WO2019082594A1 - 計測装置 - Google Patents

計測装置

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WO2019082594A1
WO2019082594A1 PCT/JP2018/036206 JP2018036206W WO2019082594A1 WO 2019082594 A1 WO2019082594 A1 WO 2019082594A1 JP 2018036206 W JP2018036206 W JP 2018036206W WO 2019082594 A1 WO2019082594 A1 WO 2019082594A1
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WO
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scatterer
image
distance
measuring device
location
Prior art date
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PCT/JP2018/036206
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English (en)
French (fr)
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鳴海　建治
青児 西脇
安比古 足立
Original Assignee
パナソニックＩｐマネジメント株式会社
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Publication date
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    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
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    • A61B5/14553—Measuring characteristics of blood in vivo, e.g. gas concentration, pH value; Measuring characteristics of body fluids or tissues, e.g. interstitial fluid, cerebral tissue using optical sensors, e.g. spectral photometrical oximeters for measuring blood gases specially adapted for cerebral tissue

Definitions

  • the present disclosure relates to a measurement device.
  • Patent Document 1 discloses an apparatus for inspecting skin damage caused by burns by an optical method.
  • Patent Document 1 discloses that laser speckle analysis is used to estimate the depth of burns.
  • the present disclosure provides a measurement device capable of acquiring information on the depth of an object present inside a scatterer by a simple optical system.
  • a measurement device is a measurement device for acquiring information of an object present inside a scatterer, and is a light source that emits laser light toward the scatterer, an imaging device, and the like.
  • a signal processing circuit ; and a control device that controls the light source and the imaging device, and controls an irradiation position of the laser light in the scatterer.
  • the control device causes the light source to irradiate a first portion of the scatterer with the laser light, and a first image of the laser light emitted from a first target area separated from the first portion
  • the first image signal shown is output to the imaging element, and the light source is caused to irradiate the second portion in the scatterer with the laser light, and the light is emitted from the second target region separated from the second portion.
  • a second image signal indicating a second image of the laser light is output to the imaging element.
  • the signal processing circuit generates and outputs data relating to the position of the object inside the scatterer by calculation using the first image signal and the second image signal.
  • the first distance between the first location and the center of the first region of interest is equal to a second distance between the second location and the center of the second region of interest, or The difference between the second distance and the second distance is less than 10% of the shorter of the first distance and the second distance.
  • a measurement device is a measurement device for acquiring information of an object present inside a scatterer, and is a light source that emits laser light toward the scatterer, and an imaging device. , A signal processing circuit, and a control device that controls the light source and the imaging device.
  • the control device causes the light source to irradiate a first portion of the scatterer with the laser light, and a first image by the laser light emitted from a first target area separated from the first portion
  • An image signal indicating an image including a second image of the laser light emitted from a second target area separated from the first location is output to the imaging element.
  • the signal processing circuit performs the calculation in the inside of the scatterer by an operation using a first portion indicating the first image and a second portion indicating the second image among the image signals. Generate and output data on the position of the object.
  • the first distance between the first location and the center of the first region of interest may be equal to a second distance between the first location and the center of the second region of interest, or The difference between the second distance and the second distance is less than 10% of the shorter of the first distance and the second distance.
  • information on the depth of an object present inside the scatterer can be obtained by a simple optical system.
  • FIG. 1A is a top view schematically showing a configuration example of an analysis model.
  • FIG. 1B is a side view schematically showing a configuration example of an analysis model.
  • FIG. 2A is a diagram showing an example of a graph plotting the relationship between the amount of movement of the scatterer and the amount of light when the scatterer is moved in the X direction.
  • FIG. 2B is a diagram showing an example of a graph in which the relationship between the amount of movement of the scatterer and the phase variation is plotted when the scatterer is moved in the X direction.
  • FIG. 3A is a diagram showing an example of a graph in which the relationship between the moving amount of the scatterer and the change rate of the light amount is plotted on the basis of the peripheral region where the foreign matter is not present.
  • FIG. 1A is a top view schematically showing a configuration example of an analysis model.
  • FIG. 1B is a side view schematically showing a configuration example of an analysis model.
  • FIG. 2A is a diagram showing an example
  • FIG. 3B is a diagram showing an example of a graph in which the relationship between the moving amount of the scatterer and the change rate of the phase variation is plotted with reference to the peripheral region where foreign matter is not present.
  • FIG. 4A is a diagram showing an example of a graph in which the relationship between the maximum value of the rate of change of phase variation and the coherence length when a scatterer is scanned is plotted.
  • FIG. 4B is an enlarged view of a portion up to a coherent length of 150 mm in FIG. 4A.
  • FIG. 5 is a diagram showing an example of a graph in which the relationship between the depth of a foreign substance and the maximum value of the change in the rate of change of the light quantity and the phase variation when the scatterer is scanned is plotted.
  • FIG. 6A is a view schematically showing an arrangement relationship between the measurement device and the scatterer when the first imaging is performed in the exemplary embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 6B is a view schematically showing the arrangement relationship between the measurement device and the scatterer when the second imaging is performed in the exemplary embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 7A is a view showing an example of a first interference image acquired by the first imaging.
  • FIG. 7B is a view showing an example of a second interference image acquired by the second imaging.
  • FIG. 8 is a flowchart showing an example of the operation of the signal processing circuit.
  • FIG. 9 is a diagram schematically illustrating the configuration of a measurement device according to another embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 10A is a top view schematically showing a scatterer containing foreign matter used in the examples.
  • FIG. 10B is a side view schematically showing a scatterer containing foreign matter used in the examples.
  • FIG. 11A is a diagram showing an example of a graph in which the relationship between the position of the target region in the scatterer and the light amount of the interference image is plotted.
  • FIG. 11B is a diagram showing an example of a graph in which the relationship between the position of the target region in the scatterer and the phase variation of the interference image is plotted.
  • FIG. 12A is a diagram showing an example of a graph plotting the relationship between the position of the target region in the scatterer, the change rate of the light quantity, and the change rate of the phase variation.
  • FIG. 11A is a diagram showing an example of a graph in which the relationship between the position of the target region in the scatterer and the light amount of the interference image is plotted.
  • FIG. 12A is a diagram showing an example of a graph plotting the
  • FIG. 12B is a diagram showing an example of a graph plotting the relationship between the position of the target region in the scatterer and the ratio of the light intensity change rate to the phase variation change rate in the example shown in FIG. 12A.
  • FIG. 12C is a diagram showing an example of a graph plotting the relationship between the position of the target region in the scatterer and the ratio of the rate of change after correction.
  • FIG. 13A is a diagram showing the result of extracting only the information of the shallow region based on the depth of 2 mm from the result of FIG. 12C.
  • FIG. 13B is a diagram showing the result of extracting only the information of the deep region based on the depth of 5 mm from the result of FIG. 12C.
  • FIG. 14A is a view schematically showing an example in which the measurement device of the embodiment is applied to detection of blood flow in a human head.
  • FIG. 14B is a view schematically showing an example in which the measurement device of the embodiment is applied to detection of subcutaneous blood flow in an arm.
  • FIG. 14C is a view schematically showing an example in which the measuring device of the embodiment is applied to inspection of food.
  • measuring devices such as a photoplethysmograph sensor, near-infrared spectroscopy (NIRS), and optical coherence tomography (OCT) have been developed.
  • NIRS near-infrared spectroscopy
  • OCT optical coherence tomography
  • a photoelectric pulse wave sensor In a photoelectric pulse wave sensor, the surface of the skin is illuminated with green or near infrared LED illumination light. Blood containing hemoglobin flows in the subcutaneous artery. Hemoglobin has the property of absorbing green or near infrared light. Pulsating the artery changes the state of blood flow in the artery. As a result, the light absorption amount of hemoglobin in the irradiation area changes. By detecting the component of the illumination light which is multiply scattered in the artery or the subcutaneous tissue and emitted again from the surface of the skin with the photodiode, it is possible to observe the change in the amount of received light according to the pulsation of the artery. In this way, a pulse wave signal is detected. The photoelectric pulse wave sensor detects the internal state of the scatterer as the amount of light.
  • NIRS brain function measuring device
  • the scalp is illuminated with near infrared laser or LED illumination light.
  • a part of the illumination light that is multiply scattered inside the head passes through the skull and scatters while reaching the surface layer of the brain in the skull.
  • part of the illumination light is further multiply scattered in the brain surface layer. This changes the amount of light emitted from the scalp surface.
  • the activity state of the brain surface can be estimated.
  • the internal state of the scatterer is detected as the amount of light, as in the photoelectric pulse wave sensor.
  • OCT optical tomographic measurement apparatus
  • Illumination light having a coherence length that is, a coherence length of several tens of ⁇ m
  • Illumination light having a coherence length is branched into two by the beam splitter.
  • One light is reflected by the mirror and becomes a reference light.
  • the other light is incident on a scatterer such as a living body, and the light is scattered inside the scatterer and emitted again from the surface to become signal light.
  • the signal light and the reference light are combined by the beam splitter, components of the signal light having an optical path length equal to the optical path length of the reference light interfere with each other to generate interference light.
  • the component of the signal light contributing to interference is only the component of light which travels straight inside the scatterer and is reflected and emitted from the surface.
  • the component of the light is referred to as straight reflected light.
  • the component of the signal light contributing to the interference does not include the component of the light which is multiply scattered within the scatterer.
  • the OCT detects the amount of reflected light at a specific depth inside the scatterer using an interference phenomenon.
  • the above-described pulse wave sensor and methods such as NIRS can not obtain information on the depth of an object present inside the scatterer.
  • the method such as OCT described above can obtain information on the depth of the object, it requires a mirror for reference light and a beam splitter, which complicates the optical system.
  • the present inventors have found the above problems and considered a novel measuring device.
  • the present disclosure includes the measuring device described in the following items.
  • the measuring device is A measuring device for acquiring information of an object present inside a scatterer, A light source for emitting laser light toward the scatterer; An imaging device, Signal processing circuit, A control device that controls the light source and the imaging device and controls the irradiation position of the laser light in the scatterer; Equipped with
  • the controller is A first image showing a first image of the laser light emitted from the first target area separated from the first position by irradiating the light source with the laser light at a first position in the scatterer Output a signal to the image sensor; A second image showing a second image of the laser light emitted from the second target area separated from the second location by irradiating the light source with the second location in the scatterer. A signal is output to the imaging device.
  • the signal processing circuit generates and outputs data relating to the position of the object inside the scatterer by calculation using the first image signal and the second image signal.
  • the first distance between the first location and the center of the first region of interest is equal to a second distance between the second location and the center of the second region of interest, or The difference between the second distance and the second distance is less than 10% of the shorter of the first distance and the second distance.
  • the control device includes an actuator that changes at least one of a group selected from the position of the light source and the position of the scatterer.
  • the control device may change the irradiation position by driving the actuator.
  • the signal processing circuit A first average luminance representing an average of the luminances of the first image and a first luminance variation representing a dispersion of the luminances of the first image are calculated based on the first image signal, Based on the second image signal, a second average brightness representing an average of the brightness of the second image and a second brightness variation representing a variation of the brightness of the second image are calculated.
  • the data may be generated and output by calculation using the first average luminance, the second average luminance, the first luminance variation, and the second luminance variation.
  • the controller is A third image showing a third image of the laser light emitted from the third target area separated from the third location by irradiating the light source with the third location in the scatterer. Output a signal to the image sensor;
  • the first distance is equal to a third distance between the third location and the center of the third target area, or a difference between the first distance and the third distance is the third distance. It may be less than 10% of the shorter one of the distance of 1 and the third distance.
  • the first portion, the second portion, and the third portion may be arranged at equal intervals in one direction on the surface of the scatterer.
  • the controller is A third image showing a third image of the laser light emitted from the third target area separated from the third location by irradiating the light source with the third location in the scatterer. Output a signal to the image sensor;
  • the third part may be different from any of the first part and the second part, and the object may not exist.
  • the measuring device is A measuring device for acquiring information of an object present inside a scatterer, A light source for emitting laser light toward the scatterer; An imaging device, Signal processing circuit, A control device that controls the light source and the imaging device; Equipped with
  • the controller is A first image of the laser light emitted from a first target area separated from the first location by irradiating the light source with a first location in the scatterer; An image signal indicating an image including a second image of the laser light emitted from a second target area separated from a portion is output to the imaging element.
  • the signal processing circuit performs the calculation in the inside of the scatterer by an operation using a first portion indicating the first image and a second portion indicating the second image among the image signals. Generate and output data on the position of the object.
  • the first distance between the first location and the center of the first region of interest is equal to a second distance between the second location and the center of the second region of interest, or The difference between the second distance and the second distance is less than 10% of the shorter of the first distance and the second distance.
  • the signal processing circuit A first average luminance representing an average of the luminances of the first image and a first luminance variation representing a dispersion of the luminances of the first image based on the first portion of the image signal Calculate Among the image signals, based on the second portion, a second average luminance representing an average of the luminances of the second image, and a second luminance variation representing a dispersion of the luminance of the second image Calculate
  • the data may be generated and output by calculation using the first average luminance, the second average luminance, the first luminance variation, and the second luminance variation.
  • the controller is The second portion of the scatterer is irradiated with the laser light to the light source, and an image signal representing a third image of the laser light emitted from a third target area separated from the second portion is displayed. Make the image sensor output The second part may be different from the first part, and the object may not exist.
  • the signal processing circuit The change rate of the average luminance is calculated by dividing the absolute value of the difference between the first average luminance and the second average luminance by the first average luminance or the second average luminance, The rate of change in luminance variation is calculated by dividing the absolute value of the difference between the first luminance variation and the second luminance variation by the first luminance variation or the second luminance variation. From the ratio between the change rate of the average brightness and the change rate of the brightness variation, the object is two or more areas inside the scatterer, and the depth from the surface of the scatterer differs from each other Of the areas, it may be determined in which area.
  • the coherence length of the laser light may be 1 mm or more and 400 mm or less.
  • the coherence length of the laser light may be 2 mm or more and 100 mm or less.
