JP6419093B2 - 撮像装置 - Google Patents

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Description

本発明は、被写体を撮像し、該被写体のバイタル情報を検出するために用いる画像データを生成するための撮像装置に関する。
従来、医療分野において、人間の健康状態を把握するための情報として、心拍数、酸素飽和度および血圧等のバイタル情報を用いて、被写体の健康状態を把握している。例えば、赤色の光および近赤外の光それぞれを照射する測定プローブ内に指等の生体を接触させた状態でイメージセンサによって撮像し、このイメージセンサによって生成された画像データに基づいて、生体の酸素飽和度を算出する技術が知られている（特許文献１参照）。この技術によれば、イメージセンサによって生成された画像データに応じて算出した生体による光の吸収度合いと、この光の吸収度合いの時間変化とに基づいて、生体の酸素飽和度を算出する。
特開２０１３−１１８９７８号公報
しかしながら、上述した特許文献１では、生体が測定プローブに接触した状態でなければ、生体のバイタル情報を得ることができず、利便性が低かった。
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、非接触状態で生体のバイタル情報を得ることができる撮像装置を提供することを目的とする。
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る撮像装置は、被写体のバイタル情報を検出するための画像データを生成する撮像装置であって、二次元状に配置された複数の画素がそれぞれ受光した光を光電変換することによって前記画像データを生成する撮像素子と、可視光帯域内における透過スペクトルの最大値が互いに異なる複数の可視光フィルタと、前記可視光帯域より長波長側の非可視光領域に透過スペクトルの最大値を有する非可視光フィルタと、を含むユニットを、前記複数の画素に対応させて配置したフィルタアレイと、前記フィルタアレイの受光面に配置され、前記複数の可視光フィルタそれぞれの透過スペクトルの最大値を含む第１波長帯域および前記非可視光フィルタの透過スペクトルの最大値を含む第２波長帯域のいずれかに含まれる光を透過する光学フィルタと、前記第２波長帯域の範囲内の波長を有する光であって、前記第２波長帯域の半分以下の半値幅を有する第１波長の光を前記被写体に向けて照射する第１光源部と、を備えたことを特徴とする。
また、本発明に係る撮像装置は、上記発明において、前記第２波長帯域の範囲内の波長を有する光であって、前記第２波長帯域の半分以下の半値幅を有し、前記第１波長の光と異なる第２波長の光を前記被写体に向けて照射する第２光源部と、前記第１光源部および前記第２光源部それぞれの照射タイミングを制御する照明制御部と、をさらに備えたことを特徴とする。
また、本発明に係る撮像装置は、上記発明において、前記照明制御部は、前記第１光源部と前記第２光源部とを所定のパターンで交互に照射させることを特徴とする。
また、本発明に係る撮像装置は、上記発明において、前記非可視光フィルタは、前記第１波長の光を透過する第１非可視光フィルタと、前記第２波長の光を透過する第２非可視光フィルタと、を有し、前記照明制御部は、前記第１光源部および前記第２光源部それぞれを同時に照射させることを特徴とする。
また、本発明に係る撮像装置は、上記発明において、前記第１光源部および前記第２光源部は、当該撮像装置の本体部に対して着脱自在であることを特徴とする。
また、本発明に係る撮像装置は、上記発明において、前記撮像素子が生成した前記画像データを用いて前記バイタル情報を生成するバイタル情報生成部をさらに備えたことを特徴とする。
