JP2021014988A - 計測装置 - Google Patents

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青児 西脇
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Abstract

【課題】散乱体の内部に存在する対象物の深さに関する情報を取得できる計測装置を提供する。【解決手段】計測装置１００は、コヒーレントな光１０４を散乱体１０１に向けて出射する光源１０３と、撮像素子１０８と、信号処理回路１１０と、制御装置１３０と、を備え、制御装置は、光源に、散乱体における第１の箇所を光で照射させ、第１の箇所から離れた第１の対象領域１０６から出射した光による第１の干渉像を示す第１の画像信号を撮像素子に出力させ、光源に、散乱体における第２の箇所を光で照射させ、第２の箇所から離れた第２の対象領域から出射した光による第２の干渉像を示す第２の画像信号を撮像素子に出力させ、信号処理回路は、第１および第２の画像信号を用いた演算により、散乱体の内部に存在する対象物の深度に関するデータを生成して出力する。【選択図】図６Ａ

Description

本開示は、計測装置に関する。
従来、人間の眼では感知できない散乱体の内部の状態およびその変化を、光学的方法によって診断または検査する技術が知られている。
例えば、特許文献１は、火傷による肌の損傷を光学的方法によって検査する装置を開示している。特許文献１は、レーザスペックル分析を用いて火傷の深度を推定することを開示している。
特表２０１０−５０３４７５号公報
本開示は、簡素な光学系により、散乱体の内部に存在する対象物の深さに関する情報を取得することができる計測装置を提供する。
本開示の一態様に係る計測装置は、散乱体の内部の情報を取得する計測装置であって、コヒーレントな光を前記散乱体に向けて出射する光源と、撮像素子と、信号処理回路と、前記光源および前記撮像素子を制御し、かつ前記散乱体における前記光の照射位置を制御する制御装置と、を備え、前記制御装置は、前記光源に、前記散乱体における第１の箇所を前記光で照射させ、前記第１の箇所から離れた第１の対象領域から出射した前記光による第１の干渉像を示す第１の画像信号を前記撮像素子に出力させ、前記光源に、前記散乱体における第２の箇所を前記光で照射させ、前記第２の箇所から離れた第２の対象領域から出射した前記光による第２の干渉像を示す第２の画像信号を前記撮像素子に出力させ、前記信号処理回路は、前記第１の画像信号および前記第２の画像信号を用いた演算により、前記散乱体の内部に存在する対象物の深度に関するデータを生成して出力する。
本開示の他の態様に係る計測装置は、散乱体の内部の情報を取得する計測装置であって、コヒーレントな光を前記散乱体に向けて出射する光源と、撮像素子と、信号処理回路と、前記光源および前記撮像素子を制御する制御装置と、を備え、前記制御装置は、前記光源に、前記散乱体における第１の箇所を前記光で照射させ、前記第１の箇所から離れた第１の対象領域から出射した前記光による第１の干渉像と、前記第１の箇所から離れた第２の対象領域から出射した前記光による第２の干渉像とを含む画像を示す画像信号を前記撮像素子に出力させ、前記信号処理回路は、前記画像信号のうち、前記第１の干渉像を示す部分の信号と、前記第２の干渉像を示す部分の信号とを用いた演算により、前記散乱体の内部に存在する対象物の深度に関するデータを生成して出力する。
本開示の一態様によれば、簡素な光学系により、散乱体の内部に存在する対象物の深さに関する情報を取得することができる。
図１Ａは、解析モデルの構成例を模式的に示す上面図である。 図１Ｂは、解析モデルの構成例を模式的に示す側面図である。 図２Ａは、散乱体１０１をＸ方向に移動したときの、散乱体の移動量と光量との関係をプロットしたグラフの一例を示す図である。 図２Ｂは、散乱体１０１をＸ方向に移動したときの、散乱体の移動量と位相ばらつきとの関係をプロットしたグラフの一例を示す図である。 図３Ａは、異物１０２の存在しない周辺領域を基準として、散乱体の移動量と光量の変化率との関係をプロットしたグラフの一例を示す図である。 図３Ｂは、異物１０２の存在しない周辺領域を基準として、散乱体の移動量と位相ばらつきの変化率との関係をプロットしたグラフの一例を示す図である。 図４Ａは、散乱体をスキャンした場合における、位相ばらつきの変化率の最大値と、コヒーレンス長との関係をプロットしたグラフの一例を示す図である。 図４Ｂは、図４Ａにおけるコヒーレント長１５０ｍｍまでの部分を拡大した図である。 図５は、散乱体１０１をスキャンした場合における、異物１０２の深さと、光量および位相ばらつきの変化率の変化分の最大値との関係をプロットしたグラフの一例を示す図である。 図６Ａは、本開示の例示的な実施形態における第１の撮像が行われるときの計測装置１００と散乱体１０１との配置関係を模式的に示す図である。 図６Ｂは、本開示の例示的な実施形態における第２の撮像が行われるときの計測装置１００と散乱体１０１との配置関係を模式的に示す図である。 図７Ａは、第１の撮像によって取得される第１の干渉像１０９の一例を示す図である。 図７Ｂは、第２の撮像によって取得される第２の干渉像１１３の一例を示す図である。 図８は、信号処理回路１１０の動作の一例を示すフローチャートである。 図９は、本開示の他の実施形態における計測装置１００の構成を模式的に示す図である。 図１０Ａは、実施例において用いた異物１０２ａ、１０２ｂを含む散乱体１０１を模式的に示す上面図である。 図１０Ｂは、実施例において用いた異物１０２ａ、１０２ｂを含む散乱体１０１を模式的に示す側面図である。 図１１Ａは、散乱体における対象領域の位置と、干渉像の光量との関係をプロットしたグラフの一例を示す図である。 図１１Ｂは、散乱体における対象領域の位置と、干渉像の位相ばらつきとの関係をプロットしたグラフの一例を示す図である。 図１２Ａは、散乱体における対象領域の位置と光量の変化率および位相ばらつきの変化率との関係をプロットしたグラフの一例を示す図である。 図１２Ｂは、散乱体における対象領域の位置と、図１２Ａに示す例における光量変化率と位相ばらつき変化率の比との関係をプロットしたグラフの一例を示す図である。 図１２Ｃは、散乱体における対象領域の位置と補正後の変化率の比との関係をプロットしたグラフの一例を示す図である。 図１３Ａは、図１２Ｃの結果から、深さ２ｍｍを基準として浅い領域の情報のみを抽出した結果を示す図である。 図１３Ｂは、図１２Ｃの結果から、深さ５ｍｍを基準として深い領域の情報のみを抽出した結果を示す図である。 図１４Ａは、実施形態の計測装置２００を人体頭部２０１の血流の検出に応用した例を模式的に示す図である。 図１４Ｂは、実施形態の計測装置２０４を腕２０５における皮下の血流の検出に応用した例を模式的に示す図である。 図１４Ｃは、実施形態の計測装置２０８を食品２１２の検査に応用した例を模式的に示す図である。
（本開示の基礎となった知見）