  • the coherence length of the laser light may be 5 mm or more and 20 mm or less.
  • the scatterer is a living body
  • the object may be a portion of the inside of the living body in which the concentration of hemoglobin is higher than that of the surroundings.
  • the scatterer is a food
  • the object is a content sealed in the food
  • the signal processing circuit may determine whether the content is located at a correct depth inside the food and output a determination result.
  • the light source may be capable of switching the coherence length of the laser light between different values.
  • the object may have different scattering properties than the scatterer.
  • all or part of a circuit, unit, device, member or part, or all or part of a functional block in a block diagram represents a semiconductor device, a semiconductor integrated circuit (IC), or a large scale integration (LSI). It may be implemented by one or more electronic circuits, including: The LSI or IC may be integrated on one chip or may be configured by combining a plurality of chips. For example, functional blocks other than storage elements may be integrated on one chip.
  • LSI or “IC” is used here, the term is changed depending on the degree of integration, and may be called system LSI, VLSI (very large scale integration), or ULSI (ultra large scale integration).
  • a Field Programmable Gate Array (FPGA) programmed after the manufacture of the LSI, or a reconfigurable logic device capable of reconfiguring junctions inside the LSI or setting up circuit sections inside the LSI can also be used for the same purpose.
  • FPGA Field Programmable Gate Array
  • circuits, units, devices, members or parts can be performed by software processing.
  • the software is recorded on a non-transitory recording medium such as one or more ROMs, optical disks, hard disk drives, etc., and the software is identified by the software when it is executed by a processor.
  • the functions are performed by a processor and peripherals.
  • the system or apparatus may comprise one or more non-transitory storage media on which software is stored, a processor, and the required hardware devices, such as an interface.
  • the present inventors examined a measuring device for acquiring information on the depth of a substance having a scattering property different from that of the scatterer inside the optical scatterer. The examination was conducted based on the analysis model of such a measuring device.
  • the substance is referred to as "foreign matter" or "object”.
  • the present inventors calculated the distribution of the multiple scattered light emitted from the surface of the scatterer in the case where the scatterer in this analytical model is irradiated with the illumination light by the Monte Carlo method.
  • FIGS. 1A and 1B are a top view and a side view schematically showing the configuration of an analysis model, respectively. Hatched double arrows shown in FIGS. 1A and 1B indicate that the scatterer 101 is moved.
  • a coordinate system defined by orthogonal X, Y, and Z axes is used.
  • the surface of the scatterer 101 is parallel to the XY plane.
  • a portion of the surface of the scatterer 101 (referred to as “irradiation unit 105”) is irradiated with illumination light, and light emitted from a portion (referred to as “target area 306”) separated from the portion by a predetermined distance in the X direction Is detected.
  • a foreign object 102 which is an object of measurement, is enclosed at a position of depth d [mm] inside the scatterer 101.
  • the size of the foreign material 102 is 10 ⁇ 10 ⁇ 10 mm.
  • the foreign substance 102 is a substance having a scattering property lower than that of the scatterer 101, and the equivalent scattering coefficient ⁇ s is zero.
  • illumination light light of a spot with a sufficiently small size was used.
  • the distance between the irradiation unit 105 and the center of the target area 306 will be referred to as a Source-Detector distance.
  • the Source-Detector distance is 4 mm.
  • the depth d from the surface of the scatterer 101 to the surface of the foreign material 102 was changed in three ways of 2 mm, 5 mm and 10 mm.
  • phase variation For each depth, the amount of light and the spatial variation of the light phase (hereinafter referred to as “phase variation”) on the image plane (not shown) corresponding to the target area 306 were calculated. In this analysis, the standard deviation of the light quantity on the image plane was calculated as the phase variation.
  • the light that has entered the interior of the scatterer is multiply scattered, and the optical path length of each ray is dispersed in an order much larger than the wavelength of the illumination light. Therefore, the phase at the image plane is spatially random. However, there is a possibility that the random phase variation can be observed as an interference image.
  • the possibilities vary depending on the relationship between the coherence length of the illumination light and the mean path length of a large number of rays passing through the scatterer.
  • optical path length deviation The absolute amount of variation in the optical path length of a large number of light beams passing through the scatterer 101 increases as the average optical path length increases.
  • the coherence length of the illumination light is equal to or greater than the optical path length deviation, two light rays present in the vicinity of the image plane have coherency. Thereby, the phase difference of two light rays appears in an interference image.
  • the coherence length of the illumination light is smaller than the optical path length deviation, the probability that two light rays existing in the vicinity of each other on the image plane are coherent is low. Therefore, the probability that the phase difference appears in the interference image also decreases.
  • the average optical path length of the multiply-scattered rays from the irradiation unit 105 to the inside of the scatterer 101 to the target region 306 is reflected.
  • FIG. 2A is a diagram showing an example of a graph plotting the relationship between the amount of movement of the scatterer 101 and the amount of light detected when the scatterer 101 is moved in the X direction. From the example shown in FIG. 2A, it can be seen that when the area in which the foreign matter 102 is present is imaged, the amount of light detected is reduced as compared with the case where the other areas are imaged. This can be explained as follows. The foreign material 102 has lower scattering than the scatterer 101. Therefore, the amount of light returning from the portion where the foreign matter 102 is present in the surface direction of the scatterer 101 is reduced.
  • FIG. 2B is a diagram showing an example of a graph in which the relationship between the amount of movement of the scatterer and the phase variation is plotted when the scatterer 101 is moved in the X direction. From the example shown in FIG. 2B, it can be seen that, when the region in which the foreign matter 102 is present is imaged, the phase variation is increased as compared with the case where the other region is imaged. This can be explained as follows. Due to the effect of shortening the optical path length of the light passing through the portion where the foreign matter 102 is present, the average optical path length of light passing through the inside of the scatterer from the irradiation portion to the target region becomes short. Therefore, the optical path length deviation becomes smaller with respect to the coherence length of the illumination light, and the coherency becomes higher.
  • FIG. 3A is a diagram showing an example of a graph in which the relationship between the moving amount of the scatterer 101 and the change rate of the light quantity is plotted based on the value in the peripheral region where the foreign matter 102 is not present.
  • FIG. 3B is a diagram showing an example of a graph in which the relationship between the moving amount of the scatterer and the change rate of the phase variation is plotted based on the value in the peripheral region where the foreign matter 102 is not present.
  • both the light amount and the phase variation show a larger change rate as the depth of the foreign material 102 is shallower. It should be noted that the rate of change of the light quantity drops sharply with respect to the depth, whereas the rate of change of the phase variation gradually drops with respect to the depth.
  • the coherence length of the illumination light is 10 mm. If the coherence length is too short, the coherence of the multiple scattered light itself is reduced. Therefore, the change in phase variation due to the presence or absence of foreign matter is reduced. On the other hand, if the coherence length is too long, the coherence of the multiple scattered light remains high regardless of the presence or absence of foreign matter. Therefore, the change in phase variation is reduced. Thus, the appropriate coherence length is within a certain range.
  • FIG. 4A is a diagram showing an example of a graph in which the relationship between the maximum value of the rate of change of phase variation and the coherence length when a scatterer is scanned is plotted.
  • FIG. 4B is an enlarged view of a portion up to a coherent length of 150 mm in FIG. 4A.
  • the range of the coherence length for increasing the rate of change of phase variation is, for example, 1 mm or more and 400 mm or less, in one example, 2 mm or more and 100 mm or less, and in another example, 5 mm or more and 20 mm It turns out that it may be the following.
  • FIG. 5 is a diagram showing an example of a graph in which the relationship between the depth of the foreign substance 102 and the maximum value of the change in the change rate of the light amount and the phase variation when the scatterer 101 is scanned is plotted.
  • the absolute value of the rate of change relative to the reference is taken as the change rate of change rate.
  • the circle and the square indicate the maximum value of the change in the rate of change of the light amount and the rate of change of the phase variation, respectively.
  • the graph shows how sensitive the detection by the light amount and the phase variation is to the depth of the foreign matter 102.
  • the detection by light quantity has higher sensitivity when the depth of foreign matter is 2 mm, and the detection by phase variation when the depth of foreign matter is 5 mm or 10 mm.
  • the sensitivity is high.
  • the reason why the decreasing tendency with respect to the depth of the foreign material 102 is different between the change rate of the light amount and the change rate of the phase variation is considered as follows.
  • illumination light is made incident on the surface of the scatterer 101, less rays reach from the surface to the deeper part.
  • the rate of change of light quantity due to the foreign material 102 present at a certain depth directly reflects the number of light rays reaching that depth.
  • the change rate of the phase variation reflects the change of the average optical path length from the irradiation unit 105 to the target area 306.
  • the optical path length of the light beam scattered inside the foreign matter 102 becomes short.
  • the scattering property of the foreign material 102 is low, the number of light beams scattered within the foreign material 102 and returned to the surface also decreases. As a result, the effect of shortening the average optical path length is considered to be limited.
  • the change rate of the light amount and the change rate of the phase variation with respect to the depth of the foreign matter 102 are It turned out that it shows a different downward tendency.
  • the foreign matter 102 has lower scattering than the scatterer 101.
  • the configuration in which the phenomenon in which the change tendency with respect to the depth is different between the change rate of the light amount and the change rate of the phase variation occurs is not limited to this.
  • the light amount may increase and the phase variation may decrease.
  • at least one of the absorption coefficient and the equivalent scattering coefficient is different between the scatterer 101 and the foreign material 102, a phenomenon occurs in which the changing tendency with respect to depth is different.
  • FIG. 6A is a view schematically showing the configuration of the measuring device 100 in an exemplary embodiment of the present disclosure.
  • the scatterer 101 is also schematically depicted in FIG. 6A.
  • the measuring apparatus 100 After performing the first imaging in a state in which the first portion of the surface of the scatterer 101 is irradiated with light, the measuring apparatus 100 performs a first imaging in a state in which the second portion of the surface of the scatterer 101 is irradiated with light. Perform 2 imaging.
  • FIG. 6A schematically shows the arrangement relationship between the measuring device 100 and the scatterer 101 when the first imaging is performed.
  • FIG. 6B schematically shows the arrangement relationship between the measuring device 100 and the scatterer 101 when the second imaging is performed.
  • the hatched upward arrows in FIG. 6B indicate that the scatterer 101 is moved.
  • the target regions are different between the first imaging and the second imaging.
  • the measuring apparatus 100 in the present embodiment includes a light source 103, an imaging device 108, a signal processing circuit 110, and a control device 130.
  • the light source 103 emits light 104 having a coherence length of 1 mm or more and 400 mm or less toward the scatterer 101.
  • the light source 103 that emits light with a coherence length of 2 mm or more and 100 mm or less may be used.
  • a light source 103 that emits light with a coherence length of 5 mm or more and 20 mm or less may be used.
  • the light source 103 may be, for example, a laser light source that emits laser light having a coherence length in the above range.
  • the control device 130 includes a control circuit that controls the light source 103 and the imaging device 108.
  • the control circuit in the control device 130 controls the actuator 140 to control the irradiation position of light in the scatterer 101.
  • the actuator 140 is connected to a table on which the scatterer 101 is placed, and can move the scatterer 101 in a direction parallel to the imaging surface of the imaging element 108.
  • the control device 130 causes the light source 103 to irradiate the first portion 105 a of the scatterer 101 with the light 104. In this state, control device 130 generates a first image signal representing a first interference image 109, which is a first image of light emitted from a first target area 106 separated from first portion 105a by distance SD. Are output to the imaging element 108. Thereby, the first imaging is completed.
  • the control device 130 causes the light source 103 to irradiate the second portion 105 b of the scatterer 101 with the light 104.
  • the control device 130 captures a second image signal representing a second interference image 113 which is a second image by light emitted from a second target area 112 separated from the second location 105 b. Make it output to 108. This completes the second imaging.
  • the signal processing circuit 110 generates and outputs data on the depth of the foreign material 102 present inside the scatterer 101 by calculation using the first image signal and the second image signal.
  • the control device 130 executes the control described above, for example, by executing a program stored in the memory.
  • the controller 130 may include, for example, an integrated circuit such as a central processing unit (CPU) or a microcomputer (microcomputer). Controller 130 and signal processing circuit 110 may be integrated into one.
  • the actuator 140 is shown as an independent component of the controller 130 in FIGS. 6A and 6B.
  • controller 130 may include an actuator 140.
  • the actuator 140 moves the position of the scatterer 101 in a direction crossing the optical axis of the optical system 107 in response to a control signal supplied from a control circuit in the controller 130.
  • the control device 130 changes the irradiation position by driving the actuator 140.
  • the distance between the first place 105 a and the center of the first target area 106 is equal to the distance between the second place 105 b and the center of the second target area 112.
  • the distance between the first portion 105 a and the center of the first target area 106 may be different from the distance between the second portion 105 b and the center of the second target area 112.
  • the signal processing circuit 110 may correct at least one of the first and second image signals in accordance with the difference in distance so that both signals can be compared.
  • the foreign material 102 exists in the inside of the optical scatterer 101.
  • the foreign substance 102 is a substance in which at least one of the absorption coefficient and the equivalent scattering coefficient is different from that of the surrounding scatterer 101.
  • An example of the scatterer 101 is a living tissue, and an example of the foreign material 102 may be hemoglobin in blood.
  • the light source 103 irradiates the first portion 105 a on the surface of the scatterer 101 with light 104 having a predetermined coherence length in accordance with an instruction from the control device 130.
  • An image of the scattered light emitted from the first target area 106 separated from the first portion 105 a by the distance SD is formed on the imaging surface of the imaging element 108 through the optical system 107.
  • the imaging element 108 captures this image as a first interference image 109, and outputs a first image signal.
  • the control circuit of the control device 130 causes the actuator 140 to move the scatterer 101 while maintaining the positions of the light source 103, the optical system 107 which is a lens, and the imaging element 108.
  • the imaging element 108 captures an image of interference light from the second target area 112 different from the first target area 106.
  • the light from the light source 103 illuminates a second location 105 b different from the first location 105 a.
  • An image of the interference light from the second target area 112 separated from the second portion 105 b by the distance SD is formed on the imaging surface of the imaging element 108.
