(57)【要約】【課題】被検者の生体信号を精度よく検出することのできる生体信号検出装置、を提供する。【解決手段】生体信号検出装置１０は、被検者Ｍの皮膚表面に向けて、近赤外線からなる第１偏光を照射する光源１００と、光源１００から照射された後に被検者Ｍの皮膚で反射または散乱された光を受光する主受光部２１１と、第１偏光の偏波面とは異なる偏波面を有する第２偏光のみを、主受光部２１１に到達させるように、被検者Ｍと主受光部２１１との間となる位置に配置された主偏光フィルタ２２１と、主受光部２１１によって受光された第２偏光の輝度の変化を、生体信号として検出する信号検出部３３０と、を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検者（Ｍ）の生体信号を検出する生体信号検出装置（１０）であって、
前記被検者の皮膚表面に向けて、近赤外線からなる第１偏光を照射する光源（１００）と、
前記光源から照射された後に前記被検者の皮膚で反射または散乱された光を受光する受光部（２１１）と、
前記第１偏光の偏波面とは異なる偏波面を有する第２偏光のみを、前記受光部に到達させるように、前記被検者と前記受光部との間となる位置に配置された偏光フィルタ（２２１）と、
前記受光部によって受光された前記第２偏光の輝度の変化を、前記生体信号として検出する信号検出部（３３０）と、を備える生体信号検出装置。
【請求項２】
前記第２偏光の偏波面は、前記第１偏光の偏波面に対して直交する偏波面である、請求項１に記載の生体信号検出装置。
【請求項３】
前記受光部は主受光部であり、
前記光源から照射された後に前記被検者の皮膚で反射または散乱された光を、前記偏光フィルタを介することなく受光する副受光部（２１２）を更に備える、請求項１又は２に記載の生体信号検出装置。
【請求項４】
前記偏光フィルタは主偏光フィルタであり、
前記第１偏光の偏波面と同一の偏波面を有する光のみを、前記副受光部に到達させるように、前記被検者と前記副受光部との間となる位置に配置された副偏光フィルタ（２２２）、を更に備える、請求項３に記載の生体信号検出装置。
【請求項５】
前記副受光部によって受光された光の輝度に基づいて、前記主受光部によって受光された前記第２偏光の輝度を補正する補正部（３４０）を更に備え、
前記信号検出部は、前記補正部によって補正された後における前記第２偏光の輝度の変化を、前記生体信号として検出する、請求項３又は４に記載の生体信号検出装置。
【請求項６】
前記補正部は、
前記副受光部によって受光された光の輝度が大きい程、前記主受光部によって受光された前記第２偏光の輝度を大きくするように補正する、請求項５に記載の生体信号検出装置。
【請求項７】
前記受光部によって受光された前記第２偏光の輝度に基づいて、前記光源の出力を調整する出力調整部（３１０）を更に備える、請求項１乃至６のいずれか１項に記載の生体信号検出装置。
【請求項８】
前記受光部によって受光された前記第２偏光の輝度に基づいて、前記受光部の露光時間を調整する露光調整部（３２０）を更に備える、請求項１乃至６のいずれか１項に記載の生体信号検出装置。
【請求項９】
生体信号検出装置は車両に搭載されるものとして構成されており、
前記被検者は前記車両の乗員であって、
前記車両の外から入射する近赤外線のうち、前記第１偏光の偏波面と同一の偏波面を有する光のみを前記被検者の皮膚に到達させるように、前記車両の窓ガラス（Ｇ１）に設けられたガラス用偏光フィルタ（Ｆ１）を更に備える、請求項１乃至８のいずれか１項に記載の生体信号検出装置。
【請求項１０】
生体信号検出装置は車両に搭載されるものとして構成されており、
前記被検者は前記車両の乗員であって、
前記車両の外から入射する近赤外線を前記被検者の皮膚に到達させないように、前記車両の窓ガラスに設けられた遮断フィルタ（Ｆ１）を更に備える、請求項１乃至８のいずれか１項に記載の生体信号検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、被検者の生体信号を検出する生体信号検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、例えば脈拍等のような生体信号を検出する生体信号検出装置を、車両に搭載することについての検討が進められている。生体信号検出装置を搭載した車両では、生体信号に基づいて運転者の覚醒状態を取得し、必要に応じて音や振動などにより運転者を覚醒させることが可能となる。また、生体信号に基づいて、運転者の健康状態やストレスの有無等を確認することも可能となる。
