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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2023059422
(43)【公開日】2023-04-27
(54)【発明の名称】計測装置、計測方法及びプログラム
(51)【国際特許分類】
A61B 5/026 20060101AFI20230420BHJP
G01B 11/16 20060101ALI20230420BHJP
G01P 5/20 20060101ALI20230420BHJP
G01P 3/36 20060101ALI20230420BHJP
【ＦＩ】
A61B5/026 120
G01B11/16 G
G01P5/20 F
G01P3/36 D
【審査請求】未請求
【請求項の数】8
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2021169417
(22)【出願日】2021-10-15
(71)【出願人】
【識別番号】000004226
【氏名又は名称】日本電信電話株式会社
(71)【出願人】
【識別番号】000125369
【氏名又は名称】学校法人東海大学
(74)【代理人】
【識別番号】110001634
【氏名又は名称】弁理士法人志賀国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】杉本 志織
(72)【発明者】
【氏名】曽我部 陽光
(72)【発明者】
【氏名】黒住 隆行
(72)【発明者】
【氏名】木全 英明
(72)【発明者】
【氏名】久保 尋之
(72)【発明者】
【氏名】木渕 寛太
【テーマコード（参考）】
2F065
4C017
【Ｆターム（参考）】
2F065AA65
2F065BB00
2F065BB26
2F065FF56
2F065GG04
2F065HH02
2F065HH12
2F065JJ03
2F065JJ09
2F065JJ26
4C017AA11
4C017AC28
4C017BC16
4C017FF05
(57)【要約】
【課題】計測の時間間隔に制約がある条件下で、変化が一定でない物体の変化をスペックルパターンに基づいて推定する。
【解決手段】コヒーレント光を生成する照射部と、散乱体が前記コヒーレント光を受けることにより生じる散乱光の干渉により生成されるスペックルパターンの光を複数の画素により受光し、画素の各々が前記スペックルパターンの光を受光して検出する輝度値の変化を示す輝度変化量が、予め定められる検出対象の輝度変化量を有する画素を検出し、検出した画素の位置と、画素の輝度変化量の変化方向を示す符号値と、検出した時刻を示す検出時刻とを含むイベントデータを生成する計測部と、イベントデータに基づいて、散乱体の変化を示す物理量を算出する算出処理部と、を備える。
【選択図】図１
【解決手段】コヒーレント光を生成する照射部と、散乱体が前記コヒーレント光を受けることにより生じる散乱光の干渉により生成されるスペックルパターンの光を複数の画素により受光し、画素の各々が前記スペックルパターンの光を受光して検出する輝度値の変化を示す輝度変化量が、予め定められる検出対象の輝度変化量を有する画素を検出し、検出した画素の位置と、画素の輝度変化量の変化方向を示す符号値と、検出した時刻を示す検出時刻とを含むイベントデータを生成する計測部と、イベントデータに基づいて、散乱体の変化を示す物理量を算出する算出処理部と、を備える。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
コヒーレント光を生成する照射部と、
散乱体が前記コヒーレント光を受けることにより生じる散乱光の干渉により生成されるスペックルパターンの光を複数の画素により受光し、前記画素の各々が前記スペックルパターンの光を受光して検出する輝度値の変化を示す輝度変化量が、予め定められる検出対象の輝度変化量を有する画素を検出し、検出した前記画素の位置と、前記画素の前記輝度変化量の変化方向を示す符号値と、検出した時刻を示す検出時刻とを含むイベントデータを生成する計測部と、
前記イベントデータに基づいて、前記散乱体の変化を示す物理量を算出する算出処理部と、
を備える計測装置。
散乱体が前記コヒーレント光を受けることにより生じる散乱光の干渉により生成されるスペックルパターンの光を複数の画素により受光し、前記画素の各々が前記スペックルパターンの光を受光して検出する輝度値の変化を示す輝度変化量が、予め定められる検出対象の輝度変化量を有する画素を検出し、検出した前記画素の位置と、前記画素の前記輝度変化量の変化方向を示す符号値と、検出した時刻を示す検出時刻とを含むイベントデータを生成する計測部と、
前記イベントデータに基づいて、前記散乱体の変化を示す物理量を算出する算出処理部と、
を備える計測装置。
【請求項2】
前記散乱体は、移動する移動散乱体を含んでおり、
前記算出処理部は、
予め定められる単位時間当たりの前記画素ごとの前記イベントデータの数に基づいて、前記画素の各々に対応する前記散乱体の位置における前記移動散乱体の移動速度を前記散乱体の変化を示す物理量として算出する、
請求項１に記載の計測装置。
前記算出処理部は、
予め定められる単位時間当たりの前記画素ごとの前記イベントデータの数に基づいて、前記画素の各々に対応する前記散乱体の位置における前記移動散乱体の移動速度を前記散乱体の変化を示す物理量として算出する、
請求項１に記載の計測装置。
【請求項3】
前記散乱体は、移動する移動散乱体を含んでおり、
前記計測部は、
前記画素の各々に対応する前記輝度変化量と、予め定められる検出閾値とに基づいて、前記画素の各々が、前記検出対象の輝度変化量を有する画素であるか否かを判定し、
前記算出処理部は、
前記イベントデータに含まれる前記輝度変化量の変化方向を示す符号値に、前記検出閾値を乗算することで乗算値を算出し、前記画素の各々について、前記検出時刻ごとに、当該検出時刻以前の検出時刻に対応する前記乗算値を積算した値を、前記検出時刻ごとの積算値として算出し、算出した前記画素の各々の前記検出時刻ごとの前記積算値に基づいて、前記画素の各々に対応する前記散乱体の位置における前記移動散乱体の移動速度を前記散乱体の変化を示す物理量として算出する、
請求項１に記載の計測装置。
前記計測部は、
前記画素の各々に対応する前記輝度変化量と、予め定められる検出閾値とに基づいて、前記画素の各々が、前記検出対象の輝度変化量を有する画素であるか否かを判定し、
前記算出処理部は、
前記イベントデータに含まれる前記輝度変化量の変化方向を示す符号値に、前記検出閾値を乗算することで乗算値を算出し、前記画素の各々について、前記検出時刻ごとに、当該検出時刻以前の検出時刻に対応する前記乗算値を積算した値を、前記検出時刻ごとの積算値として算出し、算出した前記画素の各々の前記検出時刻ごとの前記積算値に基づいて、前記画素の各々に対応する前記散乱体の位置における前記移動散乱体の移動速度を前記散乱体の変化を示す物理量として算出する、
請求項１に記載の計測装置。
【請求項4】
前記散乱体は、移動する移動散乱体を含んでおり、
前記計測部は、
前記画素の各々に対応する前記輝度変化量と、予め定められる検出閾値であって前記スペックルパターンの光から前記画素が検出する輝度値の最大値と最小値の差の絶対値に基づいて定められる検出閾値とにより、前記画素の各々が、前記検出対象の輝度変化量を有する画素であるか否かを判定し、
前記算出処理部は、
前記イベントデータに含まれる前記検出時刻に基づいて、前記画素ごとの前記イベントデータの発生間隔を算出し、算出した前記画素ごとの前記イベントデータの発生間隔に基づいて、前記画素の各々に対応する前記散乱体の位置における前記移動散乱体の移動速度を前記散乱体の変化を示す物理量として算出する、
請求項１に記載の計測装置。
前記計測部は、
前記画素の各々に対応する前記輝度変化量と、予め定められる検出閾値であって前記スペックルパターンの光から前記画素が検出する輝度値の最大値と最小値の差の絶対値に基づいて定められる検出閾値とにより、前記画素の各々が、前記検出対象の輝度変化量を有する画素であるか否かを判定し、
前記算出処理部は、
前記イベントデータに含まれる前記検出時刻に基づいて、前記画素ごとの前記イベントデータの発生間隔を算出し、算出した前記画素ごとの前記イベントデータの発生間隔に基づいて、前記画素の各々に対応する前記散乱体の位置における前記移動散乱体の移動速度を前記散乱体の変化を示す物理量として算出する、
請求項１に記載の計測装置。
【請求項5】
前記散乱体は、移動する移動散乱体を含んでおり、
前記算出処理部は、
前記イベントデータに含まれる前記符号値に基づいて、前記検出時刻ごとの画像データを生成し、生成した異なる２つの前記検出時刻の前記画像データに基づいて、前記移動散乱体の移動速度を前記散乱体の変化を示す物理量として算出する、
請求項１に記載の計測装置。
前記算出処理部は、
前記イベントデータに含まれる前記符号値に基づいて、前記検出時刻ごとの画像データを生成し、生成した異なる２つの前記検出時刻の前記画像データに基づいて、前記移動散乱体の移動速度を前記散乱体の変化を示す物理量として算出する、
請求項１に記載の計測装置。
【請求項6】
前記照射部から前記計測部の複数の前記画素に至る光路を光路差が生じるように複数の光路に分岐する光分岐部と、
前記光分岐部が分岐した複数の前記光路を集束して前記計測部が備える複数の前記画素に前記スペックルパターンを結像させる光集束部と、を備え、
前記散乱体は、形状が変形する散乱体であり、
前記算出処理部は、
予め定められた時間内における前記画素ごとの前記イベントデータの数を画素値とする画像データを生成し、生成した前記画像データに基づいて、前記散乱体の変形によって生じた変位量を前記散乱体の変化を示す物理量として算出する、
請求項１に記載の計測装置。
前記光分岐部が分岐した複数の前記光路を集束して前記計測部が備える複数の前記画素に前記スペックルパターンを結像させる光集束部と、を備え、
前記散乱体は、形状が変形する散乱体であり、
前記算出処理部は、
予め定められた時間内における前記画素ごとの前記イベントデータの数を画素値とする画像データを生成し、生成した前記画像データに基づいて、前記散乱体の変形によって生じた変位量を前記散乱体の変化を示す物理量として算出する、
請求項１に記載の計測装置。
【請求項7】
コヒーレント光を生成し、
散乱体が前記コヒーレント光を受けることにより生じる散乱光の干渉により生成されるスペックルパターンの光を複数の画素により受光し、
前記画素の各々が前記スペックルパターンの光を受光して検出する輝度値の変化を示す輝度変化量が、予め定められる検出対象の輝度変化量を有する画素を検出し、
検出した前記画素の位置と、前記画素の前記輝度変化量の変化方向を示す符号値と、検出した時刻を示す検出時刻とを含むイベントデータを生成し、
生成された前記イベントデータに基づいて、前記散乱体の変化を示す物理量を算出する、
計測方法。
散乱体が前記コヒーレント光を受けることにより生じる散乱光の干渉により生成されるスペックルパターンの光を複数の画素により受光し、
前記画素の各々が前記スペックルパターンの光を受光して検出する輝度値の変化を示す輝度変化量が、予め定められる検出対象の輝度変化量を有する画素を検出し、
検出した前記画素の位置と、前記画素の前記輝度変化量の変化方向を示す符号値と、検出した時刻を示す検出時刻とを含むイベントデータを生成し、
生成された前記イベントデータに基づいて、前記散乱体の変化を示す物理量を算出する、
計測方法。
【請求項8】
