JPH1073481A - 散乱体の吸収情報計測方法及び装置 - Google Patents
散乱体の吸収情報計測方法及び装置Info
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- JPH1073481A JPH1073481A JP8230683A JP23068396A JPH1073481A JP H1073481 A JPH1073481 A JP H1073481A JP 8230683 A JP8230683 A JP 8230683A JP 23068396 A JP23068396 A JP 23068396A JP H1073481 A JPH1073481 A JP H1073481A
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- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
- G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
- G01N21/47—Scattering, i.e. diffuse reflection
- G01N21/49—Scattering, i.e. diffuse reflection within a body or fluid
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- Photometry And Measurement Of Optical Pulse Characteristics (AREA)
- Measurement Of The Respiration, Hearing Ability, Form, And Blood Characteristics Of Living Organisms (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 種々の形状の散乱体内部の特定吸収成分の濃
度変化や絶対値などの計測を実現し、その計測精度を大
幅に改善するとともに、それらの時間変化や空間分布を
効率良く計測することができる散乱体内部の吸収情報の
計測方法および計測装置を提供すること。 【解決手段】 散乱体に所定の変調周波数成分をもつ変
調光を入射し、散乱体内部を伝播した変調光を受光して
測定信号を取得し、その測定信号から前記変調周波数成
分の信号を検出し、前記変調周波数成分の信号の振幅、
および位相の変調角周波数に対する傾きを求め、前記振
幅と前記位相の変調角周波数に対する傾きと吸収係数の
差との間の所定の関係に基づいて第１次情報である吸収
係数の差を演算する、ことを特徴とする方法。
度変化や絶対値などの計測を実現し、その計測精度を大
幅に改善するとともに、それらの時間変化や空間分布を
効率良く計測することができる散乱体内部の吸収情報の
計測方法および計測装置を提供すること。 【解決手段】 散乱体に所定の変調周波数成分をもつ変
調光を入射し、散乱体内部を伝播した変調光を受光して
測定信号を取得し、その測定信号から前記変調周波数成
分の信号を検出し、前記変調周波数成分の信号の振幅、
および位相の変調角周波数に対する傾きを求め、前記振
幅と前記位相の変調角周波数に対する傾きと吸収係数の
差との間の所定の関係に基づいて第１次情報である吸収
係数の差を演算する、ことを特徴とする方法。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は散乱体の吸収情報計
測方法および装置に関し、詳しくは、再入射不可能な表
面をもつ散乱体における吸収成分の濃度の時間変化や空
間分布を計測する方法および装置、さらには複数波長の
光を利用して散乱体内部の吸収成分の濃度を計測する方
法及び装置に関するものである。
測方法および装置に関し、詳しくは、再入射不可能な表
面をもつ散乱体における吸収成分の濃度の時間変化や空
間分布を計測する方法および装置、さらには複数波長の
光を利用して散乱体内部の吸収成分の濃度を計測する方
法及び装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】生体のような散乱体内部の特定吸収成分
の濃度、さらにはその時間変化や空間分布などの吸収情
報を非侵襲で精密に測定したいという要請は非常に強
く、現在までに連続光（ｃｗ光）や変調光（例えばパル
ス光、方形波光、正弦波変調光など）を用いる方法、さ
らに波長の異なる光を利用する方法（多波長分光）な
ど、種々の方法が試みられている。
の濃度、さらにはその時間変化や空間分布などの吸収情
報を非侵襲で精密に測定したいという要請は非常に強
く、現在までに連続光（ｃｗ光）や変調光（例えばパル
ス光、方形波光、正弦波変調光など）を用いる方法、さ
らに波長の異なる光を利用する方法（多波長分光）な
ど、種々の方法が試みられている。
【０００３】ところが、これらの従来技術では、生体の
ように種々の形をした組織や器官、あるいは同じ組織や
器官であっても形状に個体差がある対象物などについ
て、内部の特定吸収成分の濃度を正確に計測することが
可能な方法や装置は未だ開発されていない。このこと
は、光を利用した生体の非侵襲計測の大きな問題であ
り、その改善が強く望まれている。
ように種々の形をした組織や器官、あるいは同じ組織や
器官であっても形状に個体差がある対象物などについ
て、内部の特定吸収成分の濃度を正確に計測することが
可能な方法や装置は未だ開発されていない。このこと
は、光を利用した生体の非侵襲計測の大きな問題であ
り、その改善が強く望まれている。
【０００４】生体などの散乱体に入射された光は、散乱
吸収されながら内部を伝搬し、その一部が表面に出てく
る。そして、散乱体の外部は、普通、空気であるため、
表面に出た光は自由空間を散逸する。散乱体の内部情報
計測では、上記のようにして表面に出てくる光を検出す
る。このとき、伝搬光は散乱体の全域に広がり、表面全
体から外部に散逸する。したがって、表面の特定の位置
で出力光を検出する場合、媒体の形状が変わると、例え
ば球であるか直方体であるかなどによって、検出光の量
や時間波形が大きく異なることになる。
吸収されながら内部を伝搬し、その一部が表面に出てく
る。そして、散乱体の外部は、普通、空気であるため、
表面に出た光は自由空間を散逸する。散乱体の内部情報
計測では、上記のようにして表面に出てくる光を検出す
る。このとき、伝搬光は散乱体の全域に広がり、表面全
体から外部に散逸する。したがって、表面の特定の位置
で出力光を検出する場合、媒体の形状が変わると、例え
ば球であるか直方体であるかなどによって、検出光の量
や時間波形が大きく異なることになる。
【０００５】以上のような場合の計測精度を高めるに
は、散乱体内部の光の挙動をよく理解する必要がある。
最近では、散乱体内部の光の挙動はコンピュータによる
モンテカルロシミュレーションで解析、実験、検討され
ている。また光拡散理論 (Photon Diffusion Theory)
によってある程度正確に記述、解析できることが知られ
ている。ところが、モンテカルロシミュレーションは極
めて長い計算時間が必要であり、かつ、その結果から散
乱体内部の特定吸収成分の濃度などを算出することがで
きない。さらに、光拡散理論を利用する場合には、光拡
散方程式を解くときに境界条件を設定する必要がある。
しかし、この境界条件は散乱体の形状に大きく依存する
ため、正確な計測を行うためには、散乱体の形状が変わ
るたびに、新たな境界条件を設定して光拡散方程式を解
くことが必要になる。また、境界条件をある程度正確に
設定できる散乱体は、無限空間、半無限空間、無限円
柱、無限にひろがる有限厚さのスラブなど、極めて単純
な形状のものに限定される。この結果、形状が単純でな
い生体組織などの計測では、近似した境界条件を用いる
ことが不可欠となり、これが大きな計測誤差を生じる原
因となる。
は、散乱体内部の光の挙動をよく理解する必要がある。
最近では、散乱体内部の光の挙動はコンピュータによる
モンテカルロシミュレーションで解析、実験、検討され
ている。また光拡散理論 (Photon Diffusion Theory)
によってある程度正確に記述、解析できることが知られ
ている。ところが、モンテカルロシミュレーションは極
めて長い計算時間が必要であり、かつ、その結果から散
乱体内部の特定吸収成分の濃度などを算出することがで
きない。さらに、光拡散理論を利用する場合には、光拡
散方程式を解くときに境界条件を設定する必要がある。
しかし、この境界条件は散乱体の形状に大きく依存する
ため、正確な計測を行うためには、散乱体の形状が変わ
るたびに、新たな境界条件を設定して光拡散方程式を解
くことが必要になる。また、境界条件をある程度正確に
設定できる散乱体は、無限空間、半無限空間、無限円
柱、無限にひろがる有限厚さのスラブなど、極めて単純
な形状のものに限定される。この結果、形状が単純でな
い生体組織などの計測では、近似した境界条件を用いる
ことが不可欠となり、これが大きな計測誤差を生じる原
因となる。
【０００６】以上のような問題点は、例えば最近の文
献：Albert Cerussi et al."The Frequency Domain Mul
ti-Distance Method in the Presence of Curved Bound
aries"、in Biomedical Optical Spectroscopy and Dia
gnostics、1996、Technical Digest（Optical Society
of America、Washington DC、1996）pp.24-26、でも議
論されている。
献：Albert Cerussi et al."The Frequency Domain Mul
ti-Distance Method in the Presence of Curved Bound
aries"、in Biomedical Optical Spectroscopy and Dia
gnostics、1996、Technical Digest（Optical Society
of America、Washington DC、1996）pp.24-26、でも議
論されている。
【０００７】以上に述べたように、形状の異なる散乱体
に対して統一的に適用できる吸収情報の計測法には未だ
充分なものはなく、形状の異なる散乱体に対して従来技
術で統一的に内部の特定吸収成分の濃度などを正確にか
つ効率良く計測することは極めて困難であった。
に対して統一的に適用できる吸収情報の計測法には未だ
充分なものはなく、形状の異なる散乱体に対して従来技
術で統一的に内部の特定吸収成分の濃度などを正確にか
つ効率良く計測することは極めて困難であった。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、前述した従
来技術の課題に鑑みてなされたものであり、形状の異な
る散乱体内部の光の挙動を記述する方法（基本関係式）
を新たに開示し、この関係を利用して種々の形状の散乱
体内部の特定吸収成分の濃度変化や絶対値などの計測を
実現し、その計測精度を大幅に改善するとともに、さら
にはそれらの時間変化や空間分布を効率良く計測するこ
とができる散乱体内部の吸収情報の計測方法および計測
装置を提供することを目的とする。
来技術の課題に鑑みてなされたものであり、形状の異な
る散乱体内部の光の挙動を記述する方法（基本関係式）
を新たに開示し、この関係を利用して種々の形状の散乱
体内部の特定吸収成分の濃度変化や絶対値などの計測を
実現し、その計測精度を大幅に改善するとともに、さら
にはそれらの時間変化や空間分布を効率良く計測するこ
とができる散乱体内部の吸収情報の計測方法および計測
装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明の第１の散乱体の
吸収情報計測方法は、（ａ）測定対象物である散乱体の
表面に所定の変調周波数成分をもつ変調光をスポット状
に入射し、（ｂ）測定対象物の内部を伝播した前記変調
光を、前記散乱体の表面において複数のタイミングでお
よび／または複数の位置で受光して測定信号をそれぞれ
取得し、（ｃ）前記測定信号から前記変調周波数成分の
信号をそれぞれ検出し、（ｄ）前記の複数のタイミング
および／または複数の位置における測定でそれぞれ得ら
れた前記変調周波数成分の信号の正弦成分、および余弦
成分の変調角周波数に対する傾きを求め、（ｅ）前記正
弦成分と、前記余弦成分の変調角周波数に対する傾き
と、前記の複数のタイミングおよび／または複数の位置
における吸収係数の差との間の所定の関係に基づいて、
第１次情報である前記吸収係数の差を演算する、ことを
特徴とする方法である。
吸収情報計測方法は、（ａ）測定対象物である散乱体の
表面に所定の変調周波数成分をもつ変調光をスポット状
に入射し、（ｂ）測定対象物の内部を伝播した前記変調
光を、前記散乱体の表面において複数のタイミングでお
よび／または複数の位置で受光して測定信号をそれぞれ
取得し、（ｃ）前記測定信号から前記変調周波数成分の
信号をそれぞれ検出し、（ｄ）前記の複数のタイミング
および／または複数の位置における測定でそれぞれ得ら
れた前記変調周波数成分の信号の正弦成分、および余弦
成分の変調角周波数に対する傾きを求め、（ｅ）前記正
弦成分と、前記余弦成分の変調角周波数に対する傾き
と、前記の複数のタイミングおよび／または複数の位置
における吸収係数の差との間の所定の関係に基づいて、
第１次情報である前記吸収係数の差を演算する、ことを
特徴とする方法である。
【００１０】また、本発明の第２の散乱体の吸収情報計
測方法は、（ａ）測定対象物である散乱体の表面に所定
の変調周波数成分をもつ変調光をスポット状に入射し、
（ｂ）測定対象物の内部を伝播した前記変調光を、前記
散乱体の表面において複数のタイミングでおよび／また
は複数の位置で受光して測定信号をそれぞれ取得し、
（ｃ）前記測定信号から前記変調周波数成分の信号をそ
れぞれ検出し、（ｄ）前記の複数のタイミングおよび／
または複数の位置における測定でそれぞれ得られた前記
変調周波数成分の信号の余弦成分、および正弦成分の変
調角周波数に対する傾きを求め、（ｅ）前記余弦成分
と、前記正弦成分の変調角周波数に対する傾きと、前記
の複数のタイミングおよび／または複数の位置における
吸収係数の差との間の所定の関係に基づいて、第１次情
報である前記吸収係数の差を演算する、ことを特徴とす
る方法である。
測方法は、（ａ）測定対象物である散乱体の表面に所定
の変調周波数成分をもつ変調光をスポット状に入射し、
（ｂ）測定対象物の内部を伝播した前記変調光を、前記
散乱体の表面において複数のタイミングでおよび／また
は複数の位置で受光して測定信号をそれぞれ取得し、
（ｃ）前記測定信号から前記変調周波数成分の信号をそ
れぞれ検出し、（ｄ）前記の複数のタイミングおよび／
または複数の位置における測定でそれぞれ得られた前記
変調周波数成分の信号の余弦成分、および正弦成分の変
調角周波数に対する傾きを求め、（ｅ）前記余弦成分
と、前記正弦成分の変調角周波数に対する傾きと、前記
の複数のタイミングおよび／または複数の位置における
吸収係数の差との間の所定の関係に基づいて、第１次情
報である前記吸収係数の差を演算する、ことを特徴とす
る方法である。
【００１１】さらに、本発明の第３の散乱体の吸収情報
計測方法は、（ａ）測定対象物である散乱体の表面に所
定の変調周波数成分をもつ変調光をスポット状に入射
し、（ｂ）測定対象物の内部を伝播した前記変調光を、
前記散乱体の表面において複数のタイミングでおよび／
または複数の位置で受光して測定信号をそれぞれ取得
し、（ｃ）前記測定信号から前記変調周波数成分の信号
をそれぞれ検出し、（ｄ）前記の複数のタイミングおよ
び／または複数の位置における測定でそれぞれ得られた
前記変調周波数成分の信号の振幅、および位相の変調角
周波数に対する傾きを求め、（ｅ）前記振幅と、前記位
相の変調角周波数に対する傾きと、前記の複数のタイミ
ングおよび／または複数の位置における吸収係数の差と
の間の所定の関係に基づいて、第１次情報である吸収係
数の差を演算する、ことを特徴とする方法である。
計測方法は、（ａ）測定対象物である散乱体の表面に所
定の変調周波数成分をもつ変調光をスポット状に入射
し、（ｂ）測定対象物の内部を伝播した前記変調光を、
前記散乱体の表面において複数のタイミングでおよび／
または複数の位置で受光して測定信号をそれぞれ取得
し、（ｃ）前記測定信号から前記変調周波数成分の信号