【０００３】
下記特許文献１に記載の装置では、被検者の顔に赤外線を照射し、被検者の皮膚表面で反射された赤外線の輝度変化に基づいて生体信号を検出している。また、当該装置では、被検者の向きが変化することによる輝度変化への影響を除外することにより、生体信号を精度よく検出することが可能となっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１１−１３０９９６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明者らは、被検者の皮膚表面で反射された近赤外線の輝度変化に基づくのではなく、被検者の皮膚内部の血液まで到達した後に反射または散乱された近赤外線（換言すれば、被検者の皮膚内部の血液によって吸収されなかった近赤外線）の輝度変化に基づいて、生体信号を検出することについて検討を行ってきた。このような方法によれば、血流量の変化、すなわち心拍による血管の脈動を、皮膚表面の動きを介することなく直接検出することができる。このため、位相遅れを伴うことなく正確な生体信号を検出することが可能となる。
【０００６】
しかしながら、近赤外線は皮膚表面および血管分布の無い表皮で反射または散乱され、血管が分布している皮膚の内側まで到達する光量が小さくなる傾向がある。更に、血液に対する近赤外線の吸光度は、血液に対する可視光の吸光度に比べて低い。その結果、血液によって反射または散乱された近赤外線の輝度変化（すなわち生体信号を示す輝度変化）は、皮膚表面で反射された近赤外線の輝度変化に比べて著しく小さくなるため、当該輝度変化に基づいて生体信号を精度よく検出することは困難であった。
【０００７】
更に、被検者である乗員には、光源から照射された近赤外線だけでなく、窓ガラスを通じて車外から進入した赤外線も入射する。このような近赤外線が被検者の皮膚表面で反射し、外乱となってしまうことにより、血液によって反射または散乱された近赤外線の輝度変化に基づいて生体信号を検出することは更に困難なものとなっていた。
【０００８】
本開示は、被検者の生体信号を精度よく検出することのできる生体信号検出装置、を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本開示に係る生体信号検出装置（１０）は、被検者（Ｍ）の皮膚表面に向けて、近赤外線からなる第１偏光を照射する光源（１００）と、光源から照射された後に被検者の皮膚で反射または散乱された光を受光する受光部（２１１）と、第１偏光の偏波面とは異なる偏波面を有する第２偏光のみを、受光部に到達させるように、被検者と受光部との間となる位置に配置された偏光フィルタ（２２１）と、受光部によって受光された第２偏光の輝度の変化を、生体信号として検出する信号検出部（３３０）と、を備える。
【００１０】
このような構成の生体信号検出装置では、近赤外線からなる第１偏光が、光源から被検者の皮膚表面に照射される。皮膚表面に照射された光は、その一部が皮膚表面で反射されるのであるが、その一部は皮膚内部に進入した後、血液によって反射または散乱される。
【００１１】
皮膚表面で反射された光は、その殆どが、第１偏光の偏波面と同一の（つまり平行な）偏波面を有する光となっている。一方、皮膚の内側に進入した後に反射または散乱された光においては、第１偏光の偏波面とは異なる偏波面を有する光の割合が比較的高くなっている。当該割合は、反射または散乱される位置が深くなるほど高くなる傾向がある。
【００１２】
そこで、上記の生体信号検出装置では、被検者の皮膚表面及び内部で反射または散乱された光の全てを受光部に到達させるのではなく、第１偏光の偏波面とは異なる偏波面を有する第２偏光のみを受光部に到達させるよう、被検者と受光部との間となる位置に偏光フィルタを配置している。このため、受光部は、皮膚の表面で反射された光の影響を殆ど受けることなく、皮膚の内側にある血液分布層から反射または散乱された光を受光することができる。受光部で受光される光の輝度の振幅（すなわち生体信号の振幅）を、受光部のダイナミックレンジに対して大きくすることができるので、生体信号を精度よく検出することが可能となる。
【発明の効果】
【００１３】
本開示によれば、被検者の生体信号を精度よく検出することのできる生体信号検出装置、が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】図１は、本実施形態に係る生体信号検出装置の構成を模式的に示す図である。
