JP2981698B2 - 検体の３次元情報計測方法および装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は検体の３次元情報計測方
法および装置に関し、さらに詳しくはレーザ光を走査す
ることにより非破壊で検体の断層像や立体像等の３次元
情報を計測する検体の３次元情報計測方法および装置に
関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より検体の成分および／または機能
の３次元情報即ち該検体の形態とは異なる成分および／
または機能的な情報を非破壊で計測することが望まれて
おり、特に生物学や医学の分野においては上記検体は生
体であるため、非破壊でその検体の上記３次元情報を計
測する要望が強い。

【０００３】上記検体の成分および／または機能の３次
元情報を計測する方法としてポジトロンＣＴ（ＰＥＴ）
手法が知られているがこのポジトロンＣＴ手法は、上記
成分情報を一部実現しているものの、サイクロトロンと
いう大型の付設設備を必要とし、また放射線被爆の虞れ
等の難点がある。

【０００４】ところで分光分析法は物質の同定に有用な
方法であるため、これにより光を用て検体の成分情報を
画像化する試みがある。

【０００５】例えばレーザ光を用いた装置として、レー
ザ走査顕微鏡が研究されている。該レーザ走査顕微鏡は
反射型と透過型とに大別され、反射型は蛍光検体の断層
や反射検体の凹凸等の形態的３次元情報を計測するため
に有用であるが成分情報および／または機能情報を計測
することはできない。

【０００６】一方透過型は、検体を透過した透過光から
検体内の成分による光吸収情報を得ることにより該検体
の成分情報を得ることを目指しているが、前記光吸収情
報は、レーザ光の光束が検体を通過した光束の領域の成
分情報を積分したものとして検出されるため、該検体の
成分的３次元情報を得ることはできない。

【０００７】上述のような種々の問題を解決するものと
して光ＣＴ顕微鏡が開発されている。

【０００８】この光ＣＴ顕微鏡は、レーザ光を検体に対
して斜め方向から面照射し、このレーザ光の光源を検体
を頂点とする円錐の底面の周縁に沿って移動させること
により、上記レーザ光の異なった角度から上記検体を透
過したレーザ光による透過光投影像をＣＣＤカメラに記
録し、この透過光投影像からＣＴ手法により画像再構成
処理し、上記検体の３次元情報を計測するものである
（「光ＣＴ顕微鏡と３次元観察」光技術コンタクトVol.
28 No.11 (1990) ）。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記計測
装置は、レーザ光が検体を照射する方向が限定されるた
めに上記透過光像の透過方向に沿った断面像のデータが
不十分なものとなり、上記断面像の精度を高めることが
できない。

【００１０】また上記画像の再構成処理過程において、
検体を略透明体に限定する近似法（Born近似法）を用い
ているために、上記検体が生体に代表される、散乱光が
透過光と混在して出射される光散乱媒質を含有する検体
であるときは、上記計測方法を適用することができない
という難点がある。

【００１１】本発明の目的は上記事情に鑑み、高精度か
つ光散乱媒質を含有する検体に対しても適用可能なレー
ザ光を用いた検体の成分および／または機能の３次元情
報計測方法および装置を提供することにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明にかかる請求項１
記載の検体の３次元情報計測方法は、ある周波数のレー
ザ光を円錐状のビームに形成し、該円錐状のビームに形
成されたレーザ光を検体に面照射し、前記検体を透過し
たレーザ光と周波数がわずかに異なる他の円錐状のレー
ザ光とを波面整合させ、該波面整合された断面２次元状
のレーザ光を２次元的に光ヘテロダイン検出し、該検出
されたビート信号から前記検体を透過したレーザ光の強
度を計測し、前記レーザ光が前記検体をつるまき螺旋状
に走査するように該レーザ光と前記検体とを相対的に変
位させる計測操作を、互いに異なる少なくとも２つ以上
の周波数のレーザ光に対して行い、該計測操作により計
測された２つ以上の周波数の異なるレーザ光の２次元強
度分布からＣＴ手法により前記検体の成分および／また
は機能の３次元情報を計測することを特徴とする。