本発明によれば、非接触状態で生体のバイタル情報を得ることができるという効果を奏する。
図１は、本発明の実施の形態１に係る撮像装置の機能構成を示すブロック図である。 図２は、本発明の実施の形態１に係るフィルタアレイの構成を模式的に示す図である。 図３は、本発明の実施の形態１に係る各フィルタの透過率特性の一例を示す図である。 図４は、本発明の実施の形態１に係る光学フィルタの透過率特性と第１光源部が照射する第１波長の光との関係を示す図である。 図５は、本発明の実施の形態２に係る撮像装置の機能構成を示すブロック図である。 図６は、本発明の実施の形態２に係る撮像装置の光学フィルタの透過率特性、第１光源部が照射する第１波長の光および第２光源部が照射する第２波長の光の関係を示す図である。 図７は、本発明の実施の形態２に係る撮像装置の照明制御部による第１光源部および第２光源部の発光タイミングのタイミングチャートを示す図である。 図８は、本発明の実施の形態２の変形例に係る撮像装置の照明制御部による第１光源部および第２光源部の発光タイミングのタイミングチャートを示す図である。 図９は、本発明の実施の形態３に係る撮像装置の機能構成を示すブロック図である。 図１０は、本発明の実施の形態３に係る撮像装置のフィルタアレイの構成を模式的に示す図である。 図１１は、本発明の実施の形態３に係る撮像装置の各フィルタの透過率特性の一例を示す図である。 図１２は、本発明の実施の形態３に係る撮像装置の光学フィルタの透過率特性の一例を示す図である。 図１３は、本発明の実施の形態３に係る撮像装置の照明制御部による第１光源部および第２光源部の発光タイミングのタイミングチャートを示す図である。 図１４は、血中のヘモグロビンの吸収特性を示す図である。
以下、本発明を実施するための形態を図面とともに詳細に説明する。なお、以下の実施の形態により本発明が限定されるものではない。また、以下の説明において参照する各図は、本発明の内容を理解でき得る程度に形状、大きさ、および位置関係を概略的に示してあるに過ぎない。即ち、本発明は、各図で例示された形状、大きさ、および位置関係のみに限定されるものではない。また、同一の構成には同一の符号を付して説明する。
（実施の形態１）
〔撮像装置の構成〕
図１は、本発明の実施の形態１に係る撮像装置の機能構成を示すブロック図である。図１に示す撮像装置１は、被写体を撮像し、被写体の画像データを生成する本体部２と、本体部２に対して着脱自在であり、撮像装置１の撮像領域に向けて所定の波長帯域を有する光を照射する照射部３と、を備える。
〔本体部の構成〕
まず、本体部２の構成について説明する。
本体部２は、光学系２１と、撮像素子２２と、フィルタアレイ２３と、光学フィルタ２４と、Ａ／Ｄ変換部２５と、アクセサリー通信部２６と、表示部２７と、記録部２８と、制御部２９と、を備える。
光学系２１は、一または複数のレンズ、例えばフォーカスレンズやズームレンズ、しぼりおよびシャッタ等を用いて構成され、被写体像を撮像素子２２の受光面に結像する。
撮像素子２２は、光学フィルタ２４およびフィルタアレイ２３を透過した被写体像を受光して光電変換を行うことによって、画像データを所定のフレーム（例えば６０ｆｐｓ）に従って連続的に生成する。撮像素子２２は、二次元状に配置された複数の画素の各々が光学フィルタ２４およびフィルタアレイ２３を透過した光を受光した光を光電変換し、電気信号を生成するＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）またはＣＣＤ（Charge Coupled Device）等を用いて構成される。