をそれぞれ検出し、（ｄ）前記の複数のタイミングおよ
び／または複数の位置における測定でそれぞれ得られた
前記変調周波数成分の信号の振幅、および位相の変調角
周波数に対する傾きを求め、（ｅ）前記振幅と、前記位
相の変調角周波数に対する傾きと、前記の複数のタイミ
ングおよび／または複数の位置における吸収係数の差と
の間の所定の関係に基づいて、第１次情報である吸収係
数の差を演算する、ことを特徴とする方法である。
【００１２】さらにまた、本発明の第４の散乱体の吸収
情報計測方法は、（ａ）測定対象物である散乱体の表面
に所定の変調周波数成分をもつ変調光をスポット状に入
射し、（ｂ）測定対象物の内部を伝播した前記変調光
を、前記散乱体の表面において複数のタイミングでおよ
び／または複数の位置で受光して測定信号をそれぞれ取
得し、（ｃ）前記測定信号から前記変調周波数成分の信
号をそれぞれ検出し、（ｄ）前記の複数のタイミングお
よび／または複数の位置における測定でそれぞれ得られ
た前記変調周波数成分の信号の位相、および振幅の変調
角周波数に対する傾きを求め、（ｅ）前記位相と、前記
振幅の変調角周波数に対する傾きと、前記の複数のタイ
ミングでおよび／または複数の位置における吸収係数の
差との間の所定の関係に基づいて、第１次情報である前
記吸収係数の差を演算する、ことを特徴とする方法であ
る。
情報計測方法は、（ａ）測定対象物である散乱体の表面
に所定の変調周波数成分をもつ変調光をスポット状に入
射し、（ｂ）測定対象物の内部を伝播した前記変調光
を、前記散乱体の表面において複数のタイミングでおよ
び／または複数の位置で受光して測定信号をそれぞれ取
得し、（ｃ）前記測定信号から前記変調周波数成分の信
号をそれぞれ検出し、（ｄ）前記の複数のタイミングお
よび／または複数の位置における測定でそれぞれ得られ
た前記変調周波数成分の信号の位相、および振幅の変調
角周波数に対する傾きを求め、（ｅ）前記位相と、前記
振幅の変調角周波数に対する傾きと、前記の複数のタイ
ミングでおよび／または複数の位置における吸収係数の
差との間の所定の関係に基づいて、第１次情報である前
記吸収係数の差を演算する、ことを特徴とする方法であ
る。
【００１３】そして、上記本発明の方法においては、上
記のように求められた前記吸収係数の差を用いて、この
吸収係数の差と、吸収成分の単位濃度当たりの吸収係数
と、吸収成分の濃度の差との間の所定の関係に基づいて
吸収成分の濃度の差を定量することが可能である。
記のように求められた前記吸収係数の差を用いて、この
吸収係数の差と、吸収成分の単位濃度当たりの吸収係数
と、吸収成分の濃度の差との間の所定の関係に基づいて
吸収成分の濃度の差を定量することが可能である。
【００１４】また、本発明の方法においては、複数の波
長を有する変調光を用いてもよい。すなわち、本発明の
第５の散乱体の吸収情報計測方法は、（ａ）測定対象物
である散乱体の表面に、所定の変調周波数成分をもちか
つ測定対象物に対して散乱係数が等しいか又は等しいと
見なせる異なる波長をもつ複数種の変調光をスポット状
に入射し、（ｂ）測定対象物の内部を伝播した前記変調
光を前記散乱体の表面における所定の位置で受光して、
前記波長に対してそれぞれ測定信号を取得し、（ｃ）前
記測定信号から前記変調周波数成分の信号をそれぞれ検
出し、（ｄ）前記波長に対してそれぞれ得られた前記変
調周波数成分の信号の正弦成分、および余弦成分の変調
角周波数に対する傾きを求め、（ｅ）前記正弦成分と、
前記余弦成分の変調角周波数に対する傾きと、前記波長
のそれぞれに対する吸収係数の差との間の所定の関係に
基づいて、第１次情報である前記吸収係数の差を演算す
る、ことを特徴とする方法である。
長を有する変調光を用いてもよい。すなわち、本発明の
第５の散乱体の吸収情報計測方法は、（ａ）測定対象物
である散乱体の表面に、所定の変調周波数成分をもちか
つ測定対象物に対して散乱係数が等しいか又は等しいと
見なせる異なる波長をもつ複数種の変調光をスポット状
に入射し、（ｂ）測定対象物の内部を伝播した前記変調
光を前記散乱体の表面における所定の位置で受光して、
前記波長に対してそれぞれ測定信号を取得し、（ｃ）前
記測定信号から前記変調周波数成分の信号をそれぞれ検
出し、（ｄ）前記波長に対してそれぞれ得られた前記変
調周波数成分の信号の正弦成分、および余弦成分の変調
角周波数に対する傾きを求め、（ｅ）前記正弦成分と、
前記余弦成分の変調角周波数に対する傾きと、前記波長
のそれぞれに対する吸収係数の差との間の所定の関係に
基づいて、第１次情報である前記吸収係数の差を演算す
る、ことを特徴とする方法である。
【００１５】また、本発明の第６の散乱体の吸収情報計
測方法は、（ａ）測定対象物である散乱体の表面に、所
定の変調周波数成分をもちかつ測定対象物に対して散乱
係数が等しいか又は等しいと見なせる異なる波長をもつ
複数種の変調光をスポット状に入射し、（ｂ）測定対象
物の内部を伝播した前記変調光を前記散乱体の表面にお
ける所定の位置で受光して、前記波長に対してそれぞれ
測定信号を取得し、（ｃ）前記測定信号から前記変調周
波数成分の信号をそれぞれ検出し、（ｄ）前記波長に対
してそれぞれ得られた前記変調周波数成分の信号の余弦
成分、および正弦成分の変調角周波数に対する傾きを求
め、（ｅ）前記余弦成分と、前記正弦成分の変調角周波
数に対する傾きと、前記波長のそれぞれに対する吸収係
数の差との間の所定の関係に基づいて、第１次情報であ
る前記吸収係数の差を演算する、ことを特徴とする方法
である。
測方法は、（ａ）測定対象物である散乱体の表面に、所
定の変調周波数成分をもちかつ測定対象物に対して散乱
係数が等しいか又は等しいと見なせる異なる波長をもつ
複数種の変調光をスポット状に入射し、（ｂ）測定対象
物の内部を伝播した前記変調光を前記散乱体の表面にお
ける所定の位置で受光して、前記波長に対してそれぞれ
測定信号を取得し、（ｃ）前記測定信号から前記変調周
波数成分の信号をそれぞれ検出し、（ｄ）前記波長に対
してそれぞれ得られた前記変調周波数成分の信号の余弦
成分、および正弦成分の変調角周波数に対する傾きを求
め、（ｅ）前記余弦成分と、前記正弦成分の変調角周波
数に対する傾きと、前記波長のそれぞれに対する吸収係
数の差との間の所定の関係に基づいて、第１次情報であ
る前記吸収係数の差を演算する、ことを特徴とする方法
である。
【００１６】さらに、本発明の第７の散乱体の吸収情報
計測方法は、（ａ）測定対象物である散乱体の表面に、
所定の変調周波数成分をもちかつ測定対象物に対して散
乱係数が等しいか又は等しいと見なせる異なる波長をも
つ複数種の変調光をスポット状に入射し、（ｂ）測定対
象物の内部を伝播した前記変調光を前記散乱体の表面に
おける所定の位置で受光して、前記波長に対してそれぞ
れ測定信号を取得し、（ｃ）前記測定信号から前記変調
周波数成分の信号をそれぞれ検出し、（ｄ）前記波長に
対してそれぞれ得られた前記変調周波数成分の信号の振
幅、および位相の変調角周波数に対する傾きを求め、
（ｅ）前記振幅と、前記位相の変調角周波数に対する傾
きと、前記波長のそれぞれに対する吸収係数の差との間
の所定の関係に基づいて、第１次情報である前記吸収係
数の差を演算する、ことを特徴とする方法である。
計測方法は、（ａ）測定対象物である散乱体の表面に、
所定の変調周波数成分をもちかつ測定対象物に対して散
乱係数が等しいか又は等しいと見なせる異なる波長をも
つ複数種の変調光をスポット状に入射し、（ｂ）測定対
象物の内部を伝播した前記変調光を前記散乱体の表面に
おける所定の位置で受光して、前記波長に対してそれぞ
れ測定信号を取得し、（ｃ）前記測定信号から前記変調
周波数成分の信号をそれぞれ検出し、（ｄ）前記波長に
対してそれぞれ得られた前記変調周波数成分の信号の振
幅、および位相の変調角周波数に対する傾きを求め、
（ｅ）前記振幅と、前記位相の変調角周波数に対する傾
きと、前記波長のそれぞれに対する吸収係数の差との間
の所定の関係に基づいて、第１次情報である前記吸収係
数の差を演算する、ことを特徴とする方法である。
【００１７】さらにまた、本発明の第８の散乱体の吸収
情報計測方法は、（ａ）測定対象物である散乱体の表面
に、所定の変調周波数成分をもちかつ測定対象物に対し
て散乱係数が等しいか又は等しいと見なせる異なる波長
をもつ複数種の変調光をスポット状に入射し、（ｂ）測
定対象物の内部を伝播した前記変調光を前記散乱体の表
面における所定の位置で受光して、前記波長に対してそ
れぞれ測定信号を取得し、（ｃ）前記測定信号から前記
変調周波数成分の信号をそれぞれ検出し、（ｄ）前記波
長に対してそれぞれ得られた前記変調周波数成分の信号
の位相、および振幅の変調角周波数に対する傾きを求
め、（ｅ）前記位相と、前記振幅の変調角周波数に対す
る傾きと、前記波長のそれぞれに対する吸収係数の差と
の間の所定の関係に基づいて、第１次情報である前記吸
収係数の差を演算する、ことを特徴とする方法である。
情報計測方法は、（ａ）測定対象物である散乱体の表面
に、所定の変調周波数成分をもちかつ測定対象物に対し
て散乱係数が等しいか又は等しいと見なせる異なる波長
をもつ複数種の変調光をスポット状に入射し、（ｂ）測
定対象物の内部を伝播した前記変調光を前記散乱体の表
面における所定の位置で受光して、前記波長に対してそ
れぞれ測定信号を取得し、（ｃ）前記測定信号から前記
変調周波数成分の信号をそれぞれ検出し、（ｄ）前記波
長に対してそれぞれ得られた前記変調周波数成分の信号
の位相、および振幅の変調角周波数に対する傾きを求
め、（ｅ）前記位相と、前記振幅の変調角周波数に対す
る傾きと、前記波長のそれぞれに対する吸収係数の差と
の間の所定の関係に基づいて、第１次情報である前記吸
収係数の差を演算する、ことを特徴とする方法である。
【００１８】そして、複数の波長を有する変調光を用い
る上記本発明の方法においては、上記のように求められ
た前記吸収係数の差を用いて、この吸収係数の差と、前
記波長のそれぞれに対する吸収成分の単位濃度当たりの
吸収係数と、吸収成分の濃度との間の所定の関係に基づ
いて、吸収成分の濃度を定量することが可能である。ま
た、前記の測定信号は、前記測定対象物の表面における
複数の位置でそれぞれ受光した複数の測定信号であって
もよい。
る上記本発明の方法においては、上記のように求められ
た前記吸収係数の差を用いて、この吸収係数の差と、前
記波長のそれぞれに対する吸収成分の単位濃度当たりの
吸収係数と、吸収成分の濃度との間の所定の関係に基づ
いて、吸収成分の濃度を定量することが可能である。ま
た、前記の測定信号は、前記測定対象物の表面における
複数の位置でそれぞれ受光した複数の測定信号であって
もよい。
【００１９】本発明の第１の散乱体の吸収情報計測装置
は、(i)測定対象物である散乱体の表面に所定の変調周
波数成分をもつ変調光をスポット状に入射する光入射部
と、(ii)測定対象物の内部を伝播した前記変調光を、前
記散乱体の表面において複数のタイミングでおよび／ま
たは複数の位置で受光して測定信号をそれぞれ取得する
光検出部と、(iii)前記測定信号から前記変調周波数成
分の信号をそれぞれ検出する信号検出部と、(iv)前記の
複数のタイミングおよび／または複数の位置における測
定でそれぞれ得られた前記変調周波数成分の信号の正弦
成分、および余弦成分の変調角周波数に対する傾きを演
算する第１の演算部と、(v)前記正弦成分と、前記余弦
成分の変調角周波数に対する傾きと、前記の複数のタイ
ミングおよび／または複数の位置における吸収係数の差
との間の所定の関係に基づいて、第１次情報である前記
吸収係数の差を演算する第２の演算部とを具備する、こ
とを特徴とする装置である。
は、(i)測定対象物である散乱体の表面に所定の変調周
波数成分をもつ変調光をスポット状に入射する光入射部
と、(ii)測定対象物の内部を伝播した前記変調光を、前
記散乱体の表面において複数のタイミングでおよび／ま
たは複数の位置で受光して測定信号をそれぞれ取得する
光検出部と、(iii)前記測定信号から前記変調周波数成
分の信号をそれぞれ検出する信号検出部と、(iv)前記の
複数のタイミングおよび／または複数の位置における測
定でそれぞれ得られた前記変調周波数成分の信号の正弦
成分、および余弦成分の変調角周波数に対する傾きを演
算する第１の演算部と、(v)前記正弦成分と、前記余弦
成分の変調角周波数に対する傾きと、前記の複数のタイ
ミングおよび／または複数の位置における吸収係数の差
との間の所定の関係に基づいて、第１次情報である前記
吸収係数の差を演算する第２の演算部とを具備する、こ
とを特徴とする装置である。
【００２０】また、本発明の第２の散乱体の吸収情報計
測装置は、(i)測定対象物である散乱体の表面に所定の
変調周波数成分をもつ変調光をスポット状に入射する光
入射部と、(ii)測定対象物の内部を伝播した前記変調光
を、前記散乱体の表面において複数のタイミングでおよ
び／または複数の位置で受光して測定信号をそれぞれ取
得する光検出部と、(iii)前記測定信号から前記変調周
波数成分の信号をそれぞれ検出する信号検出部と、(iv)
前記の複数のタイミングおよび／または複数の位置にお
ける測定でそれぞれ得られた前記変調周波数成分の信号
の余弦成分、および正弦成分の変調角周波数に対する傾
きを演算する第１の演算部と、(v)前記余弦成分と、前
記正弦成分の変調角周波数に対する傾きと、前記の複数
のタイミングおよび／または複数の位置における吸収係
数の差との間の所定の関係に基づいて、第１次情報であ
る前記吸収係数の差を演算する第２の演算部とを具備す
る、ことを特徴とする装置である。
測装置は、(i)測定対象物である散乱体の表面に所定の
変調周波数成分をもつ変調光をスポット状に入射する光
入射部と、(ii)測定対象物の内部を伝播した前記変調光
を、前記散乱体の表面において複数のタイミングでおよ
び／または複数の位置で受光して測定信号をそれぞれ取
得する光検出部と、(iii)前記測定信号から前記変調周
波数成分の信号をそれぞれ検出する信号検出部と、(iv)
前記の複数のタイミングおよび／または複数の位置にお
ける測定でそれぞれ得られた前記変調周波数成分の信号
の余弦成分、および正弦成分の変調角周波数に対する傾
きを演算する第１の演算部と、(v)前記余弦成分と、前
記正弦成分の変調角周波数に対する傾きと、前記の複数
のタイミングおよび／または複数の位置における吸収係
数の差との間の所定の関係に基づいて、第１次情報であ
る前記吸収係数の差を演算する第２の演算部とを具備す
る、ことを特徴とする装置である。
【００２１】さらに、本発明の第３の散乱体の吸収情報
計測装置は、(i)測定対象物である散乱体の表面に所定
の変調周波数成分をもつ変調光をスポット状に入射する
光入射部と、(ii)測定対象物の内部を伝播した前記変調
光を、前記散乱体の表面において複数のタイミングでお
よび／または複数の位置で受光して測定信号をそれぞれ
取得する光検出部と、(iii)前記測定信号から前記変調
周波数成分の信号をそれぞれ検出する信号検出部と、(i
v)前記の複数のタイミングおよび／または複数の位置に
おける測定でそれぞれ得られた前記変調周波数成分の信
号の振幅、および位相の変調角周波数に対する傾きを演
算する第１の演算部と、(v)前記振幅と、前記位相の変
調角周波数に対する傾きと、前記の複数のタイミングお
よび／または複数の位置における吸収係数の差との間の
所定の関係に基づいて、第１次情報である吸収係数の差
を演算する第２の演算部とを具備する、ことを特徴とす
る装置である。
計測装置は、(i)測定対象物である散乱体の表面に所定
の変調周波数成分をもつ変調光をスポット状に入射する
光入射部と、(ii)測定対象物の内部を伝播した前記変調
光を、前記散乱体の表面において複数のタイミングでお
よび／または複数の位置で受光して測定信号をそれぞれ
取得する光検出部と、(iii)前記測定信号から前記変調
周波数成分の信号をそれぞれ検出する信号検出部と、(i
v)前記の複数のタイミングおよび／または複数の位置に
おける測定でそれぞれ得られた前記変調周波数成分の信
号の振幅、および位相の変調角周波数に対する傾きを演
算する第１の演算部と、(v)前記振幅と、前記位相の変
調角周波数に対する傾きと、前記の複数のタイミングお
よび／または複数の位置における吸収係数の差との間の
所定の関係に基づいて、第１次情報である吸収係数の差
を演算する第２の演算部とを具備する、ことを特徴とす
る装置である。
【００２２】さらにまた、本発明の第４の散乱体の吸収
情報計測装置は、(i)測定対象物である散乱体の表面に
所定の変調周波数成分をもつ変調光をスポット状に入射
する光入射部と、(ii)測定対象物の内部を伝播した前記