【００１３】また、請求項２記載の検体の３次元情報計
測装置は、前記請求項１記載の検体の３次元情報計測方
法を実施するための装置であって、周波数の異なる少な
くとも２つ以上のレーザ光を出射しうるレーザ光源と、
該レーザ光源から発射されたレーザ光の光路中に配され
た該レーザ光の光路を２つに分割させる光路分割手段
と、分割されて得られた２つの光路のうちいずれか一方
の光路を進行するレーザ光の周波数と他方の光路を進行
するレーザ光の周波数とがわずかに異なるように少なく
とも一方のレーザ光の周波数を他の周波数に変換する周
波数変換手段と、前記分割されて得られた２つの光路を
進行するレーザ光をそれぞれ円錐状のビームに形成させ
る光学的手段と、該円錐状のビームに形成された２つの
レーザ光のうちいずれか一方のレーザ光を検体に面照射
させるとともに該レーザ光が前記検体をつるまき螺旋状
に走査するように前記レーザ光と前記検体とを相対的に
変位させる走査手段と、前記検体に照射され該検体を透
過したレーザ光と前記円錐状のビームに形成された他方
のレーザ光とを波面整合させる波面整合手段と、該波面
整合手段により波面整合されたレーザ光の進行方向とほ
ぼ垂直に交わる面に配された、該波面整合された断面２
次元状のレーザ光の差周波数により強弱を繰り返す光強
度を２次元的に検出する２次元強度検出手段と、該検出
手段により検出されたレーザ光の強度に基づいて前記検
体を透過したレーザ光の強度を検出し、前記周波数の異
なる少なくとも２つ以上のレーザ光が検体を照射するこ
とにより得られた少なくとも２つ以上のレーザ光の上記
２次元強度分布から該検体の成分および／または機能を
算出するとともに、ＣＴ手法により前記検体の成分およ
び／または機能の３次元情報を計測処理する計測処理手
段とを備えてなることを特徴とする。

【００１４】さらに請求項３記載の検体の３次元情報計
測装置は、前記請求項１記載の検体の３次元情報計測方
法を実施するための装置であって、周波数の異なる少な
くとも２つ以上のレーザ光を出射しうるレーザ光源と、
該レーザ光源から発射されたレーザ光の光路中に配され
た該レーザ光の光路を２つに分割させる第１の光路分割
手段と、分割されて得られた２つの光路のうち一方の光
路を進行するレーザ光の周波数と他方の光路を進行する
レーザ光の周波数とがわずかに異なるように少なくとも
一方のレーザ光の周波数を他の周波数に変換する周波数
変換手段と、該周波数を変換されたレーザ光と前記分割
されて得られた一方の光路を進行するレーザ光とを波面
整合させる第１の波面整合手段と、該波面整合されたレ
ーザ光を円錐状のビームに形成させる光学的手段と、該
円錐状のビームに形成されたレーザ光の光路を前記周波
数のわずかに異なる２つのレーザ光毎に分割させる第２
の光路分割手段と、該光路分割手段により分割されて得
られた２つの光路のうちいずれか一方の光路を進行する
レーザ光を検体に面照射させるとともに該レーザ光が前
記検体をつるまき螺旋状に走査するように前記レーザ光
と前記検体とを相対的に変位させる走査手段と、前記検
体に照射され該検体を透過したレーザ光と前記第２の光
路分割手段により分割されて得られた他方の光路を進行
するレーザ光とを波面整合させる第２の波面整合手段
と、該第２の波面整合手段により波面整合されたレーザ
光の進行方向とほぼ垂直に交わる面に配された、該波面
整合された断面２次元状のレーザ光の差周波数により強
弱を繰り返す光強度を２次元的に検出する２次元強度検
出手段と、該検出手段により検出されたレーザ光の強度
に基づいて前記検体を透過したレーザ光の強度を検出
し、前記周波数の異なる少なくとも２つ以上のレーザ光
が検体を照射することにより得られた少なくとも２つ以
上のレーザ光の上記２次元強度分布から該検体の成分お
よび／または機能を算出するとともに、ＣＴ手法により
前記検体の成分および／または機能の３次元情報を計測
処理する計測処理手段とを備えてなることを特徴とす
る。

【００１５】さらにまた請求項４記載の検体の３次元情
報計測装置は、前記請求項１記載の検体の３次元情報計
測方法を実施するための装置であって、前記請求項３記
載の検体の３次元情報計測装置において、前記第２の光
路分割手段が前記第２の波面整合手段を兼ねるととも
に、前記検体を透過したレーザ光を前記第２の光路分割
手段へ進行させる位置に配された反射手段を具備するこ
とを特徴する。

【００１６】上記つるまき螺旋とは、検体の任意の仮想
軸（以下、体軸という）を中心とした回転変位と，前記
体軸方向への直線変位とのベクトル和により得られた変
位の軌跡を意味する。

【００１７】従って、上記レーザ光が検体をつるまき螺
旋状に走査するとは、例えばレーザ光源が上記つるまき
螺旋に沿って変位するとともに、該レーザ光源からのレ
ーザ光が前記検体に照射されることを意味する。

【００１８】さらに、上記周波数変換手段は、光路分割
手段により２つの光路に分割された２つのレーザ光のう
ち一方のレーザ光を周波数がわずかに異なる他の周波数
に変換させる手段であってもよいし、前記２つのレーザ
光を一方のレーザ光の周波数と他方のレーザ光の周波数
とがわずかに異なるように両方とも周波数変換させる手
段であってもよい。