本開示の実施形態を説明する前に、本開示の基礎となった知見を説明する。
従来、人間の眼では感知できない散乱体の内部の状態およびその変化を、光学的方法によって診断または検査する様々な技術が開発されてきた。前述の特許文献１に開示された技術以外にも、例えば光電脈波センサ、ＮＩＲＳ（Near-infrared spectroscopy）、およびＯＣＴ（Optical Coherence Tomography）などの計測装置が開発されてきた。
光電脈波センサでは、皮膚の表面が、緑または近赤外のＬＥＤ照明光で照射される。皮下の動脈にはヘモグロビンを含む血液が流れている。ヘモグロビンは緑または近赤外の光を吸収する性質を有している。動脈が脈動すると、動脈内の血流の状態が変化する。その結果、照射領域におけるヘモグロビンの光吸収量が変化する。動脈または皮下組織で多重散乱されて再び皮膚の表面から出射された照明光の成分をフォトダイオードで検出することにより、動脈の脈動に応じた受光光量の変化を観測することができる。このようにして、脈波信号が検出される。光電脈波センサは、散乱体の内部の状態を光量の大きさとして検出する。
別の例として、ＮＩＲＳと称される脳機能計測装置がある。ＮＩＲＳでは、頭皮が、近赤外のレーザ照明光またはＬＥＤ照明光で照射される。頭部の内部において多重散乱された照明光の一部は、頭蓋骨を透過して散乱しながら頭蓋内の脳表層部に到達する。脳血液に含まれるヘモグロビンの量が変化すると、当該照明光の一部は脳表層部においてさらに多重散乱される。これにより、頭皮表面から出射される光の量が変化する。この変化をフォトダイオードによって観測することにより、脳表層部の活動状態が推定される。ＮＩＲＳにおいても、光電脈波センサと同様に、散乱体の内部の状態が、光量の大きさとして検出される。
さらに別の例として、ＯＣＴと称される光断層計測装置がある。ＯＣＴは一種の光干渉計である。可干渉距離、すなわちコヒーレンス長が数十μｍ程度の照明光が、ビームスプリッタによって２つに分岐される。一方の光は、ミラーで反射されて参照光になる。他方の光は、生体などの散乱体に入射し、散乱体の内部で光が散乱して再び表面から出射して信号光になる。信号光と参照光とをビームスプリッタで合波させると、参照光の光路長と等しい光路長を有する信号光の成分が干渉して、干渉光が生成される。ここで、干渉に寄与する信号光の成分は、散乱体の内部を直進し反射して表面から出射する光の成分のみである。当該光の成分は、直進反射光と称される。干渉に寄与する信号光の成分には、散乱体の内部で多重散乱された光の成分は含まれない。参照光のミラーを光軸方向に動かして光路長を変化させ、干渉光の光量をフォトダイオードによって検出することにより、散乱体の深さ方向の反射光量分布をコヒーレンス長程度の分解能で計測することができる。ＯＣＴは、散乱体内部の特定深さの反射光量を、干渉現象を利用して検出する。
上記の脈波センサおよびＮＩＲＳなどの方法では、散乱体の内部に存在する対象物の深さに関する情報を取得することができない。また、上記のＯＣＴのような方法では、対象物の深さに関する情報を取得することができるものの、参照光用のミラーおよびビームスプリッタが必要になり、光学系が複雑になる。
本発明者らは、以上の課題を見出し、この課題を解決するための新規な計測装置に想到した。
本開示は、以下の項目に記載の計測装置を含む。
［項目１］
散乱体の内部の情報を取得する計測装置であって、
コヒーレントな光を前記散乱体に向けて出射する光源と、
撮像素子と、
信号処理回路と、
前記光源および前記撮像素子を制御し、かつ前記散乱体における前記光の照射位置を制御する制御装置と、
を備え、
前記制御装置は、
前記光源に、前記散乱体における第１の箇所を前記光で照射させ、前記第１の箇所から離れた第１の対象領域から出射した前記光による第１の干渉像を示す第１の画像信号を前記撮像素子に出力させ、
前記光源に、前記散乱体における第２の箇所を前記光で照射させ、前記第２の箇所から離れた第２の対象領域から出射した前記光による第２の干渉像を示す第２の画像信号を前記撮像素子に出力させ、
前記信号処理回路は、前記第１の画像信号および前記第２の画像信号を用いた演算により、前記散乱体の内部に存在する対象物の深度に関するデータを生成して出力する、
計測装置。
［項目２］
前記制御装置は、前記光源および前記散乱体の少なくとも一方の位置を変化させるアクチュエータを備え、前記アクチュエータを駆動することによって前記照射位置を変化させる、項目１に記載の計測装置。
［項目３］
前記第１の箇所と前記第１の対象領域の中心との距離は、前記第２の箇所と前記第２の対象領域の中心との距離に等しい、
項目１または２に記載の計測装置。
［項目４］
前記信号処理回路は、
前記第１の画像信号に基づいて、前記第１の干渉像の輝度の平均を表す第１の平均輝度と、前記第１の干渉像の輝度のばらつきを表す第１の輝度ばらつきとを算出し、
前記第２の画像信号に基づいて、前記第２の干渉像の輝度の平均を表す第２の平均輝度と、前記第２の干渉像の輝度のばらつきを表す第２の輝度ばらつきとを算出し、
前記第１および第２の平均輝度と、前記第１および第２の輝度ばらつきとを用いた演算により、前記対象物の深度に関するデータを生成して出力する、
項目１から３のいずれかに記載の計測装置。
［項目５］
前記制御装置は、
前記光源に、前記散乱体における前記第１および第２の箇所を含む複数の箇所を前記光で順次照射させ、前記複数の箇所からそれぞれ等距離にある複数の対象領域から出射した前記光による複数の干渉像を示す複数の画像信号を前記撮像素子に順次出力させ、
前記信号処理回路は、前記複数の画像信号を用いた演算により、前記対象物の深度に関するデータを生成して出力する、
項目１から４のいずれかに記載の計測装置。
［項目６］
前記複数の箇所は、前記散乱体の表面に沿った一方向に等間隔に並ぶ、
項目５に記載の計測装置。
［項目７］
散乱体の内部の情報を取得する計測装置であって、
コヒーレントな光を前記散乱体に向けて出射する光源と、
撮像素子と、
信号処理回路と、
前記光源および前記撮像素子を制御する制御装置と、
を備え、
前記制御装置は、
前記光源に、前記散乱体における第１の箇所を前記光で照射させ、前記第１の箇所から離れた第１の対象領域から出射した前記光による第１の干渉像と、前記第１の箇所から離れた第２の対象領域から出射した前記光による第２の干渉像とを含む画像を示す画像信号を前記撮像素子に出力させ、
前記信号処理回路は、前記画像信号のうち、前記第１の干渉像を示す部分の信号と、前記第２の干渉像を示す部分の信号とを用いた演算により、前記散乱体の内部に存在する対象物の深度に関するデータを生成して出力する、
計測装置。
［項目８］
前記第１の箇所と前記第１の対象領域の中心との距離は、前記第１の箇所と前記第２の対象領域の中心との距離に等しい、
項目７に記載の計測装置。
［項目９］
前記信号処理回路は、
前記画像信号のうち、前記第１の干渉像を示す部分の信号に基づいて、前記第１の干渉像の輝度の平均を表す第１の平均輝度と、前記第１の干渉像の輝度のばらつきを表す第１の輝度ばらつきとを算出し、
