特開 2024-104333 測定装置

(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】P2024104333

(43)【公開日】2024-08-05

(54)【発明の名称】測定装置

(51)【国際特許分類】

   A61B 8/13 20060101AFI20240729BHJP

   G01N 21/00 20060101ALI20240729BHJP

   G01N 21/01 20060101ALI20240729BHJP

【ＦＩ】

A61B8/13

G01N21/00 A

G01N21/01 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 2023008476

(22)【出願日】2023-01-24

(71)【出願人】

【識別番号】504209655

【氏名又は名称】国立大学法人佐賀大学

(71)【出願人】

【識別番号】591230619

【氏名又は名称】株式会社ナリス化粧品

(74)【代理人】

【識別番号】100098394

【弁理士】

【氏名又は名称】山川 茂樹

(72)【発明者】

【氏名】山岡 禎久

(72)【発明者】

【氏名】安倉（恒原） 由佳

【テーマコード（参考）】

2G059

4C601

【Ｆターム（参考）】

2G059AA05

2G059BB12

2G059EE16

2G059GG01

2G059GG05

2G059GG08

2G059GG10

2G059JJ11

2G059KK08

4C601DE16

4C601EE11

(57)【要約】

【課題】周囲の生体組織の光音響波を抑えることで、皮膚表面より内部の毛や毛根の光音響波の検出を容易にして測定する。
【解決手段】この測定装置は、光源１０１、光学系１０２、センサ１０３を備える。光源１０１は、測定対象の生体１５１を構成する物質が吸収する波長の光１４１を出射する。光源１０１は、所定のビーム径の光１４１を出射する。光学系１０２は、光源１０１から出射した光を、生体１５１内の測定部位１５２に集光する。光学系１０２は、アキシコンレンズ１０２ａから構成されている。センサ１０３は、光学系１０２を通過した光を照射した測定部位１５２から発生する光音響波を検出する。センサ１０３は、超音波である光音響波を検出して電気信号（光音響信号）に変換して出力する。さらに、光学系１０２の集光位置を測定部位１５２の領域に制限する遮光部材１０４を備える。
【選択図】 図１Ａ

【特許請求の範囲】

【請求項1】

測定対象の物質が吸収する波長の光を出射する光源と、
前記光源から出射した光を測定部位に集光するアキシコンレンズから構成された光学系と、
前記アキシコンレンズを通過する光の内縁部を遮光する遮光部材と、
前記光学系を通過した光を照射した前記測定部位から発生する光音響波を検出するセンサと
を備える測定装置。

【請求項2】

請求項１記載の測定装置において、
前記光学系の集光位置は、前記アキシコンレンズによって形成されるベッセルゾーンであることを特徴とする測定装置。

【請求項3】

請求項１記載の測定装置において、
前記光学系は、前記アキシコンレンズの出射側に配置され、前記アキシコンレンズを通過してベッセルゾーンを形成した後のリングビームを前記測定部位に集光する集光レンズをさらに備えることを特徴とする測定装置。

【請求項4】

請求項１～３のいずれか１項に記載の測定装置において、
前記遮光部材は、前記アキシコンレンズの入射側および出射側の少なくとも一方に配置されることを特徴とする測定装置。

【請求項5】

請求項１記載の測定装置において、
前記光源は、パルスレーザを出射することを特徴とする測定装置。

【請求項6】

測定対象の物質が吸収する波長の光を出射する光源と、
前記光源から出射した光を測定部位に集光する光学系と、
前記光学系を通過した光を照射した前記測定部位から発生する光音響波を検出するセンサと
を備え、
前記光学系は、アキシコンレンズと、前記アキシコンレンズを通過して第１ベッセルゾーンを形成した後のリングビームを前記測定部位に集光して第２ベッセルゾーンを形成する集光レンズとを備える測定装置。

【請求項7】

請求項６記載の測定装置において、
前記光学系は、前記アキシコンレンズと前記集光レンズとの間に前記第１ベッセルゾーンを形成するためのベッセルゾーン制御レンズをさらに備えることを特徴とする測定装置。

【請求項8】

請求項６または７記載の測定装置において、
前記光源は、パルスレーザを出射することを特徴とする測定装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、非侵襲に生体内部の状態を測定する測定装置に関する。

【背景技術】

【0002】

例えば、非侵襲に生体内部を測定・観察する技術として、光音響法による測定がある（特許文献１、非特許文献１）。生体にある量の光（電磁波）を照射した場合、照射した光は生体に含有される分子に吸収される。光が照射された部分における測定対象の分子は、照射された光を吸収することで局所的に加熱されて膨張を起こし、音波を発生する。この音波の圧力は、光を吸収する分子の量に依存する。光音響法は、この音波を測定することにより生体内を測定する技術である。