【００１９】さらに上記互いに異なる少なくとも２つ以
上のレーザ光を出射しうるレーザ光源とは、互いに異な
る複数の周波数（または波長）のレーザ光を略同時にも
しくは順次出射し得る１つのレーザ光源のみならず、互
いに異なる周波数（または波長）のレーザ光を出射する
複数の単一周波数レーザ光源をも意味する。

【００２０】

【作用】本発明にかかる検体の３次元情報計測方法は、
ある周波数のレーザ光を出射し、出射されたそれぞれの
周波数のレーザ光を円錐状のビームに形成し、円錐状の
ビームに形成されたレーザ光を検体に面照射し、該レー
ザ光は該検体を透過するとともに一部が該検体の外表面
や内部の物質により散乱されまたは吸収されて該検体か
ら出射し、この出射されたレーザ光のうち前記検体を透
過して直進するレーザ光に該レーザ光と周波数がわずか
に異なる他の円錐状のレーザ光を波面整合させ、前記出
射したレーザ光のうち前記直進する透過光のみを該他の
円錐状のレーザ光と干渉させて２つのレーザ光の差の周
波数で強弱を繰り返すレーザ光とし、その他のレーザ光
はそのまま進行させ、該干渉レーザ光の強度を光ヘテロ
ダイン検出することにより前記透過光の２次元強度分布
を計測する。

【００２１】ここで上記円錐状のビームに形成されたレ
ーザ光を検体に対してつるまき螺旋状に走査し、各走査
位置における上記透過光の２次元強度分布を連続的に検
出する。

【００２２】上記作用を互いに異なる２つ以上の周波数
のレーザ光に対して行ない、該レーザ光のそれぞれに呼
応する複数の前記透過光の２次元強度分布から散乱によ
る減衰の影響を除去して前記検体の成分および／または
機能にかかる情報を算出し、該成分および／または機能
にかかる情報と前記複数の２次元強度分布とからＣＴ手
法即ち円錐ビーム投影ヘリカルスキャン用の再構成アル
ゴリズムにより該検体の成分および／または機能にかか
る３次元情報を計測する。

【００２３】上記２次元強度分布から、透過光の散乱に
よる減衰の影響を除去した前記検体の成分および／また
は機能の情報は、例えば前記複数の透過光の２次元強度
分布のうち任意の２つの２次元強度分布を選択し、該２
つの２次元強度分布の差や比等を算出することにより得
るものである。

【００２４】

【実施例】以下、本発明の実施例について説明する。

【００２５】図１は本発明にかかる検体の３次元情報計
測装置の実施例を示すブロック図である。図示の検体の
３次元情報計測装置は、任意の周波数（または波長）の
レーザ光を選択的に順次出射しうる周波数可変レーザ光
源１と、該レーザ光源１から発射されたレーザ光の光路
中に該レーザ光を２つの光路に分割させるハーフミラー
９が配されている。

【００２６】また、前記ハーフミラー９により得られた
２つの光路のうち一方の光路を進行するレーザ光の周波
数を該周波数とわずかに異なる他の周波数のレーザ光に
変換させる周波数変換手段としての周波数シフタ３が前
記レーザ光の光路中に配されている。

【００２７】さらに、この周波数シフタ３により周波数
変換されたのちのレーザ光の光路中にこのレーザ光を円
錐状のビームに形成させるレンズ５が配設されている。

【００２８】一方、前記ハーフミラー９により分割され
た他の一方の光路を進行するレーザ光の光路中に該レー
ザ光を円錐状のビームに形成させるレンズ４が配設さ
れ、この円錐状のビームに形成されたのちのレーザ光が
検体２を面照射するとともに該レーザ光が検体２をつる
まき螺旋状に走査するように前記検体２を変位させる走
査手段６が配されている。

【００２９】さらに、前記円錐状のビームに形成された
レーザ光と前記検体２を照射したのち該検体２を出射し
たレーザ光を波面整合させる位置に波面整合手段として
のビームスプリッタ７が配設されている。

【００３０】さらにまた、上記波面整合されたレーザ光
の進行方向に垂直な面に該レーザ光の２次元強度分布を
検出する２次元並列動作型イメージセンサ８が配され、
該イメージセンサ８により検出されたレーザ光の強度に
基づいて前記検体２の透過光投影像を算出する光ヘテロ
ダイン検出手段11と、該透過光投影像（２次元強度分布
データ）を記憶するとともに、走査位置ごとの２つの周
波数の異なるレーザ光による上記２次元強度分布データ
の差を算出する計算処理手段13と、該計算処理手段13に
より算出された２つのレーザ光による２次元強度分布の
差からＣＴ手法により該検体の３次元情報を計測する計
測手段14と、該計測された３次元情報から該検体の成分
および／または機能の立体像等を出力する再構成手段12
とを備える。