前記画像信号のうち、前記第２の干渉像を示す部分の信号に基づいて、前記第２の干渉像の輝度の平均を表す第２の平均輝度と、前記第２の干渉像の輝度のばらつきを表す第２の輝度ばらつきとを算出し、
前記第１および第２の平均輝度と、前記第１および第２の輝度ばらつきとを用いた演算により、前記散乱体の内部に存在する、前記対象物の深度に関するデータを生成して出力する、
項目７または８に記載の計測装置。
［項目１０］
前記信号処理回路は、
前記第１の平均輝度と前記第２の平均輝度との差の絶対値を、前記第１または第２の平均輝度で割ることにより、平均輝度の変化率を算出し、
前記第１の輝度ばらつきと前記第２の輝度ばらつきとの差の絶対値を、前記第１または第２の輝度ばらつきで割ることにより、輝度ばらつきの変化率を算出し、
前記平均輝度の変化率と前記輝度ばらつきの変化率との比から、前記対象物が、前記散乱体の内部における２つ以上の異なる深度領域のどの領域に存在するかを判断する、
項目４または９に記載の計測装置。
［項目１１］
前記光源が出射する光のコヒーレンス長は、１ｍｍ以上４００ｍｍ以下である、
項目１から１０のいずれかに記載の計測装置。
［項目１２］
前記コヒーレンス長は、２ｍｍ以上１００ｍｍ以下である、
項目１から１１のいずれかに記載の計測装置。
［項目１３］
前記コヒーレンス長は、５ｍｍ以上２０ｍｍ以下である、
項目１から１２のいずれかに記載の計測装置。
［項目１４］
前記散乱体は、生体であり、
前記対象物は、前記生体の内部においてヘモグロビン濃度が周囲よりも高い部分であり、
前記信号処理回路は、前記散乱体の内部の血液の状態を示すデータを生成して出力する、
項目１から１３のいずれかに記載の計測装置。
［項目１５］
前記散乱体は、食品であり、
前記対象物は、前記食品に封入された内容物であり、
前記信号処理回路は、前記内容物が正しい深度に位置しているかどうかを判定し、判定結果を出力する、
項目１から１３のいずれかに記載の計測装置。
以下、本開示のより具体的な実施形態を説明する。ただし、必要以上に詳細な説明は省略する場合がある。例えば、既によく知られた事項の詳細説明および実質的に同一の構成に対する重複説明を省略する場合がある。これは、以下の説明が不必要に冗長になることを避け、当業者の理解を容易にするためである。なお、発明者は、当業者が本開示を十分に理解するために添付図面および以下の説明を提供するのであって、これらによって特許請求の範囲に記載の主題を限定することを意図するものではない。以下の説明において、同一または類似する機能を有する構成要素については、同じ参照符号を付している。
（本開示の実施形態の構成に至った経緯）
本発明者らは、光学的な散乱体の内部に、当該散乱体とは散乱性の異なる物質が存在する場合に、当該物質の深さの情報を取得する計測装置を検討した。そのような計測装置の解析モデルに基づいて検討を行った。以下、当該物質を「異物」または「対象物」と称する。本発明者らは、この解析モデルにおける散乱体を照明光で照射した場合における散乱体の表面から出射される多重散乱光の分布を、モンテカルロ法によって計算した。
図１Ａおよび１Ｂは、それぞれ、解析モデルの構成を模式的に示す上面図および側面図である。図１Ａおよび１Ｂに示す両矢印は、散乱体１０１を移動させることを表している。以下の説明において、互いに直交するＸ、Ｙ、Ｚ軸によって規定される座標系を用いる。この解析モデルでは、散乱体１０１の表面はＸＹ平面に平行である。散乱体１０１の表面上のある箇所（「照射部１０５」と称する）が照明光で照射され、その箇所からＸ方向に所定距離だけ離れた箇所（「対象領域１０６」と称する）から出た光が検出される。
本解析モデルでは、散乱体１０１の内部の深さｄ［ｍｍ］の位置に、異物１０２が封入されている。散乱体１０１は、吸収係数μａ＝０．００２ｍｍ−１および等価散乱係数μｓ＝０．２４ｍｍ−１を有する材料である。異物１０２のサイズは、１０×１０×１０ｍｍである。異物１０２は散乱体１０１よりも散乱性が低い物質であり、等価散乱係数μｓはゼロである。照明光として、サイズが十分に微小なスポットの光を用いた。
照射部１０５からＸ方向に４ｍｍ離れた３．２×３．２ｍｍの領域を、撮影対象の領域、すなわち対象領域１０６とした。以下では、照射部１０５と対象領域１０６の中心との距離をＳＤ距離（Ｓｏｕｒｃｅ−Ｄｅｔｅｃｔｏｒ間距離）と称する。本解析モデルでは、ＳＤ距離は４ｍｍである。対象領域１０６から出射した散乱光は、ＮＡ＝１．０の光学系１０７によって結像される。散乱体１０１の表面から異物１０２の表面までの深さｄは、２ｍｍ、５ｍｍおよび１０ｍｍの３通りで変化させた。それぞれの深さについて、対象領域１０６に対応する不図示の像面における、光量と、光の位相の空間的なばらつき（以下、「位相ばらつき」と称する。）とが計算された。本解析では、像面における光量の標準偏差を位相ばらつきとして計算した。
散乱体の内部に入った光は多重散乱され、各光線の光路長は照明光の波長よりもはるかに大きなオーダーでばらつく。したがって、像面での位相は空間的にランダムになる。しかしながら、そのランダムな位相ばらつきを干渉像として観測できる可能性がある。その可能性は、照明光のコヒーレンス長と、散乱体内を通る多数の光線の平均光路長との関係に依存して変化する。
散乱体１０１を通る多数の光線の光路長のばらつきの絶対量（以下、「光路長偏差」と称する。）は、平均光路長が長くなるほど大きくなる。照明光のコヒーレンス長が光路長偏差に対して同程度以上の場合、像面において近傍に存在する２つの光線は互いに干渉性を有する。これにより、２つの光線の位相差が干渉像に現れる。一方、照明光のコヒーレンス長が光路長偏差よりも小さい場合、像面において近傍に存在する２つの光線が互いに干渉性を有する確率は低くなる。そのため、位相差が干渉像に現れる確率も低下する。
以上のことから、干渉像として観測される位相ばらつきには、照射部１０５から散乱体１０１の内部に侵入して対象領域１０６に至るまでの多重散乱された光線の平均光路長が反映される。
図２Ａは、散乱体１０１をＸ方向に移動させたときの、散乱体の移動量と光量との関係をプロットしたグラフの一例を示す図である。図２Ａに示す例から、内部に異物１０２が存在する領域を撮像した場合、他の領域を撮像した場合と比較して、検出される光量が低下することがわかる。これは、以下のように説明できる。異物１０２は、散乱体１０１よりも低い散乱性を有する。そのため、異物１０２の存在する部分から散乱体１０１の表面方向に戻ってくる光が少なくなる。
図２Ｂは、散乱体１０１をＸ方向に移動させたときの、散乱体の移動量と位相ばらつきとの関係をプロットしたグラフの一例を示す図である。図２Ｂに示す例から、内部に異物１０２が存在する領域を撮像した場合、他の領域を撮像した場合と比較して、位相ばらつきが増加することがわかる。これは、以下のように説明できる。異物１０２の存在する部分を通る光の光路長が短くなる影響により、平均光路長が短くなる。そのため、照明光のコヒーレンス長に対して光路長偏差が小さくなって干渉性が高くなる。
