光学特性値計測装置、光学特性値計測方法及び光学特性値計測プログラム
【課題】サンプルの散乱係数及び吸収係数を簡便に取得する。
【解決手段】本発明による光学特性値計測装置（１００）は、サンプル（Ｓ）に照射された光の一部であって、サンプル（Ｓ）において反射された反射光に基づいてサンプル（Ｓ）の反射率を測定する反射率測定部（１２）と、光のうちの一部とは異なる一部であって、サンプル（Ｓ）を透過した透過光に基づいてサンプルの透過率を測定する透過率測定部（１４）とを有する測定部（１０）と、反射率及び透過率に基づいて散乱係数及び吸収係数を取得する取得部（２０）とを備える。
【解決手段】本発明による光学特性値計測装置（１００）は、サンプル（Ｓ）に照射された光の一部であって、サンプル（Ｓ）において反射された反射光に基づいてサンプル（Ｓ）の反射率を測定する反射率測定部（１２）と、光のうちの一部とは異なる一部であって、サンプル（Ｓ）を透過した透過光に基づいてサンプルの透過率を測定する透過率測定部（１４）とを有する測定部（１０）と、反射率及び透過率に基づいて散乱係数及び吸収係数を取得する取得部（２０）とを備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は光学特性値計測装置、光学特性値計測方法及び光学特性値計測プログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
サンプルの特性は光を用いて測定可能である。例えば、サンプルに光を照射してその反射光や透過光を検出することによってサンプルの反射率及び透過率を比較的簡単に測定することができる。しかしながら、サンプルの反射率及び透過率はサンプルの厚さ等に依存して相対的に変化するものであり、これ自体でサンプルの特性を十分に表したことにはならない。
【０００３】
サンプルの固有の特性として光学特性値が知られており、特に、生体物質の光学特性値が注目されている。光学特性値には吸収係数および散乱係数がある。吸収係数μａは吸収によって光の強度が１／ｅになるまでに進む距離の逆数［単位：ｍｍ−１］であり、散乱係数μｓは散乱によって光の強度が１／ｅとなるまでに進む距離の逆数［単位：ｍｍ−１］である。また、異方性因子ｇは一回の散乱による散乱パターンの非等方性を表す。このパラメーターｇは１から−１までの値を示し、ｇ＝１、０、−１のときはそれぞれ完全な前方散乱、等方散乱、後方散乱になる。また、換算散乱係数μｓ’はμｓ×（１−ｇ）と表される。
【０００４】
非特許文献１には、逆モンテカルロ法を用いて透過光強度および散乱光強度を吸収係数および散乱係数に変換する装置が開示されている。この装置では、積分球に対してサンプルをある位置に固定してサンプルの反射率を測定し、積分球に対してサンプルの位置を変更した上でサンプルの透過率を測定し、この反射率及び透過率から吸収係数および散乱係数が取得される。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】田中ら、「近赤外における生体組織の光学特性測定」、日本機械学会熱光学講演会論文集、平成９年１１月５〜７日、Ｎｏ．９７−２５
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、非特許文献１に記載された装置では、積分球に対してサンプル位置を変更した上でサンプルの反射率及び透過率を別々に測定する必要がある。
【０００７】
本発明は、上記課題を鑑みてなされたものであり、その目的は、散乱係数および吸収係数を簡便に取得できる光学特性値計測装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明による光学特性値計測装置は、サンプルの散乱係数及び吸収係数を計測する光学特性値計測装置であって、前記サンプルに照射された光の一部であって、前記サンプルにおいて反射された反射光に基づいて前記サンプルの反射率を測定する反射率測定部と、前記光のうちの前記一部とは異なる一部であって、前記サンプルを透過した透過光に基づいて前記サンプルの透過率を測定する透過率測定部とを有する測定部と、前記反射率及び前記透過率に基づいて前記散乱係数及び前記吸収係数を取得する取得部とを備える。
【０００９】
ある実施形態において、前記取得部は、逆モンテカルロ法を用いる。
【００１０】
ある実施形態において、前記取得部は、所定の散乱係数及び所定の吸収係数に対応する所定の反射率及び所定の透過率を記憶した記憶部と、前記記憶部に記憶された前記所定の散乱係数及び前記所定の吸収係数と前記所定の反射率及び前記所定の透過率との対応関係に基づいて、前記サンプルの前記反射率及び前記透過率に対応する前記サンプルの前記散乱係数及び前記吸収係数を決定する係数決定部とを有する。
【００１１】
ある実施形態において、前記取得部は、モンテカルロ法を用いて前記所定の散乱係数及び前記所定の吸収係数から前記所定の反射率及び前記所定の透過率を計算し、前記所定の散乱係数及び前記所定の吸収係数に対応する前記所定の反射率及び前記所定の透過率を前記記憶部に記憶させる計算部をさらに有する。
【００１２】
ある実施形態において、前記反射率測定部は、前記サンプルに対して前記サンプルに照射される光の進行方向とは反平行な方向に配置された第１積分球を含み、前記透過率測定部は、前記サンプルに対して前記サンプルに照射される光の進行方向とは平行な方向に配置された第２積分球を含む。
【００１３】
ある実施形態において、前記サンプルは、前記第１積分球と前記第２積分球との間に配置される。
【００１４】
ある実施形態において、前記測定部は分光器を有し、前記分光器は、前記第１積分球を介した反射光、及び、前記第２積分球を通過した透過光の両方の分光を行う。
【００１５】
ある実施形態において、前記光学特性値計測装置は、前記サンプルを挟む一対のプレートの間の距離を調整するサンプル厚調整部をさらに備える。
【００１６】
ある実施形態において、前記光学特性値計測装置は、前記サンプルに入射する光を生成する入射光生成部をさらに備える。
【００１７】
ある実施形態において、前記入射光生成部から出射される光は、可視域から中赤外域までの波長を有する。
【００１８】
ある実施形態において、前記入射光生成部は、キセノンランプ、ハロゲンランプ、スーパーコンティニウム光源及びレーザー光源の少なくとも１つを含む。
【００１９】
ある実施形態において、前記取得部は、前記反射率が５％以上、または、前記透過率が１０％以上の場合、前記サンプルの前記散乱係数及び前記吸収係数の取得を行い、前記反射率が５％未満、かつ、前記透過率が１０％未満の場合に、前記サンプルの前記散乱係数及び前記吸収係数の取得を行わない。
【００２０】
本発明による光学特性値の計測方法は、サンプルに照射された光の一部であって、前記サンプルにおいて反射された反射光に基づいて前記サンプルの反射率を測定し、前記光のうちの前記一部とは異なる一部であって、前記サンプルを透過した透過光に基づいて前記サンプルの透過率を測定する工程と、前記サンプルの前記反射率及び前記透過率に基づいて前記サンプルの散乱係数及び吸収係数を取得する工程とを包含する。
【００２１】
本発明によるプログラムは、サンプルに照射された光の一部であって、前記サンプルにおいて反射された反射光に基づいて前記サンプルの反射率を反射率測定部が測定し、前記光のうちの前記一部とは異なる一部であって、前記サンプルを透過した透過光に基づいて前記サンプルの透過率を透過率測定部が測定する工程と、取得部が、前記サンプルの前記反射率及び前記吸収率に基づいて前記サンプルの散乱係数および吸収係数を取得する工程とを実行させる。
【発明の効果】
【００２２】
本発明による光学特性値計測装置は、サンプルの反射率及び透過率を一度に測定することができ、サンプルの散乱係数及び吸収係数を簡便に取得することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明による光学特性値計測装置の実施形態の模式図である。
【図２】モンテカルロ法を説明するための模式図である。
【図３】（ａ）および（ｂ）はそれぞれ本実施形態の光学特性値計測装置における測定部の模式図である。
【図４】（ａ）および（ｂ）はそれぞれ本実施形態の光学特性値計測装置における取得部の模式図である。
【図５】図４（ｂ）に示した取得部における散乱係数および吸収係数の取得方法を説明するためのフローチャートである。
【図６】本実施形態の光学特性値計測装置の模式図である。
【図７】本実施形態の光学特性値計測装置における積分球およびサンプル近傍の模式図である。
【図８】本実施形態の光学特性値計測装置の模式図である。
【図９】本実施形態の光学特性値計測装置の模式図である。
【図１０】本実施形態の光学特性値計測装置の模式式図である。
【図１１】図１０に示した光学特性値計測装置におけるキセノンランプの出力の相対誤差を示すグラフである。
【図１２】図１０に示した光学特性値計測装置におけるキセノンランプの出力の絶対誤差を示すグラフである。
【図１３】図１０に示した光学特性値計測装置において測定されたヘモグロビン水溶液の検量線を示すグラフである。
【図１４】図１０に示した光学特性値計測装置において測定された拡散反射率及び透過率を示すグラフである。
【図１５】図１０に示した光学特性値計測装置において取得された換算散乱係数及び吸収係数を示すグラフである。
【図１６】図１０に示した光学特性値計測装置において取得された吸収係数の相対誤差を示すグラフである。
【図１７】図１０に示した光学特性値計測装置において取得された換算散乱係数の相対誤差を示すグラフである。
【図１８】本実施形態の光学特性値計測装置において取得された吸収係数スペクトルを示すグラフである。
【図１９】図１０に示した光学特性値計測装置において取得された換算散乱係数スペクトルを示すグラフである。
【図２０】図１０に示した光学特性値計測装置において得られたヘモグロビンの検量線を示すグラフである。
【図２１】図１０に示した光学特性値計測装置において取得された吸収係数スペクトルを示すグラフである。
【図２２】本実施形態の光学特性値計測装置において取得された換算散乱係数スペクトルを示すグラフである。
【図２３】図１０に示した光学特性値計測装置において得られたイントラリピッドの検量線を示すグラフである。
【図２４】本実施形態の光学特性値計測装置の模式図である。
【図２５】（ａ）は図２４に示した光学特性値計測装置において取得された吸収係数スペクトルを示すグラフであり、（ｂ）は図２４に示した光学特性値計測装置において取得された換算散乱係数スペクトルを示すグラフである。
【図２６】図２５（ｂ）に示したグラフに示された換算散乱係数スペクトルを改変した改変換算散乱係数スペクトルを示すグラフである。
【図２７】（ａ）および（ｂ）に、図２５（ａ）および図２６に示された吸収係数スペクトルおよび改変換算散乱係数スペクトルにそれぞれ示された吸収係数および換算散乱係数に対してモンテカルロ法を行うことによって得られた透過率および反射率をそれぞれ示すグラフである。
【図２８】（ａ）はｇパラメータを変化させたときの換算散乱係数スペクトルを示すグラフであり、（ｂ）はサンプルの屈折率を変化させたときの散乱係数スペクトルを示すグラフであり、（ｃ）はスライドガラスの屈折率の波長依存性を変化させたときの散乱係数スペクトルを示すグラフであり、（ｄ）はスライドガラスの屈折率の波長依存性を示すグラフである。
【図２９】（ａ）は積分球およびサンプル近傍の模式図であり、（ｂ）は積分球を１つおよび２つ用いたときの換算散乱係数スペクトルを示すグラフである。
【図３０】異なる光源を用いたときの散乱係数スペクトルを示すグラフである。
【図３１】入射ポート径の大きさを変化させたときの換算散乱係数スペクトルを示すグラフである。
【図３２】サンプルの濃度を変化させたときの換算散乱係数スペクトルを示すグラフである。
【図３３】（ａ）は、異なるヘモグロビンの濃度のサンプルを用いたときの換算散乱係数スペクトルを示すグラフであり、（ｂ）は異なる厚さのサンプルを用いたとき換算散乱係数スペクトルを示すグラフである。
【図３４】反射率に対する透過率を示すグラフである。
【図３５】（ａ）は本実施形態の光学特性値計測装置において取得された吸収係数スペクトルを示すグラフであり、（ｂ）は本実施形態の光学特性値計測装置において取得された換算散乱係数スペクトルを示すグラフである。
【図３６】（ａ）〜（ｄ）は異なる照射時間でＥｒ：ＹＡＧレーザの照射を行った生体物質の模式図である。
【図３７】（ａ）は本実施形態の光学特性値計測装置において取得された吸収係数スペクトルを示すグラフであり、（ｂ）は本実施形態の光学特性値計測装置において取得された換算散乱係数スペクトルを示すグラフである。
【図３８】本実施形態の光学特性値計測装置における分光器を冷却する冷却部の模式図である。
【図３９】図３８に示した冷却部を備える光学特性値計測装置における冷却開始後の相対ノイズ強度および検出温度を示すグラフである。
【図４０】入射光生成部としてハロゲンランプ、スーパーコンティニウム光源（ＳＣ光源）及びキセノンランプを用いた本実施形態の光学特性値計測装置において取得された水の吸収スペクトルを示すグラフである。
【図４１】本実施形態の光学特性値計測装置において取得された強度およびＳ／Ｎ比のスペクトルを示すグラフである。
【図４２】（ａ）は本実施形態の光学特性値計測装置において測定された反射率スペクトルを示すグラフであり、（ｂ）は本実施形態の光学特性値計測装置において測定された透過率スペクトルを示すグラフである。
【図４３】（ａ）は本実施形態の光学特性値計測装置において取得された吸収係数スペクトルを示すグラフであり、（ｂ）は本実施形態の光学特性値計測装置において取得された換算散乱係数スペクトルを示すグラフである。
【図４４】本実施形態の光学特性値計測装置において用いられる入射光生成部およびその近傍の模式図である。
【図４５】本実施形態の光学特性値計測装置において測定された透過率スペクトルを示すグラフである。
【図４６】（ａ）に、光学特性値計測装置１００Ｂにおいて測定された歯の反射率スペクトルを示し、（ｂ）に（ａ）において測定された歯を示す。
【図４７】（ａ）は直角反射の場合の光の挙動を示す模式図であり、（ｂ）は改善された光の挙動を示す模式図である。
【図４８】本実施形態の光学特性値計測装置における積分球に入射する前の光のビームプロファイルの模式図を示す。
【図４９】（ａ）、（ｂ）、（ｃ）はそれぞれ本実施形態の光学特性値計測装置における入射光生成部近傍の光学系の模式図である。
【図５０】本実施形態の光学特性値計測装置の模式図である。
【図５１】図５０に示した光学特性値計測装置において測定された透過率スペクトルを示すグラフである。
【図５２】図５０に示した光学特性値計測装置において測定された反射率スペクトルを示すグラフである。
【図５３】（ａ）はＦＴ−ＩＲの模式図であり、（ｂ）は積分球の模式図であり、（ｃ）はＦＴ−ＩＲで測定される反射成分を示す模式的なグラフであり、（ｄ）は積分球で測定される反射成分を示す模式的なグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、図面を参照して、本発明による光学特性値計測装置の実施形態を説明する。ただし、本発明は、以下の実施形態に限定されるものではない。
【００２５】
図１に、本実施形態の光学特性値計測装置１００の模式図を示す。光学特性値計測装置１００は、サンプルＳの散乱係数及び吸収係数を計測する。光学特性値計測装置１００は、サンプルＳの反射率及び透過率を測定する測定部１０と、反射率及び透過率に基づいてサンプルＳの散乱係数及び吸収係数を取得する取得部２０とを備える。
【００２６】
測定部１０は、サンプルＳに照射された光の一部であって、サンプルＳにおいて反射された反射光に基づいてサンプルＳの反射率を測定する反射率測定部１２と、光のうちの上記反射光となる光とは異なる一部であって、サンプルＳを透過した透過光に基づいてサンプルＳの透過率を測定する透過率測定部１４とを有する。ここでは、サンプルＳに照射される光は異なる波長を有しているが、後述するように、サンプルＳに照射される光は単波長であってもよい。
【００２７】
測定部１０は以下のようにサンプルＳの反射率及び透過率を測定する。反射率測定部１２は、サンプルＳのない状態の光の強度とサンプルＳのある状態の反射光の強度との比から反射率を測定する。同様に、透過率測定部１４は、サンプルＳのない状態の光の強度とサンプルＳのある状態の透過光の強度との比から透過率を測定する。測定部１０は、反射率測定部１２とともに透過率測定部１４を有しており、サンプルＳに入射した光の反射光および透過光に基づき反射率および透過率を一度に測定することできる。なお、本明細書において、特に言及しない限り、反射率は散乱反射率を意味する。
【００２８】
上述したように、取得部２０は、サンプルＳの反射率及び透過率に基づいてサンプルＳの散乱係数及び吸収係数を取得する。例えば、取得部２０は、例えば、逆モンテカルロ（Ｉｎｖｅｒｓｅ Ｍｏｎｔｅ Ｃａｒｌｏ）法を用いてサンプルＳの散乱係数及び吸収係数を取得する。
【００２９】
モンテカルロ法を用いると、特定の散乱係数及び特定の吸収係数に対応する特定の反射率及び特定の透過率を得ることができる。以下に、図２を参照してモンテカルロ法を説明する。モンテカルロ法では、光を多くの光子（群）に分け、それが散乱体（サンプルＳ）に衝突して方向を変え、また、吸収を受ける光のエネルギー粒子として扱う。所定の散乱係数及び所定の吸収係数を予め所定の値に設定し、この条件でモンテカルロ法を用いて計算を行うことにより、所定の散乱係数及び所定の吸収係数に対応する所定の反射率及び所定の透過率が得られる。
【００３０】
取得部２０は、測定部１０において測定された反射率及び透過率とほぼ等しい所定の反射率及び所定の透過率が得られるまで所定の散乱係数及び所定の吸収係数の少なくとも一方の値を変化させながら計算を繰り返し、測定された反射率及び透過率とほぼ等しい所定の反射率及び所定の透過率が得られると、所定の反射率及び所定の透過率に対応する所定の散乱係数及び所定の吸収係数をサンプルＳの散乱係数及び吸収係数として取得する。このように、サンプルＳの散乱係数及び吸収係数は、逆モンテカルロ法で取得することができる。
【００３１】