【0003】

光音響法を用いることで、例えば、皮膚の表面より内部の毛の状態を観察することが可能となる。例えば、毛や毛根の周辺組織は、毛周期に伴ってｍｍの大きなオーダーで形態・位置関係の変化を起こす。毛や毛根の周辺組織の細胞は、形態・位置関係の変化とともに分泌物を変化させる。毛や毛根の周辺組織は、構造や分泌物で相互に関連しながら大きな形態変化を繰り返す。これら現象の詳細な観察は、皮膚の病理・生理の更なる理解につながるものと考えられる。光音響測定によれば、毛を摘出すること無く、生体同部位の反復測定で経時的変化の追跡を可能にする。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０１９－０９８０４９号公報

【非特許文献】

【0005】

【非特許文献1】株式会社アドバンテスト 製品情報 新規事業製品、「光超音波顕微鏡 ＨａｄａｔｏｍｏTM Ｚ ＷＥＬ５２００」、［令和４年１２月１９日検索］、（https://www.advantest.com/ja/products/leading-edge-products/hadatomo/wel5200.html）。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

ところで、例えば皮膚表面より内部の毛の光音響測定では、従来、毛とその周囲の生体組織それぞれからの光音響波を入射光の波長や光音響波の強度の違いに基づき識別することによって毛の形態を特定している。しかしながら、皮膚表面より内部の毛を検出するために使用する励起光と同じ波長の光に対して光音響波を発する対象が光軸上に存在する場合には、光が深部まで届かず、特に毛そのものが細い場合には深部からの信号が弱くなってしまう。このように、従来技術では、皮膚表面より内部の毛や毛根の光音響波を、検出できず、測定することができないという問題があった。

【0007】

本発明は、以上のような問題点を解消するためになされたものであり、周囲の生体組織の光音響波を抑えることで、皮膚表面より内部の毛や毛根の光音響波の検出を容易にして測定することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本発明に係る測定装置は、測定対象の物質が吸収する波長の光を出射する光源と、光源から出射した光を測定部位に集光するアキシコンレンズから構成された光学系と、アキシコンレンズを通過する光の内縁部を遮光する遮光部材と、光学系を通過した光を照射した測定部位から発生する光音響波を検出するセンサとを備える。

【0009】

上記測定装置の一構成例において、光学系の集光位置は、アキシコンレンズのベッセルゾーンである。

【0010】

上記測定装置の一構成例において、光学系は、アキシコンレンズの出射側に配置され、アキシコンレンズを通過してベッセルゾーンを形成した後のリングビームを測定部位に集光する集光レンズをさらに備える。

【0011】

上記測定装置の一構成例において、遮光部材は、アキシコンレンズの入射側および出射側の少なくとも一方に配置される。

【0012】

上記測定装置の一構成例において、光源は、パルスレーザを出射する。

【0013】

本発明に係る測定装置は、測定対象の物質が吸収する波長の光を出射する光源と、光源から出射した光を測定部位に集光する光学系と、光学系を通過した光を照射した測定部位から発生する光音響波を検出するセンサとを備え、光学系は、アキシコンレンズと、アキシコンレンズを通過して第１ベッセルゾーンを形成した後のリングビームを測定部位に集光して第２ベッセルゾーンを形成する集光レンズとを備える。

【0014】

上記測定装置の一構成例において、光学系は、アキシコンレンズと集光レンズとの間に第１ベッセルゾーンを形成するためのベッセルゾーン制御レンズを備える。

【0015】

上記測定装置の一構成例において、光源は、パルスレーザを出射する。

【発明の効果】

【0016】

以上説明したように、本発明によれば、光を測定部位に集光するアキシコンレンズを通過する光の内縁部を遮光する遮光部材を設けたので、皮膚表面より内部の毛の光音響波の検出を容易にして測定できる。また、本発明によれば、光を測定部位に集光する光学系が、アキシコンレンズと、アキシコンレンズを通過してベッセルゾーンを形成した後のリングビームを測定部位に集光する集光レンズとを備えるので、皮膚表面より内部の毛の光音響波の検出を容易にして測定できる。

