JP3502076B2 - 光散乱媒体の吸光計測装置 - Google Patents
光散乱媒体の吸光計測装置Info
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Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は光散乱媒体の吸光計測装
置に関し、詳細には光ヘテロダイン検出方式による吸光
計測装置を光散乱媒体に対して適用可能にした吸光計測
装置に関するものである。 【０００２】 【従来の技術】生体等の光散乱性の媒体（以下、光散乱
媒体という）の透過吸光情報を検出する方法の１つとし
て光ヘテロダイン検出法が知られている（特開平 2-110
345 号，同 2-110346 号公報参照）。この光ヘテロダイ
ン検出方式は、波長の僅かに異なる２つの光束をそれら
の進行方向が一致するように重ね合わせ、波長の差によ
って生じる光の干渉現象を利用するものであって、重ね
合わされる２つの光束の進行方向が完全に一致しない
と、その光束の垂直な面において時間的に強弱を繰返す
ビート信号を検出することができないため、極めて高精
度な方向弁別性能を有した検出方式ということができ
る。 【０００３】このように高精度な方向弁別性能を有する
光ヘテロダイン検出方式によれば、光散乱媒体に入射し
た光は、この光散乱媒体の内部で多重散乱や拡散あるい
は反射、透過によって種々の方向に出射するが、これら
の光の中から直進透過光のみを容易に検出することがで
き、得られた直進透過光を分光分析することによってこ
の媒体の吸光情報を得ることができる。 【０００４】 【発明が解決しようとする課題】ところで上記光ヘテロ
ダイン検出方式を用いた吸光計測装置において、媒体に
ある程度大きなビーム径の光束を入射して媒体の吸光情
報を２次元的に検出しようとすると、媒体の内部で何回
も散乱し、媒体の表面より種々の方向に向って出射する
散乱光のうち、直進透過光と同一進行方向に向う散乱光
（クロストーク光）が直進透過光に混入し、そのため光
検出器はこの散乱光の混入した直進透過光を検出するこ
とになり、検出信号のＳ／Ｎが劣化するという難点があ
る。 【０００５】これを解決するため従来は、媒体の吸光情
報を２次元的に検出しようとする場合、散乱光が直進透
過光に極力混入しないように光束を小さいビーム径とし
て、媒体の小さい領域の吸光情報を検出し、この光束を
媒体に走査することによって小さい領域毎の吸光情報を
２次元的に再構成している。 【０００６】しかしこのように小さいビーム径の光束を
媒体に走査して吸光情報を細分化して検出するのは非常
に時間がかかり、また光束のビーム径を限りなく小さく
したとしても散乱光を完全に除去することはできない。 【０００７】本発明は上記事情に鑑みなされたもので、
媒体から出射する直進透過光と散乱光とを分離して、媒
体の吸光情報を高Ｓ／Ｎで検出し得る光散乱媒体の吸光
計測装置を提供することを目的とするものである。 【０００８】 【課題を解決するための手段】本発明の光散乱媒体の吸
光計測装置は、直進透過光の進行方向と同一方向に出射
する散乱光が、その方向に出射する直進透過光よりも媒
体内部において長い光路長を有する光路を通過するとい
う特性を利用し、媒体を通過せず他の光路を進行した光
（参照光）と直進透過光とが干渉して発生する光のビー
ト信号と、参照光とクロストーク光とが干渉して発生す
る光のビート信号とを分離して、直進透過光を選別し、
この選別された直進透過光に基づいて光散乱媒体の吸光
情報を計測することを特徴とするものである。 【０００９】すなわち本発明の光散乱媒体の吸光計測装
置は、請求項１に記載したように、コヒーレント光を出
射する光源と、該光源より出射されたコヒーレント光を
時間的に周波数掃引する変調手段と、該変調されたコヒ
ーレント光を２つの光束に分割し、それぞれ光路長の異
なる２つの光路に沿って進行させた後合成する光学系
と、該２つの光路のうち一方の光路上に配された光散乱
性の媒体を直進透過した光束と他方の光路を進行した光
束とが合成されたのちの光束の強度を検出する光検出器
と、該光検出器により検出された光強度を示す信号のう
ち、前記コヒーレント光に対してなされる周波数掃引の
特性と前記２つの光路の光路差とに応じた所定の周波数
で強弱を繰り返すビート信号を検出し前記媒体を直進透
過した光の成分を検出する光ヘテロダイン検波手段と、
該光ヘテロダイン検波手段により得られた前記媒体を直
進透過した光の成分に基づいて該媒体の吸光情報を計測
する吸光情報計測手段とを備え、前記光路差に応じて特
徴的に立ち上がる前記ビート信号を光ヘテロダイン検波
することにより、前記媒体の吸光情報を計測するように
したことを特徴とするものである。 【００１０】ここで上記コヒーレント光を出射する光源
は、上記光源より出射されたコヒーレント光を時間的に
周波数掃引する変調手段を兼用するものであってもよ
