CN106943117A - 生物体信息计测装置 - Google Patents

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Abstract

有关本申请的一形态的生物体信息计测装置具备：光源，射出用于向被检者的被检部照射的照射光；光检测器，检测来自上述被检者的光，输出与上述光对应的电信号；以及控制电路，决定上述光源射出的上述照射光的功率，并且基于上述电信号计测与上述被检部中的血流有关的生物体信息；上述控制电路基于上述电信号检测上述光源与上述被检部之间的距离，并且以上述距离越长则上述照射光的上述功率越大的方式决定上述照射光的上述功率。

Description

生物体信息计测装置
技术领域
本发明涉及对生物体信息进行计测的技术。
背景技术
作为用于判断人的健康状态的基础性的参数，广泛使用心率、血流量、血压、血中氧饱和度等。有关血液的这些生物体信息通常由接触型的测量器测量。接触型的测量器由于约束被检者的生物体，所以特别在持续长时间连续测量的情况下导致被检者的不适感。
特开2003－337102号公报公开了一种具备对被检者的头部的运动进行限制的头部固定机构的生物体活动计测装置。头部固定机构是例如将下颚或额头固定的下颚载置台或眼罩。根据该结构，由于头部的运动被限制，所以能够正确地计测脑功能，但在连续测量的情况下导致被检者的不适感。
为了取得生物体信息，常使用近红外线(约700nm～约2500nm的波段的电磁波)。其中，尤其常使用波长比较短的(例如约950nm以下的)近红外线。这样的近红外线具有以比较高的透射率透射肌肉、脂肪及骨等生物体组织、另一方面容易被血液中的氧化血红蛋白(HbO2)及还原血红蛋白(Hb)吸收的性质。作为利用这样的性质的生物体信息的计测方法，已知有近红外分光法(以下记为“NIRS”)。通过利用NIRS，能够计测例如脑内的血液中的氧化血红蛋白浓度及还原血红蛋白浓度。基于血红蛋白的氧状态，能够推测脑的活动状态(以下有称作“脑功能”的情况)。
特开2015－134157号公报公开了一种利用NIRS计测脑功能的光脑功能计测装置。该装置具备生成红外光的光源部、检测来自人体的红外光的光检测部、和控制向人体的光的照射位置的光学系统。根据该结构，能够在人体头部的任意的位置计测脑功能。
特开2009－136495号公报公开了一种通过得到与被检者的脑表面的多个测量部位的脑活动有关的数据而适当地控制被检者的周围环境的环境控制系统。
发明内容
有关本申请的一技术方案的生物体信息计测装置具备：光源，射出用于向被检者的被检部照射的照射光；光检测器，检测来自上述被检者的光，输出与上述光对应的电信号；以及控制电路，决定上述光源射出的上述照射光的功率，并且基于上述电信号计测与上述被检部的血流有关的生物体信息；上述控制电路基于上述电信号检测上述光源与上述被检部之间的距离，并且以上述距离越长则上述照射光的上述功率越大的方式决定上述照射光的上述功率。
上述包含性或具体的形态也可以由系统、方法、集成电路、计算机程序或记录介质实现。或者，也可以由系统、装置、方法、集成电路、计算机程序及记录介质的任意的组合实现。
附图说明
图1A是示意地表示实施方式1的生物体信息计测装置100的概略性的结构的图。
图1B是表示本实施方式的生物体信息计测装置100的更详细的结构例的图。
图1C是表示在被照射了光121的被检者O中反射及散射的光的例子的图。
图2是表示氧化血红蛋白(氧合血红蛋白)、还原血红蛋白(去氧血红蛋白)及水的各自的光的吸收系数的波长依赖性的图。
图3是表示处理装置150的内部的结构的图。
图4是示意地表示控制电路200的典型的功能块的图。
图5是表示生物体信息计测装置100的处理的例子的图。
图6是示意地表示光源的结构的变形例的图。
图7是示意地表示还具备与光检测器140不同的图像传感器141的生物体信息计测装置100的结构例的图。
图8是示意地表示通过计测取得的脉搏波的一例的图。
图9是示意地表示例如从脸及手这两点得到的脉搏波a、b的图。
图10A是示意地表示安装有本实施方式的生物体信息计测模块300的电子设备400的例子的图。
图10B是示意地表示本实施方式的生物体信息计测模块300的结构的框图。
图11是示意地表示生物体信息计测模块300的控制电路200A的典型的功能块的图。
图12A是表示作为被检者的学习者O使用电子设备400求解学科(例如数学、语文等)的问题的状况的图。
图12B是表示从图12A的状态起学习者O的头部运动的状态的例子的图。
图13是示意地表示实施方式4的机器人500及作为被检者的对话者O的图。
图14是表示机器人500的结构例的图。
图15示意地表示实施方式5的车辆600的车内。
图16示意地表示实施方式6的环境控制装置700的外观。
标号说明
100 生物体信息计测装置
110 光源
120 光学元件
130 光学系统
140 光检测器
150 装置本体
180 CPU
152 ROM
153 RAM
160 显示装置
170 光源单元
180、200、510 控制电路
250 输出I/F
300 生物体信息计测模块
400 电子设备
500 机器人
600 车辆
700 环境控制装置
具体实施方式
在说明本申请的实施方式之前，说明作为本申请的基础的见解。
本申请发明人研究了检测与被检者的血液有关的生物体信息(例如脑血流的信息)、推测被检者的集中度或感情等、并基于推测结果来控制各种设备的技术。例如，研究了在使用平板终端的教育用的应用中，根据学习者的集中度使显示内容变化的控制。或者，研究了根据与对话型机器人进行通过声音或影像的沟通(表现为会话)的人的心理状态或集中度来变更会话的内容这样的控制。除此以外，还研究了与驾驶者的集中度相应的自动驾驶车的控制，或者根据室内的人的感情(包括热、冷等感觉)来变更空气调整装置的设定温度或音频设备的音量这样的控制。
为了实现这样的交互性的动作，希望适当地取得使用者(以下也称作“被检者”)的脑血流等生物体信息。但是，被检者并非总是静止的，而通常是常运动。如果被检者的被检部(例如额头等)运动，则难以适当地取得生物体信息。
特开2003－337102号公报及特开2009－136495号公报的装置由于以使头部静止的状态为前提，所以不能适用于上述那样的应用。
在特开2015－134157号公报的计测装置中，不论被检者与光检测部之间的距离如何，光源的功率都总是一定。因此，光检测器越远离被检者，则来自被检者的反射光及散射光的功率越衰减。结果，计测装置的S/N比下降，生物体信息的检测精度下降。
本申请发明人基于上述考察，想到了以下公开的新的生物体信息计测技术。
本申请的非限定性的例示性的实施方式提供一种即使被检者运动也能够测量生物体信息的技术。
本申请包括在以下的项目中记载的生物体信息计测装置、生物体信息计测模块、集成电路、生物体信息的计测方法、计算机程序、电子设备、机器人、车辆及环境控制装置。
[项目1]
有关本申请的项目1的生物体信息计测装置具备：光源，射出用于向被检者的被检部照射的照射光；光检测器，检测来自上述被检者的光，输出与上述光对应的电信号；以及控制电路，决定上述光源射出的上述照射光的功率，并且基于上述电信号计测与上述被检部的血流有关的生物体信息；上述控制电路基于上述电信号，检测上述光源与上述被检部之间的距离，并且以上述距离越长则上述照射光的上述功率越大的方式决定上述照射光的上述功率。
[项目2]
在有关本申请的项目1的生物体信息计测装置中，也可以是，上述控制电路还将作为第1时刻的上述距离的第1距离与作为比上述第1时刻靠后的第2时刻的上述距离的第2距离进行比较，在上述比较的结果判定为上述距离变动的情况下，再次决定上述照射光的上述功率。
[项目3]
在有关本申请的项目2的生物体信息计测装置中，也可以是，上述光检测器是取得包括多个帧的上述被检部的运动图像的图像传感器；上述控制电路按每规定张数的帧，进行上述第1距离与上述第2距离的上述比较。
[项目4]
在有关本申请的项目2的生物体信息计测装置中，也可以是，上述控制电路还判定上述生物体信息的上述计测是否正常，并且在检测到上述计测不正常的情况下，进行上述第1距离与上述第2距离的上述比较。
[项目5]