図３Ａは、異物１０２の存在しない周辺領域での値を基準として、散乱体１０１の移動量と光量の変化率との関係をプロットしたグラフの一例を示す図である。図３Ｂは、異物１０２の存在しない周辺領域での値を基準として、散乱体の移動量と位相ばらつきの変化率との関係をプロットしたグラフの一例を示す図である。
図３Ａおよび３Ｂに示す例から、光量および位相ばらつきのいずれも、異物１０２の深さが浅いほど大きい変化率を示すことがわかる。着目すべき点は、光量の変化率は、深さに対して急激に低下するのに対し、位相ばらつきの変化率は、深さに対して緩やかに低下することである。
本解析では、照明光のコヒーレンス長を１０ｍｍとした。コヒーレンス長が短すぎると多重散乱光の干渉性そのものが低下する。そのため、異物の有無による位相ばらつきの変化が小さくなる。一方、コヒーレンス長が長すぎると異物の有無にかかわらず多重散乱光の干渉性が高いままとなる。そのため、位相ばらつきの変化が小さくなる。したがって、適切なコヒーレンス長は一定の範囲内にある。
図４Ａは、散乱体をスキャンした場合における、位相ばらつきの変化率の最大値と、コヒーレンス長との関係をプロットしたグラフの一例を示す図である。図４Ｂは、図４Ａにおけるコヒーレント長１５０ｍｍまでの部分を拡大した図である。
図４Ａおよび図４Ｂに示す例から、位相ばらつきの変化率を大きくするコヒーレンス長の範囲は、例えば１ｍｍ以上４００ｍｍ以下であり、ある例では２ｍｍ以上１００ｍｍ以下であり、別のある例では５ｍｍ以上２０ｍｍ以下であり得ることがわかる。
図５は、散乱体１０１をスキャンした場合における、異物１０２の深さと、光量および位相ばらつきの変化率の変化分の最大値との関係をプロットしたグラフの一例を示す図である。ここでは、基準に対する変化率の絶対値を変化率の変化分としている。丸印および四角印は、それぞれ、光量の変化率および位相ばらつきの変化率の変化分の最大値を表している。当該グラフは、言い換えれば、異物１０２の深さに対して光量および位相ばらつきによる検出がどれだけの感度を有するかを示している。
図５に示す例から、この解析モデルでは、異物の深さが２ｍｍの場合には光量による検出の方が感度が高く、異物の深さが５ｍｍまたは１０ｍｍの場合には位相ばらつきによる検出の方が感度が高いことがわかる。
異物１０２の深さに対する低下傾向が、光量の変化率と位相ばらつきの変化率とで異なる理由は、以下のように考えられる。散乱体１０１の表面に照明光を入射させると、表面から深い部分ほど到達する光線は少なくなる。ある深さに存在する異物１０２に起因する光量の変化率は、その深さに到達する光線の数を直接的に反映する。
一方、位相ばらつきの変化率は、照射部１０５から対象領域１０６に至るまでの平均光路長の変化を反映する。異物１０２が非常に浅い部分に存在すると、異物１０２の内部で散乱される光線の光路長は短くなる。しかし、異物１０２の散乱性は低いため、異物１０２内で散乱されて表面に戻る光線の数も少なくなる。結果的に平均光路長が短縮される効果が限定的になると考えられる。
このように、散乱体１０１とは異なる散乱性を有する異物１０２が散乱体１０１の内部に存在する場合には、異物１０２の深さに対して、光量の変化率と位相ばらつきの変化率とは異なる低下傾向を示すことがわかった。
本解析モデルでは、異物１０２は、散乱体１０１よりも低い散乱性を有する。しかし、光量の変化率と位相ばらつきの変化率との間で深さに対する変化傾向が異なる現象が生じる構成は、これに限定されない。例えば、異物１０２が散乱体１０１よりも高い散乱性を有する場合には、散乱体１０１の内部に異物１０２が存在する領域では、光量が増加し、位相ばらつきが減少し得る。散乱体１０１と異物１０２とで吸収係数および等価散乱係数の少なくとも一方が異なる構成でありさえすれば、深さに対する変化傾向が異なる現象が生じる。
（実施形態の構成および動作）
図６Ａは、本開示の例示的な実施形態における計測装置１００の構成を模式的に示す図である。図６Ａには、散乱体１０１も模式的に描かれている。この計測装置１００は、散乱体１０１の表面の第１の箇所を光で照射した状態で第１の撮像を行った後、散乱体１０１の表面の第２の箇所を光で照射した状態で第２の撮像を行う。図６Ａは、第１の撮像が行われるときの計測装置１００と散乱体１０１との配置関係を模式的に示している。図６Ｂは、第２の撮像が行われるときの計測装置１００と散乱体１０１との配置関係を模式的に示している。図６Ｂにおける上向きの矢印は、散乱体１０１を移動させることを表している。図６Ａおよび６Ｂに示すように、第１の撮像と第２の撮像とで、対象領域が異なる。
本実施形態における計測装置１００は、光源１０３と、撮像素子１０８と、信号処理回路１１４と、制御装置１３０とを備える。
光源１０３は、１ｍｍ以上４００ｍｍ以下のコヒーレンス長の光１０４を散乱体１０１に向けて出射する。前述のように、例えば２ｍｍ以上１００ｍｍ以下のコヒーレンス長の光を出射する光源１０３が用いられ得る。ある例では５ｍｍ以上２０ｍｍ以下のコヒーレンス長の光を出射する光源１０３が用いられ得る。光源１０３は、例えば上記の範囲のコヒーレンス長の光を出射するレーザ光源であり得る。
制御装置１３０は、光源１０３および撮像素子１０８を制御する制御回路を含む。制御装置１３０における制御回路は、アクチュエータ１４０を制御して散乱体１０１における光の照射位置を制御する。アクチュエータ１４０は、散乱体１０１を載置する台に接続され、散乱体１０１を、撮像素子１０８の撮像面に平行な方向に移動させることができる。
制御装置１３０は、光源１０３に、散乱体１０１における第１の箇所１０５ａを光１０４で照射させる。この状態で、制御装置１３０は、第１の箇所１０５ａから距離ＳＤだけ離れた第１の対象領域１０６から出射した光による第１の干渉像１０９を示す第１の画像信号１０９ｓを撮像素子１０８に出力させる。これにより、第１の撮像が完了する。
続いて制御装置１３０は、光源１０３に、散乱体１０１における第２の箇所１０５ｂを光１０４で照射させる。この状態で、制御装置１３０は、第２の箇所１０５ｂから離れた第２の対象領域１１２から出射した光による第２の干渉像１１３を示す第２の画像信号１１３ｓを撮像素子１０８に出力させる。これにより、第２の撮像が完了する。
信号処理回路１１０は、第１の画像信号１０９ｓおよび第２の画像信号１１３ｓを用いた演算により、散乱体１０１の内部に存在する異物１０２の深度に関するデータを生成して出力する。
制御装置１３０は、例えばメモリに記録されたプログラムを実行することにより、上記の制御を実行する。制御装置１３０は、例えば中央演算処理装置（ＣＰＵ）またはマイクロコンピュータ（マイコン）などの集積回路を含み得る。制御装置１３０および信号処理回路１１０は、１つに統合されてもよい。
図６Ａおよび図６Ｂには、アクチュエータ１４０が制御装置１３０から独立した構成要素として示されている。しかし、制御装置１３０は、アクチュエータ１４０を含んでいてもよい。アクチュエータ１４０は、制御装置１３０における制御回路から与えられる制御信号に応答して、散乱体１０１の位置を、光学系１０７の光軸に交差する方向に移動させる。このように、制御装置１３０は、アクチュエータ１４０を駆動することによって照射位置を変化させる。
