CN115697208A - 计测装置 - Google Patents

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Abstract

计测装置具备：第1光源，出射第1出射光；第2光源，出射第2出射光；漫射板；反射镜，使从由所述第1出射光及所述第2出射光构成的组中选择的至少一方的传播方向变化，从而使所述第1出射光及所述第2出射光向所述漫射板的一个区域汇集入射；光检测器，检测由于被所述漫射板漫射后的所述第1出射光而从对象物产生的第1反射光、以及由于被所述漫射板漫射后的所述第2出射光而从所述对象物产生的第2反射光；以及处理电路，基于所述光检测器对所述第1反射光及所述第2反射光的检测结果，生成与所述对象物相关的信息并输出。所述漫射板的所述一个区域中形成的所述第1出射光的光点与所述漫射板的所述一个区域中形成的所述第2出射光的光点之间的距离，比所述第1光源与所述第2光源之间的距离短。

Description

计测装置
技术领域
本公开涉及计测装置。
背景技术
存在如下技术：用光照射生物体等对象物，并对透射了对象物的内部的光进行检测，从而取得对象物的内部信息。例如，专利文献1公开了一种装置，去除由于来自对象物的光的表面反射成分引起的噪声，并取得对象物的内部信息。专利文献2公开了一种装置，根据使用相机取得的图像来检测脉搏。这些技术通过使用相机等计测装置，实现了非接触方式的生物体计测。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2017-202328号公报
专利文献2：国际公布第2016/006027号说明书
专利文献3：日本特开平4-189349号公报
专利文献4：日本特开平11-164826号公报
发明内容
本发明所要解决的课题
在以非接触方式取得对象物的内部信息的计测装置中，如果在计测中对象物或者计测装置移动，则在取得的信号中产生误差。
本公开提供能够减小在计测中对象物或者计测装置发生了移动的情况下产生的信号的误差的计测技术。
用于解决课题的手段
本公开的一个方式所涉及的计测装置具备：第1光源，出射第1出射光；第2光源，出射第2出射光；漫射板；反射镜，使从由所述第1出射光及所述第2出射光构成的组中选择的至少一方的传播方向变化，从而使所述第1出射光及所述第2出射光向所述漫射板的一个区域汇集入射；光检测器，检测由于被所述漫射板漫射后的所述第1出射光而从对象物产生的第1反射光、以及由于被所述漫射板漫射后的所述第2出射光而从所述对象物产生的第2反射光；以及处理电路，基于所述光检测器对所述第1反射光及所述第2反射光的检测结果，生成与所述对象物相关的信息并输出。所述漫射板的所述一个区域中形成的所述第1出射光的光点与所述漫射板的所述一个区域中形成的所述第2出射光的光点之间的距离，比所述第1光源与所述第2光源之间的距离短。
本公开的其他方式所涉及的计测装置具备：第1发光装置，包括出射第1出射光的第1光源、与所述第1光源相邻且出射第2出射光的第2光源、以及对所述第1光源和所述第2光源进行支承的第1副安装件；漫射板，被配置在所述第1出射光及所述第2出射光的光路上；光检测器，检测由于被所述漫射板漫射后的所述第1出射光而从对象物产生的第1反射光、以及由于被所述漫射板漫射后的所述第2出射光而从所述对象物产生的第2反射光；以及处理电路，基于所述光检测器对所述第1反射光及所述第2反射光的检测结果，生成与所述对象物相关的信息并输出。
本公开的再其他方式所涉及的计测装置具备：光源；漫射板，被配置在从所述光源出射的出射光的光路上；光检测器，检测由于被所述漫射板漫射后的所述出射光而从对象物产生的反射光；以及处理电路，基于所述光检测器对所述反射光的检测结果，生成与所述对象物相关的信息并输出。所述处理电路基于所述光检测器的所述检测结果，估计从所述光检测器到所述对象物的至少1个计测点为止的距离，基于由所述处理电路估计的所述距离，估计所述至少1个计测点的位置，基于由所述处理电路估计的所述位置，估计所述出射光向所述至少1个计测点的入射角，基于由所述处理电路估计的所述入射角、以及预先生成的规定所述出射光向所述对象物的入射角与所述出射光在所述对象物的反射率之间的关系的校准数据，对表示所述检测结果的信号进行校正，基于由所述处理电路校正后的所述信号，生成与所述对象物相关的信息。
本公开的再其他方式所涉及的方法包括：使对象物或者具有与生物体相似的光学特性的校准用的平板与光源之间的距离变化，而多次执行从所述光源朝向所述对象物或者所述平板出射光并对所述对象物或者所述平板中的至少1个计测点的反射率进行计测的动作、以及估计所述光向所述至少1个计测点的入射角的动作；以及生成规定所述光向所述至少1个计测点的入射角与所述反射率之间的关系的校准数据。
本公开的概括性或者具体性的方式也可以通过系统、装置、方法、集成电路、计算机程序或者计算机可读取的记录盘等记录介质实现，也可以通过系统、装置、方法、集成电路、计算机程序及记录介质的任意组合实现。计算机可读取的记录介质例如可以包括CD-ROM(紧凑盘只读存储器(Compact Disc-Read Only Memory))等非易失性的记录介质。装置也可以由1个以上的装置构成。在装置由2个以上的装置构成的情况下，该2个以上的装置既可以配置在1个设备内，也可以分开配置在分离的2个以上的设备内。在本说明书及权利要求书中，“装置”不仅可以指1个装置，也可以指由多个装置构成的系统。
发明效果
根据本公开的技术，能够减小在计测中对象物或者计测装置发生了移动的情况下产生的信号的误差。
附图说明
图1是示意性地表示本公开的例示性的实施方式中的计测装置的图。
图2是表示光检测器的构成的一例的图。
图3A是示意性地表示光脉冲Ip具有脉冲波形的情况下的反射光脉冲所包含的表面反射成分I1及内部散射成分I2的时间变化的例子的图。
图3B是示意性地表示光脉冲Ip具有矩形形状的波形的情况下的反射光脉冲所包含的表面反射成分I1及内部散射成分I2的时间变化的例子的图。
图4是表示控制电路对第1光源、第2光源及光检测器进行控制的动作的概略的流程图。
图5A是表示漫射板、多个光源、以及光学系统的构成例的图。
图5B是表示在图5A中以虚线表示的区域中的照度分布的例子的图。
图5C是示意性地表示漫射板的一个区域中形成的相邻的2个光点的例子的图。
图5D是表示以人的前额作为被计测部的情况下的前额的倾斜角度与漫射板上的波长不同的2个光点间的距离的允许量之间的关系的曲线图。
图6是表示光源、光学系统及漫射板的其他构成例的图。
图7是表示在1个封装内将多个发光元件汇集配置而成的发光装置的例子的图。
图8是表示发光装置的再其他的构成例的图。
图9是示意性地表示被漫射板漫射后的光向被计测部入射的情形的图。
图10是表示图9的构成中的被计测部的漫反射率的入射角依赖性的曲线图。
图11是表示生成校准数据的方法的例子的流程图。
图12是表示在计测时执行的使用校准数据的信号校正方法的例子的流程图。
图13是表示漫射板、多个光源、以及光学系统的其他构成例的图。
具体实施方式
以下说明的实施方式均表示概括性或者具体性的例子。以下的实施方式所示的数值、形状、材料、构成要素、构成要素的配置位置及连接方式、步骤及步骤的顺序是一例，其主旨不在于限定本公开的技术。以下的实施方式中的构成要素之中的未记载在表示最上位概念的独立权利要求中的构成要素，作为任意的构成要素进行说明。各图是示意图，不一定是严密的图示。进而，在各图中，针对在实质上相同或者相似的构成要素赋予相同的标记。有时省略或者简化重复的说明。
在本公开中，电路、单元、装置、部件或者部的全部或者一部分、或者框图中的功能模块的全部或者一部分，例如能够由半导体装置、半导体集成电路(IC)或者包含LSI(largescale integration：大规模集成电路)的1个或者多个电子电路执行。LSI或者IC既可以被集成于1个芯片，也可以组合多个芯片而构成。例如，存储元件以外的功能模块也可以被集成于1个芯片。在此称为LSI或者IC，但根据集成的程度而叫法改变，也可以是被称为系统LSI、VLSI(very large scale integration：超大规模集成电路)或ULSI(ultra largescale integration：特大规模集成电路)的电路。在LSI的制造后被编程的现场可编程逻辑门阵列(FPGA、Field Programmable Gate Array)或者能够重构LSI内部的接合关系或者设置LSI内部的电路划分的可重构逻辑器件(reconfigurable logic device)也能够以相同的目的使用。
进而，电路、单元、装置、部件或者部的全部或者一部分的功能或者操作，也能够通过软件处理来执行。在该情况下，软件被记录于1个或者多个ROM、光盘、硬盘驱动器等非易失性记录介质，在软件由处理装置(processor)执行时，由该软件确定的功能由处理装置(processor)及周边装置执行。系统或者装置也可以具备记录了软件的1个或者多个非易失性记录介质、处理装置(processor)、以及所需的硬件设备例如接口。
首先，说明本公开的实施方式的概要。
本公开的一个方式所涉及的计测装置具备第1光源、第2光源、漫射板、反射镜、光检测器和处理电路。第1光源出射第1出射光。第2光源出射第2出射光。所述反射镜使从由所述第1出射光及所述第2出射光构成的组中选择的至少一方的传播方向变化，从而使所述第1出射光及所述第2出射光向所述漫射板的一个区域汇集入射。所述光检测器检测由于被所述漫射板漫射后的所述第1出射光而从对象物产生的第1反射光、以及由于被所述漫射板漫射后的所述第2出射光而从所述对象物产生的第2反射光。所述处理电路基于所述光检测器对所述第1反射光及所述第2反射光的检测结果，生成与所述对象物相关的信息并输出。所述漫射板的所述一个区域中形成的所述第1出射光的光点与所述漫射板的所述一个区域中形成的所述第2出射光的光点之间的距离，比所述第1光源与所述第2光源之间的距离短。本公开的一个方式所涉及的计测装置也可以具备多个反射镜。
光检测器既可以个别地检测第1反射光和第2反射光，也可以检测第1反射光与第2反射光重叠所产生的光、或者由于第1出射光与第2出射光重叠所产生的光而产生的反射光。“所述第1反射光及所述第2反射光的检测结果”可以包括：光检测器对第1反射光及第2反射光各自进行检测从而生成的信号所表示的结果、或者由于第1出射光与第2出射光重叠所产生的光而产生的反射光、或光检测器对第1反射光与第2反射光重叠所产生的光进行检测从而生成的信号所表示的检测结果。