在有关本申请的项目1的生物体信息计测装置中，也可以是，上述光检测器是取得上述被检部的图像的图像传感器；上述电信号包含表示上述图像的信号；上述控制电路基于表示上述图像的上述信号，测量作为第1时刻的上述被检部的亮度的第1亮度、作为比上述第1时刻靠后的第2时刻的上述被检部的亮度的第2亮度、和作为上述第1亮度与上述第2亮度之差的亮度变动量，并且根据上述亮度变动量对上述照射光的上述功率进行调整。
[项目6]
在有关本申请的项目5的生物体信息计测装置中，也可以是，上述图像是包括多个帧的运动图像；上述控制电路按每规定张数的帧，检测上述亮度变动量。
[项目7]
在有关本申请的项目5的生物体信息计测装置中，也可以是，上述控制电路还判定上述生物体信息的上述计测是否正常，并且在检测到上述计测不正常的情况下，检测上述亮度变动量。
[项目8]
在有关本申请的项目1的生物体信息计测装置中，也可以是，上述控制电路还检测作为第1时刻的上述距离的第1距离与作为比上述第1时刻靠后的第2时刻的上述距离的第2距离之差即距离变动量，并且根据上述距离变动量对上述照射光的上述功率进行调整。
[项目9]
在有关本申请的项目8的生物体信息计测装置中，也可以是，上述图像是包括多个帧的运动图像；上述控制电路按每规定张数的帧，检测上述距离变动量。
[项目10]
在有关本申请的项目8的生物体信息计测装置中，也可以是，上述控制电路还判定上述生物体信息的上述计测是否正常，并且在检测到上述计测不正常的情况下检测上述距离变动量。
[项目11]
在有关本申请的项目1的生物体信息计测装置中，也可以是，上述控制电路还基于上述电信号检测上述被检部的位置，基于上述位置在上述被检者中决定上述照射光的照射位置。
[项目12]
在有关本申请的项目11的生物体信息计测装置中，也可以是，上述光检测器是取得上述被检部的图像的图像传感器；上述电信号包含表示上述图像的信号；上述控制电路通过基于表示上述图像的上述信号进行的图像识别，检测上述被检部的位置。
[项目13]
在有关本申请的项目1的生物体信息计测装置中，也可以是，上述生物体信息计测装置具备第1光检测器及第2光检测器；上述第1光检测器及上述第2光检测器分别是上述光检测器；上述第2光检测器是图像传感器；上述第1光检测器检测来自上述被检者的上述光中的、作为上述照射光中包含的波长的成分的第1成分，输出与上述第1成分对应的第1电信号；上述第2光检测器检测来自上述被检者的上述光中的、作为可见光的成分的第2成分，输出与上述第2成分对应的第2电信号；上述控制电路基于上述第2电信号检测上述距离，基于上述第1电信号计测上述生物体信息。
[项目14]
在有关本申请的项目1的生物体信息计测装置中，也可以是，上述照射光是脉冲光；上述控制电路基于从上述光源射出上述脉冲光起到上述光检测器检测到上述脉冲光为止的时间，检测上述距离。
[项目15]
在有关本申请的项目11的生物体信息计测装置中，也可以是，还具备配置在上述照射光的路径上、变更上述照射位置的光学元件；上述控制电路基于上述电信号控制上述光学元件。
[项目16]
在有关本申请的项目1的生物体信息计测装置中，也可以是，上述被检部是上述被检者的额头；上述生物体信息是与脑血流有关的信息。
[项目17]
在有关本申请的项目1的生物体信息计测装置中，也可以是，还具备将从上述光检测器输出的上述电信号向外部设备发送的接口。
[项目18]
有关本申请的项目18的生物体信息计测装置具备：光源，射出用于向被检者的被检部照射的照射光；光检测器，检测来自上述被检者的光，输出与上述光对应的第1电信号；控制电路，决定上述光源射出的上述照射光的功率，并且基于上述第1电信号计测与上述被检部的血流有关的生物体信息；以及接口，用于与具备图像传感器的外部设备进行通信，该图像传感器取得上述被检部的图像，输出包含表示上述图像的信号的第2电信号；上述接口从上述外部设备接收上述第2电信号，并且向上述外部设备发送上述第1电信号；上述控制电路基于上述第2电信号检测上述光源与上述被检部之间的距离，并且以上述距离越长则上述照射光的上述功率越大的方式决定上述照射光的上述功率。
在本申请中，电路、单元、装置、部件或部的全部或一部分、或者框图的功能块的全部或一部分，也可以由包括半导体装置、半导体集成电路(IC)、LSI(large scaleintegration)的一个或多个电子电路执行。LSI或IC既可以集成在一个芯片上，也可以将多个芯片组合而构成。例如，也可以将存储元件以外的功能块集成到一个芯片上。这里称作LSI或IC，但根据集成程度而叫法变化，也可以称作系统LSI、VLSI(very large scaleintegration)或ULSI(ultra large scale integration)。在LSI的制造后编程的FieldProgrammable Gate Array(FPGA)、或能够进行LSI内部的接合关系的重构或LSI内部的电路划分的设置的reconfigurable logicdevice也能够以相同的目的使用。
进而，电路、单元、装置、部件或部的全部或一部分的功能或操作可以通过软件处理来执行。在此情况下，软件被记录到一个或多个ROM、光盘、硬盘驱动器等非暂时性记录介质中，当软件被处理装置(processor)执行时，由该软件确定的功能被处理装置(processor)及周边装置执行。系统或装置也可以具备记录有软件的一个或多个非暂时性记录介质、处理装置(processor)及需要的硬件设备、例如接口。
以下，参照附图详细地说明本申请的实施方式。另外，以下说明的实施方式都表示包含性或具体的例子。在以下的实施方式中表示的数值、形状、材料、构成要素、构成要素的配置及连接形态、步骤、步骤的顺序等是一例，不是限定本申请的意思。在本说明书中说明的各种形态只要不发生矛盾就能够相互组合。此外，关于以下的实施方式的构成要素中的在表示最上位概念的独立权利要求中没有记载的构成要素，设为任意的构成要素进行说明。在以下的说明中，有对具有实质上相同的功能或类似的功能的构成要素赋予共通的标号而省略说明的情况。
(实施方式1)
首先，说明实施方式1的生物体信息计测装置。生物体信息计测装置以非接触的方式计测被检者的被检部的脑血流。
图1A是示意地表示实施方式1的生物体信息计测装置100的概略性的结构的图。
生物体信息计测装置100具备光源110、光检测器140和与这些连接的控制电路200。从光源110射出的光被被检者O的被检部(在图示的例子中是额头)反射，向光检测器140入射。光检测器140将入射的光变换为电信号而输出。控制电路200基于从光检测器140输出的信号，调整光源110的光的照射位置及功率。简单地讲，控制电路200进行以下的动作。
(1)在光源110的发光中，基于从光检测器140输出的电信号(例如表示图像的信号)，确定被检部的位置及到被检部的距离。
(2)基于确定的被检部的位置及距离，决定在被检者O中被照射光的位置及光的功率。例如，控制未图示的MEMS镜等光学元件，以向被检部的位置正确地照射光。并且，使光源110发光以使到达光检测器140的光的功率大致成为规定值。例如，到被检部的距离越大，使光源110发出的光的功率越高，该距离越小，使光源110发出的光的功率越低。
这里，说明对光的功率进行调整的方法。光的功率由每单位时间的光的能量定义，单位是瓦特(W)＝焦耳/秒(J/S)。
在照射光是连续光的情况下，通过对照射光的强度进行控制，能够控制光功率。即，通过使照射光的强度变高，能够使光功率变大。此外，通过使照射光的强度变低，能够使光功率变小。
此外，当连续光的照射时间比单位时间短时，还能够通过照射时间控制来控制光功率。单位时间例如也可以是1秒。通过使照射时间变长，能够使光功率变大。
在照射光是脉冲光的情况下，通过进行照射光的强度的控制、还控制脉冲的占空比(照射时间相对于脉冲的周期的比率)，能够控制光功率。通过使照射光的强度变高，能够使光功率变大。通过使脉冲的占空比变大，能够使光功率变大。此外，通过使照射光的强度变低，能够使光功率变小。
进而，在一个集合的脉冲光的照射时间比单位时间短的情况下，能够通过脉冲数控制来控制光功率。此时，通过使脉冲数变多，能够使光功率变大。此外，通过使脉冲数变少，能够使光功率变小。
控制电路200在开始生物体信息的检测时(初始动作时)首先进行上述动作。由此，向被检部以适当的功率照射光，能够以高精度进行生物体信息的检测。但是，在这样的状态下，在被检者O运动的情况下不能继续进行检测。所以，本实施方式的控制电路200在进行生物体信息的检测的过程中，按每规定时间进行上述动作。由此，即使被检者O运动，也能够适当地维持光的方向及功率，能够继续进行生物体信息的检测。