  • the imaging element 108 captures this image as a second interference image 113, and outputs a second image signal.
  • the foreign matter 102 exists in the back of the first target area 106 in the scatterer 101, and the foreign matter 102 does not exist in the back of the second target area 112. Therefore, information on the depth at which the foreign material 102 exists can be obtained by signal processing using the first image signal and the second image signal.
  • the foreign material 102 may be present in the back of one of the first target area 106 and the second target area 112.
  • the control device 130 causes the light source 103 to sequentially irradiate a plurality of places including the first place 105 a and the second place 105 b in the scatterer 101 with light.
  • the control device 130 causes the imaging element 108 to sequentially output a plurality of image signals indicating a plurality of interference images of light emitted from a plurality of target areas at equal distances from the plurality of locations.
  • the signal processing circuit 110 generates and outputs data on the depth of the object by calculation using a plurality of image signals.
  • the plurality of locations are typically equally spaced in one direction along the surface of the scatterer 101, but may not necessarily be equally spaced.
  • the signal processing circuit 110 calculates the light amount and the phase variation for each of the first interference image 109 and the second interference image 113 by a method described later, and the depth of the foreign matter 102 is determined based on the calculation result. Estimate if it exists.
  • the signal processing circuit 110 outputs information on the depth to the display 111. Details of signal processing by the signal processing circuit 110 will be described later.
  • FIG. 7A is a diagram showing an example of the first interference image 109.
  • FIG. 7B is a diagram showing an example of the second interference image 113.
  • the first interference image 109 and the second interference image 113 are observed as speckle images.
  • light beams existing in the vicinity of each other form a distribution of random luminance.
  • the random luminance distribution reflects the random phase difference distribution. Therefore, the speckle image can be considered to reflect the distribution of random phase differences.
  • An optical element capable of detecting a phase difference may be disposed on the imaging element 108 to directly detect the distribution of the phase difference. In that case, the distribution of the detected phase difference may be an interference image.
  • FIG. 8 is a flowchart showing an example of the operation of the signal processing circuit 110.
  • the signal processing circuit 110 at step S101, light intensity a 1 and a phase variation sigma 1 of the first interference image 109, and calculates the amount of light a 2 and phase variation sigma 2 of the second interference image 113.
  • the light quantity represents the average brightness of the interference image and is also referred to as "average brightness".
  • the average brightness can be determined, for example, by calculating the average of the brightness values of the entire area of the interference image.
  • the phase variation represents the variation of the luminance of the interference image, and is also referred to as the “luminance variation”.
  • the luminance variation is determined, for example, by the following method. (1) The region of the interference image is divided into a plurality of regions by a two-dimensional grid pattern, and the average value of luminance is determined for each region. (2) The standard deviation of the average value of the luminance is determined as the phase variation, with all the divided regions as a parameter.
  • variance may be used instead of the standard deviation.
  • phase variation Another value that digitizes the degree of variation of the luminance distribution may be used as the phase variation.
  • step S102 the signal processing circuit 110 calculates the change rate of the light amount and the change rate of the phase variation.
  • step S103 the signal processing circuit 110 calculates a ratio r i / r p between the change rate of the light amount and the change rate of the phase variation.
  • step S104 the signal processing circuit 110 determines whether the ratio r i / r p is equal to or greater than a predetermined threshold c.
  • the threshold value c is appropriately determined according to the optical properties of the scatterer 101 and the foreign substance 102, the coherence length of the light source 103, and the imaging condition such as the distance between the source and the detector.
  • the signal processing circuit 110 determines that the foreign matter 102 exists in the relatively shallow portion of the first target area 106 or the second target area 112 (step S105). .
  • the signal processing circuit 110 determines that the foreign matter 102 exists in a relatively deep portion of the first target area 106 or the second target area 112 (step S106).
  • the inside of the scatterer 101 may be divided into three or more different depth regions, and the depth region of the foreign material 102 may be determined by the value of the ratio r i / r p .
  • the signal processing circuit 110 sends, to the display 111, data indicating the result of the determination in steps S105 and S106.
  • the signal processing circuit 110 may send the data to a recording medium (not shown) instead of the display 111.
  • the display 111 displays the result. For example, at least one of an image of a relatively deep portion of the scatterer 101 and an image of a shallow portion is displayed. In another example, at least one of the probability that the foreign matter 102 is present at a relatively deep portion of the scatterer 101 and the probability that the foreign matter 102 is present at a shallow portion is displayed as numerical values.
  • the scatterer 101 is a living body, and at least one of information on blood flow in a relatively shallow portion and information on blood flow in a deep portion is displayed as a numerical value.
  • at least one of the optical property in the relatively deep portion of the scatterer 101 and the optical property in the shallow portion is displayed as a numerical value.
  • the optical characteristic is, for example, the amount of reflected light.
  • the information represented as the above numerical value is displayed as an index converted into a symbol such as "standard” or "abnormal” or "o” or " ⁇ ” or "x”.
  • the above-mentioned image or information is sent to an analyzer, an inspection machine, a computer or the like existing outside the measurement apparatus 100.
  • the signal processing circuit 110 in this embodiment performs the following operation.
  • a first average luminance representing an average of luminances of the first interference image 109 and a first luminance variation representing a luminance variation of the first interference image 109 based on the first image signal calculate.
  • the second average luminance representing the average of the luminances of the second interference image 113 and the second luminance variation representing the luminance variations of the second interference image 113 calculate.
  • Data concerning the depth of the object is generated and output by calculation using the first and second average luminances and the first and second luminance variations.
  • the "data on depth” is not limited to the above example, and may be any data or signal indicating the degree of depth from the surface of the scatterer of the object to be measured.
  • the signal processing circuit 110 performs the following operation in the step (3).
  • (3a) The change rate of the average luminance is calculated by dividing the absolute value of the difference between the first average luminance and the second average luminance by the first or second average luminance.
  • (3b) The change rate of the brightness variation is calculated by dividing the absolute value of the difference between the first brightness variation and the second brightness variation by the first or second brightness variation.
  • an actuator 140 for moving the scatterer 101 is used.
  • an actuator that moves the light source 103, the optical system 107, and the imaging element 108 may be used.
  • the actuator may have a mechanism for changing the relative position of the light source 103 and the imaging device 108 in the measuring apparatus 100 and the scatterer 101.
  • the actuator may be included in the controller 130 or may be an element outside the controller 130.
  • FIG. 9 is a view schematically showing a configuration of a measuring device 100 according to another embodiment of the present disclosure.
  • the measuring device 100 acquires images of a plurality of target areas at one time without scanning light.
  • the measuring device 100 in the present embodiment does not have an actuator.
  • the control device 130 causes the light source 103 to irradiate the first portion 105 a of the scatterer 101 with the light 104. In this state, the control device 130 generates the first interference image 109 by the light emitted from the first target area 106 separated from the first part 105 a and the second target area 112 separated from the first part 105 a. An image signal indicating an image including the second interference image 113 of the light emitted from the light source is output to the imaging element 108. This completes two imagings.
  • the signal processing circuit 110 exists inside the scatterer 101 by calculation using a signal of a portion showing the first interference image 109 and a signal of a portion showing the second interference image 113 in the image signal. Data regarding the depth of the foreign object 102 that is the object is generated and output.
  • the distance between the first portion 105 a and the center of the first target area 106 is equal to the distance between the first portion 105 a and the center of the second target area 112.
  • the distance between the first portion 105 a and the center of the first target area 106 may be different from the distance between the first portion 105 a and the center of the second target area 112.
  • the signal processing circuit 110 corrects at least one of the signal of the portion showing the first interference image 109 and the signal of the portion showing the second interference image 113 according to the difference in distance. It may be possible to compare both signals.
  • the signal processing circuit 110 in the present embodiment executes the following operation.
  • the luminance variation of (2) A second average luminance representing an average of luminances of the second interference image 113 based on the signal of a portion showing the second interference image 113, and a second representing the dispersion of the luminances of the second interference image
  • the luminance variation of (3) Data concerning the depth of the foreign material 102 present inside the scatterer 101 is generated and output by calculation using the first and second average luminances and the first and second luminance variations. The specific method of generating the data is as described above.
  • the target area that can be imaged by the optical system 107 and the imaging device 108 includes both the first target area 106 and the second target area 112. Both the first area of interest 106 and the second area of interest 112 are separated from the first location 105a by a distance SD.
  • an area corresponding to the first interference image 109 and an area corresponding to the second interference image 113 may be cut out from the entire area capable of imaging.
  • FIGS. 10A and 10B are a top view and a side view schematically showing the scatterer 101 including the foreign substances 102a and 102b used in the examples, respectively.
  • the scatterer 101 two rod-like foreign substances 102a and 102b of 10 mm square are embedded.
  • the absorption coefficient and the equivalent scattering coefficient of the scatterer 101 are respectively the same as the absorption coefficient and the equivalent scattering coefficient of the scatterer 101 described in the example shown in FIGS. 1A and 1B.
  • the absorption coefficients and equivalent scattering coefficients of the foreign materials 102a and 102b are the same as the absorption coefficient and equivalent scattering coefficient of the foreign material 102 described in the example shown in FIGS. 1A and 1B, respectively.
  • the depth from the surface of the scatterer 101 of one foreign substance 102a is 2 mm
  • the depth from the surface of the scatterer 101 of the other foreign substance 102b is 5 mm.
  • the scatterer 101 is irradiated with illumination light, and the scatterer 101 is moved in 25 steps at 5 mm intervals in the X direction, and a total of 25 target regions are imaged. From the luminance distribution of the interference image corresponding to each target area, the light amount and the phase variation were calculated by the same method as the above-described embodiment.
  • FIG. 11A is a diagram showing an example of a graph in which the relationship between the position of the target region in the scatterer and the light amount of the interference image is plotted.
  • FIG. 11B is a diagram showing an example of a graph in which the relationship between the position of the target region in the scatterer and the phase variation of the interference image is plotted. In both graphs, a change occurs due to the presence of the foreign matter 102a with a depth of 2 mm and the foreign matter 102b with a depth of 5 mm inside.
  • the position of the foreign material 102a with a depth of 2 mm and the position of the foreign material 102b with a depth of 5 mm are separated from the light amount and the phase variation.
  • FIG. 12A is a diagram showing an example of a graph plotting the relationship between the position of the target region in the scatterer, the change rate of the light quantity, and the change rate of the phase variation.
  • the change rate of the light amount and the change rate of the phase variation correspond to r i and r p in the embodiment, respectively.
  • the light quantity and the phase variation at the position 0 mm of the scatterer were used as the reference of the change rate of the light quantity and the phase variation, respectively.
  • the reference position may not be 0 mm, as long as no foreign matter exists immediately below.
  • a position where it is assumed that the foreign matter 102 such as the end of the scatterer 101 does not exist may be used as a reference.
  • the reference may not be determined in the same scatterer 101, and another scatterer having the same optical property and having no foreign matter 102 as a reference may be used.
  • FIG. 12B is a diagram showing an example of a graph plotting the relationship between the position of the target region in the scatterer and the ratio of the light intensity change rate to the phase variation change rate in the example shown in FIG. 12A.
  • the ratio corresponds to r i / r p in the embodiment.
  • the variation is relatively large with respect to the position of the scatterer. This is because when the rate of change of phase variation, which is the denominator of r i / r p , approaches zero, the value of r i / r p becomes extremely large regardless of the value of the rate of change of light quantity.
  • phase variation change rate When the value of the phase variation change rate is close to zero, it is assumed that no foreign substance exists or exists in a deep part where it can not be detected. Therefore, it is reasonable to estimate that no foreign matter is present at a depth of 2 mm or 5 mm. In the example, in the case of r i / r p ⁇ 0.05, correction was made to make the ratio of change rates zero.
  • FIG. 12C is a diagram showing an example of a graph plotting the relationship between the position of the target region in the scatterer and the ratio of the rate of change after correction. As shown in FIG. 12C, reasonable results were obtained.
  • FIG. 13A is a diagram showing the result of extracting only the information of the shallow region based on the depth of 2 mm from the result of FIG. 12C.
  • FIG. 13B is a diagram showing the result of extracting only the information of the deep region based on the depth of 5 mm from the result of FIG. 12C.
  • the ratio of the rate of change after correction is larger than 0.6
  • the ratio of the rate of change is reflected in the image of 2 mm in depth, and in the case of 0.6 or less, 5 mm in depth It is supposed to be reflected in the image. In this way, it is possible to separate the one-dimensional image of the foreign object on the basis of the depth.
  • the respective change rates are calculated from the light amount and the phase variation, and the information on the depth is acquired from the ratio between the change rate of the light amount and the change rate of the phase variation.
  • the information may be acquired not from the ratio but from the difference or the magnitude relationship.
  • information on the depth may be acquired from the light amount and the phase variation.
  • another calculation method may be used in accordance with the optical properties of the scatterer and the foreign matter. Further, the relationship between the state of the foreign object and the change rate of the light amount and the change change rate of the phase may be machine-learned, and information on the depth may be acquired based on the learning result. Further, the relationship between the state of the foreign object, the light amount and the phase variation may be machine-learned, and information on the depth may be acquired based on the learning result.
  • the absorptivity and scattering properties of a plurality of foreign substances present inside may be different from each other.
  • it is effective to change the coherence length of the light source into a plurality of types and irradiate the scatterer with an image of the target area in order to obtain information on the depth for each foreign substance. The reason is described below.
  • the average optical path length of light passing through a highly scattering foreign substance is longer than the average optical path length of light passing through a low scattering foreign substance. This means that the optical path length deviation of the light passing through the highly scattering foreign matter becomes long.
  • a light source with a longer coherence length is required. In other words, it can be said that the relationship between the coherence length of the light source and the coherence changes depending on the scattering property of the foreign matter.
  • the absorbability and scatterability of the scatterer itself may not be spatially uniform.
  • the spatial distribution of the average light quantity and the phase variation is measured in the target area clearly having no foreign matter.
  • the average light quantity and the phase variation of the target area with foreign matter are measured.