フィルタアレイ２３は、撮像素子２２の受光面に配置される。フィルタアレイ２３は、可視光帯域内における透過スペクトルの最大値が互いに異なる複数の可視光フィルタと、可視光領域より長波長側の非可視光領域に透過スペクトルの最大値を有する非可視光フィルタと、を含むユニットを、撮像素子２２における複数の画素に対応させて配置される。
図２は、フィルタアレイ２３の構成を模式的に示す図である。図２に示すように、フィルタアレイ２３は、撮像素子２２を構成する各画素の受光面に配置され、赤色の光を透過する可視光フィルタＲと、緑色の光を透過する可視光フィルタＧと、青色の光を透過する可視光フィルタＢと、非可視光の光を透過する非可視光フィルタＩＲと、を含むユニットを複数の画素に対応させて配置している。なお、以下においては、可視光フィルタＲが配置された画素をＲ画素、可視光フィルタＧが配置された画素をＧ画素、可視光フィルタＢが配置された画素をＢ画素および非可視光フィルタＩＲが配置された画素をＩＲ画素として説明する。
図３は、各フィルタの透過率特性の一例を示す図である。図３において、横軸が波長（ｎｍ）を示し、縦軸が透過率を示す。また、図３において、曲線ＬＲが可視光フィルタＲの透過率を示し、曲線ＬＧが可視光フィルタＧの透過率を示し、曲線ＬＢが可視光フィルタＢの透過率を示し、曲線ＬＩＲが非可視光フィルタＩＲの透過率を示す。なお、図３においては、説明を簡略化するため、各フィルタの透過率特性について説明するが、画素毎に各フィルタを設けた場合における各画素（Ｒ画素、Ｇ画素、Ｂ画素およびＩＲ画素）の分光感度特性と同じである。
図３に示すように、可視光フィルタＲは、可視光帯域に透過スペクトルの最大値を有する。具体的には、可視光フィルタＲは、波長帯域６２０〜７５０ｎｍに透過スペクトルの最大値を有し、この波長帯域６２０〜７５０ｎｍの光を透過するとともに、非可視光域の波長帯域８５０〜９５０ｎｍの光の一部も透過する。可視光フィルタＧは、可視光帯域に透過スペクトルの最大値を有する。具体的には、可視光フィルタＧは、波長帯域４９５〜５７０ｎｍに透過スペクトルの最大値を有し、この波長帯域４９５〜５７０ｎｍの光を透過するとともに、非可視光域の波長帯域８５０〜９５０ｎｍの光の一部も透過する。可視光フィルタＢは、可視光帯域に透過スペクトルの最大値を有する。具体的には、可視光フィルタＢは、波長帯域４５０〜４９５ｎｍに透過スペクトルの最大値を有し、この波長帯域４５０〜４９５ｎｍの光を透過するとともに、非可視光域の波長帯域８５０〜９５０ｎｍの光の一部も透過する。非可視光フィルタＩＲは、非可視光帯域に透過スペクトルの最大値を有し、波長帯域８５０〜９５０ｎｍの光を透過する。
図１に戻り、本体部２の構成の説明を続ける。
光学フィルタ２４は、フィルタアレイ２３の前面に配置され、可視光フィルタＲ、可視光フィルタＧおよび可視光フィルタＢそれぞれの透過スペクトルの最大値を含む第１波長帯域および非可視光フィルタＩＲの透過スペクトルの最大値を含む第２波長帯域のいずれに含まれる波長を有する光を透過する。
Ａ／Ｄ変換部２５は、撮像素子２２から入力されたアナログの画像データをデジタルの画像データに変換して制御部２９へ出力する。
アクセサリー通信部２６は、制御部２９の制御のもと、所定の通信規格に従って、本体部２に接続されるアクセサリーに対して駆動信号を送信する。
表示部２７は、制御部２９から入力される画像データに対応する画像を表示する。表示部２７は、液晶または有機ＥＬ（Electro Luminescence）等の表示パネルを用いて構成される。
記録部２８は、撮像装置１に関する各種情報を記録する。記録部２８は、撮像素子２２が生成した画像データおよび撮像装置１に関する各種プログラムや実行中の処理に関するパラメータ等を記録する。記録部２８は、ＳＤＲＡＭ（Synchronous Dynamic Random Access Memory）、Ｆｌａｓｈメモリおよび記録媒体等を用いて構成される。