【００３１】ここで上記光ヘテロダイン検出手段11と計
算処理手段13と計測手段14とは計測処理部15を構成して
いる。

【００３２】次に本実施例の作用について説明する。

【００３３】周波数可変レーザ光源１から周波数ν₀ の
レーザ光ａ₁ を出射し、このレーザ光ａ₁ はハーフミラ
ー９により２つのレーザ光ａ₂ およびａ₃ に分割され、
一方のレーザ光ａ₃ は周波数シフタ３によりもとの周波
数ν₀ とわずかに異なる他の周波数ν₀ ＋Δνのレーザ
光ａ₄ に変換される。

【００３４】上記レーザ光ａ₂ はレンズ４により円錐状
のビームに形成されたレーザ光ａ₅となり検体２を面照
射する。

【００３５】ここで検体２は、走査手段６によりつるま
き螺旋状に変位されて前記レーザ光ａ₅ を全周に亘り照
射される。

【００３６】前記レーザ光ａ₅ はその一部が前記検体２
の外表面や内部の光散乱媒質により散乱されて不定の方
向へ出射され、また他の一部は前記検体２の外表面や内
部の物質により吸収され、残りは該レーザ光ａ₅ が該検
体２に入射した方向を維持し該検体を透過して出射され
る。このため、前記レーザ光ａ₅ が検体２を出射した出
射光ａ₇ は前記散乱され不定の方向へ進行する散乱光と
一定方向へ進行する透過光とが混在している。

【００３７】一方周波数ν₀ ＋Δνの前記レーザ光ａ₄
は、前記周波数ν₀ のレーザ光ａ₅と同様にレンズ５に
より円錐状のビームに形成されてレーザ光ａ₆ となり、
前記出射光ａ₇ のうち透過光と前記レーザ光ａ₆ とがビ
ームスプリッタ７により波面整合されて、干渉レーザ光
ａ₈ が生成される。

【００３８】次に、上記干渉レーザ光ａ₈ は２次元並列
動作型イメージセンサ８の２次元面上に該干渉レーザ光
ａ₈ の２次元強度分布像を投影し、該イメージセンサ８
により前記２次元強度分布像は光電変換され、光ヘテロ
ダイン検出手段11により光ヘテロダイン検出処理され
て、前記干渉レーザ光ａ₈ の２次元強度分布像から前記
透過光の２次元強度分布データ（透過光投影像）が算出
され、走査位置ごとの２次元強度データとして計算処理
手段13に記憶される。

【００３９】次に前記周波数可変レーザ光源１より周波
数ν₁ のレーザ光ａ₁₁を発射し、上記と同じ作用によ
り、走査位置ごとの２次元強度データが計算処理手段12
に記憶される。上記の如く計算処理手段13により記憶さ
れた周波数ごとのかつ走査位置ごとの２次元強度データ
から走査位置ごとの差を計算し、走査位置ごとの２次元
強度分布の差のデータを検出する。

【００４０】上記作用を図２に示す説明図に従って説明
する。図２(a) は周波数ν₀ のレーザ光を検体２に照射
し上記計算処理手段13に記憶された走査位置Ａ₁ ，
Ａ₂ ，…，Ａ_i ごとの２次元強度分布データＡ_i （m,n)
であり、図２(b) は周波数ν₁ のレーザ光を検体２に照
射したときの走査位置Ｂ₁ ，Ｂ₂ ，…，Ｂ_i ごとの２次
元強度分布データＢ_i （m,n)である。これらの２つの周
波数ν₀ ，ν₁ のレーザ光により得られた上記２次元強
度分布のデータＡ_i （m,n)およびＢ_i （m,n)から走査位
置ごとの２次元強度分布の差を算出する。

【００４１】即ちＣ_i （m,n)＝Ａ_i （m,n)−Ｂ_i （m,n)
なる２次元強度分布の差のデータを算出する（図２
(c))。上記の作用により算出された２次元強度分布の差
のデータは、散乱による透過光の減衰を無視することが
できるため検体の特定成分の濃度等の情報の２次元分布
データと同一視できる。

【００４２】上記の如く得られた２つの周波数により得
られた走査位置ごとの２次元強度分布の差のデータは、
計測手段14によりＣＴ処理されて、該検体の成分情報の
３次元情報が計測される。さらに再構成手段12により上
記検体の成分情報の３次元情報から該検体の成分情報の
立体像等が出力される。

【００４３】さらに具体的な例としては生体における血
液中の還元型ヘモグロビンの濃度を３次元的に計測する
場合について述べる。

【００４４】上記照射するレーザ光を波長760nm （λ₁
とする）および805nm （λ₂ とする）とすると、照射光
強度Ｉ₀ （λ）、透過光強度Ｉ（λ）との間にはLamber
t −Beer則に従い下式(1) が成立する。

