(57)【要約】【課題】対象物の内部情報を、対象物に接触しない状態で、かつ、対象物表面からの反射成分によるノイズを抑制した状態で測定する。【解決手段】本開示の一態様に係る撮像装置は、対象物の内部の測定に用いられる装置であって、前記対象物に照射するためのパルス光を発光する光源と、前記パルス光の照射に対応して、前記対象物から戻った光を検出する光検出器と、演算部と、を備え、前記演算部は、前記光検出器により検出された前記対象物から戻った光の光量の時間的な安定性を判定する。【選択図】図１Ａ
2018094400.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
対象物の内部の測定に用いられる撮像装置であって、
前記対象物に照射するためのパルス光を発光する光源と、
前記パルス光の照射に対応して、前記対象物から戻った光を検出する光検出器と、
演算部と、を備え、
前記演算部は、
前記対象物から戻った光の光量の時間的な安定性を判定する、撮像装置。
【請求項２】
前記光検出器は、前記対象物から戻った光を信号電荷に変換して蓄積するイメージセンサであり、
前記演算部は、前記イメージセンサにおける、前記信号電荷の蓄積量の時間的な安定性を判定することにより、前記対象物から戻った光の光量の時間的な安定性を判定する、
請求項１に記載の撮像装置。
【請求項３】
前記演算部は、さらに、
前記対象物の環境が前記対象物の内部の測定に適しているか否かを判定し、
前記パルス光の光量を調整する、
請求項１または２に記載の撮像装置。
【請求項４】
前記演算部は、前記パルス光の単位時間あたりの発光回数を調整することにより、前記パルス光の光量を調整する、
請求項３に記載の撮像装置。
【請求項５】
前記イメージセンサは、前記信号電荷に基づき、前記対象物の第１画像を取得し、
前記演算部は、さらに、前記第１画像内における、前記対象物の内部の測定に用いる領域の位置を決定する、
請求項２に記載の撮像装置。
【請求項６】
前記対象物は生体であり、
前記領域は、前記生体の特定部位内であって、
前記演算部は、さらに、前記特定部位内において前記領域が最大となるように前記領域の大きさを調整する、
請求項５に記載の撮像装置。
【請求項７】
ディスプレイをさらに備え、
前記ディスプレイは、前記第１画像と、前記領域を示す第２画像とを重畳して表示する、
請求項５または６に記載の撮像装置。
【請求項８】
前記ディスプレイは、さらに、前記領域の位置を決定するための補助線を、前記第１画像および前記第２画像に重畳して表示する、
請求項７に記載の撮像装置。
【請求項９】
前記演算部は、さらに、前記対象物の内部の測定中の異常を判定する、
請求項１から８のいずれかに記載の撮像装置。
【請求項１０】
前記イメージセンサは、前記対象物から戻った光のうち、前記対象物の内部で散乱された成分に対応する前記信号電荷を蓄積する、
請求項２に記載の撮像装置。
【請求項１１】
前記対象物は生体であり、
前記演算部は、前記光検出器からの信号を基に前記生体の血流変化を示す情報を生成する、
請求項１から１０のいずれかに記載の撮像装置。
【請求項１２】
対象物の内部の測定に用いられる撮像方法であって、
パルス光を前記対象物に照射し、前記パルス光の照射に対応して、前記対象物から戻った光を光検出器により検出するステップと、
前記対象物から戻った光の光量の時間的な安定性を判定するステップと、を含む、
撮像方法。
【請求項１３】
光検出器は、前記対象物から戻った光を信号電荷に変換して蓄積するイメージセンサであり、
前記判定するステップにおいて、
前記イメージセンサにおける、前記信号電荷の蓄積量の時間的な安定性を判定することにより、前記対象物から戻った光の光量の時間的な安定性を判定する、
請求項１２に記載の撮像方法。
【請求項１４】
前記対象物の環境が前記対象物の内部の測定に適しているか否かを判定するステップと、
前記パルス光の光量を調整するステップと、をさらに含む、
請求項１２または１３に記載の撮像方法。
【請求項１５】
前記対象物は生体であり、
前記光検出器からの信号を基に前記生体の血流変化を示す情報を生成するステップをさらに含む、
請求項１２から１４のいずれかに記載の撮像方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、対象物の内部の測定に用いられる撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
生体計測の分野では、対象物に光を照射し対象物内部を透過した光の情報から対象物の内部情報を取得する方法が用いられる。この方法において、対象物表面からの反射成分である表面反射成分がノイズとなることがある。これら表面反射成分によるノイズを取り除き所望の内部情報のみを取得する方法として、例えば生体計測の分野では、特許文献１に開示された方法がある。特許文献１は、光源と光検出器を一定の間隔で離した状態で測定部位に密着させて測定する方法を開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１１―１６４８２６号公報
【特許文献２】特開平４―１８９３４９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、特許文献１に記載の方法では、光検出器を測定部位に密着させるため、被験者の心理的あるいは身体的な負担が大きい、装着するのに時間を要する、また、頭部が圧迫されるため長時間の使用が困難という課題があった。
【０００５】
本開示は、対象物の内部情報を、対象物に接触しない状態で、かつ、対象物表面からの反射成分によるノイズを抑制した状態で測定し得る技術を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本開示の一態様に係る撮像装置は、
対象物の内部の測定に用いられる装置であって、
前記対象物に照射するためのパルス光を発光する光源と、
前記パルス光の照射に対応して、前記対象物から戻った光を検出する光検出器と、
演算部と、を備える。
【０００７】
前記演算部は、
前記光検出器により検出された前記対象物から戻った光の光量の時間的な安定性を判定する。
【発明の効果】
【０００８】
本開示によれば、対象物の内部情報を、対象物に接触しない状態で、かつ、対象物の表面からの反射成分によるノイズを抑制した状態で測定できる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１Ａ】図１Ａは、実施の形態１の撮像装置及び撮像装置が対象物を撮影する様子を示す模式図である。
【図１Ｂ】図１Ｂは、イメージセンサの構成の一例を示す図である。
【図１Ｃ】図１Ｃは、制御回路による動作の概略を示すフローチャートである。
【図２】図２は、表面反射成分の波形、内部散乱成分の波形、表面反射成分と内部散乱成分とを合わせた波形、及び電子シャッタのＯＰＥＮ、ＣＬＯＳＥのタイミングを示す図である。
【図３】図３は、実施の形態１における撮像装置の本測定前の動作を示すフローチャートである。
【図４Ａ】図４Ａは、測定環境判定部の判定の一例を示す図である。