制御部２９は、撮像装置１を構成する各部に対する指示やデータの転送等を行うことによって、撮像装置１の動作を統括的に制御する。制御部２９は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等を用いて構成される。
ここで、制御部２９の詳細な構成について説明する。制御部２９は、少なくとも、画像処理部２９１と、バイタル情報生成部２９２と、照明制御部２９３と、を有する。
画像処理部２９１は、Ａ／Ｄ変換部２５から入力される画像データに対して、所定の画像処理を行う。ここで、所定の画像処理とは、オプティカルブラック減算処理、ホワイトバランス調整処理、画像データの同時化処理、カラーマトリクス演算処理、γ補正処理、色再現処理およびエッジ強調処理等である。
バイタル情報生成部２９２は、Ａ／Ｄ変換部２５から連続的に入力される画像データに含まれるＩＲ画素に対応する画像信号に基づいて、被写体のバイタル情報を生成する。ここで、バイタル情報とは、酸素飽和度、心拍、心拍変動、ストレス、肌水分および血圧のいずれか１つ以上である。
照明制御部２９３は、アクセサリー通信部２６を介して本体部２に接続された照射部３の発光を制御する。例えば、照明制御部２９３は、撮像装置１に被写体のバイタル情報を生成するバイタル情報生成モードが設定されている場合において、本体部２に照射部３が接続されているとき、撮像素子２２の撮像タイミングに同期して照射部３に光を照射させる。
〔照射部の構成〕
次に、照射部３の構成について説明する。照射部３は、通信部３１と、第１光源部３２と、を備える。
通信部３１は、本体部２のアクセサリー通信部２６から入力された駆動信号を第１光源部３２へ出力する。
第１光源部３２は、通信部３１を介して本体部２から入力される駆動信号に従って、光学フィルタ２４が透過する第２波長帯域の範囲内の波長を有する光であって、この第２波長帯域の半分以下の半値幅を有する第１波長の光（以下、「第１波長光」という）を被写体に向けて照射する。第１光源部３２は、発光ＬＥＤ（Light Emitting Diode）を用いて構成される。
このように構成された撮像装置１は、被写体に対して第１波長光を照射しながら撮像することによって、被写体のカラー画像データ（Ｒ画素、Ｇ画素およびＢ画素それぞれの画像信号）およびバイタル情報を得るための画像データ（ＩＲ画素の画像信号（近赤外の画像データ））を生成する。
次に、上述した光学フィルタ２４と第１光源部３２が照射する第１波長光との関係について説明する。図４は、光学フィルタ２４の透過率特性と第１光源部３２が照射する第１波長光との関係を示す図である。図４において、横軸が波長（ｎｍ）を示し、縦軸が透過率を示す。また、図４において、折れ線ＬＦが光学フィルタ２４の透過率特性を示し、曲線Ｌ１が第１光源部３２によって照射された第１波長光の波長帯域を示す。
図４に示すように、光学フィルタ２４は、可視光フィルタＲ、可視光フィルタＧおよび可視光フィルタＢそれぞれの透過スペクトルを含む第１波長帯域Ｗ１および非可視光フィルタＩＲの透過スペクトルの第２波長帯域Ｗ２のいずれかに含まれる波長を有する光のみを透過する。具体的には、光学フィルタ２４は、可視光領域において４００〜７６０ｎｍの光を透過するとともに、非可視光領域において８５０〜９５０ｎｍの光を透過する。また、曲線Ｌ１に示すように、第１光源部３２は、光学フィルタ２４における第２波長帯域Ｗ２の範囲内であって、この第２波長帯域Ｗ２の半分以下の半値幅を有する第１波長光を照射する。具体的には、第１光源部３２は、８６０〜９００ｎｍの光を照射する。これにより、可視光のカラー画像データおよびバイタル情報を得るための非可視光の画像データそれぞれを取得することができる。なお、図４においては、説明を簡略するため、光学フィルタ２４を可視光領域において４００〜７６０ｎｍの光を透過するとともに、非可視光領域において８５０〜９５０ｎｍの光を透過していたが、もちろん７６０〜８５０ｎｍの波長帯域を有する光に対して、少なくとも一部を透過させてもよい（少なくとも一部を透過させない）。例えば、光学フィルタ２４は、少なくとも７７０〜８００ｎｍの波長帯域の一部を有する光を透過させてもよい。
