JP6874146B2 - 非接触内部計測装置、非接触内部計測方法、および内部計測結果表示システム - Google Patents

非接触内部計測装置、非接触内部計測方法、および内部計測結果表示システム Download PDF

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Description

本発明は、非接触内部計測装置、非接触内部計測方法、および内部計測結果表示システムに関する。
本技術分野の背景技術として、例えば、特開２０１６−５３５２８（特許文献１）がある。特許文献１には課題として「テラヘルツ波を用いて角層の水分量を測定する方法を提供することを課題とする」と記載があり、その解決手段として「本発明に係る角層の水分量計測方法は、テラヘルツ波出射面であるプリズム表面に皮膚表面を接触させ、好ましくは周波数が０.１ＴＨｚ以上３.０ＴＨｚ以下のテラヘルツ波を照射して吸収係数を求める工程を有する計測方法であって、屈折率が２.０以上、好ましくは２.５以上、さらに望ましくは３.０以上のプリズムを用いる方法である。」と記載されている。
また、例えば、特公昭６３−１９０１６号公報（特許文献２）には、「本発明は表皮状態測定方法、さらに詳しく言えば表皮角質の水分含有率から表皮角質の病変とか、クリーム等の効果を推定するのに適した表皮角質の状態測定方法に関する。」との記載があり、「本発明の目的は高周波を用いて表皮角質の損失（インダクタンス）を測定することができる表皮角質の状態測定方法を提供することにある。」と記載されている。
特開２０１６−５３５２８号公報 特公昭６３−１９０１６号公報
人体の皮膚は、皮膚呼吸や発汗などにより生体内の環境や温度を調整するだけでなく、外界からの刺激(異物、細菌、微生物等)から生体の内部組織を保護する役目も担っている。このため熱中症予防やアトピー性皮膚炎によるドライスキンの防止等の健康維持の観点、また化粧品や医薬品の評価、美容など実用的な観点においても皮膚内部の水分量の情報を取得することは重要である。また、皮膚内部の水分や肌の状態（キメの細かさ）をモニタリングすることで日常的な皮膚の変化を監視することも上記の観点から重要である。
特許文献１の方法は、計測対象物にプリズムを接触させることで、皮膚内部の水分などを計測することができる。したがって、プリズムを接触させたときに（計測時に）皮膚の表面を傷つける可能性がある。また、特許文献１の方法では、角層の水分量以外の状態を計測することはできない。
特許文献２の方法は、皮膚の電気的性質に着目して角層の水分量を計測するものである。したがって、皮膚の表面の状態（例えば、化粧品等が塗布された状態）によって、電気の流れが阻害または促進されることがあり、必ずしも水分量のみを反映した計測値を精度よく表皮角質の状態を測定できるものではない。
すなわち、従来技術を用いて計測対象物の内部の状態を計測するには、その計測対象物に接触して計測する必要があるが、そうすると、計測対象物の表面に影響を与えて傷を付ける可能性がある。また、電気的性質を用いて計測するならば、計測対象物の表面の状態によって計測値の正確さに支障が生ずることがある。
そこで、本発明は、表面の状態に影響を受けずに非接触で計測対象物の内部の状態を精度よく計測できる非接触内部計測装置等を提供することを目的とする。
本発明は、非接触内部計測装置に関するものであって、計測対象に向けて電磁波を照射する電磁波照射部と、前記計測対象において反射される電磁波を検出する電磁波受信部と、を備え、前記電磁波照射部は、前記計測対象に対する前記電磁波の入射角がブリュースター角近傍になるように配置され、前記電磁波受信部は、複数の電磁波検出器を備え、前記電磁波検出器のそれぞれの大きさは、前記電磁波照射部が照射する前記電磁波のビームウェストの半径以下であり、前記電磁波検出器は、前記電磁波照射部が照射する電磁波の偏波と異なる偏波の電磁波の強度を検出するように配置されている、ことを特徴とする。
本発明によれば、表面の状態に影響を受けずに非接触で計測対象物の内部の状態を精度よく計測できる。
実施例１における計測対象の内部を観測する非接触内部計測装置の構成を表す模式図。 実施例１におけるｐ偏波の入射角と検出信号振幅の関係を示した図。 実施例１における電磁波発生部の内部構造を表す模式図。 実施例１における受信部の内部構造を表す模式図。 実施例１における受信器を一つの受光素子で構成した例を表す模式図。 実施例１における受信器を複数の受光素子で構成した例を表す模式図。 実施例１における計測対象の模式図。 実施例１における計測対象の電磁波の伝播過程を表す模式図。 実施例１における非接触内部計測装置の電磁波強度計測動作を示すフローチャート。 実施例２における計測対象の内部の模式図。 実施例２における計測対象の電磁波の伝播過程を表す模式図。 実施例２における受信器の構成例を表す模式図。 実施例２における受信器の別の構成例を表す模式図。 実施例２における計測対象の内部の非接触計測装置の電磁波強度と偏波計測動作を示すフローチャート。 実施例２における多層膜構造からなる計測対象の模式図。 実施例２における多層膜構造からなる計測対象の内部における電磁波の伝播過程を表す模式図。 実施例３における皮膚情報取得端末の使用態様の例を示す模式図。 実施例３における皮膚情報取得端末の電磁波発生部および受信部および画像撮影部の配置例を示す模式図。 実施例３における皮膚情報取得端末の表示部の模式図。 実施例３における皮膚情報取得端末の機能構成の一例を示した模式図。 実施例３における皮膚情報取得端末の電磁波強度と偏波計測動作の例を示すフローチャート。 実施例３における皮膚情報取得端末の機能構成の別例を示した模式図。 実施例３における皮膚情報取得端末を用いた電磁波強度と偏波計測動作の別例を示すフローチャート。 実施例３における皮膚情報取得端末の使用態様の別例を示す模式図。 実施例３における皮膚情報取得端末の電磁波発生部、受信部、画像撮影部の配置の別例を示す模式図。 実施例４における計測対象の内部を観測する非接触内部計測装置の構成の別例を表す模式図。 実施例４における皮膚情報取得端末を用いた電磁波強度と偏波計測における測定位置の補正について、奥側にずれたときの測定位置の模式図。 実施例４における皮膚情報取得端末を用いた電磁波強度と偏波計測における測定位置の補正について、手前側にずれたときの測定位置の模式図。 実施例４における皮膚情報取得端末の電磁波強度と偏波計測動作の例を示すフローチャート。 実施例５における呼気分析端末の使用態様の例を示す模式図。 実施例５における呼気分析端末の電磁波発生部、受信部、画像撮影部の配置の模式図。 実施例５における呼気分析端末の配置の表示部の模式図。 実施例５における呼気計測端末の構成の一例を示した模式図。 実施例５における呼気分析端末の機能構成の一例を示した模式図。 実施例５における呼気分析端末を用いた呼気計測のフローチャート図。
以下、本発明に係る非接触内部計測装置の実施形態について、図面を参照しながら説明する。本発明に係る非接触内部計測装置は、化粧や衣類、プラスチックなどを透過する周波数帯の電磁波を用いて、計測対象の内部状態を非接触で精度良く計測するものである。ここで、当該非接触内部計測装置を用いるときの計測対象は、例えば、人体である。また、当該非接触内部計測装置に用いる電磁波の周波数帯は、例えば、１０ＧＨｚ以上から３０ＴＨｚ以下である。本発明に係る非接触内部計測装置は、計測対象である人体の肌の状態を、非接触、かつ肌の表面に影響を与えずに内部の状態を計測できる。また、本発明に係る非接触内部計測装置は、肌表面に化粧品などが塗布されていても、その表面状態による計測結果へ影響を少なく、精度のよい内部計測を行うことができる。したがって、本発明に係る非接触内部計測装置によれば、肌への影響を少なく、また、肌表面の状態に影響を避けながら、肌内部の水分量や肌の荒れの状態を精度よく計測することができる。
図１は、本発明に係る非接触内部計測装置の第１実施例の構成を示す図である。図１に示すように本実施例に係る計測装置１００は、計測対象物１に照射する電磁波を出射する電磁波照射部である電磁波発生部（ｒａｄｉｏ ｔｒａｎｓｍｉｔｔｅｒ）２と、計測対象物１で反射した電磁波を検出する電磁波受信部である受信部（ｒｅｃｅｉｖｅｒ）３と、電磁波発生部２と受信部３の其々の動作 を制御する制御部（ｍａｉｎ ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）４と、受信部３が受信した電磁波の信号処理を行う信号処理部（ｓｉｇｎａｌ ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）５と、を備える。
計測対象物１は、内部状態を計測対象領域とする物体であって、本実施例の説明においては、その厚さを「ｄ」とする。なお、本実施例では、計測対象物１として人の肌を例にあげて示す。
電磁波発生部２から出射される電磁波は、例えば、１０ＧＨｚ以上３０ＴＨｚ以下の周波数帯であって、計測対象物１の内部成分で吸収されやすい周波数の電磁波である。したがって、電磁波発生部２と計測対象物１の表面との間に衣類やプラスチック、化粧品などが介在していても、電磁波発生部２から出射された電磁波は計測対象物１の表面に照射され、内部にも到達する。電磁波発生部２から出射された電磁射が計測対象物１に照射されるときの入射角θは、後述するブリュースター角になるように調整されている。なお、以下の説明においては、図１に示すように、電磁波を破線の矢印線で描画することとする。
受信部３は、計測対象物１から反射された電磁波を検出する機能を備える。受信部３において検出された電磁波の強度など検出結果は信号処理部５に通知される。
制御部４は、電磁波発生部２の動作を制御し、計測対象物１に対して電磁波を出射させる。また、制御部４は、受信部３の動作を制御し、計測対象物１が反射した電磁波を検出する。また、制御部４は、受信部３が検出した電磁波の電磁波強度などに基づいて信号処理部５の動作を制御し、計測結果を算出させる。
