WO2023176638A1 - 光学装置 - Google Patents

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WO2023176638A1
WO2023176638A1 PCT/JP2023/008835 JP2023008835W WO2023176638A1 WO 2023176638 A1 WO2023176638 A1 WO 2023176638A1 JP 2023008835 W JP2023008835 W JP 2023008835W WO 2023176638 A1 WO2023176638 A1 WO 2023176638A1
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light
light source
optical device
photodetector
structuring
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PCT/JP2023/008835
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French (fr)
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雄介 北川
磨志 橋本谷
Original Assignee
パナソニックＩｐマネジメント株式会社
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • 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
    • G01N21/01—Arrangements or apparatus for facilitating the optical investigation
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • 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
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • 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
    • G01N21/25—Colour; Spectral properties, i.e. comparison of effect of material on the light at two or more different wavelengths or wavelength bands
    • G01N21/31—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry
    • G01N21/35—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry using infrared light
    • G01N21/3563—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry using infrared light for analysing solids; Preparation of samples therefor

Definitions

  • the present disclosure relates to an optical device.
  • Patent Document 1 discloses a substance measuring device using ghost imaging.
  • the substance measuring device described in Patent Document 1 includes: a light source that emits light having a spatial intensity distribution; a detection unit that detects light that has passed through an object to be measured or light that has been reflected by the object to be measured; It includes a calculation means for estimating the properties of the object to be measured based on the information of the detected light and the information of the irradiated light.
  • the light detected by the detection means of the conventional substance measuring device described above is light that includes information about the entire portion that has passed through the object to be measured. That is, information about a specific part of the object to be measured cannot be extracted.
  • the present disclosure provides an optical device that can obtain information about a specific part of an object.
  • An optical device includes a light source unit that structures light into a bright and dark pattern of a plurality of lines and emits it; a photodetector for detecting light emitted from the photodetector; a modulation means for modulating a predetermined portion of the object; a synchronization control section for synchronizing the light irradiation from the light source section with the modulation means;
  • the apparatus further includes a calculation unit that reconstructs a line image of the object by performing a cross-correlation calculation between the output signal and the corresponding brightness pattern.
  • FIG. 1 is a diagram showing the configuration of an optical device according to the first embodiment.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating a method for reconstructing a line image using the optical device according to the first embodiment.
  • FIG. 3A is a diagram illustrating an example of ultrasonic irradiation by the optical device according to the first embodiment.
  • FIG. 3B is a diagram illustrating another example of ultrasonic irradiation by the optical device according to the first embodiment.
  • FIG. 4 is a diagram showing the configuration of an optical device according to a modification of the first embodiment.
  • FIG. 5 is a diagram showing the configuration of an optical device according to the second embodiment.
  • FIG. 6 is a diagram showing the configuration of an optical device according to Embodiment 3.
  • FIG. 7 is a diagram showing the configuration of an optical device according to a modification of the third embodiment.
  • An optical device includes a light source unit that structures light into a bright and dark pattern of a plurality of lines and emits it; a photodetector for detecting light emitted from the photodetector; a modulation means for modulating a predetermined portion of the object; a synchronization control section for synchronizing the light irradiation from the light source section with the modulation means; The apparatus further includes a calculation unit that reconstructs a line image of the object by performing a cross-correlation calculation between the output signal and the corresponding brightness pattern.
  • an ultrasonic wave generating means that generates ultrasonic waves and irradiates them to a predetermined region
  • the light can be modulated (specifically emphasized) at the part where the irradiated ultrasound and the light intersect, so by irradiating the light to the relevant part in synchronization with the ultrasound, A photodetector can detect transmitted light that reflects the characteristics of Therefore, information on a specific part of the object can be obtained.
  • the modulation means includes a light source that irradiates light to a predetermined region, an electromagnetic wave generator that irradiates electromagnetic waves to a predetermined region, a temperature adjustment device that heats and/or cools the predetermined region, and a stress generator that applies stress to the predetermined region. (a pressurizer or a pressure reducer).
  • the light source section may include a light source and a structuring means for structuring the light from the light source into a bright and dark pattern of the plurality of lines.
  • an optical device includes a light source section that emits light, and a plurality of lines that emit light from the object when the light from the light source section is irradiated onto the object.
  • structuring means for structuring the light into a light-dark pattern; a photodetector for detecting the light structured by the structuring means; and a cross-correlation calculation between a signal output from the photodetector and the corresponding light-dark pattern. and a calculation unit that reconstructs a line image of the object by performing the following.
  • ultrasonic generation means when ultrasonic generation means is used as a modulation means, it is possible to modulate (specifically emphasize) the light at the part where the irradiated ultrasonic wave and the light intersect, so it can be synchronized with the ultrasonic wave.
  • a photodetector By irradiating the region with light in this manner, a photodetector can detect reflected light that reflects the characteristics of the region. Therefore, information on a specific part of the object can be obtained.
  • the structuring means may be a digital mirror device, an active matrix liquid crystal device, or a spatial light modulator.
  • the light emitted by the light source unit may include a wavelength component of 2 ⁇ m or more and 10 ⁇ m or less.
  • the mid-infrared band As a result, by using the mid-infrared band, it can be used for component analysis of a target object or inspection for the presence of foreign substances other than the target object.
  • the light emitted from the target object may be reflected light generated when the target object reflects at least a portion of the light from the light source section.
  • the light emitted from the object may be transmitted light generated when the object transmits at least a portion of the light from the light source section.
  • each figure is a schematic diagram and is not necessarily strictly illustrated. Therefore, for example, the scales and the like in each figure do not necessarily match. Further, in each figure, substantially the same configurations are denoted by the same reference numerals, and overlapping explanations will be omitted or simplified.
  • FIG. 1 is a diagram showing the configuration of an optical device 1 according to this embodiment.
  • the optical device 1 shown in FIG. 1 is a device that inspects an object 90, for example, by detecting light emitted from the object 90 when the object 90 is irradiated with light. Specifically, the optical device 1 modulates a predetermined portion inside the object 90. In this embodiment, by irradiating ultrasonic waves, the light is modulated (specifically, emphasized) at a region 91 where the ultrasonic waves and the light intersect. By irradiating the region 91 with light in synchronization with ultrasound, light reflecting the characteristics of the region 91 can be detected by a photodetector. Thereby, information on the specific part 91 of the object 90 can be obtained.
  • the modulation method uses, for example, ultrasonic waves, but it may also be a method using light, electromagnetic waves, temperature, stress, or the like.
  • the object 90 is, for example, a medicine tablet or powder.
  • the optical device 1 can be used to detect foreign substances contained in medicine tablets or powders.
  • the object 90 is not limited to a medicine tablet or powder, but may be a food product or an industrial product.
  • the object 90 is not limited to a solid object, and may be a liquid or a gas.