例えば、取得部２０は、所定の反射率及び所定の透過率と、測定部１０において測定された反射率及び透過率とを比較し、反射率の差および透過率の差がそれぞれ所定の値以下の場合、所定の散乱係数及び所定の吸収係数をサンプルＳの散乱係数及び吸収係数と決定してもよい。また、反射率の差および透過率の差の少なくとも一方が所定の値よりも大きい場合、所定の散乱係数及び所定の吸収係数の少なくとも一方を先に設定した所定の値とは異なる値に設定し、新たに設定した所定の散乱係数及び所定の吸収係数に対応する反射率及び透過率と、測定部１０において測定された反射率及び透過率との比較を行う。このような手順を繰り返すことにより、サンプルＳの散乱係数及び吸収係数を取得することができる。以上のようにして、サンプルＳの散乱係数および吸収係数が計測される。
【００３２】
本発明による光学特性値計測装置１００によれば、サンプルＳの反射率及び透過率を一度に測定することができ、サンプルＳの散乱係数および吸収係数を簡便に取得することができる。
【００３３】
図３（ａ）に、測定部１０の模式図を示す。反射率測定部１２は、積分球１２ａと、光検出部１２ｂとを有している。積分球１２ａは、サンプルＳに対してサンプルＳに照射される光の進行方向とは反平行な方向に配置される。光検出部１２ｂは、積分球１２ａを通過した反射光を検出する。
【００３４】
透過率測定部１４は、積分球１４ａと、光検出部１４ｂとを有している。積分球１４ａは、サンプルＳに対してサンプルＳに照射される光の進行方向とは平行な方向に配置される。光検出部１４ｂは、積分球１４ａを通過した透過光を検出する。
サンプルＳは、積分球１２ａと積分球１４ａとの間に配置される。なお、積分球１２ａおよび積分球１４ｂは等しくてもよく、異なってもよい。本明細書において、積分球１２ａを第１積分球と呼び、積分球１４ａを第２積分球と呼ぶことがある。
【００３５】
光検出部１２ｂ、１４ｂはそれぞれフォトディテクタであってもよい。あるいは、光検出部１２ｂ、１４ｂはそれぞれ分光器であってもよい。分光器１２ｂ、１４ｂにより、サンプルＳに照射される光がさまざまな波長を有していても、反射光および透過光の各波長の強度を測定することができる。
【００３６】
また、分光器１２ｂとして、波長ごとに異なる分光器を用いてもよい。例えば、分光器１２ｂとして、可視領域及び近赤外領域の光の分光を行う分光器と、中赤外領域の光の分光器を別々に用いてもよい。あるいは、これらの分光器を分光器１２ｂとして同時に用いてもよい。同様に、分光器１４ｂとして、可視領域及び近赤外領域の光の分光を行う分光器と、中赤外領域の光の分光器を別々に用いてもよい。あるいは、これらの分光器を分光器１２ｂとして同時に用いてもよい。
【００３７】
なお、上述した説明では、反射率測定部１２および透過率測定部１４は積分球１２ａ、１４ａをそれぞれ有しており、反射光全体及び透過光全体の強度を検出し、その結果に基づいてサンプルＳの散乱係数および吸収係数を求めたが、本発明はこれに限定されない。一部の反射光及び一部の透過光から、サンプルＳの散乱係数および吸収係数を求めてもよい。ただし、この場合、反射光強度及び透過光強度が減少するとともに光検出部１２ｂ、１４ｂの正確な位置を特定することが必要となる。
【００３８】
なお、図３（ａ）に示した測定部１０では、反射率測定部１２、透過率測定部１４がそれぞれ光検出部１２ｂ、１４ｂを有していたが、本発明はこれに限定されない。図３（ｂ）に示すように、測定部１０は、反射率測定部１２および透過率測定部１４のそれぞれに共有される光検出部１０ｂを有していてもよい。光検出部１０ｂは、積分球１２ａおよび積分球１４ａを通過した反射光および透過光の両方を検出する。光検出部１０ｂはフォトディテクタであってもよく。あるいは、分光器であってもよい。また、分光器１０ｂとして、波長ごとに異なる分光器を用いてもよい。例えば、分光器１０ｂとして、可視領域及び近赤外領域の光の分光を行う分光器と、中赤外領域の光の分光器を別々に用いてもよい。
【００３９】
図４（ａ）に、取得部２０の模式図を示す。取得部２０は、記憶部２２および係数決定部２４を有している。記憶部２２は、所定の散乱係数および所定の吸収係数に対応する所定の反射率および所定の透過率を記憶している。係数決定部２４は、記憶部２２に記憶された所定の散乱係数および所定の吸収係数と所定の反射率および所定の透過率との対応関係に基づいて、サンプルＳの反射率及び透過率に対応するサンプルＳの散乱係数および吸収係数を決定する。
【００４０】
あるいは、図４（ｂ）に示すように、取得部２０は、計算部２６をさらに有してもよい。計算部２６は、モンテカルロ法を用いて所定の散乱係数および所定の吸収係数から所定の反射率および所定の透過率を計算し、所定の反射率および所定の透過率を記憶部２２に記憶させる。
【００４１】
ここで、図５を参照して、記憶部２２、係数決定部２４および計算部２６を有する取得部２０によるサンプルＳの吸収係数および散乱係数の計算方法を説明する。
【００４２】
Ｓ５２において、計算部２６は、モンテカルロ法を用いて、所定の吸収係数μａ及び所定の散乱係数μｓに対応する所定の反射率ＲＣ及び所定の透過率ＴＣを計算する。ここでは、μａおよびμｓがそれぞれ最小値であるとする。この場合、μｓを一定にしてμａは間隔ａ1 ごとにＸまで変化し、各μａ、μｓのペアに対して対応する所定の反射率ＲＣ及び所定の透過率ＴＣが計算される。その後、μｓを間隔ｓ1だけ変化させてμａは最小値から間隔ａ1ごとにＸまで変化し、同様に、所定の吸収係数μａ及び所定の散乱係数μｓの各ペアに対して対応する所定の反射率ＲＣ及び所定の透過率ＴＣが計算される。このようにして、μｓも最小値から間隔ｓ1ごとにＹまで変化させる。以上から、所定の吸収係数μａ及び所定の散乱係数μｓに対応する所定の反射率ＲＣ及び所定の透過率ＴＣが得られる。
【００４３】
Ｓ５４において、記憶部２２は、計算部２６において計算された所定の吸収係数μａ及び所定の散乱係数μｓに対応する所定の反射率及び所定の透過率を記憶する。記憶部２２は、計算部２６において所定の吸収係数μａ及び所定の散乱係数μｓの各ペアに対して対応する所定の反射率ＲＣ及び所定の透過率ＴＣの計算結果が得られるごとにこの対応関係を記憶してもよいし、全ての計算結果が得られた後に各対応関係を記憶してもよい。
【００４４】
Ｓ１２において、測定部１０はサンプルＳの反射率及び透過率を測定する。ここでは、所定の波長λｉの反射率Ｒｉ及び透過率Ｔｉに着目する。
【００４５】
Ｓ１４において反射率Ｒｉ及び透過率Ｔｉに近い所定の反射率Ｒｃ及び所定の透過率Ｔｃを求める。例えば、計算部２６は、（（Ｒｉ−Ｒｃ）２＋（Ｔｉ−Ｔｃ）２）０．５が最小となる所定の反射率Ｒｃ及び所定の透過率Ｔｃのペアを求める。ここでは、このペアを反射率Ｒｃｉ及び透過率Ｔｃｉと示す。
【００４６】
Ｓ１６において測定された反射率Ｒｉとこの反射率Ｒｃｉとの差、および、測定された透過率Ｔｉとこの透過率Ｔｃｉとの差が、それぞれ所定の値よりも小さいか確認する。例えば、係数決定部２４は、│Ｒｉ−Ｒｃｉ│／Ｒｉ＜０．００５、および、│Ｔｉ−Ｔｃｉ│／Ｔｉ＜０．００５の両方を満たすか判定する。この判定は、計算部２６を利用して行ってもよい。なお、記憶部２２には、所定の反射率Ｒｃｉ及び所定の透過率Ｔｃｉに対応する所定の吸収係数μａ及び所定の散乱係数μｓが記憶されている。ここでは、これらの所定の吸収係数μａ及び所定の散乱係数μｓを吸収係数μａｃ及び散乱係数μｓｃと示す。
【００４７】
Ｓ１６において少なくともいずれか一方が満たされない場合、Ｓ５６において、さらに細かい間隔で所定の吸収係数μａ及び所定の散乱係数μｓを変化させて、それに対応する所定の反射率ＲＣ及び所定の透過率ＴＣを計算する。例えば、計算部２６は、μａｃ±ａｎの範囲およびμｓｃ±ｓｎの範囲で、間隔ａｎ＋１、ｓｎ＋１（ａｎ＋１＜ａｎ、ｓｎ＋１＜ｓｎ）の所定の吸収係数μａ及び所定の散乱係数μｓを用意し、これらの所定の吸収係数μａ及び所定の散乱係数μｓに対応する所定の反射率ＲＣ及び所定の透過率ＴＣを計算する。Ｓ５４において、記憶部２２は、これらの対応関係を記憶する。
【００４８】
再び、Ｓ１４において反射率Ｒｉ及び透過率Ｔｉに近い所定の反射率Ｒｃ及び所定の透過率Ｔｃを求める。例えば、計算部２６は、（Ｒｉ−Ｒｃ）２＋（Ｔｉ−Ｔｃ）２）０．５が最小となる所定の反射率Ｒｃ及び所定の透過率Ｔｃのペアを求める。ここでは、このペアを反射率Ｒｃｉ及び透過率Ｔｃｉと示す。以下、同様に、Ｓ１６において反射率の差および透過率の差が所定の値よりも低くなるまでＳ５６、Ｓ５４、Ｓ１４、Ｓ１６を繰り返す。
【００４９】
Ｓ１６において、両方が満たされる場合、Ｓ１８において、係数決定部２４は、これらの吸収係数μａｃ及び散乱係数μｓｃを取得すべき吸収係数μａ及び散乱係数μｓと決定する。以上のようにして、所定の波長λｉに対する吸収係数μａ及び散乱係数μｓが決定される。その後、Ｓ２０において所定の波長を波長λｉ＋１に更新され、同様に、所定の波長λｉ＋１に対する吸収係数μａ及び散乱係数μｓの取得が行われる。このようにして、サンプルＳの各波長に対する吸収係数及び散乱係数を取得することができる。
【００５０】
なお、図６に示すように、サンプルＳに照射される光は入射光生成部３０において生成されてもよい。なお、入射光生成部３０において生成される光は、可視域から中赤外域までの波長を有することが好ましい。例えば、入射光生成部３０は、キセノンランプ、ハロゲンランプ、スーパーコンティニウム光源及びレーザー光源の少なくとも１つを含む。あるいは、入射光生成部３０はレーザであってもよく、入射光生成部３０から単波長の光が出射されてもよい。入射光生成部３０からの光は、その反射光及び透過光が検出可能な強度でサンプルＳに絞られた状態で平行に入射することが好ましい。
【００５１】
なお、詳細は後述するが、取得部２０は、反射率が５％以上または透過率が１０％以上の場合に散乱係数および吸収係数の取得を行い、反射率が５％未満かつ透過率が１０％未満の場合に、散乱係数および吸収係数の取得を行わなくてもよい。
【００５２】
なお、典型的には、サンプルＳは一対のプレートの間に挟まれる。例えば、プレートはガラスから形成される。特に、サンプルＳが生体物質を含む場合、サンプルＳが一対のプレートによって押しつぶされると、サンプルＳの特性が変動してしまう。このため、図７に示すように、光学特性値計測装置１００は、サンプルＳを挟む一対のプレートｓａ、ｓｂの間の距離を調整するサンプル厚調整部４０をさらに備えることが好ましい。サンプル厚調整部４０は、例えば、マイクロメーターから構成され、サンプル厚調整部４０はμｍ単位でサンプルの厚さを調整可能である。なお、一般に、サンプルが厚いほど、反射率が増加し、サンプルＳが薄いほど、透過率が増加する。
【００５３】
なお、サンプル厚調整部４０によるサンプルＳへの圧力を測定する圧力センサを設けてもよい。圧力センサを用いることにより、サンプルＳへの負荷がかかりすぎることを抑制することができる。
【００５４】
また、図８に示すように、光学特性値計測装置１００は、サンプルＳを設置した後、測定部１０がサンプルＳの反射率及び透過率を測定し、取得部２０が反射率及び透過率に基づいてサンプルＳの吸収係数及び散乱係数を取得するように測定部１０および取得部２０に実行させる処理部５０をさらに備えてもよい。処理部５０は、プログラムに基づいて測定部１０および取得部２０（必要に応じて入射光生成部３０）が所定の動作を行うように実行させてもよい。
【００５５】
図９に、光学特性値計測装置１００のより具体的な模式図を示す。サンプルＳはプレートによって挟まされる。例えば、プレートは光学結晶板を含む。ここでは、２つの分光器１０ｂ１、１０ｂ２を用いている。分光器１０ｂ１は可視領域および近赤外領域の波長の光の分光を行い、分光器１０ｂ２は中赤外領域の波長の光の分光を行う。また、ここでは、入射光生成部３０の光源は、測定する波長ごとに交換される。具体的には、入射光生成部３０の光源として可視領域（例えば、波長３５０ｎｍ以上７５０ｎｍ以下）の光を出射する光源、近赤外領域（例えば、波長７５０ｎｍ以上２．５μｍ以下）の光を出射する光源、中赤外領域（例えば、波長２．５μｍ以上１２．５μｍ以下）の光を出射する光源が交換して用いられる。
【００５６】
また、入射光生成部３０から出射される光の波長に応じて積分球１２ａ、１４ａを変更してもよい。例えば、波長３５０ｎｍ以上２．５μｍ以下の光に対してはスペクトラロンでコーティングされた積分球を積分球１２ａ、１４ａとして使用し、波長２．５μｍ以上１２．５μｍ以下の光に対しては金でコーティングされた積分球を積分球１２ａ、１４ａとして使用する。これにより、積分球１２ａ、１４ａ内の拡散反射を効率的に行うことができる。また、サンプル厚調整部４０は、波長３５０ｎｍ以上２．５μｍ以下の光に対して調整単位１００μｍで１００μｍ以上５ｍｍ以下の範囲で厚さの調整が可能であり、波長３５０ｎｍ以上２．５μｍ以下の光に対して調整単位０．５μｍで１３ｍｍ以下の範囲で厚さの調整が可能である。
【００５７】
以上により、例えば、広帯域の波長にわたってサンプルＳの散乱係数および吸収係数を計測することができる。
【００５８】
なお、サンプルＳとして生体物質を用いることが好ましい。生体物質は、軟組織であってもよく、硬組織であってもよい。一般に生体物質の散乱係数および吸収係数は変化しやすいため、取得しにくいが、光学特性値計測装置１００によれば、これらの物質に固有の特性を示す散乱係数および吸収係数も簡便に計測することができる。例えば、光学特性値には吸収係数μａ、散乱係数μｓ、異方性パラメータｇおよび屈折率ｎがあるが、一般的な生体物質では、異方性パラメータｇの値は可視域ではほぼ０．９であることが知られているため、異方性パラメータｇは０．９とされる。また、屈折率ｎを水の屈折率と等しく１．３３にされる。生体物質の散乱係数および吸収係数を簡便に取得できることにより、データベース化を図るとともに治療や診断への活用が期待される。
【００５９】
以下に、図１０を参照して本実施形態の光学特性値計測装置１００Ａを説明する。光学特性値計測装置１００Ａは、反射率測定部１２および透過率測定部１４を含む測定部１０と、取得部２０と、入射光生成部３０とを備えている。ここでは、積分球１２ａ、１４ａは互いに等価なものである。なお、図１０は、測定部１０ｂの分光器１０ｂおよび取得部２０を省略して図示している。
【００６０】
光学特性値計測装置１００Ａは、さらに、ミラー３１ａ、凸レンズ３２ａ、凹レンズ３３ａ、凹レンズ３４ａ、凸レンズ３５ａを有しており、ミラー３１ａと凸レンズ３２ａとの間に絞りＬａ、凹レンズ３３ａと凹レンズ３４ａとの間に絞りＬｂ、凸レンズ３５ａと積分球１２ａとの間に絞りＬｃが設けられている。
【００６１】
サンプルＳは２枚のスライドガラスに挟まれる。例えば、２枚のスライドガラス（Ｓ−１１１２、松浪硝子工業）にサンプルを挟むことにより、サンプルＳの表面の凹凸による拡散を抑制できる。例えば、サンプルＳとして疑似生体材料が用いられる。なお、サンプルへの加圧によってサンプルの吸収係数μａおよび散乱係数μｓが増加することがあるため、スライドガラスでサンプルを圧縮しないように挟む。また、スライドガラス間の距離は、既知の厚さのスペーサーを用いて調整される
。
【００６２】
積分球１２ａ、１４ａは外部光によるノイズを低減するために、暗室内に設置される。積分球１２ａ、１４ａは、それぞれ外径１００．０ｍｍ、内径８３．８２ｍｍ、入射ポート径１０．０ｍｍ、サンプルポート径１０．０ｍｍである。なお、積分球１２ａおよび１４ａ内で光が完全に反射するように、積分球１２ａ、１４ａの内部表面に、反射率が９９％を超えるＢａＳＯ４が塗布されていることが好ましい。例えば、積分球１２ａ、１４ａとして、Ｌａｂ ｓｐｈｅｒｅ社製のＣＳＴＭ−３Ｐ−ＧＰＳ−０３３−ＳＬが用いられる。
【００６３】
入射光生成部３０において生成される光の波長は広帯域であることが好ましい。例えば、入射光生成部３０から波長２２０ｎｍ以上２０００ｎｍ以下の範囲の光が出射されることが好ましい。この場合、広い波長域にわたって各波長の反射率及び透過率を測定し、各波長の反射率及び透過率に基づいて散乱係数および吸収係数を取得することができる。
【００６４】
ここでは、入射光生成部３０としてキセノンランプ、電源およびランプハウスが用いられる。例えば、浜松ホトニクス社製のキセノンランプ（Ｌ２２７４（ＧＳ））、電源（Ｃ８８４９）および、ランプハウス（Ｅ７５３６）が用いられる。
【００６５】
例えば、絞りＬａとして虹彩絞り（ＩＤＣ−０２５、シグマ光機株式会社）が用いられ、凸レンズ３２ａとして、平凸レンズ（ＳＬＢ−５０．８−７０Ｐ、シグマ光機株式会社）が用いられ、凹レンズ３３ａとして、両凹レンズ（ＳＬＳＱ−５０．８−６０Ｎ、シグマ光機株式会社）が用いられる。また、凹レンズ３４ａとして両凹レンズ（ＫＢＣ０４３、Ｎｅｗｐｏｒｔ）が用いられ、凸レンズ３５ａとして両凸レンズ（φ＝３０ｍｍ、ｆ＝３０ｍｍ）が用いられ、絞りＬｃとして虹彩絞り（ＩＤＣ−００３、シグマ光機株式会社）が用いられる。
【００６６】
ミラー３１ａが入射光生成部３０から出射された光の進行方向を変化させ、絞りＬａにより、所定のビーム径が得られる。また、凸レンズ３２ａおよび凹レンズ３３ａにより、ビームは擬似的に平行化される。このビームが絞りＬｂを通過した後、凹レンズ３４ａ、凸レンズ３５ａおよび絞りＬｃによって絞られたビーム径１ｍｍのビームが積分球１２ａ内に入射する。
【００６７】
積分球１２ａ、１４ａのサンプルポート径は、拡散反射率Ｒｄおよび透過率Ｔｔの測定誤差を少なくするように設定される。測定サンプルは、積分球１２ａ、１４ａのサンプルポートを覆い、また、サンプルに入射したビームの端からサンプルポートの端までの距離は、１／（μａ＋μｓ’）で規定される横方向への光の伝搬距離よりも長い。これは、サンプル側面で光が損失し、光学特性値を取得する際、吸収係数μａを過大評価することを防ぐためである。
【００６８】
サンプルＳの拡散反射光および透過光は積分球１２ａ、１４ａの内部表面で拡散反射され、最終的に検出ポートからコア径６００μｍのマルチモードファイバー（ＱＰ６００−１−ＶＩＳ−ＮＩＲ、 Ｏｃｅａｎ Ｏｐｔｉｃｓ）を通して分光器１０ｂに伝送される。分光器１０ｂとして、例えば、高分解能分光器（Ｍａｙａ２０００−Ｐｒｏ； ２００−１１００ｎｍ、Ｏｃｅａｎ Ｏｐｔｉｃｓ）を用いて、波長３５０ｎｍ〜１０００ｎｍの拡散反射率Ｒｄ及び透過率Ｔｔを測定する。この分光器１０ｂの受光感度は、およそ０．３２ Ｃｏｕｎｔｓ／ｅ−、波長分解能は、０．４１ｎｍ〜０．４８ｎｍである。ここでは、逆モンテカルロ法が用いて、拡散反射率ＲＤおよび透過率ＴＴに基づいてサンプルＳの吸収係数および散乱係数を取得する。