【図２】図２は、皮膚における近赤外線の反射及び散乱について説明するための図である。
【図３】図３は、生体信号検出装置が備える受光部の構成を示す図である。
【図４】図４は、受光部によって撮影された画像の例を示す図である。
【図５】図５は、受光部に到達する近赤外線の輝度変化の例を示すグラフである。
【図６】図６は、生体信号検出装置が備える制御装置によって実行される処理の流れを示すフローチャートである。
【図７】図７は、生体信号検出装置が備える制御装置によって実行され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】
【００１５】
以下、添付図面を参照しながら本実施形態について説明する。説明の理解を容易にするため、各図面において同一の構成要素に対しては可能な限り同一の符号を付して、重複する説明は省略する。
【００１６】
図１を参照しながら、本実施形態に係る生体信号検出装置１０の構成について説明する。生体信号検出装置１０は、車両（全体は不図示）に搭載される装置であって、当該車両の乗員である被検者Ｍの生体信号を検出するための装置として構成されている。尚、本実施形態では、生体信号として被検者Ｍの心拍が検出される。このような態様に換えて、心拍以外の生体信号（例えば呼吸数など）が検出されるような態様であってもよい。また、検出された心拍に基づいて、他の生体信号が算出されるような態様であってもよい。
【００１７】
生体信号検出装置１０によって検出された被検者Ｍの生体信号は、被検者Ｍの覚醒状態や健康状態を判定するために用いられる。これにより、必要に応じて被検者Ｍを覚醒させたり、被検者Ｍの健康状態を外部に送信したりするなどの処理を行うことが可能となる。尚、以下の説明においては、生体信号検出装置１０によって生体信号を検出するために行われる処理についてのみ説明し、検出された生体信号を用いて行われる処理については説明を省略する。
【００１８】
図１では、車両の運転席に着座している被検者Ｍの顔の部分と、その前方にある窓ガラスＧ１（フロントガラス）とが、側面視で模式的に図示されている。同図に示されるように、生体信号検出装置１０は、光源１００と、カメラ２００と、制御装置３００と、を備えている。
【００１９】
光源１００は、被検者Ｍの皮膚表面に向けて近赤外線を照射する装置である。光源１００は、車室内のうち被検者Ｍの前方側となる位置（例えば天井）に設置されており、前方側から被検者Ｍの顔に近赤外線を照射する。本実施形態の光源１００から発せられる近赤外線は、単一波長の光であって、電場の変動する方向が単一の偏波面に沿った光（つまり偏光）となっている。光源１００から被検者Ｍに向けて発せられる近赤外線のことを、以下では「第１偏光」とも称する。
【００２０】
カメラ２００は、光源１００から照射された後に被検者Ｍの皮膚で反射または散乱された光を受光するための装置である。カメラ２００は、車室内のうち被検者Ｍの前方側となる位置であって、光源１００の近傍となる位置に設置されている。カメラ２００は、後に説明するようにイメージセンサ２１０（図３を参照）を有しており、受光した近赤外線の輝度分布を画像として出力することができる。生体信号検出装置１０は、カメラ２００で受光された近赤外線の輝度の変化（脈動）に基づいて、被検者Ｍの脈拍を検出する。
【００２１】
制御装置３００は、生体信号検出装置１０の全体の動作を制御するための装置である。制御装置３００は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等を有するコンピュータシステムとして構成されている。制御装置３００は、機能的な制御ブロックとして、出力調整部３１０と、露光調整部３２０と、信号検出部３３０と、補正部３４０と、を有している。
【００２２】
出力調整部３１０は、光源１００の出力を調整する部分である。後に説明するように、出力調整部３１０は、光源１００の出力を調整することにより、カメラ２００によって受光される光の強度を概ね一定に保つ。尚、ここでいう「強度」とは、生体信号等に伴って変化する輝度の平均レベルのことを示している。以下の説明においても同様である。光源１００の出力の調整は、例えば、光源１００に向けて出力される制御信号のデューティを変化させることにより行われる。
【００２３】