上述动作并不限于在初始动作时及进行检测的过程中的双方中进行的形态，能够在初始动作时和进行检测的过程中的至少一方的定时进行。由此，在初始动作时及检测时的至少一方中，不论被检者O的被检部的位置如何都能够进行精度高的生物体信息的检测。
以下，更详细地说明本实施方式的结构及动作。
〔生物体信息计测装置100的结构〕
图1B是表示本实施方式的生物体信息计测装置100的更详细的结构例的图。该例中的生物体信息计测装置100除了上述光源110、光检测器140、控制电路200以外，还具备将从光源110射出的光的路径变更的光学元件120、将来自被检者O的光聚光的光学系统130、和对从光检测器140输出的信号进行处理并对光源110及光学元件120进行控制的处理装置150。控制电路200设置在处理装置150的内部。在图1B中，还表示作为生物体信息计测装置100的外部的要素的显示器(显示装置)160。显示器160连接于处理装置200，显示处理结果。
以下，说明各构成要素的详细情况。
光源110向被检者O的被检部照射光。本实施方式的被检部是被检者O的额头。通过向额头照射光，检测其反射光或扩散光，由此能够取得脑血流的信息。所谓“散射光”，包括反射散射光和透射散射光。在以下的说明中，有将反射散射光简单称作“反射光”的情况。在取得脑血流以外的血液的信息的情况下，也可以将额头以外的部位(例如手臂或脚等)作为被检部。在以下的说明中，只要没有特别说明，被检部就是额头。在以下的说明中，假设被检者O是人，但也可以是人以外的具有皮肤、具有没有长毛的部分的动物。本说明书中的“被检者”的用语是指包括这样的动物的全部被检体。
光源110射出例如650nm以上且950nm以下的光。该波段包含在红色到近红外线的波段中。上述波段被称作“生物窗”，已知在体内的吸收率低。关于本实施方式的光源110，假设为射出上述波段的光的结构进行说明，但也可以使用其他波段的光。在本说明书中，不仅针对可见光，针对红外线也使用“光”这一用语。
图2是表示氧化血红蛋白(氧合血红蛋白)、还原血红蛋白(去氧血红蛋白)及水的各自的光的吸收系数的波长依赖性的图。在650nm以下的可见光域中，血液中的血红蛋白(HbO2及Hb)的吸收较大，在比950nm长的波长域中水的吸收较大。另一方面，在650nm以上且950nm以下的波段内，血红蛋白及水的吸收系数比较低，散射系数比较大。由此，该波段内的光在侵入到体内后，受到较强的散射而回到体表。因此，能够有效地取得体内的信息。所以，在本实施方式中，主要使用该波段的光。
光源110例如可以是连续射出脉冲光的激光二极管(LD)等激光源。在如本实施方式那样被检者O是人的情况下，希望考虑射出光对视网膜的影响。在作为光源110而使用激光源的情况下，也可以设定光源110以满足由各国制定的激光安全基准的等级1。在满足等级1的情况下，辐射释放极限AEL低于1mW的程度的低照度的光被照射在被检者O上。但是，光源110自身也可以不满足等级1。例如，也可以将扩散板或ND滤光器等元件配置在光源110与被检者O之间，通过光被扩散或衰减来满足激光安全基准的等级1。
光源110并不限于激光源，也可以是发光二极管(LED)等的其他种类的光源。作为光源110，可以广泛地使用例如半导体激光器、固体激光器、纤维激光器、超亮二极管及LED(Light Emitted Diode)等。通过将它们与小型的光学元件120组合，能够使装置整体小型化。光源110并不限于射出脉冲光的光源，也可以是射出连续光的光源。
光源110根据来自控制电路200的指示而进行发光的开始及停止、以及发光功率的变更。从光源110射出的光121用于与脑血流有关的信息的检测、以及额头的位置及距离的检测。
光学元件120被配置在光源110与被检者O的被检部(即额头)之间的光121的光路上。光学元件120将光121的光路变更而将光121向额头引导。光学元件120响应于来自控制电路200的指示，调整向额头的光121的照射位置。在光学元件120包括反射镜的情况下，通过改变其角度，能够变更额头上的光121的照射位置。
光学元件120例如可以是MEMS(Micro Electro Mechanical Systems)反射镜。特别是如果使用2轴扫描型的MEMS反射镜，则能够将被检部上的光的照射位置2维地调整。由此，能够进行小型且高速的光照射位置的调整。在光学元件120中，除此以外，也可以还使用例如多边形反射镜、检流计反射镜或旋转型的棱镜。
在本说明书中，有将光源110及光学元件120的组合称作“光源单元”的情况。包括光源110及光学元件120的光源单元170例如可以构成为1个光学模块。在本说明书中，有将来自光源单元170的光的射出方向表现为“来自光源的光的射出方向”的情况。
图1C是示意地表示在被照射了光121的被检者O中反射及散射的光(记为“返回光”)到达光检测器140的状况的图。来自被检者O的返回光包含由被检者O的表面反射的成分(表面反射成分I1)和在被检者O的内部1次反射(包括扩散反射)、散射、或多重散射的成分(内部散射成分I2)。其中，想要检测的成分是内部散射成分I2。但是，通常内部散射成分I2的信号强度较小。这是因为，除了如上述那样被照射满足激光安全基准的非常小的光量的光以外，由头皮、脑髄液、头盖骨、灰白质、白质及血流带来的光的散射及吸收较大。进而，由脑活动时的血流量或血流内成分的变化带来的信号强度的变化还相当于几十分之1的大小，非常小。因而，也可以使想要检测的信号成分的几千～几万倍的表面反射成分I1尽可能不混入而进行检测。所以，也可以使检测电路140由具有电子开闭器的功能的图像传感器构成，通过由控制电路200适当控制开闭器定时，仅检测扩散反射成分I2。例如在特愿2015－122390号的说明书中公开了这样的结构。在本申请中援用特愿2015－122390号的全部公开内容。
光学系统130将由被检部反射或扩散的光121向光检测器140聚光。光学系统130例如是单一或多个透镜，也可以包括反射镜。在光学系统130包括透镜的情况下，也可以在透镜的受光侧的面及射出侧的面分别设置抑制光121的反射的防反射膜。由此，能够以更高的灵敏度检测脑血流的信息。
光检测器140检测来自被检者O的返回光。光检测器140例如包括以1维或2维排列的多个光检测元件。各光检测器例如包括光敏二极管，输出与来自被检部的光121的功率(光量)对应的电信号。光检测元件也可以是例如光电子增倍管(PMT)那样的其他元件。如果作为光检测元件而使用高灵敏度的雪崩光敏二极管或光电子增倍管等，则能够以更高的灵敏度取得脑血流的信息。
光检测器140也可以是对于包括从光源110射出的光的波长的波长域的光具有灵敏度的CCD或CMOS等图像传感器。通过使用图像传感器，能够取得光的2维的强度分布(例如运动图像)。如后述那样，利用所取得的运动图像，通过图像识别提取被检部的特征性的图案，能够确定图像中的被检部的位置。此外，也可以通过运动检测来检测被检部的运动。
光检测器140还具备能够计测到被检者O的距离的结构。例如可以使用TOF(Time－of－Flight：飞行时间)技术计测到被检者O的距离。在TOF技术中，照射光被被检者O反射，计测该反射光到达光检测器140所需要的时间，即飞行时间。基于由各检测元件检测的光的相位与光源110的光的相位之差，能够计测到被检者O的被检部的距离。
另外，光学系统130和光检测器140可以一体地构成。此外，也可以将光源单元170、光学系统130和光检测器140一体地构成。由此，可提供例如能够携带的小型的光学单元。小型的光学单元例如可以用USB线缆等的线缆连接到处理装置150上。
图3是表示处理装置150的内部的结构的图。