“所述第1出射光的光点与所述第2出射光的光点之间的距离”，意味着第1出射光的光点的中心或重心与第2出射光的光点的中心或重心之间的距离。“所述第1光源与所述第2光源之间的距离”，意味着第1光源的中心与第2光源的中心之间的距离。像这样，在本说明书中，相邻的2个光点或者2个光源之间的距离意味着中心或者重心间的距离。
根据上述的构成，通过配置1个以上的反射镜，从第1光源出射的第1出射光和从第2光源出射的第2出射光向漫射板中的较小的一个区域汇集入射。因此，起因于第1出射光的漫射光与起因于第2出射光的漫射光以大致相同的入射角向对象物的被计测部入射。因此，即使在由于对象物或者计测装置的移动而被计测部与计测装置的相对位置发生了变化的情况下，也能够使被计测部上的照度或者反射率的变化不依赖于光源间的光量差或者照度不均。结果，具有易于对由光检测器取得的信号进行校正即校准的效果。
本公开的其他方式所涉及的计测装置具备第1发光装置、漫射板、光检测器和处理电路。所述第1发光装置包括：出射第1出射光的第1光源、与所述第1光源相邻且出射第2出射光的第2光源、以及对所述第1光源及所述第2光源进行支承的第1副安装件。所述漫射板被配置在所述第1出射光及所述第2出射光的光路上。所述光检测器检测由于被所述漫射板漫射后的所述第1出射光而从对象物产生的第1反射光、以及由于被所述漫射板漫射后的所述第2出射光而从所述对象物产生的第2反射光。所述处理电路基于所述光检测器对所述第1反射光及所述第2反射光的检测结果，生成与所述对象物相关的信息并输出。
根据上述的构成，第1光源和第2光源被配置在同一副安装件上。第1光源及第2光源被汇集为1个封装。通过这样的构成，从第1光源出射的第1出射光和从第2光源出射的第2出射光也向漫射板中的较小的一个区域汇集入射。因此，能够得到与上述的实施方式同样的效果。
所述漫射板中的所述第1出射光的光点的中心与所述第2出射光的光点的中心之间的距离例如可以是5mm以下。在本说明书中，如果相邻的2个光点的距离为5mm以下，则解释为它们的位置在实质上相同。这些光点的中心间的距离也可以为2mm以下。
在此，将所述漫射板中的所述第1出射光的光点及所述第2出射光的光点在长轴方向上的宽度分别设为w1及w2。所述第1出射光的光点与所述第2光点之间的距离例如能够设为比w1及w2短。也可以配置各光源及光学系统以使所述第1出射光及所述第2出射光至少部分重叠地向所述漫射板入射。
所述计测装置也可以还具备：第1准直透镜，被配置在所述第1光源与所述漫射板之间的光路上；以及第2准直透镜，被配置在所述第2光源与所述漫射板之间的光路上。通过在各光源与漫射板之间的光路上配置准直透镜，能够使各出射光成为平行光。由此，能够使平行光向漫射板的一个区域汇集入射。结果，能够进一步减小光源间的强度差对与对象物或者计测装置的移动相伴的被计测部上的照度变动造成的影响。
所述第1出射光向所述漫射板入射的入射角也可以与所述第2出射光向所述漫射板入射的入射角相同。即，各光源及光学系统可以被配置以使所述第1出射光及所述第2出射光以相同的入射角向所述漫射板入射。通过这样的构成，能够进一步减小光源间的强度差对与对象物或者计测装置的移动相伴的被计测部上的照度变动造成的影响。在此，“相同的入射角”意味着在实质上相同的入射角，并不意味着必须是严密地相同的入射角。
所述漫射板例如也可以在表面具有多个凹部或者多个凸部。这样的漫射板使入射的光线随机地向各种方向漫射，因此能够抑制被计测部上的照度不均。
所述第1出射光的波长例如可以是650nm以上且小于805nm。所述第2出射光的波长例如可以是805nm以上且950nm以下。这些波长如后所述，例如适于对生物体内部的血液中的氧化血红蛋白及脱氧血红蛋白的浓度进行计测的用途。
所述第1出射光的波长也可以与所述第2出射光的波长相同。在此，2个波长“相同”，意味着在实质上相同，而不意味着必须严密地相同。通过从多个光源出射相同的波长的光，能够增强该波长的光。因此，例如即使在各个光源的光量小的情况下，也能够弥补光量的不足。
所述计测装置也可以还具备对所述第1光源、所述第2光源及所述光检测器进行控制的控制电路。所述第1反射光及所述第2反射光也可以是脉冲光。所述控制电路也可以使所述第1光源出射所述第1出射光，使所述第2光源出射所述第2出射光，使所述光检测器检测从所述第1反射光的强度开始减少起直到结束减少为止的期间即第1下降期间中的所述第1反射光的第1成分，并使所述光检测器检测从所述第2反射光的强度开始减少起直到结束减少为止的期间即第2下降期间中的所述第2反射光的第2成分。所述处理电路也可以基于由所述光检测器检测出的所述第1反射光的所述第1成分的强度及所述第2反射光的所述第2成分的强度，生成与所述对象物相关的信息。根据这样的构成，例如在对象物为生物体的情况下，能够取得与生物体的较深的部分的血流相关的信息作为生物体信息。
所述计测装置也可以还具备出射第3出射光的第3光源。所述光检测器也可以还检测由于被所述漫射板漫射后的所述第3出射光而从所述对象物产生的反射光。所述处理电路也可以基于所述光检测器对所述第1反射光、所述第2反射光及所述第3反射光的检测结果，生成所述信息并输出。
光检测器既可以个别地检测第1反射光、第2反射光及第3反射光，也可以检测第1反射光、第2反射光及第3反射光重叠所产生的光、或者由于第1出射光、第2出射光及第3出射光重叠所产生的光而产生的反射光。“所述第1反射光、所述第2反射光及所述第3反射光”可以包括：光检测器对第1反射光、第2反射光及第3反射光各自进行检测从而生成的信号所表示的结果、或者由于第1出射光、第2出射光及第3出射光重叠所产生的光而产生的反射光、或光检测器对第1反射光、第2反射光及第3反射光重叠所产生的光进行检测从而生成的信号所表示的检测结果。第3出射光的波长既可以与第1出射光及第2出射光各自的波长相同，也可以不同。
根据上述的构成，通过追加第3光源，能够使光量进一步增加，或者取得更多的信息。
所述第1发光装置也可以还具备：出射第3出射光的第3光源、出射第4出射光的第4光源、对所述第3光源及所述第4光源进行支承的第2副安装件、以及收纳所述第1光源、所述第2光源、所述第3光源及所述第4光源的壳体。所述光检测器也可以还检测由于被所述漫射板漫射后的所述第3出射光而从所述对象物产生的第3反射光、以及由于被所述漫射板漫射后的所述第4出射光而从所述对象物产生的第4反射光。所述处理电路也可以基于所述光检测器对所述第1反射光、所述第2反射光、所述第3反射光及所述第4反射光的检测结果，生成所述信息并输出。所述第1光源、所述第2光源、所述第3光源及所述第4光源也可以作为1个封装被收纳在所述壳体内。
光检测器既可以个别地检测第1反射光、第2反射光、第3反射光及第4反射光，也可以检测第1反射光、第2反射光、第3反射光及第4反射光重叠所产生的光、或者由于第1出射光、第2出射光、第3出射光及第4出射光重叠所产生的光而产生的反射光。“所述第1反射光、所述第2反射光、所述第3反射光及所述第4反射光”可以包括：光检测器对第1反射光、第2反射光、第3反射光及第4反射光各自进行检测从而生成的信号所表示的结果、或者由于第1出射光、第2出射光、第3出射光及第4出射光重叠所产生的光而产生的反射光、或光检测器对第1反射光、第2反射光、第3反射光及第4反射光重叠所产生的光进行检测从而生成的信号所表示的检测结果。
根据上述的构成，通过追加第4光源，能够使光量进一步增加，或者取得更多的信息。进而，4个光源被汇集于1个封装，因此易于使来自4个光源的出射光向漫射板的一个小区域汇集入射。
所述处理电路也可以基于所述光检测器的所述检测结果，估计从所述光检测器到所述对象物的至少1个计测点为止的距离，基于由所述处理电路估计的从所述光检测器到所述对象物的至少1个计测点为止的所述距离，估计所述至少1个计测点的位置，基于由所述处理电路估计的所述位置，估计所述第1出射光向所述至少1个计测点的第1入射角、以及所述第2出射光向所述至少1个计测点的第2入射角，基于由所述处理电路估计的所述第1入射角、由所述处理电路估计的所述第2入射角、以及预先生成的规定光向所述对象物的入射角与所述光在所述对象物的反射率之间的关系的校准数据，对表示所述检测结果的信号进行校正，基于由所述处理电路校正后的所述信号，生成所述信息。
根据上述的构成，能够基于预先生成的校准数据，恰当地对从光检测器输出的信号进行校正，并基于校正后的信号生成更准确的与对象物相关的信息。
所述对象物也可以是生物体，所述信息例如也可以包括从由所述生物体的血流、氧饱和度、脉搏及血压构成的组中选择的至少1个信息。所述信息也可以包括表示所述生物体的脑血流的信息。
所述计测装置也可以还具备：第2发光装置，包括出射第3出射光的第3光源、与所述第3光源相邻且出射第4出射光的第4光源、以及对所述第3光源和所述第4光源进行支承的第2副安装件；以及反射镜，使从来自所述第1发光装置的出射光及来自所述第2发光装置的出射光所构成的组中选择的至少一方的传播方向变化，从而使所述第1出射光、所述第2出射光、所述第3出射光及所述第4出射光向所述漫射板的一个区域汇集入射。
本公开的再其他方式所涉及的计测装置具备：光源；漫射板，被配置在从所述光源出射的出射光的光路上；光检测器，检测由于被所述漫射板漫射后的所述出射光而从对象物产生的反射光；以及处理电路，基于所述光检测器对所述反射光的检测结果，生成与所述对象物相关的信息并输出。所述处理电路基于所述光检测器的所述检测结果，估计从所述光检测器到所述对象物的至少1个计测点为止的距离，基于由所述处理电路估计的所述距离，估计所述至少1个计测点的位置，基于由所述处理电路估计的所述位置，估计所述出射光向所述至少1个计测点的入射角，基于由所述处理电路估计的所述入射角、以及预先生成的规定所述出射光向所述对象物的入射角与所述出射光在所述对象物的反射率之间的关系的校准数据，对表示所述检测结果的信号进行校正，基于由所述处理电路校正后的所述信号，生成所述信息。
根据上述的构成，能够基于预先生成的校准数据，恰当地对从光检测器输出的信号进行校正，并基于校正后的信号生成更准确的与对象物相关的信息。此外，在上述的方式中，也可以不一定使用多个光源。在使用多个光源的情况下，上述的信号的校正也可以按每个光源或者所使用的每个波长进行。
本公开的再其他方式所涉及的方法包括：使对象物或者具有与所述对象物相似的光学特性的校准用的平板与光源之间的距离变化，而多次执行从所述光源朝向所述对象物或者所述平板出射光并对所述对象物或者所述平板中的至少1个计测点的反射率进行计测的动作、以及估计所述光向所述至少1个计测点的入射角的动作；以及生成规定所述光向所述至少1个计测点的入射角与所述反射率之间的关系的校准数据。
