(57)【要約】【課題】被検者が動いても生体情報を計測することが可能な生体情報計測技術を提供する。【解決手段】ある実施形態における生体情報計測装置１００は、被検者の被検部に向けて光を出射する光源１１０と、被検者からの光を検出する光検出器１４０と、被検部の動きに応じて光の出射方向およびパワーを調整し、光検出器の出力信号に基づいて被検者の生体情報を計測する制御回路２００と、を備える。【選択図】図１Ａ
2017124153.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検者の被検部に照射するための照射光を出射する光源と、
前記被検者からの光を検出し、前記光に対応する電気信号を出力する光検出器と、
前記光源が出射する前記照射光のパワーを決定し、かつ前記電気信号に基づいて前記被検部における血流に関する生体情報を計測する制御回路とを備え、
前記制御回路は、前記電気信号に基づいて、前記光源と前記被検部との距離を検出し、かつ前記距離が長いほど前記照射光の前記パワーが大きくなるように前記照射光の前記パワーを決定する生体情報計測装置。
【請求項２】
前記制御回路は、さらに、第１時刻における前記距離である第１距離と、前記第１時刻より後の第２時刻における前記距離である第２距離とを比較し、前記比較の結果、前記距離が変動したと判定した場合、前記照射光の前記パワーを再度決定する、
請求項１に記載の生体情報計測装置。
【請求項３】
前記光検出器は、複数のフレームを含む、前記被検部の動画を取得するイメージセンサであり、
前記制御回路は、所定枚数のフレーム毎に、前記第１距離と前記第２距離との前記比較を行う、
請求項２に記載の生体情報計測装置。
【請求項４】
前記制御回路は、さらに、前記生体情報の前記計測が正常か否かを判定し、かつ前記計測が正常に行えなくなったことを検出した場合、前記第１距離と前記第２距離との前記比較を行う、
請求項２に記載の生体情報計測装置。
【請求項５】
前記光検出器は、前記被検部の画像を取得するイメージセンサであり、
前記電気信号は、前記画像を示す信号を含み、
前記制御回路は、前記画像を示す前記信号に基づいて、第１時刻における前記被検部の輝度である第１輝度と、前記第１時刻より後の第２時刻における前記被検部の輝度である第２輝度と、前記第１輝度と前記第２輝度との差である輝度変動量を検出し、かつ前記輝度変動量に応じて、前記照射光の前記パワーを調整する、
請求項１に記載の生体情報計測装置。
【請求項６】
前記画像が、複数のフレームを含む動画であり、
前記制御回路は、所定枚数のフレーム毎に、前記輝度変動量を検出する、
請求項５に記載の生体情報計測装置。
【請求項７】
前記制御回路は、さらに、前記生体情報の前記計測が正常か否かを判定し、かつ前記計測が正常に行えなくなったことを検出した場合、前記輝度変動量を検出する、
請求項５に記載の生体情報計測装置。
【請求項８】
前記制御回路は、さらに、第１時刻における前記距離である第１距離と、前記第１時刻より後の第２時刻における前記距離である第２距離との差である距離変動量を検出し、かつ前記距離変動量に応じて、前記照射光の前記パワーを調整する、
請求項１に記載の生体情報計測装置。
【請求項９】
前記画像が、複数のフレームを含む動画であり、
前記制御回路は、所定枚数のフレーム毎に、前記距離変動量を検出する、
請求項８に記載の生体情報計測装置。
【請求項１０】
前記制御回路は、さらに、前記生体情報の前記計測が正常か否かを判定し、かつ前記計測が正常に行えなくなったことを検出した場合、前記距離変動量を検出する、
請求項８に記載の生体情報計測装置。
【請求項１１】
前記制御回路は、さらに、前記電気信号に基づいて、前記被検部の位置を検出し、前記位置に基づいて、前記被検者において前記照射光が照射される位置を決定する、
請求項１に記載の生体情報計測装置。
【請求項１２】
前記光検出器は、前記被検部の画像を取得するイメージセンサであり、
前記電気信号は、前記画像を示す信号を含み、
前記制御回路は、前記画像を示す前記信号に基づく画像認識によって前記被検部の位置を検出する、
請求項１１に記載の生体情報計測装置。
【請求項１３】
前記生体情報計測装置は、第１光検出器及び第２光検出器を備え、
前記第１光検出器及び前記第２光検出器の各々は、前記光検出器であり、
前記第２光検出器はイメージセンサであり、
前記第１光検出器は、前記被検者からの前記光のうち、前記照射光に含まれる波長の成分を検出し、前記波長の前記成分に対応する第１電気信号を出力し、
前記第２光検出器は、前記被検者からの前記光のうち、可視光の成分を検出し、前記可視光の前記成分に対応する第２電気信号を出力し、
前記制御回路は、前記第２電気信号に基づいて、前記距離を検出し、前記第１電気信号に基づいて、前記生体情報を計測する、
請求項１に記載の生体情報計測装置。
【請求項１４】
前記照射光はパルス光であり、
前記制御回路は、前記光源が前記パルス光を出射してから前記光検出器が前記パルス光を検出するまでの時間に基づいて前記距離を検出する、
請求項１に記載の生体情報計測装置。
【請求項１５】
前記照射光の経路上に配置され、前記被検者において前記照射光が照射される前記位置を変更する光学素子をさらに備え、
前記制御回路は、前記電気信号に基づいて前記光学素子を制御する、
請求項１１に記載の生体情報計測装置。
【請求項１６】
前記被検部は前記被検者の額であり、
前記生体情報は脳血流に関する情報である、
請求項１に記載の生体情報計測装置。
【請求項１７】
前記光検出器から出力された前記電気信号を外部機器に送信する
インタフェースをさらに備える、
請求項１に記載の生体情報計測装置。
【請求項１８】
被検者の被検部に照射するための照射光を出射する光源と、
前記被検者からの光を検出し、前記光に対応する第１電気信号を出力する光検出器と、
前記光源が出射する前記照射光のパワーを決定し、かつ前記第１電気信号に基づいて前記被検部における血流に関する生体情報を計測する制御回路と、
前記被検部の画像を取得し、前記画像を示す信号を含む第２電気信号を出力するイメージセンサを備える外部機器と通信するためのインタフェースとを備え、
前記インタフェースは、前記外部機器から前記第２電気信号を受信し、かつ前記外部機器に前記第１電気信号を送信し、
前記制御回路は、前記第２電気信号に基づいて、前記光源と前記被検部との距離を検出し、かつ前記距離が長いほど前記照射光の前記パワーが大きくなるように前記照射光の前記パワーを決定する生体情報計測装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、生体情報を計測する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
人間の健康状態を判断するための基礎的なパラメータとして、心拍、血流量、血圧、血中酸素飽和度などが広く用いられている。血液に関するこれらの生体情報は、通常、接触型の測定器によって測定される。接触型の測定器は、被検者の生体を拘束するため、特に長時間にわたって連続して測定する場合に被検者の不快感を招いていた。
【０００３】
特許文献１は、被検者の頭部の動きを規制する頭部固定手段を備える生体活動計測装置を開示している。頭部固定手段は、例えば顎または額を固定する顎載台またはアイマスクである。この構成によれば、頭部の動きが制限されるため、脳機能を正確に計測することができるが、連続して測定する場合に被検者の不快感を招く。
【０００４】
生体情報を取得するためには、近赤外線（約７００ｎｍ〜約２５００ｎｍの波長範囲の電磁波）がよく利用される。その中でも、波長の比較的短い（例えば約９５０ｎｍ以下の）近赤外線が特によく利用される。そのような近赤外線は、筋肉、脂肪および骨などの生体組織を比較的高い透過率で透過する一方で、血液中の酸化ヘモグロビン（ＨｂＯ2）および還元ヘモグロビン（Ｈｂ）に吸収され易いという性質を有する。このような性質を利用した生体情報の計測方法として、近赤外分光法（以下、「ＮＩＲＳ」と表記する。）が知られている。ＮＩＲＳを利用することで、例えば脳内の血液中の酸化ヘモグロビン濃度および還元ヘモグロビン濃度を計測することができる。ヘモグロビンの酸素状態に基づき、脳の活動状態（以下、「脳機能」と呼ぶことがある。）を推定することもできる。
【０００５】
特許文献２は、ＮＩＲＳを利用して脳機能を計測する光脳機能計測装置を開示している。この装置は、赤外光を生成する光源部と、人体からの赤外光を検出する光検出部と、人体への光の照射位置を制御する光学系とを備える。この構成によれば、人体頭部の任意の位置で脳機能を計測することができることが開示されている。
【０００６】
特許文献３は、被検者の脳表面の複数の測定部位における脳活動に関するデータを得ることにより、被検者の周囲環境を適切に制御する環境制御システムを開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００３−３３７１０２号公報
【特許文献２】特開２０１５−１３４１５７号公報
【特許文献３】特開２００９−１３６４９５号公報
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】Ｇ．  Ｌｏｐｅｚ  ｅｔ  ａｌ．  “Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ  ｂｌｏｏｄ  ｐｒｅｓｓｕｒｅ  ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ  ｉｎ  ｄａｉｌｙ  ｌｉｆｅ，”  Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ａｄｖａｎｃｅｄ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｄｅｓｉｇｎ，  Ｓｙｓｔｅｍｓ，  ａｎｄ  Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ  ３（１），  １７９‐１８６  （２０１０）．
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、上記の従来技術では、被検者が動くと生体情報を安定して測定できないという課題があった。
【００１０】