  • the optical device 1 includes a light source 10, a structuring means 20, a photodetector 30, an ultrasonic irradiation section 40, a control section 50, a calculation section 60, a lens 70, Equipped with
  • the optical device 1 may include an irradiation optical system for irradiating light onto the object 90 and an objective optical system for collecting light from the object 90. .
  • the light source 10 emits light that includes a wavelength component that passes through the object 90.
  • the light source 10 emits mid-infrared light.
  • the mid-infrared light has an intensity of at least a predetermined value within a wavelength band of 2 ⁇ m or more and 10 ⁇ m or less, for example.
  • the light emitted by the light source 10 may be narrow band light.
  • narrow-band light that is absorbed by the component to be detected is used.
  • the narrow band light has, for example, a half width of 2 ⁇ m or less, but is not limited thereto.
  • the half width of the narrow band light may be 1 ⁇ m or less, or 0.5 ⁇ m or less. The narrower the half-width, the less likely it is to be absorbed by components other than the component to be detected, so the detection accuracy can be improved.
  • the light source 10 may change the wavelength of the light it emits.
  • light source 10 is an infrared tunable laser such as a quantum cascade (QC) laser.
  • the light source 10 may be a wavelength selective light source using a broadband light source, a grating, or the like.
  • the light source 10 may also include a broadband light source and one or more filters.
  • a broadband light source emits light having a predetermined or higher intensity over a wavelength band of 2 ⁇ m or more and 10 ⁇ m or less, for example.
  • the broadband light source is an LED (Light Emitting Diode), a halogen lamp, a supercontinuum light source, a superluminescent diode light source, or the like.
  • the one or more filters are bandpass filters that transmit light in the corresponding band and block light in other bands.
  • the light source 10 can emit light in a corresponding band by passing light emitted from a broadband light source through one filter selected from one or more filters.
  • the light source 10 may be able to emit light for each band in a time-division manner by switching the selected filter.
  • the structuring means 20 structures the light from the light source 10 into a bright and dark pattern of a plurality of lines.
  • the bright and dark pattern is represented by "bright” and “dark” for each of a plurality of micro regions arranged in an array on a two-dimensional plane.
  • the structuring means 20 is a transmission type device, and the transmittance can be changed for each micro region. A micro region with high transmittance is "bright", and a micro region with low transmittance is "dark".
  • the structuring means 20 is an active matrix liquid crystal device or a spatial light modulator or the like.
  • a reflective device such as a digital mirror device (DMD) may be used as the structuring means 20.
  • the structuring means 20 are arranged between the light source 10 and the object 90.
  • the structuring means 20 switches the plurality of bright and dark patterns in a time-division manner based on the control by the control unit 50.
  • the plurality of bright and dark patterns are randomly generated based on a predetermined algorithm.
  • the number of bright and dark patterns is several hundred or more, but may be several thousand or more, or even tens of thousands or more. The greater the number of bright and dark patterns, the higher the quality of the reconstructed line image can be. On the other hand, by reducing the number of bright and dark patterns, the time required for measurement can be shortened.
  • the number of minute regions corresponds to the number of pixels of the line image to be reconstructed. Therefore, by increasing the number of minute regions, a high-definition line image can be obtained.
  • the photodetector 30 detects light emitted from the object 90 when irradiated with light from the light source 10.
  • the photodetector 30 irradiates the object 90 with structured light by the structuring means 20, and detects the transmitted light that has passed through the object 90 out of the structured light. .
  • the photodetector 30 outputs a signal according to the intensity of the detected reflected light.
  • the timing at which the photodetector 30 outputs the signal is controlled by the control unit 50 so as to be synchronized with the timing at which the bright/dark pattern is switched. That is, the photodetector 30 outputs a signal corresponding to the intensity of light (specifically, transmitted light) emitted from the object 90 for each bright and dark pattern.
  • the signal output from the photodetector 30 can be associated one-to-one with the bright and dark pattern.
  • the photodetector 30 is, for example, a one-pixel infrared photodetector.
  • the infrared photodetector for example, a HgCdTe detector, an InSb detector, or a bolometer can be used.
  • a one-pixel detector can be used as the photodetector 30, so the photodetector 30 can be downsized. Furthermore, since a large light-receiving area for one pixel can be ensured, sensitivity can be increased or the dynamic range can be expanded. Additionally, photodetectors sensitive to the mid-infrared band are generally expensive. As the photodetector 30, a simple and compact detector for one pixel can be used, so that cost reduction can also be achieved.
  • the ultrasonic irradiation unit 40 is an example of a modulation means that modulates a predetermined region 91 of the object 90.
  • the ultrasound irradiation unit 40 irradiates a predetermined region 91 of the object 90 with ultrasound.
  • the ultrasonic irradiation unit 40 irradiates the surface of the object 90 and arbitrary parts inside the object 90 with ultrasonic waves in a focused manner.
  • the ultrasonic irradiation unit 40 is, for example, an ultrasonic phased array device.
  • the wavelength of the ultrasonic waves can be adjusted according to the size of the region to be measured of the object 90. Specifically, the wavelength of the ultrasonic waves is made to be different from the size of the region to be measured. Thereby, it is possible to suppress the occurrence of a phase shift and uneven density between the ends of the region to be measured.
  • An example of ultrasound irradiation by the ultrasound irradiation unit 40 will be described later.
  • the region 91 on which the ultrasonic waves are focused is the region from which the user requests information, and can be set to any region according to instructions from the user.
  • the optical device 1 may include an input interface device that receives user operations, such as a touch panel or physical operation buttons or operation levers.
  • the control unit 50 performs overall control of the optical device 1. Specifically, the control section 50 controls the light source 10, the structuring means 20, the photodetector 30, the ultrasound irradiation section 40, and the calculation section 60. For example, the control unit 50 controls the timing of turning on and turning off the light source 10. The control unit 50 controls the switching timing of the plurality of bright and dark patterns by the structuring means 20. Further, the control unit 50 controls the output timing of the signal from the photodetector 30 so as to correspond to each of the plurality of bright and dark patterns. The control unit 50 is an example of a synchronization control unit that synchronizes light irradiation and ultrasound irradiation. Further, the control unit 50 outputs information to the calculation unit 60 to enable association between brightness and darkness patterns and signals.
  • the calculation unit 60 reconstructs a line image of the object 90 by performing a cross-correlation calculation between the signal output from the photodetector 30 and the corresponding brightness/darkness pattern. A specific reconstruction method will be explained later.
  • the control unit 50 and the calculation unit 60 are each realized by, for example, an LSI (Large Scale Integration) that is an integrated circuit (IC).
  • LSI Large Scale Integration
  • the integrated circuit is not limited to an LSI, and may be a dedicated circuit or a general-purpose processor.
  • the control unit 50 may be one or more microcontrollers.