本実施形態では、第１の箇所１０５ａと第１の対象領域１０６の中心との距離は、第２の箇所１０５ｂと第２の対象領域１１２の中心との距離に等しい。これにより、異物１０２が存在しない領域における検出光量を概ね同程度の値にすることができる。本明細書において、２つの距離が「等しい」とは、両者の差の絶対値が、小さい方の距離の１０％未満であることを意味する。なお、第１の箇所１０５ａと第１の対象領域１０６の中心との距離が、第２の箇所１０５ｂと第２の対象領域１１２の中心との距離とは異なっていてもよい。その場合、距離の差に応じて信号処理回路１１０が第１および第２の画像信号の少なくとも一方を補正し、両信号を比較できるようにしてもよい。
図６Ａに示す例では、光学的な散乱体１０１の内部に異物１０２が存在する。異物１０２は、吸収係数および等価散乱係数の少なくとも一方が、周囲の散乱体１０１とは異なる物質である。散乱体１０１の例は生体組織であり、異物１０２の例は、血液中のヘモグロビンであり得る。
以下、本実施形態の計測装置１００の動作を説明する。
光源１０３は、制御装置１３０からの指示に従い、所定のコヒーレンス長を有する照明光１０４で、散乱体１０１の表面における第１の箇所１０５ａを照射する。第１の箇所１０５ａからＳＤ距離だけ離れた第１の対象領域１０６から出た散乱光の像が、光学系１０７を経て、撮像素子１０８の撮像面に形成される。撮像素子１０８は、この像を第１の干渉像１０９として撮像し、第１の画像信号を出力する。
次に、図６Ｂに示すように、制御装置１３０の制御回路は、アクチュエータ１４０に、光源１０３、レンズ１０７、および撮像素子１０８の位置を維持したまま、散乱体１０１を移動させる。これにより、撮像素子１０８は、第１の対象領域１０６とは異なる第２の対象領域１１２からの干渉光の像を撮像する。光源１０３からの光は、第１の箇所１０５ａとは異なる第２の箇所１０５ｂを照射する。第２の箇所１０５ｂからＳＤ距離だけ離れた第２の対象領域の像が撮像素子１０８の撮像面に形成される。撮像素子１０８は、この像を、第２の干渉像１１３として撮像し、第２の画像信号を出力する。
本実施形態では、散乱体１０１における第１の対象領域１０６の奥に異物１０２が存在し、第２の対象領域１１２の奥には異物１０２が存在しない。このため、第１の画像信号と第２の画像信号とを用いた信号処理により、異物１０２が存在する深さの情報を得ることができる。異物１０２は、第１の対象領域１０６および第２の対象領域１１２の一方の奥に存在していればよい。
実際の撮像では異物１０２が散乱体１０１の内部のどの位置に存在するかわからない場合もある。その場合は、散乱体１０１を移動させながら多数の対象領域を撮像し、その多数の対象領域の中から、第１の対象領域１０６および第２の対象領域１１２を選択してもよい。その場合、制御装置１３０は、光源１０３に、散乱体１０１における第１および第２の箇所１０５ａ、１０５ｂを含む複数の箇所を光で順次照射させる。制御装置１３０は、当該複数の箇所からそれぞれ等距離にある複数の対象領域から出射した光による複数の干渉像を示す複数の画像信号を撮像素子１０８に順次出力させる。信号処理回路１１０は、複数の画像信号を用いた演算により、対象物の深度に関するデータを生成して出力する。複数の箇所は、典型的には、散乱体１０１の表面に沿った一方向に等間隔に並ぶが、必ずしも等間隔でなくてもよい。
信号処理回路１１０は、第１の干渉像１０９と第２の干渉像１１３とのそれぞれについて、後述する方法で、光量および位相ばらつきを計算し、その計算結果に基づいて異物１０２がどの程度の深さに存在するかを推定する。信号処理回路１１０は、当該深さに関する情報をディスプレイ１１１に出力する。信号処理回路１１０による信号処理の詳細は後述する。
図７Ａは、第１の干渉像１０９の一例を示す図である。図７Ｂは、第２の干渉像１１３の一例を示す図である。図７Ａおよび７Ｂに示すように、第１の干渉像１０９および第２の干渉像１１３は、スペックル像として観測される。スペックル像の像面では、互いに近傍に存在する光線により、ランダムな輝度の分布が形成される。ランダムな輝度の分布は、ランダムな位相差の分布を反映する。したがって、スペックル像は、ランダムな位相差の分布を反映すると考えることができる。撮像素子１０８上に位相差を検出することができる光学素子を配置して位相差の分布を直接検出してもよい。その場合、検出された位相差の分布を干渉像としてもよい。
次に、信号処理回路１１０の動作をより詳細に説明する。
図８は、信号処理回路１１０の動作の一例を示すフローチャートである。
信号処理回路１１０は、ステップＳ１０１において、第１の干渉像１０９の光量ａ１および位相ばらつきσ１、並びに、第２の干渉像１１３の光量ａ２および位相ばらつきσ２を計算する。
光量は、干渉像の平均的な輝度を表し、「平均輝度」とも称する。平均輝度は、例えば干渉像の領域全体の輝度値の平均値を計算することによって求められ得る。
位相ばらつきは、干渉像の輝度のばらつきを表し、「輝度ばらつき」とも称する。輝度ばらつきは、例えば以下の方法によって求められる。
（１）干渉像の領域を２次元の格子パターンで複数の領域に分割し、領域ごとに輝度の平均値を求める。
（２）分割されたすべての領域を母数として、輝度の平均値の標準偏差を位相ばらつきとして求める。
なお、標準偏差の代わりに分散を用いてもよい。輝度分布のばらつき具合を数値化する別の値を位相ばらつきとして用いてもかまわない。
信号処理回路１１０は、ステップＳ１０２において、光量の変化率と位相ばらつきの変化率とを計算する。光量の変化率はｒｉ＝｜ａ２−ａ１｜／ａ１の演算によって求められる。位相ばらつきの変化率はｒｐ＝｜σ２−σ１｜／σ１の演算によって求められる。
信号処理回路１１０は、ステップＳ１０３において、光量変化率と位相ばらつき変化率との比ｒｉ／ｒｐを計算する。
信号処理回路１１０は、ステップＳ１０４において、比ｒｉ／ｒｐが所定の閾値ｃ以上であるかを判定する。閾値ｃは、散乱体１０１および異物１０２の光学的性質、光源１０３のコヒーレンス長、およびＳＤ距離などの撮像条件に応じて適宜決定される。
比が所定値ｃ以上の場合、信号処理回路１１０は、第１の対象領域１０６または第２の対象領域１１２の相対的に浅い部分に異物１０２が存在すると判断する（ステップＳ１０５）。一方、比が所定値ｃ未満の場合、信号処理回路１１０は、第１の対象領域１０６または第２の対象領域１１２の相対的に深い部分に異物１０２が存在すると判断する（ステップＳ１０６）。散乱体１０１の内部を２つ以上の異なる深度領域に分けて、比の値により、異物１０２がどの深度領域に存在するかを判断してもよい。
