JPH07159310A

JPH07159310A - 波長分離装置

Info

Publication number: JPH07159310A
Application number: JP5340051A
Authority: JP
Inventors: Munehiro Date; 宗宏伊達
Original assignee: RIKEN Institute of Physical and Chemical Research
Current assignee: RIKEN Institute of Physical and Chemical Research
Priority date: 1993-12-07
Filing date: 1993-12-07
Publication date: 1995-06-23

Abstract

(57)【要約】【目的】生体組織から試料を切り出すことなく、即ち、
非破壊不侵襲により生体組織の光の透過率ならびに散乱
率を測定することができるようにする。【構成】人体１４に所定波長範囲の光を照射する光源１
２と、人体１４により反射された光源１２からの反射光
を、所定の波長領域毎に透過光と反射光とにそれぞれ分
離する選択反射鏡１６ａ〜１６ｄと、選択反射鏡１６ａ
〜１６ｄにより所定波長領域に分離された透過光あるい
は反射光をそれぞれ受光するＣＣＤ２４ａ〜２４ｅと、
ＣＣＤ２４ａ〜２４ｅにより受光された反射光の強度を
解析する処理装置２８とを有する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、波長分離装置に関し、
さらに詳細には、測定の対象物として物体ばかりでな
く、人体などの生体組織の組成および成分などを測定す
るためにも用いて好適な波長分離装置に関する。

【０００２】

【発明の背景および発明が解決しようとする課題】人体
などの生体組織においては、その組成および各成分の分
散状態の相違に基づき、当該生体組織に照射される光の
波長に応じて光の透過率ならびに散乱率が異なるものと
なることが知られている。従って、生体組織の組成およ
び各成分ならびに当該生体組織に照射する光の波長の変
化に応じて、透過率ならびに散乱率がどのように変化す
るかを予め測定して種々のサンプルを採取しておけば、
ある特定の生体組織のある部位に照射した光の各波長に
おける透過率ならびに散乱率を測定することにより、当
該部位の組成および成分を判別することができるもので
あった。

【０００３】ところで、物体や生体組織などのような測
定対象物の光の透過率ならびに散乱率を測定する測定方
法としては、当該対象物の一部を試料として所定の寸法
に切り出し、当該試料を測定器にセットして測定する測
定方法が提案されている。

【０００４】しかしながら、上記したような測定方法に
あっては、対象物の一部を試料として切り出して試料を
作成する必要があり、短時間の間に多量の測定を行うこ
とが困難であるとともに、対象物として生体組織を選択
した場合には、生体組織に影響を与えることなく、長時
間に渡りゆっくりと進行する生体組織の変化を測定する
ことができないなどの問題点があった。

【０００５】本発明は、従来の技術の有するこのような
種々の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的と
するところは、生体組織から試料を切り出すことなく、
即ち、非破壊不侵襲により生体組織の光の透過率ならび
に散乱率を測定することのできる波長分離装置を提供し
ようとするものである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明における波長分離装置は、外部より生体組織
などの対象物に光を照射して、その反射光を波長毎に分
離して受光素子に結像させて反射光の強度を測定するこ
とにより、生体組織などの対象物の光の透過率ならびに
反射率を求めるようにしたものである。

【０００７】即ち、本発明による波長分離装置は、対象
物に所定波長範囲の光を照射する光源と、上記対象物に
より反射された上記光源からの反射光を、所定の波長領
域毎に透過光と反射光とにそれぞれ分離する複数の選択
反射鏡と、上記選択反射鏡により所定波長領域に分離さ
れた透過光あるいは反射光をそれぞれ受光する複数の受
光素子と、上記受光素子により受光された反射光の強度
を解析する解析手段とを有するようにした。

【０００８】

【作用】光源から光を照射された対象物は、その組成や
成分によって所定の波長領域の光を反射する。選択反射
鏡は、対象物によって反射された光を、所定の波長領域
毎に分離する。そして、受光素子が選択反射鏡によって
分離された反射光を受光し、受光素子により受光された
反射光の強度が解析手段によって解析される。