通过这样的方法，能够有效地生成在上述的计测装置对信号进行校正时被参照的校准数据。
以下，参照附图说明本公开的更具体的实施方式。
(实施方式)
[1.计测装置的构成]
图1是示意性地表示本公开的例示性的实施方式中的计测装置100的图。本实施方式中的计测装置100用光照射计测对象物的被计测部(目标部分(target portion))10，并检测从被计测部10反射的光，从而以非接触方式取得被计测部10的内部信息。计测对象物例如可以是人等生物体。被计测部10例如可以是人的头部、特别是前额部等皮肤露出的部分。内部信息例如可以是反映了人的脑活动的状态的信息。根据用途，被计测部10也可以是生物体以外的物体。例如，也可以将液体、气体、食品等散射体作为对象物。在以下的说明中，只要没有特别说明，被计测部10设为人的前额部。
本实施方式中的计测装置100具备第1光源20a、第2光源20b、光检测器30、电子电路40和漫射板70。电子电路40包括信号处理电路50和控制电路60。在以下的说明中，有时将第1光源20a及第2光源20b不作区别地称为“光源20”。第1光源20a及第2光源20b出射用于照射被计测部10的光脉冲。光检测器30检测由被计测部10反射的反射光脉冲的一部分，并输出表示其强度的信号。信号处理电路50对从光检测器30输出的信号进行处理，从而生成表示被计测部10的内部的状态的信号并输出。控制电路60对第1光源20a、第2光源20b、光检测器30及信号处理电路50进行控制。在图1中虽未示出，计测装置100可以在光源20与漫射板70之间具备包括1个以上的反射镜或者1个以上的准直透镜等的光学系统。关于光学系统的具体的构成后述。
以下，说明计测装置100的各构成要素。
[1-1.第1光源20a及第2光源20b]
第1光源20a出射用于照射被计测部10的第1光脉冲Ip1。第1光脉冲Ip1具有第1波长。第2光源20b出射用于照射被计测部10的第2光脉冲Ip2。第2光脉冲Ip2具有比第1波长长的第2波长。在图1所示的例中，第1光源20a的个数是1个，但也可以是多个。关于第2光源20b的个数也是同样的。通过设置出射相同的波长的光的多个光源，能够增加照射的光的强度。根据用途，也可以无需使用第1光源20a及第2光源20b这双方而仅使用一方。在该情况下，配置2个以上的第1光源20a或者2个以上的第2光源20b。
在以下的说明中，有时将第1光脉冲Ip1及第2光脉冲Ip2不作区别地称为“光脉冲Ip”。光脉冲Ip包括上升部分及下降部分。上升部分是光脉冲Ip之中的从其强度开始增加起直到结束增加为止的部分。下降部分是光脉冲Ip之中的从其强度开始减少起直到结束减少为止的部分。
第1光源20a包括：出射与被输入的第1电流相应的强度的光的第1发光元件22a、以及对第1电流进行调整的第1调整电路24a。第2光源20b包括：出射与被输入的第2电流相应的强度的光的第2发光元件22b、以及对第2电流进行调整的第2调整电路24b。在以下的说明中，有时将第1发光元件22a及第2发光元件22b不作区别地称为“发光元件22”。另外，有时将第1调整电路24a及第2调整电路24b不作区别地称为“调整电路”。第1发光元件22a及第2发光元件22b例如可以包括出射激光的激光二极管。第1调整电路24a及第2调整电路24b例如可以包括场效应晶体管(FET)，该场效应晶体管(FET)包含对电具有高响应性的氮化镓(GaN)半导体。
在到达被计测部10的光脉冲Ip之中，一部分成为在被计测部10的表面反射的表面反射成分I1，其他一部分成为在被计测部10的内部发生1次反射或散射、或者发生多次散射的内部散射成分I2。表面反射成分I1包括直接反射成分、漫反射成分及散射反射成分这3个。直接反射成分是入射角与反射角相等的反射成分。漫反射成分是由表面的凹凸形状漫射而反射的成分。散射反射成分是由表面附近的内部组织散射而反射的成分。在被计测部10是用户的前额部的情况下，散射反射成分是在表皮内部散射而反射的成分。以下，设为在被计测部10的表面反射的表面反射成分I1包括这3个成分而进行说明。另外，设为内部散射成分I2不包括由表面附近的内部组织散射而反射的成分而进行说明。关于表面反射成分I1及内部散射成分I2，由于被反射或者散射，这些成分的行进方向变化，其一部分作为反射光脉冲到达光检测器30。表面反射成分I1可以包含对象者的表面信息、例如面部或者头皮的血流信息。内部散射成分I2可以包含对象者的内部信息、例如脑血流信息。因此，通过检测表面反射成分I1，能够取得对象者的表面信息、例如面部或者头皮的血流信息。另外，通过检测内部散射成分I2，能够取得对象者的内部信息、例如脑血流信息。
第1光脉冲Ip1的第1波长及第2光脉冲Ip2的第2波长例如可以是650nm以上且950nm以下的波长范围所包含的任意的波长。该波长范围被包含在从红色到近红外线的波长范围中。上述的波长范围被称为“生物窗”，具有比较难以被生物体内的水分及皮肤吸收的性质。在将生物体设为检测对象的情况下，通过使用上述的波长范围的光，能够提高检测灵敏度。在检测用户的脑的血流变化的情况下，可以考虑所使用的光主要被氧化血红蛋白(HbO2)及脱氧血红蛋白(Hb)吸收。一般而言，如果血流产生变化，则氧化血红蛋白的浓度及脱氧血红蛋白的浓度发生变化。伴随着该变化，光的吸收程度也发生变化。因此，如果血流发生变化，则检测的光量也以时间性发生变化。
氧化血红蛋白与脱氧血红蛋白相比，光吸收的波长依赖性不同。在波长为650nm以上而且比805nm短时，脱氧血红蛋白的光吸收系数比氧化血红蛋白的光吸收系数大。在波长805nm处，脱氧血红蛋白的光吸收系数与氧化血红蛋白的光吸收系数为相同程度。在波长比805nm长而且为950nm以下时，氧化血红蛋白的光吸收系数比脱氧血红蛋白的光吸收系数大。
因此，第1光脉冲Ip1的第1波长可以被设定为650nm以上而且小于805nm的值，第2光脉冲Ip2的第2波长可以被设定为805nm以上而且950nm以下的值。通过用这样的波长的第1光脉冲Ip1及第2光脉冲Ip2照射被计测部10，利用后述的处理，能够求出被计测部10的内部的血液所包含的氧化血红蛋白的浓度及脱氧血红蛋白的浓度。通过照射具有不同波长的2个光脉冲，能够取得被计测部10的更详细的内部信息。
在本实施方式中，第1光源20a及第2光源20b可以考虑对用户的视网膜的影响而设计。例如，第1光源20a及第2光源20b可以被设计为满足各国策划制定的激光安全标准的类1。在满足了类1的情况下，被计测部10被可接受发射极限(AEL)低于1mW程度的低照度的光照射。此外，第1光源20a及第2光源20b自身无需满足类1。例如，也可以通过在第1光源20a及第2光源20b之前设置漫射板70或者ND滤光器来使光漫射或者衰减，来满足激光安全标准的类1。
[1-2.光检测器30]
光检测器30输出与第1光脉冲Ip1在被计测部10反射从而产生的第1反射光脉冲的至少一部分的成分的强度相应的第1信号56a。光检测器30输出与第2光脉冲Ip2在被计测部10反射从而产生的第2反射光脉冲的至少一部分的成分的强度相应的第2信号56b。在光检测器30检测第1反射光脉冲及第2反射光脉冲的下降期间的成分的至少一部分的情况下，能够取得被计测部10的内部的血流的信息。另一方面，在光检测器30检测第1反射光脉冲及第2反射光脉冲的上升期间的成分的至少一部分的情况下，能够取得被计测部10的表面的血流的信息。光检测器30的该检测动作由控制电路60控制。第1反射光脉冲或者第2反射光脉冲的下降期间是从第1反射光脉冲或者第2反射光脉冲的强度开始减少起直到结束减少为止的期间。第1反射光脉冲或者第2反射光脉冲的上升期间是从第1反射光脉冲或者第2反射光脉冲的强度开始增加起直到结束增加为止的期间。
计测装置100也可以具备2个光检测器30。在该2个光检测器30之中，一方检测第1反射光脉冲的下降期间的成分的至少一部分并输出第1信号56a，另一方检测第2反射光脉冲的下降期间的成分的至少一部分并输出第2信号56b。即，本实施方式中的光检测器30的个数不限于1个，也可以是2个以上。
光检测器30可以包含多个光电转换元件32和多个电荷积蓄部34。具体而言，光检测器30可以具备以2维排列的多个光检测单元。这样的光检测器30能够一次取得被计测部10的2维信息。在本说明书中，也将光检测单元称为“像素”。光检测器30例如可以是CCD图像传感器或者CMOS图像传感器等任意的摄像元件。更一般而言，光检测器30包含至少1个光电转换元件32和至少1个电荷积蓄部34。
光检测器30可以具备电子快门。电子快门是对摄像的定时进行控制的电路。电子快门对将接受的光转换为有效的电信号并积蓄的1次信号积蓄的期间、以及停止信号积蓄的期间进行控制。信号积蓄期间也称为“曝光期间”。在以下的说明中，将曝光期间的宽度也称为“快门宽度”。将1次曝光期间结束直到下一曝光期间开始为止的时间，也称为“非曝光期间”。
光检测器30通过电子快门，能够在亚纳秒、例如30ps至1ns的范围内调整曝光期间及非曝光期间。目的在于计测距离的TOF(飞行时间(Time of Flight))相机对从光源出射并在被摄体反射而返回来的全部光进行检测。因此，在TOF相机中，快门宽度需要比光的脉冲宽度大。相对于此，在本实施方式中的计测装置100中，快门宽度无需比脉冲宽度大。能够将快门宽度例如设定为1ns以上且30ns以下的值。根据本实施方式中的计测装置100，能够缩小快门宽度，因此能够减小检测信号所包含的暗电流的影响。
光检测器30可以具备在摄像面上以2维排列的多个像素。各像素例如可以具备光电二极管等光电转换元件、以及1个或者多个电荷积蓄部。
图2是表示光检测器30的构成的一例的图。在图2中，由二点划线的框包围的区域相当于1个像素201。虽未图示，在像素201中包括1个光电二极管。在图2中仅表示了以2行2列排列的4个像素，但在实际上可以配置更多个像素。像素201包括第1浮动扩散层204、第2浮动扩散层205、第3浮动扩散层206及第4浮动扩散层207。第1浮动扩散层204至第4浮动扩散层207中积蓄的信号被如同一般的CMOS图像传感器的4个像素的信号那样对待，并从光检测器30输出。在图2所示的例中，像素201所包括的浮动扩散层的个数是4个，但根据用途也可以是3个以下或者5个以上。像素201所包括的浮动扩散层的数量依赖于要同时积蓄的信号的数量。