  • Information on the depth can be obtained by finding spatially close positions in the target area without foreign matter and a certain target area and calculating the average light intensity change rate and the phase variation change rate with respect to these positions. .
  • the configuration of the measuring device used in the above embodiment and example is not limited to the above configuration. You may change into a suitable structure in the range which satisfy
  • FIG. 14A is a view schematically showing an example in which the measuring device 200 of the embodiment is applied to detection of blood flow of the head portion 201 of a human body.
  • the head 201 is irradiated with the illumination light of the measuring device 200, and an interference image of multiple scattered light from the region 202 corresponding to the first or second target region located on the scalp surface is imaged. Ru.
  • the head 201 corresponds to a scatterer.
  • the optical absorption by hemoglobin is high and the amount of light reflected from that portion is small. Therefore, the portion is considered to correspond to the object.
  • a signal processing circuit (not shown) in the measuring device 200 generates and outputs data indicating the state of blood inside the scatterer.
  • the measuring device 200 it is possible to separate and detect the blood flow distribution in a portion shallow from the scalp surface and the blood flow distribution in the brain surface portion located deep from the scalp surface.
  • the display 203 may display their blood flow distribution.
  • FIG. 14B is a view schematically showing an example in which the measurement device 204 of the embodiment is applied to detection of subcutaneous blood flow in the arm 205.
  • the illumination light from the measuring device 204 illuminates the arm 205 or the wrist, and an interference image of multiple scattered light from the area 206 corresponding to the first or second object area located on the skin surface Is imaged.
  • the arm 205 or the wrist corresponds to a scatterer.
  • a signal processing circuit (not shown) in the measuring device 204 generates and outputs data indicating the state of blood inside the scatterer.
  • the distribution of blood flow in the peripheral blood vessel located at a portion shallow from the skin surface and the distribution of blood flow in the arterial or vein located at a deep area are separately detected. It will be possible to The display 207 may display the blood flow distribution as a numerical value corresponding to the blood flow volume.
  • FIG. 14C is a view schematically showing an example in which the measuring device 208 of the embodiment is applied to the inspection of the food 212.
  • the food 212 corresponds to a scatterer.
  • the food 212 having the contents 213 at its center is regarded as a passable product.
  • the absorption coefficient of the content 213 is different from that of the food 212, the amount of light reflected from the content 213 is different from that of the food 212. Therefore, the content 213 is considered as an object.
  • the illumination light from the measuring device 208 illuminates the surface 209 of the food 212, and an interference image of multiple scattered light from the area 210 corresponding to the first or second target area is captured.
  • a signal processing circuit (not shown) in the measuring device 208 determines whether the content 213 is located at the correct depth and outputs the determination result.
  • the display 211 may display the determination result.
  • the measurement device can be applied to measurement for industrial use, medical use, beauty use, health care use, in-vehicle use, and the like.
  • Information on the internal depth of the scatterer can be obtained by a compact and simple configuration.
  • Measurement apparatus 101 Scatterer 102, 102a, 102b Foreign material 103 Light source 104 Light 105 Irradiator 105a First place 105b Second place 106 First target area 107 Optical system 108 Imaging device 109 First Interference image 110 Signal processing circuit 111, 203, 207, 211 Display 112 Second target area 113 Second interference image 114 Signal processing circuit 130 Control device 140 Actuator 201 Head 202, 206, 210 Area 205 Arm 209 Surface 212 Food 213 Content 306 Target Area

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Abstract

本開示の一態様に係る計測装置は、レーザ光を散乱体に向けて出射する光源と、撮像素子と、信号処理回路と、制御装置と、を備える。制御装置は、光源に、散乱体における第１の箇所をレーザ光で照射させ、第１の箇所から離れた第１の対象領域から出射したレーザ光による第１の像を示す第１の画像信号を撮像素子に出力させ、光源に、散乱体における第２の箇所をレーザ光で照射させ、第２の箇所から離れた第２の対象領域から出射したレーザ光による第２の像を示す第２の画像信号を撮像素子に出力させる。信号処理回路は、第１および第２の画像信号を用いた演算により、散乱体の内部に存在する対象物の位置に関するデータを生成して出力する。第１の箇所と第１の対象領域の中心との第１の距離は、第２の箇所と第２の対象領域の中心との第２の距離に等しいか、または第１の距離と第２の距離との差が、第１の距離及び第２の距離のうち短い方の距離の１０％未満である。

Description

計測装置
　本開示は、計測装置に関する。
　従来、人間の眼では感知できない散乱体の内部の状態およびその変化を、光学的方法によって診断または検査する技術が知られている。
　例えば、特許文献１は、火傷による肌の損傷を光学的方法によって検査する装置を開示している。特許文献１は、レーザスペックル分析を用いて火傷の深度を推定することを開示している。
特表２０１０－５０３４７５号公報
　本開示は、簡素な光学系により、散乱体の内部に存在する対象物の深さに関する情報を取得することができる計測装置を提供する。
　本開示の一態様に係る計測装置は、散乱体の内部に存在する対象物の情報を取得するための計測装置であって、レーザ光を前記散乱体に向けて出射する光源と、撮像素子と、信号処理回路と、前記光源および前記撮像素子を制御し、かつ前記散乱体における前記レーザ光の照射位置を制御する制御装置と、を備える。前記制御装置は、前記光源に、前記散乱体における第１の箇所を前記レーザ光で照射させ、前記第１の箇所から離れた第１の対象領域から出射した前記レーザ光による第１の像を示す第１の画像信号を前記撮像素子に出力させ、前記光源に、前記散乱体における第２の箇所を前記レーザ光で照射させ、前記第２の箇所から離れた第２の対象領域から出射した前記レーザ光による第２の像を示す第２の画像信号を前記撮像素子に出力させる。前記信号処理回路は、前記第１の画像信号および前記第２の画像信号を用いた演算により、前記散乱体の内部における前記対象物の位置に関するデータを生成して出力する。前記第１の箇所と前記第１の対象領域の中心との第１の距離は、前記第２の箇所と前記第２の対象領域の中心との第２の距離に等しいか、または前記第１の距離と前記第２の距離との差が、前記第１の距離及び前記第２の距離のうち短い方の距離の１０％未満である。
　本開示の他の態様に係る計測装置は、散乱体の内部に存在する対象物の情報を取得するための計測装置であって、レーザ光を前記散乱体に向けて出射する光源と、撮像素子と、信号処理回路と、前記光源および前記撮像素子を制御する制御装置と、を備える。前記制御装置は、前記光源に、前記散乱体における第１の箇所を前記レーザ光で照射させ、前記第１の箇所から離れた第１の対象領域から出射した前記レーザ光による第１の像と、前記第１の箇所から離れた第２の対象領域から出射した前記レーザ光による第２の像と、を含む画像を示す画像信号を前記撮像素子に出力させる。前記信号処理回路は、前記画像信号のうち、前記第１の像を示す第１の部分と、前記第２の像を示す第２の部分とを用いた演算により、前記散乱体の内部における前記対象物の位置に関するデータを生成して出力する。前記第１の箇所と前記第１の対象領域の中心との第１の距離は、前記第１の箇所と前記第２の対象領域の中心との第２の距離に等しいか、または前記第１の距離と前記第２の距離との差が、前記第１の距離及び前記第２の距離のうち短い方の距離の１０％未満である。
　本開示の一態様によれば、簡素な光学系により、散乱体の内部に存在する対象物の深さに関する情報を取得することができる。