散乱体がコヒーレント光を受けることにより生じる散乱光の干渉により生成されるスペックルパターンの光を複数の画素により受光し、前記画素の各々が前記スペックルパターンの光を受光して検出する輝度値の変化を示す輝度変化量が、予め定められる検出対象の輝度変化量を有する画素を検出し、検出した前記画素の位置と、前記画素の前記輝度変化量の変化方向を示す符号値と、検出した時刻を示す検出時刻とを含むイベントデータを生成する計測ステップと、
前記イベントデータに基づいて、前記散乱体の変化を示す物理量を算出する算出処理ステップと、
をコンピュータに実行させるためのプログラム。
前記イベントデータに基づいて、前記散乱体の変化を示す物理量を算出する算出処理ステップと、
をコンピュータに実行させるためのプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、例えば、スペックルパターンの変化を計測する計測装置、計測方法及びプログラムに関する。
【背景技術】
【0002】
反射面に微細な凹凸のある物体や内部散乱を起こす物体に対してレーザ光などのコヒーレント光を照射すると、コヒーレント光を受けて物体から散乱光が生じ、生じた散乱光の干渉に由来するパターンを観察することができる。このパターンはスペックルパターンと呼ばれており、スペックルパターンの各点では複数の散乱光の重ね合わせによる強め合い弱め合いのために明暗が生じる。
【0003】
物体の変形や移動に伴って散乱光の位相差が変化すると、スペックルパターンも変化する。そのため、スペックルパターンの時間的な変化を計測することにより、物体における微細な形状の時間的な変化や、移動量の時間的な変化などを推定することができる。スペックルパターンを利用した計測法は、材料計測の他、血流計などの医療センサ、機械制御用の速度計など様々な用途で利用される。例えば、レーザドップラ血流計では、肌の上からレーザ光を照射し、血管内を移動する赤血球で散乱した光と、静止した生体組織で散乱した光との干渉によって生じるスペックルパターンの光から受光強度信号を受光素子によって検出する。検出した受光強度信号の周波数から血管中を通過する赤血球の速度を算出し、算出した赤血球の速度から血流量や脈拍を推定する。
【0004】
ＣＣＤ(Charge Coupled Device)等の画像センサで撮影することにより、スペックルパターンを二次元で観察することができる。ただし、上記した血流のスペックルパターンのように受光強度信号の周波数が非常に高くなる散乱体を撮影する場合、その周波数の高さに応じた高いフレームレートの画像センサが必要になる。一般的に、画像センサは、フレームレートが高くなれば高くなるほど、解像度が高くなれば高くなるほど価格が高くなるという問題がある。高いフレームレートの画像センサや高解像の画像センサは、光量不足によりノイズの影響を強く受けるようになるという問題がある。
【0005】
例えば、非特許文献１に開示される技術、すなわち、レーザースペックル血流画像化法を用いた血流計では、一般的なフレームレートの画像センサを使用したスペックルパターンの計測法を用いることにより、上記のような画像センサの価格やノイズに関する問題を解決している。レーザースペックル血流画像化法を用いた血流計において、画像センサによって得られる画像データは、画素毎に露光時間内で受光強度信号を積分した結果を示すことになる。血流の速度が速いほど実時間での受光強度信号の周波数が高くなるので、積分値のバラツキが小さくなるという傾向がある。レーザースペックル血流画像化法を用いた血流計では、この傾向を利用し、画像データを複数回取得して比較し、比較結果に基づいて、画像データの間の変動の多寡により血流量を求めることを可能にしている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【0006】
【非特許文献1】OMEGAWAVE, INC.、“２次元レーザー血流画像装置、OMEGAZONE 2D Laser Blood Flow Imager、測定原理”、［online］、［令和３年８月１８日検索］、インターネット<http://www.omegawave.co.jp/products/oz/principle.shtml>
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
しかしながら、上記の非特許文献１に開示される技術のように、一般的なフレームレートの画像センサを用いてスペックルパターンを計測する際、上記した血流のように受光強度信号の周波数が高くなる物体を計測対象とする場合、複数回の継続的な計測が必要である。そのため、いわゆるリアルタイム計測などの計測の時間間隔に制約がある条件下での計測を行うことが難しいという問題がある。一般的なフレームレートの画像センサを用いる場合、複数回の継続的な計測が必要であることから、計測対象の物体に生じる変化の比率が一定の比率でない場合には、正確な計測を行うことが難しいという問題がある。
【0008】
上記事情に鑑み、本発明は、計測の時間間隔に制約がある条件下で、変化が一定でない物体の変化をスペックルパターンに基づいて推定することができる技術の提供を目的としている。
【課題を解決するための手段】
【0009】
本発明の一態様は、コヒーレント光を生成する照射部と、散乱体が前記コヒーレント光を受けることにより生じる散乱光の干渉により生成されるスペックルパターンの光を複数の画素により受光し、前記画素の各々が前記スペックルパターンの光を受光して検出する輝度値の変化を示す輝度変化量が、予め定められる検出対象の輝度変化量を有する画素を検出し、検出した前記画素の位置と、前記画素の前記輝度変化量の変化方向を示す符号値と、検出した時刻を示す検出時刻とを含むイベントデータを生成する計測部と、前記イベントデータに基づいて、前記散乱体の変化を示す物理量を算出する算出処理部と、を備える計測装置である。
【0010】
本発明の一態様は、コヒーレント光を生成し、散乱体が前記コヒーレント光を受けることにより生じる散乱光の干渉により生成されるスペックルパターンの光を複数の画素により受光し、前記画素の各々が前記スペックルパターンの光を受光して検出する輝度値の変化を示す輝度変化量が、予め定められる検出対象の輝度変化量を有する画素を検出し、検出した前記画素の位置と、前記画素の前記輝度変化量の変化方向を示す符号値と、検出した時刻を示す検出時刻とを含むイベントデータを生成し、生成された前記イベントデータに基づいて、前記散乱体の変化を示す物理量を算出する、計測方法である。
【0011】
本発明の一態様は、散乱体がコヒーレント光を受けることにより生じる散乱光の干渉により生成されるスペックルパターンの光を複数の画素により受光し、前記画素の各々が前記スペックルパターンの光を受光して検出する輝度値の変化を示す輝度変化量が、予め定められる検出対象の輝度変化量を有する画素を検出し、検出した前記画素の位置と、前記画素の前記輝度変化量の変化方向を示す符号値と、検出した時刻を示す検出時刻とを含むイベントデータを生成する計測ステップと、前記イベントデータに基づいて、前記散乱体の変化を示す物理量を算出する算出処理ステップと、をコンピュータに実行させるためのプログラムである。
【発明の効果】
【0012】
本発明により、計測の時間間隔に制約がある条件下で、変化が一定でない物体の変化をスペックルパターンに基づいて推定することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【0013】
【図1】第１の実施形態の計測装置の内部構成と散乱体とを示すブロック図である。
【図2】第１の実施形態の算出処理部が行う第１の手法の処理の流れを示すフローチャートである。
【図3】第１の実施形態の算出処理部が行う第２の手法の処理の流れを示すフローチャートである。
【図4】第１の実施形態の算出処理部が行う第２の手法において算出処理部が算出する積算値の変化の一例を示すグラフである。
【図5】第１の実施形態の算出処理部が行う第３の手法においてイベント検出部に設定する検出閾値の大きさとイベント検出部が検出するピークの位置との関係を説明するためのグラフである。
【図6】第１の実施形態の算出処理部が行う第３の手法の処理の流れを示すフローチャートである。
【図7】第１の実施形態の算出処理部が行う第４の手法の処理の流れを示すフローチャートである。
【図8】第２の実施形態の計測装置の内部構成と散乱体とを示すブロック図である。
【図9】第２の実施形態の光分岐部及び光集束部に適用される光学系の例を示す図である。
【図10】第２の実施形態の算出処理部による処理の流れを示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【0014】
（第１の実施形態）
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。図１は、第１の実施形態における計測装置１と、計測装置１の計測対象である散乱体３０とを示すブロック図である。散乱体３０は、一部に移動する移動散乱体３１を含んでおり、コヒーレント光を受けて散乱光を生じさせる物体であればどのような物体であってもよい。例えば、散乱体３０は、人体であり、移動散乱体３１は、人体の血管を流れる血液である。
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。図１は、第１の実施形態における計測装置１と、計測装置１の計測対象である散乱体３０とを示すブロック図である。散乱体３０は、一部に移動する移動散乱体３１を含んでおり、コヒーレント光を受けて散乱光を生じさせる物体であればどのような物体であってもよい。例えば、散乱体３０は、人体であり、移動散乱体３１は、人体の血管を流れる血液である。
【0015】
計測装置１は、照射部１１、計測部１２及び算出処理部１３を備える。照射部１１は、コヒーレント光であるレーザ光を生成する光源を備えており、光源によりレーザ光を一定の光強度で生成する。照射部１１は、生成したレーザ光を内部に備える光学素子により面状に拡散し、拡散したレーザ光４０を散乱体３０に対して照射する。ここで、照射部１１が内部に備える光学素子とは、レーザ光を拡散させる光学素子であればどのようなものであってもよく、例えば、光源が生成したレーザ光を拡散する位置に配置された凸レンズである。
【0016】
図１において、散乱光５０が、散乱体３０において移動散乱体３１を除く部分、すなわち静止している部分がレーザ光４０を受けることにより生じる散乱光を示しており、散乱光５１が、移動散乱体３１がレーザ光４０を受けることにより生じる散乱光を示している。移動散乱体３１が移動していない場合、散乱光５１は、散乱光５０に含まれることになり、この場合、散乱光５０の干渉によりスペックルパターンが生じることになる。これに対して、移動散乱体３１が移動している場合、散乱光５１が生じ、散乱光５０と散乱光５１との干渉によりスペックルパターンに変化が生じることになる。
【0017】
計測部１２は、例えば、イベントベースビジョンセンサを備えたイベントカメラであり、受光部２１と、イベント検出部２３とを備える。受光部２１は、散乱光５０，５１の干渉によって生じるスペックルパターンの光を受光することができる位置に配置される。受光部２１は、例えば、矩形形状になるように並べられて、受光部２１の受光面を形成する複数の画素２２－１～２２－ｎを備える。ここで、ｎは、２以上の整数であれば任意の値であってよく、一般的なイベントカメラであれば、ｎは、数万から数十万といった値になる。なお、図１では、一例として、ｎ＝５４の例、すなわち、受光部２１が、６行×９列の５４個の画素２２－１～２２－５４を備える例を示しており、その中の最初と最後の画素のそれぞれに符号「２２－１」と「２２－ｎ」とを付して示している。画素２２－１～２２－ｎの各々は、散乱光５０，５１の干渉によって生じるスペックルパターンの光を受光すると、各々の位置において計測されるスペックルパターンの光の強度を示す輝度値を出力する。以下、画素２２－１～２２－ｎの任意の１つの画素を示す場合、符号の枝番号を示さずに画素２２という。