  • a microcontroller includes, for example, a nonvolatile memory in which a program is stored, a volatile memory that is a temporary storage area for executing the program, an input/output port, a processor that executes the program, and the like.
  • control unit 50 or the calculation unit 60 may be a programmable FPGA (Field Programmable Gate Array) or a reconfigurable processor in which connections and settings of circuit cells within the LSI can be reconfigured.
  • the functions executed by the control unit 50 or the calculation unit 60 may be realized by software or hardware.
  • the control unit 50 may use common hardware resources with the calculation unit 60.
  • the lens 70 is a condensing lens that condenses transmitted light that has passed through the object 90 onto the photodetector 30.
  • the lens 70 is formed using a suitable material depending on the wavelength of the light to be transmitted.
  • semiconductors such as germanium, calcium fluoride, and potassium bromide can be used as materials that transmit light in the mid-infrared band.
  • multilayer films of various dielectrics or metals may be used.
  • the optical device 1 may include another optical element instead of the lens 70, as long as the light can be focused on the photodetector 30. Further, the optical device 1 may include an optical element for adjusting the optical path.
  • Optical elements include, for example, lenses, diffraction gratings, reflectors, light guides, beam homogenizers, and the like.
  • FIG. 2 is a diagram showing a method for reconstructing a line image by the optical device 1 according to the present embodiment.
  • the calculation unit 60 reconstructs a line image using a plurality of bright and dark patterns and signals from the photodetector 30 corresponding to each bright and dark pattern. As shown in FIG. 2, a line image is reconstructed by multiplying a plurality of bright and dark patterns by the signal from the photodetector 30 (cross-correlation calculation) and summing the products for each pattern. .
  • Reconstruction methods include, for example, a method called ghost imaging and a method called single pixel imaging.
  • the subscript r represents the irradiation order of the bright and dark patterns. That is, b r represents the signal intensity from the photodetector 30 corresponding to the light of the r-th bright and dark pattern. I r represents the r-th brightness pattern. x and y are the coordinates of the light and dark pattern. T(x,y) is the transmittance of the object 90. Note that when the reflection from the object 90 is used as in Embodiment 3 and its modifications described later, T(x, y) is the reflectance of the object 90.
  • n is the number of bright and dark patterns.
  • ⁇ k> is an ensemble average and is expressed by the following equation (3).
  • G(x, y) in Equation (2) is the average value of intensity changes in all bright and dark patterns at the coordinates (x, y). Therefore, when the number n of bright and dark patterns is sufficiently large, G(x, y) approaches T(x, y) and can be regarded as a reconstructed line image.
  • ⁇ Single pixel imaging> In single-pixel imaging, in principle, M linearly independent brightness and darkness patterns are required in order to obtain a line image consisting of N pixels. M is, for example, a value greater than or equal to N. Regarding a linearly independent brightness/darkness pattern I(x,y) consisting of N pixels, if the corresponding signal intensity is B and the image of the object 90 is T, the following equation (4) is satisfied.
  • equation (4) can be regarded as a matrix operation. That is, equation (4) can be expressed as equation (5) below.
  • the matrix T that is, the line image T(x, y) can be obtained.
  • the matrix H for example, a Hadamard matrix is used.
  • a predetermined portion of the object 90 is irradiated with focused ultrasonic waves.
  • the light is modulated.
  • the refractive index of the region 91 changes depending on the density of the ultrasound waves, and the intensity of the light passing therethrough can be changed. Therefore, by synchronizing the ultrasonic irradiation and the light irradiation, the light passing through the region 91 can be emphasized.
  • the transmitted light that has passed through the object 90 becomes transmitted light that reflects the characteristics of the region 91 where the focused ultrasound waves and the transmitted light intersect. That is, the transmitted light includes all the features of the object 90 on its path, but the features of the region 91 where the ultrasound and the light intersect are emphasized, and the features of the region where the ultrasound and the light do not intersect are relative. is suppressed.
  • the photodetector 30 By detecting this transmitted light with the photodetector 30, information on a specific portion 91 of the object 90 can be obtained.
  • FIG. 3A and 3B are diagrams showing an example of ultrasonic irradiation by the optical device 1 according to the present embodiment.
  • the ultrasound irradiation unit 40 can focus ultrasound on a linear region. This linear focused ultrasound wave extends in one direction parallel to a plane perpendicular to the traveling direction of the incident light.
  • the ultrasound irradiation unit 40 scans this linear focused ultrasound in a plane perpendicular to the traveling direction of the incident light and in a direction perpendicular to the extending direction of the linear focused ultrasound. This makes it possible to obtain information on a surface perpendicular to the traveling direction of the incident light, and to reconstruct a line image of the surface.
  • the ultrasonic irradiation unit 40 may focus the ultrasonic waves on a point-like area.
  • the ultrasound irradiation unit 40 two-dimensionally scans this point-like focused ultrasound within a plane orthogonal to the traveling direction of the incident light. This makes it possible to obtain information on a surface perpendicular to the traveling direction of the incident light, and to reconstruct a line image of the surface.
  • FIG. 4 is a diagram showing the configuration of an optical device 2 according to this modification.
  • the optical device 2 comprises a light source part 11 instead of the light source 10 and the structuring means 20, compared to the optical device 1 shown in FIG.
  • the light source unit 11 structures light into a plurality of lines of bright and dark patterns and emits the light. That is, the light source section 11 has the functions of both the light source 10 and the structuring means 20 described above. Specifically, the light source section 11 includes a plurality of light emitting elements arranged two-dimensionally. Each of the plurality of light emitting elements can be turned on and off independently. A bright and dark pattern is generated by turning on and turning off each light emitting element.
  • the light source section 11 is an LED array having LEDs as light emitting elements.
  • the second embodiment differs from the first embodiment in that the structuring means is placed on the photodetector side.
  • the explanation will focus on the differences from Embodiment 1, and the explanation of the common points will be omitted or simplified.
  • FIG. 5 is a diagram showing the configuration of the optical device 101 according to this embodiment. As shown in FIG. 5, the optical device 101 differs from the optical device 1 shown in FIG. 1 in the arrangement of the structuring means 20. Specifically, the structuring means 20 are arranged between the object 90 and the photodetector 30. More specifically, the structuring means 20 are arranged between the object 90 and the lens 70.
  • the structuring means 20 structures the light (specifically, transmitted light) emitted from the object 90 when irradiated with light from the light source 10 into a bright and dark pattern of a plurality of lines. do.
  • a translucent device such as an active matrix liquid crystal device can be used as in the first embodiment.
  • the calculation unit 60 reconstructs a line image of the object 90 by performing a cross-correlation calculation between the signal output from the photodetector 30 and the corresponding brightness/darkness pattern.
  • a specific reconstruction method may utilize ghost imaging or single pixel imaging.
  • the optical device 101 can obtain information on a specific region.
  • the third embodiment differs from the first and second embodiments in that reflected light from the object is detected.