【図面の簡単な説明】

【0017】

【図1A】図１Ａは、本発明の実施の形態１に係る測定装置の構成を示す構成図である。

【図1B】図１Ｂは、本発明の実施の形態１に係る測定装置の一部構成を示す構成図である。

【図2A】図２Ａは、本発明の実施の形態２に係る測定装置の構成を示す構成図である。

【図2B】図２Ｂは、本発明の実施の形態２に係る測定装置の一部構成を示す構成図である。

【図3A】図３Ａは、本発明の実施の形態２に係る測定装置のより詳細な構成を示す構成図である。

【図3B】図３Ｂは、遮光部材１０４の構成を示す平面図である。

【図3C】図３Ｃは、本発明の実施の形態２に係る測定装置のより詳細な構成を示す構成図である。

【図4】図４は、本発明の実施の形態３に係る測定装置の構成を示す構成図である。

【図5】図５は、本発明の実施の形態３に係る測定装置のより詳細な構成を示す構成図である。

【発明を実施するための形態】

【0018】

以下、本発明の実施の形態に係る測定装置について説明する。

【0019】

［実施の形態１］
はじめに、本発明の実施の形態１に係る測定装置について、図１Ａ、図１Ｂを参照して説明する。この測定装置は、光源１０１、光学系１０２、センサ１０３を備える。光源１０１は、測定対象の生体１５１を構成する物質が吸収する波長の光１４１を出射する。光源１０１は、所定のビーム径の光１４１を出射する。光１４１は、パルスレーザとすることができる。光学系１０２は、光源１０１から出射した光１４１を、生体１５１内の測定部位１５２に集光する。光学系１０２は、アキシコンレンズ１０２ａから構成されている。アキシコンレンズ１０２ａは、円錐形状の頂点が生体１５１の側を向く状態とすることができる。また、アキシコンレンズ１０２ａは、円錐形状の頂点が光源１０１の側を向く状態とすることもできる。

【0020】

センサ１０３は、光学系１０２を通過（透過）した光を照射した測定部位１５２から発生する光音響波を検出する。センサ１０３は、超音波である光音響波を検出して電気信号（光音響信号）に変換して出力する。図では、光学系１０２（アキシコンレンズ１０２ａ）の光軸から離れた位置にセンサ１０３を配置しているが、これに限るものではない。光学系１０２（アキシコンレンズ１０２ａ）の光軸上にセンサ１０３を配置することができる。

【0021】

センサ１０３は、クリスタルマイクロフォン、セラミックマイクロフォン、セラミック超音波センサや高分子フィルムセンサなどの圧電効果・電歪効果を用いたもの、ダイナミックマイクロフォン、リボンマイクロフォンなどの電磁誘導を用いたもの、コンデンサマイクロフォンなどの静電効果を用いたもの、磁歪振動子などの磁歪を用いたものから構成することができる。また、センサ１０３は、電界効果トランジスタなどによる増幅器を内蔵するＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）素子から構成することもできる。

【0022】

上述した構成に加え、実施の形態１に係る測定装置は、アキシコンレンズ１０２ａによる光学系１０２の集光位置を測定部位１５２の領域に制限する遮光部材１０４を備える。集光位置は、例えば、アキシコンレンズ１０２ａのベッセルゾーン１０６とすることができる。遮光部材１０４は、アキシコンレンズ１０２ａを通過した光（リングビーム１０５）のリング内縁部を遮光する。

【0023】

遮光部材１０４は、例えば、平面視円形の板状とされている。アキシコンレンズ１０２ａを通過する光１４１のビーム径が２５．４ｍｍの場合、遮光部材１０４は、外径７ｍｍ，厚さ２ｍｍとすることができる。なお、アキシコンレンズ１０２のレンズ径は、光１４１のビーム径より大きいものとなっている。例えば、アキシコンレンズ１０２のレンズ径は、２５．４ｍｍとすることができる。

【0024】

また、遮光部材１０４は、レーザを透過させることのない金属、樹脂、複合材料、セラミックから構成することができる。また、遮光部材１０４は、金属蒸着膜が形成されたガラスから構成することができる。また、熱による損傷を避けるために、遮光部材１０４は、タングステンなどの高融点金属から構成することができる。遮光部材１０４は、アキシコンレンズ１０２ａの入射側に配置することができる。また、遮光部材１０４は、図１Ｂに示すように、アキシコンレンズ１０２ａの出射側に配置することができる。また、遮光部材１０４は、アキシコンレンズ１０２ａの入射側および出射側に配置することができる。