本願の限定的ではない例示的な実施形態は、被検者が動いても生体情報を測定することが可能な技術を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本開示の一態様に係る生体情報計測装置は、被検者の被検部に照射するための照射光を出射する光源と、前記被検者からの光を検出し、前記光に対応する電気信号を出力する光検出器と、前記光源が出射する前記照射光のパワーを決定し、かつ前記電気信号に基づいて前記被検部における血流に関する生体情報を計測する制御回路とを備え、前記制御回路は、前記電気信号に基づいて、前記光源と前記被検部との距離を検出し、かつ前記距離が長いほど前記照射光の前記パワーが大きくなるように前記照射光の前記パワーを決定する。
【００１２】
上記の包括的又は具体的な態様は、システム、方法、集積回路、コンピュータプログラム、または記録媒体で実現されてもよい。あるいは、システム、装置、方法、集積回路、コンピュータプログラム及び記録媒体の任意な組み合わせで実現されてもよい。
【発明の効果】
【００１３】
本開示の一態様によれば、被検者が動いても生体情報を測定することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１Ａ】図１Ａは、実施形態１における生体情報計測装置１００の概略的な構成を模式的に示す図である。
【図１Ｂ】図１Ｂは、本実施形態における生体情報計測装置１００のより詳細な構成例を示す図である。
【図１Ｃ】図１Ｃは、光１２１が照射された被検者Ｏにおいて反射および散乱した光の例を示す図である。
【図２】図２は、酸化ヘモグロビン（オキシヘモグロビン）、還元ヘモグロビン（デオキシヘモグロビン）、および水のそれぞれの光の吸収係数の波長依存性を示す図である。
【図３】図３は、処理装置１５０の内部の構成を示す図である。
【図４】図４は、制御回路２００の典型的な機能ブロックを模式的に示す図である。
【図５】図５は、生体情報計測装置１００の処理の例を示す図である。
【図６】図６は、光源の構成の変形例を模式的に示す図である。
【図７】図７は、光検出器１４０とは別のイメージセンサ１４１をさらに備えた生体情報計測装置１００の構成例を模式的に示す図である。
【図８】図８は、計測によって取得される脈波の一例を模式的に示す図である。
【図９】図９は、例えば顔および手の２点から得られる脈波ａ、ｂを模式的に示す図である。
【図１０Ａ】図１０Ａは、本実施形態における生体情報計測モジュール３００が取り付けられた電子機器４００の例を模式的に示す図である。
【図１０Ｂ】図１０Ｂは、本実施形態における生体情報計測モジュール３００の構成を模式的に示すブロック図である。
【図１１】図１１は、生体情報計測モジュール３００の制御回路２００Ａの典型的な機能ブロックを模式的に示す図である。
【図１２Ａ】図１２Ａは、被検者である学習者Ｏが、電子機器４００を用いて学科（例えば算数、国語など）の問題を解いている様子を示す図である。
【図１２Ｂ】図１２Ｂは、図１２Ａの状態から、学習者Ｏの頭部が動いた状態の例を示す図である。
【図１３】図１３は、実施形態４によるロボット５００および被検者である対話者Ｏを模式的に示す図である。
【図１４】図１４は、ロボット５００の構成例を示す図である。
【図１５】図１５は、実施形態５による車両６００の車内を模式的に示している。
【図１６】図１６は、実施形態６による環境制御装置７００の外観を模式的に示している。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本開示の実施形態を説明する前に、本開示の基礎となった知見を説明する。
【００１６】
本願発明者は、被検者の血液に関する生体情報（例えば脳血流の情報）を検出して、被検者の集中度または感情などを推定し、推定結果に基づいて様々な機器を制御することを検討している。例えば、タブレット端末を用いた教育用のアプリケーションにおいて、学習者の集中度に応じて表示内容を変化させるといった制御を検討している。あるいは、対話型ロボットと音声または映像によるコミュニケーション（会話と表現する。）を行っている人の心理状態または集中度に応じて、会話の内容を変更するといった制御を検討している。他にも、運転者の集中度に応じた自動運転車の制御、または、室内の人の感情（暑さ、寒さ等の感覚を含む。）に応じて、エアコンディショナーの設定温度もしくはオーディオ機器のボリュームを変更するといった制御も検討している。
【００１７】
そのようなインタラクティブな動作を実現するために、使用者（以下、「被検者」とも称する。）の脳血流などの生体情報を適切に取得することが望まれている。しかし、被検者は、常に静止しているということはなく、通常よく動く。被検者の被検部（例えば額など）が動くと、生体情報を適切に取得することが困難になる。
【００１８】
特許文献１および特許文献３の装置は、頭部を静止させた状態を前提としているため、上記のようなアプリケーションに適用することができない。
【００１９】
特許文献２の計測装置においては、被検者と光検出部との間の距離に関わらず、光源のパワーは常に一定である。そのため、光検出器が被検者から離れるほど、被検者からの反射光および散乱光のパワーが減衰する。その結果、計測装置のＳ／Ｎ比が低下し、生体情報の検出精度が低下する。
【００２０】
本願発明者は、上記の考察に基づき、以下に開示する新規な生体情報計測技術に想到した。
【００２１】
本開示は、以下の項目に記載の生体情報計測装置、生体情報計測モジュール、集積回路、生体情報の計測方法、コンピュータプログラム、電子機器、ロボット、車両および環境制御装置を含む。
［項目１］
被検者の被検部に照射するための照射光を出射する光源と、
前記被検者からの光を検出し、前記光に対応する電気信号を出力する光検出器と、
前記光源が出射する前記照射光のパワーを決定し、かつ前記電気信号に基づいて前記被検部における血流に関する生体情報を計測する制御回路とを備え、
前記制御回路は、前記電気信号に基づいて、前記光源と前記被検部との距離を検出し、かつ前記距離が長いほど前記照射光の前記パワーが大きくなるように前記照射光の前記パワーを決定する生体情報計測装置。
［項目２］
前記制御回路は、さらに、第１時刻における前記距離である第１距離と、前記第１時刻より後の第２時刻における前記距離である第２距離とを比較し、前記比較の結果、前記距離が変動したと判定した場合、前記照射光の前記パワーを再度決定する、
請求項１に記載の生体情報計測装置。
［項目３］
前記光検出器は、複数のフレームを含む、前記被検部の動画を取得するイメージセンサであり、
前記制御回路は、所定枚数のフレーム毎に、前記第１距離と前記第２距離との前記比較を行う、
請求項２に記載の生体情報計測装置。
［項目４］
前記制御回路は、さらに、前記生体情報の前記計測が正常か否かを判定し、かつ前記計測が正常に行えなくなったことを検出した場合、前記第１距離と前記第２距離との前記比較を行う、
請求項２に記載の生体情報計測装置。
［項目５］
前記光検出器は、前記被検部の画像を取得するイメージセンサであり、
前記電気信号は、前記画像を示す信号を含み、
前記制御回路は、前記画像を示す前記信号に基づいて、第１時刻における前記被検部の輝度である第１輝度と、前記第１時刻より後の第２時刻における前記被検部の輝度である第２輝度と、前記第１輝度と前記第２輝度との差である輝度変動量を検出し、かつ前記輝度変動量に応じて、前記照射光の前記パワーを調整する、
請求項１に記載の生体情報計測装置。
［項目６］
前記画像が、複数のフレームを含む動画であり、
前記制御回路は、所定枚数のフレーム毎に、前記輝度変動量を検出する、
請求項５に記載の生体情報計測装置。
［項目７］
前記制御回路は、さらに、前記生体情報の前記計測が正常か否かを判定し、かつ前記計測が正常に行えなくなったことを検出した場合、前記輝度変動量を検出する、
請求項５に記載の生体情報計測装置。
［項目８］
前記制御回路は、さらに、第１時刻における前記距離である第１距離と、前記第１時刻より後の第２時刻における前記距離である第２距離との差である距離変動量を検出し、かつ前記距離変動量に応じて、前記照射光の前記パワーを調整する、
請求項１に記載の生体情報計測装置。
［項目９］
前記画像が、複数のフレームを含む動画であり、
前記制御回路は、所定枚数のフレーム毎に、前記距離変動量を検出する、
請求項８に記載の生体情報計測装置。
［項目１０］
前記制御回路は、さらに、前記生体情報の前記計測が正常か否かを判定し、かつ前記計測が正常に行えなくなったことを検出した場合、前記距離変動量を検出する、
請求項８に記載の生体情報計測装置。
［項目１１］
前記制御回路は、さらに、前記電気信号に基づいて、前記被検部の位置を検出し、前記位置に基づいて、前記被検者において前記照射光が照射される位置を決定する、
請求項１に記載の生体情報計測装置。
［項目１２］
前記光検出器は、前記被検部の画像を取得するイメージセンサであり、
前記電気信号は、前記画像を示す信号を含み、
前記制御回路は、前記画像を示す前記信号に基づく画像認識によって前記被検部の位置を検出する、
請求項１１に記載の生体情報計測装置。
［項目１３］
前記生体情報計測装置は、第１光検出器及び第２光検出器を備え、
前記第１光検出器及び前記第２光検出器の各々は、前記光検出器であり、
前記第２光検出器はイメージセンサであり、
前記第１光検出器は、前記被検者からの前記光のうち、前記照射光に含まれる波長の成分を検出し、前記波長の前記成分に対応する第１電気信号を出力し、
前記第２光検出器は、前記被検者からの前記光のうち、可視光の成分を検出し、前記可視光の前記成分に対応する第２電気信号を出力し、
前記制御回路は、前記第２電気信号に基づいて、前記距離を検出し、前記第１電気信号に基づいて、前記生体情報を計測する、
請求項１に記載の生体情報計測装置。
［項目１４］
前記照射光はパルス光であり、
前記制御回路は、前記光源が前記パルス光を出射してから前記光検出器が前記パルス光を検出するまでの時間に基づいて前記距離を検出する、
請求項１に記載の生体情報計測装置。
［項目１５］
前記照射光の経路上に配置され、前記被検者において前記照射光が照射される前記位置を変更する光学素子をさらに備え、
前記制御回路は、前記電気信号に基づいて前記光学素子を制御する、
請求項１１に記載の生体情報計測装置。
［項目１６］
前記被検部は前記被検者の額であり、
前記生体情報は脳血流に関する情報である、
請求項１に記載の生体情報計測装置。
［項目１７］
前記光検出器から出力された前記電気信号を外部機器に送信する
インタフェースをさらに備える、
請求項１に記載の生体情報計測装置。
［項目１８］
被検者の被検部に照射するための照射光を出射する光源と、
前記被検者からの光を検出し、前記光に対応する第１電気信号を出力する光検出器と、
前記光源が出射する前記照射光のパワーを決定し、かつ前記第１電気信号に基づいて前記被検部における血流に関する生体情報を計測する制御回路と、