信号処理部５は、制御部４の制御により、受信部３が検出した電磁波の強度などの情報に基づいて、計測対象物１の内部状態に関係する計測値を算出する。制御部４、信号処理部５の其々は、制御部４、信号処理部５の其々の機能を実現するサーキットやＭＰＵ（ｍｉｃｒｏ ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ ｕｎｉｔ）、ＣＰＵ（ｃｅｎｔｒａｌ ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ ｕｎｉｔ）の他、サーキットにより構成されれてもよい。
計測対象物１に照射される電磁波は、ｐ偏波（あるいはｐ偏光）の電磁波である。ｐ偏波の電磁波は、屈折率が異なる境界面への入射角θがある角度になると、反射率が略零になる。この反射率が略零になる角度を「ブリュースター角」という。
図２は、電磁波発生部２が出射した電磁波が計測対象物１に入射する入射角θを横軸とし、計測対象物１の表面で反射した電磁波を受信部３で受信した受信（検出）信号振幅を縦軸とした場合のグラフの一例である。電磁波発生部２から出射される電磁波はｐ偏波（あるいはｐ偏光）の電磁波であるから、図３のグラフが示すように、計測対象物１の表面（屈折率の異なる境界面）において、p偏波の反射率が略零となる入射角θが存在する。この角度を「ブリュースター角」という。
計測装置１００は、電磁波発生部２が出射する電磁波が計測対象物１に照射される入射角θが「ブリュースター角の近傍の値」になるように、電磁波発生部２の配置を調整したものである。なお、「ブリュースター角の近傍の値」とは、例えば、ブリュースター角を７０度とした場合、±１０度（６０度〜８０度）程度の範囲の値をいう。本発明に係る実施例では、計測対象物１へ照射される電磁波の入射角θをブリュースター角近傍になるように、電磁波発生部２と受信部３の配置を調整したものを計測装置１００として用いる。この計測装置１００の備える電磁波発生部２が出射した電磁波（ｐ偏波）は、計測対象物１による表面反射がほぼ無い状態で内部へ伝播し、計測対象物１の厚さｄにある境界面で反射する。この反射してきた電磁波を受信部３において受信し、信号処理を行えば、計測対象物１の内部状態を反映した計測値を得ることができる。したがって、計測装置１００のように、電磁波発生部２からの電磁波の計測対象物１への入射角θをブリュースター角になるように、電磁波発生部２を配置すれば、計測対象物１の内部をセンシングすることにおいて好適である。
受信部３は、計測対象物１の内部を伝播して反射した電磁波を受信するために、計測対象物１の表面で屈折してくる角度をブリュースター角近傍の値に相当する角度になるように配置されている。
電磁波発生部２が出射する電磁波の強度を出射電磁波強度Ｉｉｎ、電磁波が計測対象物１の内部成分によって吸収されて減衰する係数を吸収係数α０とする。この場合、厚さｄの計測対象物１の内部で反射してきた反射電磁波強度Ｉｏは、以下の式１による求めることができる。
Figure 0006874146
計測装置１００が計測すべき値は、計測対象物１の吸収係数α０である。しかし、式１において、計測対象物１の厚みｄは必ずしも既知ではない。したがって、計測対象物１の厚みｄを特定しなければ電磁波の強度に基づいて吸収係数α０を算出することはできない。ところが、計測対象物１をモニタリングして、その状態（あるいは時間）変化を観測する場合であれば、計測対象物１の厚みｄは変化しない固定値とみなしてもよい。異なる計測対象物１をモニタリングするとしても、計測対象を予め管理して、計測値の時間変化率や計測時刻毎の計測値の偏差を計測値とすることで、計測対象物１の厚みｄは変化しないものと同等に扱うことができる。そこで、式１における「α０・ｄ」を新たに「α’」として考えると、式１は以下の式２のように変形することができる。
Figure 0006874146
式２によれば、電磁波発生部２から出射された電磁波の出射電磁波強度Ｉｉｎと、受信部３が受信した電磁波の反射電磁波強度Ｉｏを計測することで、計測対象物１の吸収係数α０を簡易的に吸収係数α’として算出できる。この吸収係数α’を算出するように計測装置１００を動作させることで、計測対象物１の内部の状態を非接触で計測できるようになる。
次に、実施例１に係る計測装置１００が備える電磁波発生部２の内部構造について説明する。図３は電磁波発生部２の内部構造の例を示す図である。図３に示すように、電磁波発生部２は、その内部に、電磁波発生器７と、少なくとも１枚のレンズ８を備える。電磁波発生器７は、制御部４の制御により所定の周波数の電磁波の出射および停止をする。電磁波発生器７には、例えば、ガンダイオード、インパットダイオード、タンネットダイオード、共鳴トンネルダイオードなどを用いることができる。
レンズ８は、電磁波発生器７から出射された電磁波のビームウエストの半径ω0に成形するものである。計測装置１００は、計測対象物１に対して非接触なので、計測時の電磁波発生部２と計測対象物１の表面との距離は安定しない可能性がある。この影響によって測定値にバラツキが生じ無いようにする必要がある。電磁波発生器７から出射された電磁波の波長をλとすると、略平行な電磁波と見なせる領域ＺＲは、以下の式３のようになる。
Figure 0006874146
式３から明らかなように、電磁波発生器７から出射された電磁波のビームウエストの半径ω0の２乗で、計測対象物１に照射される電磁波は発散する。計測する度に変化する計測装置１００と計測対象物１との距離のずれに対処するには、距離のずれに対する計測結果への感度を低減させればよい。その対処方法としては、ビームウエストの半径ω0をある程度大きな値にすることで解決できる。
例えば、ビームウエストを１ｃｍとし、電磁波発生部２から出射する電磁波の周波数を０．１ＴＨｚ（１００ＧＨｚ）とすると、式３により、ＺＲは１０．５ｃｍとなる。この場合、計測対象物１の計測面から１０．５ｃｍの範囲内であれば、ほぼ平行な電磁波とみなせる。したがって、計測装置１００と計測対象物１の表面との距離を１０．５ｃｍ以内にすればよい。可搬型の計測装置１００を計測対象物１との距離が１０．５ｃｍ以内になるように保持しながら計測をすれば、照射される電磁波が平行な電磁波とみなせる範囲で用いることになる。これによって、計測装置１００を手に持って皮膚の状態を計測するときにおいて、手振れなどによる焦点方向の距離ずれに対する計測結果への影響の感度を下げることができる。
次に、本実施例に係る計測装置１００が備える受信部３の内部構造について説明する。図４は受信部３の内部構造の例を示す図である。図４に示すように、受信部３は、受信器（ｒａｄｉｏ ｄｅｔｅｃｔｏｒ）９と、レンズ１０を備える。受信器９は、制御部４により電磁波の受信および停止をする。レンズ１０は受信器９の面上に電磁波を集光する役目を担う。受信器９には、例えば、ショットキーバリアダイオード、共鳴トンネルダイオード、高移動度トランジスタ（ＨＥＭＴ）、ヘテロバリアダイオード、カーボンナノチューブなどを用いることができる。
次に、実施例１に係る受信器９の内部構造の例について説明する。図５Ａは、実施例１に係る受信器９を一つの受信素子（ｒｅｃｅｉｖｅｒ ｅｌｅｍｅｎｔ）９０ を用いて構成した例である。図５Ｂは、実施例１に係る受信器９を複数の受信素子９０を 用いて構成した例である。なお、図５Ａおよび図５Ｂの図中に示す二点鎖線の矢印線Ａは、受信素子９０が受信可能な電磁波の偏波方向を例示している。同様に、一点鎖線の矢印線Ｂは、電磁波発生部２から出射された電磁波の偏波方向を例示している。
図５Ａに示した構成例は、ビームウエストの半径ω0に成形された電磁波が、計測対象物１で反射して受信器９で受信されるとき、そのビームウエストの半径ω0’に対して１つの受信素子９０で検出信号を得る構成である。図５Ｂに示した構成例は、ビームウエストの半径ω0’に対して、面状に配列されている複数の受信素子９０の検出信号を加算器９１により加算して、各検出信号の総和に相当となる検出信号を得る構成である。なお受信器９は電磁波検出器として機能する。
式３を用いて説明したように、計測装置１００を用いて計測可能な分解能は電磁波発生部２が出射する電磁波の波長λで決まる。ビームウエストの半径ω0’に対して受信器９が小さい場合、図５Ａに示すように、電磁波を受信する受信面において、受信素子９０をビームウエストの半径ω0’の内側に配置すればよい。
また、図５Ｂに示すように、受信器９は、複数の受信素子９０を電磁波の受信面上に配列して構成してもよい。複数の受信素子９０の其々は、ビームウエスト（２ω0’）に相当する直径の円の内側に配置され、各受信素子９０の検出信号の総和を検出信号として取り出せばよい。これによって、電磁波の受信面積を拡大することができ、信号対雑音比の信号成分を改善することができる 。
図６Ａは、計測対象物１の模式図の一例である。図６Ｂは、計測対象物１の内部の電磁波の伝播過程をより詳細に示す模式図の一例である。ここでは、計測対象物１の屈折率を「ｎ１」、計測対象物１の複屈折率を「ｎ２」とする。
図６Ａに示すように、計測対象物１の入射面側の界面（屈折率ｎ１と複屈折率ｎ２との界面）において反射される電磁波には、反射電磁波強度Ｉｏ１と反射電磁波強度Ｉｏ２がある。図６Ｂに示すように、反射電磁波強度Ｉｏ１は、屈折率ｎ１と複屈折率ｎ２との界面で反射された電磁波の強度である。反射電磁波強度Ｉｏ２は、屈折率ｎ１の界面を透過して計測対象物１の内部を伝播し、計測対象物１の裏面側の界面（複屈折率ｎ２と屈折率ｎ１との界面）で反射された電磁波の強度である。なお、計測対象物１の厚さは「ｄ」とする。
入射角θをブリュースター角とすれば、計測対象物１の表面反射における反射電磁波強度Ｉｏ１は、略零と見なすことができる。すなわち、受信部３で受信される電磁波は、計測対象物１の内部で吸収、散乱された電磁波の強度（反射電磁波強度Ｉｏ２）によるものとみなすことができる。したがって、式２に基づく演算により計測対象物１の吸収係数α’を算出し、この吸収係数α’に基づいて、計測対象物１の内部の状態を計測することができる。