図１Ａは、解析モデルの構成例を模式的に示す上面図である。 図１Ｂは、解析モデルの構成例を模式的に示す側面図である。 図２Ａは、散乱体をＸ方向に移動させたときの、散乱体の移動量と光量との関係をプロットしたグラフの一例を示す図である。 図２Ｂは、散乱体をＸ方向に移動させたときの、散乱体の移動量と位相ばらつきとの関係をプロットしたグラフの一例を示す図である。 図３Ａは、異物の存在しない周辺領域を基準として、散乱体の移動量と光量の変化率との関係をプロットしたグラフの一例を示す図である。 図３Ｂは、異物の存在しない周辺領域を基準として、散乱体の移動量と位相ばらつきの変化率との関係をプロットしたグラフの一例を示す図である。 図４Ａは、散乱体をスキャンした場合における、位相ばらつきの変化率の最大値と、コヒーレンス長との関係をプロットしたグラフの一例を示す図である。 図４Ｂは、図４Ａにおけるコヒーレント長１５０ｍｍまでの部分を拡大した図である。 図５は、散乱体をスキャンした場合における、異物の深さと、光量および位相ばらつきの変化率の変化分の最大値との関係をプロットしたグラフの一例を示す図である。 図６Ａは、本開示の例示的な実施形態における第１の撮像が行われるときの計測装置と散乱体との配置関係を模式的に示す図である。 図６Ｂは、本開示の例示的な実施形態における第２の撮像が行われるときの計測装置と散乱体との配置関係を模式的に示す図である。 図７Ａは、第１の撮像によって取得される第１の干渉像の一例を示す図である。 図７Ｂは、第２の撮像によって取得される第２の干渉像の一例を示す図である。 図８は、信号処理回路の動作の一例を示すフローチャートである。 図９は、本開示の他の実施形態における計測装置の構成を模式的に示す図である。 図１０Ａは、実施例において用いた異物を含む散乱体を模式的に示す上面図である。 図１０Ｂは、実施例において用いた異物を含む散乱体を模式的に示す側面図である。 図１１Ａは、散乱体における対象領域の位置と、干渉像の光量との関係をプロットしたグラフの一例を示す図である。 図１１Ｂは、散乱体における対象領域の位置と、干渉像の位相ばらつきとの関係をプロットしたグラフの一例を示す図である。 図１２Ａは、散乱体における対象領域の位置と光量の変化率および位相ばらつきの変化率との関係をプロットしたグラフの一例を示す図である。 図１２Ｂは、散乱体における対象領域の位置と、図１２Ａに示す例における光量変化率と位相ばらつき変化率の比との関係をプロットしたグラフの一例を示す図である。 図１２Ｃは、散乱体における対象領域の位置と補正後の変化率の比との関係をプロットしたグラフの一例を示す図である。 図１３Ａは、図１２Ｃの結果から、深さ２ｍｍを基準として浅い領域の情報のみを抽出した結果を示す図である。 図１３Ｂは、図１２Ｃの結果から、深さ５ｍｍを基準として深い領域の情報のみを抽出した結果を示す図である。 図１４Ａは、実施形態の計測装置を人体頭部の血流の検出に応用した例を模式的に示す図である。 図１４Ｂは、実施形態の計測装置を腕における皮下の血流の検出に応用した例を模式的に示す図である。 図１４Ｃは、実施形態の計測装置を食品の検査に応用した例を模式的に示す図である。
　（本開示の基礎となった知見）
　本開示の実施形態を説明する前に、本開示の基礎となった知見を説明する。
　従来、人間の眼では感知できない散乱体の内部の状態およびその変化を、光学的方法によって診断または検査する様々な技術が開発されてきた。前述の特許文献１に開示された技術以外にも、例えば光電脈波センサ、ＮＩＲＳ（Near-infrared spectroscopy）、およびＯＣＴ（Optical Coherence Tomography）などの計測装置が開発されてきた。
　光電脈波センサでは、皮膚の表面が、緑または近赤外のＬＥＤ照明光で照射される。皮下の動脈にはヘモグロビンを含む血液が流れている。ヘモグロビンは緑または近赤外の光を吸収する性質を有している。動脈が脈動すると、動脈内の血流の状態が変化する。その結果、照射領域におけるヘモグロビンの光吸収量が変化する。動脈または皮下組織で多重散乱されて再び皮膚の表面から出射された照明光の成分をフォトダイオードで検出することにより、動脈の脈動に応じた受光光量の変化を観測することができる。このようにして、脈波信号が検出される。光電脈波センサは、散乱体の内部の状態を光量の大きさとして検出する。
　別の例として、ＮＩＲＳと称される脳機能計測装置がある。ＮＩＲＳでは、頭皮が、近赤外のレーザ照明光またはＬＥＤ照明光で照射される。頭部の内部において多重散乱された照明光の一部は、頭蓋骨を透過して散乱しながら頭蓋内の脳表層部に到達する。脳血液に含まれるヘモグロビンの量が変化すると、当該照明光の一部は脳表層部においてさらに多重散乱される。これにより、頭皮表面から出射される光の量が変化する。この変化をフォトダイオードによって観測することにより、脳表層部の活動状態が推定される。ＮＩＲＳにおいても、光電脈波センサと同様に、散乱体の内部の状態が、光量の大きさとして検出される。
　さらに別の例として、ＯＣＴと称される光断層計測装置がある。ＯＣＴは一種の光干渉計である。可干渉距離、すなわちコヒーレンス長が数十μｍ程度の照明光が、ビームスプリッタによって２つに分岐される。一方の光は、ミラーで反射されて参照光になる。他方の光は、生体などの散乱体に入射し、散乱体の内部で光が散乱して再び表面から出射して信号光になる。信号光と参照光とをビームスプリッタで合波させると、参照光の光路長と等しい光路長を有する信号光の成分が干渉して、干渉光が生成される。ここで、干渉に寄与する信号光の成分は、散乱体の内部を直進し反射して表面から出射する光の成分のみである。当該光の成分は、直進反射光と称される。干渉に寄与する信号光の成分には、散乱体の内部で多重散乱された光の成分は含まれない。参照光のミラーを光軸方向に動かして光路長を変化させ、干渉光の光量をフォトダイオードによって検出することにより、散乱体の深さ方向の反射光量分布をコヒーレンス長程度の分解能で計測することができる。ＯＣＴは、散乱体内部の特定深さの反射光量を、干渉現象を利用して検出する。
　上記の脈波センサおよびＮＩＲＳなどの方法では、散乱体の内部に存在する対象物の深さに関する情報を取得することができない。また、上記のＯＣＴのような方法では、対象物の深さに関する情報を取得することができるものの、参照光用のミラーおよびビームスプリッタが必要になり、光学系が複雑になる。
　本発明者らは、以上の課題を見出し、新規な計測装置に想到した。
　本開示は、以下の項目に記載の計測装置を含む。
　［項目１］
　本開示の項目１に係る計測装置は、
　散乱体の内部に存在する対象物の情報を取得するための計測装置であって、
　レーザ光を前記散乱体に向けて出射する光源と、
　撮像素子と、
　信号処理回路と、
　前記光源および前記撮像素子を制御し、かつ前記散乱体における前記レーザ光の照射位置を制御する制御装置と、
を備える。
　前記制御装置は、
　前記光源に、前記散乱体における第１の箇所を前記レーザ光で照射させ、前記第１の箇所から離れた第１の対象領域から出射した前記レーザ光による第１の像を示す第１の画像信号を前記撮像素子に出力させ、
　前記光源に、前記散乱体における第２の箇所を前記レーザ光で照射させ、前記第２の箇所から離れた第２の対象領域から出射した前記レーザ光による第２の像を示す第２の画像信号を前記撮像素子に出力させる。
　前記信号処理回路は、前記第１の画像信号および前記第２の画像信号を用いた演算により、前記散乱体の内部における前記対象物の位置に関するデータを生成して出力する。
　前記第１の箇所と前記第１の対象領域の中心との第１の距離は、前記第２の箇所と前記第２の対象領域の中心との第２の距離に等しいか、または前記第１の距離と前記第２の距離との差が、前記第１の距離及び前記第２の距離のうち短い方の距離の１０％未満である。
　［項目２］
　項目１に記載の計測装置において、
　前記制御装置は、前記光源の位置および前記散乱体の位置からなる群さら選択される少なくとも一方を変化させるアクチュエータを備え、
　前記制御装置は、前記アクチュエータを駆動することによって前記照射位置を変化させてもよい。
　［項目３］
　項目１または２に記載の計測装置において、
　前記信号処理回路は、
　前記第１の画像信号に基づいて、前記第１の像の輝度の平均を表す第１の平均輝度と、前記第１の像の輝度のばらつきを表す第１の輝度ばらつきとを算出し、
　前記第２の画像信号に基づいて、前記第２の像の輝度の平均を表す第２の平均輝度と、前記第２の像の輝度のばらつきを表す第２の輝度ばらつきとを算出し、
　前記第１の平均輝度、前記第２の平均輝度、前記第１の輝度ばらつきおよび前記第２の輝度ばらつきを用いた演算により、前記データを生成して出力してもよい。
　［項目４］
　項目１から３のいずれかに記載の計測装置において、
　前記制御装置は、
　前記光源に、前記散乱体における第３の箇所を前記レーザ光で照射させ、前記第３の箇所から離れた第３の対象領域から出射した前記レーザ光による第３の像を示す第３の画像信号を前記撮像素子に出力させ、
　前記第１の距離は、前記第３の箇所と前記第３の対象領域の中心との第３の距離に等しいか、または前記第１の距離と前記第３の距離との差が、前記第１の距離及び前記第３の距離のうち短い方の距離の１０％未満であってもよい。
　［項目５］
　項目４に記載の計測装置において、
　前記第１の箇所、前記第２の箇所、及び前記第３の箇所は、前記散乱体の表面上において一方向に等間隔に並んでいてもよい。
　［項目６］
　項目１に記載の計測装置において、
　前記制御装置は、
　前記光源に、前記散乱体における第３の箇所を前記レーザ光で照射させ、前記第３の箇所から離れた第３の対象領域から出射した前記レーザ光による第３の像を示す第３の画像信号を前記撮像素子に出力させ、
　前記第３の箇所は、前記第１の箇所および第２の箇所のいずれとも異なり、かつ前記対象物が存在しなくてもよい。
　［項目７］
　本開示の項目７に係る計測装置は、
　散乱体の内部に存在する対象物の情報を取得するための計測装置であって、
　レーザ光を前記散乱体に向けて出射する光源と、
　撮像素子と、
　信号処理回路と、
　前記光源および前記撮像素子を制御する制御装置と、
を備える。
　前記制御装置は、
　前記光源に、前記散乱体における第１の箇所を前記レーザ光で照射させ、前記第１の箇所から離れた第１の対象領域から出射した前記レーザ光による第１の像と、前記第１の箇所から離れた第２の対象領域から出射した前記レーザ光による第２の像と、を含む画像を示す画像信号を前記撮像素子に出力させる。
　前記信号処理回路は、前記画像信号のうち、前記第１の像を示す第１の部分と、前記第２の像を示す第２の部分とを用いた演算により、前記散乱体の内部における前記対象物の位置に関するデータを生成して出力する。
　前記第１の箇所と前記第１の対象領域の中心との第１の距離は、前記第２の箇所と前記第２の対象領域の中心との第２の距離に等しいか、または前記第１の距離と前記第２の距離との差が、前記第１の距離及び前記第２の距離のうち短い方の距離の１０％未満である。
　［項目８］
　項目７に記載の計測装置において、
　前記信号処理回路は、
　前記画像信号のうち、前記第１の部分に基づいて、前記第１の像の輝度の平均を表す第１の平均輝度と、前記第１の像の輝度のばらつきを表す第１の輝度ばらつきとを算出し、
　前記画像信号のうち、前記第２の部分に基づいて、前記第２の像の輝度の平均を表す第２の平均輝度と、前記第２の像の輝度のばらつきを表す第２の輝度ばらつきとを算出し、
　前記第１の平均輝度、前記第２の平均輝度、前記第１の輝度ばらつきおよび前記第２の輝度ばらつきを用いた演算により、前記データを生成して出力してもよい。
　［項目９］
　項目７に記載の計測装置において、
　前記制御装置は、
　前記光源に、前記散乱体における第２の箇所を前記レーザ光で照射させ、前記第２の箇所から離れた第３の対象領域から出射した前記レーザ光による第３の像を示す画像信号を前記撮像素子に出力させ、
　前記第２の箇所は、前記第１の箇所と異なり、かつ前記対象物が存在しなくてもよい。
　［項目１０］
　項目３または８に記載の計測装置において、
　前記信号処理回路は、
　前記第１の平均輝度と前記第２の平均輝度との差の絶対値を、前記第１の平均輝度または前記第２の平均輝度で割ることにより、平均輝度の変化率を算出し、
　前記第１の輝度ばらつきと前記第２の輝度ばらつきとの差の絶対値を、前記第１の輝度ばらつきまたは前記第２の輝度ばらつきで割ることにより、輝度ばらつきの変化率を算出し、
　前記平均輝度の変化率と前記輝度ばらつきの変化率との比から、前記対象物が、前記散乱体の内部における２つ以上の領域であって、互いに前記散乱体の表面からの深さが異なる領域のうち、どの領域に存在するかを判断してもよい。
　［項目１１］
　項目１から１０のいずれかに記載の計測装置において、
　前記レーザ光のコヒーレンス長は、１ｍｍ以上４００ｍｍ以下であってもよい。
　［項目１２］
　項目１から１０のいずれかに記載の計測装置において、
　前記レーザ光のコヒーレンス長は、２ｍｍ以上１００ｍｍ以下であってもよい。
　［項目１３］
　項目１から１０のいずれかに記載の計測装置において、
　前記レーザ光のコヒーレンス長は、５ｍｍ以上２０ｍｍ以下であってもよい。
　［項目１４］
　項目１から１３のいずれかに記載の計測装置において、
　前記散乱体は、生体であり、
　前記対象物は、前記生体の内部においてヘモグロビン濃度が周囲よりも高い部分であってもよい。
　［項目１５］
　項目１から１３のいずれかに記載の計測装置において、
　前記散乱体は、食品であり、
　前記対象物は、前記食品に封入された内容物であり、
　前記信号処理回路は、前記内容物が、前記食品の内部の正しい深さに位置しているかどうかを判定し、判定結果を出力してもよい。
　［項目１６］
　項目１から１５のいずれかに記載の計測装置において、
　前記光源は、前記レーザ光のコヒーレンス長を、互いに異なる複数の値の間で切替可能であってもよい。
　［項目１７］
　項目１から１６のいずれかに記載の計測装置において、
　前記対象物は、前記散乱体と散乱特性が異なっていてもよい。
　本開示において、回路、ユニット、装置、部材又は部の全部又は一部、又はブロック図の機能ブロックの全部又は一部は、半導体装置、半導体集積回路（ＩＣ）、又はＬＳＩ（ｌａｒｇｅ　ｓｃａｌｅ　ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ）を含む一つ又は複数の電子回路によって実行されてもよい。ＬＳＩ又はＩＣは、一つのチップに集積されてもよいし、複数のチップを組み合わせて構成されてもよい。例えば、記憶素子以外の機能ブロックは、一つのチップに集積されてもよい。ここでは、ＬＳＩまたはＩＣと呼んでいるが、集積の度合いによって呼び方が変わり、システムＬＳＩ、ＶＬＳＩ（ｖｅｒｙ　ｌａｒｇｅ　ｓｃａｌｅ　ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ）、若しくはＵＬＳＩ（ｕｌｔｒａ　ｌａｒｇｅ　ｓｃａｌｅ　ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ）と呼ばれるものであってもよい。ＬＳＩの製造後にプログラムされる、Ｆｉｅｌｄ　Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ　Ｇａｔｅ　Ａｒｒａｙ（ＦＰＧＡ）、又はＬＳＩ内部の接合関係の再構成又はＬＳＩ内部の回路区画のセットアップができるｒｅｃｏｎｆｉｇｕｒａｂｌｅ　ｌｏｇｉｃ　ｄｅｖｉｃｅも同じ目的で使うことができる。