い。 【００１１】なお上記光路上に配された光散乱性の媒体
の表面形状が曲面であったり、また凹凸を有している場
合は、この媒体に光束が入射する際にその媒体の界面で
屈折し、また媒体から直進透過光が出射する際にその界
面で屈折して、媒体に入射した光束の進行方向と媒体か
ら出射した直進透過光の進行方向とが一致しない場合が
ある。そこでこのような場合は媒体を、この媒体の屈折
率とほぼ同一の屈折率を有し、媒体に入射する光束の進
行方向に対して垂直に仕上げられた光入射面と光出射面
を有する光透過性の媒体によって覆うようにしてもよ
い。 【００１２】 【作用および発明の効果】本発明の光散乱媒体の吸光計
測装置は、光源より出射されたコヒーレント光が、変調
手段により時間的に周波数掃引され、その後、光学系に
より第１の光束と第２の光束とに分割され、それぞれ光
路長のわずかに異なる第１の光路、第２の光路に沿って
進行した後合成され干渉される。この２つの光路は光路
長がわずかに異なるため、各光束が各光路を通過するの
に要する時間は異なる。光源より出射された光は時間的
に周波数掃引されているため、２つの光路をそれぞれ通
過した２つの光束が合成される際の各光束の周波数は異
なった値を示す。 【００１３】ここで上記２つの光路のうち第２の光路に
沿って進行する光束は、単にその光路に沿って進行する
だけであるが、第１の光路に沿って進行する光束は、そ
の光路上に配された光散乱性の媒質に入射し、直進透過
光および散乱光が媒質より出射する。 【００１４】この際、散乱光のうち直進透過光と同一の
進行方向成分の光（クロストーク光）も生じる。しかし
直進透過光は媒質内を入射光の進行方向に沿って最短距
離で進行するが、クロストーク光は媒質内部の散乱媒質
により少なくとも１回散乱されたのち出射するため、ク
ロストーク光が媒質内部において通過する光路長は、直
進透過光の光路長に対して長くなる。 【００１５】このため、第１の光路の長さより第２の光
路の長さ（第２の光路長）の方が長い場合、直進透過光
の光路を通過する第１の光路長と第２の光路長との差
は、クロストーク光の光路を通過する第１の光路長と第
２の光路長との差より大きい値となり、したがってこの
光学系上で干渉される直進透過光の周波数と第２の光路
を通過した第２の光束の周波数との差は、クロストーク
光の周波数と第２の光路を通過した第２の光束の周波数
との差より大きい値を示す。干渉した光は、干渉する以
前の２つの光の差周波数で強弱を繰り返すビート信号を
生じるため、直進透過光と第２の光束とが干渉した光の
周波数は、クロストーク光と第２の光束とが干渉した光
の周波数より高い値を示す。 【００１６】一方、第２の光路の長さ（第２の光路長）
より第１の光路の長さの方が長い場合、直進透過光の光
路を通過する第１の光路長と第２の光路長との差は、ク
ロストーク光の光路を通過する第１の光路長と第２の光
路長との差より小さい値となり、したがってこの光学系
上で干渉される直進透過光の周波数と第２の光路を通過
した第２の光束の周波数との差は、クロストーク光の周
波数と第２の光路を通過した第２の光束の周波数との差
より小さい値を示す。その結果、直進透過光と第２の光
束とが干渉した光の周波数は、クロストーク光と第２の
光束とが干渉した光の周波数より低いものとなる。 【００１７】上述のように干渉された光強度を光検出器
により検出し、この検出された光強度と２つの光路の光
路差と光源の変調周波数とに基づいて光ヘテロダイン検
波手段により、上記２つの光束の周波数の差の周波数で
強弱を繰り返すビート信号を検出するとともに直進透過
光の光強度あるいはクロストーク光の光強度を光ヘテロ
ダイン検波し、また光路差に基づいて直進透過光の光強
度とクロストーク光の光強度とを弁別し、吸光情報計測
手段により、この弁別された直進透過光の光強度に基づ
いて光散乱媒体の吸光情報が計測される。 【００１８】このように本発明の光散乱媒体の吸光計測
装置によれば、媒体から出射する直進透過光と散乱光と
を分離することができ、その結果、光散乱性の媒体の吸
光情報を有する直進透過光からその吸光情報を高Ｓ／Ｎ
で検出することができる。 【００１９】 【実施の形態】以下、図面を用いて本発明の実施の形態
について詳細に説明する。 【００２０】図１は本発明にかかる光散乱媒体の吸光計
測装置の実施の形態の概略を示すブロック図である。図
示の吸光計測装置は、レーザ光源50と、この光源50から
出射されるレーザ光を図２に示すように鋸歯波状に時間
的に周波数掃引する周波数掃引ドライブ回路66と、この
ドライブ回路によって周波数掃引されて光源50より出射
されるレーザ光ａ１ を平行光ａ２ とするコリメータ
レンズ51と、この平行光ａ２ を２つの光束ａ３ ，ａ
４ に分割し、光路長がわずかに異なる２つの光路Ａ，
Ｂに沿って進行させたのち重ね合わせるビームスプリッ
タ52，53およびミラー54，55と、この重ね合わされたの