次に、計測装置１００の動作の流れについて、図７のフローチャートを用いて説明する。以下、本明細書において説明するフローチャートは、本発明に係る非接触内部計測方法の実施形態の一つある。本実施例に係る各処理ステップは、計測装置１００が備える制御部４が計測装置１００のハードウェア資源を用いてコンピュータプログラムを実行させることにより実現されるものである。
まず、制御部４が電磁波発生器７に対して所定の周波数で電磁波を発生するように設定する周波数設定ステップを実行する（Ｓ７０１）。計測対象物１の内部成分の違いによって、内部を計測するのに好適な周波数が異なる。したがって、計測対象物１の内部成分の計測に適した周波数を任意に設定すればよい。
続いて、制御部４が電磁波発生部２に対して、所定の周波数かつ所定の強度の電磁波を計測対象物１に照射するように電磁波照射開始ステップを実行する（Ｓ７０２）。Ｓ７０２において電磁波発生部２から出射電磁波強度Ｉｉｎの電磁波が出射される。
続いて、制御部４が受信部３に対して、電磁波の受信を開始させる電磁波受信開始ステップを実行する（Ｓ７０３）。Ｓ７０３において、複数の受信器９が計測対象物１から反射した電磁波を受信し、反射電磁波強度Ｉｏ１と反射電磁波強度Ｉｏ２の総和に相当する検出信号を取得する。
続いて、信号処理部５が、受信部３が算出した検出信号の総和と、電磁波発生部２から出射された電磁波の出射電磁波強度Ｉｉｎを用いて、式２に基づき、計測対象物１の吸収係数α’を算出する吸収係数算出ステップを実行する（Ｓ７０４）。
以上の処理によって、ある時刻における計測装置１００を用いた計測対象物１の内部の状態を示す値を計測することができる。例えば、計測対象物１の内部が水であれば、１０ＧＨｚ以上から３０ＴＨｚ以下の周波数帯のうち、どの周波数の電磁波を照射しても、吸収係数α’はピークを持たない。すなわち、計測対象物１の内部が水であれば、１０ＧＨｚ以上から３０ＴＨｚ以下の周波数帯のどの周波数でもブロードなスペクトルであるため、Ｓ７０１において設定される周波数は、上記の範囲のいずれを用いても、水分の検出が可能である。この場合、過去に測定した計測値と比較するならば、そのときの周波数と同じ周波数を設定する方が望ましい。仮に、制御部４において過去の計測結果を保持していれば、Ｓ７０４の後に、水分量の変化を算出することもできる。
仮に、計測対象物１の内部が水蒸気であれば、電磁波の周波数によっては吸収係数α’にピークが生ずる。具体的には、周波数が０．５６ＴＨｚや０．７５Ｈｚのときに吸収係数α’がピークになることが知られている。したがって、計測対象物１の内部が水蒸気であることが予め分かっている場合であれば、Ｓ７０１において制御部４が電磁波発生器７に設定する周波数を０．５６ＴＨｚまたは０．７５Ｈｚにすればよい。
本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。さらに、本実施例は計測対象物１の内部の屈折率を複屈折率ｎ２として例示したが、吸収係数を持たない屈折率への適用も同様の構成で可能である。また、電磁波発生部２から計測対象物１に照射する電磁波の偏波は、偏波素子（フィルターなど）を用いて、ｐ偏波を生成してもよい。
次に、本発明に係る非接触内部計測装置の第２実施例について説明する。すでに説明した実施例１との違いは、受信器９が、計測対象物１に照射される電磁波の偏波方向と垂直な偏波方向（垂直方向）を含め少なくとも２方向以上の偏波成分に係る偏波（あるいは偏光）情報を取得できる構成を備える点にある。それ以外の構成については、すでに説明をした実施例１と同様であるので、以下は、実施例１と異なる点を中心に説明する。本実施例において、電磁波発生部２から計測対象物１に照射される電磁波はｐ偏波とする。
図８Ａは、実施例２に係る計測対象物１の模式図の一例である。図８Ｂは、計測対象物１の内部における偏波(偏光)方向を加味した電磁波の伝播過程を詳細に示す模式図である。図８Ａおよび図８Ｂに示すように、計測対象物１の屈折率を「ｎ１」、計測対象物１の複屈折率を「ｎ２」とする。なお、図８は、電磁波の偏波方向を一点鎖線の矢印によって明示している。
ここで、反射電磁波強度Ｉｏ１および反射電磁波強度Ｉ’ｏ２のそれぞれの電磁波の偏波成分に着目すると、反射電磁波強度Ｉｏ１の偏波成分は、ｐ偏波が保持される。一方、反射電磁波強度Ｉ’ｏ２の偏波成分は、複屈折を持つ計測対象物１の内部を伝播したことで変化する。実施例１において説明した構成では、照射される電磁波の入射角θがブリュースター角からずれた場合、反射電磁波強度Ｉｏ１も受信部３で検出される。そこで、ブリュースター角からの「ずれ」に対するロバスト性を高めるには、計測対象物１の表面で反射された反射電磁波強度Ｉｏ１の電磁波の偏波（ｐ偏波）と、内部の成分による偏波の変化とを、偏波成分の情報を使って検出すればよい。このように検出することで、反射電磁波強度Ｉｏ１に依存しない反射電磁波強度Ｉ’ｏ２による検出信号のみを取り出すことが可能となる。
上記のような計測を可能にする本実施例に係る受信器９の内部構造について、図９を用いて説明する。図９Ａは、面状に配列した複数の受信素子９０により構成される受信器９の例である。図９Ｂは、面状に配列した複数の受信素子９０により構成される受信器９の別例である。なお、図９Ａおよび図９Ｂの図中に示す二点鎖線の矢印線Ａは、受信素子９０が受信可能な電磁波の偏波方向を例示している。同様に、一点鎖線の矢印線Ｂは、電磁波発生部２から出射された電磁波の偏波方向を例示している。
図９Ａに示した構成では、電磁波発生部２から出射された電磁波の偏波と同じ偏波の電磁波と、その偏波に対して９０度回転させた電磁波を検出するように受信素子９０を配置している。図９Ｂに示した構成では、電磁波発生部２から出射された電磁波の偏波と同じ偏波の電磁波と、その偏波に対して９０度回転させた電磁波と、その偏波に対して±４５度回転させた電磁波と、を検出するように受信素子９０を配置している。なお、図９Ｂに示した例では、受信素子９０を放射状に配置している。
図９Ａおよび図９Ｂに示す受信器９は、偏波方向が同じ受信素子９０からの検出信号を加算する加算器９１を備える 。図９Ａに示した構成では、加算器９１ａと、加算器９１ｂと、を備える。加算器９１ａは、電磁波発生部２から計測対象物１に照射された電磁波と同じ偏波を検出する５個の受信素子９０の検出信号の和を出力する。加算器９１ｂは、電磁波発生部２から計測対象物１に照射された電磁波の偏波に対して９０度回転した電磁波を検出する４個の受信素子９０の検出信号の和を出力する。
本実施例に係る受信器９によれば、加算器９１ａから出力される和信号１と、加算器９１ｂから出力される和信号２とを用いて反射電磁波強度Ｉｏ１に依存しない反射電磁波強度Ｉ’ｏ２による検出信号のみを取り出すことが可能となる。ここで、各偏波の検出に用いる受信素子９０の個数は、上記の数に限定されるものではなく、計測対象物１からある偏波のみを検出するようにしてもよい。
図９Ｂに示した構成では、受信器９は、加算器９１ａと、加算器９１ｂと、加算器９１ｃと、加算器９１ｄと、を備える。加算器９１ａは、電磁波発生部２から計測対象物１に照射された電磁波と同じ偏波を検出する３個の受信素子９０の検出信号の和である和信号１を出力する。加算器９１ｂおよび加算器９１ｃは、電磁波発生部２から計測対象物１に照射された電磁波の偏波に対して±４５度回転させた電磁波を検出する各方向２個の受信素子９０の検出信号の和である和信号２および和信号３を出力する。加算器９１ｄは、電磁波発生部２から計測対象物１に照射された電磁波の偏波に対して９０度回転させた電磁波を検出する２個の受信素子９０の検出信号の和である和信号４を出力する。
本実施例に係る受信器９によれば、和信号１と、和信号２と、和信号３と、和信号４とを用いて反射電磁波強度Ｉｏ１に依存しない反射電磁波強度Ｉ’ｏ２による検出信号のみを取り出すことが可能となる。ここで、各偏波の検出に用いる受信素子９０の個数は、上記の数に限定されるものではなく、計測対象物１から反射された電磁波のうち、ある偏波のみを検出するようにしてもよい。これにより、受信部３で受信される信号のうち、反射電磁波強度Ｉｏ１のｐ偏波とそれ以外の反射電磁波強度とを偏波毎に計測することが可能となる。
次に、本実施例に係る計測装置１００の動作の流れについて、図１０のフローチャートを用いて説明する。まず、制御部４が電磁波発生器７に対して所定の周波数で電磁波を発生するように設定する周波数設定ステップを実行する（Ｓ１００１）。計測対象物１の内部成分の違いによって、内部を計測するのに好適な周波数が異なる。したがって、計測対象物１の内部成分の計測に適した周波数を任意に設定すればよい。
続いて、制御部４が電磁波発生部２に対して、所定の周波数であって出射電磁波強度Ｉｉｎの電磁波を計測対象物１に照射するように電磁波照射開始ステップを実行する（Ｓ１００２）。
続いて、制御部４が受信部３に対して、電磁波の受信を開始させる電磁波受信開始ステップを実行する（Ｓ１００３）。Ｓ１００３において、複数の受信器９のそれぞれが受信した電磁波の強度（反射電磁波強度Ｉｏ１と反射電磁波強度Ｉｏ２）に基づいて、上記にて説明した和信号１から和信号４をそれぞれ算出する。
続いて、信号処理部５が、Ｓ１００３で算出された和信号から、各偏波の電磁波の反射電磁波強度Ｉｏ１または反射電磁波強度Ｉ’ｏ２を算出し、各偏波に係る偏波成分を算出する反射電磁波強度及び偏波成分算出ステップを実行する（Ｓ１００４）。
続いて、信号処理部５が、Ｓ１００４で算出された各偏光の電磁波強度に基づいて、各偏光における吸収係数α’を算出する吸収係数算出ステップを実行する（Ｓ１００５）。
