JP2763271B2

JP2763271B2 - 透過光測定装置

Info

Publication number: JP2763271B2
Application number: JP7033543A
Authority: JP
Inventors: 直弘丹野; 勉市村; 潤二宮崎; 立行大橋
Original assignee: SEITAI HIKARI JOHO KENKYUSHO KK; Tanno Naohiro
Current assignee: SEITAI HIKARI JOHO KENKYUSHO KK; Tanno Naohiro
Priority date: 1995-02-22
Filing date: 1995-02-22
Publication date: 1998-06-11
Anticipated expiration: 2013-06-11
Also published as: JPH08226895A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、生体等の散乱体内部に
おける光吸収ないし光吸収分布を測定する透過光測定装
置に関し、特に散乱光中に埋もれた、所要の情報を担持
する透過光（以下、「透過情報光」と称する）を高感度
で検出することができる透過光測定装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】生体組織のような散乱体を光で照射した
際、その照射光に対し、その散乱体を挟んだ１８０°向
かい合わせの位置で受光すれば所要の情報を担持した透
過情報光をある程度の低い精度では検出することができ
る。この様な透過光測定装置の一例として、近赤外光を
用いて、女性の乳房の組織が比較的均一でありまたその
形状から透過光の検出が容易であるため、古くから乳ガ
ンの診断に、Ｄｉａｐｈａｎｏｇｒａｐｈｙ（Ｌｉｇｈ
ｔＳｃａｎｎｉｎｇ）が用いられてきた。これは、恰
も懐中電灯で照らしたのと同じように、乳房で散乱の影
響を受けて拡がって射出された、散乱光を含む透過光
を、ビデオカメラのような二次元像検出器で受光するも
のであり、散乱光が含まれているため分解能は良くな
い。

【０００３】一方、散乱成分の影響をなくして、透過情
報光のみを高感度で検出することのできる走査型ヘテロ
ダイン検波方式を用いて透視像を得る方法も行われてい
る（電子情報通信学会論文誌Ｃ−Ｉ、Ｖｏｌ．Ｊ７４
−Ｃ−Ｉ、Ｎｏ．４、ｐｐ．１３７〜１５０１９９１
年４月参照）。また、これと同じ技術内容が特開平３
−１１１７３７に開示されている。この方法は、生体等
の散乱体により散乱された散乱光中に埋もれたほんのわ
ずかの透過情報光のみを、ヘテロダインのビート成分を
検出することにより選択検出する方法であり、散乱光の
影響を除去して透過情報光のみを高感度に検出できると
いう特徴を備えている。

【０００４】この優れたヘテロダイン検波方式を生かし
て、被測定物体を走査せずに透視像を画像として一度に
得るための並列ヘテロダイン検波方式の基本的システム
が特開平３−１１１７３７号公報に開示されている。更
に、並列ヘテロダイン検波方式による透視像を得るため
の具体的システム例が、特開平４−３１７４４号公報に
開示されている。これらに開示された方式は、ヘテロダ
インの特徴を生かし、透過情報光のみを高感度で検出
し、しかも透視像を画像として一度に得ることができる
ため非常に優れたものである。しかしながら、画素数だ
け用意した独立の検出素子それぞれについて独立にビー
ト成分を検出して、そのビート成分の大きさを画像化す
る必要がある。しかも、ビート成分の周波数は一般にＫ
ＨｚからＭＨｚであるため、それに応答する必要があ
り、装置が複雑になり動作も煩雑である。

【０００５】ヘテロダイン検波方式を採用せずに、透視
像を画像として一度に得るために、高指向性光学素子を
用いた装置が特開平２−２４０５４５号公報、特開平３
−１１１８０８号公報に開示されている。この装置は、
生体等の散乱光を高指向性受光系で減衰させ、直進光の
みを二次元検出器で検出して透視像を得る方法である。
しかしながら、高指向性受光系で検出される成分は、ヘ
テロダイン検波方式で検出されるコヒーレントな透過直
進光だけでなく、散乱拡散光のうちの高指向性受光系を
透過する非干渉成分も含まれる。従って、散乱が大きく
なると、透過直進コヒーレント成分は小さくなり、逆
に、散乱拡散光成分のうちのほんのわずかの成分ではあ
るが高指向性受光系を透過した非干渉成分が無視出来な
くなる。即ち、透視像がこの非干渉成分のため、明るい
ゲタをはいた像となる。

【０００６】図１０に、散乱拡散光による影響を理解す
るための実験結果を示す。散乱体を入れたセルをヘリウ
ムネオンレーザで照射し、透過直進光及び散乱拡散光
を、結像点を無限遠にした二次元結像装置で検出したも
のである。セル中に水のみを入れた像は、ほとんど透過
直進光だけのため、ピークが一番高く幅の狭い出力像が
得られる。ポリマー（半径１μｍ）を希釈したものを散
乱体として水に含ませた場合、ポリマー濃度が高くなる
に従い、透過直進光が小さくなり、裾の広がった散乱拡
散光が増えてくる。ポリマー濃度が更に高くなると散乱
拡散光だけが観測される。結像点を無限遠にした二次元
結像装置で散乱体を検出する場合の結像面での０次回折
像を求めることと、高指向性受光系で検出することとは
等価である。従って、ポリマーを入れた散乱体では、透
過直進コヒーレント光の像の出来る場所に、散乱拡散非
干渉光が入って来るのが判る。