ちの光ａ５ の光強度を検出し光電変換して電気信号を
出力する光検出器60と、該光検出器60により検出された
光強度を示す信号を光ヘテロダイン検波するデータ処理
装置61と、光ヘテロダイン検波された光強度信号に基づ
いて所定の帯域の光強度信号を抽出するバンドパスフィ
ルタ64と、この抽出された光信号より媒体10の吸光強度
を算出するレベル検出器65とを備えた構成である。 【００２１】ここで上記ビームスプリッタ52により２つ
の光路Ａ，Ｂに沿ってそれぞれ進行する２つの光束ａ
３ ，ａ４ のうち一方の光路Ａ上には、吸光強度を計
測しようとする光散乱性の媒体10が配置される。この媒
体10は図３（Ａ）に示すようにその表面形状が曲面によ
って形成されており、そのため光ビームが媒体10に入出
射する際、その界面において屈折して光の主ビームの進
行方向が変わり、アーチファクトの原因となる。そこで
図３（Ｂ）に示すように、媒体10とほぼ同一の屈折率を
有する光透過性のマッチング媒体11を媒体10に密着させ
て主ビームの進行方向を変えないようにする。なお、こ
のマッチング媒体10への光の入出射面は光の進行方向に
対してほぼ垂直に仕上げられている。このマッチング媒
体10は例えば図３（Ｃ）に示すように、媒体10と同一屈
折率の液状媒体14が充填されたポリエチレン等の極薄の
可撓性袋体13を、平行平板ガラス12に密着させたものに
よって構成することができ、これを媒体10に光の入出射
方向よりそれぞれ押し付けてサンドイッチ構造を構成す
ることによって実現することができる。 【００２２】以下説明簡略化のため媒体10とこのマッチ
ング媒体11との全体を媒体10とみなして記述する。 【００２３】次に本実施の形態の作用について説明す
る。 【００２４】光源50より出射される光は前述のとおり周
波数掃引ドライブ回路66により図２に示す如く時間的に
周波数掃引される。この周波数掃引されて光源50より出
射した光ａ１ はコリメータレンズ51により平行光ａ
２ とされ、ビームスプリッタ52によって２つの光路
Ａ，Ｂに沿って進む２つの光束ａ３ およびａ４ に分
割される。光路Ａに沿って進む光束ａ３ は媒体10に入
射し、この媒体10内部の光散乱媒質により種々の方向に
散乱されて出射する散乱光ａ２０と、この媒体10に特徴
的に吸光されてこの媒体10の吸光情報を担持し入射方向
と同一方向に出射される直進透過光ａ１０とに分けられ
るが、図４に示すように、散乱光ａ２０の一部は多重散
乱されるなどにより、直進透過光ａ１０が出射する方向
と同一方向に出射する光ａ２１があり、これはクロスト
ーク光と呼ばれる。 【００２５】このクロストーク光ａ２１は媒体10内部で
多重散乱されることにより、直進透過光ａ１０が媒体10
内部で通過する光路長よりも長い光路長の光路を通過す
ることになる。即ち、媒体10に入射した光束ａ３は、こ
の媒体の最短距離を通って直線的に透過する直進透過光
ａ１０、およびこの直進透過光ａ１０よりも長い光路長
の光路を通過するクロストーク光ａ２１として媒体10よ
り出射される。 【００２６】このように光路Ａを通過した光束ａ３ の
うち媒体10より出射する直進透過光ａ１０とクロストー
ク光ａ２１とが、ビームスプリッタ53により、他方の光
路Ｂを通過した光束ａ４ とそれぞれ合成されて干渉を
生じる。 【００２７】ここで直進透過光ａ１０がビームスプリッ
タ53に到達するのに要する時間は、クロストーク光ａ
２１がビームスプリッタ53に到達するのに要する場間よ
りも短いため、ビームスプリッタ53上で直進透過光ａ
１０が干渉される光ａ４ の周波数は、クロストーク光
ａ２１が干渉される光ａ４ の周波数に対して低い。そ
のため例えば光路Ａの長さよりも光路Ｂの長さが短い場
合は、直進透過光ａ１０と干渉される光ａ４ の周波数
と直進透過光ａ１０の周波数との差は、クロストーク光
ａ２１と干渉される光ａ４ の周波数とクロストーク光
ａ２１の周波数との差よりも小さく、干渉によって生じ
るビート信号の周波数は、直進透過光ａ１０による干渉
ａ５１の方がクロストーク光ａ２１による干渉光ａ５２
よりも低いものとなる。 【００２８】一方、光路Ａの長さよりも光路Ｂの長さが
長い場合は、直進透過光ａ１０と干渉される光ａ４ の
周波数と直進透過光ａ１０の周波数との差は、クロスト
ーク光ａ２１と干渉される光ａ４ の周波数とクロスト
ーク光ａ２１の周波数との差よりも小さく、従って干渉
によって生じるビート信号の周波数は、直進透過光ａ
１０による干渉光ａ５１の方がクロストーク光ａ２１に
よる干渉光ａ５２よりも高いものとなる。 【００２９】上述のとおり干渉によって生じるビート信
号の周波数差から、直進透過光ａ１ ０とクロストーク光
ａ２１とを弁別することが可能である。 【００３０】光検出器60により検出された干渉光ａ５
（直進透過光ａ１０と光ａ４ とが干渉された干渉光ａ
５１およびクロストーク光ａ２１と光ａ４ とが干渉さ