【0025】

遮光部材１０４は、リングビーム１０５のリング状断面形状のリング内縁部を遮光し、ベッセルゾーン１０６は、リングビーム１０５のリング外縁部が交差した箇所に形成される。また、遮光部材１０４を用いてリングビーム１０５のリング状断面形状のリング内縁部を遮光するので、アキシコンレンズ１０２ａの出射側においては、ベッセルゾーン１０６（集光位置）を頂点とする円錐状に光が存在しない領域１０５ａを形成する。このため、アキシコンレンズ１０２ａを通過した光が照射される領域は、光の進行方向の一部に制限されるものとなる。

【0026】

上述した実施の形態によれば、遮光部材１０４により光が存在しない領域１０５ａを形成し、測定部位１５２の領域に制限された集光位置（ベッセルゾーン１０６）に光を照射することができ、狙いを定めて光を照射することができる。このため、皮膚表面より内部の毛の部分や毛根の部分に狙いを定めて光を照射することが可能となる。この結果、皮膚表面より内部の毛の周囲の生体組織からの光音響波が発生することが抑制され、皮膚表面より内部の毛の光音響波の検出を容易にして測定することができる。

【0027】

［実施の形態２］
次に、本発明の実施の形態２に係る測定装置について、図２Ａ、図２Ｂを参照して説明する。この測定装置は、光源１０１、光学系１０２、センサ１０３を備える。光源１０１は、測定対象の生体１５１を構成する物質が吸収する波長の光１４１を出射する。光源１０１は、所定のビーム径の光１４１を出射する。光１４１は、パルスレーザとすることができる。光学系１０２は、光源１０１から出射した光１４１を、生体１５１内の測定部位１５２に集光する。光学系１０２は、アキシコンレンズ１０２ａから構成されている。アキシコンレンズ１０２ａは、円錐形状の頂点が生体１５１の側を向く状態とすることができる。また、アキシコンレンズ１０２ａは、円錐形状の頂点が光源１０１の側を向く状態とすることもできる。

【0028】

センサ１０３は、光学系１０２を通過した光を照射した測定部位１５２から発生する光音響波を検出する。センサ１０３は、超音波である光音響波を検出して電気信号（光音響信号）に変換して出力する。図では、光学系１０２（アキシコンレンズ１０２ａ）の光軸から離れた位置にセンサ１０３を配置しているが、これに限るものではない。光学系１０２（アキシコンレンズ１０２ａ）の光軸上にセンサ１０３を配置することができる。

【0029】

センサ１０３は、クリスタルマイクロフォン、セラミックマイクロフォン、セラミック超音波センサや高分子フィルムセンサなどの圧電効果・電歪効果を用いたもの、ダイナミックマイクロフォン、リボンマイクロフォンなどの電磁誘導を用いたもの、コンデンサマイクロフォンなどの静電効果を用いたもの、磁歪振動子などの磁歪を用いたものから構成することができる。また、センサ１０３は、電界効果トランジスタなどによる増幅器を内蔵するＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）素子から構成することもできる。

【0030】

上述した構成に加え、実施の形態２に係る測定装置は、アキシコンレンズ１０２ａによる光学系１０２の集光位置を測定部位１５２の領域に制限する遮光部材１０４と、集光レンズ１０７とを備える。集光レンズ１０７は、アキシコンレンズ１０２ａの出射側に配置され、アキシコンレンズ１０２ａを通過してベッセルゾーン１０６を形成した後のリングビームを測定部位１５２に集光する。遮光部材１０４は、アキシコンレンズ１０２ａを通過した光（リングビーム１０５）のリング内縁部を遮光する。

【0031】

遮光部材１０４は、例えば、平面視円形の板状とされている。アキシコンレンズ１０２ａを通過する光１４１のビーム径が２５．４ｍｍの場合、遮光部材１０４は、外径７ｍｍ，厚さ２ｍｍとすることができる。なお、アキシコンレンズ１０２のレンズ径は、光１４１のビーム径より大きいものとなっている。例えば、アキシコンレンズ１０２のレンズ径は、２５．４ｍｍとすることができる。

【0032】

また、遮光部材１０４は、レーザを透過させることのない金属、樹脂、複合材料、セラミックから構成することができる。また、遮光部材１０４は、金属蒸着膜が形成されたガラスから構成することができる。また、熱による損傷を避けるために、遮光部材１０４は、タングステンなどの高融点金属から構成することができる。

【0033】

遮光部材１０４は、アキシコンレンズ１０２ａの入射側に配置することができる（図２Ａ）。また、遮光部材１０４は、アキシコンレンズ１０２ａの出射側に配置することができる（図２Ｂ）。また、遮光部材１０４は、アキシコンレンズ１０２ａの入射側および出射側に配置することができる。