【０００９】こうして、光源の照射に基づく対象物から
の反射光の強度が、所定の波長領域毎に解析されるの
で、当該解析結果に基づいて対象物の光の透過率ならび
に反射率が求められ、対象物の組成や成分を測定するこ
とができる。

【００１０】

【実施例】以下、図面に基づいて、本発明による波長分
離装置の実施例を詳細に説明するものとする。

【００１１】図１には、本発明の波長分離装置の一実施
例を示す原理構成説明図が示されている。

【００１２】この波長分離装置１０は、２００ｎｍ〜４
００ｎｍの波長の光（紫外光）を照射可能な蛍光灯と４
００ｎｍ〜１０００ｎｍの波長の光（４００ｎｍ〜７６
０ｎｍの波長の可視光および７６０ｎｍ以上の赤外光）
を照射可能な白熱灯とを組み合わせて構成される光源１
２から、対象物としての人体１４に照射された光の反射
光を、所定波長領域毎に分離して反射ならびに透過する
ダイクロイックミラーよりなる選択反射鏡１６ａ〜１６
ｄと、選択反射鏡１６ａ〜１６ｄにより反射された光を
反射する全反射鏡１８ａ〜１８ｄと、選択反射鏡１６ｄ
を透過した光ならびに全反射鏡１８ａ〜１８ｄにより反
射された光の中で、所定の波長の光のみを透過させる透
過型フィルター２０ａ〜２０ｅと、透過型フィルター２
０ａ〜２０ｅを透過した光をそれぞれ受光するＣＣＤ２
４ａ〜２４ｅに人体からの反射光を結像するためのレン
ズ２２ａ〜２２ｅと、上記したＣＣＤ２４ａ〜２４ｅ
と、レンズ２２ａ〜２２ｅのピント合わせのためにＣＣ
Ｄ２４ａ〜２４ｅを駆動するモーターやリンク機構など
の駆動機構から構成される駆動装置２６と、ＣＣＤ２４
ａ〜２４ｅからの出力を処理して反射光の強度を解析す
るための処理装置２８とより構成されている。

【００１３】そして、レンズ２２ａ〜２２ｅのピント合
わせは、レンズ２２ａ〜２２ｅを固定しておいて、ＣＣ
Ｄ２４ａ〜２４ｅを駆動装置２６により移動させること
により行う。

【００１４】なお、ＣＣＤ２４ａ〜２４ｅのそれぞれの
光軸は、それぞれ互いに平行になるように設定されてい
るとともに、レンズ２２ａ〜２２ｅの焦点距離は、レン
ズ２２ａとレンズ２２ｂとが同一であり、レンズ２２ｄ
とレンズ２２ｅとが同一であるように設定されている。

【００１５】従って、レンズ２２ａ〜２２ｅのピント合
わせの際のＣＣＤ２４ａ〜２４ｅの移動は、同じ焦点距
離のレンズ２２ａおよびレンズ２２ｂに対応するＣＣＤ
２４ａおよびＣＣＤ２４ｂを、単一の駆動機構により連
動させて光軸に沿って同時に移動させ、また同じ焦点距
離のレンズ２２ｄおよびレンズ２２ｅに対応するＣＣＤ
２４ｄおよびＣＣＤ２４ｅを、単一の駆動機構により連
動させて光軸に沿って同時に移動させればよいため、駆
動装置２６の駆動機構の構成を簡潔化することができ
る。