【００６９】
例えば、以下の点から、光学特性値計測装置１００Ａの評価を行う。
［入射光生成部３０の安定性の評価］
入射光生成部３０の安定性は、入射光生成部３０が一定強度で光を出射した状態で受光強度の相対誤差および絶対誤差を用いて評価する。ここでは、入射光生成部３０としてキセノンランプを用いている。
【００７０】
図１１および図１２に、キセノンランプ３０の出力の相対誤差および絶対誤差をそれぞれ示す。図１１、図１２の縦軸は、それぞれ相対誤差、絶対誤差を、横軸は波長を示している。図１１および図１２のそれぞれにおいて□は最大誤差を示し、×は最小誤差を示す。ここでは、入射光生成部３０の強度を１分ごとに２０分間測定し、平均値からの相対誤差及び絶対誤差を用いている。波長３５０ｎｍ〜１０００ｎｍにおいて、受光強度の変動は、±０．２％（相対誤差）、±３３ｃｏｕｎｔｓ（絶対誤差）程度であり、入射光生成部３０は比較的安定である。
【００７１】
［光学特性値計測装置１００Ａの測定の正確性の評価］
市販の分光分析装置と比較して光学特性値計測装置１００Ａによる測定の正確性を評価する。ここでは、２つの市販の分光分析装置を用意する。１つは、Ｍｉｃｒｏｐｌａｔｅ Ｐｈｏｔｏｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｅｒ（ＳｐｅｃｔｒａＭａｘ Ｍ５； １９０−８５０ ｎｍ、 ＭｏｌｅｃｕｌａｒＤｅｖｉｃｅｓ）であり、もう１つは、ＵＶ／ＶＩＳ ｓｐｅｃｔｒｏｐｈｏｔｏｍｅｔｅｒ（Ｕ−３５００；１８７−３２００ ｎｍ、Ｈｉｔａｃｈｉ）である。サンプルとして、ヘモグロビン粉末（Ｈ７３７９−１０Ｇ、ｓｉｇｍａ−ａｌｄｒｉｃｈ）を蒸留水で溶かし、濃度０．０２５、０．０５、０．１、０．２、０．４、０．８、１．６ｍｇ／ｍｌに調整したヘモグロビン水溶液を用いる。１ｍｌのサンプルがマイクロキュベットに入れられる。このヘモグロビン水溶液の吸収極大波長である４０３ｎｍの透過率を５回測定し、測定後、ランバート・ベール則を用いて透過率から吸光度を算出し、検量線の比較を行う。
【００７２】
図１３に、光学特性値計測装置１００Ａおよび市販の分光分析装置において得られたヘモグロビン水溶液の検量線を示す。縦軸はサンプルの吸光度を示し、横軸はヘモグロビン濃度を示す。図１３においてエラーバーは標準偏差を、式とＲは、測定結果から求めた回帰式と回帰式の相関係数をそれぞれ示す。ヘモグロビン濃度０．０２５〜０．４ｍｇ／ｍｌにおいて、光学特性値計測装置１００Ａで測定されたサンプルの吸光度とヘモグロビン濃度には正の相関関係（ｐ＜０．０１、Ｒ＝０．９９４）が認められる。また、ＭｏｌｅｃｕｌａｒＤｅｖｉｃｅｓを用いた測定結果も同様に、正の相関関係（ｐ＜０．０１、Ｒ＝０．９９９）が認められる。なお、ヘモグロビン濃度０．４ｍｇ／ｍｌにおいて、光学特性値計測装置１００Ａで測定した吸光度の平均値は２．１３であった。以上の結果から、吸光度２以下であれば、光学特性値計測装置１００Ａの正確さは市販の分光器と同等であることが示唆される。
【００７３】
［光学特性値計測装置１００Ａの測定の再現性の評価］
疑似生体物質を含むサンプルの反射率及び透過率を５回ずつ測定し、測定値の平均値と標準偏差から変動係数を算出することによって測定値の再現性を評価する。 なお、一般に、生体物質は強い散乱特性を持つ。このため、サンプルには、標準散乱物質として強い散乱特性をもつイントラリピッド溶液（ＦＢ−０１ＩＬ２０、ＴＥＲＵＭＯ）、標準吸収物質として血液中の吸収体であるヘモグロビン、および、ゼラチン（Ｇ２５００−５００Ｇ、ｓｉｇｍａ−ａｌｄｒｉｃｈ）を含めている。ヘモグロビン濃度は０．８ｍｇ／ｍｌ、イントラリピッド濃度は４ｖｏｌ％、また、ゼラチンの濃度は０．１ｇ／ｍｌである。サンプルの厚さは、スペーサーを用いて１ｍｍに調整している。サンプルの乾燥によるサンプルの変性を防ぐため、サンプルを挟むスライドガラス間の間隙をパラフィルムで覆っている。
【００７４】
図１４に、光学特性値計測装置１００Ａにおいて測定された反射スペクトルＲｄ及び透過スペクトルＴｔを示す。図１４におけるエラーバーは標準偏差を示す。図１４の波長４００ｎｍ付近の反射率及び透過率の低下はサンプルに含まれているヘモグロビン由来の吸収によるものと考えられる。測定結果より、標準偏差の最大値は、波長３５０ｎｍの反射率において、平均値１８．２％、標準偏差０．１７％である。また、波長９９９ｎｍの透過率において、平均値４６．７％、標準偏差０．３６％である。このため、反射率及び透過率における変動係数の最大値は、それぞれ０．９４％、１．４６％である。この結果は、測定値の高い再現性を示唆している。
【００７５】
［光学特性値計測装置１００Ａの測定値の変動に伴う光学特性値への影響の評価］
測定時に反射率及び透過率の変動によって光学特性値にどの程度の変動が生じるかを評価する。ここでは、最も変動の大きな反射率及び透過率を用いて光学特性値を取得し、反射率及び透過率の平均値を用いて取得した光学特性値との相対誤差を求めている。図１５に、光学特性値計測装置１００Ａにおいて取得された換算散乱係数及び吸収係数を示す。また、図１６および図１７に、光学特性値計測装置１００Ａにおいて取得された吸収係数及び換算散乱係数のそれぞれの相対誤差を示す。図１６および図１７において、縦軸はそれぞれ吸収係数μａ及び換算散乱係数μｓ’の相対誤差を示し、横軸は波長を示す。また、図１５及び図１６から、吸収係数μａ及び換算散乱係数μｓ’の相対誤差の最大値はそれぞれ３．２％、１．９％である。この結果は、光学特性値は、吸収係数μａ及び換算散乱係数μｓ’において、それぞれ３．２％、１．９％の誤差を含む事を示唆している。
【００７６】
［光学特性値計測装置１００Ａの取得した光学特性値の定量性の評価］
サンプルの吸収係数μａ及び換算散乱係数μｓ’を取得してヘモグロビン及びイントラリピッドの検量線を作成し、取得した光学特性値の定量性を評価する。吸収係数μａの定量性の評価の為に、サンプル内のヘモグロビン濃度を０．２５、０．５、１．０、２．０ｍｇ／ｍｌと異ならせ、イントラリピッドの濃度を４．０ ｖｏｌ％一定に調整する。また、換算散乱係数μｓ’の定量性の評価の為に、サンプル内のイントラリピッドの濃度を０．５、１．０、２．０、４．０ｖｏｌ％と異ならせ、ヘモグロビンの濃度を２．０ ｍｇ／ｍｌ一定に調整する。
【００７７】
ヘモグロビンの検量線は以下のように得られる。
図１８および図１９に、光学特性値計測装置１００Ａにおいて取得された吸収係数スペクトルおよび換算散乱係数スペクトルをそれぞれ示す。図１８から、波長４０３ｎｍに吸収極大を示すヘモグロビン由来の吸収が確認される。
【００７８】
図２０に、光学特性値計測装置１００Ａにおいて得られたヘモグロビンの検量線を示す。図２０は、図１８に示された波長４０３ｎｍの吸収係数μａを用いて作成されている。図２０の縦軸は吸収係数μａを、横軸はサンプルのヘモグロビン濃度を示す。図２０には、式とＲは、それぞれ最小２乗法を用いて求めた回帰式と回帰式の相関係数を示す。この結果より、吸収係数μａとサンプルのヘモグロビン濃度には高い相関（ｐ＜０．０１、Ｒ＝０．９９）があることが確認される。このため、光学特性値計測装置１００Ａを用いてサンプルの吸収係数μａを定量的に評価できると考えられる。
【００７９】
イントラリピッドの検量線は以下のように得られる。
図２１および図２２に、光学特性値計測装置１００Ａにおいて取得された吸収係数スペクトルおよび換算散乱係数スペクトルをそれぞれ示す。ここでは、サンプル内のイントラリピッド濃度を変化させている。
【００８０】
図２３に、光学特性値計測装置１００Ａにおいて得られたイントラリピッドの検量線を示すグラフである。このイントラリピッドの検量線は、図２２に示された波長４０５、６００、８００、１０００ｎｍの換算散乱係数μｓ’を用いて作成している。図２３の縦軸は換算散乱係数μｓ’を、横軸は測定したサンプルのイントラリピッド濃度を示す。図２３において、式とＲは、それぞれ最小２乗法を用いて求めた回帰式と回帰式の相関係数を示す。この結果より、広帯域における、換算散乱係数μｓ’とイントラリピッド濃度の高い相関が確認される。このように、光学特性値計測装置１００Ａを用いることにより、サンプルの換算散乱係数μｓ’を定量的に評価できる。なお、図１９の波長４００ｎｍ付近において、換算散乱係数μｓ’の特異的なピークが観測される。この傾向は、イントラリピッド濃度の異なる換算散乱係数μｓ’スペクトルに一様にも認められる。このような特異的なピークについて後述する。
【００８１】
以上のように、光学特性値計測装置１００Ａは、波長３５０ｎｍ〜１０００ｎｍの可視〜近赤外領域において組織の光学特性を定量的に評価できる。光学特性値計測装置１００Ａは、例えば、光治療への応用として用いられる。悪性新生物等の治療に用いられている光線力学療法やレーザー凝固治療前後の生体組織の光学特性値を取得することにより、さらに高度な光治療が期待される。今後、医療において、定量的な光診断・治療技術の需要は、ますます増加していくと考えられる。
【００８２】
図２４に、本実施形態の光学特性値計測装置１００Ｂの模式図を示す。光学特性値計測装置１００Ｂは、反射率測定部１２および透過率測定部１４を含む測定部１０と、取得部２０と、入射光生成部３０とを備えている。ここでは、積分球１２ａ、１４ａは互いに等価なものである。なお、図２４は、測定部１０ｂの分光器１０ｂおよび取得部２０を省略して図示している。光学特性値計測装置１００Ｂは、さらに、凹面ミラー３１ｂと、平面ミラー３２ｂと、凸レンズ３３ｂとを有しており、凹面ミラー３１ｂと平面ミラー３２ｂとの間に絞りｌａ、凸レンズ３３ｂと積分球１２ａとの間に絞りＬｂが設けられている。積分球１２ａ、１４ａのサイズは３．３インチであり、絞りｌａ、Ｌｂはそれぞれ直径４ｍｍ、１ｍｍであり、凸レンズ３３ｂのｆは１２．０ｍｍである。ここでは、サンプルは疑似生体物質を含む。例えば、サンプルは、イントラリピッド４％ｖｏｌｍ、ヘモグロビン２．０ｍｇ／ｍｌおよびゼラチン０．１ｍｇ／ｍｌを含むゲルであり、サンプルの厚さは１ｍｍである。
【００８３】
図２５（ａ）および図２５（ｂ）に、光学特性値計測装置１００Ｂにおいて取得された吸収係数スペクトル及び換算散乱係数スペクトルをそれぞれ示す。一般に、散乱はレイリー散乱およびミー散乱が支配的と考えられており、換算散乱係数μ’ｓは１／λ４に比例すると考えられる。しかしながら、図２５（ｂ）から理解されるように、吸収係数の比較的高い波長域（波長４００ｎｍ近傍）において換算散乱係数はこの理論から乖離している。本明細書においてこの乖離を特異的乖離とも呼ぶ。ここで、乖離度を（１−（実験値／散乱理論値））×１００（％）と定義する。乖離度が１０％以上の場合には、乖離が顕著に発生していると言える。
【００８４】
本願発明者らは、この乖離について以下のような検討を行った。
図２６に、図２５（ｂ）に示した光学特性値計測装置１００Ｂにおいて取得された換算散乱係数スペクトルを改変したグラフを示す。ここでは、参考のために、図２５（ｂ）に示した光学特性値計測装置１００Ｂにおいて取得された換算散乱係数スペクトルとともに、特異的乖離がないと仮定した改変換算散乱係数スペクトルを示している。
【００８５】
図２７（ａ）および図２７（ｂ）に、図２５（ａ）および図２６に示された吸収係数スペクトルおよび改変換算散乱係数スペクトルにそれぞれ示された吸収係数および換算散乱係数に対してモンテカルロ法を行うことによって得られた透過率および反射率をそれぞれ示す。なお、参考のために、図２７（ａ）および図２７（ｂ）には、光学特性値計測装置１００Ｂにおいて測定された透過率および反射率を併せて示している。さらに、図２７（ｂ）では、波長４００ｎｍ近傍を拡大して示している。図２７（ａ）から理解されるように、測定された透過率は、計算によって得られた透過率とほぼ等しい。これに対して、図２７（ｂ）から理解されるように、測定された反射率は、計算によって得られた反射率に対して波長４００ｎｍ近傍において１％程度異なる。このように、測定された反射率と計算によって得られた反射率との差は比較的大きい。
【００８６】
光学特性値計測装置１００Ｂにおいて測定された反射率が理論値よりも低い要因として、以下の要因が考えられる。
（１）主に計算条件、仕様が原因と考えられる項目
・ｇパラメーター、屈折率
・サンプルを挟むスライドガラスの計算条件の変更
（２）主に計測装置、手法が原因と考えられる項目
・双積分球と単積分球
・入射光生成部（白色光源、レーザー）の違い
・入射ポート径の大きさ
・サンプルポート径の大きさ
（３）サンプルの条件が関連すると考えられる項目
・サンプル（吸収体）の濃度
・サンプルの厚さ
【００８７】
以下、（１）から（３）について順番に検討する。まず、（１）計算条件について検討する。
図２８（ａ）に、ｇパラメータを変化させたときの換算散乱係数スペクトルを示す。ｇパラメータを０．５、０．６、０．７、０．８、０．９に変化させても、換算散乱係数はほとんど変化しない。このため、ｇパラメータを０．９にしたことによる乖離への影響はほとんどないと考えられる。
図２８（ｂ）に、サンプルの屈折率を変化させたときの散乱係数スペクトルを示す。サンプルの屈折率を１．３３、１．５、２．０に変化させた場合、波長４００ｎｍ付近だけでなく他の波長においても散乱係数は変化する。このため、サンプルの屈折率を１．３３にしたことによる乖離への影響はほとんどないと考えられる。
また、別の原因として、スライドガラスの屈折率の波長依存性の影響が考えられる。
図２８（ｃ）に、波長に関わらず屈折率１.５２のスライドガラスおよび波長に応じて屈折率の変化するスライドガラスを用いたときせの換算散乱係数スペクトルを示す。図２８（ｄ）に、スライドガラスの屈折率の波長依存性を示す。
図２８（ｃ）から理解されるように、スライドガラスの波長依存性にかかわらず、換算散乱係数はほとんど変化しない。このため、スライドガラスの屈折率の波長依存性による乖離への影響はほとんどないと考えられる。以上から、計算条件が原因とは考えられない。
【００８８】
次に、（２）計測装置について検討する。
図２９（ａ）に、積分球およびサンプル近傍の模式図を示す。ここで、積分球１２ａのうち入射光生成部において生成された光が入射する開口部を入射ポートと呼び、この光が積分球１２ａを通過してサンプルに向かう開口部をサンプルポートと呼ぶ。
図２９（ｂ）に、積分球を１つおよび２つ用いて得られた換算散乱係数スペクトルを示す。この場合も、波長４００ｎｍ以外の波長においても散乱係数は変化する。このため、積分球の数による乖離への影響はほとんどないと考えられる。
図３０に、異なる光源を用いたときの散乱係数スペクトルを示す。ここでは、光源として、キセノンランプおよびレーザを用いた。レーザから出射される光の波長は、４０５ｎｍおよび６６４ｎｍである。波長４０５ｎｍの光を用いた場合、散乱係数の乖離は比較的小さい。
図３１に、入射ポート径の大きさを変化させたときの換算散乱係数スペクトルを示す。ここでは、入射ポート径を５ｍｍおよび１０ｍｍとしている。この場合も、波長４００ｎｍ付近だけでなく他の波長においても散乱係数は変化する。このため、入射ポート径よる乖離への影響はほとんどないと考えられる。
図３２に、サンプルポート径の大きさを変化させたときの換算散乱係数スペクトルを示す。サンプルポート径を５ｍｍおよび１０ｍｍとしている。ここでも、波長４００ｎｍ以外の波長においても散乱係数はほぼ等しく、波長４００ｎｍ付近の散乱係数が理論に近づいている。このため、サンプルポート径よる乖離への影響は若干あると考えられる。以上から、計測装置による乖離への影響は若干あるものの、それほど大きくないと考えられる。
【００８９】
次に、（３）サンプルの条件について検討する。
図３３（ａ）に、異なるヘモグロビンの濃度のサンプルを用いたときの換算散乱係数スペクトルを示す。ここでは、吸収体として機能するヘモグロビンの濃度を０．２５、０．５、１．０、２．０、４．０ｍｇ／ｍｌと変化させている。サンプルの濃度が増加するほど、乖離が大きくなっている。これは、測定対象に応じて剥離の程度にばらつきが生じることを意味している。
【００９０】
図３３（ｂ）に、異なる厚さのサンプルを用いたとき換算散乱係数スペクトルを示す。ここでは、サンプルの厚さは０．１、０．２、０．３ｍｍである。サンプルが薄い場合には乖離が小さい。このため、図５を参照して上述したサンプル厚調整部４０を用いて、サンプルを圧迫しない程度にサンプルを薄くすることが好ましい。
【００９１】
図３４に、反射率に対する透過率の変化を示す。図３４に示すように、反射率５％未満および透過率１０％未満の場合に特異的な乖離が発生しやすい。このため、反射率５％未満および透過率１０％未満の場合には光学特性値の取得を行わなくてもよい。
【００９２】
図３５（ａ）に、光学特性値計測装置１００Ｂにおいて取得された吸収係数スペクトルを示し、図３５（ｂ）に、本実施形態の光学特性値計測装置において取得された換算散乱係数スペクトルを示す。
【００９３】
ここでは、サンプルは、へモグラビン、イントラリピッドおよびゼラチンを含んでおり、このように、波長１０００ｎｍ以上の近赤外、中赤外の領域の吸収係数スペクトル及び換算散乱係数スペクトルを得ることが好ましい。
【００９４】
図３６（ａ）〜（ｄ）は異なる照射時間でＥｒ：ＹＡＧレーザの照射を行った生体物質の模式図である。ここでは、生体物質は鳥の胸肉であり、図３６（ａ）〜（ｄ）の照射時間は、それぞれ、１０、３０、６０、９０秒である。ここでは、Ｅｒ：ＹＡＧレーザの平均パワー密度は４．０Ｗ／ｃｍ２である。照射時間が長くなるほど、生体物質表面が白い部分が大きくなり、さらに黄色部分が発生する。このように照射時間に応じて、反射率が変化していることが理解される。
【００９５】
図３７（ａ）及び図３７（ｂ）に、光学特性値計測装置１００Ｂにおいて取得されたレーザの照射時間の異なるサンプルに対して吸収係数スペクトル及び換算散乱係数スペクトルをそれぞれ示す。レーザの照射時間に応じて吸収係数及び換算散乱係数が大きく変化することが理解される。