  • the explanation will focus on the differences from Embodiments 1 and 2, and the explanation of the common points will be omitted or simplified.
  • FIG. 6 is a diagram showing the configuration of optical device 201 according to this embodiment.
  • the optical device 201 differs in the positional relationship between the light source 10, the structuring means 20, the photodetector 30 and the lens 70, and the object 90.
  • the photodetector 30 is placed at a position where the reflected light from the object 90 is incident.
  • the reflected light is, for example, light reflected at a portion 91 within the object 90 where the focused ultrasound waves and the irradiated light intersect.
  • the optical device 201 includes a half mirror 80.
  • the half mirror 80 transmits at least a portion of the light emitted from the light source 10 and structured by the structuring means 20 .
  • the light transmitted through the half mirror 80 is irradiated onto an object 90 and at least a portion of it is reflected by the object 90.
  • the half mirror 80 reflects at least a portion of the light reflected by the object 90 (ie, reflected light).
  • the light reflected by the half mirror 80 is focused on the photodetector 30 via the lens 70.
  • the optical axis of the light irradiated onto the object 90 and the optical axis of the reflected light from the object 90 can be made to coincide. Thereby, it is possible to increase the collection efficiency of reflected light and to suppress the intrusion of disturbance light that causes noise.
  • the optical device 201 can obtain information on a specific region.
  • the optical device 201 is suitable for obtaining information about a portion of the object 90 whose transmittance is low and near the surface of the light incident surface.
  • the structuring means 20 may be arranged not on the light source 10 side but on the photodetector 30 side.
  • FIG. 7 is a diagram showing the configuration of an optical device 202 according to this modification. As shown in FIG. 7, the optical device 202 differs in the arrangement of the structuring means 20 compared to the configuration of the optical device 201 shown in FIG.
  • the structuring means 20 is arranged between the object 90 and the photodetector 30. Specifically, the structuring means 20 is arranged between the half mirror 80 and the lens 70. That is, the structuring means 20 structures the light (specifically, reflected light) emitted from the object 90 when the object 90 is irradiated with light from the light source 10 into a bright and dark pattern of a plurality of lines. do.
  • the optical device 202 can obtain information on a specific region.
  • optical device Although the optical device according to one or more aspects has been described above based on the embodiments, the present disclosure is not limited to these embodiments. Unless departing from the gist of the present disclosure, various modifications that can be thought of by those skilled in the art to this embodiment, and configurations constructed by combining components of different embodiments are also included within the scope of the present disclosure. It will be done.
  • the light emitted by the light source may be light with a longer wavelength than mid-infrared rays.
  • the light emitted from the light source may be far infrared rays with a wavelength band of 10 ⁇ m or more and 30 ⁇ m or less, or may be terahertz waves with a wavelength band of 30 ⁇ m or more and 3 mm or less.
  • the light emitted by the light source may be light with a shorter wavelength than visible light.
  • the light emitted by the light source may be ultraviolet light having a wavelength band of 10 nm or more and 400 nm or less, or may be X-rays or electron beams.