れた干渉光ａ５２の総称）は、その光強度に応じた大き
さの電気信号に光電変換されてデータ処理装置61により
光ヘテロダイン検波され、前記干渉光ａ５１，ａ５２の
ビート信号の周波数差に応じた検出信号の強度スペクト
ラムが得られる（図５参照）。この図５ （Ａ）は光路
Ａの長さよりも光路Ｂの長さが短い場合についてのもの
であり、図５（Ｂ）は光路Ａの長さよりも光路Ｂの長さ
が長い場合についてのものである。 【００３１】図５（Ａ）に示した検出信号の強度スペク
トラムにおいて斜線を付した、特徴的に立上る検出光強
度スペクトラムは、直進通過光ａ１０の強度を示すもの
であるから、この得られた検出光強度スペクトラム全体
をバンドパスフィルタ64を通すことにより、この特徴的
に立上る帯域の検出光強度スペクトラムだけを検出し、
検出された上記帯域の検出光強度スペクトラムに基づい
てレベル検出器65により、媒体10を透過した直進透過光
ａ１０の強度を算出して媒体10の吸光情報を得る。 【００３２】上述のように本発明の光散乱媒体の吸光計
測装置によれば、光散乱性の媒体より出射する直進透過
光と散乱光とを分離することができ、その結果、高Ｓ／
Ｎで媒体の吸光情報を得ることができる。
置に関し、詳細には光ヘテロダイン検出方式による吸光
計測装置を光散乱媒体に対して適用可能にした吸光計測
装置に関するものである。 【０００２】 【従来の技術】生体等の光散乱性の媒体（以下、光散乱
媒体という）の透過吸光情報を検出する方法の１つとし
て光ヘテロダイン検出法が知られている（特開平 2-110
345 号，同 2-110346 号公報参照）。この光ヘテロダイ
ン検出方式は、波長の僅かに異なる２つの光束をそれら
の進行方向が一致するように重ね合わせ、波長の差によ
って生じる光の干渉現象を利用するものであって、重ね
合わされる２つの光束の進行方向が完全に一致しない
と、その光束の垂直な面において時間的に強弱を繰返す
ビート信号を検出することができないため、極めて高精
度な方向弁別性能を有した検出方式ということができ
る。 【０００３】このように高精度な方向弁別性能を有する
光ヘテロダイン検出方式によれば、光散乱媒体に入射し
た光は、この光散乱媒体の内部で多重散乱や拡散あるい
は反射、透過によって種々の方向に出射するが、これら
の光の中から直進透過光のみを容易に検出することがで
き、得られた直進透過光を分光分析することによってこ
の媒体の吸光情報を得ることができる。 【０００４】 【発明が解決しようとする課題】ところで上記光ヘテロ
ダイン検出方式を用いた吸光計測装置において、媒体に
ある程度大きなビーム径の光束を入射して媒体の吸光情
報を２次元的に検出しようとすると、媒体の内部で何回
も散乱し、媒体の表面より種々の方向に向って出射する
散乱光のうち、直進透過光と同一進行方向に向う散乱光
（クロストーク光）が直進透過光に混入し、そのため光
検出器はこの散乱光の混入した直進透過光を検出するこ
とになり、検出信号のＳ／Ｎが劣化するという難点があ
る。 【０００５】これを解決するため従来は、媒体の吸光情
報を２次元的に検出しようとする場合、散乱光が直進透
過光に極力混入しないように光束を小さいビーム径とし
て、媒体の小さい領域の吸光情報を検出し、この光束を
媒体に走査することによって小さい領域毎の吸光情報を
２次元的に再構成している。 【０００６】しかしこのように小さいビーム径の光束を
媒体に走査して吸光情報を細分化して検出するのは非常
に時間がかかり、また光束のビーム径を限りなく小さく
したとしても散乱光を完全に除去することはできない。 【０００７】本発明は上記事情に鑑みなされたもので、
媒体から出射する直進透過光と散乱光とを分離して、媒
体の吸光情報を高Ｓ／Ｎで検出し得る光散乱媒体の吸光
計測装置を提供することを目的とするものである。 【０００８】 【課題を解決するための手段】本発明の光散乱媒体の吸
光計測装置は、直進透過光の進行方向と同一方向に出射
する散乱光が、その方向に出射する直進透過光よりも媒
体内部において長い光路長を有する光路を通過するとい
う特性を利用し、媒体を通過せず他の光路を進行した光
（参照光）と直進透過光とが干渉して発生する光のビー
ト信号と、参照光とクロストーク光とが干渉して発生す
る光のビート信号とを分離して、直進透過光を選別し、
この選別された直進透過光に基づいて光散乱媒体の吸光
情報を計測することを特徴とするものである。 【０００９】すなわち本発明の光散乱媒体の吸光計測装
置は、請求項１に記載したように、コヒーレント光を出
射する光源と、該光源より出射されたコヒーレント光を
時間的に周波数掃引する変調手段と、該変調されたコヒ
ーレント光を２つの光束に分割し、それぞれ光路長の異
なる２つの光路に沿って進行させた後合成する光学系
と、該２つの光路のうち一方の光路上に配された光散乱
性の媒体を直進透過した光束と他方の光路を進行した光
束とが合成されたのちの光束の強度を検出する光検出器