各像素201具有4个信号检测电路。各信号检测电路包含源极跟随器晶体管309、行选择晶体管308和复位晶体管310。各晶体管例如是形成于半导体基板的场效应晶体管，但不限定于此。如图所示，源极跟随器晶体管309的输入端子及输出端子的一方与行选择晶体管308的输入端子及输出端子之中的一方连接。源极跟随器晶体管309的输入端子及输出端子的上述一方典型地是源极。行选择晶体管308的输入端子及输出端子的上述一方典型地是漏极。作为源极跟随器晶体管309的控制端子的栅极与光电二极管连接。由光电二极管生成的空穴或者电子的信号电荷被积蓄在光电二极管与源极跟随器晶体管309之间的作为电荷积蓄部的浮动扩散层中。
在图2中虽未示出，第1浮动扩散层204至第4浮动扩散层207与光电二极管连接。在光电二极管与第1浮动扩散层204至第4浮动扩散层207各自之间可以设置开关。该开关与来自控制电路60的信号积蓄脉冲相应地，切换光电二极管与第1浮动扩散层204至第4浮动扩散层207各自之间的导通状态。由此，对信号电荷向第1浮动扩散层204至第4浮动扩散层207各自的积蓄的开始和停止进行控制。本实施方式中的电子快门具有用于这样的曝光控制的机构。
第1浮动扩散层204至第4浮动扩散层207中积蓄的信号电荷通过由行选择电路302将行选择晶体管308的栅极设为导通(ON)而被读出。此时，与第1浮动扩散层204至第4浮动扩散层207的信号电位相应地，从源极跟随器电源305向源极跟随器晶体管309及源极跟随器负载306流入的电流被放大。基于从垂直信号线304读出的该电流的模拟信号由与每列连接的模拟-数字(AD)转换电路307转换为数字信号数据。该数字信号数据由列选择电路303按每列读出，从光检测器30输出。行选择电路302及列选择电路303在进行了1行的读出之后，进行下一行的读出，以下同样地读出全部行的浮动扩散层的信号电荷的信息。控制电路60在读出了全部信号电荷之后，使复位晶体管310的栅极导通，从而将全部浮动扩散层复位。由此，1帧的摄像完成。通过以下同样地反复进行帧的高速摄像，光检测器30对一系列帧的摄像完结。
在本实施方式中，说明了CMOS型的光检测器30的例子，但光检测器30也可以是其他种类的摄像元件。光检测器30例如也可以是CCD型，也可以是单一光子计数型元件，还可以是EMCCD或者ICCD等放大型图像传感器。在使用单像素的传感器的情况下，计测点为1点，但能够进行高速率的检测。
[1-3.电子电路40]
电子电路40所包括的信号处理电路50是对从光检测器30输出的信号进行处理的电路。信号处理电路50基于从光检测器30输出的第1信号56a及第2信号56b，生成表示被计测部10的内部的状态的信号并输出。在此，设为第1光脉冲Ip1的波长为650nm以上且小于805nm，第2光脉冲Ip2的波长为850nm以上且950nm以下。在该情况下，通过使用第1信号56a及第2信号56b求解预定的联立方程式，能够求出血液中的HbO2及Hb的各浓度相对于初始值的变化量。联立方程式例如由下式(1)及(2)表现。
[数1]
Figure BDA0003958693800000171
[数2]
Figure BDA0003958693800000172
ΔHbO2及ΔHb分别表现血液中的HbO2及Hb的浓度相对于初始值的变化量。ε750 OXY及ε750 deOXY分别表现波长750nm处的HbO2及Hb的摩尔吸光系数。ε850 OXY及ε850 deOXY分别表现波长850nm处的HbO2及Hb的摩尔吸光系数。I750 ini及I750 now分别表现关于波长750nm在初始时刻及计测时刻的检测强度。I850 ini及I850 now分别表现关于波长850nm在初始时刻及计测时刻的检测强度。在该例中，设为在初始时刻脑未活化，而在检测时刻脑已活化。
信号处理电路50例如可以通过数字信号处理器(DSP)、现场可编程逻辑门阵列(FPGA)等可编程逻辑器件(PLD)、或者中央运算处理装置(CPU)或图像处理用运算处理器(GPU)与计算机程序的组合而实现。
电子电路40所包括的控制电路60对第1调整电路24a及第2调整电路24b进行控制，从而使光脉冲Ip从第1发光元件22a及第2发光元件22b出射。控制电路60对第1光源20a及第2光源20b的光脉冲Ip的出射定时与光检测器30的快门定时之间的时间差进行调整。在本说明书中，有时将该时间差称为“相位差”。第1光源20a及第2光源20b的“出射定时”，是从第1光源20a及第2光源20b出射的光脉冲开始上升的定时。“快门定时”是开始曝光的定时。控制电路60既可以使出射定时变化来调整相位差，也可以使快门定时变化来调整相位差。
控制电路60也可以构成为从由光检测器30的各像素检测的信号中除去偏置成分。偏置成分是由于太阳光或荧光灯等环境光、或者干扰光引起的信号成分。在使第1光源20a及第2光源20b的驱动断开(OFF)而光未从第1光源20a及第2光源20b出射的状态下，由光检测器30对信号进行检测，从而评估由于环境光或者干扰光引起的偏置成分。
控制电路60例如可以是处理器及存储器的组合、或者内置处理器及存储器的微控制器等集成电路。控制电路60例如通过由处理器执行存储器中记录的程序，例如进行出射定时和快门定时的调整，或者使信号处理电路50执行信号的处理。
信号处理电路50及控制电路60既可以是综合的1个电路，也可以是分离的个别的电路。信号处理电路50例如也可以是被设置在远程地点的服务器等外部的装置的构成要素。在该情况下，服务器等外部的装置通过无线通信或者有线通信，与光源20、光检测器30及控制电路60相互进行数据的收发。
[1-4.其他]
计测装置100也可以具备在光检测器30的受光面上形成被计测部10的2维像的成像光学系统。成像光学系统的光轴与光检测器30的受光面大致正交。成像光学系统也可以包含变焦透镜(镜头)。如果变焦镜头的位置变化，则被计测部10的2维像的扩大率变化，光检测器30上的2维像的分辨率变化。因此，即使距被计测部10的距离长，也能够将期望的计测区域扩大并详细地观察。
计测装置100也可以在被计测部10与光检测器30之间具备仅使从第1光源20a及第2光源20b出射的波段的光或者其附近的光通过的带通滤光器。由此，能够减小环境光等干扰成分的影响。带通滤光器例如可以通过多层膜滤光器或者吸收滤光器构成。考虑到第1光源20a及第2光源20b的温度变化、以及与向滤光器斜入射相伴的带移，带通滤光器的带宽也可以具有20nm以上且100nm以下程度的宽度。
计测装置100也可以在被计测部10与第1光源20a及第2光源20b之间以及在被计测部10与光检测器30之间分别具备偏振片。在该情况下，被配置在第1光源20a及第2光源20b侧的偏振片与被配置在光检测器30侧的偏振片的偏振方向可以处于正交尼科尔的关系。通过配置这2个偏振片，能够防止被计测部10的表面反射成分I1之中的正反射成分、即入射角与反射角相同的成分到达光检测器30。也就是说，能够减小到达光检测器30的表面反射成分I1的光量。
[2.信号检测动作]
接下来，参照图3A至图4，说明生物体信号的检测动作的例子。在此，说明检测内部散射成分I2的方法的具体例。
图3A是示意性地表示光脉冲Ip具有脉冲波形的情况下的反射光脉冲所包含的表面反射成分I1及内部散射成分I2的时间变化的例子的图。图3B是示意性地表示光脉冲Ip具有矩形形状的波形的情况下的反射光脉冲所包含的表面反射成分I1及内部散射成分I2的时间变化的例子的图。在各图中，左侧的图表现从第1光源20a及第2光源20b出射的光脉冲Ip的波形的例子，右侧的图表现反射光脉冲所包括的表面反射成分I1及内部散射成分I2的波形的例子。内部散射成分I2在实际上很微弱，但在图3A及图3B中，对内部散射成分I2的强度进行强调并图示。
如图3A所示，在光脉冲Ip具有脉冲波形的情况下，表面反射成分I1具有与光脉冲Ip同样的波形，内部散射成分I2具有比表面反射成分I1延迟的脉冲响应波形。这是因为，内部散射成分I2相当于经过了被计测部10内的各种路径后的光线的组合。
如图3B所示，在光脉冲Ip具有矩形形状的波形的情况下，表面反射成分I1具有与光脉冲Ip同样的波形，内部散射成分I2具有将多个脉冲响应波形重叠而成的波形。本发明人们确认到，通过多个脉冲响应波形重叠，与光脉冲Ip具有脉冲波形的情况相比，能够放大光检测器30所检测的内部散射成分I2的光量。通过在反射光脉冲的下降部分开始电子快门，能够有效地检测内部散射成分I2。图3B的右侧的部分中的由虚线包围的区域表现光检测器30的电子快门开放的快门开放期间的例子。与使用脉冲宽度为毫微微秒(飞秒)(fs)量级的毫微微秒(飞秒)激光、或者脉冲宽度为微微秒(皮秒)(ps)量级的微微秒(皮秒)激光等的情况相比，如果矩形脉冲的脉冲宽度为1ns至10ns的量级，则能够以低电压驱动第1光源20a及第2光源20b。因此，能够实现计测装置100的小型化以及降低成本。
以往，为了对生物体内部的深度方向上不同位置处的光吸收系数或者光散射系数等信息进行区别并检测，使用条纹相机。例如，专利文献3公开了这样的条纹相机的一例。在条纹相机中，为了以期望的空间分辨率进行计测，使用脉冲宽度为毫微微秒(飞秒)或者微微秒(皮秒)的极超短光脉冲。相对于此，在本实施方式中，能够对表面反射成分I1与内部散射成分I2进行区别并检测。因此，从第1光源20a及第2光源20b出射的光脉冲无需是极超短光脉冲，能够任意地选择脉冲宽度。
在用光照射人的头部并取得脑血流的信息的情况下，内部散射成分I2的光量可以成为表面反射成分I1的光量的数千分之1至数万分之1程度的非常小的值。进而，如果考虑到激光的安全标准，则能够照射的光的光量极小。因此，内部散射成分I2非常难以检测。在该情况下，第1光源20a及第2光源20b如果出射脉冲宽度相对大的光脉冲Ip，则也能够使伴随着时间延迟的内部散射成分I2的累计量增加。由此，能够增加检测光量，并提高SN比。
第1光源20a及第2光源20b例如能够出射脉冲宽度为3ns以上的光脉冲Ip。或者，第1光源20a及第2光源20b也可以出射脉冲宽度为5ns以上、进而为10ns以上的光脉冲Ip。另一方面，脉冲宽度过大也会导致未使用的光增加而造成浪费，因此第1光源20a及第2光源20b例如可以被控制为出射脉冲宽度为50ns以下的光脉冲Ip。或者，第1光源20a及第2光源20b也可以出射脉冲宽度为30ns以下、进而为20ns以下的光脉冲Ip。如果矩形脉冲的脉冲宽度为数ns至数十ns，则能够以低电压驱动第1光源20a及第2光源20b。因此，能够实现计测装置100的小型化以及降低成本。