  • the light emitted by the light source may be excitation light that excites the object 90.
  • the object 90 is excited and emits fluorescence when irradiated with light.
  • the photodetector may detect fluorescence from the object 90 as the light emitted from the object 90.
  • the photodetector may be an image sensor having multiple pixels.
  • the number of pixels of the image sensor may be smaller than the number of micro areas of the structuring means.
  • the photodetector may include a wavelength conversion member.
  • the wavelength conversion member is, for example, an up-conversion type wavelength conversion member, and converts light in the mid-infrared band to visible light or near-infrared light.
  • an inexpensive visible light sensor or near-infrared light sensor can be used as the photodetector.
  • the present disclosure can be used in various analysis devices and inspection devices, such as component analysis of a target object or determination of foreign matter contamination.
  • Light source 11
  • Light source section 20
  • Structuring means 30
  • Photodetector 40
  • Ultrasonic irradiation section 50
  • Control section 60
  • Arithmetic section 70
  • Half mirror 90
  • Object 91 Site

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Abstract

光学装置（１）は、光を複数のラインの明暗パターンに構造化して出射する光源部と、光源部からの光が対象物（９０）に照射された場合に対象物（９０）から出射される光を検出する光検出器（３０）と、対象物（９０）の所定部位を変調する変調手段と、光源部からの光の照射と変調手段との同期をとる制御部（５０）と、光検出器（３０）から出力される信号と、対応する明暗パターンとの相互相関演算を行うことで、対象物（９０）のライン画像を再構成する演算部（６０）と、を備える。

Description

光学装置
　本開示は、光学装置に関する。
　特許文献１には、ゴーストイメージングを利用した物質測定装置が開示されている。特許文献１に記載された物質測定装置では、空間的に強度分布を有する光を放出する光源と、被測定対象物を透過した光又は被測定対象物で反射した光を検出する検出手段と、検出した光の情報と照射光の情報とに基づいて、被測定対象物の性質を推定する演算手段と、を備える。
国際公開第２０１６／０２７７９７号
　しかしながら、上記従来の物質測定装置の検出手段で検出される光は、被測定対象物を透過した部分全体の情報を含む光である。すなわち、被測定対象物の特定の部位の情報を抽出することができない。
　そこで、本開示は、対象物の特定の部位の情報を得ることができる光学装置を提供する。
　本開示の一態様に係る光学装置は、光を複数のラインの明暗パターンに構造化して出射する光源部と、前記光源部からの光が対象物に照射された場合に前記対象物から出射される光を検出する光検出器と、前記対象物の所定部位を変調する変調手段と、前記光源部からの光の照射と前記変調手段との同期をとる同期制御部と、前記光検出器から出力される信号と、対応する明暗パターンとの相互相関演算を行うことで、前記対象物のライン画像を再構成する演算部と、を備える。
　本開示によれば、対象物の特定の部位の情報を得ることができる。
図１は、実施の形態１に係る光学装置の構成を示す図である。 図２は、実施の形態１に係る光学装置によるライン画像の再構成方法を示す図である。 図３Ａは、実施の形態１に係る光学装置による超音波の照射の一例を示す図である。 図３Ｂは、実施の形態１に係る光学装置による超音波の照射の別の一例を示す図である。 図４は、実施の形態１の変形例に係る光学装置の構成を示す図である。 図５は、実施の形態２に係る光学装置の構成を示す図である。 図６は、実施の形態３に係る光学装置の構成を示す図である。 図７は、実施の形態３の変形例に係る光学装置の構成を示す図である。
　（本開示の概要）
　本開示の一態様に係る光学装置は、光を複数のラインの明暗パターンに構造化して出射する光源部と、前記光源部からの光が対象物に照射された場合に前記対象物から出射される光を検出する光検出器と、前記対象物の所定部位を変調する変調手段と、前記光源部からの光の照射と前記変調手段との同期をとる同期制御部と、前記光検出器から出力される信号と、対応する明暗パターンとの相互相関演算を行うことで、前記対象物のライン画像を再構成する演算部と、を備える。
　例えば、前記変調手段として、超音波を発生させて所定部位に照射する超音波発生手段を用いることができる。この場合、照射される超音波と光とが交わった部位で光を変調（具体的には強調）させることができるので、超音波と同期させて光を当該部位に照射することにより、当該部位の特徴が反映された透過光を光検出器で検出することができる。したがって、対象物の特定の部位の情報を得ることができる。
　また、例えば、所定部位を変調する方法として光、電磁波、温度、応力等を用いる方法でもよい。すなわち、変調手段は、光を所定部位に照射する光源、電磁波を所定部位に照射する電磁波発生器、所定部位を加熱及び／又は冷却する温度調整機器、並びに、所定部位に応力を加える応力発生器（加圧器又は減圧器）などの少なくとも１つであってもよい。
　また、例えば、前記光源部は、光源と、前記光源からの光を前記複数のラインの明暗パターンに構造化する構造化手段と、を含んでもよい。
　また、本開示の別の一態様に係る光学装置は、光を出射する光源部と、前記光源部からの光が対象物に照射された場合に前記対象物から出射される光を複数のラインの明暗パターンに構造化する構造化手段と、前記構造化手段によって構造化された光を検出する光検出器と、前記光検出器から出力される信号と、対応する明暗パターンとの相互相関演算を行うことで、前記対象物のライン画像を再構成する演算部と、を備える。
　これにより、変調手段として超音波発生手段を用いた場合には、照射される超音波と光とが交わった部位で光を変調（具体的には強調）させることができるので、超音波と同期させて光を当該部位に照射することにより、当該部位の特徴が反映された反射光を光検出器で検出することができる。したがって、対象物の特定の部位の情報を得ることができる。
　また、例えば、前記構造化手段は、デジタルミラーデバイス、アクティブマトリクス液晶デバイス又は空間光変調器であってもよい。
　これにより、光の構造化、すなわち、ラインの明暗パターンを容易に形成することができる。
　また、例えば、前記光源部が出射する光は、２μｍ以上１０μｍ以下の波長成分を含んでもよい。
　これにより、中赤外帯域を利用することで、対象物の成分分析又は対象物以外の異物の有無の検査などに利用することができる。
　また、例えば、前記対象物から出射される光は、前記対象物が前記光源部からの光の少なくとも一部を反射することで発生する反射光であってもよい。
　これにより、透過率が低い対象物の分析に有用である。
　また、例えば、前記対象物から出射される光は、前記対象物が前記光源部からの光の少なくとも一部を透過することで発生する透過光であってもよい。