处理装置150连接于光源110、光学元件120、检测器140及显示器160，对它们进行控制。处理装置150具备ROM(Read Only Memory)152、RAM(Random Access Memory)153及控制电路200。控制电路200例如是包括CPU(Central Processing Unit)的集成电路。控制电路200控制生物体信息计测装置100的动作。ROM152保存着由控制电路200执行的计算机程序。计算机程序例如是用于使控制电路200进行由后述的流程图表示的处理或其一部分的命令群。这样的计算机程序例如可以经由网络下载，能够保存到计算机可读取的记录介质。RAM153是当控制电路200执行程序时用于将该程序展开的工作存储器。RAM153也可以是将从光检测器140输出的信号(数据)或计测出的与生物体信息有关的数据进行保存的存储装置。在本说明书中，所谓“生物体信息”是指心率、血流量、血压、血中氧饱和度等与血液有关的各种信息。特别是，在本实施方式中，由控制电路200计测脑血流的上述信息。由此能够推测被检者O的集中度或感情等的状态。
处理装置150也可以是个人计算机或平板计算机等通用的计算机。这样的计算机具备对处理装置150整体的动作进行控制的CPU。该CPU也可以执行本申请的控制电路进行的动作的一部分或全部。在此情况下，通用计算机的CPU作为本申请的“控制电路”的至少一部分发挥功能。
光源110、光学元件120及光检测器140能够经由各种接口而与处理装置150连接。例如，在光检测器140是图像传感器的情况下，能够利用依据MIPI标准(注册商标)的端子连接到处理装置150上。此外，光源110及光学元件120可以利用例如USB接口连接到处理装置150上。
如图示那样，对处理装置150可以连接显示被检者的运动图像及生物体信息的显示装置160。显示装置160例如是液晶或有机EL等显示器。显示装置160可以利用例如HDMI(注册商标)标准的端子连接于处理装置150。生物体信息计测装置100的利用者能够从显示装置160得到与生物体活动有关的各种信息。
除了上述的有线方式的连接以外，还可以通过无线通信进行数据的发送及/或接收。例如可以利用依据Wi－Fi(注册商标)标准或ZigBee(注册商标)标准的通信。
生物体信息计测装置100计测光的2维的强度分布，能够基于该强度分布来计测脑的血流量、血压、血中氧饱和度或心跳数等各种生物体信息。这样的计测技术例如在特开2015－134157号公报中公开，也能够在本申请中利用。为了参考，在本说明书中援用特开2015－134157号公报的全部公开内容。
已知在脑血流量或血流内成分(例如血红蛋白)的变化与人的神经活动之间有密切的关系。例如，神经细胞的活动对应于人的感情的变化而变化，由此脑血流量或血液内的成分变化。因而，只要能够检测脑血流量或血液内成分的变化等的生物体信息，就能够推测被检者的心理状态。所谓被检者的心理状态，例如是指心情(例如，快乐、不快)、感情(例如，安心、不安、悲伤、愤怒等)、健康状态(例如，健康、倦怠)、温度感觉(例如，热、冷、闷热)等。此外，派生于此，表示脑活动的程度的指标，例如熟练度、熟悉度及集中度等也包含在心理状态中。
〔1－2.生物体信息计测装置的动作〕
图4是示意地表示控制电路200的典型的功能块的图。控制电路200具有检测部210、光源控制部220、计测部230和推测部240。控制电路200例如是ASIC(ApplicationSpecific Integrated Circuit)或FPGA(Field－Programmable Gate Array)那样的集成电路。与各功能块对应的功能通过软件及硬件的哪种都能够安装到控制电路200中。例如在控制电路200的内部ROM(未图示)或ROM152中保存的计算机程序也可以包括用于执行与各功能块对应的功能的命令群。控制电路200是能够以单体在市场中流通的制品。
图5是表示生物体信息计测装置100的处理的例子的图。以下，设动作的主体为控制电路200，设控制电路200执行与各功能块对应的功能而进行说明。如上述那样，在与控制电路200独立地设有CPU的情况下，也可以由CPU执行控制电路200的功能的一部分。以下，假设光检测器140是TOF图像传感器进行说明，假设光学元件120是MEMS反射镜进行说明。
(步骤S500)
控制电路200的检测部210检测被检者O的额头的位置及光源110与额头之间的距离。具体而言，检测部210利用从光检测器140输出、由多个帧图像构成的运动图像，通过图像识别取得帧图像中的额头的位置信息。例如，通过使用与人的额头建立了关联的模板的图案匹配来确定额头的位置。所谓位置信息，例如可能是表示检测出的图案的、图像中的中心的位置的信息等。模板预先保存在例如ROM152中。在图像识别中，可以广泛地使用周知的方法，但并不限定于特定的方法。此外，检测部210基于包含从光检测器140输出的表示光的功率的相位差的信息的信号，计算(测距)到被检者O的距离。
控制电路200的光源控制部220控制光源110及光学元件120(即光源单元170)。
光源控制部220及检测部210作为生物体信息计测装置100的初始动作而执行上述动作。具体而言，当开始使用生物体信息计测装置100的生物体信息的计测时，光源控制部220向光源单元170指示发光。此时的光的功率及射出方向被设定为预先设定的初始值。检测部210执行初始动作，取得表示被检部的位置及距离的初始信息。该初始动作相当于生物体信息计测装置100的校准。
(步骤S501)
光源控制部220基于来自检测部210的初始信息设定光的射出方向及功率的初始值。具体而言，向光学元件120设定光的射出方向的初始值。光学元件120例如将MEMS反射镜的角度设定为与初始值对应的角度，决定额头上的光121的照射位置。向光源110设定光功率的初始值。光源110将具有与初始值对应的功率的光121向被检者0射出。通过以上的动作，不论与生物体信息计测装置100面对的被检者O的位置如何，都能够向与其位置对应的适当的方向以适当的功率射出光。
(步骤S502)
控制电路200的计测部230基于来自光检测器140的输出信号计测被检者O的生物体信息。例如计测部230利用NIRS，计测脑内的血液中的氧化血红蛋白浓度及还原血红蛋白浓度作为生物体信息。控制电路200的推测部240基于计测出的生物体信息推测被检者的心理状态。例如，推测部240根据血红蛋白的氧状态，推测被检者O的集中度、感情等的心理状态。
这里，说明生物体信息的计测方法的具体例。
血液的较大的作用，是从肺接受氧而向组织运送、从组织接受二氧化碳而使其向肺循环。在血液100ml中存在约15g的血红蛋白。与氧结合的血红蛋白是氧化血红蛋白，没有与氧结合的血红蛋白是还原血红蛋白。如图2所示，氧化血红蛋白及还原血红蛋白的光吸收特性不同。氧化血红蛋白将超过约830nm的波长的红外线比较好地吸收，还原血红蛋白将红色光(例如660nm的波长)比较强地吸收。关于805nm的波长的近红外线，在两者的吸收率中没有差异。所以，在本实施方式中，使用660nm(红色光)及830nm(红外光)这两个波长，对各个波长计测来自被检部的光功率。根据这些红色光与红外光的功率的比率求出两种血红蛋白的浓度的比率(氧饱和度)。作为使用的两个波长的组合，也可以是不到805nm的波长与比805nm长的波长的组合。所谓氧饱和度，是表示血液中的血红蛋白中的多少与氧结合了的值。设C(Hb)为还原血红蛋白的浓度，设C(HbO2)为氧化血红蛋白的浓度，氧饱和度用以下的数式定义。
氧饱和度＝C(HbO2)/[C(HbO2)+C(Hb)]×100(％)
在生物体内，在血液以外还包含将红～近红外的波长的光吸收的成分，但光的吸收率在时间上变动主要起因于动脉血中的血红蛋白。因此，能够基于吸收率的变动，以高精度测量血中氧饱和度。从心脏搏动出来的动脉血成为脉搏波，在血管内移动。另一方面，静脉血不具有脉搏波。照射在生物体上的光在动静脉及血液以外的组织等生物体的各层中受到吸收而透射生物体，但动脉以外的组织不随着时间而厚度变动。因此，来自生物体内的散射光对应于由脉动带来的动脉血层的厚度的变化而呈现时间上的强度变化。该变化反映动脉血层的厚度的变化，不包含静脉血及组织的影响。因此，通过仅着眼于散射光的变动成分，能够得到动脉血的信息。通过测量对应于时间而变化的成分的周期，还能够求出脉搏。
如果神经细胞活动，则被毛细血管内的血液中的血红蛋白运送来的氧被消耗。已知随着由氧的消耗带来的局部反应会发生血流增加。此外，已知通过由毛细血管内还原血红蛋白将氧传递给生物体组织，还原血红蛋白暂时地增加。例如，假设被检者O正在解课题而学习。此时，脑血流量可能对应于集中度而时时刻刻变化。集中度越高，脑血流量越增加，血中氧饱和度有越下降的趋势。所以，推测部240能够基于例如脑血流量或血中氧饱和度相对于基准值的变化量来判定被检者O的集中度。在本实施方式中，预先在ROM152中保存有将脑血流量或血中氧饱和度相对于基准值的变化量与集中度建立对应的表。推测部240通过参照该表，能够根据计测出的生物体信息判定学习的集中度。计测部230的计测结果及推测部240的推测结果被暂时保持在例如RAM153中。