変調光を、前記散乱体の表面において複数のタイミング
でおよび／または複数の位置で受光して測定信号をそれ
ぞれ取得する光検出部と、(iii)前記測定信号から前記
変調周波数成分の信号をそれぞれ検出する信号検出部
と、(iv)前記の複数のタイミングおよび／または複数の
位置における測定でそれぞれ得られた前記変調周波数成
分の信号の位相、および振幅の変調角周波数に対する傾
きを演算する第１の演算部と、(v)前記位相と、前記振
幅の変調角周波数に対する傾きと、前記の複数のタイミ
ングでおよび／または複数の位置における吸収係数の差
との間の所定の関係に基づいて、第１次情報である前記
吸収係数の差を演算する第２の演算部とを具備する、こ
とを特徴とする装置である。
情報計測装置は、(i)測定対象物である散乱体の表面に
所定の変調周波数成分をもつ変調光をスポット状に入射
する光入射部と、(ii)測定対象物の内部を伝播した前記
変調光を、前記散乱体の表面において複数のタイミング
でおよび／または複数の位置で受光して測定信号をそれ
ぞれ取得する光検出部と、(iii)前記測定信号から前記
変調周波数成分の信号をそれぞれ検出する信号検出部
と、(iv)前記の複数のタイミングおよび／または複数の
位置における測定でそれぞれ得られた前記変調周波数成
分の信号の位相、および振幅の変調角周波数に対する傾
きを演算する第１の演算部と、(v)前記位相と、前記振
幅の変調角周波数に対する傾きと、前記の複数のタイミ
ングでおよび／または複数の位置における吸収係数の差
との間の所定の関係に基づいて、第１次情報である前記
吸収係数の差を演算する第２の演算部とを具備する、こ
とを特徴とする装置である。
【００２３】そして、上記本発明の装置の前記第２の演
算部においては、上記のように求められた前記吸収係数
の差を用いて、この吸収係数の差と、吸収成分の単位濃
度当たりの吸収係数と、吸収成分の濃度の差との間の所
定の関係に基づいて吸収成分の濃度の差を演算すること
が可能である。
算部においては、上記のように求められた前記吸収係数
の差を用いて、この吸収係数の差と、吸収成分の単位濃
度当たりの吸収係数と、吸収成分の濃度の差との間の所
定の関係に基づいて吸収成分の濃度の差を演算すること
が可能である。
【００２４】また、本発明の装置は、複数の波長を有す
る変調光を用いるものであってもよい。すなわち、本発
明の第５の散乱体の吸収情報計測装置は、(i)測定対象
物である散乱体の表面に、所定の変調周波数成分をもち
かつ測定対象物に対して散乱係数が等しいか又は等しい
と見なせる異なる波長をもつ複数種の変調光をスポット
状に入射する光入射部と、(ii)測定対象物の内部を伝播
した前記変調光を前記散乱体の表面における所定の位置
で受光して、前記波長に対してそれぞれ測定信号を取得
する光検出部と、(iii)前記測定信号から前記変調周波
数成分の信号をそれぞれ検出する信号検出部と、(iv)前
記波長に対してそれぞれ得られた前記変調周波数成分の
信号の正弦成分、および余弦成分の変調角周波数に対す
る傾きを演算する第１の演算部と、(v)前記正弦成分
と、前記余弦成分の変調角周波数に対する傾きと、前記
波長のそれぞれに対する吸収係数の差との間の所定の関
係に基づいて、第１次情報である前記吸収係数の差を演
算する第２の演算部とを具備する、ことを特徴とする装
置である。
る変調光を用いるものであってもよい。すなわち、本発
明の第５の散乱体の吸収情報計測装置は、(i)測定対象
物である散乱体の表面に、所定の変調周波数成分をもち
かつ測定対象物に対して散乱係数が等しいか又は等しい
と見なせる異なる波長をもつ複数種の変調光をスポット
状に入射する光入射部と、(ii)測定対象物の内部を伝播
した前記変調光を前記散乱体の表面における所定の位置
で受光して、前記波長に対してそれぞれ測定信号を取得
する光検出部と、(iii)前記測定信号から前記変調周波
数成分の信号をそれぞれ検出する信号検出部と、(iv)前
記波長に対してそれぞれ得られた前記変調周波数成分の
信号の正弦成分、および余弦成分の変調角周波数に対す
る傾きを演算する第１の演算部と、(v)前記正弦成分
と、前記余弦成分の変調角周波数に対する傾きと、前記
波長のそれぞれに対する吸収係数の差との間の所定の関
係に基づいて、第１次情報である前記吸収係数の差を演
算する第２の演算部とを具備する、ことを特徴とする装
置である。
【００２５】また、本発明の第６の散乱体の吸収情報計
測装置は、(i)測定対象物である散乱体の表面に、所定
の変調周波数成分をもちかつ測定対象物に対して散乱係
数が等しいか又は等しいと見なせる異なる波長をもつ複
数種の変調光をスポット状に入射する光入射部と、(ii)
測定対象物の内部を伝播した前記変調光を前記散乱体の
表面における所定の位置で受光して、前記波長に対して
それぞれ測定信号を取得する光検出部と、(iii)前記測
定信号から前記変調周波数成分の信号をそれぞれ検出す
る信号検出部と、(iv)前記波長に対してそれぞれ得られ
た前記変調周波数成分の信号の余弦成分、および正弦成
分の変調角周波数に対する傾きを演算する第１の演算部
と、(v)前記余弦成分と、前記正弦成分の変調角周波数
に対する傾きと、前記波長のそれぞれに対する吸収係数
の差との間の所定の関係に基づいて、第１次情報である
前記吸収係数の差を演算する第２の演算部とを具備す
る、ことを特徴とする装置である。
測装置は、(i)測定対象物である散乱体の表面に、所定
の変調周波数成分をもちかつ測定対象物に対して散乱係
数が等しいか又は等しいと見なせる異なる波長をもつ複
数種の変調光をスポット状に入射する光入射部と、(ii)
測定対象物の内部を伝播した前記変調光を前記散乱体の
表面における所定の位置で受光して、前記波長に対して
それぞれ測定信号を取得する光検出部と、(iii)前記測
定信号から前記変調周波数成分の信号をそれぞれ検出す
る信号検出部と、(iv)前記波長に対してそれぞれ得られ
た前記変調周波数成分の信号の余弦成分、および正弦成
分の変調角周波数に対する傾きを演算する第１の演算部
と、(v)前記余弦成分と、前記正弦成分の変調角周波数
に対する傾きと、前記波長のそれぞれに対する吸収係数
の差との間の所定の関係に基づいて、第１次情報である
前記吸収係数の差を演算する第２の演算部とを具備す
る、ことを特徴とする装置である。
【００２６】さらに、本発明の第７の散乱体の吸収情報
計測装置は、(i)測定対象物である散乱体の表面に、所
定の変調周波数成分をもちかつ測定対象物に対して散乱
係数が等しいか又は等しいと見なせる異なる波長をもつ
複数種の変調光をスポット状に入射する光入射部と、(i
i)測定対象物の内部を伝播した前記変調光を前記散乱体
の表面における所定の位置で受光して、前記波長に対し
てそれぞれ測定信号を取得する光検出部と、(iii)前記
測定信号から前記変調周波数成分の信号をそれぞれ検出
する信号検出部と、(iv)前記波長に対してそれぞれ得ら
れた前記変調周波数成分の信号の振幅、および位相の変
調角周波数に対する傾きを演算する第１の演算部と、
(v)前記振幅と、前記位相の変調角周波数に対する傾き
と、前記波長のそれぞれに対する吸収係数の差との間の
所定の関係に基づいて、第１次情報である前記吸収係数
の差を演算する第２の演算部とを具備する、ことを特徴
とする装置である。
計測装置は、(i)測定対象物である散乱体の表面に、所
定の変調周波数成分をもちかつ測定対象物に対して散乱
係数が等しいか又は等しいと見なせる異なる波長をもつ
複数種の変調光をスポット状に入射する光入射部と、(i
i)測定対象物の内部を伝播した前記変調光を前記散乱体
の表面における所定の位置で受光して、前記波長に対し
てそれぞれ測定信号を取得する光検出部と、(iii)前記
測定信号から前記変調周波数成分の信号をそれぞれ検出
する信号検出部と、(iv)前記波長に対してそれぞれ得ら
れた前記変調周波数成分の信号の振幅、および位相の変
調角周波数に対する傾きを演算する第１の演算部と、
(v)前記振幅と、前記位相の変調角周波数に対する傾き
と、前記波長のそれぞれに対する吸収係数の差との間の
所定の関係に基づいて、第１次情報である前記吸収係数
の差を演算する第２の演算部とを具備する、ことを特徴
とする装置である。
【００２７】さらにまた、本発明の第８の散乱体の吸収
情報計測装置は、(i)測定対象物である散乱体の表面
に、所定の変調周波数成分をもちかつ測定対象物に対し
て散乱係数が等しいか又は等しいと見なせる異なる波長
をもつ複数種の変調光をスポット状に入射する光入射部
と、(ii)測定対象物の内部を伝播した前記変調光を前記
散乱体の表面における所定の位置で受光して、前記波長
に対してそれぞれ測定信号を取得する光検出部と、(ii
i)前記測定信号から前記変調周波数成分の信号をそれぞ
れ検出する信号検出部と、(iv)前記波長に対してそれぞ
れ得られた前記変調周波数成分の信号の位相、および振
幅の変調角周波数に対する傾きを演算する第１の演算部
と、(v)前記位相と、前記振幅の変調角周波数に対する
傾きと、前記波長のそれぞれに対する吸収係数の差との
間の所定の関係に基づいて、第１次情報である前記吸収
係数の差を演算する第２の演算部とを具備する、ことを
特徴とする装置である。
情報計測装置は、(i)測定対象物である散乱体の表面
に、所定の変調周波数成分をもちかつ測定対象物に対し
て散乱係数が等しいか又は等しいと見なせる異なる波長
をもつ複数種の変調光をスポット状に入射する光入射部
と、(ii)測定対象物の内部を伝播した前記変調光を前記
散乱体の表面における所定の位置で受光して、前記波長
に対してそれぞれ測定信号を取得する光検出部と、(ii
i)前記測定信号から前記変調周波数成分の信号をそれぞ
れ検出する信号検出部と、(iv)前記波長に対してそれぞ
れ得られた前記変調周波数成分の信号の位相、および振
幅の変調角周波数に対する傾きを演算する第１の演算部
と、(v)前記位相と、前記振幅の変調角周波数に対する
傾きと、前記波長のそれぞれに対する吸収係数の差との
間の所定の関係に基づいて、第１次情報である前記吸収
係数の差を演算する第２の演算部とを具備する、ことを
特徴とする装置である。
【００２８】そして、複数の波長を有する変調光を用い
る上記本発明の装置の第２の演算部においては、上記の
ように求められた前記吸収係数の差を用いて、この吸収
係数の差と、前記波長のそれぞれに対する吸収成分の単
位濃度当たりの吸収係数と、吸収成分の濃度との間の所
定の関係に基づいて吸収成分の濃度を定量することが可
能である。また、前記光検出部は、前記測定対象物の表
面における複数の位置でそれぞれ受光することが可能な
受光部を備えていてもよく、この場合、前記測定信号と
して前記測定対象物の表面における複数の位置でそれぞ
れ受光した複数の測定信号を用いることが可能となる。
る上記本発明の装置の第２の演算部においては、上記の
ように求められた前記吸収係数の差を用いて、この吸収
係数の差と、前記波長のそれぞれに対する吸収成分の単
位濃度当たりの吸収係数と、吸収成分の濃度との間の所
定の関係に基づいて吸収成分の濃度を定量することが可
能である。また、前記光検出部は、前記測定対象物の表
面における複数の位置でそれぞれ受光することが可能な
受光部を備えていてもよく、この場合、前記測定信号と
して前記測定対象物の表面における複数の位置でそれぞ
れ受光した複数の測定信号を用いることが可能となる。
【００２９】
（本発明の原理）先ず、本発明の原理について説明す
る。なお、以下に述べる知見は本発明者によって初めて
開示されるものである。
る。なお、以下に述べる知見は本発明者によって初めて
開示されるものである。
【００３０】生体組織の中の各種の成分は、ミクロに見
れば不均一に混在、つまり局在している。しかし、医
学、生物学的見地から生体組織の分光分析を考えた場
合、複雑な生体組織をマクロ的に見たときの光学的特
性、つまり平均値として計測される計測値から、生体組
織内に含有される特定成分を定量することで十分な場合
が多い。このような考え方は線形システム理論における
ブラックボックスのインパルス応答やシステム関数に見
られる。以下では均一な散乱体を考え、その表面に光を
入射し、散乱体の内部を伝播した光を表面の他の位置で
受光して測定信号を得て、その測定信号から内部に含ま
れる吸収成分の濃度などを定量することを考える。この
場合、散乱体の外形は再入射不可能な表面をもつもの、
つまり媒体から出た拡散光が再び媒体に入射することが
ない任意の形状の媒体を考える。また、入射する光は任
意の時間波形をもつものを考える。この場合、任意の時
間波形の入射光は、フーリエ変換原理から明らかなよう
に、種々の周波数で変調された光の重ね合わせで表され
るから、以下では周波数面で議論することとし、任意の
変調周波数の入射光を考える。
れば不均一に混在、つまり局在している。しかし、医
学、生物学的見地から生体組織の分光分析を考えた場
合、複雑な生体組織をマクロ的に見たときの光学的特
性、つまり平均値として計測される計測値から、生体組
織内に含有される特定成分を定量することで十分な場合
が多い。このような考え方は線形システム理論における
ブラックボックスのインパルス応答やシステム関数に見
られる。以下では均一な散乱体を考え、その表面に光を
入射し、散乱体の内部を伝播した光を表面の他の位置で
受光して測定信号を得て、その測定信号から内部に含ま
れる吸収成分の濃度などを定量することを考える。この
場合、散乱体の外形は再入射不可能な表面をもつもの、
つまり媒体から出た拡散光が再び媒体に入射することが
ない任意の形状の媒体を考える。また、入射する光は任
意の時間波形をもつものを考える。この場合、任意の時
間波形の入射光は、フーリエ変換原理から明らかなよう
に、種々の周波数で変調された光の重ね合わせで表され
るから、以下では周波数面で議論することとし、任意の
変調周波数の入射光を考える。
【００３１】図１は、検出された光子が散乱体あるいは
散乱吸収体の内部を伝播した飛跡の例を示す。光は散乱
成分によって強く散乱され、光子の光路はジグザグに折
れ曲がる。この時、ジグザグな飛行距離に対してベア・
ランバート則（Lambert-Beer's low）が成立し、伝播光
の強度はジグザグな飛行距離（累積距離）に対して指数
関数的に減衰する。つまり、媒体中の光速度をｃ、飛行
時間をｔとすれば、飛行距離（光路長）はｌ＝ｃｔとな
り、吸収係数をμaとしたとき光子の生存率はexp(-cμa
t)となる。光（光ビーム）を位置Ｐから入射して位置Ｑ
で検出すると、種々の光路を通過した光子が検出される
が、それらの総和である検出光量、つまり生存率はexp
(-cμat)に比例する。
散乱吸収体の内部を伝播した飛跡の例を示す。光は散乱
成分によって強く散乱され、光子の光路はジグザグに折
れ曲がる。この時、ジグザグな飛行距離に対してベア・
ランバート則（Lambert-Beer's low）が成立し、伝播光
の強度はジグザグな飛行距離（累積距離）に対して指数
関数的に減衰する。つまり、媒体中の光速度をｃ、飛行
時間をｔとすれば、飛行距離（光路長）はｌ＝ｃｔとな
り、吸収係数をμaとしたとき光子の生存率はexp(-cμa
t)となる。光（光ビーム）を位置Ｐから入射して位置Ｑ
で検出すると、種々の光路を通過した光子が検出される
が、それらの総和である検出光量、つまり生存率はexp
(-cμat)に比例する。
【００３２】したがって、散乱体にインパルス光を入射
したときの光出力ｈ(t)、つまりインパルス応答は次の
ようになる。
したときの光出力ｈ(t)、つまりインパルス応答は次の
ようになる。
【００３３】
【数１】
【００３４】ここで、Ｊはインパルス応答つまり出力
光、ｓ(μs,t)は吸収係数がμa＝０のときの応答（つま
り、散乱のみがあるときの応答）、指数項exp(-cμat)
は吸収係数μaによる減衰を表す項である。いずれの関
数もｔ＜０のときゼロとなる時間因果関数である。ま
た、μsは散乱係数である。
光、ｓ(μs,t)は吸収係数がμa＝０のときの応答（つま
り、散乱のみがあるときの応答）、指数項exp(-cμat)
は吸収係数μaによる減衰を表す項である。いずれの関
数もｔ＜０のときゼロとなる時間因果関数である。ま
た、μsは散乱係数である。
【００３５】インパルス応答ｈ(t)のフーリエ変換はシ
ステム関数を表す。インパルス応答ｈ(t)が時間因果関
数であることを考慮し、（1.1）式のフーリエ変換を考
えると、次のようなシステム関数Ｈ(ω)が導出される。
ステム関数を表す。インパルス応答ｈ(t)が時間因果関
数であることを考慮し、（1.1）式のフーリエ変換を考
えると、次のようなシステム関数Ｈ(ω)が導出される。
【００３６】
【数２】