【図４Ｂ】図４Ｂは、測定環境判定部の判定の一例を示す図である。
【図４Ｃ】図４Ｃは、測定環境判定部の判定の一例を示す図である。
【図４Ｄ】図４Ｄは、測定環境判定部の判定の一例を示す図である。
【図５Ａ】図５Ａは、撮像装置で得られた撮影画像と対象物の検出領域を表示するディスプレイの一例を示す図である。
【図５Ｂ】図５Ｂは、撮像装置で得られた撮影画像と対象物の検出領域を表示するディスプレイの一例を示す図である。
【図５Ｃ】図５Ｃは、サイズ及び位置が調整されたあとの検出領域を示す図である。
【図５Ｄ】図５Ｄは、領域最大化機能により最大化された検出領域を示す図である。
【図５Ｅ】図５Ｅは、撮影画像上の複数の検出領域を示す図である。
【図６Ａ】図６Ａは、測定環境判定部において、検出領域が正しくないと判定された際にディスプレイに出力されるエラーメッセージの一例を示す図である。
【図６Ｂ】図６Ｂは、対象物の検出領域の調整を容易にするためにディスプレイ上に表示された補助線を示す図である。
【図６Ｃ】図６Ｃは、検出領域を撮像装置の向き・位置を調整することで調整するための調整ステージの図である。
【図６Ｄ】図６Ｄは、対象物を固定するための固定冶具を示す図である。
【図７Ａ】図７Ａは、光量調整が必要な状況を示す図である。
【図７Ｂ】図７Ｂは、光量調整が必要な状況を示す図である。
【図７Ｃ】図７Ｃは、１フレーム内の複数の発光パルス、そのセンサ上での光信号、複数のシャッタタイミング、電荷蓄積タイミングの関係を示す図である。
【図８Ａ】図８Ａは、信号安定性判定部における判定の例を示す図である。
【図８Ｂ】図８Ｂは、信号安定性判定部における判定の例を示す図である。
【図９】図９は、信号安定性判定部で、信号が安定していないと判定された際にディスプレイに出力されるエラーメッセージの一例を示す図である。
【図１０Ａ】図１０Ａは、実施の形態２の撮像装置及び撮像装置が対象物を撮影する様子を示す模式図である。
【図１０Ｂ】図１０Ｂは、実施の形態２における撮像装置の本測定中の動作を示すフローチャートである。
【図１１Ａ】図１１Ａは、異常値判定部における判定の例を示す図である。
【図１１Ｂ】図１１Ｂは、異常値判定部における判定の例を示す図である。
【図１２Ａ】図１２Ａは、異常値判定部で、異常値が発生したと判定された際にディスプレイに出力されるエラーメッセージの一例を示す図である。
【図１２Ｂ】図１２Ｂは、異常値判定部で、異常値が発生したと判定された際にディスプレイに出力されるエラーメッセージの一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本開示は、例えば、以下の項目に記載の態様を含む。
【００１１】
［項目１］
本開示の項目１に係る撮像装置は、
対象物の内部の測定に用いられる装置であって、
前記対象物に照射するためのパルス光を発光する光源と、
前記パルス光の照射に対応して、前記対象物から戻った光を検出する光検出器と、
演算部と、を備える。
【００１２】
前記演算部は、
前記光検出器により検出された前記対象物から戻った光の光量の時間的な安定性を判定する。
【００１３】
［項目２］
項目１に記載の撮像装置において、
光検出器は、前記対象物から戻った光を信号電荷に変換して蓄積するイメージセンサであり、
前記演算部は、前記イメージセンサにおける、前記信号電荷の蓄積量の時間的な安定性を判定することにより、前記光検出器により検出された前記対象物から戻った光の光量の時間的な安定性を判定してもよい。
【００１４】
［項目３］
項目１または２に記載の撮像装置において、
前記演算部は、さらに、
前記対象物の環境が前記対象物の内部の測定に適しているか否かを判定し、
前記パルス光の光量を調整してもよい。
【００１５】
［項目４］
項目３に記載の撮像装置において、
前記演算部は、前記パルス光の単位時間あたりの発光回数を調整することにより、前記パルス光の光量を調整してもよい。
【００１６】
［項目５］
項目２に記載の撮像装置において、
前記イメージセンサは、前記信号電荷に基づき、前記対象物の第１画像を取得し、
前記演算部は、さらに、前記第１画像内における、前記対象物の内部の測定に用いる領域の位置を決定してもよい。
【００１７】
［項目６］
項目５に記載の撮像装置において、
前記対象物は生体であり、
前記領域は、前記生体の特定部位内であって、
前記演算部は、さらに、前記特定部位内において前記領域が最大となるように前記領域の大きさを調整してもよい。
【００１８】
［項目７］
項目５または６に記載の撮像装置は、
ディスプレイをさらに備え、
前記ディスプレイは、前記第１画像と、前記領域を示す第２画像とを重畳して表示してもよい。
【００１９】
［項目８］
項目７に記載の撮像装置において、
前記ディスプレイは、さらに、前記領域の位置を決定するための補助線を、前記第１画像および前記第２画像に重畳して表示してもよい。
【００２０】
［項目９］
項目１から８のいずれかに記載の撮像装置において、
前記演算部は、さらに、前記対象物の内部の測定中の異常を判定してもよい。
【００２１】
［項目１０］
項目２に記載の撮像装置において、
前記イメージセンサは、前記対象物から戻った光のうち、前記対象物の内部で散乱された成分に対応する前記信号電荷を蓄積してもよい。
【００２２】
［項目１１］
項目１から１０のいずれかに記載の撮像装置において、
前記対象物は生体であってもよく、
前記演算部は、前記光検出器からの信号を基に前記生体の血流変化を示す情報を生成してもよい。
【００２３】
［項目１２］
本開示の項目１２に係る撮像方法は、
対象物の内部の測定に用いられる方法であって、
パルス光を前記対象物に照射し、前記パルス光の照射に対応して、前記対象物から戻った光を光検出器により検出するステップと、
前記光検出器により検出された前記対象物から戻った光の光量の時間的な安定性を判定するステップと、を含む。
【００２４】
［項目１３］
項目１２に記載の撮像方法において、
光検出器は、前記対象物から戻った光を信号電荷に変換して蓄積するイメージセンサであり、
前記判定するステップにおいて、
前記イメージセンサにおける、前記信号電荷の蓄積量の時間的な安定性を判定することにより、前記光検出器により検出された前記対象物から戻った光の光量の時間的な安定性を判定してもよい。
【００２５】
［項目１４］
項目１２または１３に記載の撮像方法において、
前記対象物の環境が前記対象物の内部の測定に適しているか否かを判定するステップと、
前記パルス光の光量を調整するステップと、をさらに含んでいてもよい。
【００２６】
［項目１５］
項目１２から１４のいずれかに記載の撮像方法において、
前記対象物は生体であってもよく、
前記光検出器からの信号を基に前記生体の血流変化を示す情報を生成するステップをさらに含んでいてもよい。
【００２７】