前記被検部の画像を取得し、前記画像を示す信号を含む第２電気信号を出力するイメージセンサを備える外部機器と通信するためのインタフェースとを備え、
前記インタフェースは、前記外部機器から前記第２電気信号を受信し、かつ前記外部機器に前記第１電気信号を送信し、
前記制御回路は、前記第２電気信号に基づいて、前記光源と前記被検部との距離を検出し、かつ前記距離が長いほど前記照射光の前記パワーが大きくなるように前記照射光の前記パワーを決定する生体情報計測装置。
【００２２】
以下、図面を参照しながら、本開示の実施形態を詳細に説明する。なお、以下で説明する実施形態は、いずれも包括的または具体的な例を示す。以下の実施形態で示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置および接続形態、ステップ、ステップの順序などは、一例であり、本開示を限定する主旨ではない。本明細書において説明される種々の態様は、矛盾が生じない限り互いに組み合わせることが可能である。また、以下の実施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。以下の説明において、実質的に同じ機能または類似する機能を有する構成要素には共通の参照符号を付し、説明を省略することがある。
【００２３】
（実施形態１）
まず、実施形態１における生体情報計測装置を説明する。生体情報計測装置は、被検者の被検部における脳血流を非接触で計測する。
【００２４】
図１Ａは、実施形態１における生体情報計測装置１００の概略的な構成を模式的に示す図である。
【００２５】
生体情報計測装置１００は、光源１１０と、光検出器１４０と、これらに接続された制御回路２００とを備える。光源１１０から出射された光は被検者Ｏの被検部（図示される例では額）で反射され、光検出器１４０に入射する。光検出器１４０は、入射した光を電気信号に変換して出力する。制御回路２００は、光検出器１４０から出力された信号に基づいて、光源１１０による光の照射位置およびパワーを調整する。制御回路２００は、簡単に述べると、以下の動作を行う。
（１）光源１１０の発光中に光検出器１４０から出力された電気信号（例えば画像を示す信号）に基づいて、被検部の位置、および被検部までの距離を特定する。
（２）特定した被検部の位置および距離に基づいて、被検者Ｏにおいて光が照射される位置および光のパワーを決定する。例えば、被検部の位置に光が正しく照射されるように、不図示のＭＥＭＳミラーなどの光学素子を制御する。そして、光検出器１４０に到達する光のパワーがほぼ規定値になるように光源１１０を発光させる。例えば、被検部までの距離が大きいほど光源１１０が発する光のパワーを高くし、当該距離が小さいほど光源１１０が発する光のパワーを低くする。
【００２６】
ここで、光のパワーを調整する方法について説明する。光のパワーは、単位時間あたりの光のエネルギーで定義され、単位はワット（Ｗ）＝ジュール／秒（Ｊ／Ｓ）である。
【００２７】
照射光が連続光である場合には、照射光の強度を制御することによって、光パワーを制御可能である。すなわち、照射光の強度を高くすることにより、光パワーを大きくすることができる。また、照射光の強度を低くすることにより、光パワーを小さくすることができる。
【００２８】
また、連続光の照射時間が単位時間より短いときは、さらに照射時間制御により光パワーを制御することができる。単位時間は、例えば、１秒であってもよい。照射時間を長くすることにより光パワーを大きくすることができる。
【００２９】
照射光がパルス光である場合、照射光の強度の制御、さらにはパルスのデューティ比（パルスの周期に対する照射時間の比率）を制御することにより、光パワーを制御可能である。照射光の強度を高くすることにより、光パワーを大きくすることができる。パルスのデューティ比を大きくすることにより、光パワーを大きくすることができる。また、照射光の強度を低くすることにより、光パワーを小さくすることができる。
【００３０】
さらに、ひとまとまりのパルス光の照射時間が単位時間よりも短い場合は、パルス数制御により光パワーを制御することができる。このとき、パルス数を多くすることにより、光パワーを大きくすることができる。また、パルス数を少なくすることにより、光パワーを小さくすることができる。
【００３１】
制御回路２００は、上記の動作を、生体情報の検出を開始する時（初期動作時）にまず行う。これにより、被検部に適切なパワーで光が照射され、生体情報の検出を高い精度で行うことができる。しかし、そのままの状態では、被検者Ｏが動いた場合に検出を継続することができない。そこで、本実施形態における制御回路２００は、生体情報の検出を行っている最中に、所定時間ごとに上記の動作を行う。これにより、被検者Ｏが動いたとしても光の方向およびパワーが適切に維持され、生体情報の検出を継続できる。
【００３２】
上記の動作は、初期動作時、および検出を行っている最中の両方で行われる形態に限らず、初期動作時と、検出を行っている最中の少なくとも一方のタイミングで行われ得る。これにより、初期動作時および検出時の少なくとも一方において、被検者Ｏの被検部の位置によらずに精度の高い生体情報の検出が可能である。
【００３３】
以下、本実施形態の構成および動作をより詳細に説明する。
【００３４】
〔１−１．生体情報計測装置１００の構成〕
図１Ｂは、本実施形態における生体情報計測装置１００のより詳細な構成例を示す図である。この例における生体情報計測装置１００は、前述した光源１１０、光検出器１４０、制御回路２００に加えて、光源１１０から出射された光の経路を変更する光学素子１２０と、被検者Ｏからの光を集光する光学系１３０と、光検出器１４０から出力された信号を処理し、光源１１０および光学素子１２０を制御する処理装置１５０とを備えている。制御回路２００は処理装置１５０の内部に設けられている。図１Ｂには、生体情報計測装置１００の外部の要素であるディスプレイ（表示装置）１６０も示されている。ディスプレイ１６０は、処理装置２００に接続され、処理結果を表示する。
【００３５】
以下、各構成要素の詳細を説明する。
【００３６】
光源１１０は、被検者Ｏの被検部に光を照射する。本実施形態における被検部は、被検者Ｏの額である。額に光を照射することにより、その反射光または拡散光を検出することにより、脳血流の情報を取得することができる。「散乱光」とは、反射散乱光と透過散乱光とを含む。以下の説明では、反射散乱光を単に「反射光」と称することがある。脳血流以外の血液の情報を取得する場合には、額以外の部位（例えば腕または脚など）を被検部としてもよい。以下の説明では、特に断りがない限り、被検部は額であるものとする。以下の説明において、被検者Ｏは人間であるものとするが、人間以外の皮膚を有し、毛の生えていない部分を有する動物であってもよい。本明細書における「被検者」の用語は、そのような動物を含む被検体一般を意味する。
【００３７】
光源１１０は、例えば６５０ｎｍ以上９５０ｎｍ以下の光を出射する。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。上記の波長範囲は、「生体の窓」と呼ばれ、体内での吸収率が低いことで知られている。本実施形態における光源１１０は、上記の波長範囲の光を出射するものとして説明するが、他の波長範囲の光を用いてもよい。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。
【００３８】
図２は、酸化ヘモグロビン（オキシヘモグロビン）、還元ヘモグロビン（デオキシヘモグロビン）、および水のそれぞれの光の吸収係数の波長依存性を示す図である。６５０ｎｍ以下の可視光領域では血液中のヘモグロビン（ＨｂＯ2およびＨｂ）による吸収が大きく、９５０ｎｍよりも長い波長域では水による吸収が大きい。一方、６５０ｎｍ以上９５０ｎｍ以下の波長範囲内では、ヘモグロビンおよび水の吸収係数が比較的低く、散乱係数は比較的大きい。よって、この波長範囲内の光は、体内に侵入した後、強い散乱を受けて体表面に戻ってくる。このため、効率的に体内の情報を取得することができる。そこで、本実施形態では、この波長範囲の光が主に使用される。
【００３９】
光源１１０は、例えばパルス光を連続的に出射するレーザダイオード（ＬＤ）などのレーザ光源であり得る。本実施形態のように被検者Ｏが人である場合、出射光の網膜への影響を考慮することが要望されている。光源１１０としてレーザ光源を使用する場合、各国で策定されるレーザ安全基準のクラス１を満足するように、光源１１０を設定してもよい。クラス１が満足されている場合、被爆放出限界ＡＥＬが１ｍＷを下回るほどの低照度の光が被検者Ｏに照射される。ただし、光源１１０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フィルタなどの素子が光源１１０と被検者Ｏとの間に配置され、光が拡散または減衰されることによってレーザ安全基準のクラス１が満たされてもよい。
【００４０】
光源１１０は、レーザ光源に限らず、発光ダイオード（ＬＥＤ）などの他の種類の光源であってもよい。光源１１０には、例えば半導体レーザ、固体レーザ、ファイバレーザ、スーパールミネッセントダイオード、およびＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅ）などが広く用いられ得る。これらと小型の光学素子１２０とを組み合わせることにより、装置全体を小型化することができる。光源１１０は、パルス光を出射する光源に限らず、連続光を出射する光源であってもよい。
【００４１】
光源１１０は、制御回路２００からの指示に応じて発光の開始および停止、ならびに発光パワーの変更を行う。光源１１０から出射される光１２１は、脳血流に関する情報の検出、および額の位置および距離の検出に用いられる。
【００４２】
光学素子１２０は、光源１１０と被検者Ｏの被検部（即ち額）との間の、光１２１の光路上に配置される。光学素子１２０は、光１２１の光路を変更して光１２１を額へ導く。光学素子１２０は、制御回路２００からの指示に応答して、額への光１２１の照射位置を調整する。光学素子１２０がミラーを含む場合は、その角度を変えることにより、額における光１２１の照射位置を変更することができる。
【００４３】