【００３７】ここで、Ｒ(cμa,ω)とＸ(cμa,ω)はそれ
ぞれ実部と虚部、またＡ(cμa,ω)とφ(cμa,ω)はそれ
ぞれ振幅と位相を表す。なお、位相遅れは位相の符号を
変えたものである。
ぞれ実部と虚部、またＡ(cμa,ω)とφ(cμa,ω)はそれ
ぞれ振幅と位相を表す。なお、位相遅れは位相の符号を
変えたものである。
【００３８】つぎに、（1.1）式を（2）式に代入して整
理すると、複素関数論でコーシー−リーマン(Cauchy-Ri
emann)の関係式とよばれる次の関係式が成立することが
わかる。
理すると、複素関数論でコーシー−リーマン(Cauchy-Ri
emann)の関係式とよばれる次の関係式が成立することが
わかる。
【００３９】
【数３】
【００４０】さらに、（3.1）式及び（3.2）式が成立す
る場合、次の関係が成立することが証明される。
る場合、次の関係が成立することが証明される。
【００４１】
【数４】
【００４２】本発明の第一の目的である吸収係数μaの
算出は、（3.1）〜（4.2）式の中のいずれの式を利用し
てもよい。具体的には、これらの式をμaで積分したも
の、つまり上記の式から得られる次式を利用することが
好ましい。
算出は、（3.1）〜（4.2）式の中のいずれの式を利用し
てもよい。具体的には、これらの式をμaで積分したも
の、つまり上記の式から得られる次式を利用することが
好ましい。
【００４３】
【数５】
【００４４】ただし、（5.1）〜（5.4）式の右辺第２項
は積分定数であり、それぞれ、μa＝０のときの値を表
す。以下、（5.1）〜（5.4）式を用いて測定値から吸収
に関する情報を算出する方法を説明する。
は積分定数であり、それぞれ、μa＝０のときの値を表
す。以下、（5.1）〜（5.4）式を用いて測定値から吸収
に関する情報を算出する方法を説明する。
【００４５】（吸収成分の濃度変化の計測）媒体中に１
種類の吸収成分が含まれ、その濃度が変化して吸収係数
μaがμa1からμa2に変化した場合を考える。変化の前
後で（5.1）〜（5.4）式が成立し、かつ変化の前後でｓ
(μs,t)が変化しないものとすれば、変化前後のμa1と
μa2とを用いて次式が導出される。
種類の吸収成分が含まれ、その濃度が変化して吸収係数
μaがμa1からμa2に変化した場合を考える。変化の前
後で（5.1）〜（5.4）式が成立し、かつ変化の前後でｓ
(μs,t)が変化しないものとすれば、変化前後のμa1と
μa2とを用いて次式が導出される。
【００４６】
【数６】
【００４７】なお、通常の散乱体では、吸収成分の濃度
が変化しても、散乱特性は変化しないと考えてよい。こ
れは、丁度、牛乳の中にインクを入れるようなものであ
る。
が変化しても、散乱特性は変化しないと考えてよい。こ
れは、丁度、牛乳の中にインクを入れるようなものであ
る。
【００４８】つぎに、平均値定理を用いると（6.1）〜
（6.4）式から次式が得られる。
（6.4）式から次式が得られる。
【００４９】
【数７】
【００５０】ただし、μxi(i=1,2,3,4)はμa1≦μxi≦
μa2またはμa1≧μxi≧μa2なる条件を満たす適宜の値
である。
μa2またはμa1≧μxi≧μa2なる条件を満たす適宜の値
である。
【００５１】以上から、測定に用いる変調光の変調角周
波数ω、およびμa＝μxiにおける４種のパラメータの
傾き∂Ｘ/∂ω，∂Ｒ/∂ω，∂φ/∂ω，∂lnＡ/∂ωを
知ることができれば、変化の前後のＸ，Ｒ，Ａ，φの値
（これらはいずれも観測値から求めることができる）、
および媒体の屈折率と光速度で決まるｃの値から、変化
の前後の吸収係数の差μa2−μa1を算出することができ
る。
波数ω、およびμa＝μxiにおける４種のパラメータの
傾き∂Ｘ/∂ω，∂Ｒ/∂ω，∂φ/∂ω，∂lnＡ/∂ωを
知ることができれば、変化の前後のＸ，Ｒ，Ａ，φの値
（これらはいずれも観測値から求めることができる）、
および媒体の屈折率と光速度で決まるｃの値から、変化
の前後の吸収係数の差μa2−μa1を算出することができ
る。
【００５２】以上の場合、上記の４種のパラメータＢ
i(i=1,2,3,4)のμa＝μxiにおける傾き∂Ｂi/∂ω｜μ
xiは、μa1およびμa2における傾きを用いて次のように
表すことができる。
i(i=1,2,3,4)のμa＝μxiにおける傾き∂Ｂi/∂ω｜μ
xiは、μa1およびμa2における傾きを用いて次のように
表すことができる。
【００５３】
【数８】
【００５４】ただし、ｐiは０≦ｐi≦１なる条件を満た
す適宜の値である。この場合、Ｂiは単調関数であり、
通常はμa1とμa2における傾きがほぼ等しいから、ｐi
＝1/2としてよい。
す適宜の値である。この場合、Ｂiは単調関数であり、
通常はμa1とμa2における傾きがほぼ等しいから、ｐi
＝1/2としてよい。
【００５５】さらに、変調角周波数ω1のときの４種の
パラメータの傾き∂Ｂi/∂ω｜ω1は、ω＝ω1±Δω/2
(>0)なる２つの変調角周波数成分をもつ変調光を用いて
測定することができる。この関係を式で表せば次のよう
になる。
パラメータの傾き∂Ｂi/∂ω｜ω1は、ω＝ω1±Δω/2
(>0)なる２つの変調角周波数成分をもつ変調光を用いて
測定することができる。この関係を式で表せば次のよう
になる。
【００５６】
【数９】
【００５７】したがって、（7.1）〜（7.4）式のそれぞ
れの傾き∂Ｂi/∂ωは、（9）式を（8）式に代入してｐ
i＝1/2とおいて、次のようになる。
れの傾き∂Ｂi/∂ωは、（9）式を（8）式に代入してｐ
i＝1/2とおいて、次のようになる。
【００５８】
【数１０】 以上、∂Ｂi/∂ωを精密に求める方法を説明した。
【００５９】他方、変調周波数が低い場合（例えば、生
体などの計測でｆ＝ω/2π＝100MHz以下の場合）には、
∂φ/∂ω≒φ/ωなる近似が成立することが経験的に知
られている。このことは、光拡散方程式を用いて単純な
形状をもつ散乱体の応答を解析することによって導出す
ることができる。つまり、半無限媒体やある程度以上の
大きさの直方体状の媒体などについて、境界条件を定め
て光拡散方程式を解き、（7.1）〜（7.4）式の右辺の傾
斜∂Ｂi/∂ωを求めて、傾斜∂Ｂi/∂ωの近似式を導出
する事ができる。例えば、（7.3）式の関係では∂φ/∂
ω≒φ/ωなる近似が成立する。したがって、変調周波
数が低い場合は、（7.3）式において∂φ/∂ω≒φ/ω
としてよい。この場合、前記の（7.3）式は次のように
なる。
体などの計測でｆ＝ω/2π＝100MHz以下の場合）には、
∂φ/∂ω≒φ/ωなる近似が成立することが経験的に知
られている。このことは、光拡散方程式を用いて単純な
形状をもつ散乱体の応答を解析することによって導出す
ることができる。つまり、半無限媒体やある程度以上の
大きさの直方体状の媒体などについて、境界条件を定め
て光拡散方程式を解き、（7.1）〜（7.4）式の右辺の傾
斜∂Ｂi/∂ωを求めて、傾斜∂Ｂi/∂ωの近似式を導出
する事ができる。例えば、（7.3）式の関係では∂φ/∂
ω≒φ/ωなる近似が成立する。したがって、変調周波
数が低い場合は、（7.3）式において∂φ/∂ω≒φ/ω
としてよい。この場合、前記の（7.3）式は次のように
なる。
【００６０】
【数１１】
【００６１】ただし、ｐは（8）式で用いたものと同様
の係数であり、ここでも通常はｐ＝1/2としてよい。な
お、前出の（7.1）、（7.2）および（7.4）式に対して
も前記と同様にして、各式に対応する近似式をそれぞれ
導くことができることは明らかである。
の係数であり、ここでも通常はｐ＝1/2としてよい。な
お、前出の（7.1）、（7.2）および（7.4）式に対して
も前記と同様にして、各式に対応する近似式をそれぞれ
導くことができることは明らかである。
【００６２】また、吸収成分の濃度変化ΔＶを算出する
には、ベア・ランバート則から導かれる次式を用いる。
には、ベア・ランバート則から導かれる次式を用いる。
【００６３】εΔＶ＝μa2−μa1 （12） ただし、εは吸収成分の単位濃度当たりの吸収係数（ま
たは消光係数）であり、分光光度計で測定することがで
きる。なお、上記の方法で２種類以上の波長を有する光
を用いて２種類以上の吸収成分の濃度の変化を測定する
こともできる。
たは消光係数）であり、分光光度計で測定することがで
きる。なお、上記の方法で２種類以上の波長を有する光
を用いて２種類以上の吸収成分の濃度の変化を測定する
こともできる。
【００６４】以上説明したように、（7.1）〜（7.4）式
および（12）式から、散乱体内部の吸収成分の濃度変化
ΔＶを計測する方法が明らかになった。また、波長の異
なる変調光を用いて上記の計測を行うこともできる。し
たがって、測定位置を固定して、散乱体内部の吸収成分
の濃度の時間的変化を計測することができる。このよう
な計測は、所定の部位におけるヘモグロビン濃度の時間
変化の計測などに応用することができる。
および（12）式から、散乱体内部の吸収成分の濃度変化
ΔＶを計測する方法が明らかになった。また、波長の異
なる変調光を用いて上記の計測を行うこともできる。し
たがって、測定位置を固定して、散乱体内部の吸収成分
の濃度の時間的変化を計測することができる。このよう
な計測は、所定の部位におけるヘモグロビン濃度の時間
変化の計測などに応用することができる。
【００６５】（吸収成分の濃度変化あるいは基準値に対
する濃度差の空間分布の計測）測定位置を移動あるいは
走査させながら前記の計測を行うことによって、散乱体
内部の吸収成分の濃度の時間的変化の分布を測定するこ
ともできる。また、光入射と受光との位置を相対的に固
定したまま、測定位置を計測対象に沿って移動あるいは
走査させて計測し、任意の位置での計測値を基準値とす
ることによって、散乱体内部の吸収成分の濃度の基準値
に対する差の分布を計測することもできる。このような
計測は、乳ガンの診断を行うための光マンモグラフィー
に応用することができる。本発明によるこれらの計測
は、再入射不可能な外形をもつ種々の形状の散乱体に適
用でき、具体的な応用例として光マンモグラフィーの他
に、透視装置、光ＣＴ、手術や治療に利用される臨床モ
ニターなどがある。これらの例においては、多箇所での
受光、光入射位置や受光位置の走査、時分割計測などの
方法が適宜利用される。
する濃度差の空間分布の計測）測定位置を移動あるいは
走査させながら前記の計測を行うことによって、散乱体
内部の吸収成分の濃度の時間的変化の分布を測定するこ
ともできる。また、光入射と受光との位置を相対的に固
定したまま、測定位置を計測対象に沿って移動あるいは
走査させて計測し、任意の位置での計測値を基準値とす
ることによって、散乱体内部の吸収成分の濃度の基準値
に対する差の分布を計測することもできる。このような
計測は、乳ガンの診断を行うための光マンモグラフィー
に応用することができる。本発明によるこれらの計測
は、再入射不可能な外形をもつ種々の形状の散乱体に適
用でき、具体的な応用例として光マンモグラフィーの他
に、透視装置、光ＣＴ、手術や治療に利用される臨床モ
ニターなどがある。これらの例においては、多箇所での
受光、光入射位置や受光位置の走査、時分割計測などの
方法が適宜利用される。
【００６６】（特定吸収成分の濃度計測）つぎに、２つ
の波長λ1とλ2を有する光の変調光（変調角周波数は
ω）を用いて計測する場合、つまり２波長分光計測法に
ついて説明する。
の波長λ1とλ2を有する光の変調光（変調角周波数は
ω）を用いて計測する場合、つまり２波長分光計測法に
ついて説明する。
【００６７】先ず、１種類の吸収成分を含む散乱体の吸
収係数が、波長λ1の光に対してμa 1、波長λ2の光に対
してμa2であるとする。そして、波長λ1とλ2の光に対
する媒質の散乱係数が同じであるか、ほぼ等しいものと
する。このような条件は、測定に用いる波長を選択する
ことによって、容易に実現される。このようにすると、
前出の（5.1）〜（5.4）式から（6.1）〜（6.4）式と同
形の式が導出される。ただし、吸収係数μa1とμa2の定
義は、（6.1）〜（6.4）式の場合と異なり、ここではμ
a1およびμa2は波長λ1およびλ2の光に対する被測定媒
質の吸収係数を表す。さらに、前出の（7.1）〜（7.4）
式と同形の式が得られ、これらの式を用いて被測定媒質
の２波長の光に対する吸収係数の差μa2−μa1を求める
ことができる。
収係数が、波長λ1の光に対してμa 1、波長λ2の光に対
してμa2であるとする。そして、波長λ1とλ2の光に対
する媒質の散乱係数が同じであるか、ほぼ等しいものと
する。このような条件は、測定に用いる波長を選択する
ことによって、容易に実現される。このようにすると、
前出の（5.1）〜（5.4）式から（6.1）〜（6.4）式と同
形の式が導出される。ただし、吸収係数μa1とμa2の定
義は、（6.1）〜（6.4）式の場合と異なり、ここではμ
a1およびμa2は波長λ1およびλ2の光に対する被測定媒
質の吸収係数を表す。さらに、前出の（7.1）〜（7.4）
式と同形の式が得られ、これらの式を用いて被測定媒質
の２波長の光に対する吸収係数の差μa2−μa1を求める
ことができる。
【００６８】特定吸収成分の濃度Ｖは、波長λ1とλ2の
光に対する特定吸収成分の単位濃度当たりの吸収係数
（または消光係数）ε1およびε2を用いて、次式から算
出される。
光に対する特定吸収成分の単位濃度当たりの吸収係数
（または消光係数）ε1およびε2を用いて、次式から算
出される。
【００６９】 Ｖ（ε2−ε1）＝μa2−μa1 （13） ただし、ε1およびε2の値は前もって分光光度計で測定
することができる。したがって、前出の吸収成分の濃度
変化の計測と全く同様にして、吸収成分の絶対濃度Ｖを
計測することができる。
することができる。したがって、前出の吸収成分の濃度
変化の計測と全く同様にして、吸収成分の絶対濃度Ｖを
計測することができる。
【００７０】また、散乱係数の波長依存性を考慮する
と、例えば前記の（6.3）式に対応する式は、波長λ1お
よびλ2の光に対する被計測媒体の散乱係数μs1および
μs2を用いて次のようになる。
と、例えば前記の（6.3）式に対応する式は、波長λ1お
よびλ2の光に対する被計測媒体の散乱係数μs1および
μs2を用いて次のようになる。
【００７１】
【数１２】
【００７２】ただし、ここでは∂φ/∂ωの波長依存性
は無視してある。また、ｂ2/ｂ1は波長λ1およびλ2に
おける入射光の強度の比であり、Ａ（μs1,0,ω）およ
びＡ（μs 2,0,ω）はμs＝０のときの値である。このよ
うにすると、（7.3）式と同様にして、（14）式から次
式が得られる。
は無視してある。また、ｂ2/ｂ1は波長λ1およびλ2に
おける入射光の強度の比であり、Ａ（μs1,0,ω）およ
びＡ（μs 2,0,ω）はμs＝０のときの値である。このよ
うにすると、（7.3）式と同様にして、（14）式から次
式が得られる。
【００７３】
【数１３】
【００７４】ここでも、（7.3）式と同様に、μxはμa1
≦μx≦μa2またはμa1≧μx≧μa2なる条件を満たす適
宜の値である。この（15）式は、ｂ2/ｂ1＝１およびln
ｋ＝１とおけば、前出の（7.3）式に等しい。係数ｂ2/
ｂ1は、入射光の強度調整によってｂ2/ｂ1＝１とするこ
とができる。また、光源の強度の実測値からｂ2/ｂ1の
値を推定することもできる。さらに、単純な形状の媒体
に対して光拡散方程式を解くと、ｋ＝μ's1/μ's2が導
出される。但し、μ's1およびμ's2はそれぞれ波長λ1
およびλ2における輸送散乱係数である。したがって、
（15）式から、特定吸収成分を含む媒体の２波長の光に
対する吸収係数の差μa2−μa1が算出される。そしてさ
らに、（13）式から特定吸収成分の濃度Ｖを算出するこ
とができる。
≦μx≦μa2またはμa1≧μx≧μa2なる条件を満たす適
宜の値である。この（15）式は、ｂ2/ｂ1＝１およびln
ｋ＝１とおけば、前出の（7.3）式に等しい。係数ｂ2/
ｂ1は、入射光の強度調整によってｂ2/ｂ1＝１とするこ
とができる。また、光源の強度の実測値からｂ2/ｂ1の
値を推定することもできる。さらに、単純な形状の媒体
に対して光拡散方程式を解くと、ｋ＝μ's1/μ's2が導
出される。但し、μ's1およびμ's2はそれぞれ波長λ1
およびλ2における輸送散乱係数である。したがって、
（15）式から、特定吸収成分を含む媒体の２波長の光に
対する吸収係数の差μa2−μa1が算出される。そしてさ
らに、（13）式から特定吸収成分の濃度Ｖを算出するこ
とができる。
【００７５】また、上記の２波長分光計測において、２
つの位置で出力光を受光する２点計測を行うと、前述し