　これにより、透過率が高い対象物の分析に有用である。
　以下では、実施の形態について、図面を参照しながら具体的に説明する。
　なお、以下で説明する実施の形態は、いずれも包括的又は具体的な例を示すものである。以下の実施の形態で示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置位置及び接続形態、ステップ、ステップの順序などは、一例であり、本開示を限定する主旨ではない。また、以下の実施の形態における構成要素のうち、独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。
　また、各図は、模式図であり、必ずしも厳密に図示されたものではない。したがって、例えば、各図において縮尺などは必ずしも一致しない。また、各図において、実質的に同一の構成については同一の符号を付しており、重複する説明は省略又は簡略化する。
　（実施の形態１）
　まず、実施の形態１に係る光学装置の構成について、図１を用いて説明する。図１は、本実施の形態に係る光学装置１の構成を示す図である。
　図１に示される光学装置１は、対象物９０に光を照射した場合に対象物９０から出射される光を検出することにより、例えば、対象物９０の検査を行う装置である。具体的には、光学装置１は、対象物９０の内部の所定の部位を変調させる。本実施の形態では、超音波を照射することにより、超音波と光とが交わった部位９１で光を変調（具体的には、強調）させる。超音波と同期させて光を部位９１に照射することにより、部位９１の特徴が反映された光を光検出器で検出することができる。これにより、対象物９０の特定の部位９１の情報を得ることができる。変調する方法は、例えば、超音波を用いるが、光、電磁波、温度、応力等を用いる方法であってもよい。
　対象物９０は、例えば、薬の錠剤又は粉末である。光学装置１は、薬の錠剤又は粉末に含まれる異物の検出に利用することができる。なお、対象物９０は、薬の錠剤又は粉末には限定されず、食料品又は工業的な生産物であってもよい。また、対象物９０は、固形物（固体）には限定されず、液体又は気体であってもよい。
　図１に示されるように、光学装置１は、光源１０と、構造化手段２０と、光検出器３０と、超音波照射部４０と、制御部５０と、演算部６０と、レンズ７０と、を備える。図１には示されていないが、光学装置１は、対象物９０に光を照射するための照射光学系、及び、対象物９０からの光を収集するための対物光学系を備えてもよい。
　光源１０は、対象物９０を透過する波長成分を含む光を出射する。本実施の形態では、光源１０は、中赤外光を出射する。中赤外光は、例えば２μｍ以上１０μｍ以下の波長帯域内に所定以上の強度を有するである。
　光源１０が発する光は、狭帯域の光であってもよい。例えば、対象物９０の成分検出を行う場合には、検出対象の成分による吸収を受ける狭帯域の光が使用される。狭帯域の光は、例えば半値幅が２μｍ以下であるが、これに限定されない。狭帯域の光の半値幅は、１μｍ以下であってもよく、０．５μｍ以下であってもよい。半値幅が狭い程、検出対象の成分以外の成分による吸収を受けにくくなるので、検出精度を高めることができる。
　光源１０は、出射する光の波長を変更してもよい。例えば、光源１０は、量子カスケード（ＱＣ）レーザなどの赤外波長可変レーザである。あるいは、光源１０は、広帯域光源とグレーティング等とによる波長選択光源であってもよい。また、光源１０は、広帯域光源と、１以上のフィルタと、を有してもよい。
　広帯域光源は、例えば、２μｍ以上１０μｍ以下の波長帯域に亘って所定以上の強度を有する光を出射する。例えば、広帯域光源は、ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ　Ｅｍｉｔｔｉｎｇ　Ｄｉｏｄｅ）、ハロゲンランプ、スーパーコンティニウム光源、又は、スーパールミネッセントダイオード光源などである。
　１以上のフィルタは、対応するバンドの光を透過させ、かつ、対応するバンド以外の光を遮断するバンドパスフィルタである。光源１０は、広帯域光源から出射した光を、１以上のフィルタから選択した一のフィルタを通すことにより、対応するバンドの光を出射することができる。光源１０は、選択するフィルタを切り替えることにより、時分割でバンド毎の光を出射することができてもよい。
　構造化手段２０は、光源１０からの光を複数のラインの明暗パターンに構造化する。明暗パターンは、２次元平面においてアレイ状に配列された複数の微小領域毎の「明」と「暗」とによって表される。図１では、構造化手段２０は、透過型デバイスであり、微小領域毎に透過率を変化させることができる。透過率が高い微小領域が「明」となり、透過率が低い微小領域が「暗」となる。具体的には、構造化手段２０は、アクティブマトリクス液晶デバイス又は空間光変調器などである。なお、構造化手段２０としては、デジタルミラーデバイス（ＤＭＤ）のような反射型デバイスが用いられてもよい。構造化手段２０は、光源１０と対象物９０との間に配置されている。
　構造化手段２０は、制御部５０による制御に基づいて、複数の明暗パターンを時分割で切り替える。複数の明暗パターンは、例えば、所定のアルゴリズムに基づいてランダムに生成される。明暗パターンの数は、数百以上であるが、数千以上であってもよく、数万以上であってもよい。明暗パターンの数が多い程、再構成されるライン画像の画質を高めることができる。一方で、明暗パターンの数を少なくすることで、測定に要する時間を短くすることができる。
　微小領域の数は、再構成されるライン画像の画素数に対応する。このため、微小領域の数を増やすことにより、高精細なライン画像を得ることができる。
　光検出器３０は、光源１０からの光が照射された場合に対象物９０から出射される光を検出する。本実施の形態では、光検出器３０は、構造化手段２０によって構造化された光が対象物９０に照射され、その構造化された光のうち、対象物９０を透過した透過光を検出する。光検出器３０は、検出した反射光の強度に応じた信号を出力する。光検出器３０が信号を出力するタイミングは、明暗パターンの切り替えのタイミングと同期するように制御部５０によって制御される。すなわち、光検出器３０は、明暗パターン毎に、対象物９０から出射される光（具体的には、透過光）の強度に応じた信号を出力する。光検出器３０から出力される信号は、明暗パターンと一対一に対応付けることができる。
　光検出器３０は、例えば、１画素の赤外光検出器である。赤外光検出器としては、例えば、ＨｇＣｄＴｅ検出器、ＩｎＳｂ検出器、又は、ボロメータなどを利用することができる。
　本実施の形態では、光検出器３０として１画素の検出器を利用できるので、光検出器３０の小型化が可能である。また、１画素の受光面積を大きく確保することができるので、感度を高めることができ、又は、ダイナミックレンジを広げることができる。また、一般的に、中赤外帯域に感度を有する光検出器は高価である。光検出器３０として、１画素分の単純な構成かつ小型の検出器を利用することができるので、低コスト化も実現することができる。
　超音波照射部４０は、対象物９０の所定の部位９１を変調する変調手段の一例である。超音波照射部４０は、対象物９０の所定の部位９１に超音波を照射する。具体的には、超音波照射部４０は、対象物９０の表面及び内部の任意の部位に集束可能に超音波を照射する。超音波照射部４０は、例えば、超音波フェーズドアレイ装置である。
　超音波の波長は、対象物９０の被測定領域のサイズに応じて調整可能である。具体的には、超音波の波長は、被測定領域のサイズと異ならせる。これにより、被測定領域の端部間での位相のズレ及び疎密のムラの発生を抑制することができる。超音波照射部４０による超音波の照射の例については、後で説明する。
　超音波が集束される部位９１は、ユーザが情報の取得を求める部位であり、ユーザからの指示によって任意の部位に設定可能である。図示されていないが、光学装置１は、タッチパネル又は物理的な操作ボタン若しくは操作レバーなどのユーザ操作を受ける入力インタフェース装置を備えていてもよい。
　制御部５０は、光学装置１の全体的な制御を行う。具体的には、制御部５０は、光源１０、構造化手段２０、光検出器３０、超音波照射部４０及び演算部６０を制御する。例えば、制御部５０は、光源１０の点灯及び消灯のタイミングを制御する。制御部５０は、構造化手段２０による複数の明暗パターンの切り替えタイミングを制御する。また、制御部５０は、複数の明暗パターンの各々に対応するように、光検出器３０からの信号の出力タイミングを制御する。制御部５０は、光の照射と超音波の照射との同期をとる同期制御部の一例である。また、制御部５０は、演算部６０に対して、明暗パターンと信号との対応付けを可能にするための情報を出力する。