(步骤S503)
如上述那样，例如假设被检者O正在解某个课题而学习。此时，设想被检者O的头部、即在计测中作为被检部的额头运动。所以，检测部210在进行初始动作后，监视被检者(特别是头部)是否运动了。例如，检测部210在连续的帧图像间计算运动矢量。检测部210在该运动矢量的大小是阈值以上的情况下，判定为被检者O运动了，在运动矢量的大小不到阈值的情况下，判定为被检者O没有运动。例如，该阈值被预先保存在ROM152中。
检测部210也可以不依次判定被检者O的运动，也可以按每规定的帧数(例如300帧)判定运动。由此，能够抑制控制电路200的耗电。
在检测部210判定为被检者O没有运动的情况下，处理再次向步骤S502返回。因而，光源单元170的设定保持初始设定。在检测部210判定为被检者运动了的情况下，处理向步骤S505转移。
另外，也可以不进行这样的基于运动矢量的监视，而是例如反复进行步骤S502中的生物体信息的计测、在检测出不能正常地进行计测的情况下向步骤S505转移的动作。或者，也可以单纯按每规定时间(例如几秒到几分)进行位置及距离的再检测。这里，通过测量向控制电路输入的与被检部的血流对应的电信号的信号电平来判定计测是否正常。光源110与被检部的距离越长，电信号的电平越下降，电子信号的SN比越劣化，所以当信号电平成为规定的值以下时，再检测光源110与被检部的距离，使光的功率变大，以使SN比成为规定的范围内。
另一方面，光源110与被检部的距离越短，电信号越饱和，所以当信号电平成为规定的值以上时，再检测光源110与上述被检部的距离，使光的功率变小，以使信号电平成为规定值以下、并且信号的SN比成为规定的范围内。
(步骤S505)
检测部210再次检测被检者O的额头的位置及光源110与额头之间的距离，生成关于位置及距离的更新信息。
(步骤S506)
光源控制部220基于来自检测部210的更新信息调整光的射出方向及光功率。具体而言，向光学元件120设定光的射出方向的更新值，向光源110设定光功率的更新值。光学元件120将MEMS反射镜的角度变更为与更新值对应的角度，将额头上的光121的照射位置变更。光源110将光功率变更为更新值表示的光功率值。如果光源单元170的设定被更新，则处理再次向步骤S502返回。
通过以上的动作，在初始动作时及生物体信息的计测中，将光源单元的设定最优化。另外，在本实施方式中，在初始动作时及生物体信息的计测中的双方中进行上述最优化，但本申请并不一定限定于这样的形态。只要在初始动作时及生物体信息的计测中的至少一方的定时进行上述最优化就可以。
〔1－3.变形例〕
接着，说明本实施方式的变形例。
图6示意地表示光源的结构的变形例。该变形例的生物体信息计测装置具备两个光源110、111。两个光源110、111连接于控制电路200。
光源110和光源111射出不同波段的光。光源110及光源111射出的光的波长例如可能是上述的650nm及830nm。但是，并不限定于该波长的组合，可以采用各种组合。在如本实施方式那样计测对象是生物体组织的情况下，如图2所示，当波长比805nm大时，氧化血红蛋白的吸光度比还原血红蛋白的吸光度大。另一方面，在波长不到805nm时呈现其相反的特性。因而，例如假设光源110发出750nm附近的波长的光，光源111发出850nm附近的波长的光。在此情况下，如果计测由来自光源110的光带来的内部散射成分I2和由来自光源111的光带来的内部散射成分I2的各光功率，则通过解规定的联立方程式，能够求出HbO2及Hb相对于血中浓度初始值的变化量。
控制电路200通过使用由来自光源110的光带来的内部散射成分I2和由来自光源111的光带来的内部散射成分I2的各光功率来解联立方程式，计算例如HbO2及Hb相对于血中浓度初始值的变化量。也可以与控制电路200独立地设置解该联立方程式的运算电路(未图示)。
在上述例子中，光源的数量是两个，但也可以使用射出光的波段不同的3个以上的光源。或者，也可以使用能够变更光的波段的光源。根据这样的结构，能够取得关于血液的更多的生物体信息。
图7是示意地表示还具备与光检测器140分立的图像传感器141的生物体信息计测装置100的结构例的图。这样，生物体信息计测装置100也可以具备与光检测器140独立的另外的图像传感器141。根据该结构，光检测器140被用作例如对于生物体信息计测特制的传感器，被检部的位置及距离的检测可以基于来自图像传感器141的输出信号进行。控制电路200也可以使用基于图像传感器141的输出信号的运动图像来检测被检者的运动。或者，控制电路200也可以基于光检测器140的输出信号检测距离，基于图像传感器141的输出信号检测位置，也可以相反。在本说明书中，有将光检测器140称作“第1光检测器”、将图像传感器141称作“第2光检测器”的情况。此外，有将从第1光检测器输出的电信号称作“第1电信号”、将从第2光检测器输出的电信号称作“第2电信号”的情况。
本实施方式的生物体信息计测装置100也可以计测脑血流以外的生物体信息。以下说明几个具体例。
如果血流量变化，则光的反射率变化。利用该特点，例如通过向脸及手等的露出的被检部照射近红外光并检测反射光，能够以非接触的方式计测脉搏数及集中度。控制电路200在按照上述图5所示的流程检测被检部的位置及距离的初始信息后，基于初始信息向光源单元170设定光的射出方向及光功率的初始值。然后控制电路200一边监视被检部的运动，一边根据被检部的运动调整光的射出方向及光功率。
图8示意地表示通过计测取得的脉搏波的一例。在计测脉搏数的情况下，计测部230例如基于来自光检测器140的输出信号生成具有周期性的曲线的脉搏波。例如计测部230计数脉搏波的极大值，如图示那样计算相邻的两个极大值之间的时间差(记为“脉搏波的周期”)。计测部230将脉搏波的周期变换为倒数，计算脉搏数。
控制电路200的推测部240在规定期间中计测该脉搏波的周期的方差，判定集中或放松的精神状态。通常，在集中或紧张时，脉搏波的周期接近于一定，在放松时，脉搏波的周期有容易变动的趋向。所以，如果周期的方差不到规定值，则推测部240判断为被检者O处于集中状态或紧张状态。匹配于呼吸，其方差逐渐变大，有超过规定值的情况。在此情况下，推测部240能够判断为被检者O处于放松状态。
进而，也可以使用生物体信息计测装置100以非接触的方式计测血管年龄及血压等。具体而言，使用生物体信息计测装置100计测脉搏波传播速度(PWV)。计测脸及手等的脉搏波，通过将脉搏波的时间差除以它们之间的距离，得到PWV。
可以通过向例如脸及手的露出的两个部位的被检部照射近红外光并检测反射光来求出PWV。或者，可以通过向例如手及脚腕的露出的两个部位的被检部照射近红外光并检测反射光来求出PWV。另外，作为两个部位的被检部，可以任意地指定相互离开的部位。能够基于PWV以非接触的方式计测血管年龄及血压。控制电路200按照在上述图5中表示的流程，在检测出两个部位的被检部的位置信息及距离信息的初始信息后，基于初始信息向光源单元170设定光的射出方向及光功率的初始值。然后控制电路200一边分别监视计测中的两个部位的被检部的运动，一边根据各被检部的运动调整光的射出方向及光功率。
图9示意地表示例如从脸及手的2点得到的脉搏波a、b。计测点A位于脸，计测点B位于手。例如，控制电路200的计测部230使用计测点A及B的脉搏波的上升点(图9中用箭头表示)的时间差ΔT及计测点A及B间的距离D，根据下述的式(1)计算PWV。
PWV＝D/ΔT 式(1)
例如控制电路200的推测部240可以基于PWV推测血管年龄及血压。例如，预先在ROM152中保存有按照年龄(世代)表示PWV的平均值的表。推测部240参照该表，能够确定通过计测得到的PWV值距哪个年龄的平均值最近，推测被检者O的血管年龄。此外，推测部240可以根据PWV推测血压。例如可以利用在G.Lopezetal.“Continuous blood pressuremonitoring in daily life，”Journal of Advanced Mechanical Design，Systems，andManufacturing 3(1)，179–186(2010)中公开的使用PWV的血压的推测方法。