【０００７】この散乱拡散非干渉光のうちの、高指向性
受光系を透過して来た成分を除去して、透過直進情報光
のみを検出するため、二波長を用いて、その出力差より
透視像を得る方法が特開平２−２４０５４５号公報に、
それを改良した方法が特開平３−１１１８０８号公報に
開示されている。しかし、二波長のレーザを用いなけれ
ばならず、しかもその二波長として、散乱による影響は
同じであって、吸収には差のある波長を選択しなければ
ならないという問題を有している。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、このような
状況に鑑みてなされたものであり、高指向性受光系だけ
では除去出来なかった散乱拡散非干渉光成分を、並列ヘ
テロダイン検波方式と同程度に除去することのできる透
過光測定装置を提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成する本発
明の透過光測定装置は、（１）光源（２）光検出器（３）光源から射出された光束を第１の光束と第２の光
束とに分割する光束分割手段（４）光束分割手段から射出され被測定体を透過した第
１の光束と光束分割手段から射出された第２の光束を光
検出器に導く光学系（５）第１の光束と第２の光束との光路長差がいずれも
可干渉距離内にあるとともに第１の光束と第２の光束と
の位相差が互いに異なる位相差をもって、あるいは、第
１の光束と第２の光束との光路長差が一方が可干渉距離
内他方が可干渉距離外の光路長差をもって、第１の光束
と第２の光束が光検出器に達するように、第１の光束お
よび第２の光束のうちの少なくとも一方の光束の光路長
を変更する光路長可変手段（６）光検出器で検出された、光路長可変手段による光
路長変更前後の双方の光強度に基づいて、第１の光束と
第２の光束との干渉成分と非干渉成分のうちの干渉成分
による光強度を抽出する干渉成分抽出手段を備えたことを特徴とする。

【００１０】ここで、上記本発明の透過光測定装置にお
いて、上記（２）の光検出器が、複数の光センサが二次
元的に配列されてなる光検出面を有し、上記（４）の光
学系が、（４−１）第１の光束の光路に配置された、被測定体の
表面ないし内面の像を上記光検出面上に結像させる結像
手段を有するものであることが好ましい。この場合に、上記
（４）の光学系が、（４−２）光束分割手段から射出された第１の光束のビ
ーム径を拡大して被測定体に照射する第１のビーム径拡
大手段（４−３）光束分割手段から射出された第２の光束のビ
ーム径を拡大する第２のビーム径拡大手段を有するものであってもよい。

【００１１】また、上記本発明の透過光測定装置におい
て、上記（４）の光学系が、（４−４）被測定体を透過した後の第１の光束と、上記
第２の光束とを重畳して光検出器に向けて射出する光束
合成手段を有していてもよい。さらに、上記本発明の透過光測定
装置において、上記（４）の光学系が、（４−５）光源から射出された光束もしくは被測定体を
照射する前の第１の光束の直線偏光成分を射出する第１
の偏光手段、（４−６）被測定体を透過した後の第１の光束の、第１
の偏光手段から射出された直線偏光成分と同一の直線偏
光成分を射出する第２の偏光手段を有するものであるこ
とが好ましく、また、上記（４）の光学系が、（４−７）被測定体を透過した後の第１の光束に含まれ
る、被測定体で散乱した散乱光を除去する空間フィルダ
リング手段を有することも好ましい態様である。

【００１２】ここで、上記本発明の透過光測定装置は、
上記（３）の光束分割手段および上記（４）の光学系
が、マッハツェンダ干渉計を構成してなるものであって
もよく、あるいは、上記（３）の光束分割手段および上
記（４）の光学系が、マイケルソン干渉計を構成してな
るものであってもよい。さらに、本発明の透過光測定装
置において、上記（６）の干渉成分抽出手段は、基本的
には、光検出器で検出された、光路長可変手段による光
路長変更前後の光強度どうしないし光強度分布どうしの
差分を求めるもの、もしくはこれと等価な演算を行なう
ものとして構成される。ここで、上記（６）の干渉成分
抽出手段は、複数の時点における上記差分の平均的な値
を求めるものであることが好ましい。

【００１３】

【作用】本発明の透過光測定装置によれば、光源からの
光束を二光束に分割し、そのうちの一方の第１の光束を
被測定体に照射しその被測定体を透過した光を光検出器
に入射し、他方の第２の光束は被測定体と経由せずに光
検出器に入射することにより、干渉計を構成するもので
ある。ここで、上記光路長可変手段により、第１の光束
および第２の光束のうちの少なくとも一方の光路長を変
更し、これにより、第１の光束と第２の光束との光路長
差がいずれも可干渉距離内にあるとともに第１の光束と
第２の光束との位相差が互いに異なる位相差をもって、
第１の光束と第２の光束が光検出器に達し、あるいは、
第１の光束と第２の光束との光路長差が一方が可干渉距
離内他方が可干渉距離外の光路長差をもって、第１の光
束と第２の光束が光検出器に達する。干渉成分抽出手段
では、このような光路長変更前後の、光検出器上での光
強度どうし、ないし、光センサを二次元的に配列した場
合の光検出面上での光強度分布どうしの、基本的には差
分もしくはそれと等価な演算が行なわれる。

【００１４】こうすることにより、干渉成分のみによる
光強度ないし光強度分布、すなわち、ランダム散乱拡散
光を除去し可干渉成分である透過情報光のみが、ヘテロ
ダイン検波方式と同程度の高精度で抽出される。また、
本発明の透過光測定装置によれば、複数の光センサが二
次元的に配列された光検出器を用い、二次元的な光強度
分布どうしの差分を求めるように構成した場合であって
も、それら複数の画素について同一の光路長変更を行な
えばよい。

