JP2015065982A - 生体計測装置、生体計測方法、および生体計測プログラム - Google Patents

Abstract

【課題】 検出された生体光学特性からすべての生体光学現象成分を分離することを可能とする。【解決手段】 生体計測装置は、計測対象に対して光を照射する照明手段と、計測対象からの光を検出する検出手段と、照明手段の照射角および検出手段の検出角の少なくとも一方と、照明手段から照射された光の偏光方向および検出手段で検出される光の偏光方向とを切り替えて測定を繰り返し行うことにより得られた生体光学特性から生体光学現象成分を分離する演算手段と、を備える。【選択図】 図１

Description

本発明は、光を用いることにより生体情報を非侵襲で計測する生体計測装置、生体計測方法、および生体計測プログラムに関する。

光を用いることにより、生体情報を非侵襲で計測する生体計測装置、たとえば、生体光学現象（皮膚による光反射や光吸収等）成分から生体情報（ヘモグロビン、メラニン等の色素の濃度）を取得する生体計測装置が知られている。

特許文献１には、皮膚の内部拡散反射光を検出することにより、皮膚内部のヘモグロビン、メラニン等の色素の濃度を求める技術についての記載がある。

特許文献２には、ノイズ成分となる表面光成分を偏光により除去し、内部光成分についてメラニン成分、ヘモグロビン成分等の色素成分を求めることが記載されている。

特開平１０−１２７５８５号公報（ページＮｏ．３、図１） 特開２００２−２０００５０号公報（ページＮｏ．３−５）

検出された生体光学特性からメラニン成分とヘモグロビン成分とを分離する分析において、表面光成分はノイズ成分となる。従って、表面光成分を除去する必要がある。しかしながら、特許文献１は、表面光成分を除去する方法について全く記載していない。

これに対して、特許文献２は、ノイズ成分となる表面光成分を偏光により除去する技術を提案している。

ところで、表面光成分は、表面正反射光成分（皮膚の平面部で反射した光成分）と表面拡散反射光成分（皮膚の凹凸部で反射した光成分）とを含む。

しかしながら、特許文献２における表面光成分の除去対象はあくまで表面正反射光成分であり、表面拡散反射光成分の除去については全く考慮されていない。

すなわち、以上説明した特許文献１および特許文献２の技術では、検出された生体光学特性からすべての生体光学現象成分を分離することはできない。分離できない生体光学現象成分が存在すると、算出可能な生体情報の種類が限定される問題や生体情報自体の精度が低下する問題などが生じる虞がある。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、検出された生体光学特性からすべての生体光学現象成分を分離することが可能な生体計測装置、生体計測方法、および生体計測プログラムを提供することにある。

本発明の生体計測装置は、計測対象に対して光を照射する照明手段と、前記計測対象からの光を検出する検出手段と、前記照明手段の照射角および前記検出手段の検出角の少なくとも一方と、前記照明手段から照射された光の偏光方向および前記検出手段で検出される光の偏光方向とを切り替えて測定を繰り返し行うことにより得られた生体光学特性から生体光学現象成分を分離する演算手段と、を備える。

本発明の生体計測方法は、計測対象に対して光を照射する照明手段と、前記計測対象からの光を検出する検出手段と、を備え、前記照明手段の照射角および前記検出手段の検出角の少なくとも一方と、前記照明手段から照射された光の偏光方向および前記検出手段で検出される光の偏光方向とを切り替えて測定を繰り返し行うことにより得られた生体光学特性から生体光学現象成分を分離することを特徴とする。

本発明の生体計測プログラムは、計測対象に対して光を照射する照明手段と、前記計測対象からの光を検出する検出手段と、を備える生体計測装置のコンピュータに、前記照明手段の照射角および前記検出手段の検出角の少なくとも一方と、前記照明手段から照射された光の偏光方向および前記検出手段で検出される光の偏光方向とを切り替えて測定を繰り返し行うことにより得られた生体光学特性から生体光学現象成分を分離する処理を実行させるためのプログラムである。

本発明によれば、検出された生体光学特性からすべての生体光学現象成分を分離することができる。

本発明の第１の実施形態に係る生体計測装置の構成例を示すブロック図である。 本発明の第２の実施形態に係る生体計測装置の構成例を示すブロック図である。 第１照明ユニットの構成例を示すブロック図である。 第１検出ユニットの構成例を示すブロック図である。 生体に光を照射したときに生じる生体光学現象を説明する図である。 生体光学現象を確認するための実験系を示す図である。 図６示す実験系による実験の結果である。 生体光学現象の条件（吸収成分、および表面拡散反射の偏光保存成分）を変化させ、生体光学特性（照射角−反射光強度特性）をシミュレーションした結果である。 生体光学特性から生体光学現象を分離するために用いる照射角を示す図である。 生体計測装置の動作例を説明するためのフローチャートである。 第２の実施形態の変形例としての生体計測装置を構成する第１照明ユニットの構成例を示すブロック図である。 第２の実施形態の変形例としての生体計測装置を構成する第１検出ユニットの構成例を示すブロック図である。 本発明の第３の実施形態に係る生体計測装置の構成例を示すブロック図である。 第２照明ユニットの構成例を示すブロック図である。 本発明の第４の実施形態に係る生体計測装置の構成例を示すブロック図である。 本発明の第５の実施形態に係る生体計測装置の構成例を示すブロック図である。 本発明の第６の実施形態に係る生体計測装置の構成例を示すブロック図である。 本発明の第７の実施形態に係る情報システムの構成例を示すブロック図である。