　さらに、回路、ユニット、装置、部材又は部の全部又は一部の機能又は操作は、ソフトウエア処理によって実行することが可能である。この場合、ソフトウエアは一つ又は複数のＲＯＭ、光学ディスク、ハードディスクドライブなどの非一時的記録媒体に記録され、ソフトウエアが処理装置（ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）によって実行されたときに、そのソフトウエアで特定された機能が処理装置（ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）および周辺装置によって実行される。システム又は装置は、ソフトウエアが記録されている一つ又は複数の非一時的記録媒体、処理装置（ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）、及び必要とされるハードウエアデバイス、例えばインタフェース、を備えていても良い。
　以下、本開示のより具体的な実施形態を説明する。ただし、必要以上に詳細な説明は省略する場合がある。例えば、既によく知られた事項の詳細説明および実質的に同一の構成に対する重複説明を省略する場合がある。これは、以下の説明が不必要に冗長になることを避け、当業者の理解を容易にするためである。なお、本発明者らは、当業者が本開示を十分に理解するために添付図面および以下の説明を提供するのであって、これらによって請求の範囲に記載の主題を限定することを意図するものではない。以下の説明において、同一または類似する機能を有する構成要素については、同じ参照符号を付している。
　（本開示の実施形態の構成に至った経緯）
　本発明者らは、光学的な散乱体の内部に、当該散乱体とは散乱性の異なる物質が存在する場合に、当該物質の深さの情報を取得する計測装置を検討した。そのような計測装置の解析モデルに基づいて検討を行った。以下、当該物質を「異物」または「対象物」と称する。本発明者らは、この解析モデルにおける散乱体を照明光で照射した場合における散乱体の表面から出射される多重散乱光の分布を、モンテカルロ法によって計算した。
　図１Ａおよび１Ｂは、それぞれ、解析モデルの構成を模式的に示す上面図および側面図である。図１Ａおよび１Ｂに示す、ハッチングを付した両矢印は、散乱体１０１を移動させることを表している。以下の説明において、互いに直交するＸ、Ｙ、Ｚ軸によって規定される座標系を用いる。この解析モデルでは、散乱体１０１の表面はＸＹ平面に平行である。散乱体１０１の表面上のある箇所（「照射部１０５」と称する）が照明光で照射され、その箇所からＸ方向に所定距離だけ離れた箇所（「対象領域３０６」と称する）から出た光が検出される。
　本解析モデルでは、散乱体１０１の内部の深さｄ［ｍｍ］の位置に、計測の対象物である異物１０２が封入されている。散乱体１０１は、吸収係数μａ＝０．００２ｍｍ－１および等価散乱係数μｓ＝０．２４ｍｍ－１を有する材料である。異物１０２のサイズは、１０×１０×１０ｍｍである。異物１０２は散乱体１０１よりも散乱性が低い物質であり、等価散乱係数μｓはゼロである。照明光として、サイズが十分に微小なスポットの光を用いた。
　照射部１０５からＸ方向に４ｍｍ離れた３．２×３．２ｍｍの領域を、撮影対象の領域、すなわち対象領域３０６とした。以下では、照射部１０５と対象領域３０６の中心との距離をＳｏｕｒｃｅ－Ｄｅｔｅｃｔｏｒ間距離と称する。本解析モデルでは、Ｓｏｕｒｃｅ－Ｄｅｔｅｃｔｏｒ間距離は４ｍｍである。対象領域３０６から出射した散乱光は、ＮＡ＝１．０の光学系１０７によって結像される。散乱体１０１の表面から異物１０２の表面までの深さｄは、２ｍｍ、５ｍｍおよび１０ｍｍの３通りで変化させた。それぞれの深さについて、対象領域３０６に対応する不図示の像面における、光量と、光の位相の空間的なばらつき（以下、「位相ばらつき」と称する。）と、が計算された。本解析では、像面における光量の標準偏差を位相ばらつきとして計算した。
　散乱体の内部に入った光は多重散乱され、各光線の光路長は照明光の波長よりもはるかに大きなオーダーでばらつく。したがって、像面での位相は空間的にランダムになる。しかしながら、そのランダムな位相ばらつきを干渉像として観測できる可能性がある。その可能性は、照明光のコヒーレンス長と、散乱体内を通る多数の光線の平均光路長との関係に依存して変化する。
　散乱体１０１を通る多数の光線の光路長のばらつきの絶対量（以下、「光路長偏差」と称する。）は、平均光路長が長くなるほど大きくなる。照明光のコヒーレンス長が光路長偏差に対して同程度以上の場合、像面において近傍に存在する２つの光線は互いに干渉性を有する。これにより、２つの光線の位相差が干渉像に現れる。一方、照明光のコヒーレンス長が光路長偏差よりも小さい場合、像面において近傍に存在する２つの光線が互いに干渉性を有する確率は低くなる。そのため、位相差が干渉像に現れる確率も低下する。
　以上のことから、干渉像として観測される位相ばらつきには、照射部１０５から散乱体１０１の内部に侵入して対象領域３０６に至るまでの多重散乱された光線の平均光路長が反映される。
　図２Ａは、散乱体１０１をＸ方向に移動させたときの、散乱体１０１の移動量と検出される光量との関係をプロットしたグラフの一例を示す図である。図２Ａに示す例から、内部に異物１０２が存在する領域を撮像した場合、他の領域を撮像した場合と比較して、検出される光量が低下することがわかる。これは、以下のように説明できる。異物１０２は、散乱体１０１よりも低い散乱性を有する。そのため、異物１０２の存在する部分から散乱体１０１の表面方向に戻ってくる光が少なくなる。
　図２Ｂは、散乱体１０１をＸ方向に移動させたときの、散乱体の移動量と位相ばらつきとの関係をプロットしたグラフの一例を示す図である。図２Ｂに示す例から、内部に異物１０２が存在する領域を撮像した場合、他の領域を撮像した場合と比較して、位相ばらつきが増加することがわかる。これは、以下のように説明できる。異物１０２の存在する部分を通る光の光路長が短くなる影響により、照射部から対象領域に至るまで散乱体内部を通る光線の平均光路長が短くなる。そのため、照明光のコヒーレンス長に対して光路長偏差が小さくなって干渉性が高くなる。
　図３Ａは、異物１０２の存在しない周辺領域での値を基準として、散乱体１０１の移動量と光量の変化率との関係をプロットしたグラフの一例を示す図である。図３Ｂは、異物１０２の存在しない周辺領域での値を基準として、散乱体の移動量と位相ばらつきの変化率との関係をプロットしたグラフの一例を示す図である。
　図３Ａおよび図３Ｂに示す例から、光量および位相ばらつきのいずれも、異物１０２の深さが浅いほど大きい変化率を示すことがわかる。着目すべき点は、光量の変化率は、深さに対して急激に低下するのに対し、位相ばらつきの変化率は、深さに対して緩やかに低下することである。
　本解析では、照明光のコヒーレンス長を１０ｍｍとした。コヒーレンス長が短すぎると多重散乱光の干渉性そのものが低下する。そのため、異物の有無による位相ばらつきの変化が小さくなる。一方、コヒーレンス長が長すぎると異物の有無にかかわらず多重散乱光の干渉性が高いままとなる。そのため、位相ばらつきの変化が小さくなる。したがって、適切なコヒーレンス長は一定の範囲内にある。
　図４Ａは、散乱体をスキャンした場合における、位相ばらつきの変化率の最大値と、コヒーレンス長との関係をプロットしたグラフの一例を示す図である。図４Ｂは、図４Ａにおけるコヒーレント長１５０ｍｍまでの部分を拡大した図である。
　図４Ａおよび図４Ｂに示す例から、位相ばらつきの変化率を大きくするコヒーレンス長の範囲は、例えば１ｍｍ以上４００ｍｍ以下であり、ある例では２ｍｍ以上１００ｍｍ以下であり、別のある例では５ｍｍ以上２０ｍｍ以下であり得ることがわかる。
　図５は、散乱体１０１をスキャンした場合における、異物１０２の深さと、光量および位相ばらつきの変化率の変化分の最大値との関係をプロットしたグラフの一例を示す図である。ここでは、基準に対する変化率の絶対値を変化率の変化分としている。丸印および四角印は、それぞれ、光量の変化率および位相ばらつきの変化率の変化分の最大値を表している。当該グラフは、言い換えれば、異物１０２の深さに対して光量および位相ばらつきによる検出がどれだけの感度を有するかを示している。
　図５に示す例から、この解析モデルでは、異物の深さが２ｍｍの場合には光量による検出の方が感度が高く、異物の深さが５ｍｍまたは１０ｍｍの場合には位相ばらつきによる検出の方が感度が高いことがわかる。
　異物１０２の深さに対する低下傾向が、光量の変化率と位相ばらつきの変化率とで異なる理由は、以下のように考えられる。散乱体１０１の表面に照明光を入射させると、表面から深い部分ほど到達する光線は少なくなる。ある深さに存在する異物１０２に起因する光量の変化率は、その深さに到達する光線の数を直接的に反映する。
　一方、位相ばらつきの変化率は、照射部１０５から対象領域３０６に至るまでの平均光路長の変化を反映する。異物１０２が非常に浅い部分に存在すると、異物１０２の内部で散乱される光線の光路長は短くなる。しかし、異物１０２の散乱性は低いため、異物１０２内で散乱されて表面に戻る光線の数も少なくなる。結果的に平均光路長が短縮される効果が限定的になると考えられる。
　このように、散乱体１０１とは異なる散乱性を有する異物１０２が散乱体１０１の内部に存在する場合には、異物１０２の深さに対して、光量の変化率と位相ばらつきの変化率とは異なる低下傾向を示すことがわかった。
　本解析モデルでは、異物１０２は、散乱体１０１よりも低い散乱性を有する。しかし、光量の変化率と位相ばらつきの変化率との間で深さに対する変化傾向が異なる現象が生じる構成は、これに限定されない。例えば、異物１０２が散乱体１０１よりも高い散乱性を有する場合には、散乱体１０１の内部に異物１０２が存在する領域では、光量が増加し、位相ばらつきが減少し得る。散乱体１０１と異物１０２とで吸収係数および等価散乱係数の少なくとも一方が異なる構成でありさえすれば、深さに対する変化傾向が異なる現象が生じる。
　（実施形態の構成および動作）
　図６Ａは、本開示の例示的な実施形態における計測装置１００の構成を模式的に示す図である。図６Ａには、散乱体１０１も模式的に描かれている。この計測装置１００は、散乱体１０１の表面の第１の箇所を光で照射した状態で第１の撮像を行った後、散乱体１０１の表面の第２の箇所を光で照射した状態で第２の撮像を行う。図６Ａは、第１の撮像が行われるときの計測装置１００と散乱体１０１との配置関係を模式的に示している。図６Ｂは、第２の撮像が行われるときの計測装置１００と散乱体１０１との配置関係を模式的に示している。図６Ｂにおける、ハッチングを付した上向きの矢印は、散乱体１０１を移動させることを表している。図６Ａおよび図６Ｂに示すように、第１の撮像と第２の撮像とで、対象領域が異なる。
　本実施形態における計測装置１００は、光源１０３と、撮像素子１０８と、信号処理回路１１０と、制御装置１３０とを備える。
　光源１０３は、１ｍｍ以上４００ｍｍ以下のコヒーレンス長の光１０４を散乱体１０１に向けて出射する。前述のように、例えば２ｍｍ以上１００ｍｍ以下のコヒーレンス長の光を出射する光源１０３が用いられ得る。ある例では５ｍｍ以上２０ｍｍ以下のコヒーレンス長の光を出射する光源１０３が用いられ得る。光源１０３は、例えば上記の範囲のコヒーレンス長のレーザ光を出射するレーザ光源であり得る。
　制御装置１３０は、光源１０３および撮像素子１０８を制御する制御回路を含む。制御装置１３０における制御回路は、アクチュエータ１４０を制御して散乱体１０１における光の照射位置を制御する。アクチュエータ１４０は、散乱体１０１を載置する台に接続され、散乱体１０１を、撮像素子１０８の撮像面に平行な方向に移動させることができる。
　制御装置１３０は、光源１０３に、散乱体１０１における第１の箇所１０５ａを光１０４で照射させる。この状態で、制御装置１３０は、第１の箇所１０５ａから距離ＳＤだけ離れた第１の対象領域１０６から出射した光による第１の像である第１の干渉像１０９を示す第１の画像信号を撮像素子１０８に出力させる。これにより、第１の撮像が完了する。
　続いて制御装置１３０は、光源１０３に、散乱体１０１における第２の箇所１０５ｂを光１０４で照射させる。この状態で、制御装置１３０は、第２の箇所１０５ｂから離れた第２の対象領域１１２から出射した光による第２の像である第２の干渉像１１３を示す第２の画像信号を撮像素子１０８に出力させる。これにより、第２の撮像が完了する。
　信号処理回路１１０は、第１の画像信号および第２の画像信号を用いた演算により、散乱体１０１の内部に存在する異物１０２の深度に関するデータを生成して出力する。
　制御装置１３０は、例えばメモリに記録されたプログラムを実行することにより、上記の制御を実行する。制御装置１３０は、例えば中央演算処理装置（ＣＰＵ）またはマイクロコンピュータ（マイコン）などの集積回路を含み得る。制御装置１３０および信号処理回路１１０は、１つに統合されてもよい。
　図６Ａおよび図６Ｂには、アクチュエータ１４０が制御装置１３０から独立した構成要素として示されている。しかし、制御装置１３０は、アクチュエータ１４０を含んでいてもよい。アクチュエータ１４０は、制御装置１３０における制御回路から与えられる制御信号に応答して、散乱体１０１の位置を、光学系１０７の光軸に交差する方向に移動させる。このように、本実施形態では、制御装置１３０は、アクチュエータ１４０を駆動することによって照射位置を変化させる。
　本実施形態では、第１の箇所１０５ａと第１の対象領域１０６の中心との距離は、第２の箇所１０５ｂと第２の対象領域１１２の中心との距離に等しい。これにより、第１の箇所１０５ａ、第１の対象領域１０６、第２の箇所１０５ｂ、及び第２の対象領域１１２が、異物１０２が存在しない領域内にある場合、第１の撮像における検出光量と第２の撮像における検出光量とを概ね同程度の値にすることができる。本明細書において、２つの距離が「等しい」とは、両者の差の絶対値が、短い方の距離の１０％未満であることを意味する。なお、第１の箇所１０５ａと第１の対象領域１０６の中心との距離が、第２の箇所１０５ｂと第２の対象領域１１２の中心との距離とは異なっていてもよい。その場合、距離の差に応じて信号処理回路１１０が第１および第２の画像信号の少なくとも一方を補正し、両信号を比較できるようにしてもよい。
　図６Ａに示す例では、光学的な散乱体１０１の内部に異物１０２が存在する。異物１０２は、吸収係数および等価散乱係数の少なくとも一方が、周囲の散乱体１０１とは異なる物質である。散乱体１０１の例は生体組織であり、異物１０２の例は、血液中のヘモグロビンであり得る。
　以下、本実施形態の計測装置１００の動作を説明する。
　光源１０３は、制御装置１３０からの指示に従い、所定のコヒーレンス長を有する光１０４で、散乱体１０１の表面における第１の箇所１０５ａを照射する。第１の箇所１０５ａから距離ＳＤだけ離れた第１の対象領域１０６から出た散乱光の像が、光学系１０７を経て、撮像素子１０８の撮像面に形成される。撮像素子１０８は、この像を第１の干渉像１０９として撮像し、第１の画像信号を出力する。