【００１５】以下に、本発明の透過光測定装置を用いる
ことにより可干渉成分を抽出することができることにつ
いて理論的な説明を行なう。ここでは、光検出器により
光強度分布を繰り返し測定するものとし、一回の測定で
得られた光強度分布を画像フレームと称する。ここで
は、先ず光路長差の一方が可干渉距離内、他方が可干渉
距離外の光路長差にある場合について説明する。これ
は、現実的には、例えばＳＬＤ等のいわゆるショートコ
ヒーレント光を用いた場合に有効である。

【００１６】光検出器の受光面上のある点ｒでの光の振
幅及び強度を考える。参照光（第２の光束）をＥ_r(r)、
物体透過光（第１の光束）をＥ_s(r)、散乱光をＥ_n(r)、
ｉ番目の画像フレームにおける参照光と物体透過光の光
路差に対応する位相差をφ(r,i) 、ｉ番目の画像フレー
ムのｒ点での強度をＩ(r,i) と置く。参照光束と物体透
過光束が位相差φ(r,i) で干渉しているときの、ｉ番目
の画像フレームの光強度Ｉ(r,i) は、次式で与えられ
る。

【００１７】Ｉ(r,i) ＝｜Ｅ_r(r)｜² ＋｜Ｅ_s(r)｜² ＋｜Ｅ_n(r)｜² ＋２・｜Ｅ_r(r)｜・｜Ｅ_s(r)｜・ｃｏｓ［φ(r,i) ］ ……（１）光路長可変手段により、二光束の光路長差を光源のコヒ
ーレント長より長くすると、干渉成分がなくなり、
（１）式の右辺第４項が零となる。したがって、この場
合の、画像フレーム強度Ｉ(r,o) は次式で与えられる。

【００１８】Ｉ(r,o) ＝｜Ｅ_r(r)｜² ＋｜Ｅ_s(r)｜² ＋｜Ｅ_n(r)｜² ……（２）（１）式より（２）式を減算した差分画像ΔＩ(r,o) は
次式となる。 ΔＩ(r,i) ＝Ｉ(r,i) −Ｉ(r,o) ＝２・｜Ｅ_r(r)｜・｜Ｅ_s(r)｜・ｃｏｓ［φ(r,i) ］……（３）このように、参照光と物体透過光が位相差φ(r) で重畳
されたときの画像より、光路長差をコヒーレント長より
長くしたときの画像を減算すると、散乱成分が除去さ
れ、干渉成分だけを抽出することができる。このとき、
参照光と物体透過光との位相を正確に同相とした場合
は、ｃｏｓφ＝１となり、最大の干渉像が得られる。も
し、ｃｏｓφがそのつど異なった値をとる場合は、差分
画像の加算平均像を求めることにより干渉像が求められ
る。差分画像の加算平均像Ｓ(r) は次式で与えられる。

【００１９】

【数１】

【００２０】ここでは、コサイン関数の絶対値の平均＜
｜ｃｏｓφ｜＞は、＜｜ｃｏｓφ｜＞＝２／πであるこ
とを用いている。この（４）式から、ｃｏｓφが、その
つど異なった値をとる場合でも、差分画像の加算平均像
を求めることにより、透過情報光による像を求めること
ができることがわかる。二光束の位相差が完全にはラン
ダムではなく、二光束の位相差零の近傍でのみ変動する
場合は、上記（４）の比例定数４／πがさらに大きな比
例定数となり、コントラストがより高まることになる。
一般に、位相φは、機械的振動、空気の流れ、散乱媒質
の不均一性等により、例えば位相差零の近傍でランダム
に分布する。

【００２１】次に、光路長差が双方とも可干渉距離内に
あり、位相差が互いに異なる場合について説明する。こ
れは、現実的には、レーザ光のように長いコヒーレント
長をもつ光を用いた場合に有効である。参照光束と物体
透過光束との位相差φ(r,i) と位相差φ(r,j) のとき
の、ｉ番目の画像フレーム強度をＩ(r,i) 、ｊ番目の画
像フレーム強度をＩ(r,j) とすると、これらは、それぞ
れ上述の（１）式及び次式で与えられる。

【００２２】Ｉ(r,j) ＝｜Ｅ_r(r)｜² ＋｜Ｅ_s(r)｜² ＋｜Ｅ_n(r)｜² ＋２・｜Ｅ_r(r)｜・｜Ｅ_s(r)｜・ｃｏｓ［φ(r,j) ］ ……（５）（１）式より（５）式を減算した像ΔＩ(r,i-j) は次式
で与えられる。 ΔＩ(r,i-j) ＝２｜Ｅ_r(r)｜｜Ｅ_s(r)｜［ｃｏｓφ(r,i) −ｃｏｓφ(r,j) ］ ……（６）これより、位相差φ(r,i) 画像より、位相差φ(r,j) の
画像を減算すると、散乱成分を除去し、干渉成分だけを
取り出すことができることがわかる。このとき、ｉ番目
のフレームに対応する位相差φ(r,i) を零とし、ｊ番目
のフレームに対応する位相差φ(r,j) をπとした場合、
［ｃｏｓφ(r,i) −ｃｏｓφ(r,j) ］＝２となり、最大
の干渉像が得られる。もし、位相差φ(r,i) ，φ(r,j)
が、それぞれ零及びπの近傍で、しかもそのつど異なっ
た値をとる場合は、差分画像の加算平均像を算出するこ
とにより、透過情報光による画像を得ることができる。
この場合、加算平均像Ｓ(r) は、次式で与えられる。