【0018】
イベント検出部２３は、画素２２－１～２２－ｎの各々が出力する輝度値の変化を示す輝度変化量を非同期で検出する。イベント検出部２３は、更に、検出した輝度変化量が、予め定められる検出対象の輝度変化量を有している画素２２を検出すると、検出した画素２２の位置と、輝度変化量の変化方向を示す符号値と、検出した時刻を示す検出時刻とを含むイベントデータを生成する。ここで、画素２２の位置は、例えば、画素２２－１の位置を原点、すなわち（０，０）とする行と列の位置によって表される座標データによって示される位置であり、画素２２－１の同一列の１行下の画素の位置は座標データ（１，０）として示され、画素２２－１の同一行の１列右の画素の位置は、座標データ（０，１）として示されることになる。輝度変化量の変化方向を示す符号値とは、例えば、輝度値が小さい値から大きい値に変化している場合「＋１」となり、輝度値が大きい値から小さい値に変化している場合「－１」となる値である。
【0019】
ここで、イベント検出部２３が検出する輝度変化量と、スペックルパターンの変化を生じさせる受光強度信号との関係について説明する。受光強度信号とは、ある位置において計測されるスペックルパターンの光の光強度値を時系列に並べた信号である。スペックルパターンの変化が大きくなると、受光強度信号の周波数も高くなるという関係がある。画素２２－１～２２－ｎの各々が検出する輝度値は、各々の位置において計測されるスペックルパターンの光の強度を示しており、各々が検出する輝度値を時系列に並べることにより、画素２２－１～２２－ｎの各々の位置において計測されるスペックルパターンの受光強度信号が得られることになる。ここで、ある１つの画素２２において計測される受光強度信号をＩ（ｔ）とする（ただし、Ｉ（ｔ）において、ｔは、時刻であり、Ｉ（ｔ）は、時刻ｔにおいて画素２２が検出する輝度値である）。例えば、画素２２が時刻ｔ１において検出した輝度値が、Ｉ（ｔ１）であり、画素２２が時刻ｔ１の直後の検出時刻である時刻ｔ２において検出した輝度値が、Ｉ（ｔ２）である場合、イベント検出部２３は、時刻ｔ２において、輝度値の対数値の差で表される輝度変化量ｌｏｇ（Ｉ（ｔ2））－ｌｏｇ（Ｉ（ｔ1））を検出することになる。ここで、ｌｏｇ（・）の底は、「ｅ」であり、以下、「対数」という場合は、底が「ｅ」の自然対数であるものとする。イベント検出部２３は、ｌｏｇ（Ｉ（ｔ２））－ｌｏｇ（Ｉ（ｔ1））の演算の結果の符号を、符号値の符号として検出する。以下、輝度変化量ｌｏｇ（Ｉ（ｔ2））－ｌｏｇ（Ｉ（ｔ1））の式を一般化して、時刻ｔにおける輝度変化量を式によって示す場合、Δ（ｌｏｇ（Ｉ（ｔ））という式により示すものとする。
【0020】
算出処理部１３は、イベント検出部２３が出力するイベントデータに基づいて、散乱体３０の変化を示す物理量を算出する。以下、散乱体３０の変化を示す物理量として散乱体３０に含まれる移動散乱体３１の移動速度を算出する４通りの手法について説明する。
【0021】
（第１の実施形態の計測装置による第１の手法）
図２を参照しつつ、第１の実施形態における計測装置１による第１の手法について説明する。図２は、算出処理部１３による第１の手法の流れを示すフローチャートである。図２のフローチャートの処理が開始される前提として、以下に示すことが行われているものとする。照射部１１は、固定された位置及び方向に設置されており、レーザ光４０を計測領域に対して照射する。ここで、計測領域とは、例えば、移動散乱体３１が存在する散乱体３０の領域である。計測部１２の受光部２１は、散乱光５０，５１の干渉によって生じるスペックルパターンの光を画素２２－１～２２－ｎにより受光する。
図２を参照しつつ、第１の実施形態における計測装置１による第１の手法について説明する。図２は、算出処理部１３による第１の手法の流れを示すフローチャートである。図２のフローチャートの処理が開始される前提として、以下に示すことが行われているものとする。照射部１１は、固定された位置及び方向に設置されており、レーザ光４０を計測領域に対して照射する。ここで、計測領域とは、例えば、移動散乱体３１が存在する散乱体３０の領域である。計測部１２の受光部２１は、散乱光５０，５１の干渉によって生じるスペックルパターンの光を画素２２－１～２２－ｎにより受光する。
【0022】
イベント検出部２３は、画素２２－１～２２－ｎの各々が出力する輝度値の変化を示す輝度変化量を非同期で検出する。イベント検出部２３は、予め定められる検出閾値を内部の記憶領域に予め記憶させており、輝度変化量を検出すると、内部の記憶領域を参照し、検出した輝度変化量が、検出閾値以上の輝度変化量であるか否かを判定する。イベント検出部２３は、検出した輝度変化量が予め定められる検出閾値以上の輝度変化量であると判定した場合、当該輝度変化量に対応する画素２２を予め定められる検出対象の輝度変化量を有している画素として検出する。イベント検出部２３は、検出した画素２２に対するイベントデータ、すなわち画素２２の位置と、輝度変化量の変化方向を示す符号値と、検出時刻とを含むイベントデータを生成し、生成したイベントデータを算出処理部１３に出力する。
【0023】
上記したように、散乱体３０に含まれる移動散乱体３１が移動していない場合、散乱体３０の全てが静止している状態になる。この場合、散乱光５１は、散乱光５０に含まれることになるので、散乱光５０のみが生じることになる。照射部１１は、上記したように一定の方向に対して、一定の光強度でレーザ光４０を照射する。すなわち、照射部１１が照射するレーザ光４０は、時間が経過しても変化しないことになる。したがって、散乱光５０の干渉によって生じるスペックルパターンも、時間が経過しても変化しないことになる。この場合、画素２２－１～２２－ｎの各々がスペックルパターンの光を受光して出力する輝度値は変化しないため、イベント検出部２３は、いずれの画素２２－１～２２－ｎからも「０」の輝度変化量を検出することになる。ただし、実際には、ノイズなどが存在するため、イベント検出部２３が検出する輝度変化量は、「０」にならない場合もあるが、検出閾値以上になることはない。したがって、この場合、イベント検出部２３は、イベントデータを出力することもない。
【0024】
これに対して、散乱体３０に含まれる移動散乱体３１が移動している場合、散乱体３０の移動散乱体３１以外の静止部分がレーザ光４０を受けることにより生じる散乱光５０と、移動散乱体３１がレーザ光４０を受けることにより生じる散乱光５１との干渉によりスペックルパターンが変化することになる。スペックルパターンが変化すると、スペックルパターンの変化が生じている位置に対応する画素２２－１～２２－ｎが検出する輝度値は変化することになる。イベント検出部２３は、画素２２－１～２２－ｎが出力する輝度値から輝度変化量を検出した場合に、検出した輝度変化量が予め定められる検出閾値以上の輝度変化量であると判定したとき、当該輝度変化量に対応する画素２２に関するイベントデータを生成して出力することになる。
【0025】
以下、図２のフローチャートにしたがって処理の流れを説明する。算出処理部１３は、イベント検出部２３が非同期に出力するイベントデータを取り込む（ステップＳａ１）。算出処理部１３は、イベントデータの各々に含まれる画素２２の位置と、検出時刻とに基づいて、画素２２－１～２２－ｎの各々の単位時間当たりのイベントデータの数をカウントする（ステップＳａ２）。
【0026】
移動散乱体３１の移動速度が増加すると、スペックルパターンの変化は大きくなる。スペックルパターンの変化が大きくなると、受光強度信号の周波数が高くなる。受光強度信号の周波数が高くなると、単位時間当たりのイベントデータの数も増加する。したがって、単位時間当たりのイベントデータの数が多いということは、移動散乱体３１の移動速度が速いことを示すことになり、イベントデータの数の多寡により、移動散乱体３１の相対的な移動速度の大小を示すことができる。
【0027】
画素２２－１～２２－ｎの各々の位置は、散乱体３０のいずれかの位置に関連付けることができる。算出処理部１３は、画素２２－１～２２－ｎの各々の単位時間当たりのイベントデータの数を、画素２２－１～２２－ｎの各々に対応する散乱体３０の位置における移動散乱体３１の相対的な移動速度を示す値として出力する（ステップＳａ３）。
【0028】
（第１の実施形態の計測装置による第２の手法）
図３、図４を参照しつつ、第１の実施形態における計測装置１による第２の手法について説明する。なお、第２の手法が行われる場合、算出処理部１３の内部に記憶領域にイベント検出部２３の内部の記憶領域に記憶させている検出閾値と同一値の検出閾値が予め記憶される。
図３、図４を参照しつつ、第１の実施形態における計測装置１による第２の手法について説明する。なお、第２の手法が行われる場合、算出処理部１３の内部に記憶領域にイベント検出部２３の内部の記憶領域に記憶させている検出閾値と同一値の検出閾値が予め記憶される。
【0029】
図３は、算出処理部１３による第２の手法の流れを示すフローチャートである。なお、図３のフローチャートの処理が開始される前提は、上記した第１の手法の前提と同一の前提である。算出処理部１３は、イベント検出部２３が非同期に出力するイベントデータを取り込む（ステップＳｂ１）。算出処理部１３は、取り込んだイベントデータに含まれる符号値に、内部の記憶領域に記憶させている検出閾値を乗算してイベントデータごとの乗算値を算出する（ステップＳｂ２）。算出処理部１３は、画素２２－１～２２－ｎの各々について、検出時刻ごとに、当該検出時刻以前の検出時刻に対応する乗算値を積算し、検出時刻ごとの積算値を算出する（ステップＳｂ３）。
【0030】
例えば、以下のようにして算出処理部１３は、画素２２－１～２２－ｎの各々の検出時刻ごとの積算値を算出する。算出処理部１３において、予め積算開始時刻が定められる。算出処理部１３は、ある１つの画素２２のイベントデータであって検出時刻が積算開始時刻以後のイベントデータを順次取り込む。ここで、算出処理部１３が順次取り込む画素２２の複数のイベントデータに含まれる検出時刻が、時刻の早いものから順にｔ１，ｔ２，…であるとする。ただし、ｔ１，ｔ２，…は、積算開始時刻以後の時刻である。
【0031】
算出処理部１３は、画素２２の検出時刻ｔ１のイベントデータを取り込むと、ステップＳｂ２の処理により検出時刻ｔ１に対応する乗算値を算出する。算出処理部１３は、検出時刻ｔ１より前の検出時刻であって積算開始時刻以後の検出時刻に対応する乗算値が存在しないため、算出した検出時刻ｔ１に対応する乗算値を、画素２２の検出時刻ｔ１の積算値とする。算出処理部１３は、次に、画素２２の検出時刻ｔ２のイベントデータを取り込むと、ステップＳｂ２の処理により検出時刻ｔ２に対応する乗算値を算出する。算出処理部１３は、画素２２の検出時刻ｔ１の積算値に、算出した検出時刻ｔ２に対応する乗算値を加算し、加算した加算値を、画素２２の検出時刻ｔ２の積算値とする。このようにして、算出処理部１３は、画素２２のイベントデータを取り込むごとに、１つ前の検出時刻の積算値に、取り込んだイベントデータに含まれる検出時刻に対応する乗算値を加算することを繰り返し、画素２２の検出時刻ごとの積算値を算出する。算出処理部１３は、全ての画素２２－１～２２－ｎに対して同様の演算を行い、画素２２－１～２２－ｎの各々の検出時刻ごとの積算値を算出する。
【0032】