と、該光検出器により検出された光強度を示す信号のう
ち、前記コヒーレント光に対してなされる周波数掃引の
特性と前記２つの光路の光路差とに応じた所定の周波数
で強弱を繰り返すビート信号を検出し前記媒体を直進透
過した光の成分を検出する光ヘテロダイン検波手段と、
該光ヘテロダイン検波手段により得られた前記媒体を直
進透過した光の成分に基づいて該媒体の吸光情報を計測
する吸光情報計測手段とを備え、前記光路差に応じて特
徴的に立ち上がる前記ビート信号を光ヘテロダイン検波
することにより、前記媒体の吸光情報を計測するように
したことを特徴とするものである。 【００１０】ここで上記コヒーレント光を出射する光源
は、上記光源より出射されたコヒーレント光を時間的に
周波数掃引する変調手段を兼用するものであってもよ
い。 【００１１】なお上記光路上に配された光散乱性の媒体
の表面形状が曲面であったり、また凹凸を有している場
合は、この媒体に光束が入射する際にその媒体の界面で
屈折し、また媒体から直進透過光が出射する際にその界
面で屈折して、媒体に入射した光束の進行方向と媒体か
ら出射した直進透過光の進行方向とが一致しない場合が
ある。そこでこのような場合は媒体を、この媒体の屈折
率とほぼ同一の屈折率を有し、媒体に入射する光束の進
行方向に対して垂直に仕上げられた光入射面と光出射面
を有する光透過性の媒体によって覆うようにしてもよ
い。 【００１２】 【作用および発明の効果】本発明の光散乱媒体の吸光計
測装置は、光源より出射されたコヒーレント光が、変調
手段により時間的に周波数掃引され、その後、光学系に
より第１の光束と第２の光束とに分割され、それぞれ光
路長のわずかに異なる第１の光路、第２の光路に沿って
進行した後合成され干渉される。この２つの光路は光路
長がわずかに異なるため、各光束が各光路を通過するの
に要する時間は異なる。光源より出射された光は時間的
に周波数掃引されているため、２つの光路をそれぞれ通
過した２つの光束が合成される際の各光束の周波数は異
なった値を示す。 【００１３】ここで上記２つの光路のうち第２の光路に
沿って進行する光束は、単にその光路に沿って進行する
だけであるが、第１の光路に沿って進行する光束は、そ
の光路上に配された光散乱性の媒質に入射し、直進透過
光および散乱光が媒質より出射する。 【００１４】この際、散乱光のうち直進透過光と同一の
進行方向成分の光（クロストーク光）も生じる。しかし
直進透過光は媒質内を入射光の進行方向に沿って最短距
離で進行するが、クロストーク光は媒質内部の散乱媒質
により少なくとも１回散乱されたのち出射するため、ク
ロストーク光が媒質内部において通過する光路長は、直
進透過光の光路長に対して長くなる。 【００１５】このため、第１の光路の長さより第２の光
路の長さ（第２の光路長）の方が長い場合、直進透過光
の光路を通過する第１の光路長と第２の光路長との差
は、クロストーク光の光路を通過する第１の光路長と第
２の光路長との差より大きい値となり、したがってこの
光学系上で干渉される直進透過光の周波数と第２の光路
を通過した第２の光束の周波数との差は、クロストーク
光の周波数と第２の光路を通過した第２の光束の周波数
との差より大きい値を示す。干渉した光は、干渉する以
前の２つの光の差周波数で強弱を繰り返すビート信号を
生じるため、直進透過光と第２の光束とが干渉した光の
周波数は、クロストーク光と第２の光束とが干渉した光
の周波数より高い値を示す。 【００１６】一方、第２の光路の長さ（第２の光路長）
より第１の光路の長さの方が長い場合、直進透過光の光
路を通過する第１の光路長と第２の光路長との差は、ク
ロストーク光の光路を通過する第１の光路長と第２の光
路長との差より小さい値となり、したがってこの光学系
上で干渉される直進透過光の周波数と第２の光路を通過
した第２の光束の周波数との差は、クロストーク光の周
波数と第２の光路を通過した第２の光束の周波数との差
より小さい値を示す。その結果、直進透過光と第２の光
束とが干渉した光の周波数は、クロストーク光と第２の
光束とが干渉した光の周波数より低いものとなる。 【００１７】上述のように干渉された光強度を光検出器
により検出し、この検出された光強度と２つの光路の光
路差と光源の変調周波数とに基づいて光ヘテロダイン検
波手段により、上記２つの光束の周波数の差の周波数で
強弱を繰り返すビート信号を検出するとともに直進透過
光の光強度あるいはクロストーク光の光強度を光ヘテロ
ダイン検波し、また光路差に基づいて直進透過光の光強
度とクロストーク光の光強度とを弁別し、吸光情報計測
手段により、この弁別された直進透過光の光強度に基づ
いて光散乱媒体の吸光情報が計測される。 【００１８】このように本発明の光散乱媒体の吸光計測
装置によれば、媒体から出射する直進透過光と散乱光と
を分離することができ、その結果、光散乱性の媒体の吸
光情報を有する直進透過光からその吸光情報を高Ｓ／Ｎ