【００４５】

【数１】

【００４６】但し、 ε（λ）：吸光係数 ｃ：濃度 ｄ：光路長 上式(1) を変形し下式(2) とする。

【００４７】

【数２】

【００４８】上式(2) の右辺は定数であるため上記２次
元強度分布データから該生体における血液中の還元型ヘ
モグロビンの濃度を２次元的に検出することができる。

【００４９】このように検出された生体における還元型
ヘモグロビンの濃度の２次元分布をＣＴ手法により計測
処理して生体における血液中の還元型ヘモグロビンの濃
度の３次元分布像を得ることができる。

【００５０】また、上記と同様に酸化型ヘモグロビンの
濃度を２次元的に検出し、各走査位置における前記還元
型ヘモグロビンと酸化型ヘモグロビンの濃度の割合を算
出すれば各走査位置ごとの血液中の酸素濃度の２次元分
布を検出することができ、ＣＴ手法により計測処理し
て、生体における血液中の酸素濃度を３次元像として得
ることができる。

【００５１】なお、本実施例においては検体２を変位さ
せているが、該検体２を停止させ、レンズ４とレンズ５
とビームスプリッタ７とイメージセンサ８とを一体的に
該検体２を略中心としてつるまき螺旋状に変位させても
良く、また、該検体２と前記レンズ等とを相対的に変位
させても良い。

【００５２】図３は本発明による検体の３次元情報計測
装置の他の実施例を示すブロック図である。図示の検体
の３次元情報計測装置は、任意の周波数（または波長）
のレーザ光を選択的に順次発射しうる周波数可変レーザ
光源21と、該レーザ光源21から発射されたレーザ光を偏
光面が直交する２つの光路に分割させる１／２波長板28
と偏光ビームスプリッタ25とを具備している。

【００５３】また、該偏光ビームスプリッタ25により分
割されて得られた２つの光路のうち一方の光路を進行す
るレーザ光の光路中に該レーザ光の周波数νをこの周波
数νとわずかに異なる周波数ν＋Δνのレーザ光に変換
させる周波数シフタ23が配されている。

【００５４】さらに、該周波数変換されたレーザ光と前
記分割された他方のレーザ光とを波面整合させる位置に
偏光ビームスプリッタ45が配されている。

【００５５】この波面整合されたレーザ光の光路中に該
レーザ光を円錐状のビームに形成させるレンズ24が配さ
れ、さらにこの円錐状のビームに形成されたレーザ光を
偏光面が直交する周波数νのレーザ光と周波数ν＋Δν
のレーザ光とに光路を分割させる偏光ビームスプリッタ
26が配設されている。

【００５６】また、上記偏光ビームスプリッタ26により
分割された一方の光路中には検体22に前記分割された一
方のレーザ光を面照射させるとともに該レーザ光が該検
体22をつるまき螺旋状に走査するように該検体22を変位
させる走査手段27を備えている。

【００５７】さらに、上記検体22を照射したのち該検体
22を出射したレーザ光と前記偏光ビームスプリッタ26に
より分割された他方の光路を進行するレーザ光とを波面
整合させる偏光ビームスプリッタ38と、波面整合させた
２つのレーザ光の同一偏光面成分同士を干渉させる偏光
板30とを備え、この干渉されたレーザ光の２次元強度分
布を検出し電気信号に変換する２次元並列動作型イメー
ジセンサ35と、該イメージセンサ35により検出されたレ
ーザ光の強度に基づいて前記検体22の透過光投影像を算
出する光ヘテロダイン検出手段37と、該透過光投影像
（２次元強度分布データ）を記憶するとともに、走査位
置ごとの２つの周波数の異なるレーザ光による上記２次
元強度分布データの差を算出する計算処理手段36と、該
計算処理手段36により算出された２つのレーザ光による
２次元強度分布の差からＣＴ手法により該検体の３次元
情報を計測する計測手段39と、該計測された３次元情報
から該検体の成分および／または機能の立体像等を出力
する再構成手段40とを備える。

【００５８】ここで上記光ヘテロダイン検出手段37と計
算処理手段36と計測手段39とは計測処理部41を構成して
いる。

【００５９】次に本実施例の作用について説明する。

【００６０】周波数可変レーザ光源21から周波数ν₀ の
レーザ光ａ₂₁を出射し、このレーザ光ａ₂₁は１／２波長
板28および偏光ビームスプリッタ25により偏光面が直交
するレーザ光ａ₂₂およびａ₂₃に分割され、一方のレーザ
光ａ₂₃は周波数シフタ23によりもとの周波数ν₀ とわず
かに異なる他の周波数ν₀ ＋Δνのレーザ光ａ₂₄に変換
される。

