JP6378776B2 - 光侵入深さ評価方法、その評価方法を用いた性能検査方法および光断層画像撮像装置 - Google Patents
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Description
Δz=2×(ln(2)/π)×(λ2/Δλ)
で与えられるため、使用する光源の波長幅Δλを大きくすること、及び光源の中心波長λを小さくすることで高分解能化することができる(ここで、λは光源の中心波長、Δλは光源の波長幅、Δzは深さ方向の分解能を指す。)。近赤外OCTは深さ分解能が約20μm程度である。近年、深さ分解能の高性能化のために、可視から近赤外の波長域全体を使ったOCTの開発が行われてきた(非特許文献1)。非特許文献1では、深さ分解能がサブミクロンオーダーまで到達している。
非特許文献1では、波長幅を大きくすることで分解能が向上することを利用し、波長500nm〜1600nmの広帯域の光源を用いてOCTの測定を行っているが、紫外域のOCT測定はできていない。
単一の光源から射出された、紫外から可視域に亘る波長域を含む低コヒーレント光から紫外域の任意の波長域を切り出して任意の波長幅のスペクトルに成形し、
成形して得られたスペクトルを有する任意の波長域の低コヒーレント光を用いて二次元分光断層画像を取得し、
二次元分光断層画像に基づいて測定対象に対する測定光の侵入深さを評価する光侵入深さ評価方法である。
第1の二次元分光断層画像および第2の二次元分光断層画像に基づいて、測定対象に対する測定光の侵入深さを評価してもよい。
単一の光源から射出された、紫外から可視域に亘る波長域を含む低コヒーレント光から第1の波長域とは異なる第2の波長域を切り出して任意の波長幅の第2のスペクトルに成形し、
成形して得られた第2のスペクトルを有する第2の波長域の低コヒーレント光による第2の二次元分光断層画像を取得し、
第1の二次元分光断層画像および第2の二次元分光断層画像に基づいて、それぞれの測定対象に対する測定光の侵入深さを評価してもよい。
第1の波長域の低コヒーレント光を用いて二次元分光断層画像を第1の二次元分光断層画像として取得すると同時に、成形して得られた第2のスペクトルを有する第2の波長域の低コヒーレント光を用いて第2の二次元分光断層画像を取得し、
第1の二次元分光断層画像および第2の二次元分光断層画像に基づいて、測定対象に対するそれぞれの測定光の侵入深さを評価してもよい。
単一の光源から射出された、紫外から可視域に亘る波長域を含む低コヒーレント光から任意の波長域を切り出して単一もしくは複数の任意の波長幅のスペクトルに成形して、同時、もしくは逐次に、紫外域の第1の波長域の低コヒーレント光による第1の二次元分光断層画像、および第1の波長域とは異なる第2の波長域の低コヒーレント光もしくは第1の波長域の低コヒーレント光とは異なる光量の第1の波長域の低コヒーレント光による第2の二次元分光断層画像を取得し、
第1の二次元分光断層画像および第2の二次元分光断層画像に基づいて、それぞれの測定対象に対する測定光の侵入深さを評価する方法であってもよい。
すなわち、光源から射出された低コヒーレント光から切り出す波長域は、成形して得られたピーク波長が紫外域であれば紫外域の波長域、ピーク波長が可視域であれば可視域の波長域と看做す。
光の中心波長および波長幅については、スペクトルを下式でフィッティングした際のx0が中心波長、widthを波長幅とする。
y=y0+Aexp(−((x−x0)/(width))2)
ヒト肌を測定対象として、ヒト肌に対する薬品の塗布前後における紫外域の光の侵入深さを評価して、薬品の性能を検査する性能検査方法である。
光源部から射出された低コヒーレント光を測定光と参照光とに分割する光分割部と、
測定光を測定対象にライン状に照射する測定光照射光学系と、
測定光が測定対象に照射されたときの測定対象からの反射光と参照光とを重ね合わせる合波部と、
合波部により合波された反射光と参照光との干渉光を分光検出する干渉光検出部と、
干渉光検出部により検出された干渉光を周波数解析することにより測定対象の二次元分光断層画像を取得する断層画像取得部とを備えてなる。
断層画像取得部が、第1の波長域の低コヒーレント光を用いて二次元分光断層画像を第1の二次元分光断層画像として取得する際に、同時に、第2のスペクトルを有する第2の波長域の低コヒーレント光を用いて第2の二次元分光断層画像を取得するものであることが好ましい。