図４は、算出処理部１３が算出した、ある１つの画素２２の検出時刻ごとの積算値の一例を棒グラフによって示した図である。図４に示す棒グラフは、横軸が検出時刻であり、縦軸が、算出処理部１３が算出する積算値である。イベント検出部２３が出力するイベントデータは、非同期であるため、棒グラフの検出時間の間隔は、一定の間隔にはならない。積算値は、符号値の「－１」または「＋１」に検出閾値を乗算した値を加算しているため、検出閾値の大きさをステップ幅とした量子化値になる。この場合、図４に示す棒グラフの変化は、検出閾値の大きさで量子化されている分の誤差を含んでいるが、画素２２における輝度変化量Δ（ｌｏｇ（Ｉ（ｔ））を時間方向に積算した場合の時間的な変化、すなわち、画素２２の位置において計測されるｌｏｇ（Ｉ（ｔ））とみなすことができる。
【0033】
算出処理部１３は、画素２２－１～２２－ｎの各々についてのｌｏｇ（Ｉ（ｔ））から、各々の受光強度信号Ｉ（ｔ）を算出する。算出処理部１３は、画素２２－１～２２－ｎの各々について算出した受光強度信号Ｉ（ｔ）の周波数から、例えば、以下の参考文献１に示すレーザドップラ血流計による手法により、画素２２－１～２２－ｎの各々に対応する散乱体３０の位置における移動散乱体３１の移動速度を算出する（ステップＳｂ４）。
【0034】
［参考文献１：株式会社光響、Optimedia、“３８・７レーザースペックル血流画像化法”、［online］、［令和３年８月１８日検索］、インターネット<https://optipedia.info/laser/handbook/laser-handbook-9th-section/38-7/>］
【0035】
すなわち、第２の手法の算出処理部１３は、イベントデータに含まれる輝度変化量の変化方向を示す符号値に、検出閾値を乗算して乗算値を算出する。算出処理部１３は、画素２２－１～２２－ｎの各々について、検出時刻ごとに、当該検出時刻以前の検出時刻に対応する乗算値を積算した値を、検出時刻ごとの積算値として算出する。算出処理部１３は、算出した画素２２－１～２２－ｎの各々の検出時刻ごとの積算値に基づいて、画素２２－１～２２－ｎの各々に対応する散乱体３０の位置における移動散乱体３１の移動速度を算出するという処理を行っていることになる。
【0036】
上記の第２の手法により算出処理部１３が算出する移動速度は、第１の手法と同じく相対的な移動速度である。ただし、第１の手法の場合、ノイズ、レーザ光４０の光量に依存する検出遅延、一度に多量のイベントデータが発生した場合における受光部２１やイベント検出部２３での帯域不足などの外的要因により各検出時刻のイベントデータの発生量にバラツキが存在すると、算出する移動速度にもバラツキが生じることになる。これに対して、第２の手法では、符号値に検出閾値を乗算して得られる乗算値を時間方向に積算した積算値を算出して画素２２－１～２２－ｎの各々に対応する受光強度信号Ｉ（ｔ）を算出する。そのため、第２の手法では、上記の外的要因による影響を軽減した相対的な移動速度を算出することができる。
【0037】
なお、算出処理部１３は、図４に示す画素２２の検出時刻ごとの積算値の棒グラフに対してフィルタリング処理を行うことにより、符号１００で示す曲線を生成し、生成した曲線の変化を画素２２の位置において計測されるｌｏｇ（Ｉ（ｔ））とみなすようにしてもよい。これにより、量子化による誤差を軽減して、画素２２－１～２２－ｎの各々に対応する散乱体３０の位置における移動散乱体３１の移動速度を算出することが可能になる。
【0038】
（第１の実施形態の計測装置による第３の手法）
図５、図６を参照しつつ、第１の実施形態における計測装置１による第３の手法について説明する。なお、第３の手法が行われる場合、イベント検出部２３の内部の記憶領域に予め記憶させている検出閾値の値は、以下のような値に予め定められる。イベント検出部２３は、受光部２１の画素２２－１～２２－ｎの各々がスペックルパターンの光を受光して検出する輝度値の中から最大値と最小値とを予め検出しておく。イベント検出部２３は、予め検出した輝度値の最大値と最小値との差の絶対値を算出し、算出した差の絶対値を検出閾値として内部の記憶領域に予め記憶させる。
図５、図６を参照しつつ、第１の実施形態における計測装置１による第３の手法について説明する。なお、第３の手法が行われる場合、イベント検出部２３の内部の記憶領域に予め記憶させている検出閾値の値は、以下のような値に予め定められる。イベント検出部２３は、受光部２１の画素２２－１～２２－ｎの各々がスペックルパターンの光を受光して検出する輝度値の中から最大値と最小値とを予め検出しておく。イベント検出部２３は、予め検出した輝度値の最大値と最小値との差の絶対値を算出し、算出した差の絶対値を検出閾値として内部の記憶領域に予め記憶させる。
【0039】
図５は、ある１つの画素２２がスペックルパターンの光を受光して検出する輝度値の変化の一例を示すグラフであり、横軸が時刻であり、縦軸が輝度値である。検出閾値の大きさは、符号１１０によって示す輝度値の最大値から最小値までの長さである。この場合、イベント検出部２３は、輝度値が最大値から最小値に変化する符号１２１のピークの時刻と、輝度値が最小値から最大値に変化する符号１２２のピークの時刻とにおいて、画素２２から検出する輝度変化量が検出閾値以上となるため、画素２２に対するイベントデータを生成することになる。
【0040】
符号１２１のピークは、散乱光５０，５１の干渉が最も弱くなっている状態を示しており、符号１２２のピークは、散乱光５０，５１の干渉が最も強くなっている状態を示している。したがって、符号１２１のピークと、符号１２２のピークの発生間隔は、画素２２の位置において計測される受光強度信号Ｉ（ｔ）の周波数を示すことになる。なお、図５のグラフは、輝度値の最大値と最小値の差の絶対値を検出閾値とした場合に、どのようなケースでイベントデータが発生するのかを説明するために示した一例であり、実際のスペックルパターンの光のグラフは、明暗のパターンが周期的に表れるグラフになる。
【0041】
図６は、算出処理部１３による第３の手法の流れを示すフローチャートである。なお、図６のフローチャートの処理が開始される前提は、上記した第１の手法の前提と同一の前提である。算出処理部１３は、イベント検出部２３が非同期に出力するイベントデータを取り込む（ステップＳｃ１）。算出処理部１３は、取り込んだイベントデータの検出時刻から画素２２－１～２２－ｎごとのイベントデータの発生間隔を計測する（ステップＳｃ２）。算出処理部１３は、計測した画素２２－１～２２－ｎごとのイベントデータの発生間隔に基づいて、画素２２－１～２２－ｎの各々に対応する受光強度信号Ｉ（ｔ）の周波数を算出する（ステップＳｃ３）。算出処理部１３は、画素２２－１～２２－ｎの各々に対応する受光強度信号Ｉ（ｔ）の周波数から、例えば、上記した参考文献１に示すレーザドップラ血流計による手法により、画素２２－１～２２－ｎの各々に対応する散乱体３０の位置における移動散乱体３１の移動速度を算出して出力する（ステップＳｃ４）。
【0042】
すなわち、第３の手法の算出処理部１３は、イベントデータに含まれる検出時刻に基づいて、画素２２－１～２２－ｎごとのイベントデータの発生間隔を算出する。算出処理部１３は、算出した画素２２－１～２２－ｎごとのイベントデータの発生間隔に基づいて、画素２２－１～２２－ｎの各々に対応する散乱体３０の位置における移動散乱体３１の移動速度を算出していることになる。
【0043】
第３の手法では、上記したように受光強度信号Ｉ（ｔ）がピークになる時刻においてのみイベントデータが発生することになる。そのため、イベントデータの発生間隔から受光強度信号Ｉ（ｔ）の周波数を直接的に算出することができる。そのため、第１の手法のようにイベントデータの数をカウントしたり、第２の手法のように積算値を求めたりする必要がなく、第１及び第２の手法よりも少ない演算量で画素２２－１～２２－ｎの各々に対応する散乱体３０の位置における移動散乱体３１の移動速度を算出することが可能になる。第３の手法では、画素２２－１～２２－ｎの各々の位置において計測される受光強度信号Ｉ（ｔ）の周波数を算出していることから、第１の手法や第２の手法のように相対的な移動速度を算出するのではなく、画素２２－１～２２－ｎの各々に対応する散乱体３０の位置における移動散乱体３１の絶対的な移動速度を算出することができる。
【0044】
なお、上記の第３の手法では、画素２２－１～２２－ｎの各々が検出する輝度値の最大値及び最小値の各々にバラツキがないことを前提とし、画素２２－１～２２－ｎの各々がスペックルパターンの光を受光して検出する輝度値の中の最大値と最小値との差の絶対値を、全ての画素２２－１～２２－ｎに対して共通の検出閾値としている。これに対して、画素２２－１～２２－ｎの各々が検出する輝度値の最大値及び最小値の各々にバラツキがある場合、イベント検出部２３は、画素２２－１～２２－ｎごとに、輝度値の最大値と最小値とを予め検出し、画素２２－１～２２－ｎの各々に対応する輝度値の最大値と最小値の差の絶対値を、画素２２－１～２２－ｎの各々に対する個別の検出閾値とするようにしてもよい。
【0045】
（第１の実施形態の計測装置による第４の手法）
図７を参照しつつ、第１の実施形態における計測装置１による第４の手法について説明する。第４の手法は、散乱体３０に含まれる移動散乱体３１の領域が十分に大きい場合に適用されることを想定している。散乱体３０に含まれる移動散乱体３１の領域が十分に大きい場合、散乱光５０，５１の干渉によってパターンに変化が生じている部分のスペックルパターンの光を、受光部２１の多くの画素２２－１～２２－ｎにおいて受光することができることになる。この場合、イベント検出部２３が検出するイベントデータから、受光部２１の受光面、すなわち画素２２－１～２２－ｎの位置において計測されるスペックルパターンの光の強弱の度合いを示す画像を検出時刻ごとに生成し、異なる２つの検出時刻の画像を比較することにより、スペックルパターンの時間的な変化を検出できることになる。
図７を参照しつつ、第１の実施形態における計測装置１による第４の手法について説明する。第４の手法は、散乱体３０に含まれる移動散乱体３１の領域が十分に大きい場合に適用されることを想定している。散乱体３０に含まれる移動散乱体３１の領域が十分に大きい場合、散乱光５０，５１の干渉によってパターンに変化が生じている部分のスペックルパターンの光を、受光部２１の多くの画素２２－１～２２－ｎにおいて受光することができることになる。この場合、イベント検出部２３が検出するイベントデータから、受光部２１の受光面、すなわち画素２２－１～２２－ｎの位置において計測されるスペックルパターンの光の強弱の度合いを示す画像を検出時刻ごとに生成し、異なる２つの検出時刻の画像を比較することにより、スペックルパターンの時間的な変化を検出できることになる。
【0046】
図７は、算出処理部１３による第４の手法の流れを示すフローチャートである。なお、図７のフローチャートの処理が開始される前提は、上記した第１の手法の前提と同一の前提である。算出処理部１３は、イベント検出部２３が非同期に出力するイベントデータを取り込む（ステップＳｄ１）。算出処理部１３は、画素２２－１～２２－ｎの各々について、検出時刻ごとに、当該検出時刻以前の検出時刻に対応する符号値を積算し、検出時刻ごとの積算値を算出する（ステップＳｄ２）。なお、第４の手法において、算出処理部１３が符号値を積算していく手順は、積算の対象が乗算値から符号値に代わる他は、第２の手法における乗算値を積算していく手順と同様の手順である。
【0047】