　演算部６０は、光検出器３０から出力される信号と、対応する明暗パターンとの相互相関演算を行うことで、対象物９０のライン画像を再構成する。具体的な再構成の手法については、後で説明する。
　制御部５０及び演算部６０はそれぞれ、例えば、集積回路（ＩＣ）であるＬＳＩ（Ｌａｒｇｅ　Ｓｃａｌｅ　Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ）によって実現される。なお、集積回路は、ＬＳＩに限られず、専用回路又は汎用プロセッサであってもよい。例えば、制御部５０は、１又は複数のマイクロコントローラであってもよい。マイクロコントローラは、例えば、プログラムが格納された不揮発性メモリ、プログラムを実行するための一時的な記憶領域である揮発性メモリ、入出力ポート、プログラムを実行するプロセッサなどを含んでいる。また、制御部５０又は演算部６０は、プログラム可能なＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ　Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ　Ｇａｔｅ　Ａｒｒａｙ）、又は、ＬＳＩ内の回路セルの接続及び設定が再構成可能なリコンフィギュラブルプロセッサであってもよい。制御部５０又は演算部６０が実行する機能は、ソフトウェアで実現されてもよく、ハードウェアで実現されてもよい。制御部５０は、演算部６０と共通のハードウェア資源を利用してもよい。
　レンズ７０は、対象物９０を透過した透過光を光検出器３０に集光する集光レンズである。レンズ７０は、透過させる光の波長に応じて適した材料を用いて形成される。例えば、中赤外帯域の光を透過させる材料としては、ゲルマニウム、フッ化カルシウム、臭化カリウムなどの半導体を使用することができる。あるいは、各種誘電体又は各種金属の多層膜が使用されてもよい。
　なお、光検出器３０への集光が可能であれば、光学装置１は、レンズ７０の代わりに別の光学素子を備えてもよい。また、光学装置１は、光路を調整するための光学素子を備えてもよい。光学素子は、例えば、レンズ、回折格子、反射鏡、ライトガイド、ビームホモジナイザなどである。
　［再構成方法］
　続いて、光学装置１によるライン画像の再構成方法について、図２を用いて説明する。
　図２は、本実施の形態に係る光学装置１によるライン画像の再構成方法を示す図である。
　演算部６０は、複数の明暗パターンと、各明暗パターンに対応する光検出器３０からの信号と、を用いてライン画像を再構成する。図２に示されるように、複数の明暗パターンと光検出器３０からの信号とを掛け合わせ（相互相関演算）、得られたパターン毎の積を合算することにより、ライン画像が再構成される。
　再構成の方法は、例えば、ゴーストイメージングと言われる手法と、シングルピクセルイメージングと言われる手法とがある。
　＜ゴーストイメージング＞
　ゴーストイメージングでは、光検出器３０からの信号強度をｂｒとすると、ｂｒは、以下の式（１）で表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
　式（１）において、添字ｒは、明暗パターンの照射順序を表している。すなわち、ｂｒは、ｒ番目の明暗パターンの光に対応する光検出器３０からの信号強度を表している。Ｉｒは、ｒ番目の明暗パターンを表している。ｘ及びｙは、明暗パターンの座標である。Ｔ（ｘ，ｙ）は、対象物９０の透過率である。なお、後述する実施の形態３及びその変形例のように、対象物９０からの反射を利用する場合、Ｔ（ｘ，ｙ）は、対象物９０の反射率である。
　ゴーストイメージングでは、対象物９０のライン画像を再構成するために、以下の式（２）で表される２次相関関数を定義する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
　ここで、ｎは、明暗パターンの数である。＜ｋ＞は、アンサンブル平均であり、以下の式（３）で表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000003
　式（２）におけるＧ（ｘ，ｙ）は、座標（ｘ，ｙ）での全ての明暗パターンでの強度変化の平均値になる。このため、明暗パターンの数ｎが十分に大きい場合には、Ｇ（ｘ，ｙ）は、Ｔ（ｘ，ｙ）に近づき、再構成されるライン画像とみなすことが可能になる。
　＜シングルピクセルイメージング＞
　シングルピクセルイメージングでは、Ｎ個の画素からなるライン画像を得るためには、原理的には、１次独立なＭ個の明暗パターンが必要になる。Ｍは、例えばＮ以上の値である。Ｎ個の画素からなる１次独立な明暗パターンＩ（ｘ，ｙ）について、対応する信号強度をＢとし、対象物９０の像をＴとすると、以下の式（４）の関係を満たす。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000004
　Ｔは、ライン画像としてＴ（ｘ，ｙ）で表すことができるので、式（４）を行列演算とみなすことが可能である。すなわち、式（４）は、以下の式（５）で表すことができる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000005
　つまり、行列Ｈの逆行列を利用することで、行列Ｔ、すなわち、ライン画像Ｔ（ｘ、ｙ）を求めることができる。行列Ｈとしては、例えば、アダマール行列が利用される。
　以上のように、ライン画像の再構成の手法として、ゴーストイメージングとシングルピクセルイメージングとの２つの手法を説明したが、ライン画像が再構成できれば、その具体的な手法は特に限定されない。
　本実施の形態に係る光学装置１では、対象物９０の所定の部位に集束する超音波が照射される。集束された超音波と照射された光とが交わった部位９１では、光が変調される。具体的には、超音波の疎密によって部位９１の屈折率の変化が生じ、通過する光の強度を変更することができる。したがって、超音波の照射と光の照射とを同期させることによって、部位９１を通過する光を強調することができる。
　つまり、対象物９０を透過した透過光は、集束された超音波と透過光とが交わった部位９１の特徴が反映された透過光となる。すなわち、透過光は、その経路上の対象物９０の特徴全てを含むが、超音波と光とが交わった部位９１の特徴を強調されて、超音波と光とが交わらない部位の特徴が相対的に抑制される。この透過光を光検出器３０で検出することによって、対象物９０の特定の部位９１の情報を得ることができる。
　図３Ａ及び図３Ｂは、本実施の形態に係る光学装置１による超音波の照射の一例を示す図である。図３Ａに示されるように、超音波照射部４０は、線状の領域に超音波を集束させることができる。この線状集束超音波は、入射光の進行方向に対して直交する面に平行な一方向に延びている。超音波照射部４０は、この線状集束超音波を、入射光の進行方向に対して直交する面内で、線状集束超音波の延びる方向に直交する方向にスキャンする。これにより、入射光の進行方向に対して直交する面の情報を得ることができ、当該面のライン画像を再構成することが可能になる。
　なお、図３Ｂに示されるように、超音波照射部４０は、点状の領域に超音波を集束させてもよい。超音波照射部４０は、この点状集束超音波を、入射光の進行方向に対して直交する面内で２次元的にスキャンする。これにより、入射光の進行方向に対して直交する面の情報を得ることができ、当該面のライン画像を再構成することが可能になる。
　［変形例］
　以下では、実施の形態１の変形例について、図４を用いて説明する。
　図４は、本変形例に係る光学装置２の構成を示す図である。図４に示されるように、光学装置２は、図１に示される光学装置１と比較して、光源１０及び構造化手段２０の代わりに、光源部１１を備える。
　光源部１１は、光を複数のラインの明暗パターンに構造化して出射する。すなわち、光源部１１は、上述した光源１０及び構造化手段２０の両方の機能を有する。具体的には、光源部１１は、２次元に配列された複数の発光素子を有する。複数の発光素子は、各々が独立して点灯及び消灯が可能である。各発光素子の点灯及び消灯によって、明暗パターンが生成される。例えば、光源部１１は、発光素子としてＬＥＤを有するＬＥＤアレイである。
　このように、光源１０及び構造化手段２０は一体化されている光学装置２であっても、光学装置１と同様に、特定の部位の情報を得ることができる。
　（実施の形態２）
　続いて、実施の形態２について説明する。