本開示において、回路、ユニット、装置、部材又は部の全部又は一部、又はブロック図の機能ブロックの全部又は一部は、半導体装置、半導体集積回路（ＩＣ）、又はＬＳＩ（ｌａｒｇｅ  ｓｃａｌｅ  ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ）を含む一つ又は複数の電子回路によって実行されてもよい。ＬＳＩ又はＩＣは、一つのチップに集積されてもよいし、複数のチップを組み合わせて構成されてもよい。例えば、記憶素子以外の機能ブロックは、一つのチップに集積されてもよい。ここでは、ＬＳＩまたはＩＣと呼んでいるが、集積の度合いによって呼び方が変わり、システムＬＳＩ、ＶＬＳＩ（ｖｅｒｙ  ｌａｒｇｅ  ｓｃａｌｅ  ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ）、若しくはＵＬＳＩ（ｕｌｔｒａ  ｌａｒｇｅ  ｓｃａｌｅ  ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ）と呼ばれるものであってもよい。ＬＳＩの製造後にプログラムされる、Ｆｉｅｌｄ  Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ  Ｇａｔｅ  Ａｒｒａｙ（ＦＰＧＡ）、又はＬＳＩ内部の接合関係の再構成又はＬＳＩ内部の回路区画のセットアップができるｒｅｃｏｎｆｉｇｕｒａｂｌｅ  ｌｏｇｉｃ  ｄｅｖｉｃｅも同じ目的で使うことができる。
【００２８】
さらに、回路、ユニット、装置、部材又は部の全部又は一部の機能又は操作は、ソフトウエア処理によって実行することが可能である。この場合、ソフトウエアは一つ又は複数のＲＯＭ、光学ディスク、ハードディスクドライブなどの非一時的記録媒体に記録され、ソフトウエアが処理装置（ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）によって実行されたときに、そのソフトウエアで特定された機能が処理装置（ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）および周辺装置によって実行される。システム又は装置は、ソフトウエアが記録されている一つ又は複数の非一時的記録媒体、処理装置（ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）、及び必要とされるハードウエアデバイス、例えばインターフェース、を備えていても良い。
【００２９】
本開示の一態様によれば、対象物の内部情報を、対象物に接触しない状態で、かつ、対象物の表面からの反射成分によるノイズを抑制した状態で、測定できる。また、本開示の一態様によれば、非接触測定による誤差要因を排除して、対象物を安定して測定できる。
【００３０】
以下で説明する実施の形態は、いずれも包括的又は具体的な例を示すものである。以下の実施の形態で示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置位置などは、一例であり、本開示を限定する主旨ではない。また、以下の実施の形態における構成要素のうち、最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。
【００３１】
以下、実施の形態について、図面を参照しながら具体的に説明する。
【００３２】
（実施の形態１）
［１．撮像装置］
まず、第１の実施形態に係る撮像装置１００の構成について、図１Ａから図３を用いて説明する。
【００３３】
図１Ａは、本実施形態に係る撮像装置１００を示す模式図である。撮像装置１００は、光源１０２と、光電変換部１０４と電荷蓄積部１０６を含むイメージセンサ１１０と、制御回路１２０と、発光光量調整部１３０と、測定環境判定部１４０と、信号安定性判定部１５０と、を備える。イメージセンサ１１０は光検出器に相当する。発光光量調整部１３０、測定環境判定部１４０、及び信号安定性判定部１５０は、演算部に相当する。
【００３４】
［１−１．光源１０２］
光源１０２は、対象物１０１に光を照射する。光源１０２から照射されて対象物１０１に到達した光は、対象物１０１の表面で反射する成分である表面反射成分Ｉ１と、対象物１０１の内部で１回反射もしくは散乱、または多重散乱する成分である内部散乱成分Ｉ２になる。表面反射成分Ｉ１は、直接反射成分、拡散反射成分、及び散乱反射成分の３つを含む。直接反射成分は、入射角と反射角が等しい反射成分である。拡散反射成分は、表面の凹凸形状により拡散して反射する成分である。散乱反射成分は、表面近傍の内部組織によって散乱して反射する成分である。対象物１０１を人の額とした場合、散乱反射成分は、表皮内部で散乱して反射する成分である。以降、本開示では、対象物１０１の表面反射成分Ｉ１はこれら３つの成分を含むものとして説明する。また、内部散乱成分Ｉ２は、表面近傍の内部組織によって散乱して反射する成分を含まないものとして説明する。
【００３５】
表面反射成分Ｉ１、内部散乱成分Ｉ２は反射または散乱により進行方向が変化し、その一部がイメージセンサ１１０に到達する。光源１０２は、パルス光を所定の時間間隔あるいはタイミングで複数回発生させる。光源１０２が発生させるパルス光は、立ち下り時間がゼロに近くてもよく、例えば矩形波である。一般に、対象物１０１の内部散乱成分Ｉ２の後端の広がりが４ｎｓであることを考慮すると立ち下がり時間はその半分以下である２ｎｓ以下であってもよく、１ｎｓ以下であってもよい。光源１０２が発生させるパルス光の立ち上り時間は任意である。後述する本開示の撮像装置を用いた測定では、パルス光の時間軸における立下り部分を使用し、立ち上り部分を使用しないためである。光源１０２は、例えば、パルス光の立ち下り部分が時間軸に対して直角に近く、時間応答特性が急進なＬＤなどのレーザである。
【００３６】
光源１０２から出射されるパルス光の波長は、例えば略６５０ｎｍ以上略９５０ｎｍ以下に設定され得る。この波長範囲は、赤色から近赤外線の波長範囲に含まれる。この波長域は対象物１０１内部まで光が透過しやすい波長帯域である。本明細書では、可視光のみならず赤外線についても「光」の用語を使用する。
【００３７】
本開示の撮像装置１００は、非接触で対象物１０１を測定するため、対象物１０１が人である場合、網膜への影響を考慮する。このため、各国それぞれが保有するレーザ安全基準のクラス１を満足してもよい。この場合、被爆放出限界ＡＥＬが１ｍＷを下回るほどの低照度の光が対象物１０１に照射される。ただし、光源１０２自体はクラス１を満たしていなくてもよい。例えば、拡散板またはＮＤフィルタなどが光源１０２の前に設置されて光が拡散あるいは減衰されることによりレーザ安全基準のクラス１が満たされれば良い。
【００３８】
特許文献２等に記載の従来のストリークカメラは、生体内部の深さ方向において異なる場所にある情報（例えば、吸収係数及び散乱係数）を、区別して検出するために使用されていた。したがって、所望の空間分解能で測定するために、パルス幅がフェムト秒またはピコ秒の極超短パルス光が用いられていた。一方、本開示の撮像装置１００は、表面反射成分Ｉ１から内部散乱成分Ｉ２を区別して検出するために使用される。
【００３９】
したがって、光源１０２が発光するパルス光は、極超短パルス光である必要は無く、パルス幅は任意である。脳血流を計測するために額に光をあてる場合、内部散乱成分Ｉ２の光量は、表面反射成分Ｉ１のそれと比較し、数１０００から数万分の１と非常に小さくなる。さらに、レーザ安全基準を考慮すると、照射できる光の光量が小さく、内部散乱成分Ｉ２の検出は難しくなる。したがって、光源１０２が、比較的パルス幅の大きいパルス光を発生させることによって、時間遅れを伴う内部散乱成分の積算量を増加させ、検出光量を増やしＳＮ比を向上させることができる。