　次に、図６Ｂに示すように、制御装置１３０の制御回路は、アクチュエータ１４０に、光源１０３、レンズである光学系１０７、および撮像素子１０８の位置を維持したまま、散乱体１０１を移動させる。これにより、撮像素子１０８は、第１の対象領域１０６とは異なる第２の対象領域１１２からの干渉光の像を撮像する。光源１０３からの光は、第１の箇所１０５ａとは異なる第２の箇所１０５ｂを照射する。第２の箇所１０５ｂから距離ＳＤだけ離れた第２の対象領域１１２からの干渉光の像が撮像素子１０８の撮像面に形成される。撮像素子１０８は、この像を、第２の干渉像１１３として撮像し、第２の画像信号を出力する。
　本実施形態では、散乱体１０１における第１の対象領域１０６の奥に異物１０２が存在し、第２の対象領域１１２の奥には異物１０２が存在しない。このため、第１の画像信号と第２の画像信号とを用いた信号処理により、異物１０２が存在する深さの情報を得ることができる。異物１０２は、第１の対象領域１０６および第２の対象領域１１２の一方の奥に存在していればよい。
　実際の撮像では異物１０２が散乱体１０１の内部のどの位置に存在するかわからない場合もある。その場合は、散乱体１０１を移動させながら多数の対象領域を撮像し、その多数の対象領域の中から、第１の対象領域１０６および第２の対象領域１１２を選択してもよい。その場合、制御装置１３０は、光源１０３に、散乱体１０１における第１の箇所１０５ａ及び第２の箇所１０５ｂを含む複数の箇所を光で順次照射させる。制御装置１３０は、当該複数の箇所からそれぞれ等距離にある複数の対象領域から出射した光による複数の干渉像を示す複数の画像信号を撮像素子１０８に順次出力させる。信号処理回路１１０は、複数の画像信号を用いた演算により、対象物の深度に関するデータを生成して出力する。複数の箇所は、典型的には、散乱体１０１の表面に沿った一方向に等間隔に並ぶが、必ずしも等間隔でなくてもよい。
　信号処理回路１１０は、第１の干渉像１０９と第２の干渉像１１３とのそれぞれについて、後述する方法で、光量および位相ばらつきを計算し、その計算結果に基づいて異物１０２がどの程度の深さに存在するかを推定する。信号処理回路１１０は、当該深さに関する情報をディスプレイ１１１に出力する。信号処理回路１１０による信号処理の詳細は後述する。
　図７Ａは、第１の干渉像１０９の一例を示す図である。図７Ｂは、第２の干渉像１１３の一例を示す図である。図７Ａおよび図７Ｂに示すように、第１の干渉像１０９および第２の干渉像１１３は、スペックル像として観測される。スペックル像の像面では、互いに近傍に存在する光線により、ランダムな輝度の分布が形成される。ランダムな輝度の分布は、ランダムな位相差の分布を反映する。したがって、スペックル像は、ランダムな位相差の分布を反映すると考えることができる。撮像素子１０８上に位相差を検出することができる光学素子を配置して位相差の分布を直接検出してもよい。その場合、検出された位相差の分布を干渉像としてもよい。
　次に、信号処理回路１１０の動作をより詳細に説明する。
　図８は、信号処理回路１１０の動作の一例を示すフローチャートである。
　信号処理回路１１０は、ステップＳ１０１において、第１の干渉像１０９の光量ａ１および位相ばらつきσ１、並びに、第２の干渉像１１３の光量ａ２および位相ばらつきσ２を計算する。
　光量は、干渉像の平均的な輝度を表し、「平均輝度」とも称する。平均輝度は、例えば干渉像の領域全体の輝度値の平均値を計算することによって求められ得る。
　位相ばらつきは、干渉像の輝度のばらつきを表し、「輝度ばらつき」とも称する。輝度ばらつきは、例えば以下の方法によって求められる。
（１）干渉像の領域を２次元の格子パターンで複数の領域に分割し、領域ごとに輝度の平均値を求める。
（２）分割されたすべての領域を母数として、輝度の平均値の標準偏差を位相ばらつきとして求める。
　なお、標準偏差の代わりに分散を用いてもよい。輝度分布のばらつき具合を数値化する別の値を位相ばらつきとして用いてもかまわない。
　信号処理回路１１０は、ステップＳ１０２において、光量の変化率と位相ばらつきの変化率とを計算する。光量の変化率はｒｉ＝｜ａ２－ａ１｜／ａ１の演算によって求められる。位相ばらつきの変化率はｒｐ＝｜σ２－σ１｜／σ１の演算によって求められる。
　信号処理回路１１０は、ステップＳ１０３において、光量の変化率と位相ばらつきの変化率との比ｒｉ／ｒｐを計算する。
　信号処理回路１１０は、ステップＳ１０４において、比ｒｉ／ｒｐが所定の閾値ｃ以上であるかを判定する。閾値ｃは、散乱体１０１および異物１０２の光学的性質、光源１０３のコヒーレンス長、およびＳｏｕｒｃｅ－Ｄｅｔｅｃｔｏｒ間距離などの撮像条件に応じて適宜決定される。
　比ｒｉ／ｒｐが閾値ｃ以上の場合、信号処理回路１１０は、第１の対象領域１０６または第２の対象領域１１２の相対的に浅い部分に異物１０２が存在すると判断する（ステップＳ１０５）。一方、比ｒｉ／ｒｐが閾値ｃ未満の場合、信号処理回路１１０は、第１の対象領域１０６または第２の対象領域１１２の相対的に深い部分に異物１０２が存在すると判断する（ステップＳ１０６）。散乱体１０１の内部を３つ以上の異なる深度領域に分けて、比ｒｉ／ｒｐの値により、異物１０２がどの深度領域に存在するかを判断してもよい。
　信号処理回路１１０は、ステップＳ１０５、Ｓ１０６において判断した結果を示すデータをディスプレイ１１１に送出する。信号処理回路１１０は、ディスプレイ１１１に代えて、不図示の記録媒体に当該データを送出してもよい。ディスプレイ１１１は、当該結果を表示する。例えば、散乱体１０１の相対的に深い部分の像と浅い部分の像との少なくとも一方が表示される。別の例では、散乱体１０１の相対的に深い部分に異物１０２が存在する確率と浅い部分に異物１０２が存在する確率との少なくとも一方が数値として表示される。さらに別の例では、散乱体１０１は生体であり、相対的に浅い部分の血流に関する情報と深い部分の血流に関する情報との少なくとも一方が数値として表示される。さらに別の例では、散乱体１０１の相対的に深い部分における光学的特質と浅い部分の光学的特質との少なくとも一方が数値として表示される。光学的特性は、例えば反射光量である。さらに別の例では、上記の数値として表した情報が、例えば「標準」若しくは「異常」、または、「○」若しくは「△」若しくは「×」等の記号に変換された指標として表示される。さらに別の例では、上記の像または情報が、表示される代わりに、当該計測装置１００の外部に存在する分析装置、検査機、またはコンピュータなどに送出される。
　以上のように、本実施形態における信号処理回路１１０は、以下の動作を実行する。
（１）第１の画像信号に基づいて、第１の干渉像１０９の輝度の平均を表す第１の平均輝度と、第１の干渉像１０９の輝度のばらつきを表す第１の輝度ばらつきとを算出する。
（２）第２の画像信号に基づいて、第２の干渉像１１３の輝度の平均を表す第２の平均輝度と、第２の干渉像１１３の輝度のばらつきを表す第２の輝度ばらつきとを算出する。
（３）第１および第２の平均輝度と、第１および第２の輝度ばらつきとを用いた演算により、対象物の深度に関するデータを生成して出力する。「深度に関するデータ」は、上記の例に限定されず、計測対象である対象物の、散乱体の表面からの深さの程度を示す任意のデータまたは信号であり得る。
　より具体的には、信号処理回路１１０は、上記（３）のステップにおいて、以下の動作を実行する。
（３ａ）第１の平均輝度と前記第２の平均輝度との差の絶対値を、第１または第２の平均輝度で割ることにより、平均輝度の変化率を算出する。
（３ｂ）第１の輝度ばらつきと第２の輝度ばらつきとの差の絶対値を、第１または第２の輝度ばらつきで割ることにより、輝度ばらつきの変化率を算出する。
（３ｃ）平均輝度の変化率と輝度ばらつきの変化率との比から、異物１０２が、散乱体１０１の内部における２つ以上の異なる深度領域のどの領域に存在するかを判断する。
　上述した本実施形態の構成および動作により、簡素な光学系で、散乱体内部に存在する対象物の深さに関する情報を取得することができる。
　本実施形態では、第１の対象領域１０６、第２の対象領域１１２の位置を変化させるために、散乱体１０１を移動させるアクチュエータ１４０が用いられる。散乱体１０１を移動させる代わりに、光源１０３、光学系１０７、および撮像素子１０８を移動させるアクチュエータを用いてもよい。アクチュエータは、計測装置１００における光源１０３および撮像素子１０８と、散乱体１０１との相対位置を変化させる機構を備えていればよい。アクチュエータは、制御装置１３０に含まれていてもよいし、制御装置１３０の外部の要素であってもよい。
　また、散乱体１０１を移動させる構成の代わりに、以下の構成を採用してもよい。
　図９は、本開示の他の実施形態における計測装置１００の構成を模式的に示す図である。この計測装置１００は、光をスキャンさせることなく、複数の対象領域の画像を一度に取得する。
　以下、前述の実施形態とは異なる点を説明する。
　本実施形態における計測装置１００は、アクチュエータを備えていない。制御装置１３０は、光源１０３に、散乱体１０１における第１の箇所１０５ａを光１０４で照射させる。この状態で、制御装置１３０は、第１の箇所１０５ａから離れた第１の対象領域１０６から出射した光による第１の干渉像１０９と、第１の箇所１０５ａから離れた第２の対象領域１１２から出射した光による第２の干渉像１１３とを含む画像を示す画像信号を撮像素子１０８に出力させる。これにより、２回分の撮像が完了する。
　信号処理回路１１０は、画像信号のうち、第１の干渉像１０９を示す部分の信号と、第２の干渉像１１３を示す部分の信号とを用いた演算により、散乱体１０１の内部に存在する対象物である異物１０２の深度に関するデータを生成して出力する。
　第１の箇所１０５ａと第１の対象領域１０６の中心との距離は、第１の箇所１０５ａと第２の対象領域１１２の中心との距離に等しい。なお、第１の箇所１０５ａと第１の対象領域１０６の中心との距離が、第１の箇所１０５ａと第２の対象領域１１２の中心との距離とは異なっていてもよい。その場合、距離の差に応じて信号処理回路１１０が画像信号のうち、第１の干渉像１０９を示す部分の信号と、第２の干渉像１１３を示す部分の信号との少なくとも一方を補正し、両信号を比較できるようにしてもよい。
　本実施形態における信号処理回路１１０は、以下の動作を実行する。
（１）第１の干渉像１０９を示す部分の信号に基づいて、第１の干渉像１０９の輝度の平均を表す第１の平均輝度と、第１の干渉像の輝度のばらつきを表す第１の輝度ばらつきとを算出する。
（２）第２の干渉像１１３を示す部分の信号に基づいて、第２の干渉像１１３の輝度の平均を表す第２の平均輝度と、第２の干渉像の輝度のばらつきを表す第２の輝度ばらつきとを算出する。
（３）第１および第２の平均輝度と、第１および第２の輝度ばらつきとを用いた演算により、散乱体１０１の内部に存在する、異物１０２の深度に関するデータを生成して出力する。データの具体的な生成方法は上述した通りである。
　図９に示すように、光学系１０７および撮像素子１０８によって撮像可能な対象領域には、第１の対象領域１０６と第２の対象領域１１２との両方が含まれている。第１の対象領域１０６および第２の対象領域１１２はどちらも、第１の箇所１０５ａから距離ＳＤだけ離れている。撮像素子１０８では撮像可能な領域全体から、第１の干渉像１０９に相当する領域および第２の干渉像１１３に相当する領域を切り出せばよい。この構成であれば、異なる対象領域を撮像するために散乱体１０１を移動させる工程を省くことができる。したがって、より簡便に散乱体内部の深さに関する情報を取得することができる。
　（実施例）
　以下では、本開示の効果を確認するために計算した実施例を説明する。
　図１０Ａおよび図１０Ｂは、それぞれ、実施例において用いた異物１０２ａ、１０２ｂを含む散乱体１０１を模式的に示す上面図および側面図である。
　実施例では、散乱体１０１に１０ｍｍ角の棒状の２つの異物１０２ａ、１０２ｂが埋め込まれている。散乱体１０１の吸収係数および等価散乱係数は、それぞれ、図１Ａおよび図１Ｂに示す例において説明した散乱体１０１の吸収係数および等価散乱係数と同じである。同様に、異物１０２ａ、１０２ｂの吸収係数および等価散乱係数は、それぞれ、図１Ａおよび図１Ｂに示す例において説明した異物１０２の吸収係数および等価散乱係数と同じである。一方の異物１０２ａの散乱体１０１の表面からの深さは２ｍｍであり、他方の異物１０２ｂの散乱体１０１の表面からの深さは５ｍｍである。
　上述の実施形態の計測装置１００の構成例により、照明光で散乱体１０１を照射し、散乱体１０１をＸ方向に５ｍｍ間隔で２５ステップ移動させて、合計２５の対象領域が撮像される。各対象領域に対応する干渉像の輝度分布から、上述の実施形態と同様の方法によって光量および位相ばらつきを計算した。
　図１１Ａは、散乱体における対象領域の位置と、干渉像の光量との関係をプロットしたグラフの一例を示す図である。図１１Ｂは、散乱体における対象領域の位置と、干渉像の位相ばらつきとの関係をプロットしたグラフの一例を示す図である。どちらのグラフにおいても、深さ２ｍｍの異物１０２ａと深さ５ｍｍの異物１０２ｂとが内部に存在することに起因する変化が現れる。
　以下では、光量および位相ばらつきから、深さ２ｍｍの異物１０２ａの位置と、深さ５ｍｍの異物１０２ｂの位置とが分離される。
　図１２Ａは、散乱体における対象領域の位置と光量の変化率および位相ばらつきの変化率との関係をプロットしたグラフの一例を示す図である。光量の変化率および位相ばらつきの変化率は、それぞれ、実施形態におけるｒｉおよびｒｐに相当する。散乱体の位置０ｍｍにおける光量および位相ばらつきを、それぞれ、光量および位相ばらつきの変化率の基準とした。ここで基準の位置は０ｍｍでなくてもよく、直下に異物が存在しない位置であればよい。例えば、散乱体１０１の端などの異物１０２が存在しないと想定される位置を基準として用いればよい。また、同じ散乱体１０１において基準を求めなくてもよく、同じ光学的性質を有し異物１０２が存在しない別の散乱体を基準としてもよい。
　図１２Ｂは、散乱体における対象領域の位置と、図１２Ａに示す例における光量変化率と位相ばらつき変化率の比との関係をプロットしたグラフの一例を示す図である。当該比は、実施形態におけるｒｉ／ｒｐに相当する。図１２Ｂに示すように、散乱体の位置に対してかなり変動が大きい。これは、ｒｉ／ｒｐの分母である位相ばらつきの変化率がゼロに近くなると、光量の変化率の値にかかわらずｒｉ／ｒｐの値が極端に大きくなるからである。
　位相ばらつき変化率の値がゼロに近い場合には、異物が存在しないか、検出できないくらい深い部分に存在すると想定される。したがって、深さ２ｍｍにも５ｍｍにも異物が存在しないと推定するのが合理的である。実施例では、ｒｉ／ｒｐ＜０．０５の場合には、変化率の比をゼロとする補正が行われた。
　図１２Ｃは、散乱体における対象領域の位置と補正後の変化率の比との関係をプロットしたグラフの一例を示す図である。図１２Ｃに示すように、合理的な結果が得られた。
　最後に、補正後の変化率の比の大小によるグラフの分離を説明する。