露光調整部３２０は、カメラ２００の露光時間を調整する部分である。後に説明するように、露光調整部３２０は、カメラ２００の露光時間を調整することにより、カメラ２００によって受光される光の強度を概ね一定に保つ。
【００２４】
信号検出部３３０は、カメラ２００によって受光された光の輝度の変化を、生体信号として検出する処理を行う部分である。被検者Ｍの皮膚の内部では、心臓の鼓動に基づいて、血流が増加している状態と、血流が減少している状態とが交互に繰り返される。血流が増加している状態においては、血液で吸収される近赤外線の割合が増加することにより、皮膚内部で反射または散乱されカメラ２００に向かう近赤外線の輝度は小さくなる。また、血流が減少している状態においては、血液で吸収される近赤外線の割合が減少することにより、皮膚内部で反射または散乱されカメラ２００に向かう近赤外線の輝度は大きくなる。つまり、カメラ２００によって受光される近赤外線の輝度は、心臓の鼓動に同期して変化することとなる。このため、信号検出部３３０は、カメラ２００によって受光される近赤外線の輝度の変化を、被検者Ｍの心拍として検出することができる。
【００２５】
補正部３４０は、カメラ２００によって受光された光の輝度を補正する処理を行う部分である。後に説明するように、補正部３４０は上記補正を行うことにより、カメラ２００によって受光される第１偏光の強度の変動を抑制する。
【００２６】
図２を参照しながら、被検者Ｍの皮膚における近赤外線の反射、散乱について説明する。図２に示される点線ＤＬ１は、被検者Ｍの皮膚の表面を示す線となっている。点線ＤＬ１よりも下方側の部分が、皮膚の角質層及び表皮層（以下では、これらを纏めて「表皮層ＳＫ１」とも表記する）となっている。また、図２に示される点線ＤＬ２は、皮膚の表皮層ＳＫ１と真皮層との境界を示す線となっている。点線ＤＬ２よりも下方側の部分のことを、以下では「真皮層ＳＫ２」とも表記する。表皮層ＳＫ１は、皮膚のうち血管が分布していない部分であり、真皮層ＳＫ２は、皮膚のうち血管が分布している部分である。
【００２７】
図２において符号Ｐ０１が付されている矢印は、光源１００から被検者Ｍに向けて発せられる第１偏光である。以下では、この第１偏光のことを「第１偏光Ｐ０１」と表記する。本実施形態では、第１偏光Ｐ０１の偏波面（具体的には電場の振動面）が、第１偏光Ｐ０１の入射面に対して平行となっている。つまり、本実施形態における第１偏光Ｐ０１は所謂「Ｐ偏光」となっている。
【００２８】
表皮層ＳＫ１に入射した第１偏光Ｐ０１は、その一部が表皮層ＳＫ１の表面で反射される。図２において符号Ｐ０２が付されている矢印は、このように反射される近赤外線を示している。以下では、当該近赤外線のことを「表面反射光Ｐ０２」と表記する。表面反射光Ｐ０２は、第１偏光Ｐ０１と同一の偏波面を有する偏光（つまりＰ偏光）となっている。
【００２９】
表皮層ＳＫ１に入射した第１偏光Ｐ０１の一部は、表皮層ＳＫ１の内部に進入する。図２において符号Ｐ１１が付されている矢印は、このように表皮層ＳＫ１に進入する近赤外線を示している。以下では、当該近赤外線のことを「進入光Ｐ１１」と表記する。
【００３０】
表皮層ＳＫ１に進入した進入光Ｐ１１の一部は、更に真皮層ＳＫ２の内部に進入し、真皮層ＳＫ２にある血管中の血液によって吸収される。図２において符号Ｐ２１が付されている矢印は、このように吸収される近赤外線を示している。表皮層ＳＫ１に進入した進入光Ｐ１１のうち、上記のように血液によって吸収されなかったものは、反射または散乱され、その一部が皮膚の表面側に向かって進むこととなる。このように反射または散乱された近赤外線には、様々な偏波面を有する偏光が含まれている。
【００３１】
上記のように反射または散乱される偏光のうち、第１偏光Ｐ０１と同一の偏波面を有する偏光のことを、以下では「第１内部反射光Ｐ１２」とも表記する。また、第１偏光Ｐ０１の偏波面に対して直交する偏波面を有する偏光のことを、以下では「第２内部反射光Ｓ１２」とも表記する。第２内部反射光Ｓ１２の偏波面（具体的には電場の振動面）は、第１偏光Ｐ０１の入射面に対して垂直となっている。つまり、本実施形態における第２内部反射光Ｓ１２は所謂「Ｓ偏光」となっている。図２では、第１内部反射光Ｐ１２及び第２内部反射光Ｓ１２のそれぞれが、点線ＤＬ２の位置から外側に向かう矢印として示されている。
【００３２】
以上のように、被検者Ｍの皮膚で反射または散乱される近赤外線には、表面反射光Ｐ０２と、第１内部反射光Ｐ１２と、第２内部反射光Ｓ１２とが含まれる。図３に示されるように、これらの近赤外線はいずれもカメラ２００に到達することとなる。