【0034】

遮光部材１０４は、リングビーム１０５のリング状断面形状のリング内縁部を遮光し、ベッセルゾーン１０６は、リングビーム１０５のリング外縁部が交差した箇所に形成される。また、遮光部材１０４を用いてリングビーム１０５のリング状断面形状のリング内縁部を遮光するので、アキシコンレンズ１０２ａの出射側においては、ベッセルゾーン１０６（集光位置）を頂点とする円錐状に光が存在しない領域１０５ａを形成する。

【0035】

さらに、アキシコンレンズ１０２ａを通過したリングビーム１０５は、光の進行方向においてベッセルゾーン１０６を形成した後、集光レンズ１０７の外縁部を通過して測定部位１５２に集光される。このため、集光レンズ１０７の出射側においては、集光位置を頂点とする円錐状に光が存在しない領域１０５ｂを形成し、集光レンズ１０７を通過した光が照射される領域は、光の進行方向の一部に制限されるものとなる。上述した測定部位１５２に形成される集光領域は、ベッセルゾーンということができる。

【0036】

上述した実施の形態によれば、集光レンズ１０７の出射側において光が存在しない領域１０５ｂを形成し、測定部位１５２の領域に制限された集光位置に光を照射することができ、狙いを定めて光を照射することができる。このため、皮膚表面より内部の毛の部分や毛根の部分に狙いを定めて光を照射することが可能となる。この結果、皮膚表面より内部の毛の周囲の生体組織からの光音響波が発生することが抑制され、皮膚表面より内部の毛の光音響波を周囲の生体組織の光音響波の検出を容易にして測定することができる。

【0037】

以下、測定装置について、図３Ａを用いてより詳細に説明する。この装置は、上述した基本的な構成に加え、コリメータ１２１、λ／２波長板１２２、偏光板１２３、ミラー１２４、第１ビームスプリッタ１２５、音響反射部１２６、フォトダイオード１２７、カメラ１２８、結像レンズ１２９、第２ビームスプリッタ１３０、白色光源１３１を備えることができる。また、この装置は、レンズ１０８を備えることができる。

【0038】

レーザから構成された光源１０１より出射したパルスレーザ（ナノパルスレーザ）による光１４１は、コリメータ１２１で平行光とされ、λ／２波長板１２２、偏光板１２３を通過し、ミラー１２４により光路を９０°変更し、アキシコンレンズ１０２ａに入射する。平行光とされた光１４１は、アキシコンレンズ１０２ａ、遮光部材１０４によりベッセルゾーンを形成する。アキシコンレンズ１０２aで作られたベッセルゾーンは、レンズ１０７、レンズ１０８により、生体１５１内部の測定部位１５２にリレーされる。レンズ１０７、レンズ１０８の位置、焦点距離によって、集光位置となるベッセルゾーンの領域、位置を調整することが可能である。

【0039】

リング内縁部が遮光部材１０４により遮光されたリングビームは、集光レンズ１０７で集光されたあと、第１ビームスプリッタ１２５を一部が通過し、一部が反射して光路を９０°変更される。第１ビームスプリッタ１２５を通過した光は、フォトダイオード１２７で受光される。光源１０１より出射した光の強度（光量）をフォトダイオード１２７で受光し、受光した結果を光源１０１にフィードバックすることで、光源１０１より出射されるパルスレーザの強度を制御する。あるいは、センサ１０３により得られる光音響信号を光源１０１より出射した光の強度（光量）をフォトダイオード１２７で受光し、光音響信号を規格化する。

【0040】

第１ビームスプリッタ１２５を反射したリングビームは、レンズ１０８および音響反射部１２６を通過して生体１５１に入射する。音響反射部１２６は、例えば、２つの三角プリズムと、これらの間に挾んだシリコーンオイルとから構成することができる。２つの三角プリズムの間に挟まれたシリコーンオイルの層は、光を透過し、シリコーンオイルの層と三角プリズムとの界面で音響波を反射する。また、音響反射部１２６は、薄い板状のガラスから構成することもできる。生体１５１に入射したリングビームのベッセルゾーンの箇所で発生した光音響波は、音響反射部１２６で反射して、センサ１０３で検出される。

【0041】

カメラ１２８は、生体１５１の表面を観察する。白色光源１３１より出射した白色光は、第２ビームスプリッタ１３０で反射して光路を９０°変更し、第１ビームスプリッタ１２５および音響反射部１２６を透過して、生体１５１の表面に照射される。生体１５１の表面に照射される光は、生体１５１の表面をカメラ１２８で撮像するための照明となり、生体１５１の表面像は、音響反射部１２６、レンズ１０８、第１ビームスプリッタ１２５、第２ビームスプリッタ１３０を通過し、結像レンズ１２９を通過してカメラ１２８で撮像される。