（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係る生体計測装置２００の構成例を示すブロック図である。生体計測装置２００は、照明手段２０２と、検出手段２０４と、演算手段２０６と、を備える。

照明手段２０２は、計測対象に対して光を照射する。検出手段２０４は、計測対象からの光を検出する。演算手段２０６は、照明手段２０２の照射角および検出手段２０４の検出角の少なくとも一方と、照明手段２０２から照射された光の偏光方向および検出手段２０４で検出される光の偏光方向とを切り替えて測定を繰り返し行うことにより得られた生体光学特性から生体光学現象成分（表面正反射成分、表面拡散反射成分、内部拡散反射成分、内部吸収成分）を分離する。

以上説明した第１の実施形態によれば、検出された生体光学特性からすべての生体光学現象成分を分離することができる。従って、本実施形態は、算出可能な生体情報の種類が限定される問題や生体情報自体の精度が低下する問題を回避することができる。
（第２の実施形態）
図２は、本発明の第２の実施形態に係る生体計測装置１の構成例を示すブロック図である。生体計測装置１は、１つの第１照明ユニット１０（照明手段）と、１つの第１検出ユニット１１（検出手段）と、第１演算手段１２（演算手段）と、を備える。

図３は、第１照明ユニット１０の構成例を示すブロック図である。第１照明ユニット１０は、光源５０と、光源５０の照射角１０１を切り替える照射角変調手段５２と、照射偏光方向１０３を切り替える照射偏光変調手段５４と、を備える。

光源５０は、レーザ等の偏光光源であってもよいし、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）、ハロゲンランプ、蛍光灯等の非偏光光源であってもよい。

光源５０が偏光光源の場合における照射偏光変調手段５４の具体的構成例としては、光源５０自体を回転させる構成、光源５０の後段に配置した波長板の位相差を変化させる構成、光源５０の後段に配置した波長板を回転させる構成等を挙げることができる。

光源５０が非偏光光源の場合における照射偏光変調手段５４の具体的構成例としては、光源５０の後段に配置した偏光子を回転させる構成、光源５０の後段に偏光子および波長板をこの順番で配置し、波長板の位相差を変化させる構成、光源５０の後段に偏光子および波長板をこの順番に配置し、波長板を回転させる構成等を挙げることができる。

照射偏光変調手段５４を構成する偏光子と波長板の材料は、有機材料であってもよいし、無機材料であっても良い。

照射角変調手段５２の具体的構成例としては、モータを用いて光源５０自体の角度を変更する構成、あるいは、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）ミラーを用いて照射角１０１を制御する構成等を挙げることができる。

第１検出ユニット１１は、計測対象１３に対して傾斜した位置、具体的には、検出角１０２となる位置に配置される。第１検出ユニット１１を計測対象１３に対して傾斜させるのは、Ｐ偏光とＳ偏光を区別させ、検出感度を向上させるためである。

図４は、第１検出ユニット１１の構成例を示すブロック図である。第１検出ユニット１１は、光検出器６０と、検出偏光方向１０４を切り替える検出偏光変調手段６２と、を備える。

光検出器６０は、フォトダイオード等の光電効果型あってもよいし、焦電検出器、ゴレイセル、熱電対、サーミスタ等の熱効果型であってもよい。あるいは、光検出器６０は、リニアイメージセンサやエリアイメージセンサであってもよい。

検出偏光変調手段６２の具体的構成例としては、光検出器６０の手前に配置した偏光子を回転させる構成、光検出器６０の手前に偏光子と波長板を配置し、波長板を回転させる構成、光検出器６０の手前に偏光子と波長板を配置し、波長板の位相差を変化させる構成等を挙げることができる。また、光検出器６０としてイメージセンサを用いた場合、透過する偏光方向が異なる２種類またはそれ以上の偏光子を交互に繰り返し配置した微小な偏光子を用いて、同時に異なる偏光を検出する構成とすることもできる。

検出偏光変調手段６２を構成する偏光子と波長板の材料は、有機材料であってもよいし、無機材料であっても良い。

第１演算手段１２は、取得した生体光学特性からすべての生体光学現象成分を分離する。第１演算手段１２は、分離した生体光学現象に基づいて生体情報を求める。生体情報は、たとえば、メラニン、ヘモグロビン（酸素化・還元）、ビリルビン、カロテン、水分量、シワ、皮脂、汗等である。

図５は、生体（計測対象１３）に照射光２０を照射したときに生じる生体光学現象を説明する図である。生体に照射光２０を照射した場合、生体光学現象として、表面正反射２１、表面拡散反射２２、内部拡散反射２３、内部吸収２４が生じる。表面正反射２１、表面拡散反射２２、内部拡散反射２３、内部吸収２４のそれぞれの光学的特徴として、偏光解消性、拡散反射特性、吸収損失の違いを表１に示す。
（表１）