【００９６】
なお、近赤外領域の光のＳ／Ｎ比が小さいことがある。このため、以下の点から、Ｓ／Ｎ比の改善を試みた。例えば、積分球の球径を８３．８ｍｍから３８．１ｍｍに小さくしたが、Ｓ／Ｎの改善効果はそれほど大きくなかった。
【００９７】
また、検出器の冷却を行った。図３８に、光学特性値計測装置１００Ｂにおける分光器を冷却する冷却部６０の模式図を示す。冷却部６０は、光検出部と接する放熱板６１と、ペルチェ素子６２、６３、６４、６５と、ラジエター６６と、ファン６７ａ、６７ｂと、バッファｂ１、ｂ２とを有している。例えば、ペルチェ素子６２、６３、６４のそれぞれの最大電圧、最大電流は１２Ｖ、８．５Ａであり、ペルチェ素子６５の最大電圧、最大電流は５Ｖ、３Ａである。
【００９８】
図３９に、冷却部６０を備える光学特性値計測装置における冷却開始後の相対ノイズ強度および検出温度を示す。このように、ペルチェ素子を備えた冷却部６０を利用することにより、検出器の温度を低下させてノイズを低減させることができる。
【００９９】
さらに、Ｓ／Ｎ比の改善を図るために光源の変更を行う。ここで、強度および安定性の観点から、キセノンランプ、スーパーコンティニウム光源およびハロゲンランプを検討する。
【０１００】
図４０に、光学特性値計測装置１００Ｂの入射光生成部３０としてハロゲンランプ、スーパーコンティニウム光源（ＳＣ光源）及びキセノンランプを用いて取得された水の吸収スペクトルを示す。ここでは、基準吸収率を比較している。
【０１０１】
キセノンランプの安定性は、特に、波長１８００ｎｍ以上においてそれほど高くない。スーパーコンティニウム光源の安定性もそれほど高くない。これに対して、ハロゲンランプは高安定性を示す。
【０１０２】
図４１に、光学特性値計測装置１００Ｂにおいて取得された強度およびＳ／Ｎ比のスペクトルを示す。入射光生成部としてキセノンランプを用いる場合、Ｓ／Ｎの改善効果はそれほど大きくない。また、入射光生成部としてスーパーコンティニウム光源を用いる場合、Ｓ／Ｎの改善効果はそれほど大きくない。一方、入射光生成部としてキセノンランプを用いる場合、Ｓ／Ｎの改善効果は比較的大きい。
【０１０３】
以上のように、キセノンランプは、高強度であり、ある程度の安定性を有しているが、特に、波長１８００ｎｍ以上において安定性が高くない。スーパーコンティニウム光源の強度および安定性のいずれもそれほど高くない。ハロゲンランプは高強度および高安定性を示す。
【０１０４】
光学特性値計測装置１００Ｂにおいて近赤外領域のＳ／Ｎ比は５０であったが、入射光生成部としてハロゲンを用いるとともに冷却部６０を設けることにより、Ｓ／Ｎ比は２００にまで向上した。
【０１０５】
図４２（ａ）に、光学特性値計測装置１００Ｂにおいて測定された反射率スペクトルを示し図４２（ｂ）は光学特性値計測装置１００Ｂにおいて測定された透過率スペクトルを示す。ここでは、サンプルとして３種類の疑似生体物質を用いている。具体的には、いずれのサンプルもヘモグロビン１．０ｍｇ／ｍｌおよびゼラチン０．１ｍｇ／ｍｌを含むゲルであり、それぞれは、１、２、４％ｖｏｌのイントラリピッドを含んでいる。また、いずれのサンプルの厚さも０．３ｍｍである。
波長３５０−２０００ｎｍにわたって改善されたＳ／Ｎ比で透過率および反射率が測定される。なお、波長１０００−２０００ｎｍにおいてＳ／Ｎ比のさらなる改善が行われることが好ましい。例えば、このために、検出器を−３０℃まで冷却するか、露光時間および積算回数を最適化するか、生理条件を長時間維持することが考えられる。
【０１０６】
図４３（ａ）に、光学特性値計測装置１００Ｂにおいて取得された吸収係数スペクトルを示し、図４３（ｂ）に、光学特性値計測装置１００Ｂにおいて取得された換算散乱係数スペクトルを示す。波長１５００ｎｍ付近および波長１９５０ｎｍ付近において吸収係数が大きなところで換算散乱係数に特異的な変動がみられる。
【０１０７】
ここで、赤外の波長の光の生成に着目する。例えば、入射光生成部として白色光源を用いて中赤外域の測定を行うことが考えられる。
【０１０８】
以下、図４４を参照して本実施形態の光学特性値計測装置１００Ｃを説明する。図４４には、本実施形態の光学特性値計測装置１００Ｃにおいて用いられる光を生成する入射光生成部３０Ａの模式図を示す。入射光生成部３０Ａは、光源３０と、放物面ミラー３１ｃと、放物面ミラー３２ｃと、ビームスプリッタ３３ｃと、固定ミラー３４ｃと、移動ミラー３５ｃと、反射ミラー３６ｃとを有している。入射光生成部３０Ａにおいて生成された光は、平面ミラー３７ｃおよび放物面ミラー３８ｃによって反射されて積分球１２ａに入射される。なお、この入射光生成部３０Ａは、フーリエ変換赤外分光（Ｆｏｒｕｉｅｒ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ ｉｎｆｒａｒｅｄ ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ：ＦＴＩＲ）装置の光源としても用いられる。
【０１０９】
図４５に、光学特性値計測装置１００Ｃにおいて測定された透過率スペクトルを示す。参考のために、フーリエ変換赤外分光で求めた透過率も併せて示している。このように透過率の測定は可能であり、測定結果も、フーリエ変換赤外分光で求めた結果とほぼ等しい。
【０１１０】
図４６（ａ）に、光学特性値計測装置１００Ｂにおいて測定された歯の反射率スペクトルを示し、図４６（ｂ）に、図４６（ａ）に示された歯を示す。反射率は、光量不足のため、十分に測定できなかった。なお、白色光源からの光束を増加させてみたものの、積分球における光量は充分ではなかった。
【０１１１】
なお、図４４に示した光学特性値計測装置１００Ｃでは、平面ミラー３７ｃは、入射光生成部３０Ａから出射された光を放物面ミラー３８ｃに向けてほぼ直角に反射したが、本発明はこれに限定されない。平面ミラー３７ｃは、入射光生成部３０Ａから出射された光を放物面ミラー３８ｃに向けて直角とは異なる角度で反射してよい。
【０１１２】
図４７（ａ）に、直角反射の場合の光の挙動の概略計算結果を示し、図４７（ｂ）は改善された光の挙動の概略計算結果を示す。図４７（ａ）及び図４７（ｂ）から、放物面ミラー３８ｃに角度をつけることにより、焦点をあわせることができる。
【０１１３】
なお、図４４に示した光源３０が白色光源である場合、白色光源の種類によってはビームを十分に絞りきれないことがある。図４８に、ビームを十分に絞りきれない場合の光のビームプロファイルの模式図を示す。このように、ビームを十分に絞りきれない場合、適切な計測を行うことができない。
【０１１４】
なお、上述した説明では、入射光生成部３０Ａと積分球１２ａとの間に、平面ミラー３７ｃおよび放物面ミラー３８ｃが設けられていたが、本発明はこれに限定されない。放物面ミラー３８ｃの前に、平面ミラー３７ｃに変えて放物面ミラー３７ｃが設けられてもよい。
【０１１５】
図４９（ａ）は光学特性値計測装置１００Ｃにおける入射光生成部３０Ａと積分球１２ａとの間の光学系の模式図である。ここでは、入射光生成部３０Ａと積分球１２ａとの間に、放物面ミラー３７ｃ、３８ｃが設けられている。放物面ミラー３７ｃの焦点距離は１７０ｍｍであり、放物面ミラー３８ｃの焦点距離は４０ｍｍであり、放物面ミラー３７ｃ、３８ｃの焦点は互いにほぼ一致している。放物面ミラー３８ｃにおいて反射された光が積分球１２ａに入射される。
【０１１６】
なお、放物面ミラー３８ｃと積分球１２ａとの間にさらに放物面ミラーが配置されてもよい。
【０１１７】
図４９（ｂ）は光学特性値計測装置１００Ｃにおける入射光生成部３０Ａと積分球１２ａとの間の光学系の模式図である。ここでは、放物面ミラー３８ｃと積分球１２ａとの間に、放物面ミラー３７ｃ、３８ｃに加えて放物面ミラー３８ｃ１が設けられており、放物面ミラー３８ｃ１において反射された光が積分球１２ａに入射される。
【０１１８】
あるいは、図４４に示した模式図では、放物面ミラー３８ｃにおいて反射された光が積分球１２ａに入射されたが、本発明はこれに限定されない。
【０１１９】
図４９（ｃ）は光学特性値計測装置１００Ｃにおける入射光生成部３０Ａと積分球１２ａとの間の光学系の模式図である。ここでは、放物面ミラー３８ｃと積分球１２ａとの間に、平面ミラー３７ｃ、放物面ミラー３８ｃに加えて、平凹レンズ３９ｃが設けられており、放物面ミラー３８ｃにおいて反射された光は平凹レンズ３９ｃを介して積分球１２ａに入射される。
【０１２０】
あるいは、赤外域の光を生成するために、入射光生成部３０Ｂは別の構成を有してもよい。
【０１２１】
図５０に、光学特性値計測装置１００Ｄの模式図を示す。光学特性値計測装置１００Ｄにおいて、入射光生成部３０Ｂは、波長可変Ｃｒ：フォルステライトレーザ３０ａと、Ｎｄ：ＹＡＧレーザ３０ｂと、差周波発生素子３０ｃとを有している。なお、波長可変Ｃｒ：フォルステライトレーザ３０ａのポンピングのために、波長可変Ｃｒ：フォルステライトレーザ３０ａ１が用いられる。
波長可変Ｃｒ：フォルステライトレーザ３０ａからは波長１．１５〜１．３６μｍの光が出射される。Ｎｄ：ＹＡＧレーザ３０ｂからは波長１０６４ｎｍの光が出射される。波長可変Ｃｒ：フォルステライトレーザ３０ａおよびＮｄ：ＹＡＧレーザ３０ｂのそれぞれから出射された光は、差周波発生素子３０ｃに入射される。差周波発生素子３０ｃは、例えば、ＡｇＧａＳ２（Ｔｙｐｅ ＩＩ）である。差周波発生素子３０ｃからは、レーザ３０ａとレーザ３０ｂと間の差周波の光が発生される。この場合、差周波発生素子３０ｃから出射される光の波長は５．５μｍ以上１０μｍ以下であり、強度は１ｍＪである。なお、集光径は１ｍｍであり、白色光の径は５ｍｍである。この入射光生成部３０Ｂのパワー密度は、白色光と比べて数千倍である。このような入射光生成部３０Ｂは、赤外波長可変レーザとも呼ばれる。入射光生成部３０Ｂから出射された光はビームスプリッタ３１ｄおよび絞りＬａを介して積分球１２ａに入射される。例えば、絞りＬａの直径は１ｍｍである。このような赤外波長可変レーザ３０Ｂを用いることにより、赤外領域においてもビーム径を絞ることができるとともに十分な光強度が得られる。
【０１２２】
ただし、波長可変レーザでは出力が変動することがある。このため、リアルタイムで出力の変動を計測し、その結果を反映させてもよい。例えば、ビームスプリッタ３１ｄによって反射された光を用いて入射光生成部３０Ｂの出力を測定してもよい。
【０１２３】
図５１に、光学特性値計測装置１００Ｄにおいて測定された透過率スペクトルを示す。ここでは、サンプルとして、ゼラチン薄膜を用いており、図５１の縦軸はこのサンプルの総透過率を示す。参考のために、フーリエ変換赤外分光で求めた結果を合わせて示している。中赤外帯域において、光学特性値計測装置１００Ｄの測定結果は、フーリエ変換赤外分光で求めた結果とほぼ等しい。
【０１２４】
図５２に、光学特性値計測装置１００Ｄにおいて測定された歯の拡散反射率スペクトルを示す。ここでも、参考のために、フーリエ変換赤外分光で求めた結果を合わせて示している。フーリエ変換赤外分光では、拡散反射率の測定は困難であったが、光学特性値計測装置１００Ｄを用いることにより、拡散反射率を測定することができる。
【０１２５】
ここで、フーリエ変換赤外分光、および、光学特性値計測装置１００Ｄの測定を比較する。図５３（ａ）に、フーリエ変換赤外分光装置の模式図を示し、図５３（ｂ）に、積分球の模式図を示す。図５３（ｃ）に、フーリエ変換赤外分光装置で測定される反射成分を示し、図５３（ｄ）に、積分球で測定される反射成分を示す。
【０１２６】
フーリエ変換赤外分光装置では、拡散反射光のうちの一部のみが測定されるだけでなく正反射光も併せて測定される。これに対して、光学特性値計測装置１００Ｄでは正反射光をほとんど測定することなく拡散反射光のうちのほぼすべてを測定することができる。以上のように、光学特性値計測装置１００Ｄを用いることにより、中赤外帯域の光の散乱係数及び吸収係数を取得することができる。
【産業上の利用可能性】
【０１２７】
本発明によれば、サンプルの反射率及び透過率を一度に測定することができ、サンプルの散乱係数及び吸収係数を簡便に取得することができる。
【符号の説明】
【０１２８】
１０ 測定部
２０ 取得部
３０ 入射光生成部
１００ 光学特性値計測装置
【技術分野】
【０００１】
本発明は光学特性値計測装置、光学特性値計測方法及び光学特性値計測プログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
サンプルの特性は光を用いて測定可能である。例えば、サンプルに光を照射してその反射光や透過光を検出することによってサンプルの反射率及び透過率を比較的簡単に測定することができる。しかしながら、サンプルの反射率及び透過率はサンプルの厚さ等に依存して相対的に変化するものであり、これ自体でサンプルの特性を十分に表したことにはならない。
【０００３】
サンプルの固有の特性として光学特性値が知られており、特に、生体物質の光学特性値が注目されている。光学特性値には吸収係数および散乱係数がある。吸収係数μａは吸収によって光の強度が１／ｅになるまでに進む距離の逆数［単位：ｍｍ−１］であり、散乱係数μｓは散乱によって光の強度が１／ｅとなるまでに進む距離の逆数［単位：ｍｍ−１］である。また、異方性因子ｇは一回の散乱による散乱パターンの非等方性を表す。このパラメーターｇは１から−１までの値を示し、ｇ＝１、０、−１のときはそれぞれ完全な前方散乱、等方散乱、後方散乱になる。また、換算散乱係数μｓ’はμｓ×（１−ｇ）と表される。
【０００４】
非特許文献１には、逆モンテカルロ法を用いて透過光強度および散乱光強度を吸収係数および散乱係数に変換する装置が開示されている。この装置では、積分球に対してサンプルをある位置に固定してサンプルの反射率を測定し、積分球に対してサンプルの位置を変更した上でサンプルの透過率を測定し、この反射率及び透過率から吸収係数および散乱係数が取得される。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】田中ら、「近赤外における生体組織の光学特性測定」、日本機械学会熱光学講演会論文集、平成９年１１月５〜７日、Ｎｏ．９７−２５
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、非特許文献１に記載された装置では、積分球に対してサンプル位置を変更した上でサンプルの反射率及び透過率を別々に測定する必要がある。
【０００７】
本発明は、上記課題を鑑みてなされたものであり、その目的は、散乱係数および吸収係数を簡便に取得できる光学特性値計測装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明による光学特性値計測装置は、サンプルの散乱係数及び吸収係数を計測する光学特性値計測装置であって、前記サンプルに照射された光の一部であって、前記サンプルにおいて反射された反射光に基づいて前記サンプルの反射率を測定する反射率測定部と、前記光のうちの前記一部とは異なる一部であって、前記サンプルを透過した透過光に基づいて前記サンプルの透過率を測定する透過率測定部とを有する測定部と、前記反射率及び前記透過率に基づいて前記散乱係数及び前記吸収係数を取得する取得部とを備える。
【０００９】
ある実施形態において、前記取得部は、逆モンテカルロ法を用いる。
【００１０】
ある実施形態において、前記取得部は、所定の散乱係数及び所定の吸収係数に対応する所定の反射率及び所定の透過率を記憶した記憶部と、前記記憶部に記憶された前記所定の散乱係数及び前記所定の吸収係数と前記所定の反射率及び前記所定の透過率との対応関係に基づいて、前記サンプルの前記反射率及び前記透過率に対応する前記サンプルの前記散乱係数及び前記吸収係数を決定する係数決定部とを有する。
【００１１】
ある実施形態において、前記取得部は、モンテカルロ法を用いて前記所定の散乱係数及び前記所定の吸収係数から前記所定の反射率及び前記所定の透過率を計算し、前記所定の散乱係数及び前記所定の吸収係数に対応する前記所定の反射率及び前記所定の透過率を前記記憶部に記憶させる計算部をさらに有する。
【００１２】
ある実施形態において、前記反射率測定部は、前記サンプルに対して前記サンプルに照射される光の進行方向とは反平行な方向に配置された第１積分球を含み、前記透過率測定部は、前記サンプルに対して前記サンプルに照射される光の進行方向とは平行な方向に配置された第２積分球を含む。
【００１３】
ある実施形態において、前記サンプルは、前記第１積分球と前記第２積分球との間に配置される。
【００１４】
ある実施形態において、前記測定部は分光器を有し、前記分光器は、前記第１積分球を介した反射光、及び、前記第２積分球を通過した透過光の両方の分光を行う。
【００１５】
ある実施形態において、前記光学特性値計測装置は、前記サンプルを挟む一対のプレートの間の距離を調整するサンプル厚調整部をさらに備える。
【００１６】
ある実施形態において、前記光学特性値計測装置は、前記サンプルに入射する光を生成する入射光生成部をさらに備える。
【００１７】
ある実施形態において、前記入射光生成部から出射される光は、可視域から中赤外域までの波長を有する。
【００１８】
ある実施形態において、前記入射光生成部は、キセノンランプ、ハロゲンランプ、スーパーコンティニウム光源及びレーザー光源の少なくとも１つを含む。
【００１９】
ある実施形態において、前記取得部は、前記反射率が５％以上、または、前記透過率が１０％以上の場合、前記サンプルの前記散乱係数及び前記吸収係数の取得を行い、前記反射率が５％未満、かつ、前記透過率が１０％未満の場合に、前記サンプルの前記散乱係数及び前記吸収係数の取得を行わない。
【００２０】
本発明による光学特性値の計測方法は、サンプルに照射された光の一部であって、前記サンプルにおいて反射された反射光に基づいて前記サンプルの反射率を測定し、前記光のうちの前記一部とは異なる一部であって、前記サンプルを透過した透過光に基づいて前記サンプルの透過率を測定する工程と、前記サンプルの前記反射率及び前記透過率に基づいて前記サンプルの散乱係数及び吸収係数を取得する工程とを包含する。
【００２１】