【００１６】なお、レンズ２２ａ〜２２ｅのそれぞれの
焦点距離は、各レンズ２２ａ〜２２ｅに対応するＣＣＤ
２４ａ〜２４ｅの大きさに比例したものとされている。

【００１７】以下に、選択反射鏡１６ａ〜１６ｄならび
に透過型フィルター２０ａ〜２０ｅの構成について詳述
する。

【００１８】選択反射鏡１６ａは、光源１２から波長２
００ｎｍ〜１０００ｎｍの光が人体１４に照射され、そ
して人体１４によって反射された波長２００ｎｍ〜１０
００ｎｍの光の中で波長２００ｎｍ〜３００ｎｍの光を
反射し、他の波長の光を透過するように構成されてい
る。選択反射鏡１６ａによって反射された２００ｎｍ〜
３００ｎｍの波長の光は、全反射鏡１８ａによって反射
されて透過型フィルター２０ａに入射される。この透過
型フィルター２０ａは、２００ｎｍ〜３００ｎｍの波長
の光を透過させるように構成されており、これにより２
００ｎｍ〜３００ｎｍの波長の光（以下、２００ｎｍ〜
３００ｎｍの波長の光を「ＵＶ１」と称す。）が、レン
ズ２２ａを介して効率的にＣＣＤ２４ａに入力される。

【００１９】一方、選択反射鏡１６ａを透過した波長３
００ｎｍ〜１０００ｎｍの光は、選択反射鏡１６ｂに入
射される。選択反射鏡１６ｂは、入射された波長３００
ｎｍ〜１０００ｎｍの光の中で波長３００ｎｍ〜４００
ｎｍの光を反射し、他の波長の光を透過するように構成
されている。選択反射鏡１６ｂによって反射された３０
０ｎｍ〜４００ｎｍの波長の光は、全反射鏡１８ｂによ
って反射されて透過型フィルター２０ｂに入射される。
この透過型フィルター２０ｂは、３００ｎｍ〜４００ｎ
ｍの波長の光を透過させるように構成されており、これ
により３００ｎｍ〜４００ｎｍの波長の光（以下、３０
０ｎｍ〜４００ｎｍの波長の光を「ＵＶ２」と称す。）
が、レンズ２２ｂを介して効率的にＣＣＤ２４ｂに入力
される。

【００２０】また、選択反射鏡１６ｂを透過した波長４
００ｎｍ〜１０００ｎｍの光は、選択反射鏡１６ｃに入
射される。選択反射鏡１６ｃは、入射された波長４００
ｎｍ〜１０００ｎｍの光の中で波長４００ｎｍ〜７００
ｎｍの光を反射し、他の波長の光を透過するように構成
されている。選択反射鏡１６ｃによって反射された４０
０ｎｍ〜７００ｎｍの波長の光は、全反射鏡１８ｃによ
って反射されて透過型フィルター２０ｃに入射される。
この透過型フィルター２０ｃは、４００ｎｍ〜７００ｎ
ｍの波長の光を透過させるように構成されており、これ
により４００ｎｍ〜７００ｎｍの波長の光（以下、４０
０ｎｍ〜７００ｎｍの波長の光を「ＶＩＳ」と称し、特
に、４００ｎｍ〜５００ｎｍの波長の光を「Ｂｌｕｅ」
と称し、５００ｎｍ〜６００ｎｍの波長の光を「Ｇｒｅ
ｅｎ」と称し、６００ｎｍ〜７００ｎｍの波長の光を
「Ｒｅｄ」と称する。）が、レンズ２２ｃを介して効率
的にＣＣＤ２４ｃに入力される。

【００２１】さらに、選択反射鏡１６ｃを透過した波長
７００ｎｍ〜１０００ｎｍの光は、選択反射鏡１６ｄに
入射される。選択反射鏡１６ｄは、入射された波長７０
０ｎｍ〜１０００ｎｍの光の中で波長７００ｎｍ〜８５
０ｎｍの光を反射し、他の波長の光を透過するように構
成されている。選択反射鏡１６ｄによって反射された７
００ｎｍ〜８５０ｎｍの波長の光は、全反射鏡１８ｄに
よって反射されて透過型フィルター２０ｄに入射され
る。この透過型フィルター２０ｄは、７００ｎｍ〜８５
０ｎｍの波長の光を透過させるように構成されており、
これにより７００ｎｍ〜８５０ｎｍの波長の光（以下、
７００ｎｍ〜８５０ｎｍの波長の光を「ＩＲ１」と称す
る。）が、レンズ２２ｄを介して効率的にＣＣＤ２４ｄ
に入力される。