【0042】

ここで、図３Ｂに示すように、遮光部材１０４は、内部遮光部１０４ａと外側遮光部１０４ｂを備え、内部遮光部１０４ａと外側遮光部１０４ｂとを２つの連結部１０４ｃで連結し、内部遮光部１０４ａと外側遮光部１０４ｂとの間に環状の開口１０４ｄを備える構成とすることができる。２つの連結部１０４ｃは、周方向に等間隔に配置することができる。なお、連結部は２箇所に限るものではなく、連結部を３箇所設けることもできる。例えば、周方向に等間隔に３つの連結部を設けることができる。

【0043】

この構成では、遮光部材１０４（外側遮光部１０４ｂ）の外径を１０ｍｍとし、内部遮光部１０４ａの外径を７ｍｍとすることができる。また、遮光部材１０４の板厚は２ｍｍとすることができる。なお、これは、アキシコンレンズ１０２ａを通過する光１４１のビーム径が２５．４ｍｍの場合である。

【0044】

上述したように外側遮光部を設けて外縁部を遮光することにより、まず、焦点深度を調節できるようになる。これにより、さらに測定部位１５２に狙いを定めて集光させることが可能となる。また、外側遮光部の平面視の大きさを調整することで、ビーム径の大きさはアキシコンレンズ１０２ａの大きさに限定されないものとなる。

【0045】

また、図３Ａでは、アキシコンレンズ１０２ａの入射側に遮光部材１０４が配置されているが、図３Ｃに示すように、アキシコンレンズ１０２ａの出射側に遮光部材１０４を配置することができる。

【0046】

例えば、遮光部材１０４、アキシコンレンズ１０２ａ、レンズ１０７、第１ビームスプリッタ１２５、レンズ１０８、音響反射部１２６、センサ１０３、フォトダイオード１２７、カメラ１２８、結像レンズ１２９、第２ビームスプリッタ１３０、白色光源１３１を、同一の筐体内に配置することができる。このように構成することで、カメラ１２８を用いた観察により生体１５１の表面の観察位置を確認してから、光音響法による測定を実施することができる。また、同一の筐体内に、上述した構成に加えて、光源１０１、コリメータ１２１、λ／２板１２２、偏光板１２３を配置することができる。

【0047】

また、走査ステージを用いることで、上述した筐体を３次元的に走査することができる。このように走査して光音響法による測定を実施することで、光音響イメージングを実現することができる。また、生体１５１の表面に、光学的に透明な容器を配置し、この容器に水を収容し、収容されている水に上述した筐体の音響反射部１２６の光出射側の部分を浸漬して測定を実施することができる。また、生体１５１の表面に、底面が光学的かつ音響的に透明な容器を配置し、この容器に水を収容し、収容されている水に上述した筐体の音響反射部１２６とセンサ１０３の光出射側の部分を浸漬して測定を実施することもできる。このような構成とすることで、集光位置としてベッセルゾーンが形成されている生体深部の測定部位１５２より放出される光音響波の減衰を抑制することができる。

【0048】

［実施の形態３］
次に、本発明の実施の形態３に係る測定装置について、図４を参照して説明する。この測定装置は、光源２０１、光学系２０２、センサ２０３を備える。光源２０１は、測定対象の生体１５１を構成する物質が吸収する波長の光２４１を出射する。光源２０１は、所定のビーム径の光２４１を出射する。光２４１は、パルスレーザとすることができる。

【0049】

光学系２０２は、光源２０１から出射した光２４１を、生体２５１内の測定部位２５２に集光する。光学系２０２は、アキシコンレンズ２０２ａから構成されている。アキシコンレンズ２０２ａは、円錐形状の頂点が生体２５１の側を向く状態とすることができる。また、アキシコンレンズ２０２ａは、円錐形状の頂点が光源２０１の側を向く状態とすることもできる。

【0050】

センサ２０３は、光学系２０２を通過した光を照射した測定部位２５２から発生する光音響波を検出する。センサ２０３は、超音波である光音響波を検出して電気信号（光音響信号）に変換して出力する。図では、光学系２０２（アキシコンレンズ２０２ａ）の光軸から離れた位置にセンサ２０３を配置しているが、これに限るものではない。光学系２０２（アキシコンレンズ２０２ａ）の光軸上にセンサ２０３を配置することができる。