以上説明した本発明の実施の形態１によれば、第１光源部３２が光学フィルタ２４における第２波長帯域Ｗ２の範囲内であって、この第２波長帯域Ｗ２の半分以下の半値幅を有する第１波長光を照射するので、非接触状態で被写体のバイタル情報を生成するための画像データを取得することができる。
また、本発明の実施の形態１によれば、光学フィルタ２４が可視光フィルタＲ、可視光フィルタＧおよび可視光フィルタＢそれぞれの透過スペクトルを含む第１波長帯域および非可視光フィルタＩＲの透過スペクトルを含む第２波長帯域のいずれかを含む波長を有する光を透過することによって、不要な情報（波長成分）を除去するので、可視光領域の精度向上を実現（高解像度）できるとともに、非可視光領域の使用光源の自由度を向上させることができる。
また、本発明の実施の形態１では、第１光源部３２は、第１波長光として８６０〜９００ｎｍの光を照射していたが、例えば生体のバイタル情報として肌水分を検出する場合、９７０ｎｍの光を照射可能な発光ＬＥＤを用いて構成してもよい。このとき、第２波長帯域として９００〜１０００ｎｍの可視光帯域の光を透過可能な光学フィルタ２４を用いればよい。
また、本発明の実施の形態１では、バイタル情報生成部２９２は、Ａ／Ｄ変換部２５から連続的に入力される撮像素子２２の画像データ（以下、「動画データ」という）におけるＩＲ画素からの画像信号に基づいて、被写体の皮膚の色の変動を検出するとともに、動画データにおけるＲ画素、Ｇ画素およびＢ画素それぞれの画像信号に基づいて、被写体の心拍・心拍変動を検出するとともに、この検出した被写体の心拍・心拍変動と上述した皮膚の色の変動とに基づいて、被写体の正確な心拍を検出するようにしてもよい。さらに、バイタル情報生成部２９２は、バイタル情報として、上述した心拍変動の波形から被検体のストレス具合を検出するようにしてもよい。
また、本発明の実施の形態１では、照射部３が本体部２に対して着脱自在であったが、照射部３と本体部２とを一体的に形成してもよい。
（実施の形態２）
次に、本発明の実施の形態２について説明する。本実施の形態２に係る撮像装置は、上述した実施の形態１に係る撮像装置１と構成が異なる。具体的には、本実施の形態２に係る撮像装置は、上述した実施の形態１に係る撮像装置１の照射部３と構成が異なる。このため、以下においては、本実施の形態２に係る撮像装置の照射部の構成を説明後、本実施の形態２に係る撮像装置が実行する処理について説明する。なお、上述した実施の形態１に係る撮像装置１と同一の構成には同一の符号を付して説明を省略する。
〔撮像装置の構成〕
図５は、本発明の実施の形態２に係る撮像装置の機能構成を示すブロック図である。図５に示す撮像装置１ａは、本体部２と、上述した実施の形態１に係る撮像装置１の照射部３に換えて、照射部３ａを備える。
〔照射部の構成〕
照射部３ａは、撮像装置１ａの撮像領域に向けて所定の波長帯域を有する光を照射する。また、照射部３ａは、上述した実施の形態１に係る照射部３の構成に加えて、第２光源部３３をさらに備える。
第２光源部３３は、光学フィルタ２４における第２波長帯域の範囲内の波長を有する光であって、第２波長帯域の半分以下の半値幅を有し、第１波長の光と異なる第２波長の光（以下、「第２波長光」という）を被写体に向けて照射する。第２光源部３３は、発光ＬＥＤを用いて構成される。