で検出することができる。 【００１９】 【実施の形態】以下、図面を用いて本発明の実施の形態
について詳細に説明する。 【００２０】図１は本発明にかかる光散乱媒体の吸光計
測装置の実施の形態の概略を示すブロック図である。図
示の吸光計測装置は、レーザ光源50と、この光源50から
出射されるレーザ光を図２に示すように鋸歯波状に時間
的に周波数掃引する周波数掃引ドライブ回路66と、この
ドライブ回路によって周波数掃引されて光源50より出射
されるレーザ光ａ１ を平行光ａ２ とするコリメータ
レンズ51と、この平行光ａ２ を２つの光束ａ３ ，ａ
４ に分割し、光路長がわずかに異なる２つの光路Ａ，
Ｂに沿って進行させたのち重ね合わせるビームスプリッ
タ52，53およびミラー54，55と、この重ね合わされたの
ちの光ａ５ の光強度を検出し光電変換して電気信号を
出力する光検出器60と、該光検出器60により検出された
光強度を示す信号を光ヘテロダイン検波するデータ処理
装置61と、光ヘテロダイン検波された光強度信号に基づ
いて所定の帯域の光強度信号を抽出するバンドパスフィ
ルタ64と、この抽出された光信号より媒体10の吸光強度
を算出するレベル検出器65とを備えた構成である。 【００２１】ここで上記ビームスプリッタ52により２つ
の光路Ａ，Ｂに沿ってそれぞれ進行する２つの光束ａ
３ ，ａ４ のうち一方の光路Ａ上には、吸光強度を計
測しようとする光散乱性の媒体10が配置される。この媒
体10は図３（Ａ）に示すようにその表面形状が曲面によ
って形成されており、そのため光ビームが媒体10に入出
射する際、その界面において屈折して光の主ビームの進
行方向が変わり、アーチファクトの原因となる。そこで
図３（Ｂ）に示すように、媒体10とほぼ同一の屈折率を
有する光透過性のマッチング媒体11を媒体10に密着させ
て主ビームの進行方向を変えないようにする。なお、こ
のマッチング媒体10への光の入出射面は光の進行方向に
対してほぼ垂直に仕上げられている。このマッチング媒
体10は例えば図３（Ｃ）に示すように、媒体10と同一屈
折率の液状媒体14が充填されたポリエチレン等の極薄の
可撓性袋体13を、平行平板ガラス12に密着させたものに
よって構成することができ、これを媒体10に光の入出射
方向よりそれぞれ押し付けてサンドイッチ構造を構成す
ることによって実現することができる。 【００２２】以下説明簡略化のため媒体10とこのマッチ
ング媒体11との全体を媒体10とみなして記述する。 【００２３】次に本実施の形態の作用について説明す
る。 【００２４】光源50より出射される光は前述のとおり周
波数掃引ドライブ回路66により図２に示す如く時間的に
周波数掃引される。この周波数掃引されて光源50より出
射した光ａ１ はコリメータレンズ51により平行光ａ
２ とされ、ビームスプリッタ52によって２つの光路
Ａ，Ｂに沿って進む２つの光束ａ３ およびａ４ に分
割される。光路Ａに沿って進む光束ａ３ は媒体10に入
射し、この媒体10内部の光散乱媒質により種々の方向に
散乱されて出射する散乱光ａ２０と、この媒体10に特徴
的に吸光されてこの媒体10の吸光情報を担持し入射方向
と同一方向に出射される直進透過光ａ１０とに分けられ
るが、図４に示すように、散乱光ａ２０の一部は多重散
乱されるなどにより、直進透過光ａ１０が出射する方向
と同一方向に出射する光ａ２１があり、これはクロスト
ーク光と呼ばれる。 【００２５】このクロストーク光ａ２１は媒体10内部で
多重散乱されることにより、直進透過光ａ１０が媒体10
内部で通過する光路長よりも長い光路長の光路を通過す
ることになる。即ち、媒体10に入射した光束ａ３は、こ
の媒体の最短距離を通って直線的に透過する直進透過光
ａ１０、およびこの直進透過光ａ１０よりも長い光路長
の光路を通過するクロストーク光ａ２１として媒体10よ
り出射される。 【００２６】このように光路Ａを通過した光束ａ３ の
うち媒体10より出射する直進透過光ａ１０とクロストー
ク光ａ２１とが、ビームスプリッタ53により、他方の光
路Ｂを通過した光束ａ４ とそれぞれ合成されて干渉を
生じる。 【００２７】ここで直進透過光ａ１０がビームスプリッ
タ53に到達するのに要する時間は、クロストーク光ａ
２１がビームスプリッタ53に到達するのに要する場間よ
りも短いため、ビームスプリッタ53上で直進透過光ａ
１０が干渉される光ａ４ の周波数は、クロストーク光
ａ２１が干渉される光ａ４ の周波数に対して低い。そ
のため例えば光路Ａの長さよりも光路Ｂの長さが短い場
合は、直進透過光ａ１０と干渉される光ａ４ の周波数
と直進透過光ａ１０の周波数との差は、クロストーク光
ａ２１と干渉される光ａ４ の周波数とクロストーク光
ａ２１の周波数との差よりも小さく、干渉によって生じ
るビート信号の周波数は、直進透過光ａ１０による干渉
ａ５１の方がクロストーク光ａ２１による干渉光ａ５２
よりも低いものとなる。 【００２８】一方、光路Ａの長さよりも光路Ｂの長さが