算出処理部１３は、算出した画素２２－１～２２－ｎの各々についての検出時刻ごとの積算値を画素値とし、検出時刻ごとの画像データを生成する（ステップＳｄ３）。第２の手法では、積算値は、符号値に検出閾値を乗算した乗算値を積算した値であり、画素２２－１～２２－ｎの各々についての検出時刻ごとの積算値の変化を、画素２２－１～２２－ｎの各々におけるΔｌｏｇ（Ｉ（ｔ））を積算したｌｏｇ（Ｉ（ｔ））とみなしていた。これに対して、第４の手法により算出する画素２２－１～２２－ｎの各々についての検出時刻ごとの積算値は、スペックルパターンの光の強弱の度合い示していることになる。したがって、ステップＳｄ３において、算出処理部１３が生成する検出時刻ｔの画像データによって表される画像は、検出時刻ｔにおけるスペックルパターンの光の強弱の度合いを示した画像ということになる。
【0048】
算出処理部１３は、任意に選択する異なる２つの検出時刻の画像データの相互相関を算出する（ステップＳｄ４）。算出処理部１３が算出した相互相関においてピークが生じている場合、ピークが生じている位置が、異なる２つの検出時刻の間のスペックルパターンの移動量を示すことになる。算出処理部１３は、相互相関により得られたピークの位置、すなわち、スペックルパターンの移動量を、異なる２つの検出時刻の時間差で除算して、スペックルパターンの速度、すなわち、移動散乱体３１の全体の速度を算出する（ステップＳｄ５）。
【0049】
すなわち、第４の手法の算出処理部１３は、画素２２－１～２２－ｎの各々について、検出時刻ごとに、当該検出時刻以前の検出時刻に対応するイベントデータに含まれる符号値を積算した値を、検出時刻ごとの画素２２－１～２２－ｎの画素値として算出する。算出処理部１３は、算出した画素値により、検出時刻ごとの画像データを生成し、生成した異なる２つの検出時刻の画像データに基づいて、移動散乱体３１の移動速度を算出していることになる。
【0050】
なお、上記の第４の手法では、異なる２つの検出時刻の画像データの相互相関を算出することにより、スペックルパターンの移動量を算出するようにしているが、相互相関以外の手法、例えば、パターンマッチングなどによりスペックルパターンの移動量を算出するようにしてもよい。
【0051】
上記の第４の手法では、ステップＳｄ２において、算出処理部１３が、画素２２－１～２２－ｎの各々について、検出時刻ごとに、当該検出時刻以前の検出時刻に対応する符号値を積算し、検出時刻ごとの積算値を算出するようにしている。これに対して、算出処理部１３は、検出時刻ごとの画素２２－１～２２－ｎの各々に対応するイベントデータの符号値を画素値とする画像データを生成するようにしてもよい。この場合、算出処理部１３は、画像データを生成しようとする検出時刻に対応するイベントデータが存在しない画素２２－１～２２－ｎの画素値を「０」として画像データを生成する。そのため、算出処理部１３が生成する画像データの画素値は、「－１」，「０」，「＋１」のいずれかの値になる。
【0052】
算出処理部１３が生成する画像データによって表される画像は、上記した第４の手法のように積算を行っていないため、第４の手法により生成する画像データほど強弱の違いが鮮明にはなっていないものの、検出時刻においてスペックルパターンの光の強弱の度合いを示した画像になる。したがって、算出処理部１３が、異なる２つの検出時刻の画像データを比較することにより、スペックルパターンの移動量を算出することができる。なお、異なる２つの検出時刻の画像データの比較手法は、上記した第４の手法において用いた相互相関であってもよいし、相互相関以外の手法、例えば、パターンマッチングなどであってもよい。算出処理部１３は、算出した移動量を、異なる２つの検出時刻の時間差で除算することにより、スペックルパターンの速度、すなわち、移動散乱体３１の全体の速度を算出することができることになる。
【0053】
上記の第１の実施形態の計測装置１において、照射部１１は、コヒーレント光を生成する。計測部１２は、散乱体３０がコヒーレント光を受けることにより生じる散乱光５０，５１の干渉により生成されるスペックルパターンの光を複数の画素２２－１～２２－ｎにより受光し、画素２２－１～２２－ｎの各々がスペックルパターンの光を受光して検出する輝度値の変化を示す輝度変化量が予め定められる検出対象の輝度変化量を有する画素２２－１～２２－ｎを検出し、検出した画素２２－１～２２－ｎの位置と、画素２２－１～２２－ｎの輝度変化量の変化方向を示す符号値と、検出した時刻を示す検出時刻とを含むイベントデータを生成する。算出処理部１３は、計測部１２が生成するイベントデータに基づいて、画素２２－１～２２－ｎの各々に対応する移動散乱体３１の位置の移動の速度、または、移動散乱体３１の移動速度を算出する。
【0054】
一般的なイメージセンサを備えるフレームカメラは、各画素に積算された輝度値をフレームごとに出力する。フレームカメラにおいて、積算時間、すなわち露光時間と信号のダイナミックレンジは、全ての画素で同一である。そのため、非常に明るい画素と、非常に暗い画素とが存在している場合、白飛び、黒つぶれ、量子化誤差などが生じることになる。照明の影響などでシーンの明度が激しく変化する場合、露光時間の調整ができずに白飛び、黒つぶれが生じることもある。
【0055】
これに対して、イベントカメラは、上記したように各画素の輝度変化量が検出閾値以上になるごとに非同期でイベントデータを出力する。そのため、白飛び、黒つぶれ、量子化誤差などの問題が生じない。イベントカメラが出力するイベントデータは、非同期で出力されるデータであるため、フレームカメラが出力する画像データに比べて、非常に疎なデータである。そのため、イベントデータを記憶しておくのに要するメモリの容量も少なくて済み、イベントデータを伝送する際に要する伝送容量も少なくて済むことになる。イベントデータが非常に疎なデータであることから、イベントカメラでは、撮影処理やデータ処理に要する演算量や消費電力量などのコストを、フレームカメラと比較して非常に低く抑えることができる。
【0056】
例えば、フレームカメラが出力する画像データの時間分解能と同等の時間分解能をイベントデータにおいて達成しようとする場合、フレームカメラが出力する画像データの容量よりも非常に少ない容量のイベントデータで達成することが可能である。言い換えると、フレームカメラが出力する画像データの容量と同等の容量のイベントデータを収集すれば、非常に高い時間分解能が得られることになる。これらの理由から、イベントカメラを用いることで、光量が少ない環境や照明の変化が激しい環境において、安定的に、低コストで、かつ非常に高い時間分解能での計測を行うことができる。
【0057】
第１の実施形態の計測装置１では、フレームカメラと比較して、上記のような利点を有するイベントカメラを計測部１２に適用している。そのため、フレームカメラのように複数回の継続的な計測を行う必要がなく、計測装置１では、いわゆるリアルタイム計測のように計測の時間間隔に制約がある条件下で、変化が一定でない物体の変化をスペックルパターンに基づいて計測することが可能になる。
【0058】
なお、上記の第１の実施形態では、照射部１１によりレーザ光を拡散した面状のレーザ光４０を散乱体３０に照射するようにしている。これに対して、照射部１１の内部に備えられている凸レンズなどの光学素子の位置を調整して、照射部１１がスポットレーザ光、すなわち拡散していないレーザ光を散乱体３０の特定の箇所に照射するようにしてもよい。照射部１１の内部に備えられる光学素子として、例えば、シリンドリカルレンズなどを適用して、照射部１１がライン状のレーザ光を散乱体３０に照射するようにしてもよい。照射部１１として、レーザ光を生成する光源を備えるプロジェクタを適用し、任意のパターンのレーザ光を任意のタイミングで照射するようにしてもよい。
【0059】
計測部１２に適用するイベントカメラの性能によっては、一度に多量の画素２２－１～２２－ｎにおいて輝度値の変化が生じると、受光部２１やイベント検出部２３における帯域が不足して、全てのイベントデータを算出処理部１３に出力できない場合がある。このような場合に、照射部１１が照射するレーザ光４０を、上記のようなスポットレーザ光、ライン状のレーザ光、または、任意のパターンのレーザ光とし、レーザ光４０を照射する範囲を絞ったり、異なるタイミングで散乱体３０の別の箇所にレーザ光４０を照射したりすることにより、受光部２１やイベント検出部２３における帯域不足を解消することができる。
【0060】
照射部１１が照射するレーザ光４０をスポットレーザ光とし、散乱体３０の微小範囲、例えば、１つの画素２２の受光面の広さの範囲にのみ照射し、１つの画素２２によってのみスペックルパターンの光が計測されるように調節する。この場合、照射部１１の照射位置と、画素２２の位置とに基づいて三角測量を行うことにより、散乱体３０においてレーザ光４０が照射されている三次元空間内の位置を算出することができる。したがって、レーザ光４０の照射位置をずらしながら計測することにより、画素２２－１～２２－ｎの各々に対応する散乱体３０の三次元空間内の位置と、移動散乱体３１が等速で移動している場合における移動散乱体３１の移動速度とを算出することが可能になる。
【0061】
照射部１１として、ＭＥＭＳ(Micro Electro Mechanical Systems)レーザプロジェクタなどのラスタスキャン式のレーザを照射する装置を適用するようにしてもよい。この場合、照射部１１は、散乱体３０の一点にレーザ光４０を照射し、散乱体３０をレーザ光４０によりラスタ走査するように、レーザ光４０の照射先を一点ずつ変えていく。計測部１２のイベント検出部２３が、散乱光５０、５１の干渉により強め合いが生じた場合のみイベントデータを生成するようにしておく。具体的には、イベント検出部２３において、輝度値の最小値と最大値との差の絶対値を検出閾値とし、輝度値が最小値から最大値に変化する場合であって、検出閾値以上の輝度変化量を検出した場合のみイベントデータを生成するようにしておく。これにより、算出処理部１３は、画素２２－１～２２－ｎの各々におけるイベントデータの発生間隔から、干渉による強め合いが発生している間隔を検出することができる。算出処理部１３は、検出した間隔から画素２２－１～２２－ｎの各々の位置において計測される受光強度信号の周波数を算出することができ、画素２２－１～２２－ｎの各々に対応する散乱体３０の位置における移動散乱体３１の移動速度を算出することが可能になる。この場合、散乱体３０に対して一度に一点しかレーザ光４０を照射しないため、輝度値の変化が生じる画素２２－１～２２－ｎの範囲も限定され、一度に多量のイベントデータが発生することもなく、広い範囲に一度にレーザ光４０を照射する場合に起こりうる大量のイベントデータの発生による処理落ちを回避することも可能になる。また、広い範囲に一度にレーザ光４０を照射する場合に比べて、低パワーのレーザで大面積を計測することも可能になる。
また、スキャン速度を任意に制御できるラスタスキャン式のレーザ照射装置を使用して、ある照射位置から次の照射位置に移るタイミングを任意に制御することで、イベントセンサの休眠のタイミングと照射位置の移動タイミングを合わせ、照射位置移動により発生するイベントを検出せずにスペックルの変化によるイベントのみを検出することも可能になる。一般的なイベントセンサでは各画素においてイベントを検出した後一定の休眠期間を経て次のイベント検出を行うため、休眠期間に生じた輝度変化に基づくイベントは検出されない。休眠期間と照射位置移動タイミングは予め設定するものとしてもよいし、同期装置を用いて動的に制御してもよい。あるいは、同様のレーザ照射装置について、算出処理部１３において照射位置変更に基づくイベントとスペックルの変化によるイベントを分類する処理を行ってもよい。例えばＴ秒ごとに照射位置を変更する場合、周期Ｔで発生するイベントは照射位置変更によるものとすることができる。あるいは画素ごとに照射期間中に発生する一連のイベント群について、始めと終わりの一定期間分のイベントを照射位置変更によるものとすることができる。