【００４０】
光源１０２は、例えば、パルス幅３ｎｓ以上のパルス光を発光する。あるいは、光源１０２は、パルス幅５ｎｓ以上、さらに１０ｎｓ以上のパルス光を発光してもよい。一方、パルス幅が大きすぎても使用しない光が増えて無駄となるため、光源１０２は、例えば、パルス幅５０ｎｓ以下のパルス光を発生させる。あるいは、光源１０２は、パルス幅３０ｎｓ以下、さらに２０ｎｓ以下のパルス光を発光してもよい。
【００４１】
なお、光源１０２の照射パターンとしては、照射領域内において、均一な強度分布であってもよい。特許文献１等に開示の方法は、検出器と光源を３ｃｍ離し、空間的に表面反射成分Ｉ１を低減するため、離散的な光照射とせざるを得ない。一方、本開示の撮像装置１００は、時間的に表面反射成分Ｉ１を分離して低減させる方法のため、対象物１０１上の照射点直下においても内部散乱成分Ｉ２も検出できるためである。測定解像度を高めるために対象物１０１に空間的に全面にわたって照射してもよい。
【００４２】
［１−２．イメージセンサ１１０］
イメージセンサ１１０は、光源１０２から出射され対象物１０１から反射した光を受光する。イメージセンサ１１０は、２次元に配置された複数の画素を有し、対象物１０１の２次元情報を一度に取得する。イメージセンサ１１０は、例えば、ＣＣＤイメージセンサまたはＣＭＯＳイメージセンサである。
【００４３】
イメージセンサ１１０は、電子シャッタを有する。電子シャッタは、受光した光を有効な電気信号に変換して蓄積する１回の信号蓄積の期間、すなわち露光期間の長さであるシャッタ幅と、１回の露光期間が終了し次の露光期間が開始するまでの時間であるシャッタタイミングとを制御する回路である。以降、電子シャッタが露光している状態を「ＯＰＥＮ（開いた状態）」、電子シャッタが露光を停止している状態を「ＣＬＯＳＥ（閉じた状態）」として説明する場合がある。
【００４４】
イメージセンサ１１０は、電子シャッタによってシャッタタイミングをサブナノ秒、例えば、３０ｐｓから１ｎｓで調整できる。距離測定を目的としている従来のＴＯＦカメラは、被写体の明るさの影響を補正するため、光源１０２が発光したパルス光が被写体から反射されて戻った光の全てを検出する。したがって、従来のＴＯＦカメラでは、シャッタ幅が光のパルス幅よりも大きい必要があった。これに対し、本実施形態の撮像装置１００では、被写体の光量を補正する必要が無いため、シャッタ幅はパルス幅よりも大きい必要は無く、例えば、１から３０ｎｓ程度である。本実施形態の撮像装置１００によれば、シャッタ幅を縮小できるため、検出信号に含まれる暗電流を低減することができる。
【００４５】
対象物１０１が人の額であり脳血流などの情報を検出する場合、内部での光の減衰率が非常に大きく１００万分の１程度である。このため、内部散乱成分Ｉ２を検出するには、１パルスの照射だけでは光量が不足する場合がある。レーザ安全性基準のクラス１での照射では特に光量が微弱である。この場合、光源１０２がパルス光を複数回発光し、それに応じてイメージセンサ１１０も電子シャッタによって複数回露光することで検出信号を積算して感度を向上する。
【００４６】
以下、イメージセンサ１１０の構成例を説明する。
【００４７】
イメージセンサ１１０は、撮像面上に２次元的に配列された複数の光検出セルである画素を有する。各画素は、受光素子（例えばフォトダイオード）を有する。
【００４８】
図１Ｂは、イメージセンサ１１０の構成の一例を示す図である。図１Ｂにおいて、二点鎖線の枠で囲まれた領域が１つの画素２０１に相当する。画素２０１には１つのフォトダイオードが含まれる。図１Ｂでは２行２列に配列された４画素のみを示しているが、実際にはさらに多数の画素が配置される。画素２０１は、フォトダイオードと、ソースフォロワトランジスタ３０９と、行選択トランジスタ３０８と、リセットトランジスタ３１０とを含む。各トランジスタは、例えば半導体基板に形成された電界効果トランジスタであるが、これに限定されない。
【００４９】
図示されるように、ソースフォロワトランジスタ３０９の入力端子および出力端子の一方（典型的にはソース）と、行選択トランジスタ３０８の入力端子および出力端子のうちの一方（典型的にはドレイン）とが接続されている。ソースフォロワトランジスタ３０９の制御端子であるゲートは、フォトダイオードに接続されている。フォトダイオードによって生成された信号電荷（正孔または電子）は、フォトダイオードとソースフォロワトランジスタ３０９との間の電荷蓄積ノードである電荷蓄積部である浮遊拡散層２０４、２０５、２０６、２０７に蓄積される。
【００５０】
図１Ｂには示されていないが、フォトダイオードと浮遊拡散層２０４、２０５、２０６、２０７との間には、スイッチが設けられ得る。このスイッチは、制御回路１２０からの制御信号に応じて、フォトダイオードと浮遊拡散層２０４、２０５、２０６、２０７との間の導通状態を切り替える。これにより、浮遊拡散層２０４、２０５、２０６、２０７への信号電荷の蓄積の開始と停止とが制御される。本実施形態における電子シャッタは、このような露光制御のための機構を有する。
【００５１】
浮遊拡散層２０４、２０５、２０６、２０７に蓄積された信号電荷は、行選択回路３０２によって行選択トランジスタ３０８のゲートがＯＮにされることにより、読み出される。この際、浮遊拡散層２０４、２０５、２０６、２０７の信号電位に応じて、ソースフォロワ電源３０５からソースフォロワトランジスタ３０９およびソースフォロワ負荷３０６へ流入する電流が増幅される。垂直信号線３０４から読み出されるこの電流によるアナログ信号は、列毎に接続されたアナログ−デジタル（ＡＤ）変換回路３０７によってデジタル信号データに変換される。このデジタル信号データは、列選択回路３０３によって列ごとに読み出され、イメージセンサ１１０から出力される。行選択回路３０２および列選択回路３０３は、１つの行の読出しを行った後、次の行の読み出しを行い、以下同様に、全ての行の浮遊拡散層の信号電荷の情報を読み出す。制御回路１２０は、全ての信号電荷を読み出した後、リセットトランジスタ３１０のゲートをオンにすることで、全ての浮遊拡散層をリセットする。これにより、１つのフレームの撮像が完了する。以下同様に、フレームの高速撮像を繰り返すことにより、イメージセンサ１１０による一連のフレームの撮像が完結する。
【００５２】
本実施の形態では、ＣＭＯＳ型のイメージセンサ１１０の例を説明したが、イメージセンサ１１０はＣＣＤ型であっても、単一光子計数型素子であっても、増幅型イメージセンサ（ＥＭＣＣＤ、ＩＣＣＤ）であっても構わない。
【００５３】
［１−３．制御回路１２０］
制御回路１２０は、光源１０２のパルス光の発光タイミングと、イメージセンサ１１０のシャッタタイミングとの時間差を調整する。これ以降、当該時間差を「位相」または「位相遅れ」と称することがある。光源１０２の「発光タイミング」とは、光源１０２が発光するパルス光が立ち上りを開始する時間である。制御回路１２０は、発光タイミングを変化させて位相を調整しても良いし、シャッタタイミングを変化させて位相を調整しても良い。