【００３３】
図３を参照しながら、カメラ２００の具体的な構成について説明する。図３に示されるカメラ２００の断面は、第１偏光Ｐ０１の入射面に対して平行な断面となっている。カメラ２００は、図３における下半分の部分である主カメラ部２０１と、図３における上半分の部分である副カメラ部２０２と、を有している。
【００３４】
主カメラ部２０１は、主レンズ２３１と、主受光部２１１と、主偏光フィルタ２２１と、を有している。
【００３５】
主レンズ２３１は、主カメラ部２０１に入射する近赤外線を、後述の主受光部２１１上に結像させるためのレンズである。主レンズ２３１は、イメージセンサ２１０の表面に設けられた支持壁２５２、２５３によって支持されている。
【００３６】
主受光部２１１は、ＣＭＯＳであるイメージセンサ２１０のうち、上記の支持壁２５２と支持壁２５３との間の部分である。主受光部２１１は、その表面において結像した近赤外線の輝度分布を示す画像を、データとして後述の制御装置３００へと送信する。
【００３７】
主偏光フィルタ２２１は、被検者Ｍと主受光部２１１との間となる位置に配置された偏光フィルタである。本実施形態の主偏光フィルタ２２１は、主レンズ２３１と主受光部２１１との間となる位置において、支持壁２５２、２５３によって支持されている。主偏光フィルタ２２１は、第１偏光Ｐ０１の偏波面とは異なる偏波面を有する偏光のみを、主受光部２１１に到達させるように配置されている。具体的には、主偏光フィルタ２２１は、第１偏光Ｐ０１の偏波面に対して垂直な偏波面を有する偏光のみを通過させ、それ以外の偏光を遮断する。
【００３８】
このため、カメラ２００に向かう表面反射光Ｐ０２、第１内部反射光Ｐ１２、及び第２内部反射光Ｓ１２のうち、主偏光フィルタ２２１を通過して主受光部２１１に到達するのは、第２内部反射光Ｓ１２のみとなっている。主受光部２１１に到達しうる第２内部反射光Ｓ１２は、本実施形態における「第２偏光」に該当する。先に説明した信号検出部３３０は、主受光部２１１によって受光された第２内部反射光Ｓ１２（第２偏光）の輝度の変化を、生体信号として検出することとなる。
【００３９】
副カメラ部２０２は、副レンズ２３２と、副受光部２１２と、副偏光フィルタ２２２と、減光フィルタ２４２と、を有している。
【００４０】
副レンズ２３２は、副カメラ部２０２に入射する近赤外線を、後述の副受光部２１２上に結像させるためのレンズである。副レンズ２３２は、イメージセンサ２１０の表面に設けられた支持壁２５１、２５２によって支持されている。
【００４１】
図４の下段に示されるのは、主レンズ２３１によって主受光部２１１上に結像する画像ＩＭ１の例である。また、図４の上段に示されるのは、副レンズ２３２によって副受光部２１２上に結像する画像ＩＭ２の例である。画像ＩＭ１と画像ＩＭ２とは、ほぼ同一の領域を示す画像となっている。つまり、主レンズ２３１の視野と、副レンズ２３２の視野とは、互いに重なっている。このように、副レンズ２３２は、主カメラ部２０１の主レンズ２３１と共に、「視野重複レンズアレイ」を構成している。
【００４２】
図３に戻って説明を続ける。副受光部２１２は、ＣＭＯＳであるイメージセンサ２１０のうち、上記の支持壁２５１と支持壁２５２との間の部分である。副受光部２１２は、その表面において結像した近赤外線の輝度分布を示す画像を、データとして後述の制御装置３００へと送信する。
【００４３】
副偏光フィルタ２２２は、被検者Ｍと副受光部２１２との間となる位置に配置された偏光フィルタである。本実施形態の副偏光フィルタ２２２は、副レンズ２３２と副受光部２１２との間となる位置において、支持壁２５１、２５２によって支持されている。副偏光フィルタ２２２は、第１偏光Ｐ０１の偏波面と同一の偏波面を有する偏光のみを、副受光部２１２に到達させるように配置されている。つまり、主偏光フィルタ２２１は、第１偏光Ｐ０１の偏波面に対して直交する偏波面を有する偏光のみを通過させ、それ以外の偏光を遮断する。
【００４４】
このため、カメラ２００に向かう表面反射光Ｐ０２、第１内部反射光Ｐ１２、及び第２内部反射光Ｓ１２のうち、副偏光フィルタ２２２を通過して副受光部２１２に到達するのは、表面反射光Ｐ０２及び第１内部反射光Ｐ１２のみとなっている。副受光部２１２によって受光された近赤外線の輝度を示す信号は、制御装置３００へと入力される。
【００４５】