また、スキャン速度を任意に制御できるラスタスキャン式のレーザ照射装置を使用して、ある照射位置から次の照射位置に移るタイミングを任意に制御することで、イベントセンサの休眠のタイミングと照射位置の移動タイミングを合わせ、照射位置移動により発生するイベントを検出せずにスペックルの変化によるイベントのみを検出することも可能になる。一般的なイベントセンサでは各画素においてイベントを検出した後一定の休眠期間を経て次のイベント検出を行うため、休眠期間に生じた輝度変化に基づくイベントは検出されない。休眠期間と照射位置移動タイミングは予め設定するものとしてもよいし、同期装置を用いて動的に制御してもよい。あるいは、同様のレーザ照射装置について、算出処理部１３において照射位置変更に基づくイベントとスペックルの変化によるイベントを分類する処理を行ってもよい。例えばＴ秒ごとに照射位置を変更する場合、周期Ｔで発生するイベントは照射位置変更によるものとすることができる。あるいは画素ごとに照射期間中に発生する一連のイベント群について、始めと終わりの一定期間分のイベントを照射位置変更によるものとすることができる。
【0062】
（第２の実施形態）
図８は、第２の実施形態における計測装置１ａと、計測装置１ａの計測対象である散乱体３２とを示すブロック図である。第２の実施形態において、第１の実施形態と同一の構成については、同一の符号を付し、以下、異なる構成について説明する。第２の実施形態における散乱体３２は、例えば、時間が経過するとともに形状が変形し、コヒーレント光を受けて散乱光を生じさせる物体であれば、どのような物体であってもよい。
図８は、第２の実施形態における計測装置１ａと、計測装置１ａの計測対象である散乱体３２とを示すブロック図である。第２の実施形態において、第１の実施形態と同一の構成については、同一の符号を付し、以下、異なる構成について説明する。第２の実施形態における散乱体３２は、例えば、時間が経過するとともに形状が変形し、コヒーレント光を受けて散乱光を生じさせる物体であれば、どのような物体であってもよい。
【0063】
計測装置１ａは、照射部１１ａ、計測部１２、算出処理部１３ａ、光分岐部１４及び光集束部１５を備える。照射部１１ａは、第１の実施形態の照射部１１において内部に備える光学素子の位置を、レーザ光を拡散させる位置からレーザ光を直進させる位置に調節したものであり、直進するレーザ光４１をコヒーレント光として一定の光強度で生成して照射する。光分岐部１４は、照射部１１ａのレーザ光４１の照射点から計測部１２の受光部２１の受光面に至る光路を光路差が生じるように２つの光路に分岐する。図８では、一例として、光分岐部１４が、照射部１１ａが照射するレーザ光４１を光路差が生じるように分岐して２つのレーザ光４２，４３を散乱体３２に対して照射する構成を示している。
【0064】
散乱体３２がレーザ光４２を受けることにより散乱光５２が受光部２１の受光面の方向に照射され、散乱体３２がレーザ光４３を受けることにより散乱光５３が受光部２１の受光面の方向に照射される。光集束部１５は、光分岐部１４が分岐した２つの光路を集束、すなわち、散乱光５２と、散乱光５３とを集束し、集束した散乱光５２，５３の干渉によって生じるスペックルパターンを受光部２１の受光面に結像させる。光集束部１５として、例えば、凸レンズなどが適用されるが、スペックルパターンを受光部２１の受光面に結像させることができるのであれば、凸レンズ以外の光学素子であってもよい。
【0065】
図９は、光分岐部１４及び光集束部１５に適用される光学系の例として、４通りの光学系の構成を示す図であり、以下に示す参考文献２の図３１・３４に示されている４つの光学系の線図の部分を引用し、光学系の構成の説明を行うために符号を付した図である。なお、説明の都合上、参考文献２の図３１・３４とは図の順番を入れ替えて示している。
【0066】
［参考文献２：株式会社光響、Optimedia、“３１・３ スペックル”、［online］、［令和３年８月１８日検索］、インターネット<https://optipedia.info/laser/handbook/laser-handbook-7th-section/31-3/>］
【0067】
（２光束法を適用した光分岐部の構成）
図９（ａ）は、図８に示した１つのレーザ光４１を２つのレーザ光４２，４３に分岐する光分岐部１４の一例であり、２光束法と呼ばれる光学系である。図９（ａ）において、ハーフミラー６１、ミラー６２，６４、凸レンズ６３，６５が、光分岐部１４に含まれる光学素子である。図９（ａ）では、光集束部１５の一例として、凸レンズ１５ａを備える例を示しており、図９（ｂ）～（ｄ）においても同様の例を示している。図９（ａ）では、形状が変形する前の散乱体３２を、散乱体３２－１として示し、形状が変形した後の散乱体３２を、散乱体３２－２として示している。
図９（ａ）は、図８に示した１つのレーザ光４１を２つのレーザ光４２，４３に分岐する光分岐部１４の一例であり、２光束法と呼ばれる光学系である。図９（ａ）において、ハーフミラー６１、ミラー６２，６４、凸レンズ６３，６５が、光分岐部１４に含まれる光学素子である。図９（ａ）では、光集束部１５の一例として、凸レンズ１５ａを備える例を示しており、図９（ｂ）～（ｄ）においても同様の例を示している。図９（ａ）では、形状が変形する前の散乱体３２を、散乱体３２－１として示し、形状が変形した後の散乱体３２を、散乱体３２－２として示している。
【0068】
凸レンズ６３，６５，１５ａと、ミラー６２，６４が配置される位置関係は、以下の通りである。凸レンズ１５ａの光軸６６と、ミラー６２によってレーザ光が反射される方向であって凸レンズ６３の光軸である光軸６７とが成す角度と、光軸６６と、ミラー６４によってレーザ光が反射される方向であって凸レンズ６５の光軸である光軸６８とが成す角度が一致し、光軸６６と、光軸６７と、光軸６８とが変形前の散乱体３２－１の表面において交差するように配置される。光軸６７と光軸６８とが成す角度は、凸レンズ１５ａの開口角よりも大きな角度になるように定められる。凸レンズ１５ａは、その光軸が計測部１２の受光部２１の受光面と垂直になり、散乱体３２－１，３２－２と受光部２１との間の位置であって、受光部２１の受光面においてスペックルパターンが結像する位置に配置される。
【0069】
ハーフミラー６１及びミラー６２，６４は、照射部１１ａが照射するレーザ光４１がハーフミラー６１により反射されてミラー６２に到達し、レーザ光４１がハーフミラー６１を透過してミラー６４に到達するように配置される。ハーフミラー６１及びミラー６２，６４は、照射部１１ａの照射点から受光部２１の受光面に至る光路に光路差が生じるように配置される。
【0070】
上記のように配置することにより、照射部１１ａが照射するレーザ光４１は、ハーフミラー６１によって反射されてミラー６２に到達するレーザ光と、ハーフミラー６１を透過してミラー６４に到達するレーザ光とに分岐する。ミラー６２は、受光したレーザ光を光軸６７の方向に反射し、反射されたレーザ光は、凸レンズ６３により拡散されて散乱体３２－１，３２－２に照射される。ミラー６４は、受光したレーザ光を光軸６８の方向に反射し、反射されたレーザ光は、凸レンズ６５により拡散されて散乱体３２－１，３２－２に照射される。例えば、図８の光分岐部１４が照射するレーザ光４２が、凸レンズ６３によって拡散されたレーザ光に対応し、レーザ光４３が、凸レンズ６５によって拡散されたレーザ光に対応する。以下、凸レンズ６３によって拡散されたレーザ光を、レーザ光４２といい、凸レンズ６５によって拡散されたレーザ光を、レーザ光４３という。
【0071】
変形前の散乱体３２－１が、レーザ光４２を受けることにより生じる散乱光を散乱光５２－１とし、変形後の散乱体３２－２が、レーザ光４２を受けることにより生じる散乱光を散乱光５２－２とする。同様に、変形前の散乱体３２－１が、レーザ光４３を受けることにより生じる散乱光を散乱光５３－１とし、変形後の散乱体３２－２が、レーザ光４３を受けることにより生じる散乱光を散乱光５３－２とする。散乱光５２－１，５２－２，５３－１，５３－２は、凸レンズ１５ａにより集光されて受光部２１の受光面に到達する。
【0072】
変形前の散乱体３２－１から生じる散乱光５２－１，５３－１は、光路差がある２つの方向から照射されたレーザ光によって生じた光であり、散乱光５２－１，５３－１が干渉することにより光路差によって生じた位相差が反映されたスペックルパターンが受光部２１の受光面に結像されることになる。ここで、散乱体３２－１の計測対象の面、すなわちレーザ光４２，４３が照射されている面が、符号３９ａの矢印で示す方向に動くような変形が生じて散乱体３２－２になったとする。以下、このような変形による変位を、計測対象の面に平行な変位である面内変位という。変形後の散乱体３２－２の散乱光５２－２，５３－２も、光路差がある２つの方向から照射されたレーザ光によって生じた光であり、散乱光５２－２，５３－２が干渉することにより光路差及び散乱体３２－１から散乱体３２－２に変形した際の変位量によって生じた位相差が反映されたスペックルパターンが受光部２１の受光面に結像されることになる。
【0073】
（参照光法を適用した光分岐部の構成）
図９（ｂ）に示す光学系は、参照光法と呼ばれる光学系である。なお、図９（ｂ）においても、形状が変形する前の散乱体３２を、散乱体３２－１として示し、形状が変形した後の散乱体３２を、散乱体３２－２として示している。参照光法においても、散乱体３２－１がレーザ光を受けることにより生じる散乱光を散乱光５２－１とし、散乱体３２－２がレーザ光を受けることにより生じる散乱光を散乱光５２－２とする。参照光法では、上記した２光束法のように、２つのレーザ光を散乱体３２－１，３２－２に照射するのではなく、レーザ光の一方を散乱体３２－１，３２－２に照射し、レーザ光の他方を参照光として受光部２１の受光面に照射する構成になる。
図９（ｂ）に示す光学系は、参照光法と呼ばれる光学系である。なお、図９（ｂ）においても、形状が変形する前の散乱体３２を、散乱体３２－１として示し、形状が変形した後の散乱体３２を、散乱体３２－２として示している。参照光法においても、散乱体３２－１がレーザ光を受けることにより生じる散乱光を散乱光５２－１とし、散乱体３２－２がレーザ光を受けることにより生じる散乱光を散乱光５２－２とする。参照光法では、上記した２光束法のように、２つのレーザ光を散乱体３２－１，３２－２に照射するのではなく、レーザ光の一方を散乱体３２－１，３２－２に照射し、レーザ光の他方を参照光として受光部２１の受光面に照射する構成になる。
【0074】
図９（ｂ）において凸レンズ７１、ハーフミラー７２、ミラー７３が光分岐部１４に含まれる光学素子である。ミラー７３は、ミラー７３の反射面が、照射部１１ａが照射するレーザ光４１が直進する方向に対して垂直になるように配置される。ハーフミラー７２は、照射部１１ａが照射するレーザ光４１が直進する方向に対して４５度傾いた位置に配置される。凸レンズ７１は、その光軸が、レーザ光４１が直進する方向に一致するように配置される。光集束部１５の一例である凸レンズ１５ａは、その光軸が、計測部１２の受光部２１の受光面と垂直になるように配置される。凸レンズ１５ａは、ハーフミラー７２を透過して到達する散乱光５２－１，５２－２を集光して受光部２１の受光面においてスペックルパターンが結像する位置に配置される。
【0075】
上記のように配置することにより、照射部１１ａが照射するレーザ光４１は、凸レンズ７１によって拡散され、拡散されたレーザ光４１は、ハーフミラー７２により反射されて散乱体３２－１，３２－２の方向に進むレーザ光と、ハーフミラー７２を透過してミラー７３に到達するレーザ光とに分岐する。以下、ハーフミラー７２を透過してミラー７３に到達するレーザ光を参照光という。散乱体３２－１，３２－２がレーザ光を受けることにより生じる散乱光５２－１，５２－２は、ハーフミラー７２の方向に進み、ハーフミラー７２を透過し、凸レンズ１５ａにより集光されて受光部２１の受光面に到達する。これに対して、参照光は、ミラー７３によりハーフミラー７２の方向に反射され、更に、ハーフミラー７２により反射されて凸レンズ１５ａの方向に進み、凸レンズ１５ａにより集光されて受光部２１の受光面に到達する。