長い場合は、直進透過光ａ１０と干渉される光ａ４ の
周波数と直進透過光ａ１０の周波数との差は、クロスト
ーク光ａ２１と干渉される光ａ４ の周波数とクロスト
ーク光ａ２１の周波数との差よりも小さく、従って干渉
によって生じるビート信号の周波数は、直進透過光ａ
１０による干渉光ａ５１の方がクロストーク光ａ２１に
よる干渉光ａ５２よりも高いものとなる。 【００２９】上述のとおり干渉によって生じるビート信
号の周波数差から、直進透過光ａ１ ０とクロストーク光
ａ２１とを弁別することが可能である。 【００３０】光検出器60により検出された干渉光ａ５
（直進透過光ａ１０と光ａ４ とが干渉された干渉光ａ
５１およびクロストーク光ａ２１と光ａ４ とが干渉さ
れた干渉光ａ５２の総称）は、その光強度に応じた大き
さの電気信号に光電変換されてデータ処理装置61により
光ヘテロダイン検波され、前記干渉光ａ５１，ａ５２の
ビート信号の周波数差に応じた検出信号の強度スペクト
ラムが得られる（図５参照）。この図５ （Ａ）は光路
Ａの長さよりも光路Ｂの長さが短い場合についてのもの
であり、図５（Ｂ）は光路Ａの長さよりも光路Ｂの長さ
が長い場合についてのものである。 【００３１】図５（Ａ）に示した検出信号の強度スペク
トラムにおいて斜線を付した、特徴的に立上る検出光強
度スペクトラムは、直進通過光ａ１０の強度を示すもの
であるから、この得られた検出光強度スペクトラム全体
をバンドパスフィルタ64を通すことにより、この特徴的
に立上る帯域の検出光強度スペクトラムだけを検出し、
検出された上記帯域の検出光強度スペクトラムに基づい
てレベル検出器65により、媒体10を透過した直進透過光
ａ１０の強度を算出して媒体10の吸光情報を得る。 【００３２】上述のように本発明の光散乱媒体の吸光計
測装置によれば、光散乱性の媒体より出射する直進透過
光と散乱光とを分離することができ、その結果、高Ｓ／
Ｎで媒体の吸光情報を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかる光散乱媒体の吸光計測装置の実
施の形態を示す概略ブロック図 【図２】光源より出射されるレーザ光の掃引周波数波形
を示すグラフ 【図３】光散乱媒体への入出射光の界面における屈折の
補正について説明するための図 【図４】直進透過光とクロストーク光との関係を説明す
るための概念図 【図５】ビート信号の周波数と検出光強度スペクトラム
との関係を示すグラフ 【符号の説明】 10 光散乱性の媒体 11 マッチング媒体 12 ガラス板 13 可撓性袋体 14 液状媒体 50 レーザ光源 51 コリメータレンズ 52，53 ビームスプリッタ 54，55 ミラー 60 光検出器 61 データ処理装置 64 バンドパスフィルタ 65 レベル検出器 66 周波数掃引ドライブ回路
施の形態を示す概略ブロック図 【図２】光源より出射されるレーザ光の掃引周波数波形
を示すグラフ 【図３】光散乱媒体への入出射光の界面における屈折の
補正について説明するための図 【図４】直進透過光とクロストーク光との関係を説明す
るための概念図 【図５】ビート信号の周波数と検出光強度スペクトラム
との関係を示すグラフ 【符号の説明】 10 光散乱性の媒体 11 マッチング媒体 12 ガラス板 13 可撓性袋体 14 液状媒体 50 レーザ光源 51 コリメータレンズ 52，53 ビームスプリッタ 54，55 ミラー 60 光検出器 61 データ処理装置 64 バンドパスフィルタ 65 レベル検出器 66 周波数掃引ドライブ回路
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(56)参考文献 特開 平４−27845（ＪＰ，Ａ)
特開 平４−31744（ＪＰ，Ａ)
特開 平２−150747（ＪＰ，Ａ)
特開 昭54−123997（ＪＰ，Ａ)
特開 平５−203563（ＪＰ，Ａ)
特開 平６−70881（ＪＰ，Ａ)
戸井田昌宏・近藤真・市村勉・稲葉文
男，生体画像計測のための光ヘテロダイ
ン方式ＣＴ法の基礎的研究（１），光
学，日本，1990年 ２月，Ｖｏｌ．19
ＮＯ．７，447−453
戸井田昌宏・近藤真・市村勉・稲葉文
男，生体画像計測のための光ヘテロダイ
ン方式ＣＴ法の基礎的研究（２），光
学，日本，1990年 ４月，ＶＯＬ．19
ＮＯ．８，529−537
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
G01N 21/17 - 21/61
特許ファイル（ＰＡＴＯＬＩＳ)
ＪＩＣＳＴファイル（ＪＯＩＳ)
Claims (1)
- (57)【特許請求の範囲】 【請求項１】 コヒーレント光を出射する光源と、該光
源より出射されたコヒーレント光を時間的に周波数掃引
する変調手段と、該変調されたコヒーレント光を２つの
光束に分割し、それぞれ光路長の異なる２つの光路に沿