以上の処理によって、ある時刻における計測装置１００を用いた計測対象物１の内部の状態を示す値を計測することができる。例えば、計測対象物１の内部が水であれば、１０ＧＨｚ以上から３０ＴＨｚ以下の周波数帯のうち、どの周波数の電磁波を照射しても、吸収係数α’はピークを持たない。すなわち、計測対象物１の内部が水の場合、１０ＧＨｚ以上から３０ＴＨｚ以下の周波数帯のどの周波数でもブロードなスペクトルであるため、Ｓ１００１において設定される周波数は、上記の範囲のいずれかでよい。この場合、過去に測定した計測値と比較するならば、そのときの周波数と同じ周波数を設定する方が望ましい。仮に、制御部４において過去の計測結果を保持していれば、Ｓ１００５の後に、水分量の変化や肌の荒れ（偏波方向の乱れ）を測定することもできる。
本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。さらに、本実施例は計測対象物１の内部の屈折率が複屈折率ｎ２を示したが、吸収係数を持たない屈折率への適用も同様の構成で可能である。
また、ブリュースター角に対するロバスト性を高めるには、図９Ａに示したように、受信素子９０を電磁波発生部２から出射された電磁波の偏波に対して９０度回転させた電磁波を検出するように配置してもよい。また、本実施例では受信素子９０の数を９個としているが、これに限定されるものではなく、１個の受信素子９０が複数の受信器で構成されていてもよい。
実施例１および実施例２で用いた図６および図８では、計測対象物１が単層の場合を例示した。計測装置１００は、図１１に示すような多層積層構造の場合にも適用可能である。図１１Ａに示すように、計測対象物１の別例である計測対象物１ａが、第一層１１ａ、第二層１２ａ、第三層１３ａ、のような三層であるとする。そして図１１Ｂに示す様に、各層における屈折率はそれぞれ異なる場合、その境界面において電磁波が反射する。すなわち、受信部３において受信される反射電磁波の強度は、各層の境界面において反射された各反射電磁波の強度を合算したものになる。
積層構造のものとして、例えば皮膚が挙げられる。皮膚は、角層・表皮層・真皮層・皮下組織層という層が積層された構造になっており、真皮層の７割以上を占めるコラーゲンは繊維状のたんぱく質であり、複屈折の性質がある。
角層中の水分量が低下し、皮膚内部の環境（状態）が乾燥した場合、水分に電磁波が吸収されない状態になる。この状態のとき、電磁波は健康な状態の皮膚に比べて、より皮膚内部まで到達する。その結果、真皮層の７割を占めるコラーゲンの複屈折による偏波の変化を含んだ電磁波が受信部３において受信されることになる。すなわち、偏波情報をモニタリングすることができ、これによって、皮膚の状態変化をモニタリングすることができる。
一方、肌が乾燥して角層中の水で吸収される量が減り、より肌内部まで到達するため計測対象物１の厚さｄを一定として見なすことはできなくなる。その場合、角層中の水分による吸収をモニタリングする偏波を、ある偏波に固定し、その偏波の強度の相対変化をモニタリングすることで、角層中の水分量変化を知ることは可能である。
次に、本発明に係る内部計測結果表示システムの実施形態について説明する。本実施例では、内部計測結果表示システムの一例である皮膚情報取得端末１０３について説明する。図１２は、皮膚情報取得端末１０３の使用態様を示している。皮膚情報取得端末１０３は、使用者２５の肌（図１２は顔の肌）の内部状態に基づく計測をし、その結果を表示する機能を備える可搬型の情報処理装置である。皮膚情報取得端末１０３を使用者２５の側面から少し離れたところで保持して非接触のまま所定の操作を行うことで、使用者２５の肌の内部状態（水分量や肌荒れの度合い）を測定することができる。
図１３Ａは、皮膚情報取得端末１０３の外観を示す図であって、計測対象物１を含む使用者２５に向ける側の構成の配置を示す図である。図１３Ｂは、計測結果が表示される側の構成の配置を示す図である。本実施例に係る皮膚情報取得端末１０３は、表示側とセンサ側とが別の面に配置されている例である。
図１３Ａに示すように計測対象に向ける側には、計測装置１００が備える電磁波発生部２と受信部３が配置されている。電磁波発生部２は、計測対象に向けて電磁波を出射し、受信部３は計測対象が反射した電磁波を受信する。電磁波発生部２と受信部３は、すでに説明をしたとおり、電磁波発生部２から出射された電磁波の計測対象物１に対する入射角θがブリュースター角近傍の値になり、この電磁波の反射波を受信するような位置関係において配置されている。また計測対象に向ける側には、内蔵カメラである画像撮影部１０１のレンズ、距離計測部１０２も配置されている。
そして、図１３Ｂに示すように、計測対象に向ける面の反対面であって結果が表示される側には、表示部（ディスプレイ）１６ が配置されている。図１３Ｂにおいて表示部１６には、計測対象を撮影した写真２６に計測位置を示す計測位置マーカー２７を重ね合わせた画像が表示される。計測位置マーカー２７は、前回の計測と同じ場所を計測していることを表示する。
図１４は、本実施例における皮膚情報取得端末１０３の機能構成を示す図である。図１４に基づいて、皮膚情報取得端末１０３の動作の概略について説明する。
皮膚情報取得端末１０３は、画像撮影部（カメラ） １０１で使用者２５の計測部位を撮影し、その写真を解析する画像解析処理を実行することで、紫外線、乾燥、ストレスなどを解析結果として表示部１６に表示することができる。また、皮膚情報取得端末１０３は、計測装置１００により計測部位の皮膚内部の水分や肌の状態（キメの細かさ）の計測値を取得し、その計測値を解析した結果を表示部１６に表示する。このときの表示は、図１３Ｂにおいて例示したように、写真２６と判定結果(或いは乾燥注意などの表示や保湿量や変化幅)を共に表示する。
画像撮影部１０１は、例えば、可視光波長に対する感度を持つＲＧＢカメラ、赤外線に対する感度を持つカメラ、赤外線から可視光の波長に対する感度を持つＲＧＢカメラなどを用いることができる。また、画像撮影部１０１には、可視光から紫外線の波長、或いは赤外線から可視光を経て紫外線の波長に対する感度を持つＲＧＢカメラなどを用いることもできる。
距離計測部（距離センサ）１０２ は、計測対象と皮膚情報取得端末１０３との距離を計測する。計測された距離に関するデータはデータ保持部１６０に記憶される。距離計測部１０２によって、計測時の皮膚情報取得端末１０３の位置を推定することができ、これによって、前回と同じ位置を計測していることを知ることができる。例えば、距離計測部１０２により取得された距離情報と画像撮影部１０１により取得された画像を解析することで計測対象が同じ場所であることを推定できる。なお、皮膚情報取得端末１０３が同じ位置を計測していると推定したときに、後述するサウンド部１６１を用いて音を発し、使用者２５に知らせるようにしてもよい。
図１４は本実施例における皮膚情報取得端末１０３の構成の一例を示す。図１４を用いて皮膚情報取得端末１０３の各部について、処理の概念的な流れとともに説明する。以降、特別な指定がない場合、皮膚情報取得端末１０３を構成する各部はシステムバス１７により接続されたシステム制御部１４からの信号により制御されるものとする。すでに説明したとおり、計測装置１００は，計測対象物１に対する入射角θがブリュースター角近傍の値となるように電磁波を出射する電磁波発生部２と、計測対象物１から反射した電磁波を受信する受信部３の配置が調整されている。計測装置１００は、上記のように配置が調整されている構成の他に、電磁波発生部２と受信部３を制御する制御部４および受信部３で受信した電磁波の信号処理を行う信号処理部５を備える。
入力部４０（例えばタッチセンサ、ボタン）を 介して使用者２５を識別する情報、計測位置に関する情報（顔、腕など）を入力する。その後、計測装置１００における信号処理の結果を計測情報取得部１１が取得する。式２に示したように計測対象物１である使用者２５からの反射強度の比を算出は、計測値解析部１８で行う。計測値解析部１８では、データ保持部１６０に蓄積された過去のデータを参照して、ある時刻の測定値だけではなく、過去の履歴を含んだ時系列データとして、使用者２５の皮膚の状態変化を解析する。ここで、例えば、データ保持部１６０には複数の個人を特定する番号を付加して、複数人の計測データを保持してもよい。計測値解析部１８は、計測装置１００の受信部３が受信した電磁波に基づく検出信号から、当該受信した電磁波の強度と、偏波成分に基づく偏波依存特性を解析する処理を実行する。
次に、画像撮影部１０１により使用者２５の計測部位を撮影する。取得した画像の取得は画像情報取得部１２で行う。さらに、計測部位との距離は距離計測部１０２で行い、その測定した距離の結果は、距離情報取得部１３で取得する。これらの測定結果は、データ保持部１６０に保存される。表示処理部１５は、撮影された写真から画像解析し、紫外線、乾燥、ストレスなどを表示部１６に表示する。さらに、表示処理部１５は、計測装置１００から得られた計測部位の皮膚内部の水分や肌の状態（キメの細かさ）の計測値を解析した結果を写真２６とともに表示部１６に表示する。ここで、表示部１６で表示する内容は、例えば、保湿量などの値や変化幅のグラフや図１３Ｂに例示したレーダー図などである。
さらに長期のモニタリングする場合には、測定位置を合わせて、略同一部位を計測することが望まれる。そこでシステム制御部１４が、前回あるいはこれまで画像撮影部１０１で撮影した画像結果から測定部位を特定し、距離計測部１０２の距離結果から測定条件を算出し、計測位置を推定する。推定された計測位置を図１３Ｂの計測位置マーカー２７のように表示部１６に表示してもよい。この場合、システム制御部１４が計測位置推定部として機能する。ここで、例えば、図１３Ａのような構成の皮膚情報取得端末１０３では、使用者２５が撮影しながら皮膚情報取得端末１０３の表示部１６を確認できない。このような場合には、サウンド部１６１を使って、過去に取得された計測位置マーカー２７が示す位置と画像撮影部１０１が現在撮影している位置との差分の情報を音、例えば音程の変化や音量の変化、或いは音声などを知らせることも可能である。この場合、システム制御部１４が、過去の計測位置マーカー２７が示す位置と現在撮影している位置の差分を演算する演算部として機能し、システム制御部１４が演算した結果に基づいて上記のように差分に関連した処理を実行し計測位置を決定する。サウンド部１６１は、音声処理プロセッサとスピーカとを含む 。図１４において、計測情報取得部１１、画像情報取得部１２、距離情報取得部１３、計測値解析部１８、システム制御部１４、サウンド部１６１のうちの音声処理プロセッサ、及び表示処理部１５は、皮膚情報取得端末１０３を構成するプロセッサーやサーキットにより構成される。またデータ保持部１６０は、皮膚情報取得端末１０３を構成するメモリにより構成される。