減光フィルタ２４２は、副受光部２１２に向かう近赤外線の輝度を減衰させるためのフィルタである。減光フィルタ２４２は、副レンズ２３２よりも被検者Ｍ側となる位置において、支持壁２５１、２５２によって支持されている。
【００４６】
副受光部２１２に向かう近赤外線（表面反射光Ｐ０２、第１内部反射光Ｐ１２）の輝度は、主受光部２１１によって受光される近赤外線（第２内部反射光Ｓ１２）の輝度に比べて大きい。本実施形態では、上記の減光フィルタ２４２を副受光部２１２側にのみ設けることにより、副受光部２１２によって受光される近赤外線の輝度を、主受光部２１１によって受光される近赤外線の輝度と同程度のレベルまで落としている。これにより、それぞれの近赤外線の輝度を、イメージセンサ２１０のダイナミックレンジ内に収めることが可能となっている。
【００４７】
生体信号検出装置１０を以上のような構成としたことの効果について、図５を参照しながら説明する。図５（Ａ）の線Ｌ１に示されるのは、皮膚で反射または散乱された近赤外線の全てがカメラ２００によって受光された場合における、当該近赤外線の輝度の変化の例を示すグラフである。つまり、図５（Ａ）には、主偏光フィルタ２２１が設けられていない場合において、主受光部２１１によって受光される近赤外線の輝度の変化の例が示されている。尚、図５に示される「ＤＨ」はカメラ２００のダイナミックレンジの上限であり、「ＤＬ」はその下限である。
【００４８】
このような場合には、表面反射光Ｐ０２、第１内部反射光Ｐ１２、及び第２内部反射光Ｓ１２の全てが主受光部２１１によって受光される。このため、線Ｌ１で示される輝度変化には、血流量の変化に伴う第２内部反射光Ｓ１２の輝度変化だけでなく、被検者Ｍの姿勢等の変化に伴う表面反射光Ｐ０２の輝度変化も含まれている。血液に対する近赤外線の吸光度は小さく、更に近赤外線はその一部が皮膚表面で反射されやすい。その結果、線Ｌ１で示される輝度変化では、表面反射光Ｐ０２の輝度変化が支配的となっており、第２内部反射光Ｓ１２の輝度変化が占める割合は僅かとなっている。つまり、線Ｌ１においては、生体信号のＳ／Ｎ比が小さくなってしまっている。このため、線Ｌ１に示される輝度変化に基づいて、生体信号を精度よく検出することは困難である。
【００４９】
また、線Ｌ１に示される輝度変化の振幅は、ダイナミックレンジに比べると小さな振幅となっている。線Ｌ１に基づいて生体信号を検出するためには、例えば光源１００の出力を大きくし、上記振幅を大きくすることも考えられる。
【００５０】
しかしながら、線Ｌ１で示される輝度は、表面反射光Ｐ０２の輝度を含むことにより比較的大きくなっており、ダイナミックレンジの上限ＤＨに近い値となっている。このため、上記のように光源１００の出力を大きくした場合には、主受光部２１１によって受光される近赤外線の輝度がダイナミックレンジを超えてしまい、測定不可能となってしまう。
【００５１】
図５（Ｂ）の線Ｌ２に示されるのは、本実施形態（つまり図３に示される構成）の主受光部２１１によって受光される近赤外線の輝度の変化の例である。本実施形態では、表面反射光Ｐ０２及び第１内部反射光Ｐ１２については主受光部２１１によって受光されず、第２内部反射光Ｓ１２のみが主受光部２１１によって受光される。このため、線Ｌ２で示される輝度変化には、血流量の変化に伴う第２内部反射光Ｓ１２の輝度変化のみが含まれている。従って、線Ｌ２に示される輝度変化に基づけば、生体信号を精度よく検出することが可能である。
【００５２】
尚、線Ｌ２に示される輝度変化の振幅は、ダイナミックレンジに比べるとやはり小さな振幅となっている。このため、生体信号を更に精度よく検出するためには、例えば光源１００の出力を大きくし、上記振幅を大きくすることが好ましい。
【００５３】
線Ｌ２で示される輝度は、表面反射光Ｐ０２の輝度を含んでいないので比較的小さくなっており、ダイナミックレンジの下限ＤＬに近い値となっている。このため、上記のように光源１００の出力を大きくした後においても、第２内部反射光Ｓ１２の輝度変化をダイナミックレンジ内に収めることは可能である。図５（Ｂ）の線Ｌ３は、このように光源１００の出力を大きくした場合における、第２内部反射光Ｓ１２の輝度変化の例を示すグラフとなっている。この場合、生体信号のＳ／Ｎ比が大きくなるので、線Ｌ２に基づく場合に比べて、生体信号を更に精度よく検出することが可能となる。
【００５４】