【００２３】

【数２】

【００２４】ここで、Ａは比例係数であり、Ａ＝２・＜
｜ｃｏｓφ(r,i) −ｃｏｓφ(r,j)｜＞である。尚、＜
…＞は、…の平均を表わす。これより、位相差φ(r,i)
，φ(r,j) がそれぞれ零及びπの近傍でそのつど異な
った値をとる場合であっても、加算平均により、透過情
報光による画像を求めることができる。一般に位相φ
(r,i) ，φ(r,j) は、ショートコヒーレント光を用いた
ときと同様に、機械的振動、空気の流れ、散乱媒質の不
均一性等により、ランダムに分布している。

【００２５】尚、上記の理論上の説明は、光センサが二
次元的に配列された光検出器を用いることを想定した説
明であるが、光検出器の受光面上の点ｒは変数である必
要はない。すなわち、０次元的な、被測定体の一点の情
報のみを得る場合においても本発明は成立する。その場
合、二次元的な情報を得るためには、被測定体を走査す
ることになる。あるいは、上記の理論的な説明のとお
り、光センサが二次元的に配列された光検出面をもつ光
検出器を用いて、走査なしに光強度分布を一度に取り込
むように構成してもよい。その場合は、上記（４−１）
の結像手段により、被測定体の表面ないし内面の像が光
検出面上に結像される。また、二次元的な値を取り込む
ように構成した場合において、光源から射出された光ビ
ームが細過ぎる場合は、光ビームのビーム径を拡大する
必要があり、光源から射出されたばかりの光ビームのビ
ーム径を拡大してもよいが、その場合、上記（３）の光
束分割手段および上記（４）の光学系全体を、その拡大
されたビーム径に対応する大型の光学素子で構成する必
要を生じる。これに対し、上記（４−１）の、第１の光
束のビーム径を拡大する第１のビーム径拡大手段と、上
記（４−２）の、第２の光束のビーム径を拡大する第２
のビーム径拡大手段とを備えた場合は、少なくとも光束
分割手段は細いビーム径に対応した小型の光学素子で構
成することができ、さらに、上記第１のビーム径拡大手
段、第２のビーム径拡大手段を、拡大されたビームが必
要となる直前に配置することにより、上記（４）の光学
系の一部も細いビーム径に対応する小型の光学素子で済
むことになる。

【００２６】また、本発明の透過光測定装置において、
参照光（第２の光束）と物体透過光（第１の光束）は、
互いに異なる角度で光検出器に入射するものであって
も、上述した加算平均像を求めることにより、互いに異
なる角度で入射することに起因する干渉編の影響を避
け、干渉成分を抽出することができるが、上記（４−
４）の光束合成手段を備えると、その光束合成手段の配
置位置等によっては、光検出面上での位置ｒによらず同
一の位相差とすることもでき、加算平均を行なわずに高
精度の検出が行なわれ、あるいは加算平均のための加算
の回数を減らすことができる。

【００２７】さらに、本発明の透過光測定装置におい
て、上記（４−５），（４−６）の第１および第２の偏
光手段を備えると、散乱拡散光のうち偏光解消成分が除
去され、その残りの成分のみが光検出器に入射すること
となり、本発明に特徴的な手法により干渉成分を抽出す
る以前に、干渉成分の比率の高い、即ちＳ／Ｎの高い光
を受光することができる。

【００２８】また、本発明の透過光測定装置において、
上記（４−７）の空間フィルタリング手段を備えると、
空間分解能は犠牲になるが、その分、散乱による空間高
周波数成分を除去することができ、Ｓ／Ｎの高い光を受
光することができる。尚、本発明の透過光測定装置で
は、干渉計が構成されるが、その干渉計は特定の形式の
干渉計に限定されるものではなく、例えば、マッハツェ
ンダ干渉計であってもよく、マイケルソン干渉計であっ
てもよく、その他の干渉計であってもよい。

【００２９】

【実施例】以下、本発明の実施例について説明する。図
１は本発明の透過光測定装置の第１実施例の構成図であ
る。本実施例には、光源として、スーパールミネッセン
スダイオード（ＳＬＤ）等のショートコヒーレンズ光源
１が備えられており、光源１から射出された光束１ａ
は、ビームスプリッタ２により、第１の光束１ｂと第２
の光束１ｃとの二光束に分割される。それら第１の光束
１ｂおよび第２の光束１ｃは、別々の光路を経由しビー
ム合成器７で合成され、マッハツェンダ干渉計を構成す
る。

【００３０】ビームスプリッタ２で反射した第１の光束
１ｂは、反射ミラー３で反射され、さらに、レンズ４
１，４２からなる第１のビーム拡大器４によりビーム拡
大されて被測定物体５を照射する。被測定物体５の内部
で吸収を受けて被測定物体５を透過した透過情報光およ
び被測定物体５の内部で散乱を受けて被測定物体７を透
過した散乱拡散光は、結像レンズ６を経由し、ビーム合
成器７で、第２の光束１ｃと合成されて、光検出器８の
光検出面８ａ上を照射する。光検出器８の光検出面８ａ
には、多数の画素にそれぞれ対応した多数の光センサが
２次元的に配列されており、その光検出面８ａ上には、
結像レンズ６により、被測定物体５の内面の像が結像さ
れている。