光学素子１２０は、例えば、ＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ  Ｅｌｅｃｔｒｏ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｓｙｓｔｅｍｓ）ミラーであり得る。特に２軸走査型のＭＥＭＳミラーを用いれば、被検部における光の照射位置を２次元的に調整できる。これにより、小型でかつ高速な光照射位置の調整が可能である。光学素子１２０には、他にも、例えば、ポリゴンミラー、ガルバノミラー、または回転型のプリズムを用いてもよい。
【００４４】
本明細書では、光源１１０および光学素子１２０の組み合わせを「光源ユニット」と称することがある。光源１１０および光学素子１２０を含む光源ユニット１７０は、例えば１つの光学モジュールとして構成され得る。本明細書では、光源ユニット１７０からの光の出射方向のことを、「光源からの光の出射方向」と表現することがある。
【００４５】
図１Ｃは、光１２１が照射された被検者Ｏにおいて反射および散乱した光（「戻り光」と表記する。）が光検出器１４０に到達する様子を模式的に示す図である。被検者Ｏからの戻り光は、被検者Ｏの表面で反射する成分（表面反射成分Ｉ１）と、被検者Ｏの内部で１回反射（拡散反射含む）、散乱、または多重散乱する成分（内部散乱成分Ｉ２）とを含む。このうち、検出したい成分は内部散乱成分Ｉ２である。しかし、一般に、内部散乱成分Ｉ２の信号強度は小さい。これは、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及び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、非常に小さい。したがって、検出したい信号成分の数千〜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検出することが望ましい。そこで、検出回路１４０を電子シャッターの機能を有するイメージセンサで構成し、制御回路２００がシャッタータイミングを適切に制御することにより、拡散反射成分Ｉ２のみを検出するようにしてもよい。そのような構成は、例えば特願２０１５‐１２２３９０号の明細書に開示されている。特願２０１５‐１２２３９０号の開示内容全体を本願に援用する。
【００４６】
光学系１３０は、被検部で反射または拡散された光１２１を光検出器１４０に集光する。光学系１３０は、例えば単一または複数のレンズであり、ミラーを含んでいてもよい。光学系１３０がレンズを含む場合、レンズの受光側の面および出射側の面に光１２１の反射を抑制する反射防止膜をそれぞれ設けてもよい。これにより、より高い感度で脳血流の情報を検出することができる。
【００４７】
光検出器１４０は、被検者Ｏからの戻り光を検出する。光検出器１４０は、例えば１次元または２次元に配列された複数の光検出素子を含む。各光検出器は、例えばフォトダイオードを含み、被検部からの光１２１のパワー（光量）に応じた電気信号を出力する。光検出素子は、例えば光電子増倍管（ＰＭＴ）のような他の素子でもよい。光検出素子として、高感度なアバランシェフォトダイオードまたは光電子増倍管などを用いると、より高い感度で脳血流の情報を取得することが可能である。
【００４８】
光検出器１４０は、光源１１０から出射される光の波長を含む波長域の光に感度を有するＣＣＤまたはＣＭＯＳなどのイメージセンサであってもよい。イメージセンサを用いることで、光の２次元的な強度分布（例えば動画像）を取得することができる。後述するように、取得した動画像を利用して、被検部の特徴的なパターンを画像認識によって抽出し、画像中の被検部の位置を特定することができる。また、被検部の動きを動き検出によって検出してもよい。
【００４９】
光検出器１４０はまた、被検者Ｏまでの距離を計測可能な構成を備える。例えばＴＯＦ（Ｔｉｍｅ−ｏｆ−Ｆｌｉｇｈｔ）技術を用いて被検者Ｏまでの距離を計測できる。ＴＯＦ技術では、照射光が被検者Ｏで反射され、その反射光が光検出器１４０に到達するまでに要する時間、すなわち飛行時間が計測される。各検出素子で検出される光の位相と、光源１１０における光の位相との差に基づいて、被検者Ｏにおける被検部までの距離を計測できる。
【００５０】
なお、光学系１３０と光検出器１４０とは一体的に構成することができる。また、光源ユニット１７０と、光学系１３０と、光検出器１４０とを一体的に構成してもよい。これにより、例えば携帯が可能な小型の光学ユニットが提供される。小型の光学ユニットは例えばＵＳＢケーブルなどのケーブルで処理装置１５０に接続され得る。
【００５１】
図３は、処理装置１５０の内部の構成を示す図である。
【００５２】
処理装置１５０は、光源１１０、光学素子１２０、検出器１４０、およびディスプレイ１６０に接続され、これらを制御する。処理装置１５０は、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ）１５２、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）１５３、および制御回路２００を備えている。制御回路２００は、例えばＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）を含む集積回路である。制御回路２００は生体情報計測装置１００の動作を制御する。ＲＯＭ１５２は、制御回路２００によって実行されるコンピュータプログラムを格納している。コンピュータプログラムは、たとえば後述するフローチャートによって示される処理、またはその一部を、制御回路２００に行わせるための命令群である。そのようなコンピュータプログラムは、例えばネットワークを介してダウンロード可能であり、コンピュータが読み取り可能な記録媒体に格納され得る。ＲＡＭ１５３は、制御回路２００がプログラムを実行するにあたって、当該プログラムを展開するためのワークメモリである。ＲＡＭ１５３は、光検出器１４０から出力された信号（データ）、または計測された生体情報に関するデータを格納する記憶装置でもある。本明細書において、「生体情報」とは、心拍、血流量、血圧、血中酸素飽和度などの血液に関する種々の情報を意味する。特に、本実施形態では、脳血流における上記の情報が制御回路２００によって計測される。これにより、被検者Ｏの集中度または感情などの状態を推定することができる。
【００５３】
処理装置１５０は、パーソナルコンピュータまたはタブレットコンピュータなどの汎用のコンピュータであってもよい。そのようなコンピュータは、処理装置１５０全体の動作を制御するＣＰＵを備える。そのＣＰＵが本開示における制御回路が行う動作の一部または全てを実行してもよい。その場合には、汎用コンピュータのＣＰＵが本開示における「制御回路」の少なくとも一部として機能する。
【００５４】
光源１１０、光学素子１２０および光検出器１４０は、各種のインタフェースを介して処理装置１５０と接続可能である。例えば、光検出器１４０がイメージセンサである場合、ＭＩＰＩ規格（登録商標）に準拠した端子を利用して処理装置１５０に接続され得る。また、光源１１０および光学素子１２０は、例えばＵＳＢインタフェースを利用して処理装置１５０に接続され得る。
【００５５】
図示されるように、処理装置１５０には、被検者の動画像および生体情報を表示する表示装置１６０が接続され得る。表示装置１６０は、例えば液晶または有機ＥＬなどのディスプレイである。表示装置１６０は、例えばＨＤＭＩ（登録商標）規格の端子を利用して処理装置１５０に接続され得る。生体情報計測装置１００の利用者は、生体活動に関する様々な情報を表示装置１６０から得ることができる。
【００５６】
上述した有線による接続以外にも、無線通信によってデータの送信および／または受信を行うことも可能である。例えばＷｉ−Ｆｉ（登録商標）規格またはＺｉｇＢｅｅ（登録商標）規格に準拠した通信が利用され得る。
【００５７】
生体情報計測装置１００は、光の２次元の強度分布を計測し、その強度分布に基づいて脳における血流量、血圧、血中酸素飽和度、または心拍数などの種々の生体情報を計測することができる。そのような計測技術は、例えば特許文献２に開示され、本開示にも好適に利用することができる。参考のために特許文献２の開示内容の全てを本明細書に援用する。
【００５８】
脳血流量または血流内成分（例えばヘモグロビン）の変化と、人間の神経活動との間には密接な関係があることが知られている。例えば、人間の感情の変化に応じて神経細胞の活動が変化することによって、脳血流量または血液内の成分が変化する。従って、脳血流量または血液内成分の変化などの生体情報を計測できれば、被検者の心理状態を推定することができる。被検者の心理状態とは、例えば、気分（例えば、快、不快）、感情（例えば、安心、不安、悲しみ、憤りなど）、健康状態（例えば、元気、倦怠）、温度感覚（例えば、暑い、寒い、蒸し暑い）などを意味する。また、これに派生して、脳活動の程度を表す指標、例えば熟練度、習熟度、および集中度なども心理状態に含まれる。
【００５９】
〔１−２．生体情報計測装置の動作〕
図４は、制御回路２００の典型的な機能ブロックを模式的に示す図である。制御回路２００は、検出部２１０と、光源制御部２２０と、計測部２３０と、推定部２４０とを有する。制御回路２００は、例えばＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ  Ｓｐｅｃｉｆｉｃ  Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  Ｃｉｒｃｕｉｔ）、またはＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ−Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ  Ｇａｔｅ  Ａｒｒａｙ）のような集積回路である。各機能ブロックに対応する機能は、ソフトウェアおよびハードウェアのいずれによっても制御回路２００に実装され得る。例えば制御回路２００の内部ＲＯＭ（不図示）またはＲＯＭ１５２に格納されたコンピュータプログラムは、各機能ブロックに対応した機能を実行するための命令群を含んでいてもよい。制御回路２００は単体で市場に流通し得る製品である。
【００６０】
図５は、生体情報計測装置１００の処理の例を示す図である。以下、動作の主体を制御回路２００とし、制御回路２００が各機能ブロックに対応した機能を実行するものとして説明する。上述したとおり、制御回路２００とは別にＣＰＵが設けられている場合には、制御回路２００の機能の一部をＣＰＵが実行してもよい。以下、光検出器１４０はＴＯＦイメージセンサであるものとして説明し、光学素子１２０はＭＥＭＳミラーであるものとして説明する。
【００６１】
（ステップＳ５００）