次に、上述した光学フィルタ２４、第１光源部３２が照射する第１波長帯域の光および第２光源部３３が照射する第２波長帯域の光の関係について説明する。図６は、光学フィルタ２４の透過率特性、第１光源部３２が照射する第１波長帯域の光および第２光源部３３が照射する第２波長帯域の光の関係を示す図である。図６において、横軸が波長（ｎｍ）を示し、縦軸が透過率を示す。また、図６において、折れ線ＬＦが光学フィルタ２４の透過率特性を示し、曲線Ｌ１が第１光源部３２によって照射された第１波長光の波長帯域を示し、曲線Ｌ２が第２光源部３３によって照射された第２波長光の波長帯域を示す。
図６に示すように、光学フィルタ２４は、可視光フィルタＲ、可視光フィルタＧおよび可視光フィルタＢそれぞれの第１波長帯域Ｗ１の光および非可視光フィルタＩＲの第２波長帯域Ｗ２のいずれかを含む波長を有する光を透過する。また、曲線Ｌ１に示すように、第１光源部３２は、光学フィルタ２４が透過する第２波長帯域の範囲内であって、この第２波長帯域の半分以下の半値幅を有する第１波長光を照射する。さらに、曲線Ｌ２に示すように、第２光源部３３は、光学フィルタ２４が透過する第２波長帯域の範囲内であって、この第２波長帯域の半分以下の半値幅を有する第２波長光を照射する。さらに、第２光源部３３は、第１光源部３２が照射する第１波長帯域の光と異なる波長帯域を有する第２波長光を照射する。具体的には、第２光源部３３は、９００〜９５０ｎｍの光を照射する。
〔照明制御部による処理〕
次に、照明制御部２９３による第１光源部３２および第２光源部３３の発光タイミングについて説明する。図７は、照明制御部２９３による第１光源部３２および第２光源部３３の発光タイミングのタイミングチャートを示す図である。なお、図７において、横軸が時間を示す。また、図７の（ａ）が第１光源部３２の発光タイミングを示し、図７の（ｂ）が第２光源部３３の発光タイミングを示す。
図７に示すように、照明制御部２９３は、アクセサリー通信部２６および通信部３１を介して第１光源部３２および第２光源部３３それぞれを交互に発光させることによって、第１波長光と第２波長光とを時分割で被写体に向けて照射させる。これにより、第１波長光以外に、第２波長光の情報を得ることができる。
以上説明した本発明の実施の形態２によれば、光学フィルタ２４における第２波長帯域の範囲内の光であって、第２波長帯域の半分以下の半値幅を有し、第１波長光と異なる第２波長光を被写体に向けて照射する第２光源部３３をさらに設け、照明制御部２９３が第１光源部３２および第２光源部３３それぞれを交互に照射させるので、バイタル情報を得ることができるとともに、３Ｄパターン投影による３次元マップの空間情報や距離情報を得ることができる。
（実施の形態２の変形例）
本発明の実施の形態２では、照明制御部２９３が第１光源部３２および第２光源部３３それぞれを交互に発光させていたが、例えば、撮像素子２２が生成する画像データの所定のフレーム数毎に発光タイミングを変更させてもよい。
図８は、本発明の実施の形態２の変形例に係る照明制御部２９３による第１光源部３２および第２光源部３３の発光タイミングのタイミングチャートを示す図である。なお、図８において、横軸が時間を示す。また、図８の（ａ）が第１光源部３２の発光タイミングを示し、図８の（ｂ）が第２光源部３３の発光タイミングを示す。
図８に示すように、照明制御部２９３は、アクセサリー通信部２６および通信部３１を介して第１光源部３２を撮像素子２２のフレームレートに同期させて、所定のパターンで第１光源部３２および第２光源部３３を発光させる。具体的には、照明制御部２９３は、第１光源部３２を所定の回数、例えば３回発光させた後に、第２光源部３３を１回発光させる。これにより、第１波長光以外に、第２波長光の情報も得ることができる。