【００３１】一方、ビームスプリッタ２を透過した第２
の光束１ｃは、光路長可変器９を経由し、光路長補償板
１０を経由し、さらに反射ミラー１１で反射され、レン
ズ１２１，１２２からなる第２のビーム拡大器１２によ
りビーム拡大されてビーム合成器７に入射し、第１の光
束１ｂと重畳されて光検出器８に至る。光路長可変器９
は、第２の光束１ｃの光路内の位置Ａと第２の光束１ｃ
の光路から外れた位置Ｂとの間で移動自在な第１の反射
プリズム９１と、固定的に備えられた第２の反射プリズ
ム９２と、第１の反射プリズム９１の位置を検出する位
置検出センサ９３から構成される。第１の反射プリズム
９１が位置Ａにあるときは、ビームスプリッタ２を透過
した第２の光束１ｃは、第１の反射プリズム９１の表面
で直角に反射されて第２の反射プリズム９２に入射し、
第２の反射プリズム９２で二回全反射されて再度第１の
反射プリズム９１側に射出され、第１の反射プリズム９
１の表面で直角に反射されて光路長補償板１０側に射出
される。一方、第１の反射プリズム９１が位置Ｂにある
ときは、ビームスプリッタ２から射出された第２の光束
１ｃは、光路長可変器９内をそのまま通過する。

【００３２】光路長補償板１０は、第１の反射プリズム
９１が第２の光束１ｃの光路から外れた位置Ｂにあると
きに、第１の光束１ｂと第２の光束１ｃとの光路長差が
等しくなるように、第２の光束１ｃの光路長を補償する
ためのものであり、第１の反射プリズム９１が位置Ｂに
あるときは、光検出器８の光検出面上で、第１の光束１
ｂのうちの透過情報光と第２の光束１ｃが干渉する。
尚、干渉のコントラストを改善するため、必要に応じて
光路中に減光器を配置することが好ましい。

【００３３】また、第１の反射プリズム９１が第１の光
束１ｃの光路内の位置Ａにあるときは、第１の光束１ｂ
と第２の光束１ｃとの光路長差は、光源１から射出され
た光束１ａのコヒーレント長より長くなるように、第１
の反射プリズム９１と第２の反射プリズム９２の位置が
定められている。したがって第１の反射プリズム９１が
位置Ａにあるときは、光検出器８上では干渉は生じな
い。

【００３４】光検出器８で受光された、光路長可変器９
の第１の反射プリズム９１が位置Ａにあるときの光強度
分布、およびその第１の反射プリズム９１が位置Ｂにあ
るときの光強度分布は、コンピュータ１３に入射され
る。また、光路長可変器９の位置検出センサ９３で検出
された、第１の反射プリズム９１の位置情報もコンピュ
ータ１３に入力される。

【００３５】コンピュータ１３では、光検出器８で受光
された第１の光束１ｂと第２の光束１ｃとの光路長差が
零のときの画像と、第１の光束１ｂと第２の光束１ｃと
の間にコヒーレント長以上の光路長差があるときの画像
との差分画像が求められ、あるいは、その差分画像の加
算平均像が算出され、このようにして得られた画像が表
示される。この表示された画像は、被測定物体５を透過
した散乱拡散光と透過情報光のうち、散乱拡散光が除去
され、第２の光束１ｃ（参照光）と干渉した透過情報光
のみが選択的に検出された画像である。

【００３６】図２は、本発明の透過光測定装置の第２実
施例の構成図である。図１に示す第１実施例の構成要素
に対応する構成要素には、図１に付した符号と同一の符
号を付して示し、第１実施例との相違点のみについて説
明する。以下の各実施例についても同様である。この図
２に示す第２実施例では、結像レンズ６が、ビーム合成
器７の後段側に配置されている。結像レンズ６をこの位
置に配置すると、光検出器８に入射する参照光（第２の
光束１ｃ）が平行光束からずれ収束光束ないし発散光束
となり、光検出面上で同心円的な干渉縞が形成されるこ
とになるが、差分画像の加算平均像を算出することによ
りその干渉縞はキャンセルされ、第１実施例の場合と同
様に、透過情報光による画像を抽出することができる。

【００３７】図３は、本発明の透過光測定装置の第３実
施例の構成図である。この図３に示す第３実施例には、
図１に示す第１実施例の構成に、光源１から射出された
光束１ａの直線偏光成分を選択的に射出する、グランプ
リズム等よりなる第１のポーラライザ１４と、その第１
のポーラライザ１４から射出された直線偏光成分と同一
の直線偏光成分のみを選択する、光検出器８の直前に配
置された第２のポーラライザ１５と、被測定物体５を透
過した第１の光束１ｂ中の空間高周波数成分をカットす
る空間周波数フィルタ１６が配置されている。

【００３８】被測定物体５は、第１のポーラライザ１４
が配置されているため直線偏光光により照射される。被
測定物体５を透過した光のうち、被測定物体５内部の透
過率（吸収率）分布の情報を担持する透過情報光はその
偏光状態のまま被測定物体５から射出されるが、被測定
物体５の内部で散乱、拡散された散乱拡散光は、その偏
光方向がなかりランダムに変化している。したがって、
第２のポーラライザ１５により、散乱拡散光の一部がカ
ットされ、散乱拡散光に対する透過情報光の比率（Ｓ／
Ｎ）の高い光が光検出器８に入射する。