本発明によるプログラムは、サンプルに照射された光の一部であって、前記サンプルにおいて反射された反射光に基づいて前記サンプルの反射率を反射率測定部が測定し、前記光のうちの前記一部とは異なる一部であって、前記サンプルを透過した透過光に基づいて前記サンプルの透過率を透過率測定部が測定する工程と、取得部が、前記サンプルの前記反射率及び前記吸収率に基づいて前記サンプルの散乱係数および吸収係数を取得する工程とを実行させる。
【発明の効果】
【００２２】
本発明による光学特性値計測装置は、サンプルの反射率及び透過率を一度に測定することができ、サンプルの散乱係数及び吸収係数を簡便に取得することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明による光学特性値計測装置の実施形態の模式図である。
【図２】モンテカルロ法を説明するための模式図である。
【図３】（ａ）および（ｂ）はそれぞれ本実施形態の光学特性値計測装置における測定部の模式図である。
【図４】（ａ）および（ｂ）はそれぞれ本実施形態の光学特性値計測装置における取得部の模式図である。
【図５】図４（ｂ）に示した取得部における散乱係数および吸収係数の取得方法を説明するためのフローチャートである。
【図６】本実施形態の光学特性値計測装置の模式図である。
【図７】本実施形態の光学特性値計測装置における積分球およびサンプル近傍の模式図である。
【図８】本実施形態の光学特性値計測装置の模式図である。
【図９】本実施形態の光学特性値計測装置の模式図である。
【図１０】本実施形態の光学特性値計測装置の模式式図である。
【図１１】図１０に示した光学特性値計測装置におけるキセノンランプの出力の相対誤差を示すグラフである。
【図１２】図１０に示した光学特性値計測装置におけるキセノンランプの出力の絶対誤差を示すグラフである。
【図１３】図１０に示した光学特性値計測装置において測定されたヘモグロビン水溶液の検量線を示すグラフである。
【図１４】図１０に示した光学特性値計測装置において測定された拡散反射率及び透過率を示すグラフである。
【図１５】図１０に示した光学特性値計測装置において取得された換算散乱係数及び吸収係数を示すグラフである。
【図１６】図１０に示した光学特性値計測装置において取得された吸収係数の相対誤差を示すグラフである。
【図１７】図１０に示した光学特性値計測装置において取得された換算散乱係数の相対誤差を示すグラフである。
【図１８】本実施形態の光学特性値計測装置において取得された吸収係数スペクトルを示すグラフである。
【図１９】図１０に示した光学特性値計測装置において取得された換算散乱係数スペクトルを示すグラフである。
【図２０】図１０に示した光学特性値計測装置において得られたヘモグロビンの検量線を示すグラフである。
【図２１】図１０に示した光学特性値計測装置において取得された吸収係数スペクトルを示すグラフである。
【図２２】本実施形態の光学特性値計測装置において取得された換算散乱係数スペクトルを示すグラフである。
【図２３】図１０に示した光学特性値計測装置において得られたイントラリピッドの検量線を示すグラフである。
【図２４】本実施形態の光学特性値計測装置の模式図である。
【図２５】（ａ）は図２４に示した光学特性値計測装置において取得された吸収係数スペクトルを示すグラフであり、（ｂ）は図２４に示した光学特性値計測装置において取得された換算散乱係数スペクトルを示すグラフである。
【図２６】図２５（ｂ）に示したグラフに示された換算散乱係数スペクトルを改変した改変換算散乱係数スペクトルを示すグラフである。
【図２７】（ａ）および（ｂ）に、図２５（ａ）および図２６に示された吸収係数スペクトルおよび改変換算散乱係数スペクトルにそれぞれ示された吸収係数および換算散乱係数に対してモンテカルロ法を行うことによって得られた透過率および反射率をそれぞれ示すグラフである。
【図２８】（ａ）はｇパラメータを変化させたときの換算散乱係数スペクトルを示すグラフであり、（ｂ）はサンプルの屈折率を変化させたときの散乱係数スペクトルを示すグラフであり、（ｃ）はスライドガラスの屈折率の波長依存性を変化させたときの散乱係数スペクトルを示すグラフであり、（ｄ）はスライドガラスの屈折率の波長依存性を示すグラフである。
【図２９】（ａ）は積分球およびサンプル近傍の模式図であり、（ｂ）は積分球を１つおよび２つ用いたときの換算散乱係数スペクトルを示すグラフである。
【図３０】異なる光源を用いたときの散乱係数スペクトルを示すグラフである。
【図３１】入射ポート径の大きさを変化させたときの換算散乱係数スペクトルを示すグラフである。
【図３２】サンプルの濃度を変化させたときの換算散乱係数スペクトルを示すグラフである。
【図３３】（ａ）は、異なるヘモグロビンの濃度のサンプルを用いたときの換算散乱係数スペクトルを示すグラフであり、（ｂ）は異なる厚さのサンプルを用いたとき換算散乱係数スペクトルを示すグラフである。
【図３４】反射率に対する透過率を示すグラフである。
【図３５】（ａ）は本実施形態の光学特性値計測装置において取得された吸収係数スペクトルを示すグラフであり、（ｂ）は本実施形態の光学特性値計測装置において取得された換算散乱係数スペクトルを示すグラフである。
【図３６】（ａ）〜（ｄ）は異なる照射時間でＥｒ：ＹＡＧレーザの照射を行った生体物質の模式図である。
【図３７】（ａ）は本実施形態の光学特性値計測装置において取得された吸収係数スペクトルを示すグラフであり、（ｂ）は本実施形態の光学特性値計測装置において取得された換算散乱係数スペクトルを示すグラフである。
【図３８】本実施形態の光学特性値計測装置における分光器を冷却する冷却部の模式図である。
【図３９】図３８に示した冷却部を備える光学特性値計測装置における冷却開始後の相対ノイズ強度および検出温度を示すグラフである。
【図４０】入射光生成部としてハロゲンランプ、スーパーコンティニウム光源（ＳＣ光源）及びキセノンランプを用いた本実施形態の光学特性値計測装置において取得された水の吸収スペクトルを示すグラフである。
【図４１】本実施形態の光学特性値計測装置において取得された強度およびＳ／Ｎ比のスペクトルを示すグラフである。
【図４２】（ａ）は本実施形態の光学特性値計測装置において測定された反射率スペクトルを示すグラフであり、（ｂ）は本実施形態の光学特性値計測装置において測定された透過率スペクトルを示すグラフである。
【図４３】（ａ）は本実施形態の光学特性値計測装置において取得された吸収係数スペクトルを示すグラフであり、（ｂ）は本実施形態の光学特性値計測装置において取得された換算散乱係数スペクトルを示すグラフである。
【図４４】本実施形態の光学特性値計測装置において用いられる入射光生成部およびその近傍の模式図である。
【図４５】本実施形態の光学特性値計測装置において測定された透過率スペクトルを示すグラフである。
【図４６】（ａ）に、光学特性値計測装置１００Ｂにおいて測定された歯の反射率スペクトルを示し、（ｂ）に（ａ）において測定された歯を示す。
【図４７】（ａ）は直角反射の場合の光の挙動を示す模式図であり、（ｂ）は改善された光の挙動を示す模式図である。
【図４８】本実施形態の光学特性値計測装置における積分球に入射する前の光のビームプロファイルの模式図を示す。
【図４９】（ａ）、（ｂ）、（ｃ）はそれぞれ本実施形態の光学特性値計測装置における入射光生成部近傍の光学系の模式図である。
【図５０】本実施形態の光学特性値計測装置の模式図である。
【図５１】図５０に示した光学特性値計測装置において測定された透過率スペクトルを示すグラフである。
【図５２】図５０に示した光学特性値計測装置において測定された反射率スペクトルを示すグラフである。
【図５３】（ａ）はＦＴ−ＩＲの模式図であり、（ｂ）は積分球の模式図であり、（ｃ）はＦＴ−ＩＲで測定される反射成分を示す模式的なグラフであり、（ｄ）は積分球で測定される反射成分を示す模式的なグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、図面を参照して、本発明による光学特性値計測装置の実施形態を説明する。ただし、本発明は、以下の実施形態に限定されるものではない。
【００２５】
図１に、本実施形態の光学特性値計測装置１００の模式図を示す。光学特性値計測装置１００は、サンプルＳの散乱係数及び吸収係数を計測する。光学特性値計測装置１００は、サンプルＳの反射率及び透過率を測定する測定部１０と、反射率及び透過率に基づいてサンプルＳの散乱係数及び吸収係数を取得する取得部２０とを備える。
【００２６】
測定部１０は、サンプルＳに照射された光の一部であって、サンプルＳにおいて反射された反射光に基づいてサンプルＳの反射率を測定する反射率測定部１２と、光のうちの上記反射光となる光とは異なる一部であって、サンプルＳを透過した透過光に基づいてサンプルＳの透過率を測定する透過率測定部１４とを有する。ここでは、サンプルＳに照射される光は異なる波長を有しているが、後述するように、サンプルＳに照射される光は単波長であってもよい。
【００２７】
測定部１０は以下のようにサンプルＳの反射率及び透過率を測定する。反射率測定部１２は、サンプルＳのない状態の光の強度とサンプルＳのある状態の反射光の強度との比から反射率を測定する。同様に、透過率測定部１４は、サンプルＳのない状態の光の強度とサンプルＳのある状態の透過光の強度との比から透過率を測定する。測定部１０は、反射率測定部１２とともに透過率測定部１４を有しており、サンプルＳに入射した光の反射光および透過光に基づき反射率および透過率を一度に測定することできる。なお、本明細書において、特に言及しない限り、反射率は散乱反射率を意味する。
【００２８】
上述したように、取得部２０は、サンプルＳの反射率及び透過率に基づいてサンプルＳの散乱係数及び吸収係数を取得する。例えば、取得部２０は、例えば、逆モンテカルロ（Ｉｎｖｅｒｓｅ Ｍｏｎｔｅ Ｃａｒｌｏ）法を用いてサンプルＳの散乱係数及び吸収係数を取得する。
【００２９】
モンテカルロ法を用いると、特定の散乱係数及び特定の吸収係数に対応する特定の反射率及び特定の透過率を得ることができる。以下に、図２を参照してモンテカルロ法を説明する。モンテカルロ法では、光を多くの光子（群）に分け、それが散乱体（サンプルＳ）に衝突して方向を変え、また、吸収を受ける光のエネルギー粒子として扱う。所定の散乱係数及び所定の吸収係数を予め所定の値に設定し、この条件でモンテカルロ法を用いて計算を行うことにより、所定の散乱係数及び所定の吸収係数に対応する所定の反射率及び所定の透過率が得られる。
【００３０】
取得部２０は、測定部１０において測定された反射率及び透過率とほぼ等しい所定の反射率及び所定の透過率が得られるまで所定の散乱係数及び所定の吸収係数の少なくとも一方の値を変化させながら計算を繰り返し、測定された反射率及び透過率とほぼ等しい所定の反射率及び所定の透過率が得られると、所定の反射率及び所定の透過率に対応する所定の散乱係数及び所定の吸収係数をサンプルＳの散乱係数及び吸収係数として取得する。このように、サンプルＳの散乱係数及び吸収係数は、逆モンテカルロ法で取得することができる。
【００３１】
例えば、取得部２０は、所定の反射率及び所定の透過率と、測定部１０において測定された反射率及び透過率とを比較し、反射率の差および透過率の差がそれぞれ所定の値以下の場合、所定の散乱係数及び所定の吸収係数をサンプルＳの散乱係数及び吸収係数と決定してもよい。また、反射率の差および透過率の差の少なくとも一方が所定の値よりも大きい場合、所定の散乱係数及び所定の吸収係数の少なくとも一方を先に設定した所定の値とは異なる値に設定し、新たに設定した所定の散乱係数及び所定の吸収係数に対応する反射率及び透過率と、測定部１０において測定された反射率及び透過率との比較を行う。このような手順を繰り返すことにより、サンプルＳの散乱係数及び吸収係数を取得することができる。以上のようにして、サンプルＳの散乱係数および吸収係数が計測される。
【００３２】
本発明による光学特性値計測装置１００によれば、サンプルＳの反射率及び透過率を一度に測定することができ、サンプルＳの散乱係数および吸収係数を簡便に取得することができる。
【００３３】
図３（ａ）に、測定部１０の模式図を示す。反射率測定部１２は、積分球１２ａと、光検出部１２ｂとを有している。積分球１２ａは、サンプルＳに対してサンプルＳに照射される光の進行方向とは反平行な方向に配置される。光検出部１２ｂは、積分球１２ａを通過した反射光を検出する。
【００３４】
透過率測定部１４は、積分球１４ａと、光検出部１４ｂとを有している。積分球１４ａは、サンプルＳに対してサンプルＳに照射される光の進行方向とは平行な方向に配置される。光検出部１４ｂは、積分球１４ａを通過した透過光を検出する。
サンプルＳは、積分球１２ａと積分球１４ａとの間に配置される。なお、積分球１２ａおよび積分球１４ｂは等しくてもよく、異なってもよい。本明細書において、積分球１２ａを第１積分球と呼び、積分球１４ａを第２積分球と呼ぶことがある。
【００３５】
光検出部１２ｂ、１４ｂはそれぞれフォトディテクタであってもよい。あるいは、光検出部１２ｂ、１４ｂはそれぞれ分光器であってもよい。分光器１２ｂ、１４ｂにより、サンプルＳに照射される光がさまざまな波長を有していても、反射光および透過光の各波長の強度を測定することができる。
【００３６】
また、分光器１２ｂとして、波長ごとに異なる分光器を用いてもよい。例えば、分光器１２ｂとして、可視領域及び近赤外領域の光の分光を行う分光器と、中赤外領域の光の分光器を別々に用いてもよい。あるいは、これらの分光器を分光器１２ｂとして同時に用いてもよい。同様に、分光器１４ｂとして、可視領域及び近赤外領域の光の分光を行う分光器と、中赤外領域の光の分光器を別々に用いてもよい。あるいは、これらの分光器を分光器１２ｂとして同時に用いてもよい。
【００３７】
なお、上述した説明では、反射率測定部１２および透過率測定部１４は積分球１２ａ、１４ａをそれぞれ有しており、反射光全体及び透過光全体の強度を検出し、その結果に基づいてサンプルＳの散乱係数および吸収係数を求めたが、本発明はこれに限定されない。一部の反射光及び一部の透過光から、サンプルＳの散乱係数および吸収係数を求めてもよい。ただし、この場合、反射光強度及び透過光強度が減少するとともに光検出部１２ｂ、１４ｂの正確な位置を特定することが必要となる。
【００３８】
なお、図３（ａ）に示した測定部１０では、反射率測定部１２、透過率測定部１４がそれぞれ光検出部１２ｂ、１４ｂを有していたが、本発明はこれに限定されない。図３（ｂ）に示すように、測定部１０は、反射率測定部１２および透過率測定部１４のそれぞれに共有される光検出部１０ｂを有していてもよい。光検出部１０ｂは、積分球１２ａおよび積分球１４ａを通過した反射光および透過光の両方を検出する。光検出部１０ｂはフォトディテクタであってもよく。あるいは、分光器であってもよい。また、分光器１０ｂとして、波長ごとに異なる分光器を用いてもよい。例えば、分光器１０ｂとして、可視領域及び近赤外領域の光の分光を行う分光器と、中赤外領域の光の分光器を別々に用いてもよい。
【００３９】
図４（ａ）に、取得部２０の模式図を示す。取得部２０は、記憶部２２および係数決定部２４を有している。記憶部２２は、所定の散乱係数および所定の吸収係数に対応する所定の反射率および所定の透過率を記憶している。係数決定部２４は、記憶部２２に記憶された所定の散乱係数および所定の吸収係数と所定の反射率および所定の透過率との対応関係に基づいて、サンプルＳの反射率及び透過率に対応するサンプルＳの散乱係数および吸収係数を決定する。
【００４０】
あるいは、図４（ｂ）に示すように、取得部２０は、計算部２６をさらに有してもよい。計算部２６は、モンテカルロ法を用いて所定の散乱係数および所定の吸収係数から所定の反射率および所定の透過率を計算し、所定の反射率および所定の透過率を記憶部２２に記憶させる。
【００４１】
ここで、図５を参照して、記憶部２２、係数決定部２４および計算部２６を有する取得部２０によるサンプルＳの吸収係数および散乱係数の計算方法を説明する。
【００４２】
Ｓ５２において、計算部２６は、モンテカルロ法を用いて、所定の吸収係数μａ及び所定の散乱係数μｓに対応する所定の反射率ＲＣ及び所定の透過率ＴＣを計算する。ここでは、μａおよびμｓがそれぞれ最小値であるとする。この場合、μｓを一定にしてμａは間隔ａ1 ごとにＸまで変化し、各μａ、μｓのペアに対して対応する所定の反射率ＲＣ及び所定の透過率ＴＣが計算される。その後、μｓを間隔ｓ1だけ変化させてμａは最小値から間隔ａ1ごとにＸまで変化し、同様に、所定の吸収係数μａ及び所定の散乱係数μｓの各ペアに対して対応する所定の反射率ＲＣ及び所定の透過率ＴＣが計算される。このようにして、μｓも最小値から間隔ｓ1ごとにＹまで変化させる。以上から、所定の吸収係数μａ及び所定の散乱係数μｓに対応する所定の反射率ＲＣ及び所定の透過率ＴＣが得られる。
【００４３】
Ｓ５４において、記憶部２２は、計算部２６において計算された所定の吸収係数μａ及び所定の散乱係数μｓに対応する所定の反射率及び所定の透過率を記憶する。記憶部２２は、計算部２６において所定の吸収係数μａ及び所定の散乱係数μｓの各ペアに対して対応する所定の反射率ＲＣ及び所定の透過率ＴＣの計算結果が得られるごとにこの対応関係を記憶してもよいし、全ての計算結果が得られた後に各対応関係を記憶してもよい。
【００４４】
Ｓ１２において、測定部１０はサンプルＳの反射率及び透過率を測定する。ここでは、所定の波長λｉの反射率Ｒｉ及び透過率Ｔｉに着目する。
【００４５】
Ｓ１４において反射率Ｒｉ及び透過率Ｔｉに近い所定の反射率Ｒｃ及び所定の透過率Ｔｃを求める。例えば、計算部２６は、（（Ｒｉ−Ｒｃ）２＋（Ｔｉ−Ｔｃ）２）０．５が最小となる所定の反射率Ｒｃ及び所定の透過率Ｔｃのペアを求める。ここでは、このペアを反射率Ｒｃｉ及び透過率Ｔｃｉと示す。
【００４６】
Ｓ１６において測定された反射率Ｒｉとこの反射率Ｒｃｉとの差、および、測定された透過率Ｔｉとこの透過率Ｔｃｉとの差が、それぞれ所定の値よりも小さいか確認する。例えば、係数決定部２４は、│Ｒｉ−Ｒｃｉ│／Ｒｉ＜０．００５、および、│Ｔｉ−Ｔｃｉ│／Ｔｉ＜０．００５の両方を満たすか判定する。この判定は、計算部２６を利用して行ってもよい。なお、記憶部２２には、所定の反射率Ｒｃｉ及び所定の透過率Ｔｃｉに対応する所定の吸収係数μａ及び所定の散乱係数μｓが記憶されている。ここでは、これらの所定の吸収係数μａ及び所定の散乱係数μｓを吸収係数μａｃ及び散乱係数μｓｃと示す。