如果使用接触型的计测装置，则传感器部分相对于身体的安装或推压的方式等可能对计测结果带来影响。如果能够如本实施方式那样以非接触的方式计测，则可解决这样的课题，并且带来计测的简便化。
根据本实施方式，控制电路200根据被检部的位置及距离调整光的照射位置及光功率。因此，在计测中，被检者O不会被装置约束，能够采取比较自由的姿势。此外，由于能够向适当的位置照射具有适当的功率的光，所以能得到高品质的信号。结果，能够改善S/N比。进而，由于控制电路200监视被检者O的运动，所以即使在计测中被检者O稍稍运动，也能够稳定地计测生物体信息。因此，例如被检者O能够一边进行作业一边接受计测。
(实施方式2)
接着，说明实施方式2的生物体信息计测模块。本实施方式的生物体信息计测模块例如是外置于平板终端、智能电话或笔记本PC(膝上电脑)等的通用的便携电子设备上而使用的附件。以下，以与实施方式1的生物体信息计测装置100不同的点为中心进行说明，共通的部分的说明省略。
图10A是示意地表示安装有本实施方式的生物体信息计测模块300的电子设备400的例子的图。如图示那样，生物体信息计测模块300连接于电子设备400而被使用。模块300具有光源110和光检测器140。在图10A中没有表示，但在模块300的箱体的内部，设有MEMS反射镜等光学元件120和控制电路200A。在图10A的例子中模块300连接于电子设备400的下部，但并不限定于此。连接的位置依赖于电子设备400具有的连接器的位置。在本实施方式中，可以利用由电子设备400具有的照相机450取得的运动图像的信息。
通过这样的结构，可以采用例如将具备光源110及为生物体信息计测特制的(即检测红外光的)光检测器140的模块300安装到平板终端或智能电话等电子设备400上的新的使用方法。可以进行由内置在电子设备400中的照相机450检测被检者O的运动、模块300的控制电路200A基于该检测信号调整光源110的射出方向及功率的动作。
内置在平板终端或智能电话等设备中的照相机450通常在图像传感器的前表面具备红外(IR)截止滤光器。因此，不能由照相机450接受红外光。另一方面，模块300的光检测器140为了检测适合于生物体信息的计测的近红外光，可以不具备红外截止滤光器而相反具备可见光截止滤光器。因而，生物体信息的检测由模块300的光检测器140进行，用可见光也能够检测的被检部的位置及距离的确定可以由电子设备400的照相机450进行。
这里，通过生物体信息计测模块300的光检测器140，不仅能够进行生物体信息的检测，还能够进行光源110与被检部的距离的检测。通过电子设备400的照相机450，能够进行被检部的位置的检测。以可见光动作的电子设备400的照相机450能够在没有来自光源的照射光的、仅周边光下动作，由于光源耗电较大，所以有能够削减电子设备的总的耗电的效果。
图10B是示意地表示本实施方式的生物体信息计测模块300及电子设备400的结构的框图。生物体信息计测模块300具有光源110、光学元件120、光学系统130(未图示)、光检测器140、控制电路200A、ROM152、RAM153和用于向外部的电子设备400发送光检测器140的输出信号的输入输出接口(I/F)250。模块300如图示那样，只要具有用于作为模块动作的最低限度的组件就可以。
电子设备400除了照相机450以外，还具备显示器456、控制电路454、ROM452、RAM453和输入输出接口440。控制电路454可以包括例如CPU及图像处理用的数字信号处理器(DSP)。控制电路454进行由照相机450取得的图像的解析、以及显示器456的显示的控制等。控制电路454通过将预先安装的计算机程序(应用)执行，进行与模块300协同的动作。例如，控制电路454在进行生物体信息的计测动作时，使模块300的控制电路200A执行使用光源110、光学元件120及光检测器140的生物体信息的计测。并行地，控制电路454使照相机450对被检者O进行摄影，基于所取得的图像计算被检部的位置及距离。控制电路454将该信息向模块300的控制电路200A发送。接受到该信息的控制电路200A基于该位置及距离的信息，调整光源110的发光功率和光学元件120的角度(即，光的射出方向)。由此，追随于被检部的运动而向适当的方向照射适当的功率的光。输出I/F250例如可以是USB接口。输出I/F也可以是其他接口，例如也可以是依据例如Wi－Fi(注册商标)标准或ZigBee(注册商标)标准的无线通信用接口。
图11是示意地表示生物体信息计测模块300的控制电路200A的典型的功能块的图。控制电路200A具有CPU180、检测部210和光源控制部220。控制电路200A在不包括计测部230及推测部240这一点上与实施方式1的控制电路200不同。CPU180控制生物体信息计测模块300的动作。检测部210及光源控制部220的功能如在实施方式1中说明的那样。
生物体信息计测模块300能够经由例如连接在输出I/F250上的USB线缆而与外部的电子设备400连接。在电子设备400中，安装执行本申请的信号处理(例如上述位置及距离的计测处理及相当于图5的步骤S502的处理)的应用。由此，电子设备400的处理器能够从生物体信息计测模块300接受光检测器140的输出信号，基于该输出信号计测生物体信息。此外，能够基于该生物体信息推测被检者的心理状态。
根据本实施方式，提供一种可相对于外部的电子设备400拆装的生物体信息计测模块。
(实施方式3)
接着，说明应用了本申请的技术的学习系统的实施方式。
图12A是表示作为被检者的学习者O使用电子设备400解学科(例如数学、语文等)的问题的状况的图。本实施方式的电子设备400是平板型计算机(以下称作平板PC)。电子设备400除了平板PC以外例如也可以是便携电话、智能电话、笔记本PC(膝上电脑)、电子书籍终端、电子辞典或电子笔记本等的具有显示器的任意的设备。
该电子设备400既可以是安装有实施方式3的模块300的设备，也可以是内置有模块300的功能的专用终端。
图示那样的使用平板PC的教育系统例如可以在学校或培训班等教育机构或家庭中使用。学习者O(例如儿童)使用在平板PC的显示器上显示数学或语文等学科的问题的应用进行学习。
在电子设备400中，预先安装显示学科的问题的应用(软件)。该应用例如可以经由因特网等的电气通信线路下载。通过电子设备400的处理器(控制电路)执行该应用，实现问题的显示、解答后的正解及解说的显示、以及向下个问题的转移的动作。
本实施方式的电子设备400的控制电路通过检测学习者O求解问题的期间的脑的血流量、血中氧饱和度或脉搏波的周期的方差等生物体信息，监视学习者O的集中度。集中度的判定方法如在实施方式1中说明的那样。电子设备400的控制电路如果检测到学习者O的集中度下降，则例如在显示器上显示引起兴趣的信息、或显示容易的问题，防止集中度下降。由此，能够提高学习效果。
在本实施方式那样的学习系统中，在学习者O求解问题的期间中，学习者O不会总是静止。特别是，当不明白问题或缺乏集中力时，学习者O的头及身体有经常运动的倾向。图12B表示从图12A的状态到学习者O的头部运动的状态的例子。如果学习者O的头移动，则电子设备400与被检部(额头)之间的距离也会变化。在这样的情况下，在以往技术中发生来自光源的光没有到达额头、或即使到达额头、检测精度也随着距离的变化而下降的问题。
相对于此，本实施方式的电子设备400的控制电路在初始动作时(即发光开始时)及动作中检测学习者O的额头的位置和到额头的距离，根据该位置及距离调整光的射出方向和功率。由此，能够向学习者O的额头照射适当的功率的光，适当地计测集中度。如果将这样的调整在光源的发光开始时和发光中的每规定时间中进行，则能够追随于额头的运动而总是照射适当的功率的光。
本实施方式的电子设备400具备实施方式1的生物体信息计测装置100。电子设备400向被检者O的额头照射红外光，利用NIRS推测被检者O的学习的集中度。被检者O一边拿着触笔操作，一边求解显示在电子设备400的显示画面上的问题而学习。如上述那样，当被检者O求解问题时，通过神经细胞的活动，对应于被检者O的集中度而脑血流量等变化。控制电路200基于该变化推测被检者O的集中度。例如可以如上述那样参照表来判定集中度。