以上のように、本実施形態に係る生体信号検出装置１０では、被検者Ｍと主受光部２１１との間となる位置に配置された主偏光フィルタ２２１を備えている。主偏光フィルタ２２１は、第１偏光Ｐ０１の偏波面とは異なる偏波面を有する第２内部反射光Ｓ１２（第２偏光）のみを、主受光部２１１に到達させるように配置されている。このため、信号検出部３３０は、主受光部２１１によって受光された第２内部反射光Ｓ１２の輝度の変化を、生体信号として精度よく検出することが可能となっている。
【００５５】
尚、本実施形態においては、主偏光フィルタ２２１を通過する第２内部反射光Ｓ１２（第２偏光）の偏波面が、第１偏光Ｐ０１の偏波面に対して直交する偏波面となっている。それぞれの偏波面が互いになす角度は、本実施形態のように９０度であってもよいのであるが、９０度とは異なる角度であってもよい。本発明者らが実験等により検討したところによれば、上記角度を９０度±３０度の範囲内に収めれば、表面反射光Ｐ０２の影響を除外することができ、生体信号を精度よく検出できるようになることが確認されている。
【００５６】
ところで、本実施形態に係る生体信号検出装置１０は車両に搭載されているので、被検者Ｍには、光源１００からの近赤外線のみならず、窓ガラスＧ１を通じて外部から入射する近赤外線も到達することがある。このような近赤外線には、様々な偏波面を有する近赤外線が含まれている。このため、その一部が主偏光フィルタ２２１を通過して主受光部２１１に到達してしまい、生体信号のＳ／Ｎ比が低下してしまうことが懸念される。
【００５７】
これを防止するために、本実施形態に係る生体信号検出装置１０では、窓ガラスＧ１を内側から覆うように設けられたフィルタＦ１を更に備えている（図１を参照）。フィルタＦ１は、車両の外から車室内に入射する近赤外線のうち、第１偏光Ｐ０１の偏波面と同一の偏波面を有する光のみを被検者Ｍの皮膚に到達させるように、窓ガラスＧ１に設けられた偏光フィルタである。このようなフィルタＦ１が設けられていることにより、光源１００から発せられた近赤外線とは異なる近赤外線が、主受光部２１１に到達し検知されてしまうような事態が防止されている。
【００５８】
尚、窓ガラスＧ１に設けられるフィルタＦ１は、上記のような偏光フィルタであってもよいのであるが、車両の外から車室内に入射する近赤外線を、被検者Ｍの皮膚に一切到達させないように遮断するものであってもよい。
【００５９】
制御装置３００によって行われる処理について、図６を参照しながら説明する。図６に示される一連の処理は、所定の制御周期が経過する毎に、制御装置３００によって繰り返し実行されるものである。
【００６０】
当該処理の最初のステップＳ０１では、主受光部２１１で受光される近赤外線（つまり第２内部反射光Ｓ１２）の強度が取得される。ステップＳ０１に続くステップＳ０２では、副受光部２１２で受光される近赤外線（つまり表面反射光Ｐ０２や第１内部反射光Ｐ１２）の強度が取得される。
【００６１】
ステップＳ０２に続くステップＳ０３では、主受光部２１１で受光される近赤外線の強度を補正する処理が行われる。主受光部２１１で受光される近赤外線の強度（つまり補正前の強度）をＩｓ０とし、副受光部２１２で受光される近赤外線の強度をＩｐとすると、補正後の強度Ｉｓは下記の式（１）のように表せられる。
Ｉｓ＝Ｉｓ０×ｆ（Ｉｐ）・・・・（１）
【００６２】
式（１）における「ｆ（Ｉｐ）」は、Ｉｐが大きいときには１よりも大きな値を返し、Ｉｐが小さいときには１よりも小さな値を返す関数である。このため、主受光部２１１で受光される近赤外線の強度は、副受光部２１２で受光される近赤外線の強度が大きいときには元の値よりも大きくなるように補正され、副受光部２１２で受光される近赤外線の強度が小さいときには元の値よりも小さくなるように補正される。つまり、補正部３４０は、副受光部２１２によって受光された光の輝度が大きい程、主受光部２１１によって受光された第２偏光の輝度を大きくするように補正する処理を行う。
【００６３】
本実施形態の副受光部２１２は、光源１００から照射された後に被検者Ｍの皮膚で反射または散乱された光を、主偏光フィルタ２２１を介することなく、副偏光フィルタ２２２を介して受光する部分となっている。このような副受光部２１２で受光される近赤外線の強度が大きくなったときには、皮膚表面で反射される近赤外線の光量が何らかの原因で大きくなっており、その分、皮膚内部に進入する近赤外線の光量が小さくなっているものと推測される。このような場合には、副受光部２１２で受光される近赤外線の強度が、元のＩｓ０よりも大きくなるように補正されることとなる。