【００６１】上記偏光面が直交しかつ周波数がわずかに
異なる２つのレーザ光ａ₂₂およびａ₂₄は第２の偏光ビー
ムスプリッタ45により波面整合されたレーザ光ａ₂₅を形
成し、さらにレンズ24により円錐状のビームに形成され
る。

【００６２】該円錐状のビームに形成されたレーザ光ａ
₂₆は偏光ビームスプリッタ26により前記周波数ν₀ のレ
ーザ光ａ₂₇と周波数ν₀ ＋Δνのレーザ光ａ₂₈とに分割
される。

【００６３】このときレーザ光ａ₂₇は該偏光ビームスプ
リッタ26により反射され、レーザ光ａ₂₈は該偏光ビーム
スプリッタを透過する。

【００６４】上記反射されたレーザ光ａ₂₇は検体22を面
照射し、該検体22を透過して出射したレーザ光は偏光ビ
ームスプリッタ38により反射され、このとき前記検体22
を出射したレーザ光ａ₂₉のうち透過光が前記周波数ν₀
＋Δνのレーザ光ａ₂₈と波面整合される。次にこの波面
整合されたレーザ光は偏光板30により前記透過光と周波
数ν₀ ＋Δνのレーザ光ａ₂₈との同一偏光方向成分同士
が干渉され、該干渉されたレーザ光ａ₃₀の２次元強度分
布像を２次元並列動作型イメージセンサ35上に投影し、
該イメージセンサ35により前記２次元強度分布像は光電
変換され、光ヘテロダイン検出手段37により光ヘテロダ
イン検出処理されて、前記干渉レーザ光ａ₃₀の２次元強
度分布像から前記透過光の２次元強度分布データ（透過
光投影像）が算出され、走査位置ごとの２次元強度デー
タとして計算処理手段36に記憶される。

【００６５】また、前記検体22は走査手段27によりつる
まき螺旋状に変位されて前記レーザ光ａ₂₇を全周に亘り
照射される。

【００６６】次に前記周波数可変レーザ光源21より周波
数ν₁ のレーザ光ａ₅₁を発射し、上記と同じ作用によ
り、走査位置ごとの２次元強度データが計算処理手段36
に記憶され、計算処理手段36により記憶された周波数ご
とのかつ走査位置ごとの２次元強度データから走査位置
ごとの差を計算し、走査位置ごとの２次元強度分布の差
のデータを検出する。

【００６７】上記の如く得られた２つの周波数により得
られた走査位置ごとの２次元強度分布の差のデータは、
計測手段39によりＣＴ処理されて、該検体の成分情報の
３次元情報が計測される。さらに再構成手段40により上
記検体の成分情報の３次元情報から該検体の成分情報の
立体像等が出力される。

【００６８】本実施例の検体の３次元情報計測装置は、
周波数変換された直後のレーザ光ａ₂₄と周波数変換され
ないレーザ光ａ₂₂とを検体を走査する以前に波面整合さ
せる光学系100 に入射するとき、その入射方向にずれが
生じた場合も、検体22を透過したレーザ光ａ₂₉と偏光ビ
ームスプリッタ26を透過したレーザ光ａ₂₈とがずれを生
じることなく偏光ビームスプリッタ38により波面整合す
ることができる。

【００６９】上記走査手段27は、必ずしも検体22を走査
する必要はなく図４に示すように該検体22にレーザ光を
照射する光学系101 を該検体22に対してつるまき螺旋状
に走査することも採用できる。

【００７０】図５は本発明による検体の３次元情報計測
装置の他の実施例を示すブロック図である。図示の検体
の３次元情報計測装置は、図３に示す実施例において第
２の光路分割手段としての偏光ビームスプリッタ26が第
２の波面整合手段としての偏光ビームスプリッタ38を兼
ねるとともに、検体22を透過したレーザ光を前記第２の
光路分割手段としての偏光ビームスプリッタ26へ進行さ
せる位置に配された反射手段としての凹ミラー33、34を
備え、さらにレーザ光が前記偏光ビームスプリッタ26を
反射または透過させることを制御する、該レーザ光の偏
光面を回転させる１／４波長板29を備える以外前記図３
に示す実施例と同様の構成である。

【００７１】次に本実施例の作用について説明する。

【００７２】周波数可変レーザ光源21から周波数ν₀ の
レーザ光ａ₂₁を出射し、このレーザ光ａ₂₁は１／２波長
板28および偏光ビームスプリッタ25により偏光面が直交
するレーザ光ａ₂₂およびａ₂₃に分割され、一方のレーザ
光ａ₂₃は周波数シフタ23によりもとの周波数ν₀ とわず
かに異なる他の周波数ν₀ ＋Δνのレーザ光ａ₂₄に変換
される。