た係数ｂ2/ｂ1を消去した関係が得られる。つまり、係
数ｂ2/ｂ1が検出位置に依存しないことを利用して、係
数ｂ2/ｂ1を消去することができる。さらに、当然では
あるが、以上に述べた方法は、３つ以上の波長を有する
光を用いる多波長分光計測に拡張することができる。
つの位置で出力光を受光する２点計測を行うと、前述し
た係数ｂ2/ｂ1を消去した関係が得られる。つまり、係
数ｂ2/ｂ1が検出位置に依存しないことを利用して、係
数ｂ2/ｂ1を消去することができる。さらに、当然では
あるが、以上に述べた方法は、３つ以上の波長を有する
光を用いる多波長分光計測に拡張することができる。
【００７６】（吸収成分の濃度の空間分布の計測）吸収
成分の濃度の空間分布の計測は、多箇所で上述のような
計測を行うことによって達成される。本発明にかかるこ
のような計測によれば、再入射不可能な外形をもつ種々
の形の散乱体についての計測が可能である。具体的な応
用例としては、光マンモグラフィー、透視装置、光ＣＴ
などがある。これらの例においては、多箇所での受光、
光入射位置や受光位置の走査、時分割計測などの方法が
適宜利用される。これらの計測の特長は、既に説明した
ように、特定吸収成分の濃度の空間分布、被計測媒体の
２波長の光に対する吸収係数の差の空間分布、特定吸収
成分の濃度の時間的変化の空間分布などが計測できるこ
とにある。また、これらの情報は、臨床モニター、診断
や解析、手術や治療に利用される。
成分の濃度の空間分布の計測は、多箇所で上述のような
計測を行うことによって達成される。本発明にかかるこ
のような計測によれば、再入射不可能な外形をもつ種々
の形の散乱体についての計測が可能である。具体的な応
用例としては、光マンモグラフィー、透視装置、光ＣＴ
などがある。これらの例においては、多箇所での受光、
光入射位置や受光位置の走査、時分割計測などの方法が
適宜利用される。これらの計測の特長は、既に説明した
ように、特定吸収成分の濃度の空間分布、被計測媒体の
２波長の光に対する吸収係数の差の空間分布、特定吸収
成分の濃度の時間的変化の空間分布などが計測できるこ
とにある。また、これらの情報は、臨床モニター、診断
や解析、手術や治療に利用される。
【００７７】
【実施例】以下、添付図面を参照して本発明の実施例を
説明する。ただし、以下の説明においては、同一の要素
には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
説明する。ただし、以下の説明においては、同一の要素
には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
【００７８】実施例１ 図２は本発明の方法を実施するための本発明の装置の第
１実施例を示すもので、散乱体２の内部の吸収成分の濃
度の時間変化を計測する装置１の構成を示す。この装置
１の構成では、散乱体２の表面の位置Ｐ（光入射位置）
に所定の波長λ、変調周波数ｆの変調光（変調角周波数
ω＝２πｆ）を入射し、表面の他の位置Ｑ（光検出位
置）で散乱体２の内部を伝播した光を受光する。そし
て、繰り返し測定を行って散乱体内部の吸収成分の濃度
の変化を定量する。この場合、第１回目の計測を行った
ときの吸収成分の濃度を基準値にとれば、吸収成分の濃
度の変化が定量できる。計測装置１は、一体化されて１
つの筐体に収納されている。
１実施例を示すもので、散乱体２の内部の吸収成分の濃
度の時間変化を計測する装置１の構成を示す。この装置
１の構成では、散乱体２の表面の位置Ｐ（光入射位置）
に所定の波長λ、変調周波数ｆの変調光（変調角周波数
ω＝２πｆ）を入射し、表面の他の位置Ｑ（光検出位
置）で散乱体２の内部を伝播した光を受光する。そし
て、繰り返し測定を行って散乱体内部の吸収成分の濃度
の変化を定量する。この場合、第１回目の計測を行った
ときの吸収成分の濃度を基準値にとれば、吸収成分の濃
度の変化が定量できる。計測装置１は、一体化されて１
つの筐体に収納されている。
【００７９】光源１０としてはレーザーダイオードなど
を使用し、波長λ、所定の変調角周波数ωの変調光を発
生する。この場合、波長は計測すべき散乱体や吸収成分
に応じて選択される。生体の計測では、酸化、還元ヘモ
グロビンや酸化、還元ミオグロビンを計測することが多
く、それらの吸収成分の吸収スペクトルを図３に示す。
したがって、生体の計測では通常600ｎｍ〜1.3μｍの光
が使用される。また、変調周波数ｆは１MHz〜１GHzの範
囲で適宜に選択する。空間分布を計測する場合には、こ
の変調周波数は高い方がよい。以下では、ｆ＝100MHzと
する。光源１０には、レーザーダイオードの他に発光ダ
イオード、ＨｅＮｅレーザーなどを使用することができ
る。
を使用し、波長λ、所定の変調角周波数ωの変調光を発
生する。この場合、波長は計測すべき散乱体や吸収成分
に応じて選択される。生体の計測では、酸化、還元ヘモ
グロビンや酸化、還元ミオグロビンを計測することが多
く、それらの吸収成分の吸収スペクトルを図３に示す。
したがって、生体の計測では通常600ｎｍ〜1.3μｍの光
が使用される。また、変調周波数ｆは１MHz〜１GHzの範
囲で適宜に選択する。空間分布を計測する場合には、こ
の変調周波数は高い方がよい。以下では、ｆ＝100MHzと
する。光源１０には、レーザーダイオードの他に発光ダ
イオード、ＨｅＮｅレーザーなどを使用することができ
る。
【００８０】なお、所定角周波数の正弦波変調光は、図
４（ａ）に示すようにレーザーダイオードの電流変調に
よって発生させる。また、正弦波変調光は、図４（ｂ）
や図４（ｃ）に示すように、２台のｃｗレーザーのビー
ト、あるいは光変調器を利用して発生させることもでき
る。
４（ａ）に示すようにレーザーダイオードの電流変調に
よって発生させる。また、正弦波変調光は、図４（ｂ）
や図４（ｃ）に示すように、２台のｃｗレーザーのビー
ト、あるいは光変調器を利用して発生させることもでき
る。
【００８１】光源１０から発した変調光は光ガイド１２
を通して計測対象である散乱体２の表面に入射される。
光ガイド１２と散乱体２の間の空間は、図２の実施例で
は微小になっている。しかし実際にはこの隙間を広くし
て、そこに散乱体２とほぼ等しい屈折率と散乱係数をも
つ液状体やゼリー状物体（以下、インターフェース材と
呼ぶ）を満たしておいてもよい。つまり、変調光はこの
インターフェース材の中を伝搬して計測対象に入射する
から何ら問題は生じない。また、散乱体の表面反射が問
題になるときは、インターフェース材を適宜に選択する
ことによって、表面反射などの影響を低減することがで
きる。
を通して計測対象である散乱体２の表面に入射される。
光ガイド１２と散乱体２の間の空間は、図２の実施例で
は微小になっている。しかし実際にはこの隙間を広くし
て、そこに散乱体２とほぼ等しい屈折率と散乱係数をも
つ液状体やゼリー状物体（以下、インターフェース材と
呼ぶ）を満たしておいてもよい。つまり、変調光はこの
インターフェース材の中を伝搬して計測対象に入射する
から何ら問題は生じない。また、散乱体の表面反射が問
題になるときは、インターフェース材を適宜に選択する
ことによって、表面反射などの影響を低減することがで
きる。
【００８２】散乱体の内部を伝搬した変調光は、前記光
入射位置Ｐから距離ｒの位置Ｑに置いた光ガイド１３で
受光される。ここでも前記と同様の理由によって、イン
ターフェース材を使用してもよい。光検出器１４は、前
記受光された光の光信号を電気信号に変換し、必要に応
じて増幅して、測定信号を出力する。光検出器１４とし
ては光電子増倍管の他に、光電管、フォトダイオード、
アバランシェフォトダイオード、ＰＩＮフォトダイオー
ドなどを使用することができる。光検出器の選択に際し
ては、所定波長の光を検出する分光感度特性と必要な時
間応答速度をもっていればよい。また、光信号が微弱で
あるときは、高利得の光検出器を使用する。さらには、
光子を計数する時間相関光子係数法を用いてもよい。光
検出器の受光面以外の場所は、光を吸収あるいは遮光す
る構造にしておくことが望ましい。
入射位置Ｐから距離ｒの位置Ｑに置いた光ガイド１３で
受光される。ここでも前記と同様の理由によって、イン
ターフェース材を使用してもよい。光検出器１４は、前
記受光された光の光信号を電気信号に変換し、必要に応
じて増幅して、測定信号を出力する。光検出器１４とし
ては光電子増倍管の他に、光電管、フォトダイオード、
アバランシェフォトダイオード、ＰＩＮフォトダイオー
ドなどを使用することができる。光検出器の選択に際し
ては、所定波長の光を検出する分光感度特性と必要な時
間応答速度をもっていればよい。また、光信号が微弱で
あるときは、高利得の光検出器を使用する。さらには、
光子を計数する時間相関光子係数法を用いてもよい。光
検出器の受光面以外の場所は、光を吸収あるいは遮光す
る構造にしておくことが望ましい。
【００８３】信号検出部１５は、前記の測定信号から所
定の変調周波数成分の信号を検出する。具体的には、よ
く知られているモノダイン検波、ヘテロダイン検波、あ
るいはロックイン検出法などが利用される。この場合、
信号検出部１５は必要に応じて、光源１０から発せられ
る変調光に同期した信号を利用する。第１の演算部１６
は、前記所定変調周波数成分の信号から振幅Ａ、および
位相φの変調角周波数に対する傾き（微分係数）∂φ/
∂ωを演算する。そして以上の計測を繰り返して実行す
る。ここで、ｍ回目と（ｍ＋１）回目の計測を考える。
定の変調周波数成分の信号を検出する。具体的には、よ
く知られているモノダイン検波、ヘテロダイン検波、あ
るいはロックイン検出法などが利用される。この場合、
信号検出部１５は必要に応じて、光源１０から発せられ
る変調光に同期した信号を利用する。第１の演算部１６
は、前記所定変調周波数成分の信号から振幅Ａ、および
位相φの変調角周波数に対する傾き（微分係数）∂φ/
∂ωを演算する。そして以上の計測を繰り返して実行す
る。ここで、ｍ回目と（ｍ＋１）回目の計測を考える。
【００８４】第２の演算部１７は、ｍ回目と（ｍ＋１）
回目の計測で得られた２種の前記振幅ＡmとＡm+1、およ
び２種の前記位相の傾きから求められる位相の傾き∂φ
/∂ω｜μx3を前出の（7.3）式に代入して、散乱体２の
吸収係数の変化量μa(m+1)−μam（第１次情報）を演算
し、さらに前出の（12）式を用いて吸収成分の変化量を
演算する。
回目の計測で得られた２種の前記振幅ＡmとＡm+1、およ
び２種の前記位相の傾きから求められる位相の傾き∂φ
/∂ω｜μx3を前出の（7.3）式に代入して、散乱体２の
吸収係数の変化量μa(m+1)−μam（第１次情報）を演算
し、さらに前出の（12）式を用いて吸収成分の変化量を
演算する。
【００８５】このとき、位相の傾き∂φ/∂ω｜μx3の
算出には、前出の（8）式を用いて、ｐ＝1/2として十分
な精度が得られる。また、ｆ＝100MHzであるから、前述
したように∂φ/∂ω≒φ/ωと近似してよい。なお、ｆ
＞100MHzの場合には、前記変調光を２種の変調角周波数
ω＝ω1±Δω/2(>0)として計測し、前出の（10）式を
用いて、∂φ/∂ω｜μx3を算出する。これらの演算処
理は、第１および第２演算部に組み込んだマイクロコン
ピュータなどで高速に実行される。
算出には、前出の（8）式を用いて、ｐ＝1/2として十分
な精度が得られる。また、ｆ＝100MHzであるから、前述
したように∂φ/∂ω≒φ/ωと近似してよい。なお、ｆ
＞100MHzの場合には、前記変調光を２種の変調角周波数
ω＝ω1±Δω/2(>0)として計測し、前出の（10）式を
用いて、∂φ/∂ω｜μx3を算出する。これらの演算処
理は、第１および第２演算部に組み込んだマイクロコン
ピュータなどで高速に実行される。
【００８６】前記第２の演算部１７は、このようにして
得た吸収成分の濃度情報を記憶する機能をもち、表示記
録手段１８はこれらを表示あるいは記録するものであ
る。
得た吸収成分の濃度情報を記憶する機能をもち、表示記
録手段１８はこれらを表示あるいは記録するものであ
る。
【００８７】上記では、１つの波長の変調光を用いた
が、実際には２つ以上の波長の変調光を利用することも
できる。さらに、１つの位置から光を入射し、２つ以上
の位置で伝播光を検出することもできる。また、これら
は並列あるいは時分割で検出してもよい。
が、実際には２つ以上の波長の変調光を利用することも
できる。さらに、１つの位置から光を入射し、２つ以上
の位置で伝播光を検出することもできる。また、これら
は並列あるいは時分割で検出してもよい。
【００８８】散乱体２に光を入射する手段は、図２に示
した光ガイド１２の代わりに、集光レンズによる方法
（図５（ａ））、光ファイバーを用いる方法（図５
（ｂ））、ピンホールを利用する方法（図５（ｃ））、
胃カメラのように体内から光を入射する方法（図５
（ｄ））などがある。また、太いビーム状の光を散乱体
２に入射してもよい。この場合には、複数のスポット状
光源が並んでいると考えればよい。
した光ガイド１２の代わりに、集光レンズによる方法
（図５（ａ））、光ファイバーを用いる方法（図５
（ｂ））、ピンホールを利用する方法（図５（ｃ））、
胃カメラのように体内から光を入射する方法（図５
（ｄ））などがある。また、太いビーム状の光を散乱体
２に入射してもよい。この場合には、複数のスポット状
光源が並んでいると考えればよい。
【００８９】散乱体２の内部を拡散伝搬した光を検出す
る手段としては、図２に示した光ガイド１３を用いる方
法以外に、直接検出する方法（図６（ａ））、光ファイ
バーを用いる方法（図６（ｂ））、レンズを用いる方法
（図６（ｃ））などがある。
る手段としては、図２に示した光ガイド１３を用いる方
法以外に、直接検出する方法（図６（ａ））、光ファイ
バーを用いる方法（図６（ｂ））、レンズを用いる方法
（図６（ｃ））などがある。
【００９０】なお、上記第１の演算部１６は、前記所定
変調周波数成分の信号から振幅Ａ、および位相φの変調
角周波数に対する傾き∂φ/∂ωを演算する場合につい
て説明した。しかしここでは、前述したように、前記所
定変調周波数成分の信号から、(i)正弦成分と、余弦成
分の変調角周波数に対する傾き（微分係数）、(ii)余弦
成分と、正弦成分の変調角周波数に対する傾き（微分係
数）、あるいは(iii)位相 と、振幅の変調角周波数に対
する傾き（微分係数）のいずれの組み合わせを演算して
もよい。その場合には、上記実施例１において、「振幅
Ａ、位相φの変調角周波数に対する傾き∂φ/∂ω、お
よび（7.3）式」を、(i)「正弦成分、余弦成分の変調角
周波数に対する傾き（微分係数）、および（7.1）
式」、(ii)「余弦成分、正弦成分の変調角周波数に対す
る傾き（微分係数）、および（7.2）式」、あるいは(ii
i)「位相、振幅の変調角周波数に対する傾き（微分係
数）、および（7.4）式」と読み換えればよい。したが
って、ここに述べた第１実施例では、（7.1）〜（7.4）
式による吸収成分の濃度の変化が定量できる。
変調周波数成分の信号から振幅Ａ、および位相φの変調
角周波数に対する傾き∂φ/∂ωを演算する場合につい
て説明した。しかしここでは、前述したように、前記所
定変調周波数成分の信号から、(i)正弦成分と、余弦成
分の変調角周波数に対する傾き（微分係数）、(ii)余弦
成分と、正弦成分の変調角周波数に対する傾き（微分係
数）、あるいは(iii)位相 と、振幅の変調角周波数に対
する傾き（微分係数）のいずれの組み合わせを演算して
もよい。その場合には、上記実施例１において、「振幅
Ａ、位相φの変調角周波数に対する傾き∂φ/∂ω、お
よび（7.3）式」を、(i)「正弦成分、余弦成分の変調角
周波数に対する傾き（微分係数）、および（7.1）
式」、(ii)「余弦成分、正弦成分の変調角周波数に対す
る傾き（微分係数）、および（7.2）式」、あるいは(ii
i)「位相、振幅の変調角周波数に対する傾き（微分係
数）、および（7.4）式」と読み換えればよい。したが
って、ここに述べた第１実施例では、（7.1）〜（7.4）
式による吸収成分の濃度の変化が定量できる。
【００９１】実施例２ 散乱体２に対する変調光の光入射位置Ｐと光検出位置Ｑ
とを同期して走査させた以外は上記実施例１と同様にし
て計測し、任意の位置での吸収成分の濃度を基準値とし
て、その基準値に対する濃度の差の空間分布を計測する
ことができる。この場合にも、前記実施例１と同様にし
て、（7.1）〜（7.4）式を用いて、吸収成分の濃度の基
準値に対する差の空間分布の計測ができる。
とを同期して走査させた以外は上記実施例１と同様にし
て計測し、任意の位置での吸収成分の濃度を基準値とし