次に、皮膚情報取得端末１０３の動作の流れについて、図１５のフローチャートを用いて説明する。まず、システム制御部１４で入力部４０を制御して、使用者２５に、識別情報や計測部位に関する情報を入力するインターフェースを提示する入力ステップを実行する（Ｓ１５０１）。例えば、Ｓ１５０１において表示部１６に入力画面を表示し、使用者２５に所定の情報を入力させればよい。
続いて、システム制御部１４で画像撮影部１０１を制御して、使用者２５の測定部位を撮影する撮影ステップを実行する（Ｓ１５０２）。
次に、システム制御部１４で距離計測部１０２を制御して、使用者２５の測定部位と皮膚情報取得端末１０３との距離を計測する距離計測ステップを実行する（Ｓ１５０３）。
次に、測定した距離の結果を距離情報取得部１３により取得する距離情報取得ステップを実行する（Ｓ１５０４）。
さらに、計測位置マーカー２７の位置を算出するために、皮膚情報取得端末１０３の電磁波発生部２と受信部３の位置とＳ１５０４で得られた距離の結果から、使用者２５に対する測定位置を算出する測定位置算出ステップを実行する（Ｓ１５０５）。Ｓ１５０５において、算出された測定位置が過去の測定位置と合致しているか否かを判定し、サウンド部１６１を用いて判定結果に対応する音を出力する音出力ステップをさらに実行してもよい。この場合、Ｓ１５０５における判定結果は、測定位置の推定結果と同義である。すなわち、Ｓ１５０５に係る処理動作は、計測位置推定ステップとしても実行される。
また、Ｓ１５０４で距離情報取得ステップを実行しているときに、並列でシステム制御部１４から計測装置１００の制御部４を通じて電磁波発生部２の電磁波発生器７を制御する。この制御に基づいて、出射電磁波強度Ｉｉｎの電磁波を使用者２５に照射する電磁波照射ステップと、使用者２５に反射された電磁波の強度を取得する電磁波検出ステップと、を実行する（Ｓ１５０６）。
Ｓ１５０６において取得された電磁波の強度を信号処理部５から計測情報取得部１１が受け取り、システム制御部１４が受け取った情報から反射電磁波強度情報と偏波情報を解析する解析ステップを実行する。さらに、式２に示したように取得された情報から、ある時刻の吸収量と偏波の情報を加え、各偏波における吸収量に換算する吸収量換算ステップを実行する（Ｓ１５０７）。Ｓ１５０７の解析段階で例えばデータ保持部１６０に保持された過去のデータの水分量と比較して相対的な水分量変化に換算してもよい。
次に、Ｓ１５０５とＳ１５０７から得られた測定位置と強度／偏波信号の解析結果とＳ１５０２で撮影した画像を表示処理部１５で処理をして、図１３Ｂのような表示を表示部１６に表示させる表示ステップを実行する（Ｓ１５０８）。
本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。
例えば、カラー画像と距離画像とを同時に取得可能な単眼カメラを使えば、画像撮影部１０１と距離計測部１０２のような別々の機能を一つの機能で実現することができ、小型化かつコストな皮膚情報取得端末１０３が実現できる。また、皮膚情報取得端末１０３は皮膚の状態計測の専用端末に限るものではない。例えば、皮膚情報取得端末１０３の電磁波発生部２と受信部３に、共鳴トンネルダイオードなどの小型光源やヘテロバリアダイオードやカーボンナノチューブなどの小型検出器を用いてもよい。これによって、多様な情報処理機能を備える携帯電話（スマートフォン）と組み合わせることが可能である。
また図１４では、本実施例における皮膚情報取得端末１０３の構成の一例を示したが、すべての解析を皮膚情報取得端末１０３で行う必要は無い。例えば、図１６に示すように通信部１９を備えた皮膚情報取得端末１０３１を使うことで複雑な解析のすべて或いは一部を外部のサーバ１０４で行うことも可能である。外部サーバを使う場合は、Ｓ１５０８の統合処理をサーバ１０４の情報統合部２３を加えることで、表示処理部１５の処理負荷が低減し、表示部１６のフレームレートの改善への効果が期待できる。
図１６に示す様に、サーバ１０４と連携する皮膚情報取得端末１０３１は、サーバ１０４とのデータ通信を行う通信部１９と、計測値解析部１８を持たず、同機能はサーバ１０４に配置される。サーバ１０４は、計測値解析部１８の他、画像情報解析部２１と、画像診断部２２と、情報統合部２３と、通信部２０ と、を備える。計測値解析部１８、画像情報解析部２１、画像診断部２２、及び情報統合部２３は、サーバ１０４を構成するＣＰＵやサーキット等のコンピュータにより構成される。通信部１９、２０は、ネットワーク通信装置、例えばＷｉｆｉ（登録商標）、８Ｐ８Ｃモジュラーコネクタ等の通信用コネクタなどのハードウェアを用いて構成される。
画像情報解析部２１は、画像情報取得部１２において取得された画像（計測対象物１の画像）を解析し、その結果を出力する。
画像診断部２２は、画像情報解析部２１の出力に基づいて、画像情報取得部１２から取得された画像に対する診断を行う。
情報統合部２３は、画像診断部２２における診断の結果と、計測値解析部１８の解析結果を用いて、表示部１６に表示するための情報を統合して出力する。
次に、皮膚情報取得端末１０３１の動作の流れについて図１７のフローチャートを用いて説明する。まず、システム制御部１４で入力部４０を制御して、使用者２５に、識別情報や計測部位に関する情報を入力するインターフェースを提示する入力ステップを実行する（Ｓ１７０１）。例えば、Ｓ１７０１において表示部１６に入力画面を表示し、使用者２５に所定の情報を入力させればよい。
続いて、システム制御部１４で画像撮影部１０１を制御して、使用者２５の測定部位を撮影する撮影ステップを実行する（Ｓ１７０２）。
次に、システム制御部１４で距離計測部１０２を制御して、使用者２５の測定部位と皮膚情報取得端末１０３１との距離を計測する距離計測ステップを実行する（Ｓ１７０３）。
次に、測定した距離の結果を距離情報取得部１３により取得する距離情報取得ステップを実行する（Ｓ１７０４）。
さらに、皮膚情報取得端末１０３１の電磁波発生部２と受信部３の位置とＳ１７０４で得られた距離の結果から、使用者２５の測定位置を算出する測定位置算出ステップを実行する（Ｓ１７０５）。
また、Ｓ１７０４で距離情報取得ステップを実行しているときに、並列でシステム制御部１４から制御部４を通じて電磁波発生部２の電磁波発生器７を制御して、出射電磁波強度Ｉｉｎの電磁波を使用者２５に照射する。照射された出射電磁波強度Ｉｉｎの電磁波が使用者２５により反射したことによる反射電磁波強度情報と偏波情報を取得する計測情報取得ステップを実行する（Ｓ１７０６）。
次に、Ｓ１７０２で撮影された画像、Ｓ１７０５による測定位置の演算結果、およびＳ１７０６で得られた反射電磁波強度情報と偏波情報を通信部１９と通じてサーバ１０４に出力するサーバ出力ステップを実行する（Ｓ１７０７）。その後、サーバ１０４において、式２に示したように取得された情報から、ある時刻の吸収量の算出と偏波の情報を加え、各偏波における吸収量に換算する吸収量換算ステップを実行する（Ｓ１７０８）。Ｓ１７０７において、通信部１９を通じてサーバ１０４にデータを出力する際に、データ保持部１６０に保持されたデータの一部あるいはすべてを参照して、Ｓ１７０８の解析段階で水分量の相対変化に換算可能である。
続いて、サーバ１０４が、測定位置と強度／偏波信号の解析結果とＳ１７０２で撮影した画像とを図１３Ｂに例示したような表示ができるように、表示用の情報を統合する情報統合ステップを実行する（Ｓ１７０９）。
次に、Ｓ１７０９で統合された表示用情報をサーバ１０４から通信部１９へ送信する送信ステップを実行し（Ｓ１７１０）、最後に、統合情報を表示処理部１５で処理した結果を表示部１６に表示する表示ステップを実行する（Ｓ１７１１）。
また、図１３で例示した皮膚情報取得端末１０３では、画像撮影部１０１と表示部１６が同じ面ではなく反対面に配置されている。この構造だと使用者２５が画像撮影部１０１で撮影しているときに、表示部１６を見ながら測定位置を合わせるなどの操作はできない。そこで、図１８Ａ及び図１８Ｂに示すように、画像撮影部１０１と表示部１６は同じ面に配置してもよい。図１８Ａ及び図１８Ｂに示す皮膚情報取得端末１０３のような構成であれば、この皮膚情報取得端末１０３の使用者２５が、表示部１６を見ながら、測定位置を調整できるので利便性が向上する。
さらに、撮影しながら皮膚情報取得端末１０３の表示部１６を確認し、表示内容を見ながらサウンド部１６１の機能によって、計測位置マーカー２７と画像撮影部１０１で撮影されている現在の位置との差分を音で知らせるように動作させることもできる。さらに、使用者の感覚と計測値が異なる場合には自分で必要な計測幅を設定するようにしてもよい。
次に、本発明に係る非接触内部計測装置の別の実施形態について説明する。図１９は、本実施形態に係る計測装置１００ａの構成を示す図である。本実施例に係る計測装置１００ａは、すでに説明をした実施例１に係る計測装置１００と同様の構成を備え、電磁波発生部２、受信部３、制御部４、信号処理部５、を備えている。これらの構成および配置条件などの特徴は、実施例１のものと同じであるので詳細な説明を省略する。
本実施例に係る計測装置１００ａは、画像撮影部１０１と、画像情報取得部１２と、距離計測部１０２と、距離情報取得部１３と、データ保持部１６０と、をさらに備えている。これらの構成も、実施例３において説明した皮膚情報取得端末１０３が備える同符号の構成と共通し、同一の機能を備える。したがって、カラー画像と距離画像とを同時に取得可能な単眼カメラを画像撮影部１０１に用いるならば、画像撮影部１０１と距離計測部１０２を別々の構成として搭載する必要はない。