【００７３】上記偏光面が直交しかつ周波数がわずかに
異なる２つのレーザ光ａ₂₂およびａ₂₄は第２の偏光ビー
ムスプリッタ45により波面整合されたレーザ光ａ₂₅を形
成し、さらにレンズ24により円錐状のビームに形成され
る。

【００７４】該円錐状のビームに形成されたレーザ光ａ
₂₆は偏光ビームスプリッタ26により前記周波数ν₀ のレ
ーザ光ａ₂₇と周波数ν₀ ＋Δνのレーザ光ａ₂₈とに分割
される。

【００７５】このときレーザ光ａ₂₇は該偏光ビームスプ
リッタ26の反射面Ｐ₁ で反射され、レーザ光ａ₂₈は該偏
光ビームスプリッタを透過する。

【００７６】上記反射されたレーザ光ａ₂₇は１／４波長
板29を透過し、曲率半径Ｒの凹ミラー33により反射さ
れ、再度１／４波長板29を透過する。このとき、レーザ
光ａ₂₇は１／４波長板を２回透過するため偏光面が90°
回転され前記偏光ビームスプリッタ26の反射面Ｐ₁ を透
過する。

【００７７】さらに、該偏光ビームスプリッタ26を透過
したレーザ光ａ₂₇は１／４波長板29を透過し、検体22を
面照射し、該検体22を透過して出射したレーザ光は前記
凹ミラー33と曲率中心の一致する、該凹ミラー33と対向
する位置に配された曲率半径２Ｒの凹ミラー34により反
射され、再度検体22を照射する。

【００７８】該検体22を照射し、該検体22を透過して出
射したレーザ光ａ₂₉は、再度１／４波長板を透過するた
め偏光面が90°回転され、前記偏光ビームスプリッタ26
の反射面Ｐ₂ で反射しこのとき前記検体22を出射したレ
ーザ光ａ₂₉のうち透過光が前記周波数ν₀ ＋Δνのレー
ザ光ａ₂₈と波面整合される。

【００７９】以下の作用は前記図３に示した実施例の作
用と同様である。

【００８０】ただし、本実施例は、レーザ光が凹ミラー
33から凹ミラー34へ進行するときと、凹ミラー34に反射
したのち該凹ミラー34から偏光ビームスプリッタ26へ進
行するときとの２回、検体を照射するため、計測手段39
は上記作用を考慮して計測するように設定されているこ
とはいうまでもない。

【００８１】

【発明の効果】以上詳細に説明したように本発明の検体
の３次元情報計測方法および装置は、光ヘテロダイン検
出手段により光散乱媒質を含有した検体から透過光のみ
を検出することができ、また周波数もしくは波長の異な
る２つ以上のレーザ光を検体に照射することにより該検
体の特定成分や機能を検出することができる。

【００８２】さらに、円錐状のビームに形成されたレー
ザ光を検体に対してつるまき螺旋状に照射するため、検
体の全周方向から連続的に該検体の２次元強度分布像を
検出できるので、検体のいかなる方向に沿った断面にお
いても高精度の成分および／または機能の３次元情報を
計測することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明にかかる検体の３次元情報計測装置の実
施例を示すブロック図

【図２】本発明にかかる実施例の作用説明図

【図３】本発明にかかる検体の３次元情報計測装置の第
２の実施例を示すブロック図

【図４】本発明にかかる検体の３次元情報計測装置の第
３の実施例を示すブロック図

【図５】本発明にかかる検体の３次元情報計測装置の第
４の実施例を示すブロック図

【符号の説明】

１，21 周波数可変レーザ光源 ２，22 検体 ３，23 周波数シフタ ４，５，24 レンズ ６，27 走査手段 ７ ビームスプリッタ ８，35 ２次元並列動作型イメージセンサ ９ ハーフミラー 10，32 ミラー 11，37 光ヘテロダイン検出手段 12，40 再構成手段 13，36 計算処理手段 14，39 計測手段 15，41 計測処理部 25，26，38，45 偏光ビームスプリッタ 28 １／２波長板 29 １／４波長板 30 偏光板 31 強度補正板 33 凹ミラー（曲率半径Ｒ） 34 凹ミラー（曲率半径２Ｒ）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) G01N 21/17 A61B 10/00 G01B 11/24 A61B 6/03