【００５４】
制御回路１２０は、イメージセンサ１１０の受光素子で検出された信号からオフセット成分を取り除くように構成されてもよい。オフセット成分は、太陽光、蛍光灯などの環境光、外乱光による信号成分である。光源１０２が発光しない状態、つまり光源１０２の駆動をＯＦＦにした状態で、イメージセンサ１１０が信号を検出することで環境光、外乱光によるオフセット成分が見積もられる。
【００５５】
制御回路１２０は、例えば中央演算処理装置（ＣＰＵ）またはマイクロコンピュータ等のプロセッサと、メモリとを有する集積回路であり得る。制御回路１２０は、例えばメモリに記録されたプログラムを実行することにより、発光タイミングとシャッタタイミングとの調整、オフセット成分の見積り、及びオフセット成分の除去等を行う。なお、制御回路１２０が画像処理等の演算処理を行う演算回路を備えていてもよい。そのような演算回路は、例えばデジタルシグナルプロセッサ（ＤＳＰ）、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）等のプログラマブルロジックデバイス（ＰＬＤ）、または中央演算処理装置（ＣＰＵ）もしくは画像処理用演算プロセッサ（ＧＰＵ）とコンピュータプログラムとの組み合わせによって実現され得る。なお、制御回路１２０および演算回路は、統合された１つの回路であってもよいし、分離された個別の回路であってもよい。
【００５６】
図１Ｃは、制御回路１２０による動作の概略を示すフローチャートである。詳細は後述するが、制御回路１２０は、概略的には図１Ｃに示す動作を実行する。制御回路１２０は、まず、光源１０２に所定時間だけパルス光を発光させる（ステップＳ１０１）。このとき、イメージセンサ１１０の電子シャッタは露光を停止した状態にある。制御回路１２０は、パルス光の一部が対象物１０１の表面から反射してイメージセンサ１１０に到達する期間が完了するまで、電子シャッタに露光を停止させる。次に、制御回路１２０は、当該パルス光の他の一部が対象物１０１の内部を散乱してイメージセンサ１１０に到達するタイミングで、電子シャッタに露光を開始させる（ステップＳ１０２）。所定時間経過後、制御回路１２０は、電子シャッタに露光を停止させる（ステップＳ１０３）。続いて、制御回路１２０は、上記の信号蓄積を実行した回数が所定の回数に達したか否かを判定する（ステップＳ１０４）。この判定がＮｏの場合、Ｙｅｓと判定するまで、ステップＳ１０１からステップＳ１０３を繰り返す。ステップＳ１０４においてＹｅｓと判定すると、制御回路１２０は、各浮遊拡散層に蓄積された信号電荷に基づく画像を示す信号をイメージセンサ１１０に生成させて出力させる（ステップＳ１０５）。
【００５７】
以上の動作により、測定対象の内部で散乱された光の成分を高い感度で検出することができる。なお、複数回の発光および露光は必須ではなく、必要に応じて行われる。
【００５８】
［１−４．その他］
撮像装置１００は、対象物１０１の２次元像をイメージセンサ１１０の受光面上に形成する結像光学系を備えてもよい。結像光学系の光軸は、イメージセンサ１１０の受光面に対して略直交する。結像光学系は、ズームレンズを含んでいてもよい。ズームレンズの位置が変化すると対象物１０１の２次元像の拡大率が変更し、イメージセンサ１１０上の２次元像の解像度が変化する。したがって、対象物１０１までの距離が遠くても測定したい領域を拡大して詳細に観察することが可能となる。
【００５９】
また、撮像装置１００は、対象物１０１とイメージセンサ１１０の間に光源１０２から発する光の波長の帯域またはその近傍の光のみを通過させる帯域通過フィルタを備えてもよい。これにより、環境光などの外乱成分の影響を低減することができる。帯域通過フィルタは、多層膜フィルタまたは吸収フィルタによって構成される。光源１０２の温度及びフィルタへの斜入射に伴う帯域シフトを考慮して、帯域通過フィルタの帯域幅は２０から１００ｎｍ程度の幅を持たせてもよい。
【００６０】
また、撮像装置１００は、光源１０２と対象物１０１との間、及びイメージセンサ１１０と対象物１０１との間にそれぞれ偏光板を備えてもよい。この場合、光源１０２側に配置される偏光板とイメージセンサ側に配置される偏光板の偏光方向は直交ニコルの関係である。これにより、対象物１０１の表面反射成分Ｉ１のうち正反射成分（入射角と反射角が同じ成分）がイメージセンサ１１０に到達することを防ぐことができる。つまり、表面反射成分Ｉ１がイメージセンサ１１０に到達する光量を低減させることができる。
【００６１】
［２．動作］
本開示の撮像装置１００は、表面反射成分Ｉ１から内部散乱成分Ｉ２を区別して検出する。対象物１０１を人の額とした場合、検出したい内部散乱成分Ｉ２による信号強度は非常に小さくなる。前述のように、レーザ安全基準を満たす非常に小さな光量の光が照射されることに加えて、頭皮、脳髄液、頭蓋骨、灰白質、白質及び血流による光の散乱並びに吸収が大きいためである。さらに、脳活動時の血流量または血流内成分の変化による信号強度の変化は、さらに数十分の１の大きさに相当し非常に小さくなる。したがって、検出したい信号成分の数千から数万倍である表面反射成分Ｉ１をできるだけ混入させずに撮影する。
【００６２】
以下、本実施の形態における撮像装置１００の動作を説明する。
【００６３】
図１Ａに示すように、光源１０２が対象物１０１にパルス光を照射すると、表面反射成分Ｉ１および内部散乱成分Ｉ２が発生する。表面反射成分Ｉ１及び内部散乱成分Ｉ２はその一部がイメージセンサ１１０に到達する。内部散乱成分Ｉ２は、光源１０２から発せられてイメージセンサ１１０に到達するまでに対象物１０１の内部を通過するため光路長が表面反射成分Ｉ１に比べて長くなる。したがって、内部散乱成分Ｉ２は、イメージセンサ１１０に到達する時間が表面反射成分Ｉ１に対して平均的に遅れる。
【００６４】
図２は、光源１０２から矩形パルス光が発せられて対象物１０１から反射した光がイメージセンサ１１０に到達する光信号を表す図である。図２において、信号Ａは、表面反射成分Ｉ１の波形を示している。信号Ｂは、内部散乱成分Ｉ２の波形を示している。信号Ｃは、表面反射成分Ｉ１と内部散乱成分Ｉ２とを合わせた波形を示している。信号Ｄは、電子シャッタのＯＰＥＮ、ＣＬＯＳＥのタイミングを示している。横軸は時間を表し、縦軸は、信号ＡからＣにおいては光の強度を、信号Ｄにおいては電子シャッタのＯＰＥＮまたはＣＬＯＳＥの状態を表している。
【００６５】
信号Ａに示すように、表面反射成分Ｉ１は矩形を維持する。一方、信号Ｂに示すように、内部散乱成分Ｉ２はさまざまな光路長を経た光の合算であるため、パルス光の後端で、表面反射成分Ｉ１よりも立ち下り時間が長くなる特性を示す。信号Ｃから、内部散乱成分Ｉ２の割合を高めて抽出するためには、信号Ｄに示すとおり、表面反射成分Ｉ１の後端以降（表面反射成分Ｉ１が立ち下がった時またはその後）に電子シャッタが露光を開始すれば良い。このシャッタタイミングは、制御回路１２０によって調整される。上述したとおり、本開示の撮像装置１００は表面反射成分Ｉ１から内部散乱成分Ｉ２を区別して検出できれば良いため、発光パルス幅及びシャッタ幅は任意である。したがって、従来のストリークカメラを使用した方法と異なり、撮像装置１００を簡便な構成で実現でき、撮像装置１００のコストを大幅に低下させることができる。