て、その基準値に対する濃度の差の空間分布を計測する
ことができる。この場合にも、前記実施例１と同様にし
て、（7.1）〜（7.4）式を用いて、吸収成分の濃度の基
準値に対する差の空間分布の計測ができる。
【００９２】図７は本発明の方法を実施するための本発
明の装置の第２実施例を示すもので、乳房のような散乱
体２の内部の吸収成分の濃度の空間分布を計測する装置
１（マンモグラフィー）の構成を示す。図７中では、前
記第１実施例にかかる図２に示したものと同じ機能をも
つものには同じ記号を用いた。散乱体２の表面に所定の
波長λ、変調周波数ｆの変調光（変調角周波数ω＝2π
ｆ）を入射し、反対側の表面の位置で散乱体の内部を伝
播した光を受光する。この際、変調光の入射位置と光検
出位置とを同期して走査させて計測する。そして、例え
ば、第１の位置（第１の光入射位置および第１の光検出
位置）で計測を行ったときの吸収成分の濃度を基準値に
とれば、吸収成分の濃度差の空間分布が計測できる。
明の装置の第２実施例を示すもので、乳房のような散乱
体２の内部の吸収成分の濃度の空間分布を計測する装置
１（マンモグラフィー）の構成を示す。図７中では、前
記第１実施例にかかる図２に示したものと同じ機能をも
つものには同じ記号を用いた。散乱体２の表面に所定の
波長λ、変調周波数ｆの変調光（変調角周波数ω＝2π
ｆ）を入射し、反対側の表面の位置で散乱体の内部を伝
播した光を受光する。この際、変調光の入射位置と光検
出位置とを同期して走査させて計測する。そして、例え
ば、第１の位置（第１の光入射位置および第１の光検出
位置）で計測を行ったときの吸収成分の濃度を基準値に
とれば、吸収成分の濃度差の空間分布が計測できる。
【００９３】この第２実施例にかかる図７に示す装置１
は、散乱体２を平行に軽く挟みつける第１の機構部３０
を備える。つまり、第１の機構部３０によって、乳房の
ような散乱体２を少し平たく伸して計測することが可能
となる。この第１の機構部３０には、変調光の入射位置
と光検出位置とを同期して走査させるための第２の機構
部３１が設けてある。そして、この第２の機構部３１か
らは、走査位置を表す位置信号が発せられ、この位置信
号は表示記録部１８に供給されて、空間分布の表示記録
に利用される。また、変調光を発生する光源１０の後段
には波長選択器１１が設けてあり、適宜所望の波長の変
調光が選択できるようにしてある。その他の部分は、前
記の第１実施例の装置のものと同じである。
は、散乱体２を平行に軽く挟みつける第１の機構部３０
を備える。つまり、第１の機構部３０によって、乳房の
ような散乱体２を少し平たく伸して計測することが可能
となる。この第１の機構部３０には、変調光の入射位置
と光検出位置とを同期して走査させるための第２の機構
部３１が設けてある。そして、この第２の機構部３１か
らは、走査位置を表す位置信号が発せられ、この位置信
号は表示記録部１８に供給されて、空間分布の表示記録
に利用される。また、変調光を発生する光源１０の後段
には波長選択器１１が設けてあり、適宜所望の波長の変
調光が選択できるようにしてある。その他の部分は、前
記の第１実施例の装置のものと同じである。
【００９４】上記では、１つの波長の変調光を用いた
が、実際には２つ以上の波長の変調光を利用することも
できる。さらに、１つの光入射位置から光を入射し、２
つ以上の光検出位置で同時あるいは時分割で伝播光を検
出することもできる。
が、実際には２つ以上の波長の変調光を利用することも
できる。さらに、１つの光入射位置から光を入射し、２
つ以上の光検出位置で同時あるいは時分割で伝播光を検
出することもできる。
【００９５】実施例３ 図８は本発明の方法を実施するための本発明の装置の第
３実施例を示すもので、散乱体２の内部の吸収成分の濃
度を計測する装置の構成を示す。図８中では、前記第１
実施例にかかる図２および前記第２実施例にかかる図７
に示したものと同じ機能をもつものには同じ記号を用い
た。この構成では２種類の波長λ1とλ2の変調光と、２
種類の光検出距離ｒ1とｒ2を用いる。この場合、２種類
の光検出距離ｒ1とｒ2における計測に対して、それぞれ
先に述べた（15）式が成立する。したがって、（15）式
についての２つの式からなる連立方程式から（15）式の
中の係数ｂ2/ｂ1を消去して、被計測散乱体２の２波長
の光に対する吸収係数の差μa2−μa1を求めることがで
きる。なお、ここでは、散乱係数が等しいかまたは等し
いと見なせる異なる２種類の波長の変調光を散乱体に入
射するので、前記（15）式中のｋはｋ＝１となり消去さ
れる。また、単純な形状の媒体では、前述したように、
ｋ＝μ's1/μ's2としてもよい。以上によって、（15）
式から特定吸収成分を含む媒体の２波長の光に対する吸
収係数の差μa2−μa1が算出され、（13）式に示した関
係に基づいて散乱体内部の吸収成分の濃度を定量するこ
とができる。
３実施例を示すもので、散乱体２の内部の吸収成分の濃
度を計測する装置の構成を示す。図８中では、前記第１
実施例にかかる図２および前記第２実施例にかかる図７
に示したものと同じ機能をもつものには同じ記号を用い
た。この構成では２種類の波長λ1とλ2の変調光と、２
種類の光検出距離ｒ1とｒ2を用いる。この場合、２種類
の光検出距離ｒ1とｒ2における計測に対して、それぞれ
先に述べた（15）式が成立する。したがって、（15）式
についての２つの式からなる連立方程式から（15）式の
中の係数ｂ2/ｂ1を消去して、被計測散乱体２の２波長
の光に対する吸収係数の差μa2−μa1を求めることがで
きる。なお、ここでは、散乱係数が等しいかまたは等し
いと見なせる異なる２種類の波長の変調光を散乱体に入
射するので、前記（15）式中のｋはｋ＝１となり消去さ
れる。また、単純な形状の媒体では、前述したように、
ｋ＝μ's1/μ's2としてもよい。以上によって、（15）
式から特定吸収成分を含む媒体の２波長の光に対する吸
収係数の差μa2−μa1が算出され、（13）式に示した関
係に基づいて散乱体内部の吸収成分の濃度を定量するこ
とができる。
【００９６】光源１０としてはレーザーダイオードなど
を使用し、異なる２種類の波長λ1とλ2の例えば変調周
波数ｆ＝100MHzの変調光を発生する。光源１０からの変
調光は波長選択器１１で波長選択され、光ガイド１２を
通して計測対象である散乱体２の表面に入射される。こ
の場合、２種類の波長の変調光を同時に入射する方法と
してもよく、このときには波長選択器１１は省略され
る。
を使用し、異なる２種類の波長λ1とλ2の例えば変調周
波数ｆ＝100MHzの変調光を発生する。光源１０からの変
調光は波長選択器１１で波長選択され、光ガイド１２を
通して計測対象である散乱体２の表面に入射される。こ
の場合、２種類の波長の変調光を同時に入射する方法と
してもよく、このときには波長選択器１１は省略され
る。
【００９７】光ガイド１２と散乱体２との間の空間は、
図８の実施例では微小になっている。しかし実際には、
第１実施例と同様にこれを広くして、この空間に散乱体
２とほぼ等しい屈折率と散乱係数をもつ液状体やゼリー
状物体（インターフェース材）を満たしておいてもよ
い。つまり、変調光はこのインターフェース材の中を伝
搬して計測対象に入射するから何ら問題は生じない。ま
た、散乱体の表面反射が問題になるときは、インターフ
ェース材を適宜に選択することによって、表面反射など
の影響を低減することができる。
図８の実施例では微小になっている。しかし実際には、
第１実施例と同様にこれを広くして、この空間に散乱体
２とほぼ等しい屈折率と散乱係数をもつ液状体やゼリー
状物体（インターフェース材）を満たしておいてもよ
い。つまり、変調光はこのインターフェース材の中を伝
搬して計測対象に入射するから何ら問題は生じない。ま
た、散乱体の表面反射が問題になるときは、インターフ
ェース材を適宜に選択することによって、表面反射など
の影響を低減することができる。
【００９８】散乱体２の内部を伝搬した光は、前記光入
射位置から距離ｒ1およびｒ2の位置（光検出位置）に置
いた第１および第２の光ガイド１３1，１３2で受光され
る。ここでも前記と同様の理由によって、インターフェ
ース材を使用してもよい。
射位置から距離ｒ1およびｒ2の位置（光検出位置）に置
いた第１および第２の光ガイド１３1，１３2で受光され
る。ここでも前記と同様の理由によって、インターフェ
ース材を使用してもよい。
【００９９】第１の光検出器１４1および第２の光検出
器１４2は、前記受光された光の光信号を電気信号に変
換し、必要に応じて増幅し、２種類の光検出距離ｒ1と
ｒ2における計測に対する測定信号を出力する。光検出
器１４1，１４2としては、光電子増倍管の他に、光電
管、フォトダイオード、アバランシェフォトダイオー
ド、ＰＩＮフォトダイオードなどを使用することができ
る。光検出器の選択に際しては、所定波長の光を検出す
る分光感度特性と必要な時間応答速度をもっていればよ
い。また、光信号が微弱であるときは、高利得の光検出
器を使用する。さらには、光子を計数する時間相関光子
係数法を用いてもよい。光検出器の受光面以外の場所
は、光を吸収あるいは遮光する構造にしておくことが望
ましい。また、前述したように散乱体に２種類の波長の
変調光を同時に入射する場合には、光検出器１４1，１
４2と散乱体２との間の適宜の位置に波長選択フィルタ
（図示せず）を入れる。
器１４2は、前記受光された光の光信号を電気信号に変
換し、必要に応じて増幅し、２種類の光検出距離ｒ1と
ｒ2における計測に対する測定信号を出力する。光検出
器１４1，１４2としては、光電子増倍管の他に、光電
管、フォトダイオード、アバランシェフォトダイオー
ド、ＰＩＮフォトダイオードなどを使用することができ
る。光検出器の選択に際しては、所定波長の光を検出す
る分光感度特性と必要な時間応答速度をもっていればよ
い。また、光信号が微弱であるときは、高利得の光検出
器を使用する。さらには、光子を計数する時間相関光子
係数法を用いてもよい。光検出器の受光面以外の場所
は、光を吸収あるいは遮光する構造にしておくことが望
ましい。また、前述したように散乱体に２種類の波長の
変調光を同時に入射する場合には、光検出器１４1，１
４2と散乱体２との間の適宜の位置に波長選択フィルタ
（図示せず）を入れる。
【０１００】信号検出部１５および第１の演算部１６
は、２種類の光検出距離ｒ1とｒ2での計測に対して得ら
れるそれぞれの前記測定信号に基づいて次のような演算
を行う。まず、信号検出部１５は、２種類の波長の変調
光に対して得られるそれぞれの前記測定信号から、それ
ぞれ所定の変調周波数成分の信号を検出する。この場
合、信号検出部１５は必要に応じて、光源１０から発せ
られる変調光に同期した信号を利用する。次に、第１の
演算部１６は、２種類の波長の変調光に対して得られた
それぞれの前記所定変調周波数成分の信号から、それぞ
れの振幅Ａ、および位相の変調角周波数に対する傾き
（微分係数）∂φ/∂ωを演算する。
は、２種類の光検出距離ｒ1とｒ2での計測に対して得ら
れるそれぞれの前記測定信号に基づいて次のような演算
を行う。まず、信号検出部１５は、２種類の波長の変調
光に対して得られるそれぞれの前記測定信号から、それ
ぞれ所定の変調周波数成分の信号を検出する。この場
合、信号検出部１５は必要に応じて、光源１０から発せ
られる変調光に同期した信号を利用する。次に、第１の
演算部１６は、２種類の波長の変調光に対して得られた
それぞれの前記所定変調周波数成分の信号から、それぞ
れの振幅Ａ、および位相の変調角周波数に対する傾き
（微分係数）∂φ/∂ωを演算する。
【０１０１】第２の演算部１７は、２種類の波長の変調
光に対して２種類の光検出距離で得られるそれぞれの前
記振幅Ａ、およびそれぞれの前記位相の傾きから求めら
れる位相の傾き∂φ/∂ω｜μxを前出の（15）式に代入
して、２種類の光検出距離ｒ1とｒ2での計測に対して得
られる２つの式からなる連立方程式を解いて、散乱体２
の２種類の波長を有する光に対する吸収係数の差μa2−
μa1(第１次情報）を演算し、さらに前出の（13）式を
用いて吸収成分の濃度を演算する。位相の傾き∂φ/∂
ω｜μx3の算出には、前出の（8）式を用いてｐ＝1/2
として十分な精度が得られる。また、ｆ＝100MHzである
から、前述したように∂φ/∂ω≒φ/ωと近似してよ
い。なお、ｆ＞100MHzの場合には、前記変調光を２種の
変調角周波数ω＝ω1±Δω/2(>0)として計測し、前出
の（10）式を用いて∂φ/∂ω｜μx3を算出する。これ
らの演算処理は、第１および第２演算部に組み込んだマ
イクロコンピュータなどで高速に実行される。
光に対して２種類の光検出距離で得られるそれぞれの前
記振幅Ａ、およびそれぞれの前記位相の傾きから求めら
れる位相の傾き∂φ/∂ω｜μxを前出の（15）式に代入
して、２種類の光検出距離ｒ1とｒ2での計測に対して得
られる２つの式からなる連立方程式を解いて、散乱体２
の２種類の波長を有する光に対する吸収係数の差μa2−
μa1(第１次情報）を演算し、さらに前出の（13）式を
用いて吸収成分の濃度を演算する。位相の傾き∂φ/∂
ω｜μx3の算出には、前出の（8）式を用いてｐ＝1/2
として十分な精度が得られる。また、ｆ＝100MHzである
から、前述したように∂φ/∂ω≒φ/ωと近似してよ
い。なお、ｆ＞100MHzの場合には、前記変調光を２種の
変調角周波数ω＝ω1±Δω/2(>0)として計測し、前出
の（10）式を用いて∂φ/∂ω｜μx3を算出する。これ
らの演算処理は、第１および第２演算部に組み込んだマ
イクロコンピュータなどで高速に実行される。
【０１０２】前記第２の演算部１７は、このようにして
得た吸収成分の濃度情報を記憶する機能をもち、表示記
録手段１８はこれらを表示あるいは記録するものであ
る。
得た吸収成分の濃度情報を記憶する機能をもち、表示記
録手段１８はこれらを表示あるいは記録するものであ
る。
【０１０３】なお、２種類の波長λ1とλ2の変調光の散
乱体２への入射光強度が等しいか、又はこれらが等しく
なるように制御できる場合には、第２の光検出器１４2
を省略することができる。この場合、前述の（15）式中
の係数ｂ2/ｂ1がｂ2/ｂ1＝１となって消去されるから、
（15）式から直接、散乱体２の２種類の波長の光に対す
る吸収係数の差μa2−μa1(第１次情報）を演算し、さ
らに前出の（13）式を用いて吸収成分の濃度を演算する
ことができる。
乱体２への入射光強度が等しいか、又はこれらが等しく
なるように制御できる場合には、第２の光検出器１４2
を省略することができる。この場合、前述の（15）式中
の係数ｂ2/ｂ1がｂ2/ｂ1＝１となって消去されるから、
（15）式から直接、散乱体２の２種類の波長の光に対す
る吸収係数の差μa2−μa1(第１次情報）を演算し、さ
らに前出の（13）式を用いて吸収成分の濃度を演算する
ことができる。
【０１０４】上記では、一箇所から光を入射し、他の２
箇所で光検出する方法について説明した。しかし実際に
は、２箇所から波長の異なる光を入射し、他の位置で光
を並列あるいは時分割で検出してもよい。
箇所で光検出する方法について説明した。しかし実際に
は、２箇所から波長の異なる光を入射し、他の位置で光
を並列あるいは時分割で検出してもよい。
【０１０５】また、上記の第３実施例では、異なる波長
の光を含む光を入射する方法と、異なる波長の光を時分
割で入射させて使用する方法とがある。前者の場合に
は、異なる波長の光を同軸状のビームにして、光入射位
置の直前に設けた波長選択フィルタで波長選択する方
法、あるいはそのまま散乱体に入射して、光検出器の直
前に設けた波長選択フィルタで波長選択する方法、さら
にはそれぞれの検出光を２つに分岐して波長選択して合
計４個の光検出器で並列に検出する方法などがある。ま
た後者では、光源側にミラーを用いた光ビーム切り換え
器、フィルターを用いた波長切り換え器、光スイッチを
用いた光切り換え器などを利用することができる。散乱
体に光を入射する手段および散乱体の内部を拡散伝搬し
た光を検出する手段としては、第１実施例に示したよう
なものがある。
の光を含む光を入射する方法と、異なる波長の光を時分
割で入射させて使用する方法とがある。前者の場合に
は、異なる波長の光を同軸状のビームにして、光入射位
置の直前に設けた波長選択フィルタで波長選択する方
法、あるいはそのまま散乱体に入射して、光検出器の直
前に設けた波長選択フィルタで波長選択する方法、さら
にはそれぞれの検出光を２つに分岐して波長選択して合
計４個の光検出器で並列に検出する方法などがある。ま
た後者では、光源側にミラーを用いた光ビーム切り換え
器、フィルターを用いた波長切り換え器、光スイッチを