表１に示す生体光学現象が生じているかを確認するために、次に示す実験を行った。

図６は、生体光学現象を確認するための実験系を示す図である。図６に示す実験系は、ＬＥＤライト３１（第１照明ユニット１０の光源５０に相当）から射出した白色光を偏光子３２（第１照明ユニット１０の照射偏光変調手段５４の構成要素に相当）で特定の偏光とし、手のひら３３（計測対象１３に相当）に照射し、手のひら３３を反射した光を、偏光子３４（第１検出ユニット１２の検出偏光変調手段６２の構成要素に相当）に通過させ、カメラ３５（第１検出ユニット１２の光検出器６０に相当）で撮像する実験系を示す。図６において、θ_ｌは、ＬＥＤライト３１の照射角であり、θ_ｄは、カメラ３５の検出角である。

図７は、図６に示す実験系による実験の結果である。

正反射の場合（図７の（１））、偏光子３２、３４を直交にしたときと平行にしたときでは画質に大きな差異が生じたことから、偏光子平行のときには正反射光の影響を強く受けたことがわかる。特にＳ偏光を照射させたとき画質の差は顕著である。

ＬＥＤライト３１を正面に配置し且つカメラ３５を斜めとした場合（図７の（２））、偏光子３２、３４を直交としたときと平行としたときでは、結果が異なった。このことから、内部拡散反射とともに、偏光が一部保存されたまま拡散反射する表面拡散反射現象が生じていることがわかる。さらに、偏光子を直交にしたときと平行にしたときでは、観測された画像の色が異なることから、内部吸収が生じていることがわかる。

ＬＥＤライト３１とカメラ３５を同位置とした場合（図７の（３））、偏光子３２、３４を直交としたときも平行にしたときも、結果がほぼ変わらなかったことから、偏光がすべて解消される内部拡散反射のみ生じていることがわかる。

以上の結果から生体光学現象として、表面正反射、表面拡散反射、内部拡散反射、内部吸収が生じていることを確認した。

これらの生体光学現象を分離できるか確認するために、次に示すシミュレーションを行った。

入射光強度Ｉの光を、生体に照射し、観測される反射光強度Ｒを（式１）に示す。

Ｒ＝（ｒ_ｓｒ＋ｒ_ｓｓ＋ａ_ｉ×ｒ_ｉｉ）×Ｉ （式１）
（式１）において、ｒ_ｓｒは表面正反射成分であり、ｒ_ｓｓは表面拡散反射成分であり、ａ_ｉは吸収成分であり、ｒ_ｉｉは内部拡散反射成分である。

偏光子を直交させたときの反射光強度Ｒ_ｃを（式２）に示す。

Ｒ_ｃ＝｛（１−ｐ）×ｒ_ｓｓ＋ａ_ｉ×ｒ_ｉｉ／２｝×Ｉ （式２）
（式２）において、ｐは表面拡散反射の偏光保存成分である。

一方、偏光子を平行としたときの反射光強度Ｒ_ｐを（式３）に示す。

Ｒ_ｐ＝｛ｒ_ｓｒ＋ｐ×ｒ_ｓｓ＋ａ_ｉ×ｒ_ｉｉ／２｝×Ｉ （式３）
なお、Ｓ偏光では、

が成立するものと仮定する。

また、Ｐ偏光では、

が成立するものと仮定する。

図８は、生体光学現象の条件（具体的には、吸収成分ａ_ｉ、および表面拡散反射の偏光保存成分ｐ）を変化させ、生体光学特性（照射角−反射光強度特性）をシミュレーションした結果である。

図８（ａ）は、偏光保存成分ｐ＝０．４、吸収成分ａ_ｉ＝０．９５とした場合のシミュレーション結果であり、図８（ｂ）は、偏光保存成分ｐ＝０．６、吸収成分ａ_ｉ＝０．９２とした場合のシミュレーション結果である。図８（ａ）および図８（ｂ）において、検出角は、４５°に固定されているものとする。また、図８（ａ）および図８（ｂ）において、「照射：Ｐ偏光、偏光子：直交」の場合のシミュレーション結果を“実線”で示す。「照射：Ｐ偏光、偏光子：平行」の場合のシミュレーション結果を“鎖線”で示す。「照射：Ｓ偏光、偏光子：直交」の場合のシミュレーション結果を“一点鎖線”で示す。「照射：Ｓ偏光、偏光子：平行」の場合のシミュレーション結果を“二点鎖線”で示す。

図８に示すように、条件を変えることで、特性が大きく異なる結果となった。この結果から、反射光強度の照射角依存性および偏光依存性を計測することで、生体光学現象を分離することができる。以下、分離手順について説明する。

図９は、生体光学特性から生体光学現象を分離するために用いる照射角を示す図である。まず、検出角θ_ｄを固定して、３つ以上の照射角における、Ｐ偏光とＳ偏光の反射光強度を検出する。ここでは３つの照射角（θ_ｌ１、θ_ｌ２、θ_ｌ３）について説明する。照射角のうち一つは検出角θ_ｄと同じ（図９の場合、θ_ｄ＝θ_ｌ１）であることが望ましい。照射角（θ_ｌ１、θ_ｌ２、θ_ｌ３）が以下の（式６）を満足すると仮定する。