なお、ここでは、スペクトル成形部12が切り出した波長域のスペクトルをガウス分布スペクトル成形するものとしているが、スペクトル成形部においては、分光断層画像取得に適するスペクトル形状の低コヒーレント光に成形できればよく、成形後のスペクトル形状はガウス分布スペクトルに限るものではない。
光源の波長幅は、OCTの分解能の観点で大きいほど良いが、大き過ぎると波長を変えたときの比較が困難となる。波長幅の目安としては、数nmから100nm程度が好ましい。
図2に示す光から397nmにピーク波長、5nmの波長幅を有するガウス分布スペクトル形状を図3に示す。図3において、実線が実際のスペクトル形状、破線が理想的なガウス分布を示す。図3に示すように、成形して得られたスペクトル形状は完全なガウス分布ではないが、概ねガウス分布に沿った形状である。なお、本明細書において、例えば、397nmピーク波長、5nmの波長幅のスペクトルを397±5nmのスペクトルと表記する場合がある。
なお、測定光照射光学系20には、図示していない偏光子、ズームレンズ等の他の光学系を備えていてもよい。
紫外域の任意の波長を切り出してガウス分布スペクトルとした上で、同一のガウス分布スペクトルに対して、測定光の光量を増減させて二次元断層画像を取得することにより、それぞれの光量での紫外線の侵入深さや光量の違いによる紫外線の侵入深さの違いを評価することができる。
合波部4は、反射部材6により反射された参照光L2と測定対象Sからの反射光L3とを合波し干渉光検出部側に射出するものであり、既述の通り、本実施形態において、合波部4は光分割部3を兼ねる石英板により構成されている。
分光器31としては様々な公知の技術を用いることができ、例えば、回折格子等により構成することができる。光検出器32は、例えばCCD(Charge Coupled Device)あるいはフォトダイオード等の受光素子が二次元状に配列した二次元光センサから構成される。また、干渉光L4をビームスプリッターなどで分けて、分岐した光に対してそれぞれ分光器やCCDを複数台設置し、分光情報を同時に測定する方法も考えられる。
シリンドリカルレンズ26は、測定光照射光学系20中に配置されたライン状照射を行うためのシリンドリカルレンズ21に対して円筒の長さ方向の軸が直交するように配置されるy方向の対物レンズである。
また、スペクトル成形部により白色光源から射出された光から紫外域の任意の波長域の光を簡易に取り出して断層画像を取得することができる。
第3および第4の実施形態において、光浸入深さの評価は、第1の実施形態の場合と同様に行うことができる。さらに、第1および第2の二次元分光断層画像を同時に画像表示装置に表示させることにより、両画像における侵入深さの違いを目視により容易に認識することができる。波長域の違いによる侵入深さの違いを評価することにより、侵達してほしくない光をカットして、その他の光をカットしないようにするための化粧品などの指針提示をすることができる。たとえば、UV域の光をカットして可視域の光をカットせずに肌の内部に取り込むような化粧品が挙げられる。
図4のA、BおよびCは、ヒト肌を直接撮像した画像であり、Dは、OCT装置とヒト肌との間の測定光の光路上に、紫外線吸収剤が表面に塗布されたガラス板を配置してヒト肌を撮像した画像である。図4のA、B、C、Dの撮影はそれぞれ異なる時刻に行ったものであり、同時に取得したものではない。また、図4のB、Cは同一条件で測定したものである。
図4のDから、UV吸収剤を光路中に配することにより、紫外線がブロックされ、UV光の肌内部への侵入が抑制されていることがわかる。
紫外線吸収フィルムなどを測定対象とすると、内部での紫外線吸収量が大きくなれば裏面反射量は低下するため、二次元断層画像からその効果を評価することができる。フィルムの裏面反射が見えるかどうかで、その深さ(フィルム厚み)までUV光が侵入しているかどうかの評価をすることができる。
図6に示すスペクトルは、波長373nmから389nmまでの第1の波長域の、中心波長384nm、波長幅4nmのスペクトルと、波長389nmから410nmまでの第2の波長域の、中心波長396nm、波長幅8nmのスペクトルを含んでいる。
このように2領域の波長域の光の干渉スペクトルのそれぞれから分光断層画像を取得することで、1回の測定で波長域の異なる断層画像を同時に取得できる。
カバーガラスの厚みは170nmである。各分光断層画像中、2本の白線のうち上の線がカバーガラスの表面反射、下の線が裏面反射によるものである。いずれの画像においてもこの2本の白線の間隔が約170nmとなっており、カバーガラスの厚みとほぼ等しいことから、多波長同時測定でも正しく断層画像を測定できることを原理的に確認した。