此外，能够根据该集中度的时间上的变化来推测学习的熟练度。举数学的因数分解的学习为例进行说明。被检者在学习的最初学习因数分解的公式和其应用方式。开始因为不习惯而集中度较大、脑血流量的时间上的变化量较大。随着做完问题，也习惯了公式的应用，所以解答时间变快并且脑血流量的时间变化量减少。根据脑血流量的变化曲线的时间性推移，能够判定学习的熟练度。除了脑血流的变化的时间性推移以外，如果还同时使用表示解答时间的缩短度的信息，则判定的精度提高。
设想作为电子设备400的利用者的被检者O的头部的变动量对应于问题的难易度而变化。例如，假设当被检者O求解课题时，头部的角度从图12A所示的角度变化为图12B所示的角度。在此情况下，由于控制电路200监视着被检者O的运动，所以也如果检测到该运动则能够调整光的射出方向及功率。
根据本实施方式，即使被检者O一边进行作业，也能够向被检部中适当的位置照射具有适当的功率的光，并且能够稳定地计测生物体信息。
(实施方式4)
接着，说明实施方式4的对话型机器人。
图13是示意地表示实施方式4的机器人500及作为被检者的对话者O的图。图14是表示机器人500的结构例的图。
本实施方式的机器人500在其头部上搭载有与实施方式1的生物体信息计测装置100同样的构成要素。机器人500检测被检者O的额头的位置及距离，朝向额头照射具有适当的光功率的光，利用NIRS推测被检者O的感情。机器人500通过追随于被检者O的运动而移动头部，能够调整光的照射位置。在对话中，由于机器人500朝向对方的方向，所以通过移动头部来调整光的照射位置是自然的行为。
如图14所示，机器人500除了在实施方式中说明的构成要素以外，还具备驱动包括头部的各部的至少1个马达520、输出声音的扬声器530、检测对话者O发出的声音的麦克风540、照相机550、和控制各部的控制电路510。控制电路510通过进行与实施方式1的控制电路200同样的动作，检测对话者O的被检部(例如额头)的位置及到被检部的距离。并且，基于光检测器140的检测结果，计测脑血流量等生物体信息。基于该生物体信息，生成用于控制马达520及扬声器530等要素的控制信号。机器人500能够基于该控制信号进行各种动作。例如，在使用扬声器530及麦克风540的声音的对话中检测到对话者O的集中度下降的情况下，能够变更话题或将声音对话停止。机器人500在对话中推测对方的感情。具体而言，控制电路200基于起因于神经活动的脑血流的变化来推测感情。例如，控制电路200通过参照将脑血流的变化与感情(例如，安心、不安、悲伤、愤怒等)的关系建立了对应的表，能够推测感情。机器人500能够根据感情的推测结果，变更例如与对话者的话题。
控制电路510通过根据被检部的位置及距离来控制头部的运动，能够调整光的射出方向。进而，也可以将机器人500的头部与配置在光源110的前方的光学元件120组合来控制光的射出方向。例如，可以首先控制头部的运动，在将光的射出方向粗调整后，控制光源单元170而将光的射出方向微调。关于光学元件120，如果不需要则也可以省略。
规定本实施方式的动作的程序(应用)例如可以经由电气通信线路下载、安装到机器人500中。由此，也可以通过应用的更新进行动作的改善。
根据本实施方式，在与机器人的对话中能实现适当的沟通。
(实施方式5)
图15示意地表示实施方式5的车辆600的车内。
本实施方式的车辆600例如在安装驾驶记录仪的位置或其附近具备实施方式的生物体信息计测装置100。生物体信息计测装置100能够安装到车辆600的安装部610。驾驶者能够将生物体信息计测装置100自由地拆装。车辆600不仅是汽车，也包括电车或其他需要驾驶的移动体。在本实施方式中，被检者O是驾驶者。
生物体信息计测装置100向被检者O的额头照射红外光，利用NIRS推测被检者O的集中度及健康状态。车辆600具备控制车辆600的动作的控制电路620。控制电路620基于来自生物体信息计测装置100的控制电路200的生物体信息生成车辆600的控制信号。或者，控制电路200也可以基于生物体信息生成车辆600的控制信号，控制电路620基于该控制信号控制车辆600。车辆例如具备自动驾驶模式。如果车辆是以手动驾驶行驶中，则车辆能够接受控制信号，将行驶模式从手动驾驶切换为自动驾驶。例如，在检测到驾驶者O的集中度下降的情况下，驾驶者O有可能瞌睡。所以，通过从手动驾驶切换为自动驾驶，能够确保安全性。
也可以使生物体信息计测装置100与车载导航系统联动。例如，生物体信息计测装置100当判定为驾驶者缺乏集中时，能够向车载导航系统发送该信息。车载导航系统例如能够使用声音扬声器或显示画面进行缺乏集中力的警告。另外，生物体信息计测装置100不需要总是向驾驶者照射红外光，例如也可以以车载导航系统的指示(在“前方100m的交叉点右拐”等)为触发，向驾驶者照射红外光来判定驾驶者的集中度。即使有车载导航的声音指示、在脑血流中也看不到变化时，缺乏集中度的可能性高。
(实施方式6)
图16示意地表示实施方式6的环境控制装置700的外观。
本实施方式的环境控制装置700具备生物体信息计测装置100。环境控制装置700例如可以是空气调节装置及音频设备。将这样的能够控制使用者的周围的环境(温度、声音、光、湿度、气味等)的装置在本说明书中称作“环境控制装置”。在本实施方式中，被检者O可以是环境控制装置700的一个或多个利用者。
环境控制装置700向被检者O的额头照射红外光，使用NIRS推测被检者O的心理状态，具体而言推测心情及温度感觉。
生物体信息计测装置100的控制电路200监视被检者O的运动，首先确定被检者O。然后控制电路200通过图像识别确定被检者O的被检部(例如额头)的位置，开始向该额头照射红外光。
环境控制装置700具备控制电路710。控制电路710基于来自生物体信息计测装置100的控制电路200的生物体信息，生成环境控制装置700的控制信号。或者，也可以是控制电路200基于生物体信息生成环境控制装置700的控制信号，控制电路710基于该控制信号来控制环境控制装置700。例如，假设生物体信息计测装置100检测到被检者O的不适感。在环境控制装置700是空气调节装置的情况下，环境控制装置700能够将电源自动开启而开始运转，或在运转中降低或升高设定温度。在环境控制装置700是音频设备的情况下，环境控制装置700也可以自动降低音量，例如也可以自动选择可期待放松效果的音乐(古典音乐等)。
(实施方式7)
对于有关实施方式7的生物体信息计测装置，以与实施方式1的生物体信息计测装置100不同的点为中心进行说明。
考虑使来自光源110的照射光为发散光而不是平行光的情况。当照射发散光以使照射光照在被检部整体上、并由图像传感器取得被检部的图像时，本申请发明人发现，与检测光源110与被检部的距离相比，检测被检部中的亮度变动量时被检者的运动有无的检测精度更高。即，在实施方式7中与实施方式1的生物体信息计测装置100不同的点是检测亮度变动量。
具体而言，与实施方式1相比，不同的是光检测器140为图像传感器、以及图5所示的处理的步骤S503到S506的动作。
以下，设动作的主体为控制电路200、并由控制电路200执行与各功能块对应的功能来说明实施方式7中的步骤S503的动作。如上述那样，在与控制电路200独立地设置CPU的情况下，也可以由CPU执行控制电路200的功能的一部分。以下，假设光检测器140是TOF图像传感器而进行说明，并假设光学元件120是MEMS反射镜而进行说明。
检测部210从光检测器140在第1时刻取得的被检部的图像中提取第1亮度，从在第2时刻取得的被检部的图像中提取第2亮度。控制电路200根据第1亮度和第2亮度，计算第1时刻与第2时刻之间的被检部的亮度变动量。检测部210在该亮度变动量的大小是阈值以上的情况下，判定为被检者O运动了，在亮度变动量的大小不到阈值的情况下，判定为被检者O没有运动。例如，该阈值被预先保存在ROM152中。