実施例３で示したように、例えば、画像撮影部１０１によって使用者２５の計測部位の写真を撮影し、撮影した画像の取得は画像情報取得部１２で行う。また、使用者２５の計測部位との距離は距離計測部１０２で行い、その測定した距離の結果は、距離情報取得部１３で取得する。本実施例おいては、図１９に示すように、計測装置１００ａと計測対象物１との目標となる距離を「Ｌ」と仮定する。
図２０は、計測対象物１の表面（使用者２５の計測部位に相当）と計測装置１００ａとの距離が目標距離Ｌからずれた場合の測定位置の補正について説明する図である。図２０Ａに示すように、計測装置１００ａが計測対象物１に対して目標距離Ｌより近づきすぎた場合、計測対象物１に対する目標照射位置に対して電磁波の照射位置がずれることになる。また、図２０Ｂに示すように、計測装置１００ａが計測対象物１に対して目標距離Ｌから遠のいた場合も同様である。
ここでは図２０Ａおよび図２０Ｂのように、目標距離Ｌを原点と仮定して、「奥」と「手前」を定義する。なお、目標距離Ｌとは、画像撮影部１０１の光軸と電磁波発生部２から出射した電磁波が計測対象物１（使用者２５の計測部位に相当）の表面に照射される位置と一致する場合の計測対象物１と計測装置１００ａの距離である。
例えば、図２０Ａは、計測装置１００ａと計測対象物１との距離が遠くなり、測定位置が奥側にずれたケースを例示している。図２０Ｂは、計測装置１００ａと計測対象物１との距離が近づき、測定位置が手前側にずれたケースを例示している。
図２０Ａに例示するケースの場合、計測位置マーカー２７の位置はＸ’＝|Ｌ-Ｌ’|tanθで算出することができる。また、図２０Ｂに例示するケースの場合、計測位置マーカー２７の位置はＸ”＝|Ｌ-Ｌ”|tanθで算出することができる。この「Ｘ’」、「Ｘ”」を用いて、計測位置マーカー２７の位置を補正する必要がある。なお、「Ｘ’」および「Ｘ”」の符号によって、計測装置１００ａの移動方向は判定できる。
次に、計測装置１００ａの動作の流れについて、図２１のフローチャートを用いて説明する。まず、制御部４が画像撮影部１０１を制御して、使用者２５の測定部位の撮影を行う撮影ステップを実行する（Ｓ２１０１）。
次に、制御部４が距離計測部１０２を制御して、計測対象物１（実施例３では使用者２５の測定部位に相当）と計測装置１００ａとの距離を計測する距離計測ステップを実行する（Ｓ２１０２）。
次に、測定した距離結果を距離情報取得部１３により取得する距離情報取得ステップを実行する（Ｓ２１０３）。
さらに、計測装置１００ａの電磁波発生部２と受信部３の位置とＳ２１０３で得られた距離の結果から、図２０Ａおよび図２０Ｂを用いて説明したように、「手前」または「奥」のいずれかにずれた場合の距離ずれ量を算出する。そして、距離ずれ量から測定位置を算出する測定位置算出ステップを実行する（Ｓ２１０４）。
また、Ｓ２１０３において距離情報を取得しているときに、並列で制御部４が通じて電磁波発生部２の電磁波発生器７を制御し、出射電磁波強度Ｉｉｎの電磁波を使用者２５に照射する。そして、使用者２５から反射した電磁波強度情報と偏波情報を取得する電磁波強度情報および偏波情報取得ステップを実行する（Ｓ２１０５）。
次に、式２に示したように取得された情報から、ある時刻の吸収量を算出し、偏波の情報を加え、各偏波における吸収量に換算する吸収量換算ステップを実行する（Ｓ２１０６）。なお、Ｓ２１０６でデータ保持部１６０に保持された過去のデータの水分量と比較して相対的な水分量変化に換算してもよい。
次に、Ｓ２１０４とＳ２１０６から得られた測定位置と強度／偏波信号の解析結果とＳ２１０１で撮影した画像とを表示処理部１５で処理して、図１８Ｂのような表示を表示部１６に表示させる表示ステップを実行する（Ｓ２１０７）。
次に、制御部４において、今回の計測が初期学習かどうかを判断する初期学習判断ステップを実行する（Ｓ２１０８）。このＳ２１０８は、計測対象物１の状態（あるいは時間）変化を観測のための基準値を取得するためのステップである。制御部４はデータ保持部１６０に過去の計測値が保持されているか否かを判定する。過去の計測値が保持されていれば（Ｓ２１０８／ＹＥＳ）、Ｓ２１０１からＳ２１０７において取得された撮影画像、測定値、強度／偏波解析結果を基準値として、データ保持部１６０にすでに保存されている情報を書き換える情報書換ステップを実行する（Ｓ２１０９）。
一方、Ｓ２１０８において、過去の計測値が保持されていなければ（Ｓ２１０８／ＮＯ）、Ｓ２１０１からＳ２１０７において取得された撮影画像、測定値、強度／偏波解析結果と、データ保持部１６０に保存されている基準値との差分を保存する保存ステップを実行する（Ｓ２１１０）。Ｓ２１１０においては、Ｓ２１０１からＳ２１０７において取得された撮影画像、測定値、強度／偏波解析結果を新たな基準値として保存してもよい。
本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。
また、皮膚情報取得端末１０３は皮膚計測の専用機に限るものではない。例えば、共鳴トンネルダイオードなどの小型光源やヘテロバリアダイオードやカーボンナノチューブなどの小型検出器を電磁波発生部２と受信部３に使えばスマートフォンと組み合わせることは可能である。さらにＳ２１１０でデータを保存する際に、例えば、スマートフォンから得られる日時や温度、天候などの情報も追加してもよい。
次に、本発明に係る内部計測結果表示システムの別の実施形態について説明する。本実施例に係る呼気分析端末１０５は、測定対象を人間の呼気とする装置であって、電磁波を用いて非接触で、呼気に含まれる成分を分析し、表示する機能を備える。特定の疾病を罹患している患者の呼気には、健常者とは異なる成分の気体が含まれることが知られている。例えば、糖尿病の患者の呼気にはアセトンの量が多く含まれており、慢性気管支炎の患者の呼気は一酸化炭素が増加する傾向があるといわれている。このアセトンや一酸化炭素の濃度は、テラヘルツ周波数帯の電磁波を用いて計測できる。そこで、呼気分析端末１０５は、計測対象とする記載に適した周波数の電磁波を出射するように設定して用いる。なお、呼気分析端末１０５を用いて水分の計測も可能である。
図２２は、呼気分析端末１０５の使用態様を示している。呼気分析端末１０５は、使用者２５の呼気の分析をするための呼気計測システム１０６を備える。図２２に示すように、使用者２５は、呼気分析端末１０５に向けて息を吐くことで、使用者２５の呼気に含まれる成分などを解析して表示する機能を備える可搬型の情報処理端末である。
図２３Ａ及び図２３Ｂは、呼気分析端末１０５の外観を示す図である。図２３Ａは、使用者２５が吐いた分析対象の呼気を受ける側の模式図である。図２３Ｂは、呼気の分析結果が表示される側の模式図である。図２３Ａに示すように、呼気分析端末１０５は、使用者２５に向けられる側において、呼気計測システム１０６が備える電磁波発生部２と受信部３が配置されている。電磁波発生部２および受信部３は、ガス流路３１の開口部を挟む状態で配置されている。また、内蔵カメラである画像撮影部１０１のレンズ、距離計測部１０２も配置されている。
画像撮影部１０１および距離計測部１０２については、すでに説明をした実施例３と同様であるので詳細な説明を省略する。なお、画像撮影部１０１は、例えば、可視光波長に対する感度を持つＲＧＢカメラ、赤外線に対する感度を持つカメラなどを適用できる。その他にも、赤外線から可視光の波長、或いは可視光から紫外線の波長、或いは赤外線から可視光を経て紫外線の波長に対する感度を持つＲＧＢカメラなども適用できる。このように画像撮影を行うことで、画像認識で計測モードを肌であるか呼気であるかを自動的に切替えることが可能となる。また、使用者２５が自ら計測モードを切替えるようにしてもよい。
図２３Ｂに示すように呼気分析端末１０５は、呼気計測システム１０６で呼気の成分を計測し、解析した結果を表示部１６に呼気計測結果として、例えば、一酸化炭素やアセトンの濃度を表示する。また、今回呼気計測システム１０６で測定した測定値を濃度で表示するだけではなく、例えばガス濃度測定結果２８を表示部に表示してもよい。また、図１８Ａ、図１８Ｂに示したように、呼気分析端末１０５の使用者２５が、表示部１６の表示（例えば濃度）を見ながら計測を行えるようにするために、呼気計測システム１０６と画像撮影部１０１と表示部１６は同じ面にしてもよい。
さらに、撮影しながら、かつ、呼気分析端末１０５の表示部１６を確認しながら、健康上の注意事項などを知らせるために、注意事項やそのデータなどの表示に加えて、サウンド部１６１を用いて、使用者２５に音で状況を知らせてもよい。さらに、使用者の感覚と計測値が異なる場合には自分で必要な値を設定しておき、設定値との乖離が大きいときに注意事項等を知らせるようにしてもよい。
図２４に本実施例における呼気計測システム１０６の構成の一例を示す。図２４に示すように、呼気計測システム１０６は、計測対象である呼気に適した電磁波を照射する電磁波発生部２、呼気の影響により変化した電磁波を受信する受信部３、電磁波発生部２と受信部３を制御する制御部４と、受信部３で受信した電磁波の強度に基づき呼気に含まれる所定のガスの濃度を計測するガス濃度計測部２９と、を備える。
呼気計測システム１０６は、呼気の流路として機能するガス流路３１と、ガス流路３１と連通し、電磁波発生部２と受信部３の間を長手方向とする管状のガス濃度計測空間３２と、を備える。また、ガス流路３１は、呼気の流入用流路３１ａと呼気の排気用流路３１ｂを含んで構成されている。流入用流路３１ａと排気用流路３１ｂは、ガス濃度計測空間３２の長手方向の端部付近に１対となるように配置されている。流入用流路３１ａと排気用流路３１ｂの内側の開口部、すなわち、流入用流路３１ａ及び排気用流路３１ｂのガス濃度計測空間３２との連通箇所には、呼気の気流Ｒで開閉する弁３０がそれぞれ配置されている。流入用流路３１ａに配置されている流入弁３０ａは、呼気の流入によって内側に開くようになっている。また、排気用流路３１ｂに配置されている排気弁３０ｂは、ガス流路３１に呼気が流入してきたときに、内部に滞留しているガスに押されて外側に開くようになっている。