【００３９】また、被測定物体５を透過した光のうち、
透過情報光は被測定物体５からその光路と平行に、いわ
ゆる０次光成分として射出されるが、散乱拡散光の中に
は、空間高周波数成分が含まれている。そこで被測定物
体５から射出された光を、空間周波数フィルタ１６に入
射させる。この空間周波数フィルタ１６は、２枚のフー
リエ変換レンズ１６１，１６２とそれら２枚のフーリエ
変換レンズ１６１，１６２に挟まれた焦点面に配置され
た、空間低周波数成分のみを通過させるピンホール板１
６３とから構成されており、散乱拡散光のうちの空間高
周波数成分がカットされる。これにより、この空間周波
数フィルタ１６からは、散乱拡散光に対する透過情報光
の比率（Ｓ／Ｎ）の高い光が射出される。

【００４０】このように、この図３に示す第３実施例で
は、前述した第１実施例、第２実施例に比べ、もともと
Ｓ／Ｎ比の高い光が光検出器８に入射し、透過情報光の
みによる画像がより高精度に抽出される。図４は、本発
明の透過光測定装置の第４実施例の構成図である。この
図４に示す第４実施例では、図示の簡単化のため、図３
に示す第３実施例における空間周波数フィルタ１６と同
一構成の空間周波数フィルタが１つのブロックで表現さ
れている。

【００４１】この図４に示す第４実施例では、図３に示
す第３実施例と比べ空間周波数フィルタ１６および結像
レンズ６がビーム合成器７の後段側に配置されている。
このように、空間周波数フィルタ１６は、ビーム合成器
７の後段側に配置してもよい。結像レンズ６をビーム合
成器７の後段側に配置してもよいことは、図２に示す第
２実施例と同様である。

【００４２】図５は、本発明の透過光測定装置の第５実
施例の構成図である。この図５に示す第５実施例は、図
３に示す第３実施例と比べ、第３実施例では光検出器８
の直前に位置されていた第２のポーラライザ１５が空間
周波数フィルタ１６の途中に配置されている。前述した
ように、第２のポーラライザ１５は被測定物体５から射
出された散乱拡散光のうち偏光方向の乱された成分をカ
ットするためのものであり、したがって、第２のポーラ
ライザ１５は、被測定物体５よりも後段に配置されてい
ればよく、例えばこの第５実施例に示すように空間周波
数フィルタ１６の途中に配置されていてもよい。

【００４３】図６は、本発明の透過光測定装置の第６実
施例の構成図である。この図６に示す第６実施例には、
図１に示す第１実施例と比べ、第１の光束のビーム径を
拡大する第１のビーム拡大器４が備えられておらず、一
方、レンズ１７１，１７２からなる対物レンズ１７と接
眼レンズ１８とにより、顕微鏡の光学系が配置されてい
る。また、この第６実施例には、図３に示す第３実施例
と同様に、第１のポーラライザ１４および第２のポーラ
ライザ１５が備えられている。ただし、第２のポーララ
イザ１５は、対物レンズ１７を構成する２枚のレンズ１
７１，１７２の中間に配置されている。

【００４４】この図６に示す第６実施例には、対物レン
ズ１７と接眼レンズ１８とからなる顕微鏡が組み込まれ
ているため、被測定物体５の微小部分の像が拡大されて
光検出器８の光検出面８ａに結像される。図７は、本発
明の透過光測定装置の第７実施例の構成図である。この
図７に示す第７実施例には、図１に示す第１実施例と比
べ同期検波器１９が備えられている。上述の各実施例で
は、光検出器８の光検出面８ａに配列された光センサ
は、受光光により得られた信号を互いに独立に並列して
射出する光センサであってもよく、あるいは、例えばＣ
ＣＤセンサ等のように配列された複数の光センサからシ
リアルに信号出力する光センサであってもよく、光検出
器８の構造を特に限定するものではなかったが、この図
７に示す第７実施例では、互いに独立して並列的に信号
を出力する光センサが配列された光検出器８が採用され
ており、それらの光センサから出力された信号は並列的
に同期検波器１９に入力される。この同期検波器１９に
は、独立した各光センサに対応する数の同期検波回路が
組み込まれている。この第７実施例では、光路長可変器
９を構成する第１の反射プリズム９１が位置Ａと位置Ｂ
との間を反復往復し、同期検波器１９では、それらの位
置Ａ，Ｂへの移動に同期した、各光センサの出力が同期
検波される。その同期検波信号はコンピュータ１３に送
られ、コンピュータ１３では、その同期検波信号に基づ
く画像が表示される。すなわち、上述の各実施例では、
物体透過光（第１の光束１ｂ）と参照光（第２の光束１
ｃ）との干渉成分を求める演算をコンピュータ１３に負
わせていることに代わり、この第７実施例では、同期検
波器１９による同期検波により、その演算と等価な処理
が行なわれる。

【００４５】本実施例における光検出器８および同期検
波器１９の具体的構成は、特定の構成のものに限られる
ものではないが、例えば、特開平２−２４０５４５号公
報、特開平３−１１１８０８号公報に開示されている種
々のものを利用することができる。これらの公報中に開
示されている、二波長の時系列的変化の信号の代わり
に、第１の反射プリズム９１の位置Ａ，Ｂ間の往復移動
による、光路長差の異なることによる光検出器８の出力
信号を用いればよく、他はこれらの公報に開示された構
成と全く同様に構成することができる。