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ある周波数のレーザ光を円錐状のビーム
   に形成し、該円錐状のビームに形成されたレーザ光を検
   体に面照射し、前記検体を透過したレーザ光と周波数が
   わずかに異なる他の円錐状のレーザ光とを波面整合さ
   せ、該波面整合された断面２次元状のレーザ光を２次元
   的に光ヘテロダイン検出し、該検出されたビート信号か
   ら前記検体を透過したレーザ光の強度を計測し、前記レ
   ーザ光が前記検体をつるまき螺旋状に走査するように該
   レーザ光と前記検体とを相対的に変位させる計測操作
   を、 互いに異なる少なくとも２つ以上の周波数のレーザ光に
   対して行い、 該計測操作により計測された２つ以上の周波数の異なる
   レーザ光の２次元強度分布からＣＴ手法により前記検体
   の成分および／または機能の３次元情報を計測すること
   を特徴とする検体の３次元情報計測方法。
2. 【請求項２】 周波数の異なる少なくとも２つ以上のレ
   ーザ光を出射しうるレーザ光源と、該レーザ光源から発
   射されたレーザ光の光路中に配された該レーザ光の光路
   を２つに分割させる光路分割手段と、分割されて得られ
   た２つの光路のうちいずれか一方の光路を進行するレー
   ザ光の周波数と他方の光路を進行するレーザ光の周波数
   とがわずかに異なるように少なくとも一方のレーザ光の
   周波数を他の周波数に変換する周波数変換手段と、前記
   分割されて得られた２つの光路を進行するレーザ光をそ
   れぞれ円錐状のビームに形成させる光学的手段と、該円
   錐状のビームに形成された２つのレーザ光のうちいずれ
   か一方のレーザ光を検体に面照射させるとともに該レー
   ザ光が前記検体をつるまき螺旋状に走査するように前記
   レーザ光と前記検体とを相対的に変位させる走査手段
   と、前記検体に照射され該検体を透過したレーザ光と前
   記円錐状のビームに形成された他方のレーザ光とを波面
   整合させる波面整合手段と、該波面整合手段により波面
   整合されたレーザ光の進行方向とほぼ垂直に交わる面に
   配された、該波面整合された断面２次元状のレーザ光の
   差周波数により強弱を繰り返す光強度を２次元的に検出
   する２次元強度検出手段と、該検出手段により検出され
   たレーザ光の強度に基づいて前記検体を透過したレーザ
   光の強度を検出し、前記周波数の異なる少なくとも２つ
   以上のレーザ光が検体を照射することにより得られた少
   なくとも２つ以上のレーザ光の上記２次元強度分布から
   該検体の成分および／または機能を算出するとともに、
   ＣＴ手法により前記検体の成分および／または機能の３
   次元情報を計測処理する計測処理手段とを備えてなるこ
   とを特徴とする検体の３次元情報計測装置。
3. 【請求項３】 周波数の異なる少なくとも２つ以上のレ
   ーザ光を出射しうるレーザ光源と、該レーザ光源から発
   射されたレーザ光の光路中に配された該レーザ光の光路
   を２つに分割させる第１の光路分割手段と、分割されて
   得られた２つの光路のうち一方の光路を進行するレーザ
   光の周波数と他方の光路を進行するレーザ光の周波数と
   がわずかに異なるように少なくとも一方のレーザ光の周
   波数を他の周波数に変換する周波数変換手段と、該周波
   数を変換されたレーザ光と前記分割されて得られた一方
   の光路を進行するレーザ光とを波面整合させる第１の波
   面整合手段と、該波面整合されたレーザ光を円錐状のビ
   ームに形成させる光学的手段と、該円錐状のビームに形
   成されたレーザ光の光路を前記周波数のわずかに異なる
   ２つのレーザ光毎に分割させる第２の光路分割手段と、
   該光路分割手段により分割されて得られた２つの光路の
   うちいずれか一方の光路を進行するレーザ光を検体に面
   照射させるとともに該レーザ光が前記検体をつるまき螺
   旋状に走査するように前記レーザ光と前記検体とを相対
   的に変位させる走査手段と、前記検体に照射され該検体
   を透過したレーザ光と前記第２の光路分割手段により分
   割されて得られた他方の光路を進行するレーザ光とを波
   面整合させる第２の波面整合手段と、該第２の波面整合
   手段により波面整合されたレーザ光の進行方向とほぼ垂
   直に交わる面に配された、該波面整合された断面２次元
   状のレーザ光の差周波数により強弱を繰り返す光強度を
   ２次元的に検出する２次元強度検出手段と、該検出手段
   により検出されたレーザ光の強度に基づいて前記検体を
   透過したレーザ光の強度を検出し、前記周波数の異なる
   少なくとも２つ以上のレーザ光が検体を照射することに
   より得られた少なくとも２つ以上のレーザ光の上記２次
   元強度分布から該検体の成分および／または機能を算出
   するとともに、ＣＴ手法により前記検体の成分および／
   または機能の３次元情報を計測処理する計測処理手段と
   を備えてなることを特徴とする検体の３次元情報計測装
   置。
4. 【請求項４】 前記第２の光路分割手段が前記第２の波
   面整合手段を兼ねるとともに、前記検体を透過したレー
   ザ光を前記第２の光路分割手段へ進行させる位置に配さ
   れた反射手段を具備することを特徴とする前記請求項３
   記載の検体の３次元情報計測装置。