公司 Method and system for detecting infrared reflection stray light
CN111912784B (en) * 2020-04-15 2023-10-20 杭州涂鸦信息技术有限公司 Method and system for detecting infrared reflection stray light

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