紫外域の異なる2波長で紙の断層画像を同時同一箇所測定できることを確認した。測定回数N=1測定で画質は良くないが、図8のBで示されている中心波長396nm、波長幅8nmの光を用いた場合の方が、深い領域からの散乱が大きい傾向があった。
図9から、測定対象への照射光量を1μWから2μW、6μWと増加させることで、UV光の侵達度が増加することが確認された。
本発明の装置および方法によれば、スペクトル成形部により紫外域の任意の波長を切り出すことができるので、薬品の紫外域のUV−A波長(315〜400nm)、UV−B波長(280〜315nm)に対する防御能などの効果をそれぞれ定量することも可能である。また、照射光学系に可変NDフィルタを備えれば、測定光の照射光量を調整することができるので、光量が変化した場合の肌への紫外線の侵入深さを計測することもでき、化粧品、医薬部外品、医薬品等の紫外線の光量に対する防御能の効果なども定量することができる。
すなわち、化粧品を塗布することで、UV光が表面で散乱および吸収され、内部に光が侵達しなくなる様子を観測することができた。
Claims (15)
- 低コヒーレント光を測定光と参照光とに分割し、前記測定光を測定対象にライン状に照射し、前記測定光の照射による前記測定対象からの反射光と前記参照光とを重ね合わせて干渉光を生成し、該干渉光を分光検出して周波数解析することにより前記測定対象の二次元分光断層画像を取得する光断層画像撮像方法を用いた光侵入深さ評価方法であって、
単一の光源から射出された、紫外から可視域に亘る波長域を含む低コヒーレント光から紫外域の任意の波長域を切り出して任意の波長幅のスペクトルに成形し、
該スペクトルを有する前記任意の波長域の低コヒーレント光を用いて前記二次元分光断層画像を取得し、
該二次元分光断層画像に基づいて前記測定対象に対する前記測定光の侵入深さを評価する光侵入深さ評価方法。 - 前記スペクトルを有する前記紫外域の任意の波長域の低コヒーレント光による二次元分光断層画像を第1の二次元分光断層画像として取得した後、該任意の波長域の低コヒーレント光の光量を変化させて第2の二次元分光断層画像を取得し、
前記第1の二次元分光断層画像および前記第2の二次元分光断層画像に基づいて、前記測定対象に対する測定光の侵入深さを評価する請求項1記載の光侵入深さ評価方法。 - 前記紫外域の任意の波長域を第1の波長域、前記スペクトルを第1のスペクトル、前記紫外域の任意の波長域の低コヒーレント光による二次元分光断層画像を第1の二次元分光断層画像とし、
前記単一の光源から射出された、紫外から可視域に亘る波長域を含む低コヒーレント光から前記第1の波長域とは異なる第2の波長域を切り出して任意の波長幅の第2のスペクトルに成形し、
該第2のスペクトルを有する前記第2の波長域の低コヒーレント光による第2の二次元分光断層画像を取得し、
前記第1の二次元分光断層画像および前記第2の二次元分光断層画像に基づいて、それぞれの前記測定対象に対する測定光の侵入深さを評価する請求項1記載の光侵入深さ評価方法。 - 前記紫外から可視域に亘る波長域を含む低コヒーレント光から前記紫外域の任意の波長域を切り出して任意の波長幅のスペクトルに成形する際に、該任意の波長域を第1の波長域とし、前記スペクトルを第1のスペクトルとして、同時に前記第1の波長域とは異なる第2の波長域を切り出して、任意の波長幅の第2のスペクトルに成形し、
前記第1の波長域の低コヒーレント光を用いて前記二次元分光断層画像を第1の二次元分光断層画像として取得すると同時に、前記第2のスペクトルを有する第2の波長域の低コヒーレント光を用いて第2の二次元分光断層画像を取得し、
前記第1の二次元分光断層画像および前記第2の二次元分光断層画像に基づいて、前記測定対象に対するそれぞれの測定光の侵入深さを評価する請求項1記載の光侵入深さ評価方法。 - 低コヒーレント光を測定光と参照光とに分割し、前記測定光を測定対象にライン状に照射し、前記測定光の照射による前記測定対象からの反射光と前記参照光とを重ね合わせて干渉光を生成し、該干渉光を分光検出して周波数解析することにより前記測定対象の二次元分光断層画像を取得する光断層画像撮像方法を用いた光侵入深さ評価方法であって、
単一の光源から射出された、紫外から可視域に亘る波長域を含む低コヒーレント光から任意の波長域を切り出して単一もしくは複数のそれぞれ任意の波長幅のスペクトルに成形して、同時、もしくは逐次に、紫外域の第1の波長域の低コヒーレント光による第1の二次元分光断層画像、および前記第1の波長域とは異なる第2の波長域の低コヒーレント光もしくは前記第1の波長域の前記低コヒーレント光とは異なる光量の前記第1の波長域の低コヒーレント光による第2の二次元分光断層画像を取得し、