以上説明した本発明の実施の形態２の変形例によれば、バイタル情報を得ることができるとともに、３Ｄパターン投影による３次元マップの空間情報や距離情報を得ることができる。
なお、本発明の実施の形態２の変形例では、照明制御部２９３が撮像素子２２のフレーム数毎に発光タイミングを変更していたが、例えば第１光源部３２および第２光源部３３の発光時間を変更するようにしてもよい。具体的には、照明制御部２９３は、第１光源部３２を第１の所定時間だけ発光させた後、例えば３０秒発光させた後に、第２光源部３３を第１の所定時間よりも短い第２の所定時間、例えば５秒発光させる動作を繰り返し実行させるようにしてもよい。
（実施の形態３）
次に、本発明の実施の形態３について説明する。本実施の形態３に係る撮像装置は、上述した実施の形態２に係る撮像装置１ａと構成が異なる。具体的には、本実施の形態３に係る撮像装置は、カラーフィルタの構成が異なる。このため、以下においては、本実施の形態３に係る撮像装置を説明後、本実施の形態３が実行する処理について説明する。なお、上述した実施の形態２に係る撮像装置１ａと同一の構成には同一の符号を付して説明を省略する。
〔撮像装置の構成〕
図９は、本発明の実施の形態３に係る撮像装置の機能構成を示すブロック図である。図９に示す撮像装置１ｂは、上述した実施の形態２に係る撮像装置１ａのフィルタアレイ２３と換えて、フィルタアレイ２３ｂを備える。
フィルタアレイ２３ｂは、可視光帯域内における透過スペクトルの最大値が互いに異なる複数の可視光フィルタと、可視光領域より長波長側の非可視光領域であって、非可視光領域内における透過スペクトルの最大値が互いに異なる複数の非可視光フィルタと、を含む。
図１０は、フィルタアレイ２３ｂの構成を模式的に示す図である。図１０に示すように、フィルタアレイ２３ｂは、可視光フィルタＲと、可視光フィルタＧと、可視光フィルタＢと、非可視光の光を透過する第１非可視光フィルタＩＲ１と、第１非可視光フィルタＩＲ１と異なる非可視光の光を透過する第２非可視光フィルタＩＲ２と、を含むユニットを複数の画素に対応させて配置している。なお、以下においては、第１非可視光フィルタＩＲ１が配置された画素を第１ＩＲ画素、第２非可視光フィルタＩＲ２が配置された画素を第２ＩＲ画素として説明する。
図１１は、各フィルタの透過率特性の一例を示す図である。図１２は、光学フィルタ２４の透過率特性の一例を示す図である。図１１および図１２において、横軸が波長（ｎｍ）を示し、横軸が透過率を示す。また、図１１において、曲線ＬＲが可視光フィルタＲの透過率を示し、曲線ＬＧが可視光フィルタＧの透過率を示し、曲線ＬＢが可視光フィルタＢの透過率を示し、曲線ＬＩＲ１が第１非可視光フィルタＩＲ１の透過率を示し、曲線ＬＩＲ２が第２非可視光フィルタＩＲ２の透過率を示す。
図１１および図１２に示すように、第１非可視光フィルタＩＲ１は、非可視光帯域に透過スペクトルの最大値を有し、波長帯域８５０〜９５０ｎｍの光を透過する。また、第２非可視光フィルタＩＲ２は、非可視光帯域に透過スペクトルの最大値を有し、波長帯域８５０〜９５０ｎｍの光を透過する。
〔照明制御部による処理〕
次に、照明制御部２９３による第１光源部３２および第２光源部３３の発光タイミングについて説明する。図１３は、照明制御部２９３による第１光源部３２および第２光源部３３の発光タイミングのタイミングチャートを示す図である。なお、図１３において、横軸が時間を示す。また、図１３の（ａ）が第１光源部３２の発光タイミングを示し、図１３の（ｂ）が第２光源部の発光タイミングを示す。