【0051】

センサ２０３は、クリスタルマイクロフォン、セラミックマイクロフォン、セラミック超音波センサや高分子フィルムセンサなどの圧電効果・電歪効果を用いたもの、ダイナミックマイクロフォン、リボンマイクロフォンなどの電磁誘導を用いたもの、コンデンサマイクロフォンなどの静電効果を用いたもの、磁歪振動子などの磁歪を用いたものから構成することができる。また、センサ２０３は、電界効果トランジスタなどによる増幅器を内蔵するＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）素子から構成することもできる。

【0052】

上述した構成に加え、実施の形態３に係る測定装置の光学系２０２は、アキシコンレンズ２０２ａによる光学系２０２の集光位置を測定部位２５２の領域に制限する集光レンズ２０７を備える。集光レンズ２０７は、アキシコンレンズ２０２ａの出射側に配置され、アキシコンレンズ２０２ａを通過して第１ベッセルゾーン２０６ａを形成した後のリングビーム２０５を集光して測定部位２５２に第２ベッセルゾーン（集光位置）２０６ｂを形成する。また、ベッセルゾーン制御レンズ２０８を備えることができる。ベッセルゾーン制御レンズ２０８は、第１ベッセルゾーン２０６ａをアキシコンレンズ２０２ａと集光レンズ２０７との間に形成させる。

【0053】

ベッセルゾーン制御レンズ２０８は、アキシコンレンズ２０２ａの入射側に配置することができる。また、ベッセルゾーン制御レンズ２０８は、アキシコンレンズ２０２ａの出射側において、アキシコンレンズ２０２ａと第１ベッセルゾーン２０６ａとの間に配置することができる。アキシコンレンズ２０２ａの出射側に配置されるベッセルゾーン制御レンズ２０８は、第１ベッセルゾーン２０６ａと重なる位置に配置することもできる。

【0054】

集光レンズ２０７、ベッセルゾーン制御レンズ２０８は、各ベッセルゾーンの領域を調整し、各ベッセルゾーンの形成位置を移動させる組み合わせレンズとなる。

【0055】

アキシコンレンズ２０２ａを通過することで形成されるリングビーム２０５は、光の進行方向において第１ベッセルゾーン２０６ａを形成した後、第１ベッセルゾーン２０６ａを頂点とする円錐状の光が存在しない領域２０５ａを形成する。この状態のリングビーム２０５は、集光レンズ２０７の外縁部を通過して集光され、第２ベッセルゾーン２０６ｂを形成する。このため、集光レンズ２０７の出射側においては、測定部位２５２に形成される第２ベッセルゾーン２０６ｂを頂点とする円錐状に光が存在しない領域２０５ｂを形成する。集光レンズ２０７を通過した光が照射される領域（第２ベッセルゾーン２０６ｂ）は、光の進行方向の一部に制限されるものとなる。

【0056】

上述した実施の形態によれば、集光レンズ２０７の出射側において光が存在しない領域２０５ｂを形成し、測定部位２５２の領域に第２ベッセルゾーン２０６ｂの光を照射することができ、狙いを定めて光を照射することができる。このため、皮膚表面より内部の毛の部分や毛根の部分に狙いを定めて光を照射することが可能となる。この結果、皮膚表面からの光音響波の発生が抑制され、皮膚表面より内部の毛の光音響波を周囲の生体組織の光音響波の検出を容易にして測定することができる。

【0057】

以下、測定装置について、図５を用いてより詳細に説明する。この装置は、上述した基本的な構成に加え、コリメータ２２１、λ／２波長板２２２、偏光板２２３、ミラー２２４、第１ビームスプリッタ２２５、音響反射部２２６、フォトダイオード２２７、カメラ２２８、結像レンズ２２９、第２ビームスプリッタ２３０、白色光源２３１を備えることができる。また、この装置は、レンズ２０９を備えることができる。

【0058】

レーザから構成された光源２０１より出射したパルスレーザ（ナノパルスレーザ）による光２４１は、コリメータ２２１で平行光とされ、λ／２波長板２２２、偏光板２２３を透過し、ミラー２２４により光路を９０°変更し、ベッセルゾーン制御レンズ２０８を通過してアキシコンレンズ２０２ａに入射する。光２４１は、アキシコンレンズ２０２ａによりリングビームとされる。