ここで、電磁波発生部２が発する電磁波は、測定対象のガス成分に吸収され易い周波数を使う。例えば、測定対象の呼気が水蒸気であれば、例えば０．５６ＴＨｚや０．７５ＴＨｚなどが好適である。
使用者２５が呼気を吹き付けると、流入弁３０ａが呼気の勢いによって押されて開き、ガス流路３１の内部に流入する。このとき、電磁波発生部２から電磁波が出射されれば、呼気の成分によって吸収または減衰した電磁波が受信部３で受診される。
図２５は、本実施例における呼気分析端末１０５の構成の一例を示す。図２５を用いて、呼気分析端末１０５の各部について、処理の概念的な流れとともに説明する。以降、特別な指定がない場合、呼気分析端末１０５を構成する各部はシステムバス１７により接続されたシステム制御部１４からの信号により制御されるものとする。
呼気計測システム１０６は，計測対象物である呼気に対して電磁波を照射する電磁波発生部２、呼気の影響により変化した電磁波を受信する受信部３、電磁波発生部２と受信部３を制御する制御部４および受信部３で受信した電磁波のガス濃度の濃度を計測するガス濃度計測部２９、を備える。呼気計測システム１０６で用いられる電磁波発生部２と受信部３は、すでに説明した計測装置１００で使用する電磁波発生部２と受信部３と共通のものでよい。なお、呼気計測システム１０６で用いる電磁波発生部２と受信部３としては、計測装置１００のものとは別々の電磁波発生部２と受信部３を使ってもよい。
この呼気計測システム１０６によって計測されたガス濃度の取得は、ガス濃度情報取得部３３とガス濃度値解析部３４において行なう。ガス濃度情報取得部３３は、式２に示したように計測対象物１である使用者２５の呼気の影響による電磁波の変化を照射した電磁波と反射電磁波との強度の比からガス濃度情報を取得する。そして、ガス濃度値解析部３４は、ガス濃度情報を解析して、ガス濃度を取得する。
ガス濃度値解析部３４では、データ保持部１６０に蓄積された過去のデータなどを参照して、ある時刻の測定値だけではなく、過去の履歴を含んだ時系列データとして、呼気のガス濃度変化の解析を行うこともできる。この場合、図２３に示したように、表示部１６にガス濃度測定結果２８を表示することができる。呼気分析端末１０５の、ガス濃度情報取得部３３、ガス濃度値解析部３４、計測情報取得部１１、画像情報取得部１２、距離情報取得部１３、計測値解析部１８、システム制御部１４、サウンド部１６１のうちの音声処理プロセッサ、及び表示処理部１５は、呼気分析端末１０５を構成するプロセッサーやサーキットにより構成される。またデータ保持部１６０は、呼気分析端末１０５を構成するメモリにより構成される。
呼気計測システム１０６は、電磁波の周波数を所定の範囲で変化させながら反射強度の比を測定し、ピークとなる周波数からガスの成分を特定する処理も行うことができる。また、ガスの成分が特定できれば、ガス濃度の計測を行うこともできる。
次に、呼気分析端末１０５の動作の流れについて、図２６のフローチャートを用いて説明する。まず、システム制御部１４で画像撮影部１０１を制御して、使用者２５の測定部位の撮影を行う撮影ステップを実行する（Ｓ２６０１）。
次に、システム制御部１４で距離計測部１０２を制御して、使用者２５の測定部位と呼気分析端末１０５との距離を計測する距離計測ステップを実行する（Ｓ２６０２）。
次に、測定した距離結果を距離情報取得部１３により取得する距離情報取得ステップを実行する（Ｓ２６０３）。
さらに、呼気分析端末１０５の電磁波発生部２と受信部３の位置とＳ２６０３で得られた距離の結果から、使用者２５の測定位置を算出する測定位置算出ステップを実行する（Ｓ２６０４）。
Ｓ２６０３で距離情報取得ステップを実行しているときに、並列で、Ｓ２６０１で撮影された画像から呼気のガス濃度を測定しようとしているのか皮膚を測定しようとしているかを判断する測定物判定ステップを実行する（Ｓ２６０５）。Ｓ２６０５において、測定対象がガスであると判定されたとき（Ｓ２６０５／Ｙｅｓ）、ガス濃度を計測するフローに移行する。また、Ｓ２６０５において測定対象物がガスではないと判定されたときは（Ｓ２６０５／Ｎｏ）、使用者２５の皮膚の水分量を計測するフローに移行する。
ガス濃度を計測するフローにおいて、システム制御部１４から制御部４を通じて電磁波発生部２の電磁波発生器７を制御して、出射電磁波強度Ｉｉｎを使用者２５に照射する。そして、制御部４で受信部３の受信器９を制御して、使用者２５の呼気を通過した電磁波の電磁波強度を取得する受信電磁波強度取得ステップを実行する（Ｓ２６０８）。
次に、式２に示したように取得された情報から、ある時刻のガス濃度を算出するために吸光度の解析を行う吸光度解析ステップを実行する（Ｓ２６０９）。
ここで、例えば、使用者２５の一酸化炭素を計測したい場合について詳細に説明する。一酸化炭素に対して１０ＧＨｚ（０．１ＴＨｚ）以上３０ＴＨｚ以下の周波数帯の電磁波を照射した場合、その吸収スペクトルは、約０．４ＴＨｚから２．５ＴＨｚの周波数帯に等間隔で急峻な状態で現れる。したがって、例えば１．５ＴＨｚの電磁波を上記にて説明した呼気計測システム１０６に用いると、一酸化炭素の計測において好適である。また、０．４ＴＨｚから０．６ＴＨｚの電磁波を用いれば、狭い周波数範囲で水蒸気と一酸化炭素の吸収スペクトルを計測することが可能になる。
データ保持部１６０に保持された過去の計測値と比較して、Ｓ２６０９の解析段階でガス濃度の変化に換算してもよい。Ｓ２６０４とＳ２６０９から得られた測定位置と吸光度の解析結果とＳ２６０１で撮影した画像とを表示処理部１５で処理して、図２３Ｂのような表示を表示部１６に行う表示ステップを実行する（Ｓ２６１０）。
皮膚の水分量を計測するフローにおいて、システム制御部１４から制御部４を通じて電磁波発生部２の電磁波発生器７を制御して、出射電磁波強度Ｉｉｎを使用者２５に照射する。そして、制御部４で受信部３の受信器９を制御して、使用者２５から反射した電磁波強度情報と偏波情報を取得する（Ｓ２６０６）。
次に、式２に示したように取得された情報から、ある時刻の吸収量を算出し、偏波の情報を加え、各偏波における吸収量に換算する（Ｓ２６０７）。ここで、Ｓ２６０４とＳ２６０７から得られた測定位置と強度／偏波信号の解析結果とＳ２６０１で撮影した画像とを表示処理部１５で処理して、図２３Ｂのような表示を表示部１６に行う（Ｓ２６１０）。
本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。
１…計測対象物、２…電磁波発生部、３…受信部、４…制御部、５…信号処理部、７…電磁波発生器、８…レンズ、９…受信器、１０…レンズ、１１…計測情報取得部、１２…画像情報取得部、１３…距離情報取得部、１４…システム制御部、１５…表示処理部、１６…表示部、１７…システムバス、１８…計測値解析部、１９…通信部、２０…通信部、２１…画像情報解析部、２２…画像診断部、２３…情報統合部、２５…使用者、２６…写真、２７…計測位置マーカー、２８…ガス濃度測定結果、２９…ガス濃度計測部、３０…弁、３１…ガス流路、３２…ガス濃度計測空間、３３…ガス濃度情報取得部、３４…ガス濃度値解析部、４０…入力部、９０…受信素子、９１…加算器、９１ａ…加算器、９１ｂ…加算器、９１ｃ…加算器、９１ｄ…加算器、１００…計測装置、１００ａ…計測装置、１０１…画像撮影部、１０２…距離計測部、１０３…皮膚情報取得端末、１０４…サーバ、１０５…呼気分析端末、１０６…呼気計測システム、１６０…データ保持部、１６１…サウンド部、１０３１…皮膚情報取得端末

Claims (11)

  1. 計測対象に向けて電磁波を照射する電磁波照射部と、
    前記計測対象において反射される電磁波を検出する電磁波受信部と、を備え、
    前記電磁波照射部は、前記計測対象に対する前記電磁波の入射角がブリュースター角近傍になるように配置され、
    前記電磁波受信部は、複数の電磁波検出器を備え、
    前記電磁波検出器のそれぞれの大きさは、前記電磁波照射部が照射する前記電磁波のビームウェストの半径以下であり、
    前記電磁波検出器は、前記電磁波照射部が照射する電磁波の偏波と異なる偏波の電磁波の強度を検出するように配置されている、
    ことを特徴とする非接触内部計測装置。
  2. 請求項１記載の非接触内部計測装置であって、
    前記電磁波検出器は、前記電磁波照射部が照射する電磁波の偏波方向と同じ偏波方向に垂直な偏波方向の成分を含め少なくとも２方向以上の偏波成分を検出するように配置されている、
    ことを特徴とする非接触内部計測装置。
  3. 計測対象に向けて電磁波を照射する電磁波照射部と、
    前記計測対象において反射される電磁波を検出する電磁波受信部と、
    を備え、
    前記電磁波照射部は、前記電磁波受信部で検出される電磁波の偏波成分のうち当該前記電磁波照射部が照射する電磁波の偏波成分と同じ偏波成分が少なくなるように配置されている非接触内部計測装置を含み、
    前記電磁波受信部で受信した信号から強度および偏波依存特性を解析する解析部と、
    前記計測対象との距離を計測するための計測部と、
    前記計測部から得られる距離から計測位置を推定する計測位置推定部と、
    前記計測対象の撮影画像を表示する表示部と、をさらに有し、
    前記計測部から得られる距離から前記計測位置推定部により推定された計測位置を、前記解析部の解析結果とともに前記表示部に表示する、
    ことを特徴とする内部計測結果表示システム。
  4. 請求項３に記載の内部計測結果表示システムであって、
    前記計測対象を撮影するための画像撮影部をさらに含む、
    ことを特徴とする内部計測結果表示システム。
  5. 請求項３に記載の内部計測結果表示システムであって、