図１３に示すように、照明制御部２９３は、アクセサリー通信部２６および通信部３１を介して第１光源部３２および第２光源部３３を同時に発光させることによって、第１波長光および第２波長光を被写体に向けて同時に照射させる。これにより、第１波長光および第２波長光の情報を同時に得ることができる。
以上説明した本発明の実施の形態３によれば、照明制御部２９３が第１光源部３２および第２光源部３３それぞれを同時に照射させるので、バイタル情報と３Ｄパターン投影による３次元マップの空間情報や距離情報とを同時に得ることができる。
（実施の形態３の変形例）
本発明の実施の形態３では、バイタル情報と３Ｄパターン投影による３次元マップの空間情報や距離情報とを同時に取得していたが、バイタル情報として血中の酸素飽和度を取得するようにしてもよい。
図１４は、血中のヘモグロビンの吸収特性を示す図である。図１４において、横軸が波長（ｎｍ）を示し、縦軸がモル吸収係数（ｃｍ-１／ｍ）を示す。また、図１４において、曲線Ｌ１０が酸化ヘモグロビンのモル吸収係数を示し、曲線Ｌ１１が還元ヘモグロビンのモル吸収係数を示す。
血中のヘモグロビンには、酸素と結合していない還元ヘモグロビン（Ｈｂ）および酸素と結合している酸化ヘモグロビン（ＨｂＯ2）の２種類がある。本実施の形態３の変形例で用いる酸素飽和度（ＳＰＯ2）は、血液中の全てのヘモグロビンにおける酸化ヘモグロビンの割合を示す。この酸素飽和度は、以下の式（１）によって算出される。
ＳＰＯ2＝（Ｃ（（ＨｂＯ2）／（Ｃ（ＨｂＯ2）＋（Ｃ（Ｈｂ）））×１００・・・（１）
ここで、Ｃ（（ＨｂＯ2）は、酸化ヘモグロビンの濃度を示し、（Ｃ（Ｈｂ））は、還元ヘモグロビンの濃度を示す。
本実施の形態３の変形例においては、酸化ヘモグロビンおよび還元ヘモグロビンそれぞれの波長毎の吸収特性の違いを利用する。即ち、図１４に示すように、本実施の形態３の変形例では、第１光源部３２が近赤外領域の９４０ｎｍの光を照射するとともに、第２光源部３３が赤外領域の１０００ｎｍの光を照射し、バイタル情報生成部２９２が画像データに含まれる第１ＩＲ画素および第２ＩＲ画素それぞれの画像信号に基づいて、酸素飽和度を算出する（なお、酸素飽和度の原理的な方法は、特許文献１を参照。または、非接触による酸素飽和度の方法（画像データを用いて間接的に推定する方法は、Lingqin Kong et al. ,“Non−contact detection of oxygen saturation based on visible light imaging device using ambient light”, Optics Express, Vol. 21, Issue 15, pp. 17464− 17471 (2013)を参照）。
以上説明した本発明の実施の形態３の変形例によれば、バイタル情報として血中の酸素飽和度を非接触で検出することができる。
（その他の実施の形態）
上述した実施の形態１〜３では、発光ＬＥＤを用いて第１光源部または第２光源部を構成していたが、例えばハロゲン光源のように可視光波長帯域および近赤外波長帯域の光を照射する光源を用いて構成してもよい。
また、上述した実施の形態１〜３では、可視光フィルタとして、可視光フィルタＲ、可視光フィルタＧおよび可視光フィルタＢの原色フィルタを用いていたが、例えばマゼンタ、シアンおよびイエロー等の補色フィルタを用いてもよい。
また、上述した実施の形態１〜３では、光学系、光学フィルタ、フィルタアレイおよび撮像素子が本体部に組み込まれていたが、光学系、光学フィルタ、フィルタアレイおよび撮像素子をユニット内に収容し、このユニットが本体部に対して着脱自在であってもよい。もちろん、光学系を鏡筒内に収容し、この鏡筒を光学フィルタ、フィルタアレイおよび撮像素子を収容したユニットに対して着脱自在に構成してもよい。
また、