【００２２】そして、選択反射鏡１６ｄを透過した波長
８５０ｎｍ〜１０００ｎｍの光は、透過型フィルター２
０ｅに入射される。この透過型フィルター２０ｅは、８
５０ｎｍ〜１０００ｎｍの波長の光を透過させるように
構成されており、これにより８５０ｎｍ〜１０００ｎｍ
の波長の光（以下、８５０ｎｍ〜１０００ｎｍの波長の
光を「ＩＲ２」と称する。）が、レンズ２２ｅを介して
効率的にＣＣＤ２４ｅに入力される。

【００２３】図２には、上記した波長分離装置１０のレ
ンズ２２ａ〜２２ｅ、ＣＣＤ２４ａ〜２４ｅならびに処
理装置２８の構成部分のブロック構成図が示されてい
る。なお、図２に示されているように、ＣＣＤ２４ｃの
みは、Ｂｌｕｅ、Ｇｒｅｅｎ、Ｒｅｄ用にそれぞれのＣ
ＣＤ２４ｃｂ、ＣＣＤ２４ｃｇおよびＣＣＤ２４ｃｒが
配設されている。以下に、処理装置２８の構成を説明す
る。

【００２４】ＣＣＤ２４ａ〜ＣＣＤ２４ｅの出力はＡ／
Ｄ変換器３０ａ〜３０ｇによりＡ／Ｄ変換されて、フレ
ーム・メモリー３２ａ〜３２ｇおよび７→４マトリック
ス回路３４へ入力される。

【００２５】フレーム・メモリー３２ａ〜３２ｇの出力
は、３２トランスピューター・ネットワーク３６へ入力
されるとともに、メイン・トランスピューター３８へ入
力される。また、メイン・トランスピューター３８へ
は、３２トランスピューター・ネットワーク３６の出力
も入力されることになる。

【００２６】そして、メイン・トランスピューター３８
によって７→４マトリックス回路３４が制御され、Ａ／
Ｄ変換器３０ａ〜３０ｇによってＡ／Ｄ変換されたデー
タが、Ｂｌｕｅ、ＧｒｅｅｎおよびＲｅｄに分解されて
カラーによりモニター４０で目視できることになる。

【００２７】即ち、図３に示すように、Ａ／Ｄ変換器３
０ａ〜３０ｇによってＡ／Ｄ変換されたＵＶ１、ＵＶ
２、Ｂｌｕｅ、Ｇｒｅｅｎ、Ｒｅｄ、ＩＲ１およびＩＲ
２が、７×３非線形結合マトリックスにより処理され、
リアルタイムでＢｌｕｅ、ＧｒｅｅｎおよびＲｅｄに分
解されて、ＵＶ１、ＵＶ２、Ｂｌｕｅ、Ｇｒｅｅｎ、Ｒ
ｅｄ、ＩＲ１およびＩＲ２を種々に組み合わせた状態で
カラーによりモニター４０で目視できる。

【００２８】また、メイン・トランスピューター３８
は、フレーム・メモリー３２ａ〜３２ｇを制御するとと
もに、レンズ２２ａ〜２２ｅの焦点アイリスを制御す
る。

【００２９】さらに、メイン・トランスピューター３８
にはルート・トランスピューター４２が接続されていお
り、このルート・トランスピューター４２には、ＣＲＴ
４４、ハード・ディスク４６、キーボード４８ならびに
マウス５０が接続されたワークステーション５２が接続
されていて、モニター４０における表示状態の制御など
の所望の処理が行われるようになされている。

【００３０】上記した構成の処理装置２８によって、人
体１４からの反射光の強度を解析しながらモニター４０
上に画像を表示することができるものであるが、そのソ
フトウエアに基づく処理に関しては、公知の技術である
ため詳細な説明は省略する。