【0076】
受光部２１の受光面に散乱光５２－１と、参照光とが到達すると、散乱光５２－１と、参照光とが干渉することにより、散乱光５２－１と参照光の光路差により生じた位相差が反映されたスペックルパターンが受光部２１の受光面に結像されることになる。ここで、散乱体３２－１が、符号３９ｂの矢印で示す方向に動くような変形が生じて散乱体３２－２になったとする。以下、このような変形による変位を、散乱体３２－１の計測対象の面、すなわちハーフミラー７２により反射されたレーザ光が照射される面に平行でない変位である面外変位という。散乱体３２－１から散乱体３２－２への変形の後に、受光部２１の受光面に散乱光５２－２と、参照光とが到達すると、散乱光５２－２と、参照光とが干渉することにより、散乱光５２－２と参照光の光路差及び散乱体３２－１から散乱体３２－２に変形した際の変位量により生じた位相差が反映されたスペックルパターンが受光部２１の受光面に結像されることになる。
【0077】
（２開口法を適用した光分岐部の構成）
図９（ｃ）に示す光学系は、２開口法と呼ばれる光学系である。なお、図９（ｃ）においても、形状が変形する前の散乱体３２を、散乱体３２－１として示し、形状が変形した後の散乱体３２を、散乱体３２－２として示している。２開口法においても、散乱体３２－１がレーザ光を受けることにより生じる散乱光を散乱光５２－１とし、散乱体３２－２がレーザ光を受けることにより生じる散乱光を散乱光５２－２とする。２開口法では、照射部１１ａのレーザ光４１の照射点から計測部１２の受光部２１の受光面に至る光路の途中に、２か所にスリットを有する複開口板８２を配置することにより、光路差がある２つの光路を生成する。
図９（ｃ）に示す光学系は、２開口法と呼ばれる光学系である。なお、図９（ｃ）においても、形状が変形する前の散乱体３２を、散乱体３２－１として示し、形状が変形した後の散乱体３２を、散乱体３２－２として示している。２開口法においても、散乱体３２－１がレーザ光を受けることにより生じる散乱光を散乱光５２－１とし、散乱体３２－２がレーザ光を受けることにより生じる散乱光を散乱光５２－２とする。２開口法では、照射部１１ａのレーザ光４１の照射点から計測部１２の受光部２１の受光面に至る光路の途中に、２か所にスリットを有する複開口板８２を配置することにより、光路差がある２つの光路を生成する。
【0078】
凸レンズ８１、複開口板８２が光分岐部１４に含まれる光学素子である。凸レンズ８１は、その光軸が、照射部１１ａが照射するレーザ光４１が直進する方向に一致するように配置される。光集束部１５の一例である凸レンズ１５ａは、その光軸８３が計測部１２の受光部２１の受光面及び複開口板８２の平面部分の面と垂直になるように配置される。凸レンズ１５ａは、複開口板８２を通過して到達する散乱光５２－１，５２－２を集光して受光部２１の受光面においてスペックルパターンが結像する位置に配置される。複開口板８２は、平面の部分の面が受光部２１の受光面と平行になるように配置され、更に、光軸８３と交差する位置から、２つのスリットの各々までの距離が均等になるように配置される。
【0079】
上記のように配置することにより、照射部１１ａが照射するレーザ光４１は、凸レンズ８１によって拡散され、拡散されたレーザ光４１は、散乱体３２－１，３２－２に照射される。散乱体３２－１，３２－２が拡散されたレーザ光４１を受けることにより生じる散乱光５２－１，５２－２は、複開口板８２の２か所のスリットを通過する際に回折によって光路差が生じることになる。複開口板８２の２か所のスリットを通過した散乱光５２－１，５２－２は、凸レンズ１５ａにより集光されて受光部２１の受光面に到達する。
【0080】
複開口板８２により光路差が生じた２つの光路を通じて、散乱光５２－１が、受光部２１の受光面に到達すると、光路差により生じた位相差が反映されたスペックルパターンが受光部２１の受光面に結像されることになる。ここで、散乱体３２－１の計測対象の面、すなわち凸レンズ８１により拡散されたレーザ光が照射されている面が、符号３９ｃの矢印で示す方向に動くような変形が生じて散乱体３２－２になったとする。すなわち、散乱体３２－１において、図９（ａ）に示した２光束法と同様の面内変位が生じたとする。この場合、複開口板８２により光路差が生じた２つの光路を通じて、散乱光５２－２が、受光部２１の受光面に到達すると、光路差及び散乱体３２－１から散乱体３２－２に変形した際の変位量により生じた位相差が反映されたスペックルパターンが受光部２１の受光面に結像されることになる。
【0081】
（横ずらし法を適用した光分岐部の構成）
図９（ｄ）に示す光学系は、横ずらし法と呼ばれる光学系である。横ずらし法では、照射部１１ａのレーザ光４１の照射点から計測部１２の受光部２１の受光面に至る光路の途中に、バイプリズム９２を配置することにより、光路差がある２つの光路を生成する。凸レンズ９１、バイプリズム９２が光分岐部１４に含まれる光学素子である。凸レンズ９１は、その光軸９３が、照射部１１ａが照射するレーザ光４１が直進する方向に一致するように配置される。バイプリズム９２は、いわゆる複プリズムであり、断面が１８０度に近い頂角を有する二等辺三角形になっている三角柱形状のプリズムである。バイプリズム９２は、二等辺三角形の形状の底辺を含む面が、受光部２１の受光面と平行になるように配置される。光集束部１５の一例である凸レンズ１５ａは、その光軸が、計測部１２の受光部２１の受光面及びバイプリズム９２の二等辺三角形の形状の底辺を含む面と垂直になり、当該二等辺三角形の形状の頂角を含む辺と交差するように配置される。凸レンズ１５ａは、バイプリズム９２を透過して到達する散乱光５２－１，５２－２を集光して受光部２１の受光面においてスペックルパターンが結像する位置に配置される。
図９（ｄ）に示す光学系は、横ずらし法と呼ばれる光学系である。横ずらし法では、照射部１１ａのレーザ光４１の照射点から計測部１２の受光部２１の受光面に至る光路の途中に、バイプリズム９２を配置することにより、光路差がある２つの光路を生成する。凸レンズ９１、バイプリズム９２が光分岐部１４に含まれる光学素子である。凸レンズ９１は、その光軸９３が、照射部１１ａが照射するレーザ光４１が直進する方向に一致するように配置される。バイプリズム９２は、いわゆる複プリズムであり、断面が１８０度に近い頂角を有する二等辺三角形になっている三角柱形状のプリズムである。バイプリズム９２は、二等辺三角形の形状の底辺を含む面が、受光部２１の受光面と平行になるように配置される。光集束部１５の一例である凸レンズ１５ａは、その光軸が、計測部１２の受光部２１の受光面及びバイプリズム９２の二等辺三角形の形状の底辺を含む面と垂直になり、当該二等辺三角形の形状の頂角を含む辺と交差するように配置される。凸レンズ１５ａは、バイプリズム９２を透過して到達する散乱光５２－１，５２－２を集光して受光部２１の受光面においてスペックルパターンが結像する位置に配置される。
【0082】
上記のように配置することにより、照射部１１ａが照射するレーザ光４１は、凸レンズ９１によって拡散され、拡散されたレーザ光は、散乱体３２に照射される。散乱体３２がレーザ光を受けることにより生じる散乱光５２は、バイプリズム９２を透過する。散乱光５２がバイプリズム９２を透過する際に、バイプリズム９２の光学的作用により、図９（ｄ）に示すように、散乱体３２のレーザ光が照射される計測対象の面上において、少しずれた位置に、散乱体３２の複像３２Ｄが形成される。ここで、複像３２Ｄを形成する光であってバイプリズム９２によって生成された光を複像光５２Ｄとする。散乱光５２と、複像光５２Ｄとには、バイプリズム９２の光学的作用による光路差が生じることになる。バイプリズム９２を透過した散乱光５２と、バイプリズム９２により生成された複像光５２Ｄとは、凸レンズ１５ａにより集光されて受光部２１の受光面に到達する。
【0083】
散乱光５２と、複像光５２Ｄとが、受光部２１の受光面に到達すると、光路差により生じた位相差が反映されたスペックルパターンが受光部２１の受光面に結像されることになる。ここで、散乱体３２において、図９（ｂ）の参照光法のケースにおいて示した面外変位の変形、すなわち、散乱体３２が計測対象の面と平行でない変位が生じたとする。この場合、散乱光５２と、複像光５２Ｄとが、受光部２１の受光面に到達すると、光路差及び散乱体３２の変形による変位量により生じた位相差が反映されたスペックルパターンが受光部２１の受光面に結像されることになる。
【0084】
図９（ａ）～（ｄ）に示したいずれかの光学系を適用した光分岐部１４を用いることにより、変形前の散乱体３２－１によって生じたスペックルパターンと、変形後の散乱体３２－２によって生じたスペックルパターンとが得られることになる。変形前後の２つのスペックルパターンの差の二乗を算出すると干渉縞が得られることになる。得られた干渉縞の明暗は、散乱体３２が変形した際の変位量に依存し、変位量がレーザ光４１の波長の整数倍であるときに最も暗くなり、変位量がレーザ光４１の波長の半整数倍であるときに最も明るくなる。１本の干渉縞は、同一の変位量を示しており、散乱体３２の表面が連続している場合、干渉縞は、高度を変位量に替えた等高線とみなすことができる。したがって、干渉縞の間隔が細かい領域では変位量の変化が大きく散乱体３２の形状が急激に変化していることを示しており、干渉縞の間隔が粗い領域では変位量の変化が小さく散乱体３２の形状が緩やかに変化していることを示すことになる。このように、計測領域に対応するスペックルパターンを計測部１２の受光部２１の画素２２－１～２２－ｎにより受光して、散乱体３２の形状の変形の前後で比較することにより、散乱体３２の形状の変形に伴って生じた画素２２－１～２２－ｎの各々に対応する散乱体３２の位置の変位量を推定することができる。
【0085】
（第２の実施形態の計測装置による処理）
図１０を参照しつつ、第２の実施形態における計測装置１ａによる処理について説明する。図１０は、算出処理部１３ａによる処理の流れを示すフローチャートである。なお、ここでは、光分岐部１４として、図９（ａ）に示した２光束法の光学系が適用されており、光集束部１５として凸レンズ１５ａが適用されているものとして、計測装置１ａによる処理について説明する。
図１０を参照しつつ、第２の実施形態における計測装置１ａによる処理について説明する。図１０は、算出処理部１３ａによる処理の流れを示すフローチャートである。なお、ここでは、光分岐部１４として、図９（ａ）に示した２光束法の光学系が適用されており、光集束部１５として凸レンズ１５ａが適用されているものとして、計測装置１ａによる処理について説明する。
【0086】
図１０のフローチャートの処理が開始される前提として、以下に示すことが行われているものとする。照射部１１ａは、レーザ光４１を生成して光分岐部１４に出力する。光分岐部１４において、ハーフミラー６１は、照射部１１ａが照射するレーザ光４１を、ミラー６２に到達するレーザ光と、ミラー６４に到達するレーザ光とに分岐する。ミラー６２は、受光したレーザ光を光軸６７の方向に反射し、反射されたレーザ光は、凸レンズ６３により拡散されてレーザ光４２になる。ミラー６４は、受光したレーザ光を光軸６８の方向に反射し、反射されたレーザ光は、凸レンズ６５により拡散されてレーザ光４３になる。レーザ光４２と、レーザ光４３とが、散乱体３２に照射される。散乱体３２が、レーザ光４２を受けることにより生じる散乱光５２と、散乱体３２がレーザ光４３を受けることにより生じる散乱光５３とが、凸レンズ１５ａにより集光される。凸レンズ１５ａにより集光された散乱光５２と、散乱光５３とが干渉することにより、受光部２１の受光面の画素２２－１～２２－ｎにおいてスペックルパターンが生じることになる。