第1光源20a及第2光源20b的照射模式例如也可以是在照射区域内具有均一的强度分布的模式。在这一点上，本实施方式中的计测装置100与例如专利文献4所公开的以往的装置不同。在专利文献4所公开的装置中，使检测器与光源相离3cm左右，表面反射成分在空间上与内部散射成分分离。因此，不得不设为离散性的光照射。相对于此，在本实施方式中，能够将表面反射成分I1在时间上与内部散射成分I2分离并减小。因此，能够使用具有均一的强度分布的照射模式的光源。具有均一的强度分布的照射模式可以通过用漫射板70使从第1光源20a及第2光源20b出射的光漫射而形成。
在本实施方式中，与现有技术不同，即使在被计测部10的照射点正下，也能够检测内部散射成分I2。通过在空间上跨大范围照射被计测部10，也能够提高计测分辨率。
图4是表示控制电路60对第1光源20a、第2光源20b及光检测器30进行控制的动作的概略的流程图。控制电路60大体上执行图4所示的动作，从而使光检测器30检测第1反射光脉冲及第2反射光脉冲各自的下降期间的至少一部分的成分。
在步骤S101中，控制电路60使第1光源20a以规定时间出射第1光脉冲Ip1。此时，光检测器30的电子快门处于停止了曝光的状态。控制电路60使电子快门停止曝光，直到第1反射光脉冲之中的表面反射成分I1到达光检测器30的期间完成为止。接下来，在步骤S102中，控制电路60在第1反射光脉冲之中的内部散射成分I2到达光检测器30的定时，使电子快门开始曝光，从而使电子快门开始积蓄第1信号电荷。在经过规定时间后，在步骤S103中，控制电路60使电子快门停止曝光，从而使电子快门停止积蓄第1信号电荷。通过步骤S102及步骤S103，在图2所示的第1浮动扩散层204至第4浮动扩散层207之中的1个浮动扩散层中积蓄信号电荷。将该信号电荷称为“第1信号电荷”。
在步骤S104中，控制电路60使第2光源20b以规定时间出射第2光脉冲Ip2。此时，光检测器30的电子快门处于停止了曝光的状态。控制电路60使电子快门停止曝光，直到第2反射光脉冲之中的表面反射成分I1到达光检测器30的期间完成为止。接下来，在步骤S105中，控制电路60在第2反射光脉冲之中的内部散射成分I2到达光检测器30的定时，使电子快门开始曝光，从而使电子快门开始积蓄第2信号电荷。在经过规定时间后，在步骤S106中，控制电路60使电子快门停止曝光，从而使电子快门停止积蓄第2信号电荷。通过步骤S105及步骤S106，在图2所示的第1浮动扩散层204至第4浮动扩散层207之中的其他1个浮动扩散层中积蓄信号电荷。将该信号电荷称为“第2信号电荷”。
接下来，在步骤S107中，控制电路60判定执行上述的信号积蓄的次数是否达到了规定的次数。在步骤S107中的判定为否的情况下，反复进行步骤S101至步骤S106直到判定为是为止。
在步骤S107中的判定为是的情况下，向步骤S108前进。在步骤S108中，控制电路60使光检测器30生成分别基于第1信号电荷及第2信号电荷的第1信号56a及第2信号56b并输出。
像这样，控制电路60执行使第1光源20a出射第1光脉冲Ip1并使光检测器30检测第1反射光脉冲的下降期间的至少一部分的成分的第1动作。控制电路60执行使第2光源20b出射第2光脉冲Ip2并使光检测器30检测第2反射光脉冲的下降期间的至少一部分的成分的第2动作。控制电路60以规定次数反复进行包括第1动作及第2动作的一系列动作。或者，控制电路60也可以以规定次数反复进行第1动作，其后以规定次数反复进行第2动作。另外，也可以调换第1动作与第2动作的顺序。
通过图4所示的动作，能够以高灵敏度检测内部散射成分I2。在用光照射人的头部并取得脑血流等的信息的情况下，光在内部的衰减率非常大。例如，出射光相对于入射光有时衰减至100万分之1程度。因此，对于检测内部散射成分I2而言，仅照射1个脉冲有时光量不足。作为基于激光安全性基准的类1的照射，光量尤其微弱。因此，在图4的例中，第1光源20a及第2光源20b多次出射光脉冲，与其相应，光检测器30也通过电子快门多次曝光。通过这样的动作，能够将检测信号累计来提高灵敏度。此外，多次的光出射及曝光不是必须的，而根据需要进行。
在图4的例中，检测内部散射成分I2，但也可以检测表面反射成分I1。另外，也可以检测表面反射成分I1及内部散射成分I2这双方。在检测双方的情况下，在步骤S101与步骤S102之间，追加积蓄基于第1反射光脉冲的表面反射成分I1的信号电荷的步骤，在步骤S104与步骤S105之间，追加积蓄基于第2反射光脉冲的表面反射成分I1的信号电荷的步骤。这些信号电荷被积蓄在图2所示的第1浮动扩散层204至第4浮动扩散层207之中的剩余的2个浮动扩散层中。通过检测表面反射成分I1，例如能够取得表示面部的外观或者头皮血流的状态的信息。
此外，在上述的例中，使用了出射不同波长的光的2个光源，但也可以使用出射相同的波长的光的多个光源。在各个光源的光量小的情况下，通过设置出射相同的波长的光的多个光源，能够弥补光量的不足。在此，“相同的波长”无需严密地相同，也可以波长稍微不同。
[3.光向漫射板70的汇集]
接下来，参照图5A及图5B，说明使光向漫射板70汇集的构成的例子。
图5A是表示漫射板70、多个光源、以及光学系统的构成例的图。该例中的计测装置100具备出射第1波长的光的2个第1光源20a、以及出射第2波长的光的2个第2光源20b。第1波长例如是650nm至805nm的范围内的波长，第2波长例如是805nm至950nm的范围内的波长。光学系统包括多个反射镜80和多个准直透镜25。多个反射镜80使从第1光源20a出射的第1出射光及从第2光源20b出射的第2出射光向漫射板70的一个区域汇集入射。多个准直透镜25各自将从第1光源20a或者第2光源20b出射的光转换为平行光。
在如本实施方式那样以非接触方式隔开距离进行计测的情况下，为了充分确保漫射的光的强度而要求高功率的光源。于是，在图5A的例中，设置有出射相同的第1波长的光的多个第1光源20a、以及出射相同的第2波长的光的多个第2光源20b。
多个准直透镜25与多个光源20分别对应设置。各准直透镜25使从对应的第1光源20a或者第2光源20b出射的光变为平行光。多个反射镜80被配置在对应的第1光源20a或者第2光源20b与漫射板70之间的光路上。这些反射镜80反射由准直透镜25变为平行光的光线束，并使光线束的传播方向变化。通过准直透镜25及反射镜80，能够使来自第1光源20a及第2光源20b的光线束汇集至漫射板70上。由此，能够使漫射板70上形成的第1出射光的光点的中心与第2出射光的光点的中心之间的距离，比第1光源20a的中心与第2光源20b的中心之间的距离短。
通常，由于光源的封装大小的制约，无法使来自多个光源的光线束的间隔比光源的间隔短。相对于此，在本实施方式中，通过包括准直透镜25和反射镜80的光学系统，能够使光线束的间隔比光源的间隔小。例如，能够使漫射板70上的光线束的间隔成为光源的间隔的一半以下。通过光学系统使光线束汇集至漫射板70上的一个区域，由此能够从该区域朝向被计测部10照射光。
在本实施方式中，来自多个第1光源20a及多个第2光源20b的光线束从漫射板70上的大致同一点出射。因此，无论关于哪一个光源，向被计测部10入射的光的入射角都成为相同程度，光源间的入射角之差得到抑制。因此，即使在由于身体动作或者计测装置100的移动而引起被计测部10与计测装置100的相对位置发生了变化的情况下，也能够使被计测部10上的照度或者反射率的变化不依赖于光源间的光量差或者照度不均。因此，易于对由光检测器30取得的信号进行校正即校准。该效果尤其在被计测部10具有曲面形状的情况下更为显著。光的入射角越接近于垂直，则被计测部10中的照度越高。与图5A的例子不同，在从漫射板70上的相离的2点向被计测部10照射光的情况下，来自2点之中的更接近于垂直入射的1点的光对被计测部10上的照度影响更大。因此，如果由于身体动作或者计测装置100的移动而引起被计测部10与2点之间的位置关系变动，则从2点向被计测部10入射的光的角度差变化。在该情况下，由于来自漫射板70上的相离的2点中的各点的光成分的贡献度变动，被计测部10上的照度复杂地变化。相对于此，如图5A所示，通过使来自多个第1光源20a及多个第2光源20b的光线束汇集至漫射板70上的一个区域，能够减小光源间的强度差对与身体动作或者计测装置100的移动相伴的被计测部10上的照度变动造成的影响。
漫射板70在表面具有多个凹部或者多个凸部，使入射的光线随机地向各种方向漫射。因此，漫射板70具有消除被计测部10上的照度不均的功能。漫射板70例如可以由微小的透镜阵列形成。除了如图5A所示的例子那样在内部使光折射而透射的类型的漫射板70之外，也可以使用使光反射而漫射的类型的漫射板。反射类型的漫射板也在反射面上具有微小的凹凸，反射光向随机的方向漫射。
虽然也能够替代漫射板70而采用通过透镜产生漫射的方法，但透镜将来自光源的光的照度分布原样投影，因此容易在被计测部10上残留照度不均。因此，如果使用多个光源，则在多个光源之中的一个光源的强度降低的情况下，被计测部10上的照度的2维分布自身也变化，可能与校准数据发生背离。相对于此，在如本实施方式那样使用漫射板70的情况下，虽然伴随着多个光源之中的一部分的强度变化而发生整体的强度的变动，但关于照度的2维分布，能够稳定地得到与漫射板70的特性相应的分布。因此，关于2维分布，能够减小与校准数据的背离。
本实施方式中的光学系统使来自多个第1光源20a及多个第2光源20b的光线束大致平行地向漫射板70入射。在光线束不是平行地向漫射板70入射的情况下，来自漫射板70的出射光虽然发生漫射，但容易形成依赖于其入射方向的照度分布。也就是说，容易残留依赖于向漫射板70的入射角的照度分布。在本实施方式中，不仅为了汇集光线束，而且为了将光线束平行地向漫射板70入射，而设置有准直透镜25。由此，各光源所具有的照度分布的不均所造成的影响被均一地减小。另外，即使在多个光源之间出射光产生强度差的情况下，与光线束不是平行地向漫射板70入射的情况相比，光源间的强度差对被计测部10的表面上的照度分布造成的影响也不容易表现出来。也就是说，来自各光源的光从大致相同的区域以大致相同的分布重叠而漫射。特别是，在光源间的相对的强度差在时间上变动的情况下，如果不使向漫射板70的入射角一致，则被计测部10的表面上的2维照度分布也容易产生变动。在该情况下，与预先拥有的照度分布的校准数据之间产生偏差。但是，在使入射光成为平行光的情况下，从漫射板70出射后的照度的2维相对分布的时间变动得到抑制，能够减小照度分布校正的误差。
本实施方式中的各准直透镜25被配置在多个第1光源20a及多个第2光源20b各自的发光元件22的紧后。由此，出射光在被反射镜80反射前成为平行光。根据这样的构成，能够使来自各光源的光线束的宽度变窄。由此，能够以更高的密度汇集来自多个光源的光线束。