【００３１】以上の構成の本発明による波長分離装置を
用いて、例えば、人体におけるメラニン（ほくろやシミ
の成分）、脂肪、水分ならびにヘモグロビンなどの分布
を測定することができる。即ち、メラニン、脂肪、水分
ならびにヘモグロビンは、従来より図４に示す波長範囲
の光を吸収することが知られているので、光源１２を人
体１４の所定部位に照射して、選択反射鏡１６ａ→選択
反射鏡１６ｂ→全反射鏡１８ｂ→透過型フィルター２０
ｂ→レンズ２２ｂ→ＣＣＤ２４ｂの系により、人体１４
の反射光からＵＶ２のみを分離してＣＣＤ２４ｂにその
反射光を結像させることにより、当該所定部位のメラニ
ンの分布状態を測定することができる。この際に、処理
装置２８により、ノイズを消して、必要なＵＶ２の反射
光のみを抽出して当該所定部位におけるＵＶ２の吸収を
演算処理し、ＵＶ２の当該所定部位における吸収領域た
るメラニンの分布領域をモニター４０上に表示できるよ
うにする。

【００３２】また、凹凸による輝度の変化をキャンセル
するため、他の波長の像を基にベースラインの補正を行
い、精度を上げている。

【００３３】図５には、人体１４の顔面からの反射光か
らＵＶ２を分離して測定した場合の測定結果の一例が示
されており、図５（ａ）はモニター４０上の表示状態を
示し、図５（ｂ）は縦軸にメラニン部位の分布個数をと
るとともに横軸に各メラニン部位の面積をとってメラニ
ンの分布状態を示し、図５（ｃ）は縦軸にメラニンの分
布個数をとるとともに横軸に各メラニンの形状の値（こ
の「形状の値」とは、「メラニン部位の面積／（メラニ
ン部位の外周の長さ）²」の値をである。従って、値が
小さくなる（外周の長さが長くなる）ほど、形状が円形
から徐々に複雑な形になる。）をとってメラニンの分布
状態を示しており、図５（ｄ）は縦軸に形状の値をとる
とともに横軸に面積をとってメラニンの分布状態を示し
ている。

【００３４】このようにして、人体１４の皮膚における
メラニンの分布状態を容易に測定することができるた
め、例えば、メラニンの分布状態に最も適した化粧品な
どを的確に選択することができるようになる。

【００３５】また、図６には、人体１４の脚からの反射
光からＩＲ１を分離して測定した場合の測定結果の一例
が示されており、図５（ａ）はＣＣＤ２４ｄに入力され
たＩＲ１をそのままモニター４０に表示した状態を示
し、図５（ｂ）は図５（ａ）に示す状態からＩＲ１を吸
収するヘモグロビンの組織のみを抜き出して血管網を示
している。この血管網は、表皮より体内に数ミリメート
ル入った位置にある皮下血管網である。

【００３６】上記から理解されるように、人体のほくろ
やシミなどの表面状態はＵＶ１ならびにＵＶ２を中心と
して測定し、血管や脂肪などについてはＩＲ１ならびに
ＩＲ２を中心として測定すればよい。即ち、ＩＲ１なら
びにＩＲ２を用いた場合には、表皮より数ミリメートル
下の皮下組織を測定することができる。

【００３７】このように、人体１４からの反射光から適
宜の波長の光を分離して測定することにより、各組織の
組成や成分を容易に測定することができる。また、モニ
ター４０においては、ＣＣＤ２４ａ〜２４ｅによってそ
れぞれ受光された反射光をそれぞれ独立して表示するば
かりでなく、図３に基づき説明したように、所望の波長
成分の反射光の状態を適宜組み合わせて表示させること
ができる。また、モニター４０の画面を分割して、人体
１４からの反射光の複数の波長範囲の光を分離して同時
に表示するようにしてもよい。

【００３８】また、例えば、光ファイバーなどを用いて
体内の組織（胃壁など）を照射するとともに、その反射
光を光ファイバーの先端に取り付けた受光素子により受
光するようにして、受光した反射光を本願発明による波
長分離装置により解析し、体内組織の変異（癌細胞の発
生など）を測定することができる。

【００３９】なお、本実施例においては、選択反射鏡１
６ａ〜１６ｄにより反射された光を反射する反射鏡を全
反射鏡１８ａ〜１８ｄとして構成したが、これに限られ
ることなしに、選択反射鏡１６ａ〜１６ｄによって反射
された波長の光を、さらにノイズを消して効率よく反射
できるフィルター効果を備えるようにしてもよいことは
勿論である。