前記第1の二次元分光断層画像および前記第2の二次元分光断層画像に基づいて、それぞれの前記測定対象に対する測定光の侵入深さを評価する光侵入深さ評価方法。 - 前記第2の波長域が紫外域の波長域である請求項3から5いずれか1項記載の光侵入深さ評価方法。
- 前記第2の波長域が可視域の波長域である請求項3から5いずれか1項記載の光侵入深さ評価方法。
- 請求項1から7いずれか1項記載の光侵入深さ評価方法を用いて、
ヒト肌を前記測定対象として、該ヒト肌に対する薬品の塗布前後における紫外域の光の侵入深さを評価して、前記薬品の性能を検査する性能検査方法。 - 紫外から可視域に亘る波長域を含む低コヒーレント光を射出する単一の光源、および該光源から射出された光から紫外域の任意の波長域を切り出して任意の波長幅のスペクトルに成形するスペクトル成形部を有し、該スペクトル成形された低コヒーレント光を射出する光源部と、
該光源部から射出された低コヒーレント光を測定光と参照光とに分割する光分割部と、
前記測定光を測定対象にライン状に照射する測定光照射光学系と、
前記測定光が前記測定対象に照射されたときの該測定対象からの反射光と前記参照光とを重ね合わせる合波部と、
該合波部により合波された前記反射光と前記参照光との干渉光を分光検出する干渉光検出部と、
該干渉光検出部により検出された前記干渉光を周波数解析することにより前記測定対象の二次元分光断層画像を取得する断層画像取得部と、
前記二次元分光断層画像から前記測定対象に対する前記測定光の侵入深さを求める計測部とを備えた光断層画像撮像装置。 - 前記スペクトル成形部が、前記紫外から可視域に亘る波長域を含む低コヒーレント光から前記紫外域の任意の波長域を切り出して任意の波長幅のスペクトルに成形する際に、該任意の波長域を第1の波長域とし、前記スペクトルを第1のスペクトルとして、同時に該第1の波長域とは異なる第2の波長域を切り出して任意の波長幅の第2のスペクトルに成形するものであり、
前記断層画像取得部が、前記第1の波長域の低コヒーレント光を用いて前記二次元分光断層画像を第1の二次元分光断層画像として取得する際に、同時に、前記第2のスペクトルを有する第2の波長域の低コヒーレント光を用いて第2の二次元分光断層画像を取得するものである請求項9記載の光断層画像撮像装置。 - 紫外から可視域に亘る波長域を含む低コヒーレント光を射出する単一の光源、および該光源から射出された光から紫外域の任意の波長域を切り出して任意の波長幅のスペクトルに成形するスペクトル成形部を有し、該スペクトル成形された低コヒーレント光を射出する光源部と、
該光源部から射出された低コヒーレント光を測定光と参照光とに分割する光分割部と、
前記測定光を測定対象にライン状に照射する測定光照射光学系と、
前記測定光が前記測定対象に照射されたときの該測定対象からの反射光と前記参照光とを重ね合わせる合波部と、
該合波部により合波された前記反射光と前記参照光との干渉光を分光検出する干渉光検出部と、
該干渉光検出部により検出された前記干渉光を周波数解析することにより前記測定対象の二次元分光断層画像を取得する断層画像取得部とを備え、
前記スペクトル成形部が、前記紫外から可視域に亘る波長域を含む低コヒーレント光から前記紫外域の任意の波長域を切り出して任意の波長幅のスペクトルに成形する際に、該任意の波長域を第1の波長域とし、前記スペクトルを第1のスペクトルとして、同時に該第1の波長域とは異なる第2の波長域を切り出して任意の波長幅の第2のスペクトルに成形するものであり、
前記断層画像取得部が、前記第1の波長域の低コヒーレント光を用いて前記二次元分光断層画像を第1の二次元分光断層画像として取得する際に、同時に、前記第2のスペクトルを有する第2の波長域の低コヒーレント光を用いて第2の二次元分光断層画像を取得するものである光断層画像撮像装置。 - 前記二次元分光断層画像を表示する表示部を備えた請求項9から11いずれか1項記載の光断層画像撮像装置。
- 前記測定光照射光学系が、可変減光フィルタを備えている請求項9から12いずれか1項記載の光断層画像撮像装置。
- 前記測定光照射光学系が、シリンドリカルレンズを備え、
前記合波部と前記干渉光検出部との間に、前記シリンドリカルレンズと直交配置されたシリンドリカルレンズを備えている請求項9から13いずれか1項記載の光断層画像撮像装置。 - 前記光源が、スーパーコンティニューム光源である請求項9から14いずれか1項記載の光断層画像撮像装置。
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