【００４６】図８は、本発明の透過光測定装置の第８実
施例の構成図である。この第８実施例には、例えばレー
ザ光源等のコヒーレント光源１′が備えられている。ま
た、この第８実施例では、光路補償板１０は、図８の紙
面に垂直な方向を軸として矢印方向に回動自在に備えら
れており、その角度をＣ点とＤ点に切りかえることによ
り、第２の光束１ｃの光路長を変化させ、第１の光束１
ｂと第２の光束１ｃとの光路長差が光源１′のコヒーレ
ント長よりは短くて、かつ、Ｃ点ではそれらの二光束が
同位相となるようにし、Ｄ点ではそれらの二光束が位相
差πとなるようにする。このようにしておいて、結像レ
ンズ６の作用により、被測定物体５の内面と結像関係に
配置した光検出器８の出力像であるＣ点での像とＤ点で
の像との差分像を演算により求める。これにより、二光
束の干渉成分のみによる像が抽出される。Ｃ点での位相
差が零の近傍、Ｄ点での位相差がπの近傍でそのつど異
なった値をとる場合は、差分像の加算平均像を算出する
ことにより、透過情報光による像を得ることができる。

【００４７】図９は、本発明の透過光測定装置の第９実
施例の構成図である。この図９に示す第９実施例では、
これ迄の各実施例で採用されていたマッハツェンダ干渉
計とは異なり、マイケルソン干渉計の構成が採用されて
いる。本実施例では、マイケルソン干渉計のため、これ
迄の各実施例におけるビームスプリッタ２とビーム合成
器７との双方の作用を、ビーム分割合成器２２で行なっ
ている。

【００４８】コヒーレントな光源１′から射出された光
束は、第１のポーラライザ１４を経由した後、２枚のレ
ンズ２１１，２１２およびピンホール板２１３からなる
ビーム径拡大器２１によりビーム拡大されてビーム分割
合成器２２に入射し、ビーム分割合成器２２により、ビ
ーム分割合成器２２で反射された第１の光束１ｂとビー
ム分割合成器２２を透過した第２の光束１ｃとに分割さ
れる。ビーム分割合成器２２で反射した第１の光束１ｂ
は、被測定物体５に照射され、被測定物体５を透過した
光束は反射ミラー２３により反射され、被測定物体５
を、再び、その裏側から照射する。被測定物体５を再び
透過した第１の光束は、ビーム分割合成器２２を透過
し、空間周波数フィルタ１６で空間高周波数成分がカッ
トされ、結像レンズ６、第２のポーラライザ１５を経由
して光検出器８に入射する。

【００４９】一方、ビーム径拡大器２１によりビーム拡
大されてビーム分割合成器２２に入射した光束のうち、
ビーム分割合成器２２を透過した第２の光束１ｃは、光
路長可変器９′を構成する反射ミラー９４で反射されて
ビーム分割合成器２２へ再び入射し、ビーム分割合成器
２２で反射され第１の光束と合成されて、空間周波数フ
ィルタ１６、結像レンズ６、第２のポーラライザ１５を
経由して光検出器８に入射する。

【００５０】光路長可変器９′を構成する反射ミラー９
４は、図示の位置Ｅと位置Ｆとの間を往復自在に構成さ
れており、反射ミラー９４が位置Ｅにあるか位置Ｆにあ
るかが位相検出センサ９５で検出され、その情報がコン
ピュータ１３に入力される。この第９実施例では、反射
ミラー９４が位置Ｅにあるときに、第１の光束１ｂと第
２の光束１ｃが同位相で光検出器８の光検出面８ａに達
し、反射ミラー９４が位置Ｆにあるときに第１の光束１
ｂと第２の光束１ｃが位相差πで光検出器８の光検出面
８ａに達するように位置調整されている。コンピュータ
１３では、反射ミラー９４が位置Ｅにあるときに光検出
器８で得られた画像と、反射ミラー９４が位置Ｆにある
ときに光検出器８で得られた画像との差分画像が求めら
れる。通常は、反射ミラー９４が位置Ｅにあるときに二
光束の位相差は位相差零の近傍でランダムに変動し、反
射ミラー９４が位置Ｆにあるときに二光束の位相差は位
相差πの近傍でランダムに変動するため、差分画像が多
数求められて、それら多数の差分画像の加算平均像が求
められる。以上、本発明の透過光測定装置に関し種々の
実施例を挙げて説明したが、本発明は上述の各実施例に
限定されるものでないことはもちろんである。例えば、
上述の各実施例では、参照光（第２の光束）１ｃの光路
長を変えているが、物体光（第１の光束）１ｂの光路長
を変えてもよい。また、上記各実施例ではビーム径を拡
大し被測定物体５の２次元的な各点の画像情報を同時に
得ているが、ビーム径を拡大せずに、被測定物体５をビ
ームで走査することにより、被測定物体５の２次元的な
画像情報を得てもよい。さらに本発明では２次元的な画
像を得ることに限定されるものでなく、被測定物体５の
一点の情報のみを得るものであってもよい。また、上記
各実施例には、ビーム合成器７ないしはそのビーム合成
器７と等価な作用を担うビーム分割合成器２１が備えら
れているが、これは必ずしも必要ではなく、参照光（第
２の光束１ｃ）を、光検出面８ａに、第１の光束１ｂと
は異なる光路で導いてもよい。

【００５１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の透過光測
定装置によれば、被測定体の透過光のうち、被測定体内
で吸収による減衰のみを受け散乱反射されていない透過
情報光のみの情報を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の透過光測定装置の第１実施例の構成図
である。