制御回路２００の検出部２１０は、被検者Ｏの額の位置および光源１１０と額との間の距離を検出する。具体的には、検出部２１０は、光検出器１４０から出力され、複数のフレーム画像から構成された動画像を利用して、フレーム画像中の額の位置情報を画像認識によって取得する。例えば、人の額に関連付けられたテンプレートを用いたパターンマッチングによって額の位置が特定される。位置情報とは、例えば、検出されたパターンにおける画像中の中心の位置を示す情報などであり得る。テンプレートは、例えばＲＯＭ１５２に予め格納されている。画像認識には、公知の手法を広く用いることができ、特定の方法に限定されない。また、検出部２１０は、光検出器１４０から出力された光のパワーの位相差を示す情報を含む信号に基づいて被検者Ｏまでの距離を計算（測距）する。
【００６２】
制御回路２００の光源制御部２２０は、光源１１０および光学素子１２０（すなわち光源ユニット１７０）を制御する。
【００６３】
光源制御部２２０および検出部２１０は、生体情報計測装置１００の初期動作として、上述した動作を実行する。具体的には、生体情報計測装置１００を用いた生体情報の計測を開始するとき、光源制御部２２０は光源ユニット１７０に発光を指示する。この際の光のパワーおよび出射方向は、予め設定された初期値に設定される。検出部２１０は、初期動作を実行し、被検部の位置および距離を示す初期情報を取得する。この初期動作は、生体情報計測装置１００のキャリブレーションに相当する。
【００６４】
（ステップＳ５０１）
光源制御部２２０は、検出部２１０からの初期情報に基づいて光の出射方向およびパワーの初期値を設定する。具体的には、光の出射方向の初期値は光学素子１２０に設定される。光学素子１２０は、例えばＭＥＭＳミラーの角度を初期値に応じた角度に設定し、額における光１２１の照射位置を決定する。光パワーの初期値は光源１１０に設定される。光源１１０は、初期値に応じたパワーを有する光１２１を被検者０に出射する。以上の動作により、生体情報計測装置１００に対面する被検者Ｏの位置に関わらず、その位置に応じた適切な方向に適切なパワーで光を出射させることができる。
【００６５】
（ステップＳ５０２）
制御回路２００の計測部２３０は、光検出器１４０からの出力信号に基づいて被検者Ｏの生体情報を計測する。例えば計測部２３０はＮＩＲＳを利用して、脳内の血液中の酸化ヘモグロビン濃度および還元ヘモグロビン濃度を生体情報として計測する。制御回路２００の推定部２４０は、計測した生体情報に基づいて被検者の心理状態を推定する。例えば、推定部２４０は、ヘモグロビンの酸素状態から、被検者Ｏの集中度、感情などの心理状態を推定する。
【００６６】
ここで、生体情報の計測方法の具体例を説明する。
【００６７】
血液の大きな役割は、酸素を肺から受け取って組織へと運び、組織からは二酸化炭素を受け取ってこれを肺に循環させることである。血液１００ｍｌの中には約１５ｇのヘモグロビンが存在している。酸素と結合したヘモグロビンが酸化ヘモグロビンであり、酸素と結合していないヘモグロビンが還元ヘモグロビンである。図２に示すように、酸化ヘモグロビンおよび還元ヘモグロビンの光吸収特性は異なる。酸化ヘモグロビンは約８３０ｎｍを超える波長の赤外線を比較的よく吸収し、還元ヘモグロビンは赤色光（例えば６６０ｎｍの波長）を比較的強く吸収する。８０５ｎｍの波長の近赤外線については、両者の吸収率に差異はない。そこで、本実施形態では、６６０ｎｍ（赤色光）および８３０ｎｍ（赤外光）の２つの波長を用いて、それぞれの波長について、被検部からの光パワーを計測する。これらの赤色光と赤外光のパワーの比率から２種類のヘモグロビンの濃度の比率（酸素飽和度）を求めることができる。用いる２つの波長の組み合わせとしては、８０５ｎｍ未満の波長と、８０５ｎｍよりも長い波長の組み合わせであってもよい。酸素飽和度とは、血液中のヘモグロビンのうちどれだけが酸素と結びついているかを示す値である。酸素飽和度は、Ｃ（Ｈｂ）を還元ヘモグロビンの濃度、Ｃ（ＨｂＯ2）を酸化ヘモグロビンの濃度として、以下の数式で定義される。
酸素飽和度＝Ｃ（ＨｂＯ2）／［Ｃ（ＨｂＯ2）＋Ｃ（Ｈｂ）］×１００（％）
【００６８】
生体内には、血液以外にも赤〜近赤外の波長の光を吸収する成分が含まれているが、光の吸収率が時間的に変動するのは、主に動脈血中のヘモグロビンに起因する。よって、吸収率の変動に基づいて、高い精度で血中酸素飽和度を測定することができる。心臓から拍出された動脈血は脈波となって血管内を移動する。一方、静脈血は脈波を持たない。生体に照射した光は、動静脈及び血液以外の組織など生体の各層で吸収を受けて生体を透過するが、動脈以外の組織は時間的に厚さが変動しない。このため、生体内からの散乱光は、脈動による動脈血層の厚さの変化に応じて時間的な強度変化を示す。この変化は動脈血層の厚さの変化を反映しており、静脈血及び組織の影響を含まない。よって、散乱光の変動成分だけに着目することで動脈血の情報を得ることができる。時間に応じて変化する成分の周期を測定することにより、脈拍も求めることができる。
【００６９】
神経細胞が活動すると、毛細血管内の血液中のヘモグロビンによって運ばれてきた酸素が消費される。酸素の消費による局所反応に伴い、血流増加が生じることが知られている。また、毛細血管内還元ヘモグロビンが生体組織に酸素を渡すことにより、還元ヘモグロビンが一時的に増加することが知られている。例えば、被検者Ｏが課題を解いて学習しているとする。その際、脳血流量は集中度に応じて時々刻々と変化し得る。集中度が高いほど、脳血流量は増加し、血中酸素飽和度は低下する傾向にある。そこで、推定部２４０は、例えば脳血流量または血中酸素飽和度の基準値からの変化量に基づいて被検者Ｏの集中度を判定することができる。本実施形態では、脳血流量または血中酸素飽和度の基準値からの変化量と集中度とを対応付けるテーブルが予めＲＯＭ１５２に格納される。推定部２４０は、そのテーブルを参照することによって、計測した生体情報から学習の集中度を判定することができる。計測部２３０の計測結果および推定部２４０の推定結果は、例えばＲＡＭ１５３に一時的に保持される。
【００７０】
（ステップＳ５０３）
上述したように、例えば被検者Ｏがある課題を解いて学習しているとする。その際、被検者Ｏの頭部、つまり、計測中に被検部である額が動くことが想定される。そこで、検出部２１０は、初期動作を行った後、被検者（特に頭部）が動いたかどうかを監視する。例えば、検出部２１０は、連続したフレーム画像間で動きベクトルを算出する。検出部２１０は、その動きベクトルの大きさが閾値以上である場合、被検者Ｏは動いたと判定し、動きベクトルの大きさが閾値未満である場合、被検者Ｏは動かなかったと判定する。例えば、その閾値は予めＲＯＭ１５２に格納されている。
【００７１】
検出部２１０は、被検者Ｏの動きを順次判定しなくてもよく、所定のフレーム枚数（例えば３００フレーム）毎に動きを判定してもよい。これにより、制御回路２００の消費電力を抑えることができる。
【００７２】
検出部２１０が、被検者Ｏは動かなかったと判定した場合、処理は再びステップＳ５０２に戻る。従って、光源ユニット１７０の設定は初期設定のままである。検出部２１０が、被検者は動いたと判定した場合、処理はステップＳ５０５に移行する。
【００７３】
なお、このような動きベクトルに基づく監視を行わずに、例えば、ステップＳ５０２における生体情報の計測を繰り返し行い、計測が正常に行えなくなったことを検出した場合にはステップＳ５０５に移行するという動作でもよい。あるいは、単純に、所定時間（例えば数秒から数分）ごとに位置および距離の再検出を行ってもよい。
【００７４】
ここで、計測が正常であるか否かは、制御回路に入力される、被検部の血流に対応する電気信号の信号レベルを測定することによって判定できる。光源１１０と被検部との距離が長くなるほど電気信号のレベルが低下し、電気信号のＳＮ比が劣化するので、信号レベルが所定の値以下になったときに、光源１１０と被検部との距離を再検出して、ＳＮ比が所定の範囲内になるように、光のパワーを大きくする。
【００７５】
一方、光源１１０と被検部との距離が短くなるほど電気信号は飽和するので、信号レベルが所定の値以上になったときは、光源１１０と前記被検部との距離を再検出して、信号レベルが所定値以下で、かつ信号のＳＮ比が所定の範囲内になるように、光のパワーを小さくする。
【００７６】
（ステップＳ５０５）
検出部２１０は、被検者Ｏの額の位置および光源１１０と額との間の距離を再度検出して、位置および距離に関する更新情報を生成する。
【００７７】
（ステップＳ５０６）
光源制御部２２０は、検出部２１０からの更新情報に基づいて光の出射方向および光パワーを調整する。具体的には、光の出射方向の更新値が光学素子１２０に設定され、光パワーの更新値は光源１１０に設定される。光学素子１２０は、ＭＥＭＳミラーの角度を更新値に応じた角度に変更し、額における光１２１の照射位置を変更する。光源１１０は、更新値が示す光パワー値に光パワーを変更する。光源ユニット１７０の設定が更新されると、処理は再びステップＳ５０２に戻る。
【００７８】
以上の動作により、初期動作時および生体情報の計測中に、光源ユニットの設定が最適化される。なお、本実施形態では、初期動作時および生体情報の計測中の両方において、上記の最適化が行われるが、本開示は必ずしもそのような形態に限定されない。初期動作時および生体情報の計測中の少なくとも一方のタイミングで上記の最適化が行われればよい。
【００７９】
〔１−３．変形例〕
続いて、本実施形態の変形例を説明する。
【００８０】
図６は、光源の構成の変形例を模式的に示している。この変形例における生体情報計測装置は、２つの光源１１０、１１１を備えている。２つの光源１１０、１１１は制御回路２００に接続されている。
【００８１】
光源１１０と光源１１１とは異なる波長帯域の光を出射する。光源１１０および光源１１１が出射する光の波長は、例えば前述の６５０ｎｍおよび８３０ｎｍであり得る。しかし、この波長の組み合わせに限定されず、種々の組み合わせを採用することができる。本実施形態のように計測対象が生体組織である場合には、図２に示すように、波長が８０５ｎｍより大きいときは酸化ヘモグロビンによる吸光度が還元ヘモグロビンによる吸光度に比べて大きい。一方、波長８０５ｎｍ未満では、その逆の特性を示す。したがって、例えば、光源１１０が７５０ｎｍ近辺の波長の光を発光し、光源１１１が８５０ｎｍ近辺の波長の光を発光するとする。この場合、光源１１０からの光による内部散乱成分Ｉ２と光源１１１からの光による内部散乱成分Ｉ２の各光パワーを計測すれば所定の連立方程式を解くことによりＨｂＯ2およびＨｂの血中濃度初期値からの変化量を求めることができる。
【００８２】