｜θ_ｄ−θ_ｌ１｜＜｜θ_ｄ−θ_ｌ２｜＜｜θ_ｄ−θ_ｌ３｜ （式６）
（１）｜θ_ｄ−θ_ｌ３｜が十分に大きいとき
照射角θ_ｌ３における反射光強度から内部拡散反射成分を抽出する。照射角θ_ｌ２における反射光強度から、すでに得られた内部拡散反射成分を除去することで表面拡散反射成分を抽出する。照射角θ_ｌ１における反射光強度から内部拡散反射成分と表面拡散反射成分を除去することで表面正反射成分を抽出する。さらに、内部拡散反射成分のスペクトル情報から内部吸収成分を抽出する。
（２）｜θ_ｄ−θ_ｌ３｜が十分には大きくないとき
照射角θ_ｌ３における反射光強度と照射角θ_ｌ２における反射光強度から内部拡散反射成分と表面拡散反射成分の連立方程式を立て、解く。照射角θ_ｌ１における反射光強度から内部拡散反射成分と表面拡散反射成分を除去することで表面正反射成分を抽出する。さらに、内部拡散反射成分のスペクトル情報から内部吸収成分を抽出する。

ここで、光学特性は、Ｐ偏光の反射光強度とＳ偏光の反射光強度の比を取ることで外光による影響を低減させることができる。また、照射光をＰ偏光またはＳ偏光のいずれか一方のみしか計測できない場合は、反射光の感度が高いＳ偏光を用いると好適である。

以上、３つの照射角での例を示したが、４つ以上の照射角でも、同様にして求めることができる。

図１０は、生体計測装置１の動作例（生体計測方法）を説明するためのフローチャートである。

照射角１０１および検出角１０２の少なくとも一方と、第１照明ユニット１０から照射された光の照射偏光方向１０３および第１検出ユニット１１に入射する光の検出偏光方向１０４とを切り替えて測定を繰り返し行うことにより生体光学特性を取得する（ステップＳ１）。

たとえば、第２の実施形態の場合、検出角１０２を固定し、照射角１０１を上記３つの照射角（θ_ｌ１、θ_ｌ２、θ_ｌ３）に切り替えて生体光学特性を取得する。

第１演算手段１２は、取得した生体光学特性から生体光学現象成分（表面正反射成分、表面拡散反射成分、内部拡散反射成分、内部吸収成分）を分離する（ステップＳ２）。

演算手段１２は、分離した各生体光学現象成分に基づいて生体情報（たとえば、メラニン、ヘモグロビン（酸素化・還元）、ビリルビン、カロテン、水分量、シワ、皮脂、汗等）を算出する（ステップＳ３）。

以上説明した第２の実施形態によれば、検出された生体光学特性からすべての生体光学現象成分を分離することができる。従って、本実施形態は、算出可能な生体情報の種類が限定される問題や生体情報自体の精度が低下する問題を回避することができる。
（第２の実施形態の変形例）
以上説明した第２の実施形態では、光検出器の検出角を固定し、光源の照射角を変調する生体計測装置を例示した。しかしながら、生体計測装置は、光源の照射角を固定し、光検出器の検出角を変調する、以下で説明する変形例としての生体計測装置とすることもできる。

本生体計測装置は、照射角が所定の角度で固定された１つの第１照射ユニット１０Ａ（照明手段）と、検出角を少なくとも３つの異なる角度に設定することが可能な１つの第１検出ユニット１１Ａ（検出手段）と、を備える。

図１１は、第１照明ユニット１０Ａの構成例を示すブロック図である。第１照明ユニット１０Ａは、光源５０と、照射偏光変調手段５４とを備える。光源５０および照射偏光変調手段５４は、図３と同一であるため、それらの説明については省略する。

図１２は、第１検出ユニット１１Ａの構成例を示すブロック図である。第１検出ユニット１１Ａは、光検出器６０と、検出偏光変調手段６２と、検出角変調手段６４と、を備える。光検出器６０および検出偏光変調手段６２は、図４と同一であるため、それらの説明については省略する。

検出角変調手段６４は、光検出器６０の検出角を少なくとも３つの異なる角度に設定することが可能である。検出角変調手段６４の具体的構成例としては、モータを用いて光検出器６０自体の角度を変更する構成を挙げることができる。

本生体計測装置の動作は、基本的には、生体計測装置１の動作（図１０参照）と同一である。ただし、本生体計測装置の場合、照射角１０１を固定し、検出角１０２を３つの検出角に切り替えて生体光学特性を取得する点が異なる。

以上説明した変形例によれば、上記第２の実施形態と同様に、検出された生体光学特性からすべての生体光学現象成分を分離することができる。
（第３の実施形態）
図１３は、本発明の第３の実施形態に係る生体計測装置１Ａの構成例を示すブロック図である。生体計測装置１Ａは、３つの第２照明ユニット７０Ａ、７０Ｂ、７０Ｃ（照明手段）と、１つの第２検出ユニット７１（検出手段）と、第２演算手段７２（演算手段）と、を備える。

第２検出ユニット７１の構成は、第１検出ユニット１１と同一である。第２検出ユニット７１は、計測対象１３に対して傾斜した位置、具体的には、検出角１０２となる位置に配置される。第２検出ユニット７１の検出偏光変調手段６２は、検出偏光方向１０４を切り替える。

図１４は、第２照明ユニット７０Ａの構成例を示すブロック図である。第２照明ユニット７０Ａは、光源５０（図３と同様）と、照射偏光方向１０３Ａを切り替える照射偏光変調手段５４（図３と同様）と、を備える。