信号処理回路１１０は、ステップＳ１０５、Ｓ１０６において判断した結果を示すデータをディスプレイ１１１に送出する。信号処理回路１１０は、ディスプレイ１１１に代えて、不図示の記録媒体に当該データを送出してもよい。ディスプレイ１１１は、当該結果を表示する。例えば、被写体の相対的に深い部分の像と浅い部分の像との少なくとも一方が表示される。別の例では、被写体の相対的に深い部分に異物が存在する確率と浅い部分に異物が存在する確率との少なくとも一方が数値として表示される。さらに別の例では、被写体は生体であり、相対的に浅い部分の血流に関する情報と深い部分の血流に関する情報との少なくとも一方が数値として表示される。さらに別の例では、被写体の相対的に深い部分における光学的特質と浅い部分の光学的特質との少なくとも一方が数値として表示される。光学的特性は、例えば反射光量である。さらに別の例では、上記の数値として表した情報が、例えば「標準」若しくは「異常」、または、「○」若しくは「△」若しくは「×」に変換した指標として表示される。さらに別の例では、上記の像または情報が、表示される代わりに、当該計測装置の外部に存在する分析装置、検査機、またはコンピュータなどに送出される。
以上のように、本実施形態における信号処理回路１１０は、以下の動作を実行する。
（１）第１の画像信号１０９ｓに基づいて、第１の干渉像１０９の輝度の平均を表す第１の平均輝度と、第１の干渉像１０９の輝度のばらつきを表す第１の輝度ばらつきとを算出する。
（２）第２の画像信号１１３ｓに基づいて、第２の干渉像１１３の輝度の平均を表す第２の平均輝度と、第２の干渉像１１３の輝度のばらつきを表す第２の輝度ばらつきとを算出する。
（３）第１および第２の平均輝度と、第１および第２の輝度ばらつきとを用いた演算により、対象物の深度に関するデータを生成して出力する。「深度に関するデータ」は、上記の例に限定されず、計測対象である対象物の、散乱体の表面からの深さの程度を示す任意のデータまたは信号であり得る。
より具体的には、信号処理回路１１０は、上記（３）のステップにおいて、以下の動作を実行する。
（３ａ）第１の平均輝度と前記第２の平均輝度との差の絶対値を、第１または第２の平均輝度で割ることにより、平均輝度の変化率を算出する。
（３ｂ）第１の輝度ばらつきと第２の輝度ばらつきとの差の絶対値を、第１または第２の輝度ばらつきで割ることにより、輝度ばらつきの変化率を算出する。
（３ｃ）平均輝度の変化率と輝度ばらつきの変化率との比から、異物１０２が、散乱体１０１の内部における２つ以上の異なる深度領域のどの領域に存在するかを判断する。
上述した本実施形態の構成および動作により、簡素な光学系で、散乱体内部に存在する対象物の深さに関する情報を取得することができる。
本実施形態では、対象領域１０６、１１２の位置を変化させるために、散乱体１０１を移動させるアクチュエータ１４０が用いられる。散乱体１０１を移動させる代わりに、光源１０３、光学系１０７、および撮像素子１０８を移動させるアクチュエータを用いてもよい。アクチュエータは、計測装置１００における光源１０３および撮像素子１０８と、散乱体１０１との相対位置を変化させる機構を備えていればよい。アクチュエータは、制御装置１３０に含まれていてもよいし、制御装置１３０の外部の要素であってもよい。
また、散乱体１０１を移動させる構成の代わりに、以下の構成を採用してもよい。
図９は、本開示の他の実施形態における計測装置１００の構成を模式的に示す図である。この計測装置１００は、光をスキャンさせることなく、複数の対象領域の画像を一度に取得する。
以下、前述の実施形態とは異なる点を説明する。
本実施形態における計測装置１００は、アクチュエータを備えていない。制御装置１３０は、光源１０３に、散乱体１０１における第１の箇所１０５を光１０４で照射させる。この状態で、制御装置１３０は、第１の箇所１０５から離れた第１の対象領域１０６から出射した光による第１の干渉像１０９と、第１の箇所１０５から離れた第２の対象領域１１２から出射した光による第２の干渉像１１３とを含む画像を示す画像信号を撮像素子１０８に出力させる。これにより、２回分の撮像が完了する。
信号処理回路１１０は、画像信号のうち、第１の干渉像１０９を示す部分の信号１０９ｓと、第２の干渉像１１３を示す部分の信号１１３ｓとを用いた演算により、散乱体１０１の内部に存在する対象物の深度に関するデータを生成して出力する。
第１の箇所１０５と第１の対象領域１０６の中心との距離は、第１の箇所１０５と第２の対象領域１１２の中心との距離に等しい。なお、第１の箇所１０５と第１の対象領域１０６の中心との距離が、第１の箇所１０５と第２の対象領域１１２の中心との距離とは異なっていてもよい。その場合、距離の差に応じて信号処理回路１１０が画像信号のうち、第１の干渉像１０９を示す部分の信号１０９ｓと、第２の干渉像１１３を示す部分の信号１１３ｓとの少なくとも一方を補正し、両信号を比較できるようにしてもよい。
本実施形態における信号処理回路１１０は、以下の動作を実行する。
（１）第１の干渉像１０９を示す部分の信号１０９ｓに基づいて、第１の干渉像１０９の輝度の平均を表す第１の平均輝度と、第１の干渉像の輝度のばらつきを表す第１の輝度ばらつきとを算出する。
（２）第２の干渉像１１３を示す部分の信号１１３ｓに基づいて、第２の干渉像１１３の輝度の平均を表す第２の平均輝度と、第２の干渉像の輝度のばらつきを表す第２の輝度ばらつきとを算出する。
（３）第１および第２の平均輝度と、第１および第２の輝度ばらつきとを用いた演算により、散乱体１０１の内部に存在する、異物の深度に関するデータを生成して出力する。データの具体的な生成方法は上述した通りである。
図９に示すように、光学系１０７および撮像素子１０８によって撮像可能な対象領域には、第１の対象領域１０６と第２の対象領域１１２との両方が含まれている。第１の対象領域１０６および第２の対象領域１１２はどちらも、第１の箇所１０５からＳＤ距離だけ離れている。撮像素子１０８では撮像可能な領域全体から、第１の干渉像１０９に相当する領域および第２の干渉像１１３に相当する領域を切り出せばよい。この構成であれば、異なる対象領域を撮像するために散乱体１０１を移動させる工程を省くことができる。したがって、より簡便に散乱体内部の深さに関する情報を取得することができる。
（実施例）
以下では、本開示の効果を確認するために計算した実施例を説明する。
図１０Ａおよび１０Ｂは、それぞれ、実施例において用いた異物１０２ａ、１０２ｂを含む散乱体１０１を模式的に示す上面図および側面図である。
実施例では、散乱体１０１に１０ｍｍ角の棒状の２つの異物１０２ａ、１０２ｂが埋め込まれている。散乱体１０１の吸収係数および等価散乱係数は、それぞれ、図１Ａおよび１Ｂに示す例において説明した散乱体１０１の吸収係数および等価散乱係数と同じである。同様に、異物１０２ａ、１０２ｂの吸収係数および等価散乱係数は、それぞれ、図１Ａおよび１Ｂに示す例において説明した異物１０２の吸収係数および等価散乱係数と同じである。一方の異物１０２ａの表面からの深さは２ｍｍであり、他方の異物１０２ｂの表面からの深さは５ｍｍである。