【００６６】
図２の信号Ａからわかるように、表面反射成分Ｉ１の後端が垂直に立ち下がっている。言い換えると、表面反射成分Ｉ１が立下りを開始してから終了するまでの時間がゼロである。しかし、現実的には光源１０２が照射するパルス光自体が完全な垂直で無かったり、対象物１０１の表面に微細な凹凸があったり、表皮内での散乱により、表面反射成分Ｉ１の後端が垂直に立ち下がらないことがある。また、対象物１０１は一般に不透明な物体である場合が多いことから、表面反射成分Ｉ１は内部散乱成分Ｉ２よりも非常に光量が大きくなる。したがって、表面反射成分Ｉ１の後端が垂直な立下り位置からわずかにはみ出した場合であっても、内部散乱成分Ｉ２が埋もれてしまい問題となる。また、電子シャッタの読み出し期間中の電子移動に伴う時間遅れにより、図２の信号Ｄに示すような理想的なバイナリな読み出しが実現できないことがある。したがって、制御回路１２０は電子シャッタのシャッタタイミングを表面反射成分Ｉ１の立ち下り直後よりやや遅らせても良い。例えば、電子シャッタの精度からすると、電子シャッタのシャッタタイミングを表面反射成分Ｉ１の立ち下り直後より１ｎｓ以上で遅らせても良い。尚、電子シャッタのシャッタタイミングを調整する代わりに、制御回路１２０は光源１０２の発光タイミングを調整しても良い。制御回路１２０は、電子シャッタのシャッタタイミングと光源１０２の発光タイミングとの時間差を調整すればよい。なお、非接触で脳活動時の血流量または血流内成分の変化を計測する場合は、あまりにもシャッタタイミングを遅らせすぎると、もともと小さい内部散乱成分Ｉ２がさらに減少してしまうため、表面反射成分Ｉ１の後端近傍にシャッタタイミングを留めておいてもよい。対象物１０１の散乱による時間遅れが４ｎｓであるため、シャッタイミングの最大の遅らせ量は４ｎｓ程度である。
【００６７】
光源１０２がパルス光を複数回発光し、各パルス光に対して同じ位相のシャッタタイミングで複数回露光することで、内部散乱成分Ｉ２の検出光量を増幅しても良い。
【００６８】
なお、対象物１０１とイメージセンサ１１０の間に帯域通過フィルタを配置することに替えて、またはそれに加えて、制御回路１２０が、光源１０２を発光させない状態で同じ露光時間で撮影することによってオフセット成分を見積もってもよい。見積もったオフセット成分は、イメージセンサ１１０の受光素子で検出された信号から差分除去される。これによってイメージセンサ１１０上で発生する暗電流成分を除去することができる。
【００６９】
図３は、実施の形態１における撮像装置１００の本測定前の動作を示すフローチャートである。スタートのあと、撮像装置１００は、測定環境判定部１４０で、対象物１０１の環境が測定に適した状態であるか否かの確認を実施する（ステップＳ２０１）。測定環境の確認の結果、対象物１０１の環境が測定に適した状態でないと判定された場合（ステップＳ２０２でＮｏ）、エラーを出力する（ステップＳ２１０）。エラーが出力された場合、対処後、再度測定環境確認を実施する。測定に適した環境であると判定されれば（ステップＳ２０２でＹｅｓ）、そのあとに発光光量調整部１３０で光量調整を実施する（ステップＳ２０３）。さらに、光量調整完了後、信号安定性判定部１５０で検出信号の安定を測定する（ステップＳ２０４）。検出信号が安定でないと判定された場合（ステップＳ２０５でＮｏ）、エラーを出力する（ステップＳ２２０）。エラーが出力された場合、対処後、再度信号安定性測定を実施する。検出信号が安定であると判定された場合（ステップＳ２０５でＹｅｓ）、本測定を開始する（ステップＳ２０６）。この順序で実施することで無駄なく、また、正しく生体の血流変化の測定を非接触かつ高精度で実施することができる。例えば、信号安定性判定を測定環境判定の前に実施すると、仮に対象物１０１が撮像装置１００で捉えられておらず、他の静止物体を撮影している場合も信号安定性判定部１５０は信号が安定であると誤って判断し、次のステップに進んでしまう。また、発光光量の調整を測定環境判定の前に実施しても、同様の理由で対象物１０１以外のものを撮影していた場合は、誤って光量を調整してしまう。また、信号安定性測定を光量調整の前に実施した場合、光量が低すぎたり、高すぎたりすると撮像装置１００の検出データのＳＮが低下したり飽和したりする。したがって、図３に示すように、測定環境判定、発光光量調整、信号安定性判定をこの順序で実施することが本開示の撮像装置１００を用いた生体計測において最適となる。
【００７０】
以下、図３のシーケンスの各機能について順次詳細を述べる。図４Ａから図４Ｄは、測定環境判定部１４０による判定の一例を示す。測定環境判定部１４０は、検出領域４００が対象物１０１の所望の位置に存在し、測定に影響する外乱誤差要因が存在しないかを確認する機能を有する。例えば、前頭葉の脳血流変化をオキシヘモグロビン及びデオキシヘモグロビンの変化により観察したい場合、対象物１０１として額部を撮影することになる。このとき、図４Ａのように、検出領域４００に額以外のものが写り込んでいなければ、測定環境判定部１４０は測定に適した環境であると判定する。しかし、図４Ｂのように髪の毛及びヘアバンドなど額以外のものが検出領域４００に含まれている場合、または図４Ｃのように検出領域４００が測定したい場所と異なる場合は、測定環境判定部１４０は測定に適していない環境であると判定し、エラーを出力する。また、図４Ｄのように、外乱光が混入する場合もある。外乱光が混入しているかは、光源１０２からパルス光を発光させずにシャッタにより信号を取得するモードを追加し、外乱光に相当するオフセット成分の画素値を確認することで判断できる。外乱光は、照射する光源の波長に近い７５０から８５０ｎｍの近赤外線光を含む光であり、太陽光の他、白熱電球、ハロゲン光、キセノン光などの室内照明などが要因となる。わずかな外乱光は、撮像装置１００による光源１０２の照射をＯＦＦとしてシャッタ動作して見積もったオフセット成分を、差分演算処理をすることにより除去する。しかし、極端にオフセット成分が多い場合はフォトダイオードのダイナミックレンジが低下する。したがって、例えば、オフセット成分がダイナミックレンジの半分を満たす場合は、測定環境判定部１４０は測定に適していない環境であると判定する。
【００７１】
図５Ａのように、撮像装置１００は被験者の顔を撮影するカメラとしての機能も兼ね備えるため、被験者、検査者が測定できる環境であるか認識できるようにカメラ画像をディスプレイ５００に表示する。このとき、撮影画像５１０に重畳して検出領域４００を表示する。撮影画像５１０内に遮蔽物の写りこみが無ければ、検出領域４００を拡大し撮影画像５１０の領域全体と一致させても良い。このようにすることで、撮像装置１００のイメージセンサの画素を無駄なく使用することができ、より高解像度な測定を実現できる。また、図５Ｂのように、タブレットまたはスマートフォンをディスプレイ５００として無線接続すれば、家庭内及び訪問先などいつでもどこでもよりカジュアルな測定を実現できる。