第２照明ユニット７０Ｂの構成は、第２照明ユニット７０Ａと同様である。すなわち、第２照明ユニット７０Ｂの照射偏光変調手段５４は、照射偏光方向１０３Ｂを切り替える。

第２照明ユニット７０Ｃの構成は、第２照明ユニット７０Ａと同様である。すなわち、第２照明ユニット７０Ｃの照射偏光変調手段５４は、照射偏光方向１０３Ｃを切り替える。

第２照明ユニット７０Ａ、７０Ｂ、７０Ｃの各照射角は、互いに異なる照射角１０１Ａ、１０１Ｂ、１０１Ｃに設定される。図１４に示されるように、第２照明ユニット７０Ａ、７０Ｂ、７０Ｃは、第２の実施形態のような照射角変調手段５２（図３参照）を有していない。すなわち、第３の実施形態の特徴は、第２の実施形態のように１つの照射角可変な第１照明ユニット１０を設ける代わりに、異なる照射角に固定された複数の第２照明ユニット７０Ａ、７０Ｂ、７０Ｃを設ける点にある。

第２演算手段７２の構成は、図２に示す第１演算手段１２と同一である。

生体計測装置１Ａの動作は、基本的には、生体計測装置１の動作と同一である。ただし、生体光学特性を取得する際に、生体計測装置１では１つの照明ユニットの照射角を可変するのに対して、生体計測装置１Ａでは互いに異なる照射角に固定された複数の照明ユニットを順次切り切り替えている。

以上説明した第３の実施形態によれば、第２の実施形態と同様に、検出された生体光学特性からすべての生体光学現象成分を分離することができる。

さらに、第３の実施形態の場合、照明ユニットの位置（照射角）は固定であり可変する必要は無い。従って、可変処理に伴う角度誤差（例えば、駆動機構系の誤差）が抑制されるので、生体光学特性の安定性を向上させることができる。

なお、第３の実施形態において、第２照明ユニットの数は、４つ以上とすることもできる。
（第４の実施形態）
図１５は、本発明の第４の実施形態に係る生体計測装置１Ｂの構成例を示すブロック図である。生体計測装置１Ｂは、１つの第３照明ユニット８０（照明手段）と、３つの第３検出ユニット８１Ａ、８１Ｂ、８１Ｃ（検出手段）と、演算手段８２と、を備える。

第３照明ユニット８０の構成は、第２照明ユニット７０Ａ（図１４参照）と同一である。すなわち、第３照明ユニット８０の照射偏光変調手段５４は、照射偏光方向１０３を切り替える。第３照明ユニット８０は、計測対象１３に対して傾斜した位置、具体的には、照射角１０１となる位置に配置される。

第３検出ユニット８１Ａ、８１Ｂ、８１Ｃの構成は、第１検出ユニット１１（図４参照）と同一である。すなわち、第３検出ユニット８１Ａの検出偏光変調手段６２は、検出偏光方向１０４Ａを切り替え、第３検出ユニット８１Ｂの検出偏光変調手段６２は、検出偏光方向１０４Ｂを切り替え、第３検出ユニット８１Ｃの検出偏光変調手段６２は、検出偏光方向１０４Ｃを切り替える。

また、第３検出ユニット８１Ａ、８１Ｂ、８１Ｃの各々は、各検出角が、検出角１０２Ａ、１０２Ｂ、１０２Ｃとなるように配置される。

第３演算手段８２の構成は、図２に示す第１演算手段１２と同一である。

生体計測装置１Ｂの動作は、基本的には、生体計測装置１や生体計測装置１Ａの動作と同一である。ただし、生体光学特性を取得する際、生体計測装置１や生体計測装置１Ａでは、検出角を固定し照射角を変化させているのに対して、生体計測装置１Ｂでは、上記と反対に、照射角を固定し検出角を変化させている。

以上説明した第４の実施形態によれば、第２の実施形態と同様に、検出された生体光学特性からすべての生体光学現象成分を分離することができる。

さらに、第４の実施形態の場合、照明ユニットの位置（照射角）および検出ユニットの位置（検出角）は固定であり、可変する必要は無い。従って、可変処理に伴う角度誤差（例えば、駆動機構系の誤差）が抑制されるので、生体光学特性の安定性を向上させることができる。

さらに、第４の実施形態の場合、上述したように、複数の検出ユニット（第３検出ユニット８１Ａ、８１Ｂ、８１Ｃ）が存在する。複数の検出ユニットを利用することにより、付加情報（たとえば、計測対象１３の距離）を得ることができる。

なお、第４の実施形態において、第３検出ユニットの数は、４つ以上とすることもできる。
（第５の実施形態）
図１６は、本発明の第５の実施形態に係る生体計測装置１Ｃの構成例を示すブロック図である。生体計測装置１Ｃは、２つの第４照明ユニット９０Ａ、９０Ｂ（照明手段）と、２つの第４検出ユニット９１Ａ、９１Ｂ（検出手段）と、第４演算手段９２と、を備える。

第４照明ユニット９０Ａ、９０Ｂの構成は、第２照明ユニット７０Ａ（図１４参照）と同一である。すなわち、第４照明ユニット９０Ａの照射偏光変調手段５４は、照射偏光方向１０３Ａを切り替え、第４照明ユニット９０Ｂの照射偏光変調手段５４は、照射偏光方向１０３Ｂを切り替える。