【００４７】
Ｓ１６において少なくともいずれか一方が満たされない場合、Ｓ５６において、さらに細かい間隔で所定の吸収係数μａ及び所定の散乱係数μｓを変化させて、それに対応する所定の反射率ＲＣ及び所定の透過率ＴＣを計算する。例えば、計算部２６は、μａｃ±ａｎの範囲およびμｓｃ±ｓｎの範囲で、間隔ａｎ＋１、ｓｎ＋１（ａｎ＋１＜ａｎ、ｓｎ＋１＜ｓｎ）の所定の吸収係数μａ及び所定の散乱係数μｓを用意し、これらの所定の吸収係数μａ及び所定の散乱係数μｓに対応する所定の反射率ＲＣ及び所定の透過率ＴＣを計算する。Ｓ５４において、記憶部２２は、これらの対応関係を記憶する。
【００４８】
再び、Ｓ１４において反射率Ｒｉ及び透過率Ｔｉに近い所定の反射率Ｒｃ及び所定の透過率Ｔｃを求める。例えば、計算部２６は、（Ｒｉ−Ｒｃ）２＋（Ｔｉ−Ｔｃ）２）０．５が最小となる所定の反射率Ｒｃ及び所定の透過率Ｔｃのペアを求める。ここでは、このペアを反射率Ｒｃｉ及び透過率Ｔｃｉと示す。以下、同様に、Ｓ１６において反射率の差および透過率の差が所定の値よりも低くなるまでＳ５６、Ｓ５４、Ｓ１４、Ｓ１６を繰り返す。
【００４９】
Ｓ１６において、両方が満たされる場合、Ｓ１８において、係数決定部２４は、これらの吸収係数μａｃ及び散乱係数μｓｃを取得すべき吸収係数μａ及び散乱係数μｓと決定する。以上のようにして、所定の波長λｉに対する吸収係数μａ及び散乱係数μｓが決定される。その後、Ｓ２０において所定の波長を波長λｉ＋１に更新され、同様に、所定の波長λｉ＋１に対する吸収係数μａ及び散乱係数μｓの取得が行われる。このようにして、サンプルＳの各波長に対する吸収係数及び散乱係数を取得することができる。
【００５０】
なお、図６に示すように、サンプルＳに照射される光は入射光生成部３０において生成されてもよい。なお、入射光生成部３０において生成される光は、可視域から中赤外域までの波長を有することが好ましい。例えば、入射光生成部３０は、キセノンランプ、ハロゲンランプ、スーパーコンティニウム光源及びレーザー光源の少なくとも１つを含む。あるいは、入射光生成部３０はレーザであってもよく、入射光生成部３０から単波長の光が出射されてもよい。入射光生成部３０からの光は、その反射光及び透過光が検出可能な強度でサンプルＳに絞られた状態で平行に入射することが好ましい。
【００５１】
なお、詳細は後述するが、取得部２０は、反射率が５％以上または透過率が１０％以上の場合に散乱係数および吸収係数の取得を行い、反射率が５％未満かつ透過率が１０％未満の場合に、散乱係数および吸収係数の取得を行わなくてもよい。
【００５２】
なお、典型的には、サンプルＳは一対のプレートの間に挟まれる。例えば、プレートはガラスから形成される。特に、サンプルＳが生体物質を含む場合、サンプルＳが一対のプレートによって押しつぶされると、サンプルＳの特性が変動してしまう。このため、図７に示すように、光学特性値計測装置１００は、サンプルＳを挟む一対のプレートｓａ、ｓｂの間の距離を調整するサンプル厚調整部４０をさらに備えることが好ましい。サンプル厚調整部４０は、例えば、マイクロメーターから構成され、サンプル厚調整部４０はμｍ単位でサンプルの厚さを調整可能である。なお、一般に、サンプルが厚いほど、反射率が増加し、サンプルＳが薄いほど、透過率が増加する。
【００５３】
なお、サンプル厚調整部４０によるサンプルＳへの圧力を測定する圧力センサを設けてもよい。圧力センサを用いることにより、サンプルＳへの負荷がかかりすぎることを抑制することができる。
【００５４】
また、図８に示すように、光学特性値計測装置１００は、サンプルＳを設置した後、測定部１０がサンプルＳの反射率及び透過率を測定し、取得部２０が反射率及び透過率に基づいてサンプルＳの吸収係数及び散乱係数を取得するように測定部１０および取得部２０に実行させる処理部５０をさらに備えてもよい。処理部５０は、プログラムに基づいて測定部１０および取得部２０（必要に応じて入射光生成部３０）が所定の動作を行うように実行させてもよい。
【００５５】
図９に、光学特性値計測装置１００のより具体的な模式図を示す。サンプルＳはプレートによって挟まされる。例えば、プレートは光学結晶板を含む。ここでは、２つの分光器１０ｂ１、１０ｂ２を用いている。分光器１０ｂ１は可視領域および近赤外領域の波長の光の分光を行い、分光器１０ｂ２は中赤外領域の波長の光の分光を行う。また、ここでは、入射光生成部３０の光源は、測定する波長ごとに交換される。具体的には、入射光生成部３０の光源として可視領域（例えば、波長３５０ｎｍ以上７５０ｎｍ以下）の光を出射する光源、近赤外領域（例えば、波長７５０ｎｍ以上２．５μｍ以下）の光を出射する光源、中赤外領域（例えば、波長２．５μｍ以上１２．５μｍ以下）の光を出射する光源が交換して用いられる。
【００５６】
また、入射光生成部３０から出射される光の波長に応じて積分球１２ａ、１４ａを変更してもよい。例えば、波長３５０ｎｍ以上２．５μｍ以下の光に対してはスペクトラロンでコーティングされた積分球を積分球１２ａ、１４ａとして使用し、波長２．５μｍ以上１２．５μｍ以下の光に対しては金でコーティングされた積分球を積分球１２ａ、１４ａとして使用する。これにより、積分球１２ａ、１４ａ内の拡散反射を効率的に行うことができる。また、サンプル厚調整部４０は、波長３５０ｎｍ以上２．５μｍ以下の光に対して調整単位１００μｍで１００μｍ以上５ｍｍ以下の範囲で厚さの調整が可能であり、波長３５０ｎｍ以上２．５μｍ以下の光に対して調整単位０．５μｍで１３ｍｍ以下の範囲で厚さの調整が可能である。
【００５７】
以上により、例えば、広帯域の波長にわたってサンプルＳの散乱係数および吸収係数を計測することができる。
【００５８】
なお、サンプルＳとして生体物質を用いることが好ましい。生体物質は、軟組織であってもよく、硬組織であってもよい。一般に生体物質の散乱係数および吸収係数は変化しやすいため、取得しにくいが、光学特性値計測装置１００によれば、これらの物質に固有の特性を示す散乱係数および吸収係数も簡便に計測することができる。例えば、光学特性値には吸収係数μａ、散乱係数μｓ、異方性パラメータｇおよび屈折率ｎがあるが、一般的な生体物質では、異方性パラメータｇの値は可視域ではほぼ０．９であることが知られているため、異方性パラメータｇは０．９とされる。また、屈折率ｎを水の屈折率と等しく１．３３にされる。生体物質の散乱係数および吸収係数を簡便に取得できることにより、データベース化を図るとともに治療や診断への活用が期待される。
【００５９】
以下に、図１０を参照して本実施形態の光学特性値計測装置１００Ａを説明する。光学特性値計測装置１００Ａは、反射率測定部１２および透過率測定部１４を含む測定部１０と、取得部２０と、入射光生成部３０とを備えている。ここでは、積分球１２ａ、１４ａは互いに等価なものである。なお、図１０は、測定部１０ｂの分光器１０ｂおよび取得部２０を省略して図示している。
【００６０】
光学特性値計測装置１００Ａは、さらに、ミラー３１ａ、凸レンズ３２ａ、凹レンズ３３ａ、凹レンズ３４ａ、凸レンズ３５ａを有しており、ミラー３１ａと凸レンズ３２ａとの間に絞りＬａ、凹レンズ３３ａと凹レンズ３４ａとの間に絞りＬｂ、凸レンズ３５ａと積分球１２ａとの間に絞りＬｃが設けられている。
【００６１】
サンプルＳは２枚のスライドガラスに挟まれる。例えば、２枚のスライドガラス（Ｓ−１１１２、松浪硝子工業）にサンプルを挟むことにより、サンプルＳの表面の凹凸による拡散を抑制できる。例えば、サンプルＳとして疑似生体材料が用いられる。なお、サンプルへの加圧によってサンプルの吸収係数μａおよび散乱係数μｓが増加することがあるため、スライドガラスでサンプルを圧縮しないように挟む。また、スライドガラス間の距離は、既知の厚さのスペーサーを用いて調整される
。
【００６２】
積分球１２ａ、１４ａは外部光によるノイズを低減するために、暗室内に設置される。積分球１２ａ、１４ａは、それぞれ外径１００．０ｍｍ、内径８３．８２ｍｍ、入射ポート径１０．０ｍｍ、サンプルポート径１０．０ｍｍである。なお、積分球１２ａおよび１４ａ内で光が完全に反射するように、積分球１２ａ、１４ａの内部表面に、反射率が９９％を超えるＢａＳＯ４が塗布されていることが好ましい。例えば、積分球１２ａ、１４ａとして、Ｌａｂ ｓｐｈｅｒｅ社製のＣＳＴＭ−３Ｐ−ＧＰＳ−０３３−ＳＬが用いられる。
【００６３】
入射光生成部３０において生成される光の波長は広帯域であることが好ましい。例えば、入射光生成部３０から波長２２０ｎｍ以上２０００ｎｍ以下の範囲の光が出射されることが好ましい。この場合、広い波長域にわたって各波長の反射率及び透過率を測定し、各波長の反射率及び透過率に基づいて散乱係数および吸収係数を取得することができる。
【００６４】
ここでは、入射光生成部３０としてキセノンランプ、電源およびランプハウスが用いられる。例えば、浜松ホトニクス社製のキセノンランプ（Ｌ２２７４（ＧＳ））、電源（Ｃ８８４９）および、ランプハウス（Ｅ７５３６）が用いられる。
【００６５】
例えば、絞りＬａとして虹彩絞り（ＩＤＣ−０２５、シグマ光機株式会社）が用いられ、凸レンズ３２ａとして、平凸レンズ（ＳＬＢ−５０．８−７０Ｐ、シグマ光機株式会社）が用いられ、凹レンズ３３ａとして、両凹レンズ（ＳＬＳＱ−５０．８−６０Ｎ、シグマ光機株式会社）が用いられる。また、凹レンズ３４ａとして両凹レンズ（ＫＢＣ０４３、Ｎｅｗｐｏｒｔ）が用いられ、凸レンズ３５ａとして両凸レンズ（φ＝３０ｍｍ、ｆ＝３０ｍｍ）が用いられ、絞りＬｃとして虹彩絞り（ＩＤＣ−００３、シグマ光機株式会社）が用いられる。
【００６６】
ミラー３１ａが入射光生成部３０から出射された光の進行方向を変化させ、絞りＬａにより、所定のビーム径が得られる。また、凸レンズ３２ａおよび凹レンズ３３ａにより、ビームは擬似的に平行化される。このビームが絞りＬｂを通過した後、凹レンズ３４ａ、凸レンズ３５ａおよび絞りＬｃによって絞られたビーム径１ｍｍのビームが積分球１２ａ内に入射する。
【００６７】
積分球１２ａ、１４ａのサンプルポート径は、拡散反射率Ｒｄおよび透過率Ｔｔの測定誤差を少なくするように設定される。測定サンプルは、積分球１２ａ、１４ａのサンプルポートを覆い、また、サンプルに入射したビームの端からサンプルポートの端までの距離は、１／（μａ＋μｓ’）で規定される横方向への光の伝搬距離よりも長い。これは、サンプル側面で光が損失し、光学特性値を取得する際、吸収係数μａを過大評価することを防ぐためである。
【００６８】
サンプルＳの拡散反射光および透過光は積分球１２ａ、１４ａの内部表面で拡散反射され、最終的に検出ポートからコア径６００μｍのマルチモードファイバー（ＱＰ６００−１−ＶＩＳ−ＮＩＲ、 Ｏｃｅａｎ Ｏｐｔｉｃｓ）を通して分光器１０ｂに伝送される。分光器１０ｂとして、例えば、高分解能分光器（Ｍａｙａ２０００−Ｐｒｏ； ２００−１１００ｎｍ、Ｏｃｅａｎ Ｏｐｔｉｃｓ）を用いて、波長３５０ｎｍ〜１０００ｎｍの拡散反射率Ｒｄ及び透過率Ｔｔを測定する。この分光器１０ｂの受光感度は、およそ０．３２ Ｃｏｕｎｔｓ／ｅ−、波長分解能は、０．４１ｎｍ〜０．４８ｎｍである。ここでは、逆モンテカルロ法が用いて、拡散反射率ＲＤおよび透過率ＴＴに基づいてサンプルＳの吸収係数および散乱係数を取得する。
【００６９】
例えば、以下の点から、光学特性値計測装置１００Ａの評価を行う。
［入射光生成部３０の安定性の評価］
入射光生成部３０の安定性は、入射光生成部３０が一定強度で光を出射した状態で受光強度の相対誤差および絶対誤差を用いて評価する。ここでは、入射光生成部３０としてキセノンランプを用いている。
【００７０】
図１１および図１２に、キセノンランプ３０の出力の相対誤差および絶対誤差をそれぞれ示す。図１１、図１２の縦軸は、それぞれ相対誤差、絶対誤差を、横軸は波長を示している。図１１および図１２のそれぞれにおいて□は最大誤差を示し、×は最小誤差を示す。ここでは、入射光生成部３０の強度を１分ごとに２０分間測定し、平均値からの相対誤差及び絶対誤差を用いている。波長３５０ｎｍ〜１０００ｎｍにおいて、受光強度の変動は、±０．２％（相対誤差）、±３３ｃｏｕｎｔｓ（絶対誤差）程度であり、入射光生成部３０は比較的安定である。
【００７１】
［光学特性値計測装置１００Ａの測定の正確性の評価］
市販の分光分析装置と比較して光学特性値計測装置１００Ａによる測定の正確性を評価する。ここでは、２つの市販の分光分析装置を用意する。１つは、Ｍｉｃｒｏｐｌａｔｅ Ｐｈｏｔｏｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｅｒ（ＳｐｅｃｔｒａＭａｘ Ｍ５； １９０−８５０ ｎｍ、 ＭｏｌｅｃｕｌａｒＤｅｖｉｃｅｓ）であり、もう１つは、ＵＶ／ＶＩＳ ｓｐｅｃｔｒｏｐｈｏｔｏｍｅｔｅｒ（Ｕ−３５００；１８７−３２００ ｎｍ、Ｈｉｔａｃｈｉ）である。サンプルとして、ヘモグロビン粉末（Ｈ７３７９−１０Ｇ、ｓｉｇｍａ−ａｌｄｒｉｃｈ）を蒸留水で溶かし、濃度０．０２５、０．０５、０．１、０．２、０．４、０．８、１．６ｍｇ／ｍｌに調整したヘモグロビン水溶液を用いる。１ｍｌのサンプルがマイクロキュベットに入れられる。このヘモグロビン水溶液の吸収極大波長である４０３ｎｍの透過率を５回測定し、測定後、ランバート・ベール則を用いて透過率から吸光度を算出し、検量線の比較を行う。
【００７２】
図１３に、光学特性値計測装置１００Ａおよび市販の分光分析装置において得られたヘモグロビン水溶液の検量線を示す。縦軸はサンプルの吸光度を示し、横軸はヘモグロビン濃度を示す。図１３においてエラーバーは標準偏差を、式とＲは、測定結果から求めた回帰式と回帰式の相関係数をそれぞれ示す。ヘモグロビン濃度０．０２５〜０．４ｍｇ／ｍｌにおいて、光学特性値計測装置１００Ａで測定されたサンプルの吸光度とヘモグロビン濃度には正の相関関係（ｐ＜０．０１、Ｒ＝０．９９４）が認められる。また、ＭｏｌｅｃｕｌａｒＤｅｖｉｃｅｓを用いた測定結果も同様に、正の相関関係（ｐ＜０．０１、Ｒ＝０．９９９）が認められる。なお、ヘモグロビン濃度０．４ｍｇ／ｍｌにおいて、光学特性値計測装置１００Ａで測定した吸光度の平均値は２．１３であった。以上の結果から、吸光度２以下であれば、光学特性値計測装置１００Ａの正確さは市販の分光器と同等であることが示唆される。
【００７３】
［光学特性値計測装置１００Ａの測定の再現性の評価］
疑似生体物質を含むサンプルの反射率及び透過率を５回ずつ測定し、測定値の平均値と標準偏差から変動係数を算出することによって測定値の再現性を評価する。 なお、一般に、生体物質は強い散乱特性を持つ。このため、サンプルには、標準散乱物質として強い散乱特性をもつイントラリピッド溶液（ＦＢ−０１ＩＬ２０、ＴＥＲＵＭＯ）、標準吸収物質として血液中の吸収体であるヘモグロビン、および、ゼラチン（Ｇ２５００−５００Ｇ、ｓｉｇｍａ−ａｌｄｒｉｃｈ）を含めている。ヘモグロビン濃度は０．８ｍｇ／ｍｌ、イントラリピッド濃度は４ｖｏｌ％、また、ゼラチンの濃度は０．１ｇ／ｍｌである。サンプルの厚さは、スペーサーを用いて１ｍｍに調整している。サンプルの乾燥によるサンプルの変性を防ぐため、サンプルを挟むスライドガラス間の間隙をパラフィルムで覆っている。
【００７４】
図１４に、光学特性値計測装置１００Ａにおいて測定された反射スペクトルＲｄ及び透過スペクトルＴｔを示す。図１４におけるエラーバーは標準偏差を示す。図１４の波長４００ｎｍ付近の反射率及び透過率の低下はサンプルに含まれているヘモグロビン由来の吸収によるものと考えられる。測定結果より、標準偏差の最大値は、波長３５０ｎｍの反射率において、平均値１８．２％、標準偏差０．１７％である。また、波長９９９ｎｍの透過率において、平均値４６．７％、標準偏差０．３６％である。このため、反射率及び透過率における変動係数の最大値は、それぞれ０．９４％、１．４６％である。この結果は、測定値の高い再現性を示唆している。
【００７５】
［光学特性値計測装置１００Ａの測定値の変動に伴う光学特性値への影響の評価］
測定時に反射率及び透過率の変動によって光学特性値にどの程度の変動が生じるかを評価する。ここでは、最も変動の大きな反射率及び透過率を用いて光学特性値を取得し、反射率及び透過率の平均値を用いて取得した光学特性値との相対誤差を求めている。図１５に、光学特性値計測装置１００Ａにおいて取得された換算散乱係数及び吸収係数を示す。また、図１６および図１７に、光学特性値計測装置１００Ａにおいて取得された吸収係数及び換算散乱係数のそれぞれの相対誤差を示す。図１６および図１７において、縦軸はそれぞれ吸収係数μａ及び換算散乱係数μｓ’の相対誤差を示し、横軸は波長を示す。また、図１５及び図１６から、吸収係数μａ及び換算散乱係数μｓ’の相対誤差の最大値はそれぞれ３．２％、１．９％である。この結果は、光学特性値は、吸収係数μａ及び換算散乱係数μｓ’において、それぞれ３．２％、１．９％の誤差を含む事を示唆している。
【００７６】
［光学特性値計測装置１００Ａの取得した光学特性値の定量性の評価］
サンプルの吸収係数μａ及び換算散乱係数μｓ’を取得してヘモグロビン及びイントラリピッドの検量線を作成し、取得した光学特性値の定量性を評価する。吸収係数μａの定量性の評価の為に、サンプル内のヘモグロビン濃度を０．２５、０．５、１．０、２．０ｍｇ／ｍｌと異ならせ、イントラリピッドの濃度を４．０ ｖｏｌ％一定に調整する。また、換算散乱係数μｓ’の定量性の評価の為に、サンプル内のイントラリピッドの濃度を０．５、１．０、２．０、４．０ｖｏｌ％と異ならせ、ヘモグロビンの濃度を２．０ ｍｇ／ｍｌ一定に調整する。
【００７７】
ヘモグロビンの検量線は以下のように得られる。
図１８および図１９に、光学特性値計測装置１００Ａにおいて取得された吸収係数スペクトルおよび換算散乱係数スペクトルをそれぞれ示す。図１８から、波長４０３ｎｍに吸収極大を示すヘモグロビン由来の吸収が確認される。
【００７８】