【0059】

アキシコンレンズ２０２ａにより形成されたリングビームは、集光レンズ２０７を通過した後、第１ビームスプリッタ２２５を一部が透過し、一部が反射して光路を９０°変更される。第１ビームスプリッタ２２５を透過した光は、フォトダイオード２２７で受光される。光源２０１より出射した光の強度（光量）をフォトダイオード２２７で受光し、受光した結果を光源２０１にフィードバックすることで、光源２０１より出射されるパルスレーザの強度を制御する。あるいは、センサ２０３により得られる光音響信号を光源２０１より出射した光の強度（光量）をフォトダイオード２２７で受光し、光音響信号を規格化する。

【0060】

第１ビームスプリッタ２２５を反射したリングビームは、レンズ２０９および音響反射部２２６を透過して生体２５１に入射する。音響反射部２２６は、例えば、２つの三角プリズムと、これらの間に挾んだシリコーンオイルとから構成することができる。２つの三角プリズムの間に挟まれたシリコーンオイルの層は、光を透過し、シリコーンオイルの層と三角プリズムとの界面で音響波を反射する。また、音響反射部２２６は、薄い板状のガラスから構成することもできる。生体２５１に入射したリングビームの集光位置で発生した光音響波は、音響反射部２２６で反射して、センサ２０３で検出される。

【0061】

カメラ２２８は、生体２５１の表面を観察する。白色光源２３１より出射した白色光は、第２ビームスプリッタ２３０で反射して光路を９０°変更し、第１ビームスプリッタ２２５および音響反射部２２６を透過して、生体２５１の表面に照射される。生体２５１の表面に照射される光は、生体２５１の表面をカメラ２２８で撮像するための照明となり、生体２５１の表面像は、音響反射部２２６、第１ビームスプリッタ２２５、第２ビームスプリッタ２３０を透過し、結像レンズ２２９を透過してカメラ２２８で撮像される。

【0062】

例えば、ベッセルゾーン制御レンズ２０８、アキシコンレンズ２０２ａ、集光レンズ２０７、第１ビームスプリッタ２２５、レンズ２０９、音響反射部２２６、フォトダイオード２２７、カメラ２２８、結像レンズ２２９、第２ビームスプリッタ２３０、白色光源２３１を、同一の筐体内に配置することができる。このように構成することで、カメラ２２８を用いた観察により生体２５１の表面の観察位置を確認してから、光音響法による測定を実施することができる。

【0063】

また、走査ステージを用いることで、上述した筐体を３次元的に走査することができる。このように走査して光音響法による測定を実施することで、光音響イメージングを実現することができる。また、生体２５１の表面に、光学的に透明な容器を配置し、この容器に水を収容し、収容されている水に上述した筐体の音響反射部２２６の光出射側の部分を浸漬して測定を実施することができる。また、生体２５１の表面に、底面が光学的かつ音響的に透明な容器を配置し、この容器に水を収容し、収容されている水に上述した筐体の音響反射部２２６とセンサ２０３の光出射側の部分を浸漬して測定を実施することもできる。このような構成とすることで、生体２５１の表面より放出される光音響波の減衰を抑制することができる。

【0064】

以上説明したように、本発明によれば、光を測定部位に集光するアキシコンレンズを通過する光の内縁部を遮光する遮光部材を設けたので、皮膚表面より内部の毛の周囲の生体組織からの光音響波が発生することが抑制され、皮膚表面より内部の毛の光音響波の検出を容易にして測定することができる。また、本発明によれば、光を測定部位に集光する光学系が、アキシコンレンズと、アキシコンレンズを通過してベッセルゾーンを形成した後のリングビームを測定部位に集光する集光レンズとを備えるので、皮膚表面より内部の毛の周囲の生体組織からの光音響波が発生することが抑制され、皮膚表面より内部の毛の光音響波の検出を容易にして測定することができる。

【0065】

なお、本発明は以上に説明した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想内で、当分野において通常の知識を有する者により、多くの変形および組み合わせが実施可能であることは明白である。

【符号の説明】

【0066】

１０１…光源、１０２…光学系、１０２ａ…アキシコンレンズ、１０３…センサ、１０４…遮光部材、１０５…リングビーム、１０５ａ…光が存在しない領域、１０５ｂ…光が存在しない領域、１０６…ベッセルゾーン、１０７…集光レンズ、１４１…光、１５１…生体、１５２…測定部位、２０１…光源、２０２…光学系、２０３…センサ、２０５…リングビーム、２０５ａ…光が存在しない領域、２０５ｂ…光が存在しない領域、２０６…ベッセルゾーン、２０７…集光レンズ、２０８…ベッセルゾーン制御レンズ、２５１…生体、２５２…測定部位。

【図1A】

【図1B】

【図2A】

【図2B】

【図3A】

【図3B】

【図3C】

【図4】

【図5】