また、第４照明ユニット９０Ａ、９０Ｂの各々は、各照射角が、照射角１０１Ａ、１０１Ｂとなるように配置される。

第４検出ユニット９１Ａ、９１Ｂの構成は、第１検出ユニット１１（図４参照）と同一である。すなわち、第４検出ユニット９１Ａの検出偏光変調手段６２は、検出偏光方向１０４Ａを切り替え、第４検出ユニット９１Ｂの検出偏光変調手段６２は、検出偏光方向１０４Ｂを切り替える。

また、第４検出ユニット９１Ａ、９１Ｂの各々は、各検出角が、検出角１０２Ａ、１０２Ｂとなるように配置される。

第４演算手段９２の構成は、図２に示す第１演算手段１２と同一である。

生体計測装置１Ｃの動作は、基本的には生体計測装置１Ａや生体計測装置１Ｂの動作と同一である。ただし、生体光学特性を取得する際に、生体計測装置１Ａでは検出角を固定し照射角を変化させている。一方、生体計測装置１Ｂでは照射角を固定し検出角を変化させている。これらに対して、生体計測装置１Ｃでは、照射角と検出角の両方を変化させている。

以上説明した第５の実施形態によれば、第２の実施形態と同様に、検出された生体光学特性からすべての生体光学現象成分を分離することができる。

さらに、第５の実施形態の場合、照明ユニットの位置（照射角）および検出ユニットの位置（検出角）は固定であり可変する必要は無い。従って、可変処理に伴う角度誤差（例えば、駆動機構系の誤差）が抑制されるので、生体光学特性の安定性を向上させることができる。

さらに、第５の実施形態の場合、上述したように、複数の検出ユニット（第４検出ユニット９１Ａ、９１Ｂ）が存在する。複数の検出ユニットを利用することにより、付加情報（たとえば、計測対象１３の距離）を得ることができる。

なお、第５の実施形態において、第４照明ユニットおよび第４検出ユニットの各数は、３つ以上とすることもできる。
（第６の実施形態）
図１７は、本発明の第６の実施形態に係る生体計測装置２５０の構成例を示すブロック図である。生体計測装置２５０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）２５２と、メモリ２５４と、を備える。

メモリ２５４は、生体計測プログラム２７０を記憶する。生体計測プログラム２７０は、ＣＰＵ２５２によって実行される。メモリ２５４の例としては、非一時的な記憶手段、たとえば、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ハードディスク、リムーバブルメディア、あるいはリムーバブルディスク等を挙げることができる。

生体計測プログラム２７０は、照射角および検出角の少なくとも一方と、照明手段から照射された光の偏光方向および検出手段で検出される光の偏光方向とを切り替えることにより得られた生体光学特性から生体光学現象成分（表面正反射成分、表面拡散反射成分、内部拡散反射成分、内部吸収成分）を分離するためのプログラムである。

以上説明した第６の実施形態によれば、たとえば、第２の実施形態と同様に、検出された生体光学特性からすべての生体光学現象成分を分離することができる。
（第７の実施形態）
図１８は、本発明の第７の実施形態に係る情報システム３００の構成例を示すブロック図である。情報システム３００は、第２の実施形態の生体計測装置１（図２参照）と、蓄積装置３０２と、抽出装置３０４と、を備える。

蓄積装置３０２は、生体計測装置１で算出された生体情報を自己の記憶手段（データサーバ等）に蓄積する。抽出装置３０４は、医師による診断が開始された場合や所定期間が経過した場合などに、蓄積装置３０２にアクセスし所定の生体情報を抽出する。

以上説明した第７の実施形態において蓄積・抽出される生体情報は、生体計測装置１により求められた生体情報、すなわち、すべての生体光学現象成分に基づいて求められた生体情報であるため、より信頼度の高い生体情報である。従って、例えば、医師はより適切な診断またはアドバイスを行うことが可能となる。

なお、以上の説明では、情報システム３００を構成する生体計測装置を、第２の実施形態の生体計測装置１とする場合も例に挙げたが、上記生体計測装置は、第１、３〜６の実施形態の各生体計測装置２００、１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、２５０であってもよい。

以上説明した第１〜第７の実施形態において、図示した構成は単なる一例であって、本発明はその構成に限定されるものではない。例えば、上記実施形態における数値、材質等は例示的なものであり、適宜変更して実施することが可能である。