【0087】
散乱体３２の形状が変形していない場合、散乱光５２と、散乱光５３とに変化が生じないため、受光部２１の受光面の画素２２－１～２２－ｎにおいて生じるスペックルパターンも変化しない。この場合、画素２２－１～２２－ｎの各々がスペックルパターンの光を受光して出力する輝度値は変化しないため、イベント検出部２３は、いずれの画素２２－１～２２－ｎからも「０」の輝度変化量を検出することになる。ただし、実際には、ノイズなどが存在するため、イベント検出部２３が検出する輝度変化量は、「０」にならない場合もあるが、検出閾値以上になることはない。したがって、この場合、イベント検出部２３は、イベントデータを出力することもない。
【0088】
これに対して、散乱体３２の形状が変形した場合、散乱光５２と、散乱光５３とに、散乱体３２の形状が変形した際の変位量に応じた変化が生じることになる。そのため、散乱光５２と、散乱光５３の変化に応じてスペックルパターンが変化することになる。スペックルパターンが変化すると、スペックルパターンの変化が生じている位置に対応する画素２２－１～２２－ｎが検出する輝度値は変化することになる。イベント検出部２３は、画素２２－１～２２－ｎが出力する輝度値から輝度変化量を検出した場合に、検出した輝度変化量が予め定められる検出閾値以上の輝度変化量であると判定したとき、当該輝度変化量に対応する画素２２に対するイベントデータを生成して出力することになる。
【0089】
以下、図１０のフローチャートにしたがって処理の流れを説明する。算出処理部１３ａは、イベント検出部２３が非同期に出力するイベントデータを取り込む（ステップＳｅ１）。算出処理部１３ａは、イベントデータの各々に含まれる画素２２の位置と、検出時刻とに基づいて、予め定められた時間内の画素２２－１～２２－ｎの各々のイベントデータの数をカウントする（ステップＳｅ２）。
【0090】
算出処理部１３ａは、画素２２－１～２２－ｎの各々のイベントデータの数を画素値とする画像データを生成する（ステップＳｅ３）。上記したように、変形前後の２つのスペックルパターンの差の二乗を算出して得られる干渉縞の明暗は散乱体３２の形状が変形した際の変位量に依存している。干渉縞の明るい部分は、散乱体３２の変形前後の輝度変化量が大きいため、イベントデータが多くなる。これに対して、干渉縞の暗い部分では、散乱体３２の変形前後の輝度変化量が小さいため、イベントデータが少なくなるか、または、イベントデータが存在しないことになる。したがって、算出処理部１３ａが生成する画像データによって表される画像は、干渉縞の変化を示した画像になる。
【0091】
上記したように、干渉縞の間隔が細かい領域では変位量が大きく散乱体３２が急激に変化していることを示しており、干渉縞の間隔が粗い領域では変位量が小さく散乱体３２が緩やかに変化していることを示している。算出処理部１３ａは、生成した画像データを周波数解析して、画素２２－１～２２－ｎの各々の位置における干渉縞の間隔の細かさを算出する。算出処理部１３ａは、算出した画素２２－１～２２－ｎの各々の位置における干渉縞の間隔の細かさから、画素２２－１～２２－ｎの各々に対応する散乱体３２の位置における変位量を算出する（ステップＳｅ４）。
【0092】
図９（ａ），（ｃ）の場合、すなわち２光束法と２開口法の各々を適用した場合、算出処理部１３ａは、図９（ａ），（ｃ）の符号３９ａ，３９ｃの方向、すなわち散乱体３２の計測対象の面と平行な方向における散乱体３２の変位量を算出することになる。図９（ｂ）の場合、すなわち参照光法を適用した場合、算出処理部１３ａは、図９（ｂ）の符号３９ｂの方向、すなわち散乱体３２の計測対象の面と平行でない方向における散乱体３２の変位量を算出することになる。図９（ｄ）の場合、すなわち横ずらし法の場合、算出処理部１３ａは、散乱体３２の面外変位による変形によって生じる散乱体３２と複像３２Ｄのズレの方向に対する傾きを散乱体３２の変位量として算出する。したがって、散乱体３２と複像３２Ｄのズレ量が十分に小さい場合、算出処理部１３ａが算出する変位量は、散乱体３２の面外変位の微分値を示すことになる。図９（ａ）～（ｄ）のいずれの光学系を光分岐部１４に適用するかは、散乱体３２におけるいずれの方向の変位量を検出するかによって適宜定められることになる。
【0093】
上記の第２の実施形態の計測装置１ａにおいて、照射部１１ａは、形状が変形する散乱体３２に照射するコヒーレント光を生成する。光分岐部１４は、照射部１１ａから計測部１２の複数の画素２２－１～２２－ｎに至る光路を光路差が生じるように２つの光路に分岐する。光集束部１５は、光分岐部１４が分岐した２つの光路を集束して計測部１２が備える複数の画素２２－１～２２－ｎにスペックルパターンを結像させる。計測部１２は、散乱体３２がコヒーレント光を受けることにより生じる散乱光５２，５３の干渉により生成されるスペックルパターンの光を複数の画素２２－１～２２－ｎにより受光し、画素２２－１～２２－ｎの各々がスペックルパターンの光を受光して検出する輝度値の変化を示す輝度変化量が予め定められる検出対象の輝度変化量を有する画素２２－１～２２－ｎを検出し、検出した画素２２－１～２２－ｎの位置と、画素２２－１～２２－ｎの輝度変化量の変化方向を示す符号値と、検出した時刻を示す検出時刻とを含むイベントデータを出力する。算出処理部１３ａは、予め定められた時間内における画素２２－１～２２－ｎごとのイベントデータの数を画素値とする画像データを生成し、生成した画像データに基づいて、散乱体３２の変形に伴って生じた変位量を算出する。
【0094】
上記の構成により、散乱体３２の形状が変形することにより、光分岐部１４が分岐した２つの光路において、散乱体３２の形状が変形する際の変位量に応じた光路差が加わることになり、加わった光路差分の位相差が生じることになる。そのため、光集束部１５が複数の画素２２－１～２２－ｎに結像させるスペックルパターンに、生じた位相差に応じた変化が現れることになる。したがって、画素２２－１～２２－ｎの各々に対応するイベントデータの数を画素値とする画像データを生成することにより、生成した画像データの画像は、干渉縞の間隔の細かさによって、散乱体３２の形状の変形の前後のスペックルパターンの変化が示された画像になる。算出処理部１３ａは、生成した画像データを周波数解析することにより、干渉縞の間隔の細かさから散乱体３２の形状が変形する際の変位量を算出することが可能になる。算出処理部１３ａによるイベントデータに基づく画像データの生成において、フレームカメラのように複数回の継続的な画像データの取得を行う必要がないことから、計測装置１ａは、いわゆるリアルタイム計測のように計測の時間間隔に制約がある条件下で、変化が一定でない物体の変化をスペックルパターンに基づいて推定することが可能になる。
【0095】
なお、上記の第２の実施形態では、図９（ｂ）の凸レンズ７１、図９（ｃ）の凸レンズ８１及び図９（ｄ）の凸レンズ９１は、光分岐部１４に含まれるとしている。これに対して、光分岐部１４が、凸レンズ７１，８１，９１を含まず、照射部１１ａの内部に備えられている光学素子の位置を調節して、照射部１１ａが拡散したレーザ光を照射するようにしてもよい。
【0096】
上記の第２の実施形態では、光分岐部１４は、図９（ａ）～図９（ｄ）の光学系のいずれが適用される場合であっても、照射部１１ａから計測部１２の複数の画素２２－１～２２－ｎに至る光路を光路差が生じるように２つに分岐している。これに対して、光分岐部１４は、照射部１１ａから計測部１２の複数の画素２２－１～２２－ｎに至る光路を光路差が生じるように３つ以上の複数の光路に分岐するようにしてもよい。この場合、光集束部１５は、光分岐部１４が分岐した３つ以上の複数の光路を集束して計測部１２が備える画素２２－１～２２－ｎにスペックルパターンを結像させることになる。
【0097】
上記の第１及び第２の実施形態では、イベント検出部２３は、ある画素２２の輝度変化量が、予め定められる検出閾値以上の輝度変化量であると判定した場合、当該輝度変化量に対応する画素２２を予め定められる検出対象の輝度変化量を有している画素２２として検出するようにしている。これに対して、イベント検出部２３は、ある画素２２の輝度変化量が、予め定められる検出閾値を超える輝度変化量であると判定した場合、当該輝度変化量に対応する画素２２を予め定められる検出対象の輝度変化量を有している画素２２として検出するようにしてもよい。ただし、この場合、第１の実施形態に示した画素２２－１～２２－ｎの輝度値の最大値と最小値との差の絶対値を検出閾値とする構成において、正しい判定が行われるようにするため、輝度値の最大値と最小値との差の絶対値をそのまま検出閾値にするのではなく、輝度値の最大値と最小値との差の絶対値からイベント検出部２３の判定精度に応じた微小値を減算した値を検出閾値とする必要がある。
【0098】
上記した第１の実施形態の計測装置１は、散乱体３０が、例えば、人体であり、移動散乱体３１が、例えば、血液である場合、血流を測定する測定装置ということもでき、血流を観測する観測装置ということもできる。第２の実施形態の計測装置１ａは、散乱体３２が、例えば、人体である場合、人体の形状の変化を測定する測定装置ということもでき、人体の形状の変化を観察する観察装置ということもできる。
【0099】
上述した第１及び第２の実施形態における算出処理部１３，１３ａをコンピュータで実現するようにしてもよい。その場合、この機能を実現するためのプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行することによって実現してもよい。なお、ここでいう「コンピュータシステム」とは、ＯＳや周辺機器等のハードウェアを含むものとする。また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＲＯＭ、ＣＤ－ＲＯＭ等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。さらに「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムを送信する場合の通信線のように、短時間の間、動的にプログラムを保持するもの、その場合のサーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリのように、一定時間プログラムを保持しているものも含んでもよい。また上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであってもよく、さらに前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるものであってもよく、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）等のプログラマブルロジックデバイスを用いて実現されるものであってもよい。
【0100】
以上、この発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計等も含まれる。
【符号の説明】
【0101】
１…計測装置、１１…照射部、１２…計測部、１３…算出処理部、２１…受光部、２２－１～２２－ｎ…画素、２３…イベント検出部、３０…散乱体、３１…移動散乱体
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】