【００４０】また、レンズ２２ａ〜２２ｅとして、上記
と同様なフィルター効果を備えたレンズを用いるように
してもよいことは勿論である。

【００４１】

【発明の効果】本発明は、以上説明したように構成され
ているので、以下に記載されるような効果を奏する。

【００４２】対象物に所定波長範囲の光を照射する光源
と、対象物により反射された光源からの反射光を、所定
の波長領域毎に透過光と反射光とにそれぞれ分離する複
数の選択反射鏡と、選択反射鏡により所定波長領域に分
離された透過光あるいは反射光をそれぞれ受光する複数
の受光素子と、受光素子により受光された反射光の強度
を解析する解析手段とを有するようにしたため、光源か
ら光を照射された対象物は、その組成や成分によって所
定の波長領域の光を反射し、選択反射鏡が対象物によっ
て反射された光を、所定の波長領域毎に分離すると、受
光素子が選択反射鏡によって分離された反射光を受光
し、受光素子により受光された反射光の強度を解析手段
によって解析することができる。

【００４３】つまり、光源の照射に基づく対象物からの
反射光の強度を、所定の波長領域毎に解析することがで
きるので、当該解析結果に基づいて対象物の光の透過率
ならびに反射率を求めことができるようになり、対象物
の組成や成分を測定することが可能となる。

【００４４】従って、本発明の波長分離装置によれば、
生体組織などの対象物から試料を切り出すことなく、即
ち、非破壊不侵襲により対象物の光の透過率ならびに散
乱率を測定することのできるようになる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による波長分離装置の一実施例を示す原
理構成説明図である。

【図２】図１に示した波長分離装置のレンズ、ＣＣＤな
らびに処理装置の構成部分のブロック構成図である。

【図３】モニターにおける処理を示す説明図である。

【図４】メラニン、脂肪、水分およびヘモグロビンによ
り吸収される光の波長範囲を示す説明図である。

【図５】人体の顔面からの反射光からＵＶ２を分離して
測定した場合の測定結果の一例を示し、（ａ）はモニタ
ー上の表示状態を示し、（ｂ）は縦軸にメラニン部位の
分布個数をとるとともに横軸に各メラニン部位の面積を
とってメラニンの分布状態を示し、（ｃ）は縦軸にメラ
ニンの分布個数をとるとともに横軸に各メラニンの形状
の値（この「形状の値」とは、「メラニン部位の面積／
（メラニン部位の外周の長さ）²」の値をである。従っ
て、値が小さくなる（外周の長さが長くなる）ほど、形
状が円形から徐々に複雑な形になる。）をとってメラニ
ンの分布状態を示し、（ｄ）は縦軸に形状の値をとると
ともに横軸に面積をとってメラニンの分布状態を示す。

【図６】人体の脚からの反射光からＩＲ１を分離して測
定した場合の測定結果の一例を示し、（ａ）はＣＣＤに
入力されたＩＲ１をそのままモニター上に表示した状態
を示し、（ｂ）は（ａ）に示す状態からＩＲ１を吸収す
るヘモグロビンの組織のみを抜き出して血管網を示す。

【符号の説明】

１０波長分離装置１２光源１４人体１６ａ、１６ｂ、１６ｃ、１６ｄ選択反
射鏡１８ａ、１８ｂ、１８ｃ、１８ｄ全反射
鏡２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、２０ｄ、２０ｅ透過型
フィルター２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄ、２２ｅレンズ２４ａ、２４ｂ、２４ｃ、２４ｄ、２４ｅＣＣＤ２６駆動装置２８処理装置

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】対象物に所定波長範囲の光を照射する光
源と、前記対象物により反射された前記光源からの反射光を、
所定の波長領域毎に透過光と反射光とにそれぞれ分離す
る複数の選択反射鏡と、前記選択反射鏡により所定波長領域に分離された透過光
あるいは反射光をそれぞれ受光する複数の受光素子と、前記受光素子により受光された反射光の強度を解析する
解析手段とを有することを特徴とする波長分離装置。