制御回路２００は、光源１１０からの光による内部散乱成分Ｉ２と光源１１１からの光による内部散乱成分Ｉ２の各光パワーを用いて連立方程式を解くことにより、例えばＨｂＯ2およびＨｂの血中濃度初期値からの変化量を算出する。制御回路２００とは別に、その連立方程式を解く演算回路（不図示）を別個に設けても構わない。
【００８３】
上記の例では、光源の数は２つであるが、出射光の波長帯域の異なる３つ以上の光源を使用してもよい。あるいは、光の波長帯域を変更可能な光源を用いてもよい。そのような構成によれば、血液に関するより多くの生体情報を取得することができる。
【００８４】
図７は、光検出器１４０とは別のイメージセンサ１４１をさらに備えた生体情報計測装置１００の構成例を模式的に示す図である。このように、生体情報計測装置１００は、光検出器１４０とは独立した別のイメージセンサ１４１を備えていてもよい。この構成によれば、光検出器１４０は、例えば生体情報計測に特化したセンサとして用いられ、被検部の位置および距離の検出は、イメージセンサ１４１からの出力信号に基づいて行われ得る。制御回路２００は、イメージセンサ１４１の出力信号に基づいた動画像を用いて被検者の動きを検出してもよい。あるいは、制御回路２００は、光検出器１４０の出力信号に基づいて距離を検出し、イメージセンサ１４１の出力信号に基づいて位置を検出してもよいし、その逆であってもよい。本明細書において、光検出器１４０を「第１光検出器」と称し、イメージセンサ１４１を「第２光検出器」と称することがある。また、第１光検出器から出力される電気信号を「第１電気信号」と称し、第２光検出器から出力される電気信号を「第２電気信号」と称することがある。
【００８５】
本実施形態による生体情報計測装置１００は、脳血流以外の生体情報を計測することもできる。以下に幾つかの具体例を説明する。
【００８６】
血流量が変化すると光の反射率が変わる。これを利用して、例えば顔および手などの露出した被検部に近赤外光を照射し、反射光を検出することにより、脈拍数及び集中度を非接触で計測することができる。制御回路２００は、上述した図５に示されるフローに従って、被検部の位置および距離の初期情報を検出した後で、初期情報に基づいて光の出射方向および光パワーの初期値を光源ユニット１７０に設定する。制御回路２００はその後、被検部の動きを監視しながら、被検部の動きに応じて光の出射方向および光パワーを調整する。
【００８７】
図８は、計測によって取得される脈波の一例を模式的に示している。脈拍数を計測する場合、計測部２３０は、周期的な曲線を有する脈波を、例えば光検出器１４０からの出力信号に基づいて生成する。例えば計測部２３０は、脈波の極大値をカウントし、図示されるように、隣接する２つの極大値の間の時間差（「脈波の周期」と表記する）を算出する。計測部２３０は、脈波の周期を逆数に変換して脈拍数を算出する。
【００８８】
制御回路２００の推定部２４０は、その脈波の周期の分散を所定期間において計測し、集中またはリラックスしているといった精神状態を判定することができる。一般に、集中または緊張しているときは、脈波の周期が一定に近づき、リラックスしているときは、脈波の周期が変動し易い傾向がある。そこで、推定部２４０は、周期の分散が所定値未満であれば、被検者Ｏは集中状態または緊張状態にあると判断する。呼吸に合わせて、その分散は次第に大きくなり所定値を超えることがある。その場合、推定部２４０は、被検者Ｏはリラックス状態にあると判断することができる。
【００８９】
さらに、生体情報計測装置１００を用いて、血管年齢および血圧などを非接触で計測することもできる。具体的には、生体情報計測装置１００を用いて脈波伝播速度（ＰＷＶ）を計測する。顔および手などの脈波を計測し、脈波の時間差をそれらの間の距離で除算することでＰＷＶが得られる。
【００９０】
例えば顔および手の露出した２箇所の被検部に近赤外光を照射し、反射光を検出することにより、ＰＷＶを求めることができる。あるいは、例えば手および足首の露出した２箇所の被検部に近赤外光を照射し、反射光を検出することにより、ＰＷＶを求めることができる。なお、２箇所の被検部として、互いに離れている箇所を任意に指定することができる。血管年齢および血圧をＰＷＶに基づいて非接触で計測することが可能になる。制御回路２００は、上述した図５に示されるフローに従って、２箇所の被検部の位置情報および距離情報の初期情報を検出した後で、初期情報に基づいて光の出射方向および光パワーの初期値を光源ユニット１７０に設定する。制御回路２００はその後、計測中の２箇所の被検部の動きをそれぞれ監視しながら、各被検部の動きに応じて光の出射方向および光パワーを調整する。
【００９１】
図９は、例えば顔および手の２点から得られる脈波ａ、ｂを模式的に示している。計測点Ａは顔に位置し、計測点Ｂは手に位置する。例えば、制御回路２００の計測部２３０は、計測点ＡおよびＢの脈波の立ち上がり点における時間差ΔＴおよび２点間の距離Ｄを用いて、下記の式（１）からＰＷＶを算出する。
ＰＷＶ＝Ｄ／ΔＴ          式（１）
【００９２】
例えば制御回路２００の推定部２４０は、ＰＷＶに基づいて血管年齢および血圧を推定することができる。例えば、ＰＷＶの平均値を年齢（世代）毎に示すテーブルが予めＲＯＭ１５２に格納されている。推定部２４０は、そのテーブルを参照して、計測で得られたＰＷＶ値はどの年齢の平均値に最も近いかを特定し、被検者Ｏの血管年齢を推定することができる。また、推定部２４０は、ＰＷＶから血圧を推定することができる。例えば非特許文献１に開示されているＰＷＶを用いた血圧の推定方法を利用することができる。
【００９３】
接触型の計測装置を用いると、身体に対するセンサ部分の、取り付けまたは押し当ての仕方などが計測結果に影響を及ぼし得る。本実施形態のように非接触で計測できれば、このような課題は解決され、かつ、計測の簡便化に繋がる。
【００９４】
本実施形態によれば、制御回路２００は、被検部の位置および距離に応じて光の照射位置および光パワーを調整する。このため、計測中、被検者Ｏは装置に拘束されることなく、比較的自由な姿勢で過ごすことができる。また、適正な位置に適正なパワーを有する光を照射できるので、高品質な信号が得られる。その結果、Ｓ／Ｎ比を改善することができる。さらに、制御回路２００は被検者Ｏの動きを監視しているので、計測中に被検者Ｏが多少動いても、生体情報を安定して計測することができる。そのため、例えば被検者Ｏは作業をしながら計測を受けることができる。
【００９５】
（実施形態２）
次に、実施形態２における生体情報計測モジュールを説明する。本実施形態における生体情報計測モジュールは、例えばタブレット端末、スマートフォン、またはノートＰＣ（ラップトップ）などの汎用の携帯電子機器に外付けして使用されるアタッチメントである。以下、実施形態１による生体情報計測装置１００と異なる点を中心に説明し、共通する部分の説明は省略する。
【００９６】
図１０Ａは、本実施形態における生体情報計測モジュール３００が取り付けられた電子機器４００の例を模式的に示す図である。図示されるように、生体情報計測モジュール３００は、電子機器４００に接続されて使用される。モジュール３００は、光源１１０と、光検出器１４０とを有している。図１０Ａには示されていないが、モジュール３００の筐体の内部に、ＭＥＭＳミラーなどの光学素子１２０と、制御回路２００Ａとが設けられている。図１０Ａの例ではモジュール３００が電子機器４００の下部に接続されているが、これに限定されない。接続される位置は、電子機器４００が有するコネクタの位置に依存する。本実施形態では、電子機器４００が有するカメラ４５０によって取得される動画像の情報を利用することができる。
【００９７】
このような構成により、例えば、光源１１０および生体情報計測に特化した（即ち赤外光を検出する）光検出器１４０を備えたモジュール３００を、タブレット端末またはスマートフォンなどの電子機器４００に装着するという新たな使用方法が可能になる。電子機器４００に内蔵されているカメラ４５０によって被検者Ｏの動きを検出し、その検出信号に基づいて、モジュール３００における制御回路２００Ａが光源１１０の出射方向およびパワーを調整するといった動作が行われ得る。
【００９８】
タブレット端末またはスマートフォンなどの機器に内蔵されているカメラ４５０は、通常赤外（ＩＲ）カットフィルタをイメージセンサの前面に備えている。このため、カメラ４５０で赤外光を受光することはできない。一方、モジュール３００の光検出器１４０は、生体情報の計測に適した近赤外光を検出するために、赤外カットフィルタを備えず、逆に可視光カットフィルタを備え得る。したがって、生体情報の検出はモジュール３００の光検出器１４０によって行われ、可視光でも検出可能な被験部の位置および距離の特定は電子機器４００のカメラ４５０によって行われ得る。
【００９９】
ここで、生体情報計測モジュール３００の光検出器１４０により、生体情報の検出だけでなく、光源１１０と被検部との距離の検出を行なってもよい。電子機器４００のカメラ４５０により、被検部の位置の検出が可能である。可視光で動作する電子機器４００のカメラ４５０は、光源からの照射光無しの、周辺光のみで動作可能となり、光源は消費電力が大きいため、トータルの電子機器の消費電力を削減できる効果がある。
【０１００】
図１０Ｂは、本実施形態における生体情報計測モジュール３００および電子機器４００の構成を模式的に示すブロック図である。生体情報計測モジュール３００は、光源１１０と、光学素子１２０と、光学系１３０（不図示）と、光検出器１４０と、制御回路２００Ａと、ＲＯＭ１５２と、ＲＡＭ１５３と、外部の電子機器４００に光検出器１４０の出力信号を送信するための入出力インタフェース（Ｉ／Ｆ）２５０とを有する。モジュール３００は、図示されるように、モジュールとして動作するための最低限のコンポーネントを有していればよい。
【０１０１】
電子機器４００は、カメラ４５０の他に、ディスプレイ４５６と、制御回路４５４と、ＲＯＭ４５２と、ＲＡＭ４５３と、入出力インタフェース４４０とを備える。制御回路４５４は、例えばＣＰＵおよび画像処理用のデジタルシグナルプロセッサ（ＤＳＰ）を含み得る。制御回路４５４は、カメラ４５０によって取得された画像の解析、およびディスプレイ４５６の表示の制御等を行う。制御回路４５４は、予めインストールされたコンピュータプログラム（アプリケーション）を実行することにより、モジュール３００と連携した動作を行う。例えば、制御回路４５４は、生体情報の計測動作を行う際、モジュール３００の制御回路２００Ａに、光源１１０、光学素子１２０、および光検出器１４０を用いた生体情報の計測を実行させる。並行して、制御回路４５４は、カメラ４５０に被検者Ｏを撮影させ、取得された画像に基づいて被験部の位置および距離を計算する。制御回路４５４は、その情報をモジュール３００の制御回路２００Ａに送る。これを受けた制御回路２００Ａは、その位置および距離の情報に基づき、光源１１０の発光パワーと光学素子１２０の角度（即ち、光の出射方向）とを調整する。これにより、被験部の動きに追従して適切な方向に適切なパワーの光が照射される。