反射镜80的反射面的形状例如可以是正方形或者长方形等任意的形状。在使用高功率的半导体激光器作为多个第1光源20a及多个第2光源20b的情况下，从发光元件22出射的光线的辐射方向容易在与副安装件的接触面垂直的方向上扩展。因此，成为平行光的光线束的截面的形状成为椭圆形状。于是，也可以与该椭圆形状相应地调整各反射镜80的反射面的纵及横的长度。通过使用具有纵及横的长度被恰当地调整后的长方形状的反射面的反射镜80，与将反射面的形状设为正方形的情况相比，易于将反射镜80彼此更接近地配置，能够使光线束以更高的密度向漫射板70汇集。另外，也可以替代反射面为平面状的反射镜80，而使用自由曲面反射镜。通过将反射镜80的反射面设为与来自光源的光的辐射角相应的曲面，能够使反射光线成为平行光，因此也能够省去准直透镜25。另外，通过使曲面的曲率半径与来自光源的出射光的纵横各自的焦距相对应，能够更严密地使光线成为平行光。
作为将来自多个第1光源20a及多个第2光源20b的出射光向漫射板70的一个位置汇集的方法，也可以考虑利用光纤的方法。但是，在使用光纤汇集光的构成中，担心向漫射板70入射的光的平行度显著降低。因此，在本实施方式中，不是由光纤而是由包括多个准直透镜25及多个反射镜80的光学系统实现光的汇集。
第1光源20a及第2光源20b各自的个数不限于2个，也可以是1个或者3个以上。使第1光源20a及第2光源20b各自的个数越多，能够使出射光的强度越增加。此外，也可以仅设置有第1光源20a及第2光源20b中的一方。在该情况下，设置出射相同的波长的光的多个光源。
在本实施方式中，从第1光源20a及第2光源20b各自出射的光束通过准直透镜25及反射镜80被汇集至漫射板70中的较小的区域。因此，被计测部10上的照度分布易于在2个波长间相对一致。图5B是表示在图5A中由虚线所示的位置处的照度分布的例子的图。在图5B中，I20a表示来自第1光源20a的光的照度分布的例子，I20b表示来自第2光源20b的光的照度分布的例子。在本实施方式中，2个波长的光从漫射板70上的大致同一点出射，因此即使被计测部10与计测装置100的相对位置发生了变化，2个波长间的照度比率在被计测部10上也总是一定。例如，即使在光向被计测部10的侧面入射的情况下，光线向侧面的入射角在2个波长间也大致相等。因此，与2个波长的光线束向漫射板70的入射位置相离的情况相比，反射率易于在2个波长间一致。在本实施方式中，在发生了身体动作或者计测装置100的移动的情况下，2个波长的检测信号同步变动。因此，能够稳定地排除与身体动作或者计测装置100的移动相伴的信号噪声。
在此，参照图5C，更详细地说明被汇集至漫射板70上的光。
图5C是示意性地表示漫射板70的一个区域中形成的4个光点之中的相邻的2个光点151及152的例子的图。光点151及152通过从多个光源之中的相邻的2个光源出射的2个光束被投影至漫射板70而分别形成。这些光点151及152的距离d比相邻的2个光源的距离短，例如可以是5mm以下。在本说明书中，如果相邻的2个光点的距离d为5mm以下，则设为它们的位置在实质上相同。
被计测部10的倾斜角度越陡，则与身体动作相伴的被计测部10上的照度或者反射率的变化越敏感。即，要进行精度更高的计测，被计测部10的倾斜角度越陡，则从第1光源20a向被计测部10入射的光的入射角度与从第2光源20b向被计测部10入射的光的入射角度之差的允许量越小。2个光源间的入射角度之差依赖于漫射板中的光点151及152之间的距离d，因此优选恰当地设定d。
图5D是表示通过模拟导出以人的前额作为被计测部的情况下的人的前额的倾斜角度与漫射板上的波长不同的2个光点间的距离d的允许量M之间的关系而得到的结果的曲线图。允许量M表现能够将人在水平方向上进行10°的旋转运动前后的由于第1出射光引起的检测信号的变化率与由于第2出射光引起的检测信号的变化率之差抑制为0.5％的光点间的距离d。即，如果2个光点间的距离d比允许量M小，则能够将该检测信号的变化率之差抑制为0.5％以下。由此，能够使由于该检测信号的变化率之差引起的信号检测的误差比脑血流的检测信号的变动量小，能够进行精度更高的脑血流信号的检测。此外，图5D的曲线图表示：在假定为依赖于出射光向被计测部入射时的入射角Θ而检测信号以cosΘ逐渐衰减的情况下计算允许量M的模拟的结果。
基于MRI构造图像的欧美人的平均前额倾斜角度在额叶的工作记忆的46区附近大致为37°。根据图5D，在前额倾斜角度为37°时，允许量M为5mm。由此，如果光点间的距离d为5mm以下，则即使在人发生了身体动作的情况下，也能够抑制身体动作前后的由于2个光源间的检测信号的变化率之差引起的误差超过脑血流的检测信号的变动量。由此，能够进行高精度的脑血流测定。
这些光点之间的距离d也可以为2mm以下。光点151及152的形状典型地是椭圆形。将光点151及152在长轴方向上的宽度分别设为w1及w2。在图示的例中，2个光点151及152的距离d比w1及w2短。2个光点151及152有重叠的部分153。如该例那样，能够构成光学系统以使来自多个光源的出射光部分重叠地向漫射板70入射。根据这样的构成，能够从漫射板70上的实质的同一点照射基于多个出射光束的漫射光。
第1光源20a、第2光源20b、光学系统及漫射板70的构成不限于上述的构成，能够进行各种变形。以下说明其他构成例。
图6是表示光源20、光学系统及漫射板70的其他构成例的图。该例中的光学系统包括多个准直透镜25、多个作为第1反射镜的反射镜80、以及第2反射镜81。在该例中，多个光源20在一个方向上排列。多个反射镜80与多个光源20分别对应配置。第2反射镜81对由各第1反射镜80反射后的光线束进一步进行反射并使其向漫射板70入射。反射镜80与光源20的距离按每个光源20而不同。因此，能够避免来自多个光源20的光线的路径干涉，能够实现多个光源20的光线群的汇集，能够增强照度。另外，通过第2反射镜81将多个光线束一并反射，能够削减光学系统的部件数量，并减小成本。
在上述的实施方式中，配置具备使来自多个光源20的光汇集并向漫射板70入射的多个反射镜80的光学系统。但是，也可以不使用这样的光学系统而实现光的汇集。例如，也可以使用将多个光源汇集在1个封装内的发光装置。在使用这样的发光装置的情况下，也能够使来自多个光源的出射光向漫射板70的一个位置汇集入射。
图7是表示在1个封装内将多个发光元件22汇集配置而成的发光装置120的例子的图。在该例中，多个发光元件22在一个方向上接近地排列。各发光元件22例如可以是半导体激光器元件。这些发光元件22被配置在同一副安装件上，并被汇集在1个封装内。未配置使从各发光元件22出射的光的路径变化的反射镜。根据这样的构成，能够使封装内的发光点接近。在该构成中，为了使平行光向漫射板70入射，也在漫射板70与多个发光元件22之间配置有多个准直透镜25。准直透镜25与各个发光元件22对应配置。由此，能够使来自各发光元件22的出射光平行，能够缩小光线束的截面积。
副安装件例如是对第1发光元件22a和第2发光元件22b进行支承的部件。通过由同一部件进行支承，能够使第1发光元件22a与第2发光元件22b接近。由此，能够使第1光源20a与第2光源20b的光轴相近，能够使漫射板70中的第1出射光的光点151与第2出射光的光点152之间的距离相近。因此，从漫射板70上的大致同一点出射第1出射光和第2出射光，能够得到抑制向被计测部10入射的光的入射角之差的效果。
另外，副安装件可以是具有散热性的部件。在作为发光元件22例如使用半导体激光器的情况下，担心由于发热导致发光特性降低。通过副安装件是具有散热性的部件，能够抑制由于发热导致半导体激光器的发光特性降低。副安装件例如可以是AlN(氮化铝)、Al2O3(氧化铝)等陶瓷材料、在氮化铝上层叠铜而成的Cu-AlN-Cu(铜/氮化铝/铜)多层构造材料、金属系的复合材料的Cu-W(铜/钨)及Cu-Diamond(铜/钻石)等热传导性好的部件。在该情况下，能够更有效地排出第1光源20a及第2光源20b所发出的热。副安装件不限于上述的例子，也可以是平板、散热件或者表面安装用的基板。
第1发光元件22a和第2发光元件22b也可以形成在单一的激光芯片上或者单一的半导体结晶上。由此，能够使2个发光元件更接近，能够更有意义地抑制向被计测部10入射的光的入射角之差。
此外，如果发光点过多，则在来自多个发光元件22的发光脉冲产生了时间差的情况下，担心脉冲波形的下降部分的特性恶化。因此，也可以使每1个发光元件22的输出功率最大，而将发光元件22的数量控制为最小。例如，一个光源的封装内的发光元件22的个数也可以是10个以下，也可以是5个以下。
图8是表示发光装置120的再其他构成例的图。该例中的计测装置100具备被安装在基板26上的4个发光装置120的封装。4个发光装置120以矩阵状排列。关于图8所示的X方向及Y方向，分别排列有2个发光装置120。各发光装置120例如可以是半导体激光器的封装。各发光装置120具备第1发光元件22a及第2发光元件22b、对第1发光元件22a及第2发光元件22b进行支承的副安装件23、以及收容上述部件的壳体27。第1发光元件22a出射第1波长的光，第2发光元件22b出射第2波长的光。在X方向及Y方向各自上，在相邻的2个发光装置120间，基板26上的安装翻转180度。通过这样的配置，在相邻的发光装置120之间，从第1发光元件22a及第2发光元件22b出射的光的照度分布之差得以抵消，被计测部10中的照度分布易于在2个波长间一致。此外，发光装置120的数量不限于4个，可以是任意的数量。
各个第1发光元件22a与对第1电流进行调整的第1调整电路24a电连接，出射与被输入的第1电流相应的强度的光。同样，各个第2发光元件22b与对第2电流进行调整的第2调整电路24b电连接，出射与被输入的第2电流相应的强度的光。像这样，通过设置第1调整电路24a和第2调整电路24b，能够与测定的内容相应地使同一副安装件上的第1发光元件22a和第2发光元件22b恰当地驱动。具体而言，通过交替地进行从第1调整电路24a输入第1电流以及从第2调整电路24b输入第2电流，能够从处于同一副安装件上的第1发光元件22a和第2发光元件22b交替地出射出射光。在同时出射波长不同的各个出射光并进行测定的情况下产生如下课题：具有不同波长的光作为合计的值被光检测器30检测，难以区别与各个波长对应的测定结果。通过使用第1调整电路和第2调整电路进行上述的控制，交替地出射第1出射光和第2出射光，能够获得如下效果：能够使2个波长的光成分各自的测定结果不混合而分时地个别取得。