上述の実施形態の計測装置１００の構成例により、照明光で散乱体１０１を照射し、散乱体１０１をＸ方向に５ｍｍ間隔で２５ステップ移動させて、合計２５の対象領域が撮像される。各対象領域に対応する干渉像の輝度分布から、上述の実施形態と同様の方法によって光量および位相ばらつきを計算した。
図１１Ａは、散乱体における対象領域の位置と、干渉像の光量との関係をプロットしたグラフの一例を示す図である。図１１Ｂは、散乱体における対象領域の位置と、干渉像の位相ばらつきとの関係をプロットしたグラフの一例を示す図である。どちらのグラフにおいても、深さ２ｍｍの異物１０２ａと深さ５ｍｍの異物１０２ｂとが内部に存在することに起因する変化が現れる。
以下では、光量および位相ばらつきから、深さ２ｍｍの異物１０２ａの位置と、深さ５ｍｍの異物１０２ｂの位置とが分離される。
図１２Ａは、散乱体における対象領域の位置と光量の変化率および位相ばらつきの変化率との関係をプロットしたグラフの一例を示す図である。光量の変化率およびは位相ばらつきの変化率は、それぞれ、実施形態におけるｒｉおよびｒｐに相当する。散乱体の位置０ｍｍにおける光量および位相ばらつきを、それぞれ、光量および位相ばらつきの変化率の基準とした。ここで基準の位置は０ｍｍでなくてもよく、直下に異物が存在しない位置であればよい。例えば、散乱体１０１の端などの異物１０２が存在しないと想定される位置を基準として用いればよい。また、同じ散乱体１０１において基準を求めなくてもよく、同じ光学的性質を有し異物１０２が存在しない別の散乱体を基準としてもよい。
図１２Ｂは、散乱体における対象領域の位置と、図１２Ａに示す例における光量変化率と位相ばらつき変化率の比との関係をプロットしたグラフの一例を示す図である。当該比は、実施形態におけるｒｉ／ｒｐに相当する。図１２Ｂに示すように、散乱体の位置に対してかなり変動が大きい。これは、ｒｉ／ｒｐの分母である位相ばらつきの変化率がゼロに近くなると、光量の変化率の値にかかわらずｒｉ／ｒｐの値が極端に大きくなるからである。
位相ばらつき変化率の値がゼロに近い場合には、異物が存在しないか、検出できないくらい深い部分に存在すると想定される。したがって、深さ２ｍｍにも５ｍｍにも異物が存在しないと推定するのが合理的である。実施例では、ｒｉ／ｒｐ＜０．０５の場合には、変化率の比をゼロとする補正が行われた。
図１２Ｃは、散乱体における対象領域の位置と補正後の変化率の比との関係をプロットしたグラフの一例を示す図である。図１２Ｃに示すように、合理的な結果が得られた。
最後に、補正後の変化率の比の大小によるグラフの分離を説明する。
図１３Ａは、図１２Ｃの結果から、深さ２ｍｍを基準として浅い領域の情報のみを抽出した結果を示す図である。図１３Ｂは、図１２Ｃの結果から、深さ５ｍｍを基準として深い領域の情報のみを抽出した結果を示す図である。実施例では、補正後の変化率の比が０．６より大きい場合は、その変化率の比が深さ２ｍｍの像に反映されるとし、０．６以下の場合には、深さ５ｍｍの像に反映されるとした。このようにして、深さを基準として異物の一次元像を分離することができる。
上記の実施形態では、光量および位相ばらつきからそれぞれの変化率を計算し、光量の変化率と位相ばらつきの変化率との比から深さに関する情報を取得した。しかし、比ではなく、差または大小関係から情報を取得してもよい。また、光量の変化率および位相ばらつきの変化率の代わりに、光量および位相ばらつきから深さに関する情報を取得してもよい。また、散乱体および異物の光学的性質に合わせて別の計算方法を用いてもよい。また、異物の状態と、光量の変化率および位相のばらつき変化率との関係を機械学習させ、その学習結果に基づいて深さに関する情報を取得してもよい。また、異物の状態と、光量および位相ばらつきとの関係を機械学習させ、その学習結果に基づいて深さに関する情報を取得してもよい。
また、上記の実施の形態および実施例で用いた計測装置の構成は、上述の構成に限られない。上記開示の構成および効果を満たす範囲内で適切な構成に変更してもよい。
（応用例）
本実施形態に係る計測装置の応用例を説明する。
図１４Ａは、実施形態の計測装置２００を人体頭部２０１の血流の検出に応用した例を模式的に示す図である。図１４Ａに示すように、計測装置２００の照明光で頭部２０１を照射し、頭皮表面に位置する第１または第２の対象領域２０２からの多重散乱光の干渉像が撮像される。
図１４Ａに示す例では、頭部２０１が散乱体に相当する。血流によるヘモグロビン濃度が周囲よりも高い部分では、ヘモグロビンによる光学的吸収が高く、その部分からの反射光量が少ない。そのため、当該部分が対象物に相当すると考えられる。計測装置２００における不図示の信号処理回路は、散乱体の内部の血液の状態を示すデータを生成して出力する。
実施形態の計測装置２００を用いることにより、頭皮表面から浅い部分の血流分布と、頭皮表面から深い部分に位置する脳表層部の血流分布とを分離して検出することが可能になる。ディスプレイ２０３は、それらの血流分布を表示してもよい。
図１４Ｂは、実施形態の計測装置２０４を腕２０５における皮下の血流の検出に応用した例を模式的に示す図である。頭部の場合と同様に、計測装置２０４からの照明光で腕２０５または手首を照射し、皮膚表面に位置する第１または第２の対象領域２０６からの多重散乱光の干渉像が撮像される。
図１４Ｂに示す例では、腕２０５または手首が散乱体に相当する。頭部の場合と同様に、血流によるヘモグロビン濃度が周囲よりも高い部分が対象物に相当すると考えられる。計測装置２０４における不図示の信号処理回路は、散乱体の内部の血液の状態を示すデータを生成して出力する。
実施形態の計測装置２０４を用いることにより、皮膚表面から浅い部分に位置する末梢血管部の血流の分布と、深い部分に位置する動脈部または静脈部の血流の分布とを分離して検出することが可能になる。ディスプレイ２０７は、血流分布を血流量に対応する数値として表示してもよい。
ヘモグロビン濃度の分布を時間的に連続取得して演算することにより、深い動脈部分のみ、または浅い末梢血管部分のみの脈波波形および血圧値などを推定することも可能になる。
図１４Ｃは、実施形態の計測装置２０８を食品２１２の検査に応用した例を模式的に示す図である。
図１４Ｃの例では、食品２１２が散乱体に相当する。食品２１２の内部に内容物２１３を封入した後の検査工程において、内容物２１３が中心に入っている食品２１２を合格品とする。内容物２１３の吸収係数が食品２１２と異なる場合、内容物２１３からの反射光量が食品２１２とは異なる。したがって、内容物２１３が対象物と考えられる。計測装置２０８における不図示の信号処理回路は、内容物２１３が正しい深度に位置しているかどうかを判定し、判定結果を出力する。
実施形態の計測装置２０８を用いることにより、撮像側から見た内容物２１３の深さに関する情報から、内容物２１３が正しい深さに入っているかどうかを判定することができ、合格品または不合格品の判定が可能になる。ディスプレイ２１１は、判定結果を表示してもよい。
本開示に係る計測装置は、産業用、医療用、美容用、ヘルスケア用および車載用などの計測に応用できる。小型かつ簡易な構成によって散乱体の内部の深さに関する情報が取得され得る。