　図１３Ａは、図１２Ｃの結果から、深さ２ｍｍを基準として浅い領域の情報のみを抽出した結果を示す図である。図１３Ｂは、図１２Ｃの結果から、深さ５ｍｍを基準として深い領域の情報のみを抽出した結果を示す図である。実施例では、補正後の変化率の比が０．６より大きい場合は、その変化率の比が深さ２ｍｍの像に反映されるとし、０．６以下の場合には、深さ５ｍｍの像に反映されるとした。このようにして、深さを基準として異物の一次元像を分離することができる。
　上記の実施形態では、光量および位相ばらつきからそれぞれの変化率を計算し、光量の変化率と位相ばらつきの変化率との比から深さに関する情報を取得した。しかし、比ではなく、差または大小関係から情報を取得してもよい。また、光量の変化率および位相ばらつきの変化率の代わりに、光量および位相ばらつきから深さに関する情報を取得してもよい。また、散乱体および異物の光学的性質に合わせて別の計算方法を用いてもよい。また、異物の状態と、光量の変化率および位相のばらつき変化率との関係を機械学習させ、その学習結果に基づいて深さに関する情報を取得してもよい。また、異物の状態と、光量および位相ばらつきとの関係を機械学習させ、その学習結果に基づいて深さに関する情報を取得してもよい。
　なお実際の散乱体では、内部に存在する複数の異物の吸収性および散乱性が互いに異なることがあり得る。このような場合に、それぞれの異物に対して深さに関する情報を得るには、光源のコヒーレンス長を複数種類に変化させて散乱体に照射して、対象領域を撮像する方法が有効である。その理由を以下に述べる。
　例えば、散乱性の低い異物と、それよりも散乱性の高い異物の２つが散乱体の内部に存在するとする。散乱性の高い異物を経由する光の平均光路長は、散乱性の低い異物を経由する光の平均光路長よりも長くなる。このことは、散乱性の高い異物を経由する光の光路長偏差が長くなることを意味する。この光に対して像面で干渉性を発生させるには、コヒーレンス長がより長い光源が必要となる。言い換えれば、光源のコヒーレンス長と干渉性との関係は異物の散乱性によって変化する、と言える。
　このことから、異なる複数種類のコヒーレンス長の光源を用いれば、散乱性の異なる異物が散乱体の内部に存在しても、深さに関する情報を得ることが可能であると言える。また、互いに吸収性が異なる複数の異物が散乱体の内部に存在する場合についても同様の考え方が適用できる。
　また実際の散乱体では、散乱体自体の吸収性および散乱性が空間的に一様でないこともあり得る。このような場合には、まず明らかに異物のない対象領域で平均光量および位相ばらつきの空間的分布を測定しておく。次に、異物のある対象領域の平均光量および位相ばらつきを測定する。異物のない対象領域とある対象領域とで互いに空間的に近い位置を見つけて、それらの位置に対する平均光量変化率および位相ばらつき変化率を算出すれば、深さに関する情報を得ることが可能である。
　また、上記の実施の形態および実施例で用いた計測装置の構成は、上述の構成に限られない。上記開示の構成および効果を満たす範囲内で適切な構成に変更してもよい。
　（応用例）
　本実施形態に係る計測装置の応用例を説明する。
　図１４Ａは、実施形態の計測装置２００を人体の頭部２０１の血流の検出に応用した例を模式的に示す図である。図１４Ａに示すように、計測装置２００の照明光で頭部２０１を照射し、頭皮表面に位置する第１または第２の対象領域に相当する領域２０２からの多重散乱光の干渉像が撮像される。
　図１４Ａに示す例では、頭部２０１が散乱体に相当する。血流によるヘモグロビン濃度が周囲よりも高い部分では、ヘモグロビンによる光学的吸収が高く、その部分からの反射光量が少ない。そのため、当該部分が対象物に相当すると考えられる。計測装置２００における不図示の信号処理回路は、散乱体の内部の血液の状態を示すデータを生成して出力する。
　実施形態の計測装置２００を用いることにより、頭皮表面から浅い部分の血流分布と、頭皮表面から深い部分に位置する脳表層部の血流分布とを分離して検出することが可能になる。ディスプレイ２０３は、それらの血流分布を表示してもよい。
　図１４Ｂは、実施形態の計測装置２０４を腕２０５における皮下の血流の検出に応用した例を模式的に示す図である。頭部の場合と同様に、計測装置２０４からの照明光で腕２０５または手首を照射し、皮膚表面に位置する第１または第２の対象領域に相当する領域２０６からの多重散乱光の干渉像が撮像される。
　図１４Ｂに示す例では、腕２０５または手首が散乱体に相当する。頭部の場合と同様に、血流によるヘモグロビン濃度が周囲よりも高い部分が対象物に相当すると考えられる。計測装置２０４における不図示の信号処理回路は、散乱体の内部の血液の状態を示すデータを生成して出力する。
　実施形態の計測装置２０４を用いることにより、皮膚表面から浅い部分に位置する末梢血管部の血流の分布と、深い部分に位置する動脈部または静脈部の血流の分布とを分離して検出することが可能になる。ディスプレイ２０７は、血流分布を血流量に対応する数値として表示してもよい。
　ヘモグロビン濃度の分布を時間的に連続取得して演算することにより、深い動脈部分のみ、または浅い末梢血管部分のみの脈波波形および血圧値などを推定することも可能になる。
　図１４Ｃは、実施形態の計測装置２０８を食品２１２の検査に応用した例を模式的に示す図である。
　図１４Ｃの例では、食品２１２が散乱体に相当する。食品２１２の内部に内容物２１３を封入した後の検査工程において、内容物２１３が中心に入っている食品２１２を合格品とする。内容物２１３の吸収係数が食品２１２と異なる場合、内容物２１３からの反射光量が食品２１２とは異なる。したがって、内容物２１３が対象物と考えられる。計測装置２０８からの照明光で、食品２１２の表面２０９を照射し、第１または第２の対象領域に相当する領域２１０からの多重散乱光の干渉像が撮像される。計測装置２０８における不図示の信号処理回路は、内容物２１３が正しい深度に位置しているかどうかを判定し、判定結果を出力する。
　実施形態の計測装置２０８を用いることにより、撮像側から見た内容物２１３の深さに関する情報から、内容物２１３が正しい深さに入っているかどうかを判定することができ、合格品または不合格品の判定が可能になる。ディスプレイ２１１は、判定結果を表示してもよい。
　本開示に係る計測装置は、産業用、医療用、美容用、ヘルスケア用および車載用などの計測に応用できる。小型かつ簡易な構成によって散乱体の内部の深さに関する情報が取得され得る。
　　１００、２００、２０４、２０８　　計測装置
　　１０１　　散乱体
　　１０２、１０２ａ、１０２ｂ　　異物
　　１０３　　光源
　　１０４　　光
　　１０５　　照射部
　　１０５ａ　　第１の箇所
　　１０５ｂ　　第２の箇所
　　１０６　　第１の対象領域
　　１０７　　光学系
　　１０８　　撮像素子
　　１０９　　第１の干渉像
　　１１０　　信号処理回路
　　１１１、２０３、２０７、２１１　　ディスプレイ
　　１１２　　第２の対象領域
　　１１３　　第２の干渉像
　　１１４　　信号処理回路
　　１３０　　制御装置
　　１４０　　アクチュエータ
　　２０１　　頭部
　　２０２、２０６、２１０　　領域
　　２０５　　腕
　　２０９　　表面
　　２１２　　食品
　　２１３　　内容物
　　３０６　　対象領域

Claims (17)

  1. 　散乱体の内部に存在する対象物の情報を取得するための計測装置であって、
    　レーザ光を前記散乱体に向けて出射する光源と、
    　撮像素子と、
    　信号処理回路と、
    　前記光源および前記撮像素子を制御し、かつ前記散乱体における前記レーザ光の照射位置を制御する制御装置と、
    を備え、
    　前記制御装置は、
    　前記光源に、前記散乱体における第１の箇所を前記レーザ光で照射させ、前記第１の箇所から離れた第１の対象領域から出射した前記レーザ光による第１の像を示す第１の画像信号を前記撮像素子に出力させ、
    　前記光源に、前記散乱体における第２の箇所を前記レーザ光で照射させ、前記第２の箇所から離れた第２の対象領域から出射した前記レーザ光による第２の像を示す第２の画像信号を前記撮像素子に出力させ、
    　前記信号処理回路は、前記第１の画像信号および前記第２の画像信号を用いた演算により、前記散乱体の内部における前記対象物の位置に関するデータを生成して出力し、
    　前記第１の箇所と前記第１の対象領域の中心との第１の距離は、前記第２の箇所と前記第２の対象領域の中心との第２の距離に等しいか、または前記第１の距離と前記第２の距離との差が、前記第１の距離及び前記第２の距離のうち短い方の距離の１０％未満である、
    計測装置。
  2. 　前記制御装置は、前記光源の位置および前記散乱体の位置からなる群さら選択される少なくとも一方を変化させるアクチュエータを備え、
    　前記制御装置は、前記アクチュエータを駆動することによって前記照射位置を変化させる、
    請求項１に記載の計測装置。
  3. 　前記信号処理回路は、
    　前記第１の画像信号に基づいて、前記第１の像の輝度の平均を表す第１の平均輝度と、前記第１の像の輝度のばらつきを表す第１の輝度ばらつきとを算出し、
    　前記第２の画像信号に基づいて、前記第２の像の輝度の平均を表す第２の平均輝度と、前記第２の像の輝度のばらつきを表す第２の輝度ばらつきとを算出し、
    　前記第１の平均輝度、前記第２の平均輝度、前記第１の輝度ばらつきおよび前記第２の輝度ばらつきを用いた演算により、前記データを生成して出力する、
    請求項１または２に記載の計測装置。
  4. 　前記制御装置は、
    　前記光源に、前記散乱体における第３の箇所を前記レーザ光で照射させ、前記第３の箇所から離れた第３の対象領域から出射した前記レーザ光による第３の像を示す第３の画像信号を前記撮像素子に出力させ、
    　前記第１の距離は、前記第３の箇所と前記第３の対象領域の中心との第３の距離に等しいか、または前記第１の距離と前記第３の距離との差が、前記第１の距離及び前記第３の距離のうち短い方の距離の１０％未満である、
    請求項１から３のいずれかに記載の計測装置。
  5. 　前記第１の箇所、前記第２の箇所、及び前記第３の箇所は、前記散乱体の表面上において一方向に等間隔に並ぶ、
    請求項４に記載の計測装置。
  6. 　前記制御装置は、
    　前記光源に、前記散乱体における第３の箇所を前記レーザ光で照射させ、前記第３の箇所から離れた第３の対象領域から出射した前記レーザ光による第３の像を示す第３の画像信号を前記撮像素子に出力させ、
    　前記第３の箇所は、前記第１の箇所および第２の箇所のいずれとも異なり、かつ前記対象物が存在しない、
    請求項１に記載の計測装置。
  7. 　散乱体の内部に存在する対象物の情報を取得するための計測装置であって、
    　レーザ光を前記散乱体に向けて出射する光源と、
    　撮像素子と、
    　信号処理回路と、
    　前記光源および前記撮像素子を制御する制御装置と、
    を備え、
    　前記制御装置は、
    　前記光源に、前記散乱体における第１の箇所を前記レーザ光で照射させ、前記第１の箇所から離れた第１の対象領域から出射した前記レーザ光による第１の像と、前記第１の箇所から離れた第２の対象領域から出射した前記レーザ光による第２の像と、を含む画像を示す画像信号を前記撮像素子に出力させ、
    　前記信号処理回路は、前記画像信号のうち、前記第１の像を示す第１の部分と、前記第２の像を示す第２の部分と、を用いた演算により、前記散乱体の内部における前記対象物の位置に関するデータを生成して出力し、
    　前記第１の箇所と前記第１の対象領域の中心との第１の距離は、前記第２の箇所と前記第２の対象領域の中心との第２の距離に等しいか、または前記第１の距離と前記第２の距離との差が、前記第１の距離及び前記第２の距離のうち短い方の距離の１０％未満である、
    計測装置。
  8. 　前記信号処理回路は、
    　前記画像信号のうち、前記第１の部分に基づいて、前記第１の像の輝度の平均を表す第１の平均輝度と、前記第１の像の輝度のばらつきを表す第１の輝度ばらつきとを算出し、
    　前記画像信号のうち、前記第２の部分に基づいて、前記第２の像の輝度の平均を表す第２の平均輝度と、前記第２の像の輝度のばらつきを表す第２の輝度ばらつきとを算出し、
    　前記第１の平均輝度、前記第２の平均輝度、前記第１の輝度ばらつきおよび前記第２の輝度ばらつきを用いた演算により、前記データを生成して出力する、
    請求項７に記載の計測装置。
  9. 　前記制御装置は、
    　前記光源に、前記散乱体における第２の箇所を前記レーザ光で照射させ、前記第２の箇所から離れた第３の対象領域から出射した前記レーザ光による第３の像を示す画像信号を前記撮像素子に出力させ、
    　前記第２の箇所は、前記第１の箇所と異なり、かつ前記対象物が存在しない、
    請求項７に記載の計測装置。
  10. 　前記信号処理回路は、
    　前記第１の平均輝度と前記第２の平均輝度との差の絶対値を、前記第１の平均輝度または前記第２の平均輝度で割ることにより、平均輝度の変化率を算出し、
    　前記第１の輝度ばらつきと前記第２の輝度ばらつきとの差の絶対値を、前記第１の輝度ばらつきまたは前記第２の輝度ばらつきで割ることにより、輝度ばらつきの変化率を算出し、
    　前記平均輝度の変化率と前記輝度ばらつきの変化率との比から、前記対象物が、前記散乱体の内部における２つ以上の領域であって、互いに前記散乱体の表面からの深さが異なる領域のうち、どの領域に存在するかを判断する、
    請求項３または８に記載の計測装置。
  11. 　前記レーザ光のコヒーレンス長は、１ｍｍ以上４００ｍｍ以下である、
    請求項１から１０のいずれかに記載の計測装置。
  12. 　前記レーザ光のコヒーレンス長は、２ｍｍ以上１００ｍｍ以下である、
    請求項１から１０のいずれかに記載の計測装置。
  13. 　前記レーザ光のコヒーレンス長は、５ｍｍ以上２０ｍｍ以下である、
    請求項１から１０のいずれかに記載の計測装置。
  14. 　前記散乱体は、生体であり、
    　前記対象物は、前記生体の内部においてヘモグロビン濃度が周囲よりも高い部分である、
    請求項１から１３のいずれかに記載の計測装置。
  15. 　前記散乱体は、食品であり、
    　前記対象物は、前記食品に封入された内容物であり、
    　前記信号処理回路は、前記内容物が、前記食品の内部の正しい深さに位置しているかどうかを判定し、判定結果を出力する、
    請求項１から１３のいずれかに記載の計測装置。
  16. 　前記光源は、前記レーザ光のコヒーレンス長を、互いに異なる複数の値の間で切替可能である、
    請求項１から１５のいずれかに記載の計測装置。
  17. 　前記対象物は、前記散乱体と散乱特性が異なる、
    請求項１から１６のいずれかに記載の計測装置。
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