用いた光切り換え器などを利用することができる。散乱
体に光を入射する手段および散乱体の内部を拡散伝搬し
た光を検出する手段としては、第１実施例に示したよう
なものがある。
【０１０６】なお、上記で第１の演算部１６は、前記所
定変調周波数成分の信号から振幅Ａ、および位相φの変
調角周波数に対する傾き∂φ/∂ωを演算する場合につ
いて説明した。しかしここでは、前述したように、前記
所定変調周波数成分の信号から、(i)正弦成分、および
余弦成分の変調角周波数に対する傾き（微分係数）、(i
i)余弦成分、および正弦成分の変調角周波数に対する傾
き（微分係数）、あるいは(iii)位相、および振幅の変
調角周波数に対する傾き（微分係数）のいずれの組み合
わせを演算してもよい。その場合には、上記実施例３に
おいて、「振幅Ａ、位相φの変調角周波数に対する傾き
∂φ/∂ω、および（15）式」を、(i)「正弦成分、余弦
成分の変調角周波数に対する傾き（微分係数）、および
（5.1）式から導出される（15）式と同様の式」、(ii)
「余弦成分、正弦成分の変調角周波数に対する傾き（微
分係数）、および（5.2）式から導出される（15）式と
同様の式」、あるいは(iii)「位相、振幅の変調角周波
数に対する傾き（微分係数）、および（5.4）式から導
出される（15）式と同様の式」と読み換えればよい。具
体的には、ｂ1＝ｂ2、μs1＝μs2である場合には、上記
の（15）式と同等の式はそれぞれ、(i)のときは（7.1）
式、(ii)のときは（7.2）式、(iii)のときは（7.4）式
となる。したがって、ここに述べた第３実施例では、４
種類の方式によって吸収成分の濃度を定量することがで
きる。
定変調周波数成分の信号から振幅Ａ、および位相φの変
調角周波数に対する傾き∂φ/∂ωを演算する場合につ
いて説明した。しかしここでは、前述したように、前記
所定変調周波数成分の信号から、(i)正弦成分、および
余弦成分の変調角周波数に対する傾き（微分係数）、(i
i)余弦成分、および正弦成分の変調角周波数に対する傾
き（微分係数）、あるいは(iii)位相、および振幅の変
調角周波数に対する傾き（微分係数）のいずれの組み合
わせを演算してもよい。その場合には、上記実施例３に
おいて、「振幅Ａ、位相φの変調角周波数に対する傾き
∂φ/∂ω、および（15）式」を、(i)「正弦成分、余弦
成分の変調角周波数に対する傾き（微分係数）、および
（5.1）式から導出される（15）式と同様の式」、(ii)
「余弦成分、正弦成分の変調角周波数に対する傾き（微
分係数）、および（5.2）式から導出される（15）式と
同様の式」、あるいは(iii)「位相、振幅の変調角周波
数に対する傾き（微分係数）、および（5.4）式から導
出される（15）式と同様の式」と読み換えればよい。具
体的には、ｂ1＝ｂ2、μs1＝μs2である場合には、上記
の（15）式と同等の式はそれぞれ、(i)のときは（7.1）
式、(ii)のときは（7.2）式、(iii)のときは（7.4）式
となる。したがって、ここに述べた第３実施例では、４
種類の方式によって吸収成分の濃度を定量することがで
きる。
【０１０７】以上の第３実施例で、３種類の波長の光を
使用すれば、２種類の吸収成分が含まれた散乱体のそれ
ぞれの吸収成分の濃度、あるいは多種の吸収成分が含ま
れた散乱体の１種類の吸収成分の濃度と、他の吸収成分
の合計の濃度などを計測することができる。例えば、酸
化ヘモグロビンと還元ヘモグロビンは、前出の図３に示
したように、波長によって吸収係数が異なる。したがっ
て、適宜に選択した３種類の波長の光を使用することに
よって、これらの濃度、さらには酸素飽和度などを計測
することができる。一般的には、ｎ（ｎは２以上の整
数）種類の波長の光を使用して、（ｎ−１）種類の吸収
成分のそれぞれの濃度を計測することができる。また、
ｎ種類より多くの波長の光を使用して、（ｎ−１）種類
の吸収成分の濃度計測の精度を向上させることもでき
る。
使用すれば、２種類の吸収成分が含まれた散乱体のそれ
ぞれの吸収成分の濃度、あるいは多種の吸収成分が含ま
れた散乱体の１種類の吸収成分の濃度と、他の吸収成分
の合計の濃度などを計測することができる。例えば、酸
化ヘモグロビンと還元ヘモグロビンは、前出の図３に示
したように、波長によって吸収係数が異なる。したがっ
て、適宜に選択した３種類の波長の光を使用することに
よって、これらの濃度、さらには酸素飽和度などを計測
することができる。一般的には、ｎ（ｎは２以上の整
数）種類の波長の光を使用して、（ｎ−１）種類の吸収
成分のそれぞれの濃度を計測することができる。また、
ｎ種類より多くの波長の光を使用して、（ｎ−１）種類
の吸収成分の濃度計測の精度を向上させることもでき
る。
【０１０８】また、異なる時間（タイミング）に上記の
計測を行なえば、特定吸収成分の濃度の時間変化を計測
することができる。さらに、散乱体に対する光の入射位
置と光検出位置とを同期して走査させて、散乱体の各部
の吸収成分の濃度を計測すれば、濃度の空間分布の計測
ができる。前記第２の演算部１７には、このようにして
得た吸収成分の濃度情報を記憶する機能を持たせること
ができる。
計測を行なえば、特定吸収成分の濃度の時間変化を計測
することができる。さらに、散乱体に対する光の入射位
置と光検出位置とを同期して走査させて、散乱体の各部
の吸収成分の濃度を計測すれば、濃度の空間分布の計測
ができる。前記第２の演算部１７には、このようにして
得た吸収成分の濃度情報を記憶する機能を持たせること
ができる。
【０１０９】実施例４ 図９は本発明の方法を実施するための本発明の装置の第
４実施例を示すものであり、人体頭部などの散乱体２の
内部の酸化ヘモグロビンの濃度あるいはヘモグロビンの
酸素飽和度（酸化ヘモグロビンの濃度とヘモグロビン全
体の濃度との比）を計測、あるいはモニタリングする装
置の構成を示す。この第４実施例では、３種類の波長λ
1，λ2，λ3の変調光と、２種類の光検出距離ｒ1，ｒ2
を用いる。この場合、前記実施例と同様にして、先に述
べた（7.1）〜（7.4）式のそれぞれに基づいて、４種類
の３連の連立方程式が得られる。したがって、これらの
連立方程式を解いて、各波長における吸収係数の差 (第
１次情報）を演算し、さらに前出の（13）式を用いて酸
化・還元ヘモグロビン濃度およびヘモグロビンの酸素飽
和度などを定量することができる。
４実施例を示すものであり、人体頭部などの散乱体２の
内部の酸化ヘモグロビンの濃度あるいはヘモグロビンの
酸素飽和度（酸化ヘモグロビンの濃度とヘモグロビン全
体の濃度との比）を計測、あるいはモニタリングする装
置の構成を示す。この第４実施例では、３種類の波長λ
1，λ2，λ3の変調光と、２種類の光検出距離ｒ1，ｒ2
を用いる。この場合、前記実施例と同様にして、先に述
べた（7.1）〜（7.4）式のそれぞれに基づいて、４種類
の３連の連立方程式が得られる。したがって、これらの
連立方程式を解いて、各波長における吸収係数の差 (第
１次情報）を演算し、さらに前出の（13）式を用いて酸
化・還元ヘモグロビン濃度およびヘモグロビンの酸素飽
和度などを定量することができる。
【０１１０】図９に示す装置は、鉢巻きのように頭部２
に装着される取り付け用のバンドを有する容器４０を備
えており、信号検出部、第１演算部、第２演算部および
表示記録部を内蔵した外部機器４１がケーブル４２を介
して容器４０に接続されている。この実施例に示す装置
においては、３種類の所定波長λ1，λ2，λ3の光が使
用され、その動作および各構成機器は第３実施例の装置
とほぼ同じである。また、図１０は、前出の図９に示し
た装置の一部分、すなわち容器４０の内部の詳細を示
す。
に装着される取り付け用のバンドを有する容器４０を備
えており、信号検出部、第１演算部、第２演算部および
表示記録部を内蔵した外部機器４１がケーブル４２を介
して容器４０に接続されている。この実施例に示す装置
においては、３種類の所定波長λ1，λ2，λ3の光が使
用され、その動作および各構成機器は第３実施例の装置
とほぼ同じである。また、図１０は、前出の図９に示し
た装置の一部分、すなわち容器４０の内部の詳細を示
す。
【０１１１】図１０に示すように、容器４０内には光源
１０、波長選択器１１、第１の光検出器１４1、第２の
光検出器１４2および光ガイド１２，１３1，１３2が内
蔵されており、光源１０から発せられた所定波長λ1，
λ2，λ3の変調光は波長選択器１１で波長選択され、光
ガイド１２を通して頭部２に入射される。この際、３種
類の波長は、前出の図３に示したヘモグロビンの吸収ス
ペクトルを参照して、適宜に選ばれる。
１０、波長選択器１１、第１の光検出器１４1、第２の
光検出器１４2および光ガイド１２，１３1，１３2が内
蔵されており、光源１０から発せられた所定波長λ1，
λ2，λ3の変調光は波長選択器１１で波長選択され、光
ガイド１２を通して頭部２に入射される。この際、３種
類の波長は、前出の図３に示したヘモグロビンの吸収ス
ペクトルを参照して、適宜に選ばれる。
【０１１２】頭部２内を拡散伝搬した光は、前記光入射
位置から距離ｒ1とｒ2の位置（光検出位置）に置いた光
ガイド１３1，１３2で受光され、第１の光検出器１４1
と第２の光検出器１４2で電気信号に変換、また必要に
応じて増幅される。電力（電源）や種々の信号などは、
容器４０に付けたコネクタ４３および信号ケーブル４２
を介して外部機器４１から送られかつ外部機器４１に送
られる。外部機器４１の中に配置された信号検出部、第
１の演算部、第２の演算部および表示記録部（いずれも
図示せず）では、３種類の波長と２種類の光検出距離に
対して前記第３実施例と同様の信号検出や演算が行われ
る。
位置から距離ｒ1とｒ2の位置（光検出位置）に置いた光
ガイド１３1，１３2で受光され、第１の光検出器１４1
と第２の光検出器１４2で電気信号に変換、また必要に
応じて増幅される。電力（電源）や種々の信号などは、
容器４０に付けたコネクタ４３および信号ケーブル４２
を介して外部機器４１から送られかつ外部機器４１に送
られる。外部機器４１の中に配置された信号検出部、第
１の演算部、第２の演算部および表示記録部（いずれも
図示せず）では、３種類の波長と２種類の光検出距離に
対して前記第３実施例と同様の信号検出や演算が行われ
る。
【０１１３】なお本実施例においては、波長λ1とλ2お
よび波長λ1とλ3で得られる信号、波長λ1とλ2および
波長λ2とλ3で得られる信号、あるいは波長λ1とλ3お
よび波長λ2とλ3で得られる信号に対して、前出の（1
5）式と同様の４種類の２連の連立方程式が成立する。
また、以上の演算処理は、第１および第２演算部に内蔵
されたマイクロコンピユータなどで高速に実行される。
さらに、容器４０の中で信号を電波や光信号に変換し、
信号ケーブルを介さないで外部機器４１に伝送すること
もできる。
よび波長λ1とλ3で得られる信号、波長λ1とλ2および
波長λ2とλ3で得られる信号、あるいは波長λ1とλ3お
よび波長λ2とλ3で得られる信号に対して、前出の（1
5）式と同様の４種類の２連の連立方程式が成立する。
また、以上の演算処理は、第１および第２演算部に内蔵
されたマイクロコンピユータなどで高速に実行される。
さらに、容器４０の中で信号を電波や光信号に変換し、
信号ケーブルを介さないで外部機器４１に伝送すること
もできる。
【０１１４】上記本実施例においては、光源、光入射
部、光検出手段などは、第１の実施例で説明したものが
利用できる。また、人体頭部などでは、表面反射や光ガ
イドと頭部間の隙間などが問題になることがある。この
場合には、前述したインターフェース材を利用するとよ
い。この場合には、図１０に示した光ガイドを省略し
て、頭部２と波長選択器１１との間、および頭部２と光
検出器１４1および１４2との間に、計測対象とほぼ同一
の散乱係数と吸収係数をもつインターフェース材を配置
することもできる。
部、光検出手段などは、第１の実施例で説明したものが
利用できる。また、人体頭部などでは、表面反射や光ガ
イドと頭部間の隙間などが問題になることがある。この
場合には、前述したインターフェース材を利用するとよ
い。この場合には、図１０に示した光ガイドを省略し
て、頭部２と波長選択器１１との間、および頭部２と光
検出器１４1および１４2との間に、計測対象とほぼ同一
の散乱係数と吸収係数をもつインターフェース材を配置
することもできる。
【０１１５】このような装置は、脳内の情報の計測以外
に、例えばマラソン中の人の脚の筋肉中の酸化ヘモグロ
ビン濃度の計測あるいはモニタリングなどに使用するこ
とができる。
に、例えばマラソン中の人の脚の筋肉中の酸化ヘモグロ
ビン濃度の計測あるいはモニタリングなどに使用するこ
とができる。
【０１１６】実施例５ 第５の実施例は、前記第４実施例で光源が発生する３種
類の波長λ1，λ2，λ3の変調光を、任意の波形の所定
の繰り返し周波数の変調光としたものである。つまり、
前記第４実施例では、所定角周波数の正弦波変調光を使
用したが、変調光は所定の周波数成分を含むものであれ
ばどのような波形のものであっても、その中に含まれる
特定の周波数成分に対して、第４実施例の手法をそのま
ま適用することができる。例えば、繰り返しパルス光で
は、繰り返し周波数と同一、およびその整数倍の周波数
成分が存在するので、いずれかの周波数成分に対して第
４実施例の手法をそのまま適用することができる。所定
の繰り返し周波数の変調光に要求される性能は、安定な
繰り返し周波数と安定な光強度である。
類の波長λ1，λ2，λ3の変調光を、任意の波形の所定
の繰り返し周波数の変調光としたものである。つまり、
前記第４実施例では、所定角周波数の正弦波変調光を使
用したが、変調光は所定の周波数成分を含むものであれ
ばどのような波形のものであっても、その中に含まれる
特定の周波数成分に対して、第４実施例の手法をそのま
ま適用することができる。例えば、繰り返しパルス光で
は、繰り返し周波数と同一、およびその整数倍の周波数
成分が存在するので、いずれかの周波数成分に対して第
４実施例の手法をそのまま適用することができる。所定
の繰り返し周波数の変調光に要求される性能は、安定な
繰り返し周波数と安定な光強度である。
【０１１７】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の散乱体の
吸収情報計測方法および装置によれば、再入射不可能な
面からなる任意の形状の散乱体内部の吸収成分の濃度変
化あるいは絶対濃度を効率良く計測することが可能とな
る。また、本発明によれば、前記濃度変化の空間分布、
濃度の時間変化や空間分布を計測することができる。さ
らに、本発明の方法および装置においては変調光を利用
していることから光の利用率が高く、かつ信号対雑音比
が大きくなり、高い計測精度が得られる。したがって、
本発明の方法および装置によれば、脳内酸素量、運動中
の人の脚の筋肉の中の酸素量、立ち木などの吸収成分の
濃度などのリアルタイム計測を高精度にかつ効率良く行
うことが可能になる。
吸収情報計測方法および装置によれば、再入射不可能な
面からなる任意の形状の散乱体内部の吸収成分の濃度変
化あるいは絶対濃度を効率良く計測することが可能とな
る。また、本発明によれば、前記濃度変化の空間分布、
濃度の時間変化や空間分布を計測することができる。さ
らに、本発明の方法および装置においては変調光を利用
していることから光の利用率が高く、かつ信号対雑音比
が大きくなり、高い計測精度が得られる。したがって、
本発明の方法および装置によれば、脳内酸素量、運動中
の人の脚の筋肉の中の酸素量、立ち木などの吸収成分の
濃度などのリアルタイム計測を高精度にかつ効率良く行
うことが可能になる。
【図１】散乱体内部を伝播した光子の飛跡を示す模式図
である。
である。
【図２】本発明にかかる第１実施例の装置の構成概略図
である。
である。
【図３】ヘモグロビンおよびミオグロビンの吸収スペク
トルを示すグラフである。
トルを示すグラフである。
【図４】（ａ）〜（ｃ）はそれぞれ、変調光の発生方法
を示す概略図である。
を示す概略図である。
【図５】（ａ）〜（ｄ）はそれぞれ、散乱体への光入射
方法を示す概略図である。
方法を示す概略図である。
【図６】（ａ）〜（ｃ）はそれぞれ、受光方法を示す概
略図である。
略図である。
【図７】本発明にかかる第２実施例の装置の構成概略図
である。
である。
【図８】本発明にかかる第３実施例の装置の構成概略図
である。
である。
【図９】本発明にかかる第４実施例の装置の構成概略図
である。
である。
【図１０】第４実施例の装置の光入射・検出部の構成概
略図である。
略図である。
１…吸収情報計測装置、２…散乱体、１０…光源、１１