【００７２】
図５Ｃのように初期の検出領域４００に測定したいもの以外が混入している場合、検出領域４００をユーザが手動で変更することができる。撮影画像５１０上に位置調整用アイコン５２０が表示され、検出領域４００の位置及びサイズをドラッグ操作または座標入力により変更することができる。被験者の額が小さく初期の検出領域４００では髪の毛または眉毛を含んでしまう場合は被験者の額の大きさに合わせ検出領域４００を縮小する。また、撮影画像５１０の領域に目、眉毛、鼻などの特徴量を含めて測定しておけば、自動調整ボタンを押下することで顔認識演算により、額部の所定の領域に検出領域４００が自動に設定される。髪の毛等の遮蔽物が額を遮っていたり、特徴量が正しく検出されなかったりした場合は、検出領域４００の設定ができない旨のエラーが返される。また、自動調整で領域最大化をＯＮにすると、図５Ｄのように額露出部を画像処理検出し、額全体を検出領域４００に設定することができる。このように、検出領域４００設定用ＧＵＩを用いることで、脳血流の２次元分布を正しく、容易に、あるいは、額全体で最大限に取得できるように調整することが可能となる。
【００７３】
また、図５Ｅのように検出領域４００を複数設けても良い。検出領域４００を増やすには画面上をタップする。検出領域４００を削除するには、削除したい検出領域４００をロングタップする。検出領域４００を特定箇所に複数設けることで、着目する脳活動部位に特化した評価が可能となる。特定部位の情報のみのためデータ処理の負荷及び転送量も低減できる。
【００７４】
検出領域４００内に髪の毛及び眉毛などの測定対象以外のものが含まれる状態で測定を開始しようとすると、図６Ａのように文字、音声、エラー音等による検出領域４００が正しいか確認するように促すエラーが出力される。測定対象以外のものが含まれるかの判断は撮像装置１００で取得された画像を用いた画像処理で実現される。例えば、検出領域４００内の強度分布でコントラストが局所的に極端な変化が見られる場合は測定対象以外のものが混入したと判断する。コントラストの極端な変化とは、注目画素の周囲において画素値が、例えば、２割以上変化した場合である。コントラストの変化は、Ｓｏｂｅｌ、Ｌａｐｌａｃｉａｎ，Ｃａｎｎｙ等によるエッジ検出フィルタを用いると容易に検出できる。また、別の方法として、外乱要因の特徴量のパターンマッチングまたは機械学習による判別でもよい。額部を検出する場合の外乱要因は髪の毛、眉毛等、ある程度決まっているため、学習を用いた方法でも事前学習にそれほど多くのデータは必要無いため実現しやすい。なお、ほくろ、しみ等の微細なコントラストの変化は無視できるようにサイズによる例外処理及び平滑化後の判定を加えても良い。
【００７５】
図６Ａのエラーが出力された場合は、画面上で検出領域４００の変更をする。この場合、検出領域４００の手動または自動調整をする。また、撮影画像５１０の領域が所望の位置から極端にずれ、画面上でのソフト的な検出領域４００の変更ができない場合は、被験者自身がディスプレイ５００を確認しながら移動することで所望の位置に検出領域４００を設定する。このとき、図６Ｂのように被験者が検出領域４００に対し、左右上下どの位置にいるか把握しやすいように補助線５３０をディスプレイ５００上に表示すると良い。補助線５３０をもとに、検出領域４００の中心と被験者の額の中心の調整がスムーズにできるようになる。被験者自身がディスプレイ５００を見ながら調整する場合、調整しやすいように撮影画像５１０として左右反転したミラー像として表示すると良い。また、検査者がディスプレイ５００を確認しながら撮像装置１００の角度及び位置を変更し、検出領域４００を調整しても良い。撮像装置１００には図６Ｃのように、ｘ、ｙ、ｚ方向及び傾き（パン、チルト、回転）といった調整ステージ５４０が取り付けられており、被験者の額に光照射及びカメラ検出できるように撮像装置１００の向きを調整できるようになっている。さらに、図６Ｄのように被験者はあご及び頭の固定冶具５５０で固定することで、より動き影響誤差を低減した測定をすることができる。検査者が撮像装置１００を動かして調整することで、被験者が自ら調整するよりも被験者への負担を低減でき、取得する脳血流情報への心理的なノイズ影響も低下させることができる。
【００７６】
図７Ａ及び図７Ｂに示すように、対象物１０１の違いにより、撮像装置１００で検出される撮影画像５１０の明るさが変化する。これは、対象物１０１の肌の色、つまり、メラニン色素による光の吸収度の違いに起因する。対象物１０１が明るすぎると、撮影画像５１０が飽和し測定できなくなり、暗すぎると検出光量のＳＮに影響するため良くない。したがって、発光光量調整部１３０は対象物１０１の明るさに応じて光源１０２の光量を調整する。また、対象物１０１の発汗状態及び皮膚形状により、表面反射率及び拡散率に個人差がある。図７Ｂに示すように、対象物１０１にてかり７１０が見られる場合も、飽和しないように発光光量調整部１３０は光量を調整する。
【００７７】
撮像装置１００は、脳内まで到達後、反射し戻ってきた非常にわずかな光を検出するため、いかに検出光量を確保するかが重要となる。したがって、画像処理でのデジタルゲイン調整ではＳＮが向上しないため、光源１０２の光量を高めて感度を確保する。しかし、レーザの安全性基準クラス１を守ることを鑑みると、照射できる光量には限界がある。そのため、本実施形態の撮像装置１００は、光源１０２の１パルスあたりの光量を増加する代わりに、図７Ｃに示すように、１フレーム内のパルス光の発光回数を調整する光量調整機能を有する。図７Ｃにおいて、信号Ｅは、光源１０２から出射されるパルス光の波形を示している。信号Ｃは、表面反射成分Ｉ１と内部散乱成分Ｉ２とを合わせた波形を示している。信号Ｄは、電子シャッタのＯＰＥＮ、ＣＬＯＳＥのタイミングを示している。信号Ｆは、電荷蓄積部での電荷蓄積のタイミングを示している。横軸は時間を表し、縦軸は、信号Ｃ及びＥにおいては光の強度を、信号Ｄにおいては電子シャッタのＯＰＥＮまたはＣＬＯＳＥの状態を、信号Ｆにおいては電荷蓄積部のＯＰＥＮまたはＣＬＯＳＥの状態を表している。１フレーム内に光源１０２が発光するパルス数を変更することで対象物１０１への照射光量及び撮像装置１００での検出光量を調整することができる。パルス数変更による光量調整のほうがレーザダイオードの電流値を変更する方法よりもレーザ強度の安定性も良い。このとき、１フレーム内のシャッタ回数も発光パルス数の変化に同期して増減する。図７Ｃに示すように、１フレーム内には、演算、出力処理の時間を確保すれば、それ以外の期間、パルス光を増加することができる。したがって、１フレーム当たりのパルス光を変更するということは、単位時間あたり発光する平均的なパルス光の数を変更することを意味する。
【００７８】