在实施方式7中，由于不直接测量光源110与被检部的距离，所以不需要实施方式1的步骤S505。在计算出亮度变动量后，将处理向步骤S506前进。在步骤S506中，根据检测出的亮度变动量决定光源110的驱动电流变动量ΔJ。当设第1时刻的光源110的驱动电流为J1时，第2时刻的光源110的驱动电流设定为J2＝J1+ΔJ。在照射光是发散光的情况下，能够精度良好地检测亮度变动量，所以能够使光源110的驱动电流变动量ΔJ的精度变高，能够使光的功率的调整精度提高。
这里，所谓从被检部的图像中提取的亮度，也可以是被检部整体的亮度的平均值。但是，从光源110到被检部的距离变动时的亮度变动量的检测精度高，是距离的变动量小的情况。因此，在决定光源110的初始的光功率的情况下，也可以实际测量从光源110到被检部的距离，在决定光源110的初始的光功率后，在进行由被检部的运动带来的光源110的光功率的调整的情况下，检测亮度变动量。
(实施方式8)
关于有关实施方式8的生物体信息计测装置，以与实施方式1的生物体信息计测装置100不同的点为中心进行说明。
考虑使来自光源110的照射光为发散光而不是平行光的情况。当照射发散光以使照射光照在被检部整体上、并由图像传感器取得被检部的图像时，本申请发明人发现，与检测距离或距离变动量相比，检测被检部的亮度变动量时被检者的运动有无的检测精度更高。即，在实施方式7中与实施方式1的生物体信息计测装置100不同的点是检测亮度变动量。
在实施方式8中与实施方式1的生物体信息计测装置100不同的点是计算光源110与被检部的距离变动量这一点。
具体而言，与实施方式1相比，不同的是图5所示的处理的步骤S503到S506的动作。
以下，设动作的主体为控制电路200、并由控制电路200执行对应于各功能块的功能来说明实施方式8中的步骤S503的动作。如上述那样，在与控制电路200独立地设有CPU的情况下，也可以由CPU执行控制电路200的功能的一部分。以下，假设光检测器140是TOF图像传感器而进行说明，并假设光学元件120是MEMS反射镜而进行说明。
在实施方式8的步骤S503中，检测部210在第1时刻取得光源110与被检部之间的第1距离，在第2时刻取得光源110与被检部之间的第2距离。基于所取得的第1距离及第2距离计算第1时刻与第2时刻之间的距离变动量。
检测部210在该距离变动量的大小是阈值以上的情况下，判定为被检者O运动了，在距离变动量的大小不到阈值的情况下，判定为被检者O没有运动。例如，该阈值被预先保存在ROM152中。
在实施方式8中，在判定为被检者O运动了的情况下，由于不需要再次检测光源110与被检部的距离，所以不需要步骤S505。即，在判定为被检者O运动了的情况下，根据计算出的距离变动量来决定光源的驱动电流变动量ΔI。
当设第1时刻的光源的驱动电流为J1时，第2时刻的光源的驱动电流设定为J2＝J1+ΔJ。通常，由于ΔJ相比J1足够小，所以能够对变动量ΔI设定比I1足够小的值的上限值。因此，即使在距离的检测中有错误的情况下，由于因检测错误带来的驱动电流变动量较小，所以也能够减少照射规定外的光功率等光源的误动作。

Claims (18)

1.一种生物体信息计测装置，其特征在于，具备：
光源，射出用于向被检者的被检部照射的照射光；
光检测器，检测来自上述被检者的光，输出与上述光对应的电信号；以及
控制电路，决定上述光源射出的上述照射光的功率，并且基于上述电信号计测与上述被检部中的血流有关的生物体信息；
上述控制电路基于上述电信号，检测上述光源与上述被检部之间的距离，并且以上述距离越长则上述照射光的上述功率越大的方式决定上述照射光的上述功率。
2.如权利要求1所述的生物体信息计测装置，其特征在于，
上述控制电路还将作为第1时刻的上述距离的第1距离与作为比上述第1时刻靠后的第2时刻的上述距离的第2距离进行比较，在上述比较的结果判定为上述距离变动了的情况下，再次决定上述照射光的上述功率。
3.如权利要求2所述的生物体信息计测装置，其特征在于，
上述光检测器是取得上述被检部的运动图像的图像传感器，上述运动图像包括多个帧；
上述控制电路按每规定张数的帧，进行上述第1距离与上述第2距离的上述比较。
4.如权利要求2所述的生物体信息计测装置，其特征在于，
上述控制电路还判定上述生物体信息的上述计测是否正常，并且在检测到上述计测不正常的情况下，进行上述第1距离与上述第2距离的上述比较。
5.如权利要求1所述的生物体信息计测装置，其特征在于，
上述光检测器是取得上述被检部的图像的图像传感器；
上述电信号包含表示上述图像的信号；
上述控制电路基于表示上述图像的上述信号，检测作为第1时刻的上述被检部的亮度的第1亮度、作为比上述第1时刻靠后的第2时刻的上述被检部的亮度的第2亮度、以及作为上述第1亮度与上述第2亮度之差的亮度变动量，并且根据上述亮度变动量对上述照射光的上述功率进行调整。
6.如权利要求5所述的生物体信息计测装置，其特征在于，
上述图像是包括多个帧的运动图像；
上述控制电路按每规定张数的帧，检测上述亮度变动量。
7.如权利要求5所述的生物体信息计测装置，其特征在于，
上述控制电路还判定上述生物体信息的上述计测是否正常，并且在检测到上述计测不正常的情况下，检测上述亮度变动量。
8.如权利要求1所述的生物体信息计测装置，其特征在于，
上述控制电路还检测距离变动量，并且根据上述距离变动量对上述照射光的上述功率进行调整，上述距离变动量是作为第1时刻的上述距离的第1距离与作为比上述第1时刻靠后的第2时刻的上述距离的第2距离之差。
9.如权利要求8所述的生物体信息计测装置，其特征在于，
上述图像是包括多个帧的运动图像；
上述控制电路按每规定张数的帧，检测上述距离变动量。
10.如权利要求8所述的生物体信息计测装置，其特征在于，
上述控制电路还判定上述生物体信息的上述计测是否正常，并且在检测到上述计测不正常的情况下，检测上述距离变动量。
11.如权利要求1所述的生物体信息计测装置，其特征在于，
上述控制电路还基于上述电信号检测上述被检部的位置，并基于上述位置，在上述被检者中决定上述照射光的照射位置。
12.如权利要求11所述的生物体信息计测装置，其特征在于，
上述光检测器是取得上述被检部的图像的图像传感器；
上述电信号包含表示上述图像的信号；
上述控制电路通过基于表示上述图像的上述信号进行的图像识别，检测上述被检部的位置。
13.如权利要求1所述的生物体信息计测装置，其特征在于，
上述生物体信息计测装置具备第1光检测器及第2光检测器；
上述第1光检测器及上述第2光检测器分别是上述光检测器；
上述第2光检测器是图像传感器；
上述第1光检测器检测来自上述被检者的上述光中的、作为包含在上述照射光中的波长的成分的第1成分，输出与上述第1成分对应的第1电信号；
上述第2光检测器检测来自上述被检者的上述光中的、作为可见光的成分的第2成分，输出与上述第2成分对应的第2电信号；
上述控制电路基于上述第2电信号检测上述距离，并基于上述第1电信号计测上述生物体信息。
14.如权利要求1所述的生物体信息计测装置，其特征在于，
上述照射光是脉冲光；
上述控制电路基于从上述光源射出上述脉冲光起到上述光检测器检测到上述脉冲光为止的时间，检测上述距离。
15.如权利要求11所述的生物体信息计测装置，其特征在于，
还具备光学元件，该光学元件配置在上述照射光的路径上，变更上述照射位置；
上述控制电路基于上述电信号控制上述光学元件。
16.如权利要求1所述的生物体信息计测装置，其特征在于，
上述被检部是上述被检者的额头；
上述生物体信息是与脑血流有关的信息。
17.如权利要求1所述的生物体信息计测装置，其特征在于，
还具备将从上述光检测器输出的上述电信号向外部设备发送的接口。
18.一种生物体信息计测装置，其特征在于，具备：
光源，射出用于向被检者的被检部照射的照射光；
光检测器，检测来自上述被检者的光，输出与上述光对应的第1电信号；
控制电路，决定上述光源射出的上述照射光的功率，并且基于上述第1电信号计测与上述被检部中的血流有关的生物体信息；以及
接口，用于与具备图像传感器的外部设备进行通信，上述图像传感器取得上述被检部的图像，输出包含表示上述图像的信号的第2电信号；
上述接口从上述外部设备接收上述第2电信号，并且向上述外部设备发送上述第1电信号；
上述控制电路基于上述第2电信号检测上述光源与上述被检部之间的距离，并且以上述距离越长则上述照射光的上述功率越大的方式决定上述照射光的上述功率。
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