【０１０２】
出力Ｉ／Ｆ２５０は、例えばＵＳＢインタフェースであり得る。出力Ｉ／Ｆは、その他のインタフェース、例えば、例えばＷｉ−Ｆｉ（登録商標）規格またはＺｉｇＢｅｅ（登録商標）規格に準拠した無線通信用インタフェースであってもよい。
【０１０３】
図１１は、生体情報計測モジュール３００の制御回路２００Ａの典型的な機能ブロックを模式的に示す図である。制御回路２００Ａは、ＣＰＵ１８０と、検出部２１０と、光源制御部２２０とを有する。制御回路２００Ａは、計測部２３０および推定部２４０を含んでいない点で実施形態１における制御回路２００とは異なる。ＣＰＵ１８０は、生体情報計測モジュール３００の動作を制御する。検出部２１０および光源制御部２２０の機能は、実施形態１で説明したとおりである。
【０１０４】
生体情報計測モジュール３００は、例えば出力Ｉ／Ｆ２５０に接続されたＵＳＢケーブルを介して外部の電子機器４００に接続することができる。電子機器４００には、本開示における信号処理（例えば前述の位置および距離の計測処理および図５のステップＳ５０２に相当する処理）を実行するアプリケーションがインストールされる。これにより、電子機器４００のプロセッサは、生体情報計測モジュール３００から光検出器１４０の出力信号を受け取り、その出力信号に基づいて生体情報を計測することができる。また、その生体情報に基づいて被検者の心理状態を推定することができる。
【０１０５】
本実施形態によれば、外部の電子機器４００に着脱可能な生体情報計測モジュールが提供される。
【０１０６】
（実施形態３）
次に、本開示の技術を適用した学習システムの実施形態を説明する。
【０１０７】
図１２Ａは、被検者である学習者Ｏが、電子機器４００を用いて学科（例えば算数、国語など）の問題を解いている様子を示す図である。本実施形態における電子機器４００は、タブレット型コンピュータ（以下、タブレットＰＣと称する。）である。電子機器４００は、タブレットＰＣ以外にも、例えば携帯電話、スマートフォン、ノートＰＣ（ラップトップ）、電子書籍端末、電子辞書、または電子ノートなどの、ディスプレイを有する任意の機器であり得る。
【０１０８】
この電子機器４００は、実施形態３におけるモジュール３００が取り付けられたものでもよいし、モジュール３００の機能が内蔵された専用端末であってもよい。
【０１０９】
図示されるようなタブレットＰＣを用いた教育システムは、例えば学校もしくは塾などの教育機関、または家庭で用いられ得る。タブレットＰＣのディスプレイに算数または国語などの教科の問題を表示するアプリケーションを用いて、学習者Ｏ（例えば児童）は学習を行う。
【０１１０】
電子機器４００には、学科の問題を表示するアプリケーション（ソフトウェア）が予めインストールされる。当該アプリケーションは、例えばインターネットなどの電気通信回線を介してダウンロードされ得る。当該アプリケーションを電子機器４００のプロセッサ（制御回路）が実行することにより、問題の表示、解答後の正解および解説の表示、および次の問題への遷移といった動作が実現する。
【０１１１】
本実施形態における電子機器４００の制御回路は、学習者Ｏが問題を解いている間の脳の血流量、血中酸素飽和度、または脈波の周期の分散などの生体情報を検出することによって学習者Ｏの集中度を監視する。集中度の判定方法は、実施形態１で説明したとおりである。電子機器４００の制御回路は、学習者Ｏの集中度の低下を検出すると、例えばディスプレイに興味を惹く情報を表示したり、やさしい問題を表示したりして、集中度の低下を防ぐ。これにより、学習効果を高めることができる。
【０１１２】
本実施形態のような学習システムにおいて、学習者Ｏが問題を解いている間、学習者Ｏが常に静止しているということはない。特に、問題がわからなかったり、集中力に欠けていたりするときには、学習者Ｏの頭及び体がよく動く傾向がある。図１２Ｂは、図１２Ａの状態から、学習者Ｏの頭部が動いた状態の例を示している。学習者Ｏの頭が移動すると、電子機器４００と被検部（額）との間の距離も変化し得る。このような場合、従来技術では、光源からの光が額に到達しなかったり、額に到達したとしても、距離の変化によって検出精度が低下したりするという問題が生じる。
【０１１３】
これに対して、本実施形態の電子機器４００の制御回路は、初期動作時（即ち発光開始時）および動作中に、学習者Ｏの額の位置と、額までの距離とを検出し、その位置および距離に応じて光の出射方向とパワーを調整する。これにより、学習者Ｏの額に適切なパワーの光が照射され、集中度を適切に計測することができる。このような調整を、光源の発光開始時と、発光中の所定時間ごとに行うようにすれば、額の動きに追従して常に適切なパワーの光を照射することができる。
【０１１４】
本実施形態における電子機器４００は、実施形態１における生体情報計測装置１００を備えている。電子機器４００は、被検者Ｏの額に赤外光を照射し、ＮＩＲＳを利用して被検者Ｏの学習の集中度を推定する。被検者Ｏは、スタイラスを持って操作しながら、電子機器４００の表示画面に表示された問題を解いて学習する。上述したように、被検者Ｏが問題を解いているとき、神経細胞の活動によって、被検者Ｏの集中度に応じて脳血流量等が変化する。制御回路２００は、その変化に基づいて、被検者Ｏの集中度を推定する。例えば前述のように、テーブルを参照して集中度を判定することができる。
【０１１５】
また、その集中度の時間的変化から学習の習熟度を推定することができる。数学の因数分解の学習を例に挙げて説明する。被検者は、学習の初めに因数分解の公式とその適用の仕方を学ぶ。初めのうちは慣れないために集中度が大きく脳血流量の時間的な変化量が大きい。問題をこなすに従って、公式の適用にも慣れてくるので解答時間が速くなるとともに脳血流量の時間変化量が減少していく。脳血流量の変化曲線の時間的推移から、学習の習熟度を判定することができる。脳血流の変化の時間的推移に加えて、解答時間の短縮度を示す情報も併用すると判定の精度が上がる。
【０１１６】
電子機器４００の利用者である被検者Ｏの頭部の変動量は、問題の難易度に応じて変化することが想定される。例えば、被検者Ｏが課題を解いているとき、頭部の角度が、図１２Ａに示す角度から図１２Ｂに示す角度に変わったとする。その場合でも、制御回路２００は被検者Ｏの動きを監視しているので、その動きを検知すると、光の出射方向およびパワーを調整することができる。
【０１１７】
本実施形態によれば、被検者Ｏが作業しながらでも、被検部において適正な位置に、適正なパワーを有する光を照射でき、かつ、生体情報を安定して計測することができる。
【０１１８】
（実施形態４）
次に、実施形態４における対話型ロボットを説明する。
【０１１９】
図１３は、実施形態４によるロボット５００および被検者である対話者Ｏを模式的に示す図である。図１４は、ロボット５００の構成例を示す図である。
【０１２０】
本実施形態によるロボット５００は、その頭部に実施形態１における生体情報計測装置１００と同様の構成要素を搭載している。ロボット５００は、被検者Ｏの額の位置および距離を検出し、額に向けて適切な光パワーを有する光を照射し、ＮＩＲＳを利用して被検者Ｏの感情を推定する。ロボット５００は、被検者Ｏの動きに追従して頭部を動かすことにより、光の照射位置を調整することができる。対話中、ロボット５００は相手の方向を向くので、頭部を動かすことによって光の照射位置を調整することは自然な行為である。
【０１２１】
図１４に示すように、ロボット５００は、実施形態において説明した構成要素の他に、頭部を含む各部を駆動する少なくとも１つのモータ５２０と、音声を出力するスピーカ５３０と、対話者Ｏが発した音声を検出するマイク５４０と、カメラ５５０と、各部を制御する制御回路５１０とを備えている。制御回路５１０は、実施形態１における制御回路２００と同様の動作を行うことにより、対話者Ｏにおける被検部（例えば額）の位置および被検部までの距離を検出する。そして、光検出器１４０の検出結果に基づいて、脳血流量などの生体情報を計測する。その生体情報に基づいて、モータ５２０およびスピーカ５３０などの要素を制御するための制御信号を生成する。ロボット５００は、その制御信号に基づいて、様々な動作を行うことができる。例えば、スピーカ５３０およびマイク５４０を用いた音声の対話中に、対話者Ｏの集中度が低下していることを検出した場合には、話題を変更したり、音声対話を停止したりすることができる。ロボット５００は、対話中、相手の感情を推定する。具体的には、制御回路２００は、神経活動に起因した脳血流の変化に基づいて感情を推定する。例えば、制御回路２００は、脳血流の変化と感情（例えば、安心、不安、悲しみ、憤りなど）との関係を対応付けたテーブルを参照することで感情を推定することができる。ロボット５００は、感情の推定結果に応じて、例えば対話者との話題を変更することができる。
【０１２２】
制御回路５１０は、被検部の位置および距離に応じて頭部の動きを制御することにより、光の出射方向を調整することができる。さらに、ロボット５００の頭部と、光源１１０の前方に配置される光学素子１２０とを組み合わせて光の出射方向を制御してもよい。例えば、先ず頭部の動きを制御して、光の出射方向を粗調整した後で、光源ユニット１７０を制御し、光の出射方向を微調整することができる。光学素子１２０は不要であれば省略してもよい。
【０１２３】
本実施形態の動作を規定したプログラム（アプリ）は、例えば電気通信回線を通じてダウンロードされ、ロボット５００にインストールされ得る。これにより、アプリの更新によって動作の改善を行なったりすることもできる。
【０１２４】
本実施形態によると、ロボットとの対話において適切なコミュニケーションが図れる。
【０１２５】
（実施形態５）
図１５は、実施形態５による車両６００の車内を模式的に示している。
【０１２６】
本実施形態による車両６００は、例えばドライブレコーダが取り付けられる位置またはその近傍に実施形態における生体情報計測装置１００を備えている。生体情報計測装置１００は、車両６００の取付部６１０に取り付けることができる。運転者が生体情報計測装置１００を自由に着脱することができる。車両６００は、自動車のみならず、電車その他の運転が必要な移動体を含む。本実施形態においては、被検者Ｏは運転者である。