【図２】本発明の透過光測定装置の第２実施例の構成図
である。

【図３】本発明の透過光測定装置の第３実施例の構成図
である。

【図４】本発明の透過光測定装置の第４実施例の構成図
である。

【図５】本発明の透過光測定装置の第５実施例の構成図
である。

【図６】本発明の透過光測定装置の第６実施例の構成図
である。

【図７】本発明の透過光測定装置の第７実施例の構成図
である。

【図８】本発明の透過光測定装置の第８実施例の構成図
である。

【図９】本発明の透過光測定装置の第９実施例の構成図
である。

【図１０】散乱拡散光による光散乱の実験結果を示す図
である。

【符号の説明】

１，１′ 光源１ａ光束１ｂ第１の光束１ｃ第２の光束２ビームスプリッタ４第１のビーム拡大器５被測定物体６結像レンズ７ビーム合成器８光検出器８ａ光検出面９，９′ 光路長可変器１０光路長補償板１２第２のビーム拡大器１３コンピュータ１４第１のポーラライザ１５第２のポーラライザ１６空間周波数フィルタ１７対物レンズ１８接眼レンズ１９同期検波器２２ビーム分割合成器

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者市村勉山形県山形市飯田西３丁目３番４号− 401 (72)発明者宮崎潤二山形県山形市沼木字車の前683番地 (72)発明者大橋立行山形県山形市沼木字車の前683番地 (56)参考文献特開平２−240545（ＪＰ，Ａ) 特開平３−111737（ＪＰ，Ａ) 特開平３−111808（ＪＰ，Ａ) 特開平４−31744（ＪＰ，Ａ) 特開平４−20844（ＪＰ，Ａ) 特開平７−5101（ＪＰ，Ａ) 特開平６−34524（ＪＰ，Ａ) 特開昭62−263428（ＪＰ，Ａ) 特開平４−269644（ＪＰ，Ａ) 特開昭63−44140（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) G01N 21/00 - 21/61 G01B 9/02 G01J 9/02

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】光源と、光検出器と、前記光源から射出された光束を第１の光束と第２の光束
とに分割する光束分割手段と、前記光束分割手段から射出され被測定体を透過した前記
第１の光束と前記光束分割手段から射出された前記第２
の光束を前記光検出器に導く光学系と、前記第１の光束と前記第２の光束との光路長差がいずれ
も可干渉距離内にあるとともに前記第１の光束と前記第
２の光束との位相差が互いに異なる位相差をもって、あ
るいは、前記第１の光束と前記第２の光束との光路長差
が一方が可干渉距離内他方が可干渉距離外の光路長差を
もって、前記第１の光束と前記第２の光束が前記光検出
器に達するように、前記第１の光束および前記第２の光
束のうちの少なくとも一方の光束の光路長を変更する光
路長可変手段と、前記光検出器で検出された、前記光路長可変手段による
光路長変更前後の双方の光強度に基づいて、前記第１の
光束と前記第２の光束との干渉成分と非干渉成分のうち
の干渉成分による光強度を抽出する干渉成分抽出手段と
を備えたことを特徴とする透過光測定装置。
【請求項２】前記光検出器が、複数の光センサが二次
元的に配列されてなる光検出面を有し、前記光学系が、前記第１の光束の光路に配置された、被
測定体の表面ないし内面の像を前記光検出面上に結像さ
せる結像手段を有することを特徴とする請求項１記載の
透過光測定装置。
【請求項３】前記光学系が、前記光束分割手段から射出された前記第１の光束のビー
ム径を拡大して前記被測定体に照射する第１のビーム径
拡大手段と、前記光束分割手段から射出された前記第２の光束のビー
ム径を拡大する第２のビーム径拡大手段とを有すること
を特徴とする請求項２記載の透過光測定装置。
【請求項４】前記光学系が、前記被測定体を透過した後の前記第１の光束と、前記第
２の光束とを重畳して前記光検出器に向けて射出する光
束合成手段を有することを特徴とする請求項１から３の
うちいずれか１項記載の透過光測定装置。
【請求項５】前記光学系が、前記光源から射出された光束もしくは前記被測定体を照
射する前の前記第１の光束の直線偏光成分を射出する第
１の偏光手段と、前記被測定体を透過した後の前記第１の光束の、前記第
１の偏光手段から射出された直線偏光成分と同一の直線
偏光成分を射出する第２の偏光手段とを有することを特
徴とする請求項１から４のうちいずれか１項記載の透過
光測定装置。
【請求項６】前記光学系が、前記被測定体を透過した
後の前記第１の光束に含まれる、該被測定体で散乱した
散乱光を除去する空間フィルタリング手段を有すること
を特徴とする請求項１から５のうちいずれか１項記載の
透過光測定装置。
【請求項７】前記光束分割手段および前記光学系が、
マッハツェンダ干渉計を構成してなることを特徴とする
請求項１から６のうちいずれか１項記載の透過光測定装
置。
【請求項８】前記光束分割手段および前記光学系が、
マイケルソン干渉計を構成してなることを特徴とする請
求項１から６のうちいずれか１項記載の透過光測定装
置。
【請求項９】前記干渉成分抽出手段が、前記光検出器
で検出された、前記光路長可変手段による光路長変更前
後の光強度どうし、ないし光強度分布どうしの差分を求
めるものであることを特徴とする請求項１から８のうち
いずれか１項記載の透過光測定装置。
【請求項１０】前記干渉成分抽出手段が、複数の時点
における前記差分の平均的な値を求めるものであること
を特徴とする請求項９記載の透過光測定装置。