由此，通过使用第1调整电路24a和第2调整电路24b对同一副安装件上的第1发光元件22a和第2发光元件22b进行控制，能够更有意义地抑制向被计测部10入射的光的入射角之差，进而能够使2个波长的光成分各自的测定结果不混合而加以取得。
[4.信号的校准]
接下来，参照图9及图10，说明由光检测器30检测的信号的校准的方法的例子。
在本实施方式中，在计测之前，生成规定光向被计测部10的入射角与反射率之间的关系的校准数据。在计测时，信号处理电路50参照预先生成的校准数据，对从光检测器30取得的信号进行校正。由此，即使在发生了身体动作或者计测装置100的移动的情况下，也能够取得稳定的生物体信号。为了执行信号的校准，计测装置100具备进行基于TOF的测距的功能。测距例如由信号处理电路50基于从第1光源20a、第2光源20b中的某一个出射的光的检测结果执行。TOF的方式既可以是间接TOF，也可以是直接TOF。
图9是示意性地表示被漫射板70漫射后的光向被计测部10入射的情形的图。图中的箭头表现被计测部10中的面法线矢量的分布。在图9的例中，3个光源20在一个方向上排列，由多个反射镜80将来自3个光源20的出射光汇集并向漫射板70入射。在漫射板70附近配置有光检测器30和透镜90。透镜90使来自被计测部10的光聚光并在光检测器30的受光面上形成像。
图10是表示图9的构成中的被计测部10的漫反射率的入射角依赖性的曲线图。在本实施方式中，预先生成表示如图10所示的漫反射率的入射角特性的校准数据，并记录于记录介质。在计测时，使用预先记录的校准数据，对信号进行校正。漫反射率根据被计测部10的表面的粗糙度而示出不同的值。因此，表示漫反射率的入射角依赖性的数据也可以按每个用户作为校准数据取得。
本实施方式中的校准数据可以是规定光线束向被计测部10的入射角和与该入射角对应的漫反射率之间的关系的表或者函数的数据。入射角例如能够利用TOF测距求出。计测装置100通过使用光脉冲的TOF测距，能够求出被计测部10的距离分布，并将该距离分布转换为3维坐标的分布。然后，根据3维坐标的分布，能够计算各计测点的面法线矢量。根据计算出的面法线矢量、漫射板70上的光线的出射点的3维坐标、以及被计测部10上的各计测点的3维坐标，能够求出向各计测点入射的光线束的入射角。在本实施方式的计测装置100中，来自多个光源20的光向漫射板70的一个位置汇集，光从该位置向被计测部10入射。因此，能够按被计测部10中的每个计测点唯一地求出入射角。因此，根据1张被计测部10的图像，能够取得表示漫反射率的入射角依赖性的数据。由此，能够不对用户造成负担而在短时间内取得校准数据。通过对该入射角与各计测点的检测信号值之间的关系进行标绘，并对标绘点间的值进行插值，能够得到表示漫反射率的入射角依赖性的表或者函数。
TOF测距及信号检测能够由同一计测装置100执行。因此，能够抑制像素的位置偏差、视差及遮蔽，能够计算准确的入射角。
在图9所示的例中，计测装置100具备与光检测器30对置配置的透镜90。透镜90使从被计测部10反射的光的像成像在光检测器30的受光面上。由此，光检测器30能够取得来自被计测部10的反射光的2维强度分布的信息。
如图9所示的例子那样，透镜90可以与漫射板70接近配置。根据这样的配置，从漫射板70向被计测部10入射的光线的角度与从被计测部10朝向透镜90出射的光线的角度之差变小，能够稳定地取得表示漫反射率的入射角依赖性的表的数据。
漫射板70上的被汇集的光线群的中心与透镜90的中心之间的距离例如可以设定为30mm以下，在某例中可以设定为20mm以下，进而在其他例中可以设定为10mm以下。
计测装置100也可以替代脉冲而出射连续波(CW)的光来取得被计测部10的信息。通过使用CW波，能够将计测装置100也应用于取得氧饱和度、脉搏或者血压等其他生命体征信息的用途。在该情况下，在漫射板70上汇集多个光线束也对排除身体动作成分而进行稳定的计测是有效的。
接下来，参照图11及图12，说明校准数据的生成方法的例子、以及使用校准数据对信号进行校正的校正方法的例子。
图11是表示生成校准数据的方法的例子的流程图。在该例中，预先准备具有与计测对象者的被计测部10的光学特性相似的光学特性的校准用平板。作为校准数据，制作将被计测部10中的各计测点的照度或者反射率与入射角度建立关联的照度校正表。
首先，在步骤S201中，使校准用平板沿着光轴移动，并配置于规定的位置。该移动既可以自动进行，也可以手动进行。接下来在步骤S202中，从计测装置100的光源20向校准用平板照射光，由光检测器30计测平板上的照度分布或者反射率分布。接下来，在步骤S203中，信号处理电路50计算从光检测器303到校准用平板上的各计测点的距离、各计测点的3维坐标、以及各计测点处的入射角度。各计测点的3维坐标可以基于通过TOF测距而计测的距计测点的距离、以及该计测点在图像中的位置而计算。入射角度根据该点的3维坐标、以及漫射板70上的光的出射点的3维坐标计算。接下来在步骤S204中，控制电路60判断是否完成了规定次数的计测。在未完成规定次数的计测的情况下，返回步骤S201，使校准用平板在光轴方向上移动规定距离。反复进行步骤S201至S204的动作，直到在步骤S204中判断为完成了规定次数的计测为止。如果规定次数的计测完成，则向步骤S205前进。在步骤S205中，信号处理电路50制作将步骤S202中计测的各计测点的反射率与步骤S203中计算的各计测点的入射角度建立关联的照度校正表。照度校正表可以在校准用平板与计测装置100之间的距离不同的多个条件下生成。
此外，在计测装置100具备出射波长不同的光的多个光源的情况下，可以按每个光源执行图11的动作，并制作照度校正表。
通过这样的方法，能够有效地生成用于在计测时对从光检测器30输出的检测信号进行校正的校准数据。
此外，也可以替代校准用平板，而使用对象者的被计测部10自身，通过与上述同样的方法生成校准数据。
像这样，本实施方式中的校准数据的生成方法包括：使计测对象物或者具有与该对象物相似的光学特性的校准用平板与光源之间的距离变化，而多次执行从光源朝向该对象物或者平板出射光并计测该对象物或者平板中的1个以上的计测点的反射率的动作、以及估计光向1个以上的计测点的入射角的动作；以及生成规定关于1个以上的计测点的光的入射角与反射率之间的关系的校准数据。通过这样的方法，能够有效地生成校准数据。
图12是表示在计测时执行的使用校准数据的信号校正方法的例子的流程图。在该例中，首先在步骤S301中，从光源20向被计测部10照射光，并由光检测器30检测其反射光。接下来在步骤S302中，信号处理电路50计算从光检测器30到被计测部10中的各计测点为止的距离、各计测点的3维坐标、以及各计测点处的入射角度。接下来，在步骤S303中，信号处理电路50参照预先生成的照度校正表，根据3维坐标及入射角度决定信号校正值，并对由光检测器30生成的信号的值进行校正。校正例如通过将图10所示的反射率的倒数与信号值相乘来进行。信号处理电路50基于校正后的信号，生成表示对象物的内部状态的信息。
像这样，本实施方式中的信号处理电路50基于光检测器30的检测结果，估计距对象物的1个以上的计测点的距离，基于估计的距离，估计1个以上的计测点的位置，基于估计的位置，估计出射光向1个以上的计测点的入射角，基于估计的入射角、以及预先生成的规定入射角与反射率之间的关系的校准数据，对表示反射光的检测结果的信号进行校正，并基于校正后的信号，生成与对象物相关的信息。通过这样的动作，即使在被计测部10或者计测装置100发生了移动的情况下，也能够恰当地对信号进行校正。
(变形例)
图13是表示计测装置100的其他构成例的图。该例中的计测装置100具备发光装置120a、发光装置120b、漫射板70、多个反射镜80、以及多个准直透镜25。发光装置120a及发光装置120b例如可以是半导体激光器的封装。发光装置120a具备第1发光元件22a及第2发光元件22b、以及对第1发光元件22a及第2发光元件22b进行支承的副安装件23。发光装置120b具备第3发光元件22c及第4发光元件22d、以及对第3发光元件22c及第4发光元件22d进行支承的副安装件23。从第1发光元件22a出射的第1出射光和从第3发光元件22c出射的第3出射光例如具有第1波长。从第2发光元件22b出射的第2出射光和从第4发光元件22d出射的第4出射光例如具有第2波长。多个反射镜80使第1出射光与第2出射光、以及第3出射光与第4出射光向漫射板70的一个区域汇集入射。此时，在从由第1出射光的光点、第2出射光的光点、第3出射光的光点及第4出射光的光点构成的组中选择了某2个光点的情况下，选择的2个光点间的距离比与选择的各个光点对应的发光元件间的距离短。例如，漫射板70的一个区域中形成的第1出射光的光点与所述第3出射光的光点之间的距离，比第1发光元件与第3发光元件之间的距离短。漫射板70的一个区域中形成的第1出射光的光点与所述第4出射光的光点之间的距离，比第1发光元件与第4发光元件之间的距离短。漫射板70的一个区域中形成的第2出射光的光点与所述第3出射光的光点之间的距离，比第2发光元件与第3发光元件之间的距离短。漫射板70的一个区域中形成的第2出射光的光点与所述第4出射光的光点之间的距离，比第2发光元件与第4发光元件之间的距离短。
以上，在本构成例中，在计测装置100中安装有多个包括多个发光元件的发光装置120。由此，能够增加向被计测部10照射的光的光量，能够提高由光检测器30观测的信号的SN比。进而，通过由多个反射镜使来自发光装置120a及发光装置120b的光向漫射板70的一个区域汇集入射，能够抑制身体动作前后的由于发光装置120a、发光装置120b的2个光源间的检测信号的变化率之差引起的误差超过脑血流的检测信号的变动量。
此外，反射镜也可以不是多个。例如，也可以在第1出射光与第2出射光的光路上不配置反射镜，而在第3出射光与第4出射光的光路上配置反射镜，从而使出射光向漫射板70的一个区域汇集入射。另外，发光装置120a、发光装置120b也可以被收纳在1个壳体中。