　実施の形態２では、実施の形態１と比較して、構造化手段が光検出器側に配置されている点が相違する。以下では、実施の形態１との相違点を中心に説明を行い、共通点の説明を省略又は簡略化する。
　図５は、本実施の形態に係る光学装置１０１の構成を示す図である。図５に示されるように、光学装置１０１は、図１に示される光学装置１と比較して、構造化手段２０の配置が相違する。具体的には、構造化手段２０は、対象物９０と光検出器３０との間に配置されている。より具体的には、構造化手段２０は、対象物９０とレンズ７０との間に配置されている。
　本実施の形態では、構造化手段２０は、光源１０からの光が照射された場合に対象物９０から出射される光（具体的には、透過光）を複数のラインの明暗パターンに構造化する。構造化手段２０としては、実施の形態１と同様に、アクティブマトリクス液晶デバイスのような透光型デバイスを利用することができる。
　演算部６０は、実施の形態１と同様に、光検出器３０から出力される信号と、対応する明暗パターンとの相互相関演算を行うことで、対象物９０のライン画像を再構成する。具体的な再構成の方法は、ゴーストイメージング又はシングルピクセルイメージングを利用することができる。
　このように、対象物９０からの透過光を構造化した場合も、実施の形態１と同様に、ライン画像の再構成が可能である。本実施の形態に係る光学装置１０１は、特定の部位の情報を得ることができる。
　（実施の形態３）
　続いて、実施の形態３について説明する。
　実施の形態３では、実施の形態１及び２と比較して、対象物からの反射光を検出する点が相違する。以下では、実施の形態１及び２との相違点を中心に説明を行い、共通点の説明を省略又は簡略化する。
　図６は、本実施の形態に係る光学装置２０１の構成を示す図である。図６に示されるように、光学装置２０１は、光源１０及び構造化手段２０、並びに、光検出器３０及びレンズ７０と、対象物９０との位置関係が相違する。具体的には、光検出器３０は、対象物９０からの反射光が入射される位置に配置される。反射光は、例えば、対象物９０内の、集束された超音波と照射された光とが交わった部位９１で反射された光である。
　光学装置２０１は、ハーフミラー８０を備える。ハーフミラー８０は、光源１０から出射され、構造化手段２０によって構造化された光の少なくとも一部を透過する。ハーフミラー８０を透過した光は、対象物９０に照射され、その少なくとも一部が対象物９０によって反射される。また、ハーフミラー８０は、対象物９０によって反射された光（すなわち、反射光）の少なくとも一部を反射する。ハーフミラー８０によって反射された光は、レンズ７０を介して光検出器３０に集光される。
　ハーフミラー８０が設けられていることによって、対象物９０に対して照射する光の光軸と、対象物９０からの反射光の光軸とを一致させることができる。これにより、反射光の収集効率を高めるとともに、ノイズの要因となる外乱光の侵入を抑制することができる。
　このように、対象物９０からの反射光を検出した場合も、実施の形態１と同様に、ライン画像の再構成が可能である。本実施の形態に係る光学装置２０１は、特定の部位の情報を得ることができる。特に、光学装置２０１は、対象物９０の透過率が低く、かつ、光の入射面の表層近傍の部位の情報を得るのに適している。
　なお、実施の形態２と同様に、構造化手段２０は、光源１０側ではなく、光検出器３０側に配置されてもよい。
　図７は、本変形例に係る光学装置２０２の構成を示す図である。図７に示されるように、光学装置２０２は、図６に示される光学装置２０１の構成と比較して、構造化手段２０の配置が相違する。
　本変形例では、構造化手段２０は、対象物９０と光検出器３０との間に配置されている。具体的には、構造化手段２０は、ハーフミラー８０とレンズ７０との間に配置されている。すなわち、構造化手段２０は、光源１０からの光が対象物９０に照射された場合に対象物９０から出射される光（具体的には、反射光）を複数のラインの明暗パターンに構造化する。
　このように、対象物９０からの反射光を構造化した場合も、実施の形態３と同様に、ライン画像の再構成が可能である。本変形例に係る光学装置２０２は、特定の部位の情報を得ることができる。
　（他の実施の形態）
　以上、１つ又は複数の態様に係る光学装置について、実施の形態に基づいて説明したが、本開示は、これらの実施の形態に限定されるものではない。本開示の主旨を逸脱しない限り、当業者が思いつく各種変形を本実施の形態に施したもの、及び、異なる実施の形態における構成要素を組み合わせて構築される形態も、本開示の範囲内に含まれる。
　例えば、光源が出射する光は、中赤外線よりも長波長側の光であってもよい。具体的には、光源が出射する光は、波長帯域が１０μｍ以上３０μｍ以下の遠赤外線であってもよく、波長帯域が３０μｍ以上３ｍｍ以下のテラヘルツ波であってもよい。
　あるいは、光源が出射する光は、可視光よりも短波長側の光であってもよい。具体的には、光源が出射する光は、波長帯域が１０ｎｍ以上４００ｎｍ以下の紫外線であってもよく、Ｘ線又は電子線であってもよい。
　また、例えば、光源が出射する光は、対象物９０を励起させる励起光であってもよい。この場合、対象物９０は、光が照射された場合に励起されて蛍光を発する。光検出器は、対象物９０から出射される光として、対象物９０からの蛍光を検出してもよい。
　また、光検出器は、複数の画素を有するイメージセンサであってもよい。イメージセンサの画素数は、構造化手段の微小領域の数より少なくてよい。複数の画素の各々の検出結果を利用することで、より画質の良いライン画像を再構成することができる。
　また、光検出器は、波長変換部材を有してもよい。波長変換部材は、例えば、アップコンバージョン型の波長変換部材であり、中赤外帯域の光を可視光又は近赤外光に変換する。これにより、光検出器は、安価な可視光センサ又は近赤外光センサを利用することができる。
　また、上記の各実施の形態は、請求の範囲又はその均等の範囲において種々の変更、置き換え、付加、省略などを行うことができる。
　本開示は、対象物の成分分析又は異物混入の判別などの各種分析装置及び検査装置に利用することができる。
１、２、１０１、２０１、２０２　光学装置
１０　光源
１１　光源部
２０　構造化手段
３０　光検出器
４０　超音波照射部
５０　制御部
６０　演算部
７０　レンズ
８０　ハーフミラー
９０　対象物
９１　部位

Claims (8)

  1. 　光を複数のラインの明暗パターンに構造化して出射する光源部と、
    　前記光源部からの光が対象物に照射された場合に前記対象物から出射される光を検出する光検出器と、
    　前記対象物の所定部位を変調する変調手段と、
    　前記光源部からの光の照射と前記変調手段との同期をとる同期制御部と、
    　前記光検出器から出力される信号と、対応する明暗パターンとの相互相関演算を行うことで、前記対象物のライン画像を再構成する演算部と、を備える、
    　光学装置。
  2. 　前記光源部は、
    　光源と、
    　前記光源からの光を前記複数のラインの明暗パターンに構造化する構造化手段と、を含む、
    　請求項１に記載の光学装置。
  3. 　光を出射する光源部と、
    　前記光源部からの光が対象物に照射された場合に前記対象物から出射される光を複数のラインの明暗パターンに構造化する構造化手段と、
    　前記構造化手段によって構造化された光を検出する光検出器と、
    　前記光検出器から出力される信号と、対応する明暗パターンとの相互相関演算を行うことで、前記対象物のライン画像を再構成する演算部と、を備える、
    　光学装置。
  4. 　前記構造化手段は、デジタルミラーデバイス、アクティブマトリクス液晶デバイス又は空間光変調器である、
    　請求項２又は３に記載の光学装置。
  5. 　前記変調手段は、超音波を発生させる超音波発生手段である、
    　請求項１、２又は４のいずれか１項に記載の光学装置。
  6. 　前記光源部が出射する光は、２μｍ以上１０μｍ以下の波長成分を含む、
    　請求項１から５のいずれか１項に記載の光学装置。
  7. 　前記対象物から出射される光は、前記対象物が前記光源部からの光の少なくとも一部を反射することで発生する反射光である、
    　請求項１から６のいずれか１項に記載の光学装置。
  8. 　前記対象物から出射される光は、前記対象物が前記光源部からの光の少なくとも一部を透過することで発生する透過光である、
    　請求項１から６のいずれか１項に記載の光学装置。
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