って進行させた後合成する光学系と、該２つの光路のう
ち一方の光路上に配された光散乱性の媒体を直進透過し
た光束と他方の光路を進行した光束とが合成されたのち
の光束の強度を検出する光検出器と、該光検出器により
検出された光強度を示す信号のうち、前記コヒーレント
光に対してなされる周波数掃引の特性と前記２つの光路
の光路差とに応じた所定の周波数で強弱を繰り返すビー
ト信号を検出し前記媒体を直進透過した光の成分を検出
する光ヘテロダイン検波手段と、該光ヘテロダイン検波
手段により得られた前記媒体を直進透過した光の成分に
基づいて該媒体の吸光情報を計測する吸光情報計測手段
とを備え、 前記光路差に応じて特徴的に立ち上がる前記ビート信号
を光ヘテロダイン検波することにより、前記媒体の吸光
情報を計測するようにしたことを特徴とする光散乱媒体
の吸光計測装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001273317A JP3502076B2 (ja) | 2001-09-10 | 2001-09-10 | 光散乱媒体の吸光計測装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001273317A JP3502076B2 (ja) | 2001-09-10 | 2001-09-10 | 光散乱媒体の吸光計測装置 |
Related Parent Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP14741293A Division JP3264463B2 (ja) | 1993-06-18 | 1993-06-18 | 光散乱媒体の吸光計測装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002139422A JP2002139422A (ja) | 2002-05-17 |
| JP3502076B2 true JP3502076B2 (ja) | 2004-03-02 |
Family
ID=19098548
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001273317A Expired - Lifetime JP3502076B2 (ja) | 2001-09-10 | 2001-09-10 | 光散乱媒体の吸光計測装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3502076B2 (ja) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP2270448B1 (en) * | 2003-10-27 | 2020-03-18 | The General Hospital Corporation | Method and apparatus for performing optical imaging using frequency-domain interferometry |
| US8378703B2 (en) * | 2009-04-23 | 2013-02-19 | Advantest Corporation | Container, a method for disposing the same, and a measurement method |
| KR101766328B1 (ko) | 2015-05-28 | 2017-08-08 | 광주과학기술원 | 현미경 |
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| WO2022224917A1 (ja) * | 2021-04-19 | 2022-10-27 | のりこ 安間 | ３次元撮像装置 |
-
2001
- 2001-09-10 JP JP2001273317A patent/JP3502076B2/ja not_active Expired - Lifetime
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| 戸井田昌宏・近藤真・市村勉・稲葉文男，生体画像計測のための光ヘテロダイン方式ＣＴ法の基礎的研究（１），光学，日本，１９９０年 ２月，Ｖｏｌ．１９ ＮＯ．７，４４７−４５３ |
| 戸井田昌宏・近藤真・市村勉・稲葉文男，生体画像計測のための光ヘテロダイン方式ＣＴ法の基礎的研究（２），光学，日本，１９９０年 ４月，ＶＯＬ．１９ ＮＯ．８，５２９−５３７ |
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|---|---|
| JP2002139422A (ja) | 2002-05-17 |
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