図８Ａ及び図８Ｂは、撮像装置１００の信号安定性判定部１５０の機能を示す図である。信号安定性判定部１５０は、被験者がレスト状態での検出信号の時系列データの安定性を確認する。レスト状態とは被験者が何も考えていない状態である。被験者をレスト状態に誘導にするには、無地の画像を見続けさせたり、点またはプラスマークのみの画像を見続けさせたりする。このとき、図８Ａに示すように、被験者の脳血流信号には増減が見られず、一定値であるのが理想である。しかし、被験者の状態によっては、図８Ｂに示すように、検出信号が安定しない。安定しない要因の一つとしては、被験者の精神状態が無心状態でなかった場合である。この場合、図９に示すように、ディスプレイ５００上に信号が安定していない旨の出力をし、被験者を落ち着かせる、時間を置く等の対策をしてから再度信号安定性を確認する。また、信号安定性評価中に被験者が動いたり、眉を動かしたりすると検出信号が変動する。体動による検出信号の変化は、オキシヘモグロビン、デオキシヘモグロビンを算出することで判断できる。非接触で測定しているため、体動が発生すると撮像装置１００と対象物１０１間の距離が変動し、対象物１０１上の照射光量が変化し、対象物１０１に入射する光量が増減する。したがって、体動は検出信号の変動をもたらすため、オキシヘモグロビン、デオキシヘモグロビンともにプラスマイナス同じ方向に同時に大きく変動する。そのため、オキシヘモグロビン、デオキシヘモグロビンの変動を観察しておき、体動特有の信号変化を検出した際に、被験者に動かないように指示するエラー応答を撮像装置１００は出力する。また、光源１０２が安定していないために検出信号が安定していないことがある。これはレーザが温度変化により発光強度が単調に減少することが起因しており、これに伴いオキシヘモグロビン、デオキシヘモグロビン信号ともに単調に増加しているように見える。したがって、この単調変化の現象をもとに、光源１０２が安定しているか判断することができる。この場合、撮像装置１００は光源１０２が安定するまで待つ指示を出したり、温度による光源１０２の強度変化をキャリブレーション補正する処理を施したりすることで対応する。信号安定性判定部１５０による安定度判定により、誤差要因を低減・排除したより正確な測定が可能となる。
【００７９】
測定環境確認、光量調整、検出信号安定確認で問題が無ければ、そのあとに、本測定を開始する。
【００８０】
（実施の形態２）
本実施の形態２は、撮像装置８００に測定中に異常値の発生を検出する異常値判定部８１０を含む。ここでは、本実施形態において実施の形態１と同様の内容についての詳細な説明は省略する。異常値判定部８１０は、演算部に相当する。
【００８１】
図１０Ａは、実施の形態２の撮像装置８００及び撮像装置８００が対象物１０１を撮影する様子を示す模式図である。実施の形態１と異なり、異常値判定部８１０が追加されている。図１０Ｂは、実施の形態２における撮像装置８００の本測定中の動作を示すフローチャートである。実施の形態２では、本測定を実施中に（ステップＳ９０２）、異常値の判定を行う（ステップＳ９０４）。異常値判定部８１０により、異常値が発生していると判定された場合（ステップＳ９０６でＹｅｓ）、対象物１０１の環境が測定に適した状態であるか否かの確認を実施する（ステップＳ２０１）。異常値とは、測定中に検出信号にイレギュラーな値が発生していないかを確認するものである。例えば、髪の毛などによる遮蔽物、外乱光及び体動が異常値発生の一要因である。測定中に髪の毛などの遮蔽物が混入すると、髪の毛が光吸収するため、検出信号が極端に低下し、脳血流信号は擬似的に増加するため判別可能である。または、撮像装置８００のカメラ画像で異物が混入されているか画像認識で判断する。また、外乱光が混入すると、検出したオフセット成分が極端に増加することから判別する。また、体動が発生した場合には、オキシヘモグロビン（ＨｂＯ2）、デオキシヘモグロビン（Ｈｂ）の値が同時に急激に変化するため、判別することができる。図１１Ａは、異常値判定部８１０で異常値が発生していないと判定された場合の脳血流変化の時系列データである。タスクに対してオキシヘモグロビンが増加することが多いが、デオキシヘモグロビンは逆に減る、あるいは微増する傾向が見られることが多い。一方、図１１Ｂは、測定中に被験者の体動により検出信号が大きく変動した例である。体動に対して、額上で照射光量が増減するため、オキシヘモグロビン、デオキシヘモグロビンの見かけ上の値はともに同じ方向に増減する。異常値判定部８１０はヒトの一般的な血流変化（０．１ｍＭ・ｍｍ程度）を超える信号値である場合はエラーを表示する。例えば、ＨｂＯ2で１ｍＭ・ｍｍ以上である場合は異常値エラーを出力する。また、血流変化は急激に起こらないため、時系列波形がほぼ９０°で変化する場合、あるいは、１秒間に０．１ｍＭ・ｍｍ以上の血流変動がある場合には、異常値の可能性が高いため、異常値エラーの応答をする。また、体動の有無は撮像装置８００の画像データから動体検知画像処理演算により検出してもよい。動体検知として、例えば、オプティカルフロー、テンプレートマッチング、ブロックマッチング、背景差分といった手法を用いる。
【００８２】
異常値判定部８１０が、本測定中に異常値が発生したと判定した場合、図１２Ａ及び図１２Ｂに示すように、異常値の発生または体動による検出領域のずれが発生した旨、ディスプレイ５００上に出力する。操作者は必要に応じて、異常値要因の対策をした後、実施の形態１に示した本測定前の測定環境確認から実施し直す。
【産業上の利用可能性】
【００８３】
本開示における撮像装置は、例えば、非接触で対象物の内部情報を取得するカメラ、測定機器等に有用である。本開示における撮像装置は、例えば、生体・医療センシング等に応用できる。
【符号の説明】
【００８４】
１００、８００  撮像装置
１０１  対象物
１０２  光源
１０４  光電変換部
１０６  電荷蓄積部
１１０  イメージセンサ
１２０  制御回路
１３０  発光光量調整部
１４０  測定環境判定部
１５０  信号安定性判定部
４００  検出領域
５００  ディスプレイ
５１０  撮影画像
５２０  位置調整用アイコン
５３０  補助線
５４０  調整ステージ
５５０  固定冶具
７１０  てかり
８１０  異常値判定部
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図１Ｃ】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図４Ｄ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図５Ｄ】
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【図５Ｅ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図６Ｃ】
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【図６Ｄ】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図７Ｃ】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図９】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
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