上記実施の形態の一部又は全部は、以下の付記のようにも記載されうるが、以下には限られない。
＜付記１＞
計測対象に対して光を照射する照明手段と、前記計測対象からの光を検出する検出手段と、前記照明手段の照射角および前記検出手段の検出角の少なくとも一方と、前記照明手段から照射された光の偏光方向および前記検出手段で検出される光の偏光方向とを切り替えて測定を繰り返し行うことにより得られた生体光学特性から生体光学現象成分を分離する演算手段と、を備えることを特徴とする生体計測装置。
＜付記２＞
前記演算手段は、前記生体光学特性を、表面正反射成分と表面拡散反射成分と内部拡散反射成分と内部吸収成分とに分離することを特徴とする付記１記載の生体計測装置。
＜付記３＞
前記演算手段は、分離された前記各生体光学現象成分に基づいて生体情報を算出することを特徴とする付記１または２記載の生体計測装置。
＜付記４＞
前記演算手段は、分離された前記各生体光学現象成分から、メラニン成分、ヘモグロビン成分（酸素化・還元）、ビリルビン成分、カロテン成分、水分量、シワ、皮脂、汗を取得することを特徴とする付記１−３のいずれかに記載の生体計測装置。
＜付記５＞
前記照明手段は、前記照射角を少なくとも３つの異なる角度に設定することが可能な１つの照明ユニットを含み、前記検出手段は、前記検出角が所定の角度で固定された１つの検出ユニットを含むことを特徴とする付記１−４のいずれかに記載の生体計測装置。
＜付記６＞
前記照明ユニットは、光源と、照射角変調手段と、照射偏光変調手段と、を備え、前記検出ユニットは、光検出器と、検出偏光変調手段と、を備えることを特徴とする付記５記載の生体計測装置。
＜付記７＞
前記照明手段は、前記照射角が所定の角度で固定された１つの第１照射ユニットと、前記検出角を少なくとも３つの異なる角度に設定することが可能な１つの第１検出ユニットと、を備えることを特徴とする付記１−４のいずれかに記載の生体計測装置。
＜付記８＞
前記照明ユニットは、光源と、照射偏光変調手段と、を備え、前記検出ユニットは、光検出器と、検出偏光変調手段と、検出角変調手段と、を備えることを特徴とする付記７記載の生体計測装置。
＜付記９＞
前記照明手段は、前記照射角が異なる少なくとも３つの照明ユニットを含み、前記検出手段は、前記検出角が所定の角度で固定された１つの検出ユニットを含むことを特徴とする付記１−４のいずれかに記載の生体計測装置。
＜付記１０＞
前記照明手段は、前記照射角が所定の角度で固定された１つの照明ユニットを含み、前記検出手段は、前記検出角を少なくとも３つ異なる角度に設定することが可能な１つの検出ユニットを含むことを特徴とする付記１−４のいずれかに記載の生体計測装置。
＜付記１１＞
前記照明手段は、前記照射角が異なる少なくとも２つの照明ユニットを含み、前記検出手段は、前記検出角が異なる少なくとも２つの検出ユニットを含むことを特徴とする付記１−４のいずれかに記載の生体計測装置。
＜付記１２＞
前記検出手段は、複数の検出ユニットの検出結果に基づいて前記計測対象の距離を計測することを特徴とする付記１０または１１記載の生体計測装置。
＜付記１３＞
前記照明ユニットは、光源と、照射偏光変調手段と、を備え、前記検出ユニットは、光検出器と、検出偏光変調手段と、を備えることを特徴とする付記９−１２のいずれかに記載の生体計測装置。
＜付記１４＞
前記光源が偏光光源である場合、前記照射偏光変調手段は、波長板で構成されることを特徴とする付記６、８、１３のいずれかに記載の生体計測装置。
＜付記１５＞
前記光源が非偏光光源である場合、前記照射偏光変調手段は、偏光子と波長板とで構成されることを特徴とする付記６、８、１３のいずれかに記載の生体計測装置。
＜付記１６＞
前記検出偏光変調手段は、偏光子で構成されることを特徴とする付記６、８、１３のいずれかに記載の生体計測装置。
＜付記１７＞
前記検出偏光変調手段は、偏光子と波長板とで構成されることを特徴とする付記６、８、１３のいずれかに記載の生体計測装置。
＜付記１８＞
前記照射角変調手段は、モータを用いて前記光源自体の角度を変更する構成であることを特徴とする付記６記載の生体計測装置。
＜付記１９＞
前記照射角変調手段は、ＭＥＭＳミラーを用いて前記照射角を制御する構成であることを特徴とする付記６記載の生体計測装置。
＜付記２０＞
前記検出角変調手段は、モータを用いて前記光検出器自体の角度を変更する構成であることを特徴とする付記８記載の生体計測装置。
＜付記２１＞
前記演算手段は、前記照射光を前記計測対象に対してＰ偏光にしたときの強度と、Ｓ偏光にしたときの強度との比を利用して前記生体光学現象を分離することを特徴とする付記１−２０のいずれかに記載の生体計測装置。
＜付記２２＞
前記演算手段は、前記照射光をＳ偏光としたときの強度を利用して前記生体光学現象を分離することを特徴とする付記１−２０のいずれかに記載の生体計測装置。
＜付記２３＞
計測対象に対して光を照射する照明手段と、前記計測対象からの光を検出する検出手段と、を備え、
前記照明手段の照射角および前記検出手段の検出角の少なくとも一方と、前記照明手段から照射された光の偏光方向および前記検出手段で検出される光の偏光方向とを切り替えて測定を繰り返し行うことにより得られた生体光学特性から生体光学現象成分を分離する
ことを特徴とする生体計測方法。
＜付記２４＞
計測対象に対して光を照射する照明手段と、前記計測対象からの光を検出する検出手段と、を備える生体計測装置のコンピュータに、
前記照明手段の照射角および前記検出手段の検出角の少なくとも一方と、前記照明手段から照射された光の偏光方向および前記検出手段で検出される光の偏光方向とを切り替えて測定を繰り返し行うことにより得られた生体光学特性から生体光学現象成分を分離する処理
を実行させるための生体計測プログラム。
＜付記２５＞
付記１〜２２のいずれかに記載の生体計測装置と、
前記生体計測装置で算出された前記生体情報を蓄積する蓄積装置と、
前記蓄積装置にアクセスし所定の生体情報を抽出する抽出装置と
を備えることを特徴とする情報システム。