…波長選択器、１２，１３，１３1，１３2…光ガイド、
１４，１４1，１４2…光検出器、１５…信号検出部、１
６…第１演算部、１７…第２演算部、１８…表示記録
部、３０…第１の機構部、３１…第２の機構部、４０…
容器、４１…外部機器、４２…ケーブル、４３…コネク
タ、Ｐ…光入射位置、Ｑ…光検出位置。
…波長選択器、１２，１３，１３1，１３2…光ガイド、
１４，１４1，１４2…光検出器、１５…信号検出部、１
６…第１演算部、１７…第２演算部、１８…表示記録
部、３０…第１の機構部、３１…第２の機構部、４０…
容器、４１…外部機器、４２…ケーブル、４３…コネク
タ、Ｐ…光入射位置、Ｑ…光検出位置。
Claims (22)
- 【請求項１】 測定対象物である散乱体の表面に所定の
変調周波数成分をもつ変調光をスポット状に入射し、 測定対象物の内部を伝播した前記変調光を、前記散乱体
の表面において複数のタイミングでおよび／または複数
の位置で受光して測定信号をそれぞれ取得し、 前記測定信号から前記変調周波数成分の信号をそれぞれ
検出し、 前記の複数のタイミングおよび／または複数の位置にお
ける測定でそれぞれ得られた前記変調周波数成分の信号
の正弦成分、および余弦成分の変調角周波数に対する傾
きを求め、 前記正弦成分と、前記余弦成分の変調角周波数に対する
傾きと、前記の複数のタイミングおよび／または複数の
位置における吸収係数の差との間の所定の関係に基づい
て、第１次情報である前記吸収係数の差を演算する、こ
とを特徴とする散乱体の吸収情報計測方法。 - 【請求項２】 測定対象物である散乱体の表面に所定の
変調周波数成分をもつ変調光をスポット状に入射し、 測定対象物の内部を伝播した前記変調光を、前記散乱体
の表面において複数のタイミングでおよび／または複数
の位置で受光して測定信号をそれぞれ取得し、 前記測定信号から前記変調周波数成分の信号をそれぞれ
検出し、 前記の複数のタイミングおよび／または複数の位置にお
ける測定でそれぞれ得られた前記変調周波数成分の信号
の余弦成分、および正弦成分の変調角周波数に対する傾
きを求め、 前記余弦成分と、前記正弦成分の変調角周波数に対する
傾きと、前記の複数のタイミングおよび／または複数の
位置における吸収係数の差との間の所定の関係に基づい
て、第１次情報である前記吸収係数の差を演算する、こ
とを特徴とする散乱体の吸収情報計測方法。 - 【請求項３】 測定対象物である散乱体の表面に所定の
変調周波数成分をもつ変調光をスポット状に入射し、 測定対象物の内部を伝播した前記変調光を、前記散乱体
の表面において複数のタイミングでおよび／または複数
の位置で受光して測定信号をそれぞれ取得し、 前記測定信号から前記変調周波数成分の信号をそれぞれ
検出し、 前記の複数のタイミングおよび／または複数の位置にお
ける測定でそれぞれ得られた前記変調周波数成分の信号
の振幅、および位相の変調角周波数に対する傾きを求
め、 前記振幅と、前記位相の変調角周波数に対する傾きと、
前記の複数のタイミングおよび／または複数の位置にお
ける吸収係数の差との間の所定の関係に基づいて、第１
次情報である吸収係数の差を演算する、ことを特徴とす
る散乱体の吸収情報計測方法。 - 【請求項４】 測定対象物である散乱体の表面に所定の
変調周波数成分をもつ変調光をスポット状に入射し、 測定対象物の内部を伝播した前記変調光を、前記散乱体
の表面において複数のタイミングでおよび／または複数
の位置で受光して測定信号をそれぞれ取得し、 前記測定信号から前記変調周波数成分の信号をそれぞれ
検出し、 前記の複数のタイミングおよび／または複数の位置にお
ける測定でそれぞれ得られた前記変調周波数成分の信号
の位相、および振幅の変調角周波数に対する傾きを求
め、 前記位相と、前記振幅の変調角周波数に対する傾きと、
前記の複数のタイミングでおよび／または複数の位置に
おける吸収係数の差との間の所定の関係に基づいて、第
１次情報である前記吸収係数の差を演算する、ことを特
徴とする散乱体の吸収情報計測方法。 - 【請求項５】 前記吸収係数の差、吸収成分の単位濃度
当たりの吸収係数、および吸収成分の濃度の差との間の
所定の関係に基づいて、前記吸収成分の濃度の差を定量
することを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項記載
の散乱体の吸収情報計測方法。 - 【請求項６】 測定対象物である散乱体の表面に、所定
の変調周波数成分をもちかつ測定対象物に対して散乱係
数が等しいか又は等しいと見なせる異なる波長をもつ複
数種の変調光をスポット状に入射し、 測定対象物の内部を伝播した前記変調光を前記散乱体の
表面における所定の位置で受光して、前記波長に対して
それぞれ測定信号を取得し、 前記測定信号から前記変調周波数成分の信号をそれぞれ
検出し、 前記波長に対してそれぞれ得られた前記変調周波数成分
の信号の正弦成分、および余弦成分の変調角周波数に対
する傾きを求め、 前記正弦成分と、前記余弦成分の変調角周波数に対する
傾きと、前記波長のそれぞれに対する吸収係数の差との
間の所定の関係に基づいて、第１次情報である前記吸収
係数の差を演算する、ことを特徴とする散乱体の吸収情
報計測方法。 - 【請求項７】 測定対象物である散乱体の表面に、所定
の変調周波数成分をもちかつ測定対象物に対して散乱係
数が等しいか又は等しいと見なせる異なる波長をもつ複
数種の変調光をスポット状に入射し、 測定対象物の内部を伝播した前記変調光を前記散乱体の
表面における所定の位置で受光して、前記波長に対して
それぞれ測定信号を取得し、 前記測定信号から前記変調周波数成分の信号をそれぞれ
検出し、 前記波長に対してそれぞれ得られた前記変調周波数成分
の信号の余弦成分、および正弦成分の変調角周波数に対
する傾きを求め、 前記余弦成分と、前記正弦成分の変調角周波数に対する
傾きと、前記波長のそれぞれに対する吸収係数の差との
間の所定の関係に基づいて、第１次情報である前記吸収
係数の差を演算する、ことを特徴とする散乱体の吸収情
報計測方法。 - 【請求項８】 測定対象物である散乱体の表面に、所定
の変調周波数成分をもちかつ測定対象物に対して散乱係
数が等しいか又は等しいと見なせる異なる波長をもつ複
数種の変調光をスポット状に入射し、 測定対象物の内部を伝播した前記変調光を前記散乱体の
表面における所定の位置で受光して、前記波長に対して
それぞれ測定信号を取得し、 前記測定信号から前記変調周波数成分の信号をそれぞれ
検出し、 前記波長に対してそれぞれ得られた前記変調周波数成分
の信号の振幅、および位相の変調角周波数に対する傾き
を求め、 前記振幅と、前記位相の変調角周波数に対する傾きと、
前記波長のそれぞれに対する吸収係数の差との間の所定
の関係に基づいて、第１次情報である前記吸収係数の差
を演算する、ことを特徴とする散乱体の吸収情報計測方
法。 - 【請求項９】 測定対象物である散乱体の表面に、所定
の変調周波数成分をもちかつ測定対象物に対して散乱係
数が等しいか又は等しいと見なせる異なる波長をもつ複
数種の変調光をスポット状に入射し、 測定対象物の内部を伝播した前記変調光を前記散乱体の
表面における所定の位置で受光して、前記波長に対して
それぞれ測定信号を取得し、 前記測定信号から前記変調周波数成分の信号をそれぞれ
検出し、 前記波長に対してそれぞれ得られた前記変調周波数成分
の信号の位相、および振幅の変調角周波数に対する傾き
を求め、 前記位相と、前記振幅の変調角周波数に対する傾きと、
前記波長のそれぞれに対する吸収係数の差との間の所定
の関係に基づいて、第１次情報である前記吸収係数の差
を演算する、ことを特徴とする散乱体の吸収情報計測方
法。 - 【請求項１０】 前記吸収係数の差、前記波長のそれぞ
れに対する吸収成分の単位濃度当たりの吸収係数、およ
び吸収成分の濃度との間の所定の関係に基づいて、前記
吸収成分の濃度を定量することを特徴とする請求項６〜
９のいずれか一項記載の散乱体の吸収情報計測方法。 - 【請求項１１】 前記測定信号は、前記測定対象物の表
面における複数の位置でそれぞれ受光した複数の測定信
号である、ことを特徴とする請求項６〜１０のいずれか
一項記載の散乱体の吸収情報計測方法。 - 【請求項１２】 測定対象物である散乱体の表面に所定
の変調周波数成分をもつ変調光をスポット状に入射する
光入射部と、 測定対象物の内部を伝播した前記変調光を、前記散乱体
の表面において複数のタイミングでおよび／または複数
の位置で受光して測定信号をそれぞれ取得する光検出部
と、 前記測定信号から前記変調周波数成分の信号をそれぞれ
検出する信号検出部と、 前記の複数のタイミングおよび／または複数の位置にお
ける測定でそれぞれ得られた前記変調周波数成分の信号
の正弦成分、および余弦成分の変調角周波数に対する傾
きを演算する第１の演算部と、 前記正弦成分と、前記余弦成分の変調角周波数に対する
傾きと、前記の複数のタイミングおよび／または複数の
位置における吸収係数の差との間の所定の関係に基づい
て、第１次情報である前記吸収係数の差を演算する第２
の演算部とを具備する、ことを特徴とする散乱体の吸収
情報計測装置。 - 【請求項１３】 測定対象物である散乱体の表面に所定
の変調周波数成分をもつ変調光をスポット状に入射する
光入射部と、 測定対象物の内部を伝播した前記変調光を、前記散乱体
の表面において複数のタイミングでおよび／または複数
の位置で受光して測定信号をそれぞれ取得する光検出部
と、 前記測定信号から前記変調周波数成分の信号をそれぞれ
検出する信号検出部と、 前記の複数のタイミングおよび／または複数の位置にお
ける測定でそれぞれ得られた前記変調周波数成分の信号
の余弦成分、および正弦成分の変調角周波数に対する傾
きを演算する第１の演算部と、 前記余弦成分と、前記正弦成分の変調角周波数に対する
傾きと、前記の複数のタイミングおよび／または複数の
位置における吸収係数の差との間の所定の関係に基づい
て、第１次情報である前記吸収係数の差を演算する第２
の演算部とを具備する、ことを特徴とする散乱体の吸収
情報計測装置。 - 【請求項１４】 測定対象物である散乱体の表面に所定
の変調周波数成分をもつ変調光をスポット状に入射する
光入射部と、 測定対象物の内部を伝播した前記変調光を、前記散乱体
の表面において複数のタイミングでおよび／または複数
の位置で受光して測定信号をそれぞれ取得する光検出部
と、 前記測定信号から前記変調周波数成分の信号をそれぞれ
検出する信号検出部と、 前記の複数のタイミングおよび／または複数の位置にお
ける測定でそれぞれ得られた前記変調周波数成分の信号
の振幅、および位相の変調角周波数に対する傾きを演算
する第１の演算部と、 前記振幅と、前記位相の変調角周波数に対する傾きと、
前記の複数のタイミングおよび／または複数の位置にお
ける吸収係数の差との間の所定の関係に基づいて、第１
次情報である吸収係数の差を演算する第２の演算部とを
具備する、ことを特徴とする散乱体の吸収情報計測装
置。 - 【請求項１５】 測定対象物である散乱体の表面に所定
の変調周波数成分をもつ変調光をスポット状に入射する
光入射部と、 測定対象物の内部を伝播した前記変調光を、前記散乱体
の表面において複数のタイミングでおよび／または複数
の位置で受光して測定信号をそれぞれ取得する光検出部
と、 前記測定信号から前記変調周波数成分の信号をそれぞれ
検出する信号検出部と、 前記の複数のタイミングおよび／または複数の位置にお
ける測定でそれぞれ得られた前記変調周波数成分の信号
の位相、および振幅の変調角周波数に対する傾きを演算
する第１の演算部と、 前記位相と、前記振幅の変調角周波数に対する傾きと、
前記の複数のタイミングでおよび／または複数の位置に
おける吸収係数の差との間の所定の関係に基づいて、第
１次情報である前記吸収係数の差を演算する第２の演算
部とを具備する、ことを特徴とする散乱体の吸収情報計
測装置。 - 【請求項１６】 前記第２の演算部は、さらに、前記吸
収係数の差、吸収成分の単位濃度当たりの吸収係数、お
よび吸収成分の濃度の差との間の所定の関係に基づい
て、前記吸収成分の濃度の差を演算することを特徴とす
る請求項１２〜１５のいずれか一項記載の散乱体の吸収
情報計測装置。 - 【請求項１７】 測定対象物である散乱体の表面に、所
定の変調周波数成分をもちかつ測定対象物に対して散乱
係数が等しいか又は等しいと見なせる異なる波長をもつ
複数種の変調光をスポット状に入射する光入射部と、 測定対象物の内部を伝播した前記変調光を前記散乱体の
表面における所定の位置で受光して、前記波長に対して
それぞれ測定信号を取得する光検出部と、 前記測定信号から前記変調周波数成分の信号をそれぞれ
検出する信号検出部と、 前記波長に対してそれぞれ得られた前記変調周波数成分
の信号の正弦成分、および余弦成分の変調角周波数に対
する傾きを演算する第１の演算部と、 前記正弦成分と、前記余弦成分の変調角周波数に対する
傾きと、前記波長のそれぞれに対する吸収係数の差との
間の所定の関係に基づいて、第１次情報である前記吸収
係数の差を演算する第２の演算部とを具備する、ことを
特徴とする散乱体の吸収情報計測装置。 - 【請求項１８】 測定対象物である散乱体の表面に、所
定の変調周波数成分をもちかつ測定対象物に対して散乱
係数が等しいか又は等しいと見なせる異なる波長をもつ
複数種の変調光をスポット状に入射する光入射部と、 測定対象物の内部を伝播した前記変調光を前記散乱体の
表面における所定の位置で受光して、前記波長に対して
それぞれ測定信号を取得する光検出部と、 前記測定信号から前記変調周波数成分の信号をそれぞれ
検出する信号検出部と、 前記波長に対してそれぞれ得られた前記変調周波数成分
の信号の余弦成分、および正弦成分の変調角周波数に対
する傾きを演算する第１の演算部と、 前記余弦成分と、前記正弦成分の変調角周波数に対する
傾きと、前記波長のそれぞれに対する吸収係数の差との
間の所定の関係に基づいて、第１次情報である前記吸収
係数の差を演算する第２の演算部とを具備する、ことを
特徴とする散乱体の吸収情報計測装置。 - 【請求項１９】 測定対象物である散乱体の表面に、所
定の変調周波数成分をもちかつ測定対象物に対して散乱
係数が等しいか又は等しいと見なせる異なる波長をもつ
複数種の変調光をスポット状に入射する光入射部と、 測定対象物の内部を伝播した前記変調光を前記散乱体の
表面における所定の位置で受光して、前記波長に対して
それぞれ測定信号を取得する光検出部と、 前記測定信号から前記変調周波数成分の信号をそれぞれ
検出する信号検出部と、 前記波長に対してそれぞれ得られた前記変調周波数成分
の信号の振幅、および位相の変調角周波数に対する傾き
を演算する第１の演算部と、 前記振幅と、前記位相の変調角周波数に対する傾きと、
前記波長のそれぞれに対する吸収係数の差との間の所定
の関係に基づいて、第１次情報である前記吸収係数の差
を演算する第２の演算部とを具備する、ことを特徴とす
る散乱体の吸収情報計測装置。 - 【請求項２０】 測定対象物である散乱体の表面に、所
定の変調周波数成分をもちかつ測定対象物に対して散乱
係数が等しいか又は等しいと見なせる異なる波長をもつ
複数種の変調光をスポット状に入射する光入射部と、 測定対象物の内部を伝播した前記変調光を前記散乱体の
表面における所定の位置で受光して、前記波長に対して
それぞれ測定信号を取得する光検出部と、 前記測定信号から前記変調周波数成分の信号をそれぞれ
検出する信号検出部と、 前記波長に対してそれぞれ得られた前記変調周波数成分
の信号の位相、および振幅の変調角周波数に対する傾き
を演算する第１の演算部と、 前記位相と、前記振幅の変調角周波数に対する傾きと、
前記波長のそれぞれに対する吸収係数の差との間の所定
の関係に基づいて、第１次情報である前記吸収係数の差
を演算する第２の演算部とを具備する、ことを特徴とす
る散乱体の吸収情報計測装置。 - 【請求項２１】 第２の演算部は、さらに、前記吸収係
数の差、前記波長のそれぞれに対する吸収成分の単位濃
度当たりの吸収係数、および吸収成分の濃度との間の所
定の関係に基づいて、前記吸収成分の濃度を定量するこ
とを特徴とする請求項１７〜２０のいずれか一項記載の
散乱体の吸収情報計測装置。 - 【請求項２２】 前記光検出部は、前記測定対象物の表
面における複数の位置でそれぞれ受光することが可能な
受光部を備えており、 前記測定信号は、前記測定対象物の表面における複数の
位置でそれぞれ受光した複数の測定信号である、ことを
特徴とする請求項１７〜２１のいずれか一項記載の散乱
体の吸収情報計測装置。
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