在以上的实施方式中，主要说明了将生物体作为对象物并生成与生物体的血流相关的信息的例子。本公开的技术不限于生物体计测，可以利用于各种物质的内部状态的计测。例如，能够对水果、蔬菜、肉、鱼或者菜品的状态的计测适用本公开的技术。更具体而言，能够生成生鲜食品、加工食品或者菜品的内部的腐败的程度、或者例如菜品的微波烤箱内的食品(例如，蛋糕海绵的面团或者冷冻食品等)的内部的烧烤状况或加热状况等的信息。另外，通过将植物的树干、茎、叶子作为对象物，也能够生成内部的生长状况等的信息。在这些应用例中，也可以不仅利用1个波长的光，而利用2个波长以上的光。在利用多个波长的光的情况下，选择吸收系数不同的波长。能够将其中的1个波长作为参考波长，基于其他波长的相对的光的吸收量估计内部的状态。
工业实用性
本公开中的计测装置即使在对象物或者计测装置发生了移动的情况下也能够稳定地检测表示对象物的内部状态的信息。因此，本公开的技术在非接触方式的脑血流计测、生命体征传感、认证及食品检查等广泛的领域中是有用的。
附图标记说明：
10被计测部
20a第1光源
20b第2光源
22a第1发光元件
22b第2发光元件
23副安装件
24a第1调整电路
24b第2调整电路
25准直透镜
26基板
27壳体
30光检测器
32光电转换元件
34电荷积蓄部
40电子电路
50信号处理电路
60控制电路
70漫射板
80反射镜
90透镜
100计测装置
120发光装置
201像素
204第1浮动扩散层
205第2浮动扩散层
206第3浮动扩散层
207第4浮动扩散层
302行选择电路
303列选择电路
304垂直信号线
305源极跟随器电源
306源极跟随器负载
307模拟-数字转换电路
308行选择晶体管
309源极跟随器晶体管
310复位晶体管

Claims (18)

1.一种计测装置，具备：
第1光源，出射第1出射光；
第2光源，出射第2出射光；
漫射板；
反射镜，使从由所述第1出射光及所述第2出射光构成的组中选择的至少一方的传播方向变化，从而使所述第1出射光及所述第2出射光向所述漫射板的一个区域汇集入射；
光检测器，检测由于被所述漫射板漫射后的所述第1出射光而从对象物产生的第1反射光、以及由于被所述漫射板漫射后的所述第2出射光而从所述对象物产生的第2反射光；以及
处理电路，基于所述光检测器对所述第1反射光及所述第2反射光的检测结果，生成与所述对象物相关的信息并输出，
所述漫射板的所述一个区域中形成的所述第1出射光的光点与所述漫射板的所述一个区域中形成的所述第2出射光的光点之间的距离，比所述第1光源与所述第2光源之间的距离短。
2.一种计测装置，具备：
第1发光装置，包括出射第1出射光的第1光源、与所述第1光源相邻且出射第2出射光的第2光源、以及对所述第1光源和所述第2光源进行支承的第1副安装件；
漫射板，被配置在所述第1出射光及所述第2出射光的光路上；
光检测器，检测由于被所述漫射板漫射后的所述第1出射光而从对象物产生的第1反射光、以及由于被所述漫射板漫射后的所述第2出射光而从所述对象物产生的第2反射光；以及
处理电路，基于所述光检测器对所述第1反射光及所述第2反射光的检测结果，生成与所述对象物相关的信息并输出。
3.如权利要求1或者2所述的计测装置，
所述漫射板中的所述第1出射光的光点的中心与所述第2出射光的光点的中心之间的距离为5mm以下。
4.如权利要求1至3中任一项所述的计测装置，
所述第1出射光及所述第2出射光至少部分重叠地向所述漫射板入射。
5.如权利要求1至4中任一项所述的计测装置，还具备：
第1准直透镜，被配置在所述第1光源与所述漫射板之间的光路上；以及
第2准直透镜，被配置在所述第2光源与所述漫射板之间的光路上。
6.如权利要求1至5中任一项所述的计测装置，
所述第1出射光向所述漫射板入射的入射角，与所述第2出射光向所述漫射板入射的入射角相同。
7.如权利要求1至6中任一项所述的计测装置，
所述漫射板在表面具有多个凹部或者多个凸部。
8.如权利要求1至7中任一项所述的计测装置，
所述第1出射光的波长为650nm以上且小于805nm，
所述第2出射光的波长为805nm以上且950nm以下。
9.如权利要求1至7中任一项所述的计测装置，
所述第1出射光的波长与所述第2出射光的波长相同。
10.如权利要求1至9中任一项所述的计测装置，还具备：
控制电路，对所述第1光源、所述第2光源及所述光检测器进行控制，
所述第1反射光及所述第2反射光是脉冲光，
所述控制电路，
使所述第1光源出射所述第1出射光，
使所述第2光源出射所述第2出射光，
使所述光检测器检测从所述第1反射光的强度开始减少起直到结束减少为止的期间即第1下降期间中的所述第1反射光的第1成分，
使所述光检测器检测从所述第2反射光的强度开始减少起直到结束减少为止的期间即第2下降期间中的所述第2反射光的第2成分，
所述处理电路基于由所述光检测器检测出的所述第1反射光的所述第1成分的强度及所述第2反射光的所述第2成分的强度，生成所述信息。
11.如权利要求1至10中任一项所述的计测装置，还具备：
第3光源，出射第3出射光，
所述光检测器还检测由于被所述漫射板漫射后的所述第3出射光而从所述对象物产生的第3反射光，
所述处理电路基于所述光检测器对所述第1反射光、所述第2反射光及所述第3反射光的检测结果，生成所述信息并输出。
12.如权利要求2所述的计测装置，
所述第1发光装置还具备：
第3光源，出射第3出射光；
第4光源，出射第4出射光；
第2副安装件，对所述第3光源及所述第4光源进行支承；以及
壳体，收纳所述第1光源、所述第2光源、所述第3光源及所述第4光源，
所述光检测器还检测由于被所述漫射板漫射后的所述第3出射光而从所述对象物产生的第3反射光、以及由于被所述漫射板漫射后的所述第4出射光而从所述对象物产生的第4反射光，
所述处理电路基于所述光检测器对所述第1反射光、所述第2反射光、所述第3反射光及所述第4反射光的检测结果，生成所述信息并输出。
13.如权利要求1至12中任一项所述的计测装置，
所述处理电路，
基于所述光检测器的所述检测结果，估计从所述光检测器到所述对象物的至少1个计测点为止的距离，
基于由所述处理电路估计的从所述光检测器到所述对象物的至少1个计测点为止的所述距离，估计所述至少1个计测点的位置，
基于由所述处理电路估计的所述位置，估计所述第1出射光向所述至少1个计测点的第1入射角、以及所述第2出射光向所述至少1个计测点的第2入射角，
基于由所述处理电路估计的所述第1入射角、由所述处理电路估计的所述第2入射角、以及预先生成的规定光向所述对象物的入射角与所述光在所述对象物的反射率之间的关系的校准数据，对表示所述检测结果的信号进行校正，
基于由所述处理电路校正后的所述信号，生成所述信息。
14.如权利要求1至13中任一项所述的计测装置，
所述对象物是生物体，
所述信息包括从由血流、氧饱和度、脉搏及血压构成的组中选择的至少1个信息。
15.如权利要求1至13中任一项所述的计测装置，
所述对象物是生物体，
所述信息包括表示所述生物体的脑血流的信息。
16.如权利要求2所述的计测装置，还具备：
第2发光装置，包括出射第3出射光的第3光源、与所述第3光源相邻且出射第4出射光的第4光源、以及对所述第3光源和所述第4光源进行支承的第2副安装件；以及
反射镜，使从来自所述第1发光装置的出射光及来自所述第2发光装置的出射光所构成的组中选择的至少一方的传播方向变化，从而使所述第1出射光、所述第2出射光、所述第3出射光及所述第4出射光向所述漫射板的一个区域汇集入射。
17.一种计测装置，具备：
光源；
漫射板，被配置在从所述光源出射的出射光的光路上；
光检测器，检测由于被所述漫射板漫射后的所述出射光而从对象物产生的反射光；以及
处理电路，基于所述光检测器对所述反射光的检测结果，生成与所述对象物相关的信息并输出，
所述处理电路，
基于所述光检测器的所述检测结果，估计从所述光检测器到所述对象物的至少1个计测点为止的距离，
基于由所述处理电路估计的所述距离，估计所述至少1个计测点的位置，
基于由所述处理电路估计的所述位置，估计所述出射光向所述至少1个计测点的入射角，
基于由所述处理电路估计的所述入射角、以及预先生成的规定所述出射光向所述对象物的入射角与所述出射光在所述对象物的反射率之间的关系的校准数据，对表示所述检测结果的信号进行校正，
基于由所述处理电路校正后的所述信号，生成所述信息。
18.一种方法，包括：
使对象物或者具有与所述对象物相似的光学特性的校准用的平板与光源之间的距离变化，而多次执行从所述光源朝向所述对象物或者所述平板出射光并对所述对象物或者所述平板中的至少1个计测点的反射率进行计测的动作、以及估计所述光向所述至少1个计测点的入射角的动作；以及
生成规定所述光向所述至少1个计测点的入射角与所述反射率之间的关系的校准数据。
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Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111655149A (zh) * 2018-03-15 2020-09-11 松下知识产权经营株式会社 用于推断用户的心理状态的系统、记录介质以及方法
CN114323567A (zh) * 2021-12-31 2022-04-12 深圳市聚飞光电股份有限公司 一种光电探测器测试装置及测试方法

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH07325016A (ja) * 1994-05-31 1995-12-12 Shimadzu Corp 反射率測定装置
JP2002006240A (ja) * 2000-06-23 2002-01-09 Nikon Corp ビームエネルギー量調整装置及び露光装置
DE102010013308A1 (de) * 2010-03-29 2011-09-29 Karl Storz Gmbh & Co. Kg Vorrichtung zur Bereitstellung von weißem Beleuchtungslicht
JP6314041B2 (ja) * 2014-06-17 2018-04-18 オリンパス株式会社 内視鏡光源装置
JP6394373B2 (ja) * 2014-12-25 2018-09-26 ソニー株式会社 照明装置、照明方法及び観察装置
US20190353890A1 (en) * 2017-01-24 2019-11-21 Sony Corporation Light source apparatus, light amount distribution adjustment method, and image acquisition system

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