１、１Ａ、１Ｂ、１Ｃ 生体計測装置
１０、１０Ａ 第１照明ユニット
１１、１１Ａ 第１検出ユニット
１２ 第１演算手段
１３ 計測対象
２０ 照射光
２１ 表面正反射
２２ 表面拡散反射
２３ 内部拡散反射
２４ 内部吸収
３１ ＬＥＤライト
３２ 偏光子
３３ 手のひら
３４ 偏光子
３５ カメラ
５０ 光源
５２ 照射角変調手段
５４ 照射偏光変調手段
６０ 光検出器
６２ 検出偏光変調手段
６４ 検出角変調手段
７０Ａ、７０Ｂ、７０Ｃ 第２照明ユニット
７１ 第２検出ユニット
７２ 第２演算手段
８０ 第３照明ユニット
８１Ａ、８１Ｂ、８１Ｃ 第３検出ユニット
８２ 第３演算手段
９０Ａ、９０Ｂ 第４照明ユニット
９１Ａ、９１Ｂ 第４検出ユニット
９２ 第４演算手段
１０１、１０１Ａ、１０１Ｂ、１０１Ｃ 照射角
１０２、１０２Ａ、１０２Ｂ、１０２Ｃ 検出角
１０３、１０３Ａ、１０３Ｂ、１０３Ｃ 照射偏光方向
１０４、１０４Ａ、１０４Ｂ、１０４Ｃ 検出偏光方向
２００ 生体計測装置
２０２ 照明手段
２０４ 検出手段
２０６ 演算手段
２５０ 生体計測装置
２５２ ＣＰＵ
２５４ メモリ
２７０ 生体計測プログラム
３００ 情報システム
３０２ 蓄積装置
３０４ 抽出装置

Claims (10)

1. 計測対象に対して光を照射する照明手段と、
   前記計測対象からの光を検出する検出手段と、
   前記照明手段の照射角および前記検出手段の検出角の少なくとも一方と、前記照明手段から照射された光の偏光方向および前記検出手段で検出される光の偏光方向とを切り替えて測定を繰り返し行うことにより得られた生体光学特性から生体光学現象成分を分離する演算手段と、
   を備えることを特徴とする生体計測装置。
2. 前記演算手段は、前記生体光学特性を、表面正反射成分と表面拡散反射成分と内部拡散反射成分と内部吸収成分とに分離することを特徴とする請求項１記載の生体計測装置。
3. 前記演算手段は、分離された前記各生体光学現象成分に基づいて生体情報を算出することを特徴とする請求項１または２記載の生体計測装置。
4. 前記照明手段は、前記照射角を少なくとも３つの異なる角度に設定することが可能な１つの照明ユニットを含み、前記検出手段は、前記検出角が所定の角度で固定された１つの検出ユニットを含むことを特徴とする請求項１−３のいずれか１項に記載の生体計測装置。
5. 前記照明手段は、前記照射角が異なる少なくとも３つの照明ユニットを含み、前記検出手段は、前記検出角が所定の角度で固定された１つの検出ユニットを含むことを特徴とする請求項１−３のいずれか１項に記載の生体計測装置。
6. 前記照明手段は、前記照射角が所定の角度で固定された１つの照明ユニットを含み、前記検出手段は、前記検出角が異なる少なくとも３つの検出ユニットを含むことを特徴とする請求項１−３のいずれか１項に記載の生体計測装置。
7. 前記照明手段は、前記照射角が異なる少なくとも２つの照明ユニットを含み、前記検出手段は、前記検出角が異なる少なくとも２つの検出ユニットを含むことを特徴とする請求項１−３のいずれか１項に記載の生体計測装置。
8. 計測対象に対して光を照射する照明手段と、前記計測対象からの光を検出する検出手段と、を備え、
   前記照明手段の照射角および前記検出手段の検出角の少なくとも一方と、前記照明手段から照射された光の偏光方向および前記検出手段で検出される光の偏光方向とを切り替えて測定を繰り返し行うことにより得られた生体光学特性から生体光学現象成分を分離する
   ことを特徴とする生体計測方法。
9. 計測対象に対して光を照射する照明手段と、前記計測対象からの光を検出する検出手段と、を備える生体計測装置のコンピュータに、
   前記照明手段の照射角および前記検出手段の検出角の少なくとも一方と、前記照明手段から照射された光の偏光方向および前記検出手段で検出される光の偏光方向とを切り替えて測定を繰り返し行うことにより得られた生体光学特性から生体光学現象成分を分離する処理
   を実行させるための生体計測プログラム。
10. 請求項１〜７のいずれか１項に記載の生体計測装置と、
    前記生体計測装置で算出された前記生体情報を蓄積する蓄積装置と、
    前記蓄積装置にアクセスし所定の生体情報を抽出する抽出装置と
    を備えることを特徴とする情報システム。