【００６４】
一方、副受光部２１２で受光される近赤外線の強度が小さくなったときには、皮膚表面で反射される近赤外線の光量が何らかの原因で小さくなっており、その分、皮膚内部に進入する近赤外線の光量が大きくなっているものと推測される。このような場合には、副受光部２１２で受光される近赤外線の強度が、元のＩｓ０よりも小さくなるように補正されることとなる。
【００６５】
その結果、補正後の強度Ｉｓは、皮膚の内部に進入する近赤外線の光量に寄ることなく、概ね一定のレベルが維持されることとなる。信号検出部３３０は、補正部３４０によって上記のように補正された後における第２内部反射光Ｓ１２（第２偏光）の輝度の変化、すなわち補正により一定のレベルが維持されている強度Ｉｓを、生体信号として検出する。このため、Ｉｓ０の強度変化の影響を受けることなく、生体信号を更に正確に且つ容易に検出することができる。
【００６６】
本実施形態では、主カメラ部２０１とは別に副カメラ部２０２を設けることにより、第２偏光の強度を適切に補正することが可能となっている。尚、副カメラ部２０２を、主カメラ部２０１とは別体の装置として設けることも可能である。しかしながら、部品コストを抑制するという点に鑑みれば、本実施形態のように主カメラ部２０１及び副カメラ部２０２の全体を一体の装置として構成することが好ましい。
【００６７】
制御装置３００によって行われるもう一つの処理について、図７を参照しながら説明する。図７に示される一連の処理は、所定の制御周期が経過する毎に、制御装置３００によって繰り返し実行されるものである。当該処理は、図６に示される一連の処理と並行して実行される。
【００６８】
最初のステップＳ０５では、主受光部２１１で受光される近赤外線（つまり第２内部反射光Ｓ１２）の強度が取得される。当該処理は、図６のステップＳ０１で行われる処理と同じである。
【００６９】
ステップＳ０５に続くステップＳ０６では、光源１００の出力が出力調整部３１０によって調整される。ここでは、主受光部２１１で受光される近赤外線の強度が所定レベルに一致するように、光源１００の出力が調整される。つまり、主受光部２１１で受光される近赤外線の輝度をフィードバックすることにより、光源１００の出力を調整する処理が行われる。このように、本実施形態における出力調整部３１０は、主受光部２１１によって受光された第２内部反射光Ｓ１２（第２偏光）の輝度に基づいて、光源１００の出力を調整する。
【００７０】
ステップＳ０６に続くステップＳ０７では、カメラ２００の露光時間が露光調整部３２０によって調整される。ここでは、主受光部２１１で受光される近赤外線の強度が所定レベルに一致するように、カメラ２００の露光時間が調整される。つまり、主受光部２１１で受光される近赤外線の輝度をフィードバックすることにより、カメラ２００の露光時間を調整する処理が行われる。このように、本実施形態における露光調整部３２０は、主受光部２１１によって受光された第２内部反射光Ｓ１２（第２偏光）の輝度に基づいて、カメラ２００の露光時間（つまり主受光部２１１の露光時間）を調整する。
【００７１】
尚、ステップＳ０６及びステップＳ０７の処理は、いずれか一方のみが実行されることとしてもよい。本実施形態では、以上のような処理が行われることにより、主受光部２１１で受光される近赤外線の強度が被検者Ｍの個人差等によってばらつく場合であっても、その強度を概ね一定のレベルとすることができる。これにより、生体信号を常に正確に検出することが可能となっている。
【００７２】
以上、具体例を参照しつつ本実施形態について説明した。しかし、本開示はこれらの具体例に限定されるものではない。これら具体例に、当業者が適宜設計変更を加えたものも、本開示の特徴を備えている限り、本開示の範囲に包含される。前述した各具体例が備える各要素およびその配置、条件、形状などは、例示したものに限定されるわけではなく適宜変更することができる。前述した各具体例が備える各要素は、技術的な矛盾が生じない限り、適宜組み合わせを変えることができる。
【符号の説明】
【００７３】
１０：生体信号検出装置
１００：光源
２１１：主受光部
２２１：主偏光フィルタ
３３０：信号検出部
Ｍ：被検者
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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