図２０に、光学特性値計測装置１００Ａにおいて得られたヘモグロビンの検量線を示す。図２０は、図１８に示された波長４０３ｎｍの吸収係数μａを用いて作成されている。図２０の縦軸は吸収係数μａを、横軸はサンプルのヘモグロビン濃度を示す。図２０には、式とＲは、それぞれ最小２乗法を用いて求めた回帰式と回帰式の相関係数を示す。この結果より、吸収係数μａとサンプルのヘモグロビン濃度には高い相関（ｐ＜０．０１、Ｒ＝０．９９）があることが確認される。このため、光学特性値計測装置１００Ａを用いてサンプルの吸収係数μａを定量的に評価できると考えられる。
【００７９】
イントラリピッドの検量線は以下のように得られる。
図２１および図２２に、光学特性値計測装置１００Ａにおいて取得された吸収係数スペクトルおよび換算散乱係数スペクトルをそれぞれ示す。ここでは、サンプル内のイントラリピッド濃度を変化させている。
【００８０】
図２３に、光学特性値計測装置１００Ａにおいて得られたイントラリピッドの検量線を示すグラフである。このイントラリピッドの検量線は、図２２に示された波長４０５、６００、８００、１０００ｎｍの換算散乱係数μｓ’を用いて作成している。図２３の縦軸は換算散乱係数μｓ’を、横軸は測定したサンプルのイントラリピッド濃度を示す。図２３において、式とＲは、それぞれ最小２乗法を用いて求めた回帰式と回帰式の相関係数を示す。この結果より、広帯域における、換算散乱係数μｓ’とイントラリピッド濃度の高い相関が確認される。このように、光学特性値計測装置１００Ａを用いることにより、サンプルの換算散乱係数μｓ’を定量的に評価できる。なお、図１９の波長４００ｎｍ付近において、換算散乱係数μｓ’の特異的なピークが観測される。この傾向は、イントラリピッド濃度の異なる換算散乱係数μｓ’スペクトルに一様にも認められる。このような特異的なピークについて後述する。
【００８１】
以上のように、光学特性値計測装置１００Ａは、波長３５０ｎｍ〜１０００ｎｍの可視〜近赤外領域において組織の光学特性を定量的に評価できる。光学特性値計測装置１００Ａは、例えば、光治療への応用として用いられる。悪性新生物等の治療に用いられている光線力学療法やレーザー凝固治療前後の生体組織の光学特性値を取得することにより、さらに高度な光治療が期待される。今後、医療において、定量的な光診断・治療技術の需要は、ますます増加していくと考えられる。
【００８２】
図２４に、本実施形態の光学特性値計測装置１００Ｂの模式図を示す。光学特性値計測装置１００Ｂは、反射率測定部１２および透過率測定部１４を含む測定部１０と、取得部２０と、入射光生成部３０とを備えている。ここでは、積分球１２ａ、１４ａは互いに等価なものである。なお、図２４は、測定部１０ｂの分光器１０ｂおよび取得部２０を省略して図示している。光学特性値計測装置１００Ｂは、さらに、凹面ミラー３１ｂと、平面ミラー３２ｂと、凸レンズ３３ｂとを有しており、凹面ミラー３１ｂと平面ミラー３２ｂとの間に絞りｌａ、凸レンズ３３ｂと積分球１２ａとの間に絞りＬｂが設けられている。積分球１２ａ、１４ａのサイズは３．３インチであり、絞りｌａ、Ｌｂはそれぞれ直径４ｍｍ、１ｍｍであり、凸レンズ３３ｂのｆは１２．０ｍｍである。ここでは、サンプルは疑似生体物質を含む。例えば、サンプルは、イントラリピッド４％ｖｏｌｍ、ヘモグロビン２．０ｍｇ／ｍｌおよびゼラチン０．１ｍｇ／ｍｌを含むゲルであり、サンプルの厚さは１ｍｍである。
【００８３】
図２５（ａ）および図２５（ｂ）に、光学特性値計測装置１００Ｂにおいて取得された吸収係数スペクトル及び換算散乱係数スペクトルをそれぞれ示す。一般に、散乱はレイリー散乱およびミー散乱が支配的と考えられており、換算散乱係数μ’ｓは１／λ４に比例すると考えられる。しかしながら、図２５（ｂ）から理解されるように、吸収係数の比較的高い波長域（波長４００ｎｍ近傍）において換算散乱係数はこの理論から乖離している。本明細書においてこの乖離を特異的乖離とも呼ぶ。ここで、乖離度を（１−（実験値／散乱理論値））×１００（％）と定義する。乖離度が１０％以上の場合には、乖離が顕著に発生していると言える。
【００８４】
本願発明者らは、この乖離について以下のような検討を行った。
図２６に、図２５（ｂ）に示した光学特性値計測装置１００Ｂにおいて取得された換算散乱係数スペクトルを改変したグラフを示す。ここでは、参考のために、図２５（ｂ）に示した光学特性値計測装置１００Ｂにおいて取得された換算散乱係数スペクトルとともに、特異的乖離がないと仮定した改変換算散乱係数スペクトルを示している。
【００８５】
図２７（ａ）および図２７（ｂ）に、図２５（ａ）および図２６に示された吸収係数スペクトルおよび改変換算散乱係数スペクトルにそれぞれ示された吸収係数および換算散乱係数に対してモンテカルロ法を行うことによって得られた透過率および反射率をそれぞれ示す。なお、参考のために、図２７（ａ）および図２７（ｂ）には、光学特性値計測装置１００Ｂにおいて測定された透過率および反射率を併せて示している。さらに、図２７（ｂ）では、波長４００ｎｍ近傍を拡大して示している。図２７（ａ）から理解されるように、測定された透過率は、計算によって得られた透過率とほぼ等しい。これに対して、図２７（ｂ）から理解されるように、測定された反射率は、計算によって得られた反射率に対して波長４００ｎｍ近傍において１％程度異なる。このように、測定された反射率と計算によって得られた反射率との差は比較的大きい。
【００８６】
光学特性値計測装置１００Ｂにおいて測定された反射率が理論値よりも低い要因として、以下の要因が考えられる。
（１）主に計算条件、仕様が原因と考えられる項目
・ｇパラメーター、屈折率
・サンプルを挟むスライドガラスの計算条件の変更
（２）主に計測装置、手法が原因と考えられる項目
・双積分球と単積分球
・入射光生成部（白色光源、レーザー）の違い
・入射ポート径の大きさ
・サンプルポート径の大きさ
（３）サンプルの条件が関連すると考えられる項目
・サンプル（吸収体）の濃度
・サンプルの厚さ
【００８７】
以下、（１）から（３）について順番に検討する。まず、（１）計算条件について検討する。
図２８（ａ）に、ｇパラメータを変化させたときの換算散乱係数スペクトルを示す。ｇパラメータを０．５、０．６、０．７、０．８、０．９に変化させても、換算散乱係数はほとんど変化しない。このため、ｇパラメータを０．９にしたことによる乖離への影響はほとんどないと考えられる。
図２８（ｂ）に、サンプルの屈折率を変化させたときの散乱係数スペクトルを示す。サンプルの屈折率を１．３３、１．５、２．０に変化させた場合、波長４００ｎｍ付近だけでなく他の波長においても散乱係数は変化する。このため、サンプルの屈折率を１．３３にしたことによる乖離への影響はほとんどないと考えられる。
また、別の原因として、スライドガラスの屈折率の波長依存性の影響が考えられる。
図２８（ｃ）に、波長に関わらず屈折率１.５２のスライドガラスおよび波長に応じて屈折率の変化するスライドガラスを用いたときせの換算散乱係数スペクトルを示す。図２８（ｄ）に、スライドガラスの屈折率の波長依存性を示す。
図２８（ｃ）から理解されるように、スライドガラスの波長依存性にかかわらず、換算散乱係数はほとんど変化しない。このため、スライドガラスの屈折率の波長依存性による乖離への影響はほとんどないと考えられる。以上から、計算条件が原因とは考えられない。
【００８８】
次に、（２）計測装置について検討する。
図２９（ａ）に、積分球およびサンプル近傍の模式図を示す。ここで、積分球１２ａのうち入射光生成部において生成された光が入射する開口部を入射ポートと呼び、この光が積分球１２ａを通過してサンプルに向かう開口部をサンプルポートと呼ぶ。
図２９（ｂ）に、積分球を１つおよび２つ用いて得られた換算散乱係数スペクトルを示す。この場合も、波長４００ｎｍ以外の波長においても散乱係数は変化する。このため、積分球の数による乖離への影響はほとんどないと考えられる。
図３０に、異なる光源を用いたときの散乱係数スペクトルを示す。ここでは、光源として、キセノンランプおよびレーザを用いた。レーザから出射される光の波長は、４０５ｎｍおよび６６４ｎｍである。波長４０５ｎｍの光を用いた場合、散乱係数の乖離は比較的小さい。
図３１に、入射ポート径の大きさを変化させたときの換算散乱係数スペクトルを示す。ここでは、入射ポート径を５ｍｍおよび１０ｍｍとしている。この場合も、波長４００ｎｍ付近だけでなく他の波長においても散乱係数は変化する。このため、入射ポート径よる乖離への影響はほとんどないと考えられる。
図３２に、サンプルポート径の大きさを変化させたときの換算散乱係数スペクトルを示す。サンプルポート径を５ｍｍおよび１０ｍｍとしている。ここでも、波長４００ｎｍ以外の波長においても散乱係数はほぼ等しく、波長４００ｎｍ付近の散乱係数が理論に近づいている。このため、サンプルポート径よる乖離への影響は若干あると考えられる。以上から、計測装置による乖離への影響は若干あるものの、それほど大きくないと考えられる。
【００８９】
次に、（３）サンプルの条件について検討する。
図３３（ａ）に、異なるヘモグロビンの濃度のサンプルを用いたときの換算散乱係数スペクトルを示す。ここでは、吸収体として機能するヘモグロビンの濃度を０．２５、０．５、１．０、２．０、４．０ｍｇ／ｍｌと変化させている。サンプルの濃度が増加するほど、乖離が大きくなっている。これは、測定対象に応じて剥離の程度にばらつきが生じることを意味している。
【００９０】
図３３（ｂ）に、異なる厚さのサンプルを用いたとき換算散乱係数スペクトルを示す。ここでは、サンプルの厚さは０．１、０．２、０．３ｍｍである。サンプルが薄い場合には乖離が小さい。このため、図５を参照して上述したサンプル厚調整部４０を用いて、サンプルを圧迫しない程度にサンプルを薄くすることが好ましい。
【００９１】
図３４に、反射率に対する透過率の変化を示す。図３４に示すように、反射率５％未満および透過率１０％未満の場合に特異的な乖離が発生しやすい。このため、反射率５％未満および透過率１０％未満の場合には光学特性値の取得を行わなくてもよい。
【００９２】
図３５（ａ）に、光学特性値計測装置１００Ｂにおいて取得された吸収係数スペクトルを示し、図３５（ｂ）に、本実施形態の光学特性値計測装置において取得された換算散乱係数スペクトルを示す。
【００９３】
ここでは、サンプルは、へモグラビン、イントラリピッドおよびゼラチンを含んでおり、このように、波長１０００ｎｍ以上の近赤外、中赤外の領域の吸収係数スペクトル及び換算散乱係数スペクトルを得ることが好ましい。
【００９４】
図３６（ａ）〜（ｄ）は異なる照射時間でＥｒ：ＹＡＧレーザの照射を行った生体物質の模式図である。ここでは、生体物質は鳥の胸肉であり、図３６（ａ）〜（ｄ）の照射時間は、それぞれ、１０、３０、６０、９０秒である。ここでは、Ｅｒ：ＹＡＧレーザの平均パワー密度は４．０Ｗ／ｃｍ２である。照射時間が長くなるほど、生体物質表面が白い部分が大きくなり、さらに黄色部分が発生する。このように照射時間に応じて、反射率が変化していることが理解される。
【００９５】
図３７（ａ）及び図３７（ｂ）に、光学特性値計測装置１００Ｂにおいて取得されたレーザの照射時間の異なるサンプルに対して吸収係数スペクトル及び換算散乱係数スペクトルをそれぞれ示す。レーザの照射時間に応じて吸収係数及び換算散乱係数が大きく変化することが理解される。
【００９６】
なお、近赤外領域の光のＳ／Ｎ比が小さいことがある。このため、以下の点から、Ｓ／Ｎ比の改善を試みた。例えば、積分球の球径を８３．８ｍｍから３８．１ｍｍに小さくしたが、Ｓ／Ｎの改善効果はそれほど大きくなかった。
【００９７】
また、検出器の冷却を行った。図３８に、光学特性値計測装置１００Ｂにおける分光器を冷却する冷却部６０の模式図を示す。冷却部６０は、光検出部と接する放熱板６１と、ペルチェ素子６２、６３、６４、６５と、ラジエター６６と、ファン６７ａ、６７ｂと、バッファｂ１、ｂ２とを有している。例えば、ペルチェ素子６２、６３、６４のそれぞれの最大電圧、最大電流は１２Ｖ、８．５Ａであり、ペルチェ素子６５の最大電圧、最大電流は５Ｖ、３Ａである。
【００９８】
図３９に、冷却部６０を備える光学特性値計測装置における冷却開始後の相対ノイズ強度および検出温度を示す。このように、ペルチェ素子を備えた冷却部６０を利用することにより、検出器の温度を低下させてノイズを低減させることができる。
【００９９】
さらに、Ｓ／Ｎ比の改善を図るために光源の変更を行う。ここで、強度および安定性の観点から、キセノンランプ、スーパーコンティニウム光源およびハロゲンランプを検討する。
【０１００】
図４０に、光学特性値計測装置１００Ｂの入射光生成部３０としてハロゲンランプ、スーパーコンティニウム光源（ＳＣ光源）及びキセノンランプを用いて取得された水の吸収スペクトルを示す。ここでは、基準吸収率を比較している。
【０１０１】
キセノンランプの安定性は、特に、波長１８００ｎｍ以上においてそれほど高くない。スーパーコンティニウム光源の安定性もそれほど高くない。これに対して、ハロゲンランプは高安定性を示す。
【０１０２】
図４１に、光学特性値計測装置１００Ｂにおいて取得された強度およびＳ／Ｎ比のスペクトルを示す。入射光生成部としてキセノンランプを用いる場合、Ｓ／Ｎの改善効果はそれほど大きくない。また、入射光生成部としてスーパーコンティニウム光源を用いる場合、Ｓ／Ｎの改善効果はそれほど大きくない。一方、入射光生成部としてキセノンランプを用いる場合、Ｓ／Ｎの改善効果は比較的大きい。
【０１０３】
以上のように、キセノンランプは、高強度であり、ある程度の安定性を有しているが、特に、波長１８００ｎｍ以上において安定性が高くない。スーパーコンティニウム光源の強度および安定性のいずれもそれほど高くない。ハロゲンランプは高強度および高安定性を示す。
【０１０４】
光学特性値計測装置１００Ｂにおいて近赤外領域のＳ／Ｎ比は５０であったが、入射光生成部としてハロゲンを用いるとともに冷却部６０を設けることにより、Ｓ／Ｎ比は２００にまで向上した。
【０１０５】
図４２（ａ）に、光学特性値計測装置１００Ｂにおいて測定された反射率スペクトルを示し図４２（ｂ）は光学特性値計測装置１００Ｂにおいて測定された透過率スペクトルを示す。ここでは、サンプルとして３種類の疑似生体物質を用いている。具体的には、いずれのサンプルもヘモグロビン１．０ｍｇ／ｍｌおよびゼラチン０．１ｍｇ／ｍｌを含むゲルであり、それぞれは、１、２、４％ｖｏｌのイントラリピッドを含んでいる。また、いずれのサンプルの厚さも０．３ｍｍである。
波長３５０−２０００ｎｍにわたって改善されたＳ／Ｎ比で透過率および反射率が測定される。なお、波長１０００−２０００ｎｍにおいてＳ／Ｎ比のさらなる改善が行われることが好ましい。例えば、このために、検出器を−３０℃まで冷却するか、露光時間および積算回数を最適化するか、生理条件を長時間維持することが考えられる。
【０１０６】
図４３（ａ）に、光学特性値計測装置１００Ｂにおいて取得された吸収係数スペクトルを示し、図４３（ｂ）に、光学特性値計測装置１００Ｂにおいて取得された換算散乱係数スペクトルを示す。波長１５００ｎｍ付近および波長１９５０ｎｍ付近において吸収係数が大きなところで換算散乱係数に特異的な変動がみられる。
【０１０７】
ここで、赤外の波長の光の生成に着目する。例えば、入射光生成部として白色光源を用いて中赤外域の測定を行うことが考えられる。
【０１０８】
以下、図４４を参照して本実施形態の光学特性値計測装置１００Ｃを説明する。図４４には、本実施形態の光学特性値計測装置１００Ｃにおいて用いられる光を生成する入射光生成部３０Ａの模式図を示す。入射光生成部３０Ａは、光源３０と、放物面ミラー３１ｃと、放物面ミラー３２ｃと、ビームスプリッタ３３ｃと、固定ミラー３４ｃと、移動ミラー３５ｃと、反射ミラー３６ｃとを有している。入射光生成部３０Ａにおいて生成された光は、平面ミラー３７ｃおよび放物面ミラー３８ｃによって反射されて積分球１２ａに入射される。なお、この入射光生成部３０Ａは、フーリエ変換赤外分光（Ｆｏｒｕｉｅｒ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ ｉｎｆｒａｒｅｄ ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ：ＦＴＩＲ）装置の光源としても用いられる。
【０１０９】
図４５に、光学特性値計測装置１００Ｃにおいて測定された透過率スペクトルを示す。参考のために、フーリエ変換赤外分光で求めた透過率も併せて示している。このように透過率の測定は可能であり、測定結果も、フーリエ変換赤外分光で求めた結果とほぼ等しい。
【０１１０】
図４６（ａ）に、光学特性値計測装置１００Ｂにおいて測定された歯の反射率スペクトルを示し、図４６（ｂ）に、図４６（ａ）に示された歯を示す。反射率は、光量不足のため、十分に測定できなかった。なお、白色光源からの光束を増加させてみたものの、積分球における光量は充分ではなかった。
【０１１１】
なお、図４４に示した光学特性値計測装置１００Ｃでは、平面ミラー３７ｃは、入射光生成部３０Ａから出射された光を放物面ミラー３８ｃに向けてほぼ直角に反射したが、本発明はこれに限定されない。平面ミラー３７ｃは、入射光生成部３０Ａから出射された光を放物面ミラー３８ｃに向けて直角とは異なる角度で反射してよい。
【０１１２】
図４７（ａ）に、直角反射の場合の光の挙動の概略計算結果を示し、図４７（ｂ）は改善された光の挙動の概略計算結果を示す。図４７（ａ）及び図４７（ｂ）から、放物面ミラー３８ｃに角度をつけることにより、焦点をあわせることができる。
【０１１３】
なお、図４４に示した光源３０が白色光源である場合、白色光源の種類によってはビームを十分に絞りきれないことがある。図４８に、ビームを十分に絞りきれない場合の光のビームプロファイルの模式図を示す。このように、ビームを十分に絞りきれない場合、適切な計測を行うことができない。
【０１１４】
なお、上述した説明では、入射光生成部３０Ａと積分球１２ａとの間に、平面ミラー３７ｃおよび放物面ミラー３８ｃが設けられていたが、本発明はこれに限定されない。放物面ミラー３８ｃの前に、平面ミラー３７ｃに変えて放物面ミラー３７ｃが設けられてもよい。
【０１１５】
図４９（ａ）は光学特性値計測装置１００Ｃにおける入射光生成部３０Ａと積分球１２ａとの間の光学系の模式図である。ここでは、入射光生成部３０Ａと積分球１２ａとの間に、放物面ミラー３７ｃ、３８ｃが設けられている。放物面ミラー３７ｃの焦点距離は１７０ｍｍであり、放物面ミラー３８ｃの焦点距離は４０ｍｍであり、放物面ミラー３７ｃ、３８ｃの焦点は互いにほぼ一致している。放物面ミラー３８ｃにおいて反射された光が積分球１２ａに入射される。