    前記計測部において計測された距離、前記計測位置推定部において推定された計測位置に関するデータを保持するデータ保持部と、前記データ保持部に保持されている前記計測位置と現在撮影されている計測位置との差分を演算する演算部と、をさらに有し、
    前記演算部の結果に基づいて、前記計測位置を決定する、
    ことを特徴とする内部計測結果表示システム。
  6. 請求項３に記載の内部計測結果表示システムであって、
    前記計測位置の推定の結果に係る情報を音で知らせるサウンド部と、
    前記計測対象の計測位置を入力するための入力部と、をさらに有し、
    前記計測部から得られる距離から前記計測位置推定部により推定された計測位置と前記入力部に入力された測定位置との差分の情報を前記サウンド部の音で知らせる機能を有する、
    ことを特徴とする内部計測結果表示システム。
  7. 計測対象に向けて電磁波を照射する電磁波照射ステップと、
    前記計測対象において反射される電磁波を検出する電磁波検出ステップと、
    受信した信号から強度および偏波依存特性を解析する解析ステップと、
    前記計測対象との距離を計測する計測ステップと、
    前記計測対象との距離から計測位置を推定する計測位置推定ステップと、
    前記推定した計測位置を、前記解析ステップにおける結果とともに表示する表示ステップと、を有し、
    前記電磁波照射ステップにおいて、前記電磁波検出ステップにおいて検出される電磁波の偏波成分のうち、計測対象に照射する電磁波の偏波成分と同じ成分が少なくなるように前記電磁波を照射する、
    ことを特徴とする非接触内部計測方法。
  8. 請求項７に記載の非接触内部計測方法であって、
    前記電磁波照射ステップにおいて、前記計測対象に対する入射角がブリュースター角近傍になるように前記電磁波を照射する、
    ことを特徴とする非接触内部計測方法。
  9. 請求項７に記載の非接触内部計測方法であって、
    前記電磁波検出ステップにおいて検出される電磁波の偏波成分のうち、計測対象に照射する電磁波の偏波方向と垂直方向の偏波成分と、当該垂直方向の偏波成分と異なる偏波成分を含め、少なくとも２方向以上の偏波方向に係る偏波成分を検出する、
    ことを特徴とする非接触内部計測方法。
  10. 請求項７に記載の非接触内部計測方法であって、
    計測対象を撮影する撮影ステップと、を含み、
    前記表示ステップにおいて、前記推定した計測位置を、前記解析ステップにおける結果および撮影した前記計測対象の画像とともに表示する、
    ことを特徴とする非接触内部計測方法。
  11. 請求項７に記載の非接触内部計測方法であって、
    前記計測位置推定ステップにおける推定結果を音で情報を知らせる音出力ステップと、
    前記計測対象における測定位置を入力する入力ステップと、を含み、
    前記音出力ステップにおいて、前記推定した計測位置と前記入力された測定位置との差分の示す音を出力する、
    ことを特徴とする非接触内部計測方法。
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Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6874146B2 (ja) * 2017-10-05 2021-05-19 マクセル株式会社 非接触内部計測装置、非接触内部計測方法、および内部計測結果表示システム
US20240000638A1 (en) 2022-06-30 2024-01-04 The Procter & Gamble Company Absorbent articles with frangible pathways having tear zones
CN116108603B (zh) * 2023-04-12 2023-06-27 中国空气动力研究与发展中心计算空气动力研究所 风洞供气阀门单元级信息物理系统的构建方法
CN118347971B (zh) * 2024-06-18 2024-08-23 石家庄康力药业有限公司 一种片剂的成品质量检测方法及检测系统

Family Cites Families (25)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2563271B2 (ja) 1986-07-11 1996-12-11 松下電器産業株式会社 湯水混合制御装置
JPS63128211A (ja) 1986-11-19 1988-05-31 Hitachi Ltd スペ−シング測定方法
US4748329A (en) * 1987-02-17 1988-05-31 Canadian Patents And Development Ltd. Method for on-line thickness monitoring of a transparent film
JPH09329542A (ja) * 1996-06-10 1997-12-22 Kao Corp 光沢測定方法及び光沢測定装置
JP2001083080A (ja) * 1999-09-13 2001-03-30 Hitachi Ltd 結晶欠陥計測装置
US7545503B2 (en) 2005-09-27 2009-06-09 Verity Instruments, Inc. Self referencing heterodyne reflectometer and method for implementing
US7755808B2 (en) 2005-11-17 2010-07-13 Xerox Corporation Document scanner dust detection systems and methods
JP2008064691A (ja) 2006-09-08 2008-03-21 Moritex Corp 光学異方性パラメータ測定装置
JP4918679B2 (ja) 2006-12-26 2012-04-18 国立大学法人金沢大学 透明層の厚さ測定方法及び測定装置
JP2008175794A (ja) 2007-01-17 2008-07-31 Tohoku Univ 反射測定装置および方法
WO2009027898A1 (en) * 2007-08-24 2009-03-05 Koninklijke Philips Electronics N.V. Method and apparatuses for measuring skin properties
DE102008013821B4 (de) 2008-03-10 2010-11-18 Westphal, Peter, Dr. Verfahren und Vorrichtung zur Messung gelöster Stoffe im menschlichen oder tierischen Augen-Kammerwasser
WO2010092739A1 (ja) * 2009-02-13 2010-08-19 国立大学法人京都工芸繊維大学 干渉計測装置および干渉計測方法
US8564777B1 (en) * 2010-08-16 2013-10-22 J.A. Woollam Co., Inc. System and method for compensating detector non-idealities
JP5706226B2 (ja) 2011-05-09 2015-04-22 株式会社 資生堂 皮膚内部のコラーゲン状態の評価方法及び皮膚老化の評価方法
DE102012102756A1 (de) * 2012-03-30 2013-10-02 Hseb Dresden Gmbh Verfahren zur Detektion vergrabener Schichten
JP6074908B2 (ja) * 2012-04-26 2017-02-08 Ｊｆｅスチール株式会社 表面検査装置および欠陥計測方法
JP2013228330A (ja) 2012-04-26 2013-11-07 Jfe Steel Corp 膜厚測定装置および膜厚測定方法
JP6454498B2 (ja) 2014-09-03 2019-01-16 国立大学法人京都大学 テラヘルツ波を用いた皮膚角層水分量の計測方法
US9770213B2 (en) * 2014-10-30 2017-09-26 Koninklijke Philips N.V. Device, system and method for extracting physiological information
US10031457B2 (en) * 2015-01-21 2018-07-24 Ricoh Company, Ltd. Optical sensor, recording medium discrimination device, and image forming apparatus
WO2016121540A1 (ja) 2015-01-29 2016-08-04 国立大学法人香川大学 分光測定装置および分光測定方法
US10799129B2 (en) * 2016-01-07 2020-10-13 Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. Biological information measuring device including light source, light detector, and control circuit
JP6744005B2 (ja) 2016-03-02 2020-08-19 国立大学法人 香川大学 分光測定装置
JP6874146B2 (ja) * 2017-10-05 2021-05-19 マクセル株式会社 非接触内部計測装置、非接触内部計測方法、および内部計測結果表示システム

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