【０１２７】
生体情報計測装置１００は、被検者Ｏの額に赤外光を照射し、ＮＩＲＳを利用して被検者Ｏの集中度及び健康状態を推定する。車両６００は、車両６００の動作を制御する制御回路６２０を備えている。制御回路６２０は、生体情報計測装置１００の制御回路２００からの生体情報に基づいて車両６００の制御信号を生成する。あるいは、制御回路２００が生体情報に基づいて車両６００の制御信号を生成し、制御回路６２０が、その制御信号に基づいて車両６００を制御してもよい。車両は、例えば自動運転モードを備える。車両が手動運転で走行中であれば、車両は、制御信号を受けて、走行モードを手動運転から自動運転に切り替えることができる。例えば、運転者Ｏの集中度が低下したことを検出した場合、運転者Ｏが居眠りをしている可能性がある。そこで、手動運転から自動運転に切り替えることにより、安全性を確保できる。
【０１２８】
生体情報計測装置１００をカーナビゲーションシステムと連動させることもできる。例えば、生体情報計測装置１００は、運転者が集中を欠いていると判定したとき、カーナビゲーションシステムにその情報を送信することができる。カーナビゲーションシステムは、例えば音声スピーカまたは表示画面を用いて集中力が欠けている旨の警告を行うことができる。なお、生体情報計測装置１００は常に運転者に赤外光を照射する必要はなく、例えばカーナビゲーションシステムの指示（「１００ｍ先の交差点を右に曲がります」等）をトリガーに、運転者に赤外光を照射して運転者の集中度を判定してもよい。カーナビゲーションの音声指示があっても、脳血流に変化が見られないときは、集中度が欠けている可能性が高い。
【０１２９】
（実施形態６）
図１６は、実施形態６による環境制御装置７００の外観を模式的に示している。
【０１３０】
本実施形態による環境制御装置７００は生体情報計測装置１００を備えている。環境制御装置７００は、例えばエアコンディショナーおよびオーディオであり得る。このような、使用者の周囲の環境（温度、音、光、湿度、匂い等）を制御することのできる装置を、本明細書では「環境制御装置」と称する。本実施形態においては、被検者Ｏは環境制御装置７００の一人または複数の利用者であり得る。
【０１３１】
環境制御装置７００は、被検者Ｏの額に赤外光を照射し、ＮＩＲＳを用いて被検者Ｏの心理状態、具体的には、気分及び温度感覚を推定する。
【０１３２】
生体情報計測装置１００の制御回路２００は、被検者Ｏの動きを監視し、先ずは被検者Ｏを特定する。制御回路２００はその後、被検者Ｏの被検部（例えば額）の位置を画像認識によって特定し、その額への赤外光の照射を開始する。
【０１３３】
環境制御装置７００は制御回路７１０を備えている。制御回路７１０は、生体情報計測装置１００の制御回路２００からの生体情報に基づいて環境制御装置７００の制御信号を生成する。あるいは、制御回路２００が生体情報に基づいて環境制御装置７００の制御信号を生成し、制御回路７１０が、その制御信号に基づいて環境制御装置７００を制御してもよい。例えば、生体情報計測装置１００が被検者Ｏの不快感を検知したとする。環境制御装置７００がエアコンディショナーである場合には、環境制御装置７００は、電源を自動でオンにして運転を開始したり、運転中は設定温度を下げたり上げたりすることができる。環境制御装置７００がオーディオ機器である場合、環境制御装置７００は音量を自動で下げてもよいし、例えば、リラックス効果が期待される音楽（クラシック音楽等）を自動で選曲してもよい。
【０１３４】
（実施形態７）
実施形態７に係る生体情報計測装置について、実施形態１の生体情報計測装置１００と異なる点を中心に説明する。
【０１３５】
光源１１０からの照射光を平行光ではなく発散光とした場合を考える。被検部全体に照射光が当たるように発散光を照射して、イメージセンサにより被検部の画像を取得するとき、本願発明者らは、光源１１０と被検部との距離を検出するよりも、被検部における輝度変動量を検出する方が、被検者の動きの有無の検出精度が高いことを発見した。すなわち、実施形態７において実施形態１の生体情報計測装置１００と異なる点は、輝度変動量を検出することである。
【０１３６】
具体的には、実施形態１と比較して、光検出器１４０がイメージセンサであることと、図５に示す処理のステップＳ５０３からＳ５０６までの動作が異なる。
【０１３７】
以下、動作の主体を制御回路２００とし、制御回路２００が各機能ブロックに対応した機能を実行するものとして、実施形態７におけるステップＳ５０３の動作を説明する。上述したとおり、制御回路２００とは別にＣＰＵが設けられている場合には、制御回路２００の機能の一部をＣＰＵが実行してもよい。以下、光検出器１４０はＴＯＦイメージセンサであるものとして説明し、光学素子１２０はＭＥＭＳミラーであるものとして説明する。
【０１３８】
検出部２１０は、光検出器１４０において、第１の時刻に取得された被検部の画像から第１輝度を抽出し、第２の時刻に取得された被検部の画像から第２輝度を抽出する。制御回路２００は、第１輝度と第２輝度とから、第１の時刻と第２の時刻との間の被検部の輝度変動量を算出する。検出部２１０は、その輝度変動量の大きさが閾値以上である場合、被験者Ｏは動いたと判定し、輝度変動量の大きさが閾値未満である場合、被験者Ｏは動かなかったと判定する。例えば、その閾値は予めＲＯＭ１５２に格納されている。
【０１３９】
実施形態７では、光源１１０と被検部との距離を直接測定しないため、実施形態１のステップＳ５０５は不要である。輝度変動量を算出した後は、ステップＳ５０６に処理を進める。ステップＳ５０６では、検出した輝度変動量に応じて光源１１０の駆動電流変動分ΔＪを決定する。第１時刻での光源１１０の駆動電流をＪ１としたとき、第２時刻での光源１１０の駆動電流はＪ２＝Ｊ１＋ΔＪと設定する。照射光が発散光である場合、輝度変動量を精度良く検出できるため、光源１１０の駆動電流変動分ΔＪの精度を高くすることができ、光のパワーの調整精度を向上させることができる。
【０１４０】
ここで、被検部の画像から抽出される輝度とは、被検部全体の輝度の平均値でも良い。ただし、光源１１０から被検部までの距離が変動したときの輝度変動量の検出精度が高いのは、距離の変動量が小さい場合である。そのため、光源１１０の初期の光パワーを決定する場合には、光源１１０から被検部までの距離を実際に検出し、光源１１０の初期の光パワーを決定した後に、被検部の動きによる光源１１０の光パワーの調整を行なう場合には、輝度変動量を検出することが好ましい。
【０１４１】
（実施形態８）
実施形態８に係る生体情報計測装置について、実施形態１の生体情報計測装置１００と異なる点を中心に説明する。
【０１４２】
光源１１０からの照射光を平行光ではなく発散光とした場合を考える。被検部全体に照射光が当たるように発散光を照射して、イメージセンサにより被検部の画像を取得するとき、本願発明者らは、距離または距離変動量を検出するよりも、被検部における輝度変動量を検出する方が、被検者の動き有無の検出精度が高いことを発見した。すなわち、実施形態７において実施形態１の生体情報計測装置１００と異なる点は、輝度変動量を検出することである。
【０１４３】
実施形態８において実施形態１の生体情報計測装置１００と異なる点は、光源１１０と被検部との距離変動量を算出する点である。
【０１４４】
具体的には、実施形態１と比較して、図５に示す処理のステップＳ５０３からＳ５０６までの動作が異なる。
【０１４５】
以下、動作の主体を制御回路２００とし、制御回路２００が各機能ブロックに対応した機能を実行するものとして、実施形態７におけるステップＳ５０３の動作を説明する。上述したとおり、制御回路２００とは別にＣＰＵが設けられている場合には、制御回路２００の機能の一部をＣＰＵが実行してもよい。以下、光検出器１４０はＴＯＦイメージセンサであるものとして説明し、光学素子１２０はＭＥＭＳミラーであるものとして説明する。
【０１４６】
実施形態８のステップＳ５０３において、検出部２１０は、第１時刻において、光源１１０と被検部との間の第１距離を取得し、第２時刻において、光源１１０と被検部との間の第２距離を取得する。取得した第１距離および第２距離に基づいて、第１時刻と第２時刻との間の距離変動量を算出する。
【０１４７】
検出部２１０は、その距離変動量の大きさが閾値以上である場合、被験者Ｏは動いたと判定し、距離変動量の大きさが閾値未満である場合、被験者Ｏは動かなかったと判定する。例えば、その閾値は予めＲＯＭ１５２に格納されている。
【０１４８】
実施形態８では、被検者Ｏが動いたと判定された場合に、再度、光源１１０と被検部との距離を検出する必要がないので、ステップＳ５０５は不要である。すなわち、被検者Ｏが動いたと判定された場合には、算出した距離変動量に応じて光源の駆動電流変動分ΔＩを決定する。
【０１４９】
第１時刻での光源の駆動電流をＪ１としたとき、第２時刻での光源の駆動電流はＪ２＝Ｊ１＋ΔＪと設定する。一般的に、ΔＪはＪ１より十分小さいため、変動分ΔＩにＩ１より十分小さい値の上限値を設定することが可能となる。そのため、距離の検出にエラーがあった場合でも、検出エラーによる駆動電流変動分が小さいため、所定外の光パワーを照射してしまうなど、光源の誤動作が低減できる。
【産業上の利用可能性】
【０１５０】
本開示は、生体情報を非接触で計測する用途、例えば、生体・医療センシング、ロボット、車両、および電子機器等に利用できる。
【符号の説明】
【０１５１】
１００    生体情報計測装置
１１０    光源
１２０    光学素子
１３０    光学系
１４０    光検出器
１５０    装置本体
１８０    ＣＰＵ
１５２    ＲＯＭ
１５３    ＲＡＭ
１６０    表示装置
１７０    光源ユニット
１８０、２００、５１０    制御回路
２５０    出力Ｉ／Ｆ
３００    生体情報計測モジュール
４００    電子機器
５００    ロボット
６００    車両
７００    環境制御装置
【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４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１１】
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【図１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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