１００ 計測装置
１０１ 散乱体
１０２ 対象物、異物
１０３ 光源
１０４ 光、照明光
１０５ 照射部
１０６ 対象領域、第１の対象領域
１０７ 光学系
１０８ 撮像素子
１０９ 第１の干渉像
１０９ｓ 第１の画像信号
１１０ 信号処理回路
１１１ ディスプレイ
１１２ 第２の対象領域
１１３ 第２の干渉像
１１３ｓ 第２の画像信号
１１４ 信号処理回路
１３０ 制御装置
１４０ アクチュエータ
２００ 計測装置
２０１ 人体頭部
２０２ 第１または第２の対象領域
２０３ ディスプレイ
２０４ 計測装置
２０５ 腕
２０６ 第１または第２の対象領域
２０７ ディスプレイ
２０８ 計測装置
２１１ ディスプレイ
２１２ 食品
２１３ 内容物

Claims (15)

  1. 散乱体の内部の情報を取得する計測装置であって、
    コヒーレントな光を前記散乱体に向けて出射する光源と、
    撮像素子と、
    信号処理回路と、
    前記光源および前記撮像素子を制御し、かつ前記散乱体における前記光の照射位置を制御する制御装置と、
    を備え、
    前記制御装置は、
    前記光源に、前記散乱体における第１の箇所を前記光で照射させ、前記第１の箇所から離れた第１の対象領域から出射した前記光による第１の干渉像を示す第１の画像信号を前記撮像素子に出力させ、
    前記光源に、前記散乱体における第２の箇所を前記光で照射させ、前記第２の箇所から離れた第２の対象領域から出射した前記光による第２の干渉像を示す第２の画像信号を前記撮像素子に出力させ、
    前記信号処理回路は、前記第１の画像信号および前記第２の画像信号を用いた演算により、前記散乱体の内部に存在する対象物の深度に関するデータを生成して出力する、
    計測装置。
  2. 前記制御装置は、前記光源および前記散乱体の少なくとも一方の位置を変化させるアクチュエータを備え、前記アクチュエータを駆動することによって前記照射位置を変化させる、請求項１に記載の計測装置。
  3. 前記第１の箇所と前記第１の対象領域の中心との距離は、前記第２の箇所と前記第２の対象領域の中心との距離に等しい、
    請求項１または２に記載の計測装置。
  4. 前記信号処理回路は、
    前記第１の画像信号に基づいて、前記第１の干渉像の輝度の平均を表す第１の平均輝度と、前記第１の干渉像の輝度のばらつきを表す第１の輝度ばらつきとを算出し、
    前記第２の画像信号に基づいて、前記第２の干渉像の輝度の平均を表す第２の平均輝度と、前記第２の干渉像の輝度のばらつきを表す第２の輝度ばらつきとを算出し、
    前記第１および第２の平均輝度と、前記第１および第２の輝度ばらつきとを用いた演算により、前記対象物の深度に関するデータを生成して出力する、
    請求項１から３のいずれかに記載の計測装置。
  5. 前記制御装置は、
    前記光源に、前記散乱体における前記第１および第２の箇所を含む複数の箇所を前記光で順次照射させ、前記複数の箇所からそれぞれ等距離にある複数の対象領域から出射した前記光による複数の干渉像を示す複数の画像信号を前記撮像素子に順次出力させ、
    前記信号処理回路は、前記複数の画像信号を用いた演算により、前記対象物の深度に関するデータを生成して出力する、
    請求項１から４のいずれかに記載の計測装置。
  6. 前記複数の箇所は、前記散乱体の表面に沿った一方向に等間隔に並ぶ、
    請求項５に記載の計測装置。
  7. 散乱体の内部の情報を取得する計測装置であって、
    コヒーレントな光を前記散乱体に向けて出射する光源と、
    撮像素子と、
    信号処理回路と、
    前記光源および前記撮像素子を制御する制御装置と、
    を備え、
    前記制御装置は、
    前記光源に、前記散乱体における第１の箇所を前記光で照射させ、前記第１の箇所から離れた第１の対象領域から出射した前記光による第１の干渉像と、前記第１の箇所から離れた第２の対象領域から出射した前記光による第２の干渉像とを含む画像を示す画像信号を前記撮像素子に出力させ、
    前記信号処理回路は、前記画像信号のうち、前記第１の干渉像を示す部分の信号と、前記第２の干渉像を示す部分の信号とを用いた演算により、前記散乱体の内部に存在する対象物の深度に関するデータを生成して出力する、
    計測装置。
  8. 前記第１の箇所と前記第１の対象領域の中心との距離は、前記第１の箇所と前記第２の対象領域の中心との距離に等しい、
    請求項７に記載の計測装置。
  9. 前記信号処理回路は、
    前記画像信号のうち、前記第１の干渉像を示す部分の信号に基づいて、前記第１の干渉像の輝度の平均を表す第１の平均輝度と、前記第１の干渉像の輝度のばらつきを表す第１の輝度ばらつきとを算出し、
    前記画像信号のうち、前記第２の干渉像を示す部分の信号に基づいて、前記第２の干渉像の輝度の平均を表す第２の平均輝度と、前記第２の干渉像の輝度のばらつきを表す第２の輝度ばらつきとを算出し、
    前記第１および第２の平均輝度と、前記第１および第２の輝度ばらつきとを用いた演算により、前記散乱体の内部に存在する、前記対象物の深度に関するデータを生成して出力する、
    請求項７または８に記載の計測装置。
  10. 前記信号処理回路は、
    前記第１の平均輝度と前記第２の平均輝度との差の絶対値を、前記第１または第２の平均輝度で割ることにより、平均輝度の変化率を算出し、
    前記第１の輝度ばらつきと前記第２の輝度ばらつきとの差の絶対値を、前記第１または第２の輝度ばらつきで割ることにより、輝度ばらつきの変化率を算出し、
    前記平均輝度の変化率と前記輝度ばらつきの変化率との比から、前記対象物が、前記散乱体の内部における２つ以上の異なる深度領域のどの領域に存在するかを判断する、
    請求項４または９に記載の計測装置。
  11. 前記光源が出射する光のコヒーレンス長は、１ｍｍ以上４００ｍｍ以下である、
    請求項１から１０のいずれかに記載の計測装置。
  12. 前記コヒーレンス長は、２ｍｍ以上１００ｍｍ以下である、
    請求項１から１１のいずれかに記載の計測装置。
  13. 前記コヒーレンス長は、５ｍｍ以上２０ｍｍ以下である、
    請求項１から１２のいずれかに記載の計測装置。
  14. 前記散乱体は、生体であり、
    前記対象物は、前記生体の内部においてヘモグロビン濃度が周囲よりも高い部分であり、
    前記信号処理回路は、前記散乱体の内部の血液の状態を示すデータを生成して出力する、
    請求項１から１３のいずれかに記載の計測装置。
  15. 前記散乱体は、食品であり、
    前記対象物は、前記食品に封入された内容物であり、
    前記信号処理回路は、前記内容物が正しい深度に位置しているかどうかを判定し、判定結果を出力する、
    請求項１から１３のいずれかに記載の計測装置。
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