【０１１６】
なお、放物面ミラー３８ｃと積分球１２ａとの間にさらに放物面ミラーが配置されてもよい。
【０１１７】
図４９（ｂ）は光学特性値計測装置１００Ｃにおける入射光生成部３０Ａと積分球１２ａとの間の光学系の模式図である。ここでは、放物面ミラー３８ｃと積分球１２ａとの間に、放物面ミラー３７ｃ、３８ｃに加えて放物面ミラー３８ｃ１が設けられており、放物面ミラー３８ｃ１において反射された光が積分球１２ａに入射される。
【０１１８】
あるいは、図４４に示した模式図では、放物面ミラー３８ｃにおいて反射された光が積分球１２ａに入射されたが、本発明はこれに限定されない。
【０１１９】
図４９（ｃ）は光学特性値計測装置１００Ｃにおける入射光生成部３０Ａと積分球１２ａとの間の光学系の模式図である。ここでは、放物面ミラー３８ｃと積分球１２ａとの間に、平面ミラー３７ｃ、放物面ミラー３８ｃに加えて、平凹レンズ３９ｃが設けられており、放物面ミラー３８ｃにおいて反射された光は平凹レンズ３９ｃを介して積分球１２ａに入射される。
【０１２０】
あるいは、赤外域の光を生成するために、入射光生成部３０Ｂは別の構成を有してもよい。
【０１２１】
図５０に、光学特性値計測装置１００Ｄの模式図を示す。光学特性値計測装置１００Ｄにおいて、入射光生成部３０Ｂは、波長可変Ｃｒ：フォルステライトレーザ３０ａと、Ｎｄ：ＹＡＧレーザ３０ｂと、差周波発生素子３０ｃとを有している。なお、波長可変Ｃｒ：フォルステライトレーザ３０ａのポンピングのために、波長可変Ｃｒ：フォルステライトレーザ３０ａ１が用いられる。
波長可変Ｃｒ：フォルステライトレーザ３０ａからは波長１．１５〜１．３６μｍの光が出射される。Ｎｄ：ＹＡＧレーザ３０ｂからは波長１０６４ｎｍの光が出射される。波長可変Ｃｒ：フォルステライトレーザ３０ａおよびＮｄ：ＹＡＧレーザ３０ｂのそれぞれから出射された光は、差周波発生素子３０ｃに入射される。差周波発生素子３０ｃは、例えば、ＡｇＧａＳ２（Ｔｙｐｅ ＩＩ）である。差周波発生素子３０ｃからは、レーザ３０ａとレーザ３０ｂと間の差周波の光が発生される。この場合、差周波発生素子３０ｃから出射される光の波長は５．５μｍ以上１０μｍ以下であり、強度は１ｍＪである。なお、集光径は１ｍｍであり、白色光の径は５ｍｍである。この入射光生成部３０Ｂのパワー密度は、白色光と比べて数千倍である。このような入射光生成部３０Ｂは、赤外波長可変レーザとも呼ばれる。入射光生成部３０Ｂから出射された光はビームスプリッタ３１ｄおよび絞りＬａを介して積分球１２ａに入射される。例えば、絞りＬａの直径は１ｍｍである。このような赤外波長可変レーザ３０Ｂを用いることにより、赤外領域においてもビーム径を絞ることができるとともに十分な光強度が得られる。
【０１２２】
ただし、波長可変レーザでは出力が変動することがある。このため、リアルタイムで出力の変動を計測し、その結果を反映させてもよい。例えば、ビームスプリッタ３１ｄによって反射された光を用いて入射光生成部３０Ｂの出力を測定してもよい。
【０１２３】
図５１に、光学特性値計測装置１００Ｄにおいて測定された透過率スペクトルを示す。ここでは、サンプルとして、ゼラチン薄膜を用いており、図５１の縦軸はこのサンプルの総透過率を示す。参考のために、フーリエ変換赤外分光で求めた結果を合わせて示している。中赤外帯域において、光学特性値計測装置１００Ｄの測定結果は、フーリエ変換赤外分光で求めた結果とほぼ等しい。
【０１２４】
図５２に、光学特性値計測装置１００Ｄにおいて測定された歯の拡散反射率スペクトルを示す。ここでも、参考のために、フーリエ変換赤外分光で求めた結果を合わせて示している。フーリエ変換赤外分光では、拡散反射率の測定は困難であったが、光学特性値計測装置１００Ｄを用いることにより、拡散反射率を測定することができる。
【０１２５】
ここで、フーリエ変換赤外分光、および、光学特性値計測装置１００Ｄの測定を比較する。図５３（ａ）に、フーリエ変換赤外分光装置の模式図を示し、図５３（ｂ）に、積分球の模式図を示す。図５３（ｃ）に、フーリエ変換赤外分光装置で測定される反射成分を示し、図５３（ｄ）に、積分球で測定される反射成分を示す。
【０１２６】
フーリエ変換赤外分光装置では、拡散反射光のうちの一部のみが測定されるだけでなく正反射光も併せて測定される。これに対して、光学特性値計測装置１００Ｄでは正反射光をほとんど測定することなく拡散反射光のうちのほぼすべてを測定することができる。以上のように、光学特性値計測装置１００Ｄを用いることにより、中赤外帯域の光の散乱係数及び吸収係数を取得することができる。
【産業上の利用可能性】
【０１２７】
本発明によれば、サンプルの反射率及び透過率を一度に測定することができ、サンプルの散乱係数及び吸収係数を簡便に取得することができる。
【符号の説明】
【０１２８】
１０ 測定部
２０ 取得部
３０ 入射光生成部
１００ 光学特性値計測装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】
サンプルの散乱係数及び吸収係数を計測する光学特性値計測装置であって、
前記サンプルに照射された光の一部であって、前記サンプルにおいて反射された反射光に基づいて前記サンプルの反射率を測定する反射率測定部と、
前記光のうちの前記一部とは異なる一部であって、前記サンプルを透過した透過光に基づいて前記サンプルの透過率を測定する透過率測定部とを有する測定部と、
前記反射率及び前記透過率に基づいて前記散乱係数及び前記吸収係数を取得する取得部と
を備える、光学特性値計測装置。
【請求項２】
前記取得部は、逆モンテカルロ法を用いる、請求項１に記載の光学特性値計測装置。
【請求項３】
前記取得部は、
所定の散乱係数及び所定の吸収係数に対応する所定の反射率及び所定の透過率を記憶した記憶部と、
前記記憶部に記憶された前記所定の散乱係数及び前記所定の吸収係数と前記所定の反射率及び前記所定の透過率との対応関係に基づいて、前記サンプルの前記反射率及び前記透過率に対応する前記サンプルの前記散乱係数及び前記吸収係数を決定する係数決定部と
を有する、請求項１に記載の光学特性値計測装置。
【請求項４】
前記取得部は、モンテカルロ法を用いて前記所定の散乱係数及び前記所定の吸収係数から前記所定の反射率及び前記所定の透過率を計算し、前記所定の散乱係数及び前記所定の吸収係数に対応する前記所定の反射率及び前記所定の透過率を前記記憶部に記憶させる計算部をさらに有する、請求項３に記載の光学特性値計測装置。
【請求項５】
前記反射率測定部は、前記サンプルに対して前記サンプルに照射される光の進行方向とは反平行な方向に配置された第１積分球を含み、
前記透過率測定部は、前記サンプルに対して前記サンプルに照射される光の進行方向とは平行な方向に配置された第２積分球を含む、請求項１から４のいずれかに記載の光学特性値計測装置。
【請求項６】
前記サンプルは、前記第１積分球と前記第２積分球との間に配置される、請求項５に記載の光学特性値計測装置。
【請求項７】
前記測定部は分光器を有し、
前記分光器は、前記第１積分球を介した反射光、及び、前記第２積分球を通過した透過光の両方の分光を行う、請求項５または６に記載の光学特性値計測装置。
【請求項８】
前記サンプルを挟む一対のプレートの間の距離を調整するサンプル厚調整部をさらに備える、請求項１から７のいずれかに記載の光学特性値計測装置。
【請求項９】
前記サンプルに入射する光を生成する入射光生成部をさらに備える、請求項１から８のいずれかに記載の光学特性値計測装置。
【請求項１０】
前記入射光生成部から出射される光は、可視域から中赤外域までの波長を有する、請求項９に記載の光学特性値計測装置。
【請求項１１】
前記入射光生成部は、キセノンランプ、ハロゲンランプ、スーパーコンティニウム光源及びレーザー光源の少なくとも１つを含む、請求項９または１０に記載の光学特性値計測装置。
【請求項１２】
前記取得部は、前記反射率が５％以上、または、前記透過率が１０％以上の場合、前記サンプルの前記散乱係数及び前記吸収係数の取得を行い、
前記反射率が５％未満、かつ、前記透過率が１０％未満の場合に、前記サンプルの前記散乱係数及び前記吸収係数の取得を行わない、請求項１から１１のいずれかに記載の光学特性値計測装置。
【請求項１３】
サンプルに照射された光の一部であって、前記サンプルにおいて反射された反射光に基づいて前記サンプルの反射率を測定し、前記光のうちの前記一部とは異なる一部であって、前記サンプルを透過した透過光に基づいて前記サンプルの透過率を測定する工程と、
前記サンプルの前記反射率及び前記透過率に基づいて前記サンプルの散乱係数及び吸収係数を取得する工程と
を包含する、光学特性値の計測方法。
【請求項１４】
サンプルに照射された光の一部であって、前記サンプルにおいて反射された反射光に基づいて前記サンプルの反射率を反射率測定部が測定し、前記光のうちの前記一部とは異なる一部であって、前記サンプルを透過した透過光に基づいて前記サンプルの透過率を透過率測定部が測定する工程と、
取得部が、前記サンプルの前記反射率及び前記吸収率に基づいて前記サンプルの散乱係数および吸収係数を取得する工程と
を実行させるプログラム。
【請求項１】
サンプルの散乱係数及び吸収係数を計測する光学特性値計測装置であって、
前記サンプルに照射された光の一部であって、前記サンプルにおいて反射された反射光に基づいて前記サンプルの反射率を測定する反射率測定部と、
前記光のうちの前記一部とは異なる一部であって、前記サンプルを透過した透過光に基づいて前記サンプルの透過率を測定する透過率測定部とを有する測定部と、
前記反射率及び前記透過率に基づいて前記散乱係数及び前記吸収係数を取得する取得部と
を備える、光学特性値計測装置。
【請求項２】
前記取得部は、逆モンテカルロ法を用いる、請求項１に記載の光学特性値計測装置。
【請求項３】
前記取得部は、
所定の散乱係数及び所定の吸収係数に対応する所定の反射率及び所定の透過率を記憶した記憶部と、
前記記憶部に記憶された前記所定の散乱係数及び前記所定の吸収係数と前記所定の反射率及び前記所定の透過率との対応関係に基づいて、前記サンプルの前記反射率及び前記透過率に対応する前記サンプルの前記散乱係数及び前記吸収係数を決定する係数決定部と
を有する、請求項１に記載の光学特性値計測装置。
【請求項４】
前記取得部は、モンテカルロ法を用いて前記所定の散乱係数及び前記所定の吸収係数から前記所定の反射率及び前記所定の透過率を計算し、前記所定の散乱係数及び前記所定の吸収係数に対応する前記所定の反射率及び前記所定の透過率を前記記憶部に記憶させる計算部をさらに有する、請求項３に記載の光学特性値計測装置。
【請求項５】
前記反射率測定部は、前記サンプルに対して前記サンプルに照射される光の進行方向とは反平行な方向に配置された第１積分球を含み、
前記透過率測定部は、前記サンプルに対して前記サンプルに照射される光の進行方向とは平行な方向に配置された第２積分球を含む、請求項１から４のいずれかに記載の光学特性値計測装置。
【請求項６】
前記サンプルは、前記第１積分球と前記第２積分球との間に配置される、請求項５に記載の光学特性値計測装置。
【請求項７】
前記測定部は分光器を有し、
前記分光器は、前記第１積分球を介した反射光、及び、前記第２積分球を通過した透過光の両方の分光を行う、請求項５または６に記載の光学特性値計測装置。
【請求項８】
前記サンプルを挟む一対のプレートの間の距離を調整するサンプル厚調整部をさらに備える、請求項１から７のいずれかに記載の光学特性値計測装置。
【請求項９】
前記サンプルに入射する光を生成する入射光生成部をさらに備える、請求項１から８のいずれかに記載の光学特性値計測装置。
【請求項１０】
前記入射光生成部から出射される光は、可視域から中赤外域までの波長を有する、請求項９に記載の光学特性値計測装置。
【請求項１１】
前記入射光生成部は、キセノンランプ、ハロゲンランプ、スーパーコンティニウム光源及びレーザー光源の少なくとも１つを含む、請求項９または１０に記載の光学特性値計測装置。
【請求項１２】
前記取得部は、前記反射率が５％以上、または、前記透過率が１０％以上の場合、前記サンプルの前記散乱係数及び前記吸収係数の取得を行い、
前記反射率が５％未満、かつ、前記透過率が１０％未満の場合に、前記サンプルの前記散乱係数及び前記吸収係数の取得を行わない、請求項１から１１のいずれかに記載の光学特性値計測装置。
【請求項１３】
サンプルに照射された光の一部であって、前記サンプルにおいて反射された反射光に基づいて前記サンプルの反射率を測定し、前記光のうちの前記一部とは異なる一部であって、前記サンプルを透過した透過光に基づいて前記サンプルの透過率を測定する工程と、
前記サンプルの前記反射率及び前記透過率に基づいて前記サンプルの散乱係数及び吸収係数を取得する工程と
を包含する、光学特性値の計測方法。
【請求項１４】
サンプルに照射された光の一部であって、前記サンプルにおいて反射された反射光に基づいて前記サンプルの反射率を反射率測定部が測定し、前記光のうちの前記一部とは異なる一部であって、前記サンプルを透過した透過光に基づいて前記サンプルの透過率を透過率測定部が測定する工程と、
取得部が、前記サンプルの前記反射率及び前記吸収率に基づいて前記サンプルの散乱係数および吸収係数を取得する工程と
を実行させるプログラム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【図２９】
【図３０】
【図３１】
【図３２】
【図３３】
【図３４】
【図３５】
【図３６】
【図３７】
【図３８】
【図３９】
【図４０】
【図４１】
【図４２】
【図４３】
【図４４】
【図４５】
【図４６】
【図４７】
【図４８】
【図４９】
【図５０】
【図５１】
【図５２】
【図５３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【図２９】
【図３０】
【図３１】
【図３２】
【図３３】
【図３４】
【図３５】
【図３６】
【図３７】
【図３８】
【図３９】
【図４０】
【図４１】
【図４２】
【図４３】
【図４４】
【図４５】
【図４６】
【図４７】
【図４８】
【図４９】
【図５０】
【図５１】
【図５２】
【図５３】
【公開番号】特開２０１２−６３３３３（Ｐ２０１２−６３３３３Ａ）
【公開日】平成２４年３月２９日（２０１２．３．２９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２１０３０９（Ｐ２０１０−２１０３０９）
【出願日】平成２２年９月２０日（２０１０．９．２０）
【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第１項適用申請有り （１）発行者名： 社団法人 電気学会 刊行物名：電気学会研究会資料 発行年月日：平成２２年３月２４日 （２）発行者名： Ｏｐｔｉｃａｌ Ｓｏｃｉｅｔｙ ｏｆ Ｋｏｒｅａ 刊行物名：Ｔｈｅ ７ｔｈ Ａｓｉａ−Ｐａｃｉｆｉｃ Ｌａｓｅｒ Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ 発行年月日：平成２２年５月１日 （３）発行者名：第２０回日本光線力学学会学術講演会事務局 刊行物名：第２０回 日本光線力学学会学術講演会、第６回 日本脳神経外科光線力学研究会、Ｔｈｅ ２ｎｄ Ａｓｉａ Ｊａｐａｎ−Ｋｏｒｅａ−Ｃｈｉｎａ ＰＤＴ Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ 発行年月日：平成２２年６月１１日 （４）発行者名： 日本生体医工学会 刊行物名：生体医工学 第４８巻特別号 第４９回日本生体医工学会大会プログラム・抄録集 発行年月日：平成２２年６月２５日 （５）発行者名：社団法人 日本レーザー学会 刊行物名：第２３回 日本レーザー医学会 関西地方会 発行年月日：平成２２年８月７日 （６）発行者名： 特定非営利活動法人 日本レーザー医学会 刊行物名：日本レーザー医学会誌 第３１巻第２号 発行年月日：平成２２年７月３０日
【出願人】（５０４１７６９１１）国立大学法人大阪大学 (1,536)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年３月２９日（２０１２．３．２９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年９月２０日（２０１０．９．２０）
【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第１項適用申請有り （１）発行者名： 社団法人 電気学会 刊行物名：電気学会研究会資料 発行年月日：平成２２年３月２４日 （２）発行者名： Ｏｐｔｉｃａｌ Ｓｏｃｉｅｔｙ ｏｆ Ｋｏｒｅａ 刊行物名：Ｔｈｅ ７ｔｈ Ａｓｉａ−Ｐａｃｉｆｉｃ Ｌａｓｅｒ Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ 発行年月日：平成２２年５月１日 （３）発行者名：第２０回日本光線力学学会学術講演会事務局 刊行物名：第２０回 日本光線力学学会学術講演会、第６回 日本脳神経外科光線力学研究会、Ｔｈｅ ２ｎｄ Ａｓｉａ Ｊａｐａｎ−Ｋｏｒｅａ−Ｃｈｉｎａ ＰＤＴ Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ 発行年月日：平成２２年６月１１日 （４）発行者名： 日本生体医工学会 刊行物名：生体医工学 第４８巻特別号 第４９回日本生体医工学会大会プログラム・抄録集 発行年月日：平成２２年６月２５日 （５）発行者名：社団法人 日本レーザー学会 刊行物名：第２３回 日本レーザー医学会 関西地方会 発行年月日：平成２２年８月７日 （６）発行者名： 特定非営利活動法人 日本レーザー医学会 刊行物名：日本レーザー医学会誌 第３１巻第２号 発行年月日：平成２２年７月３０日
【出願人】（５０４１７６９１１）国立大学法人大阪大学 (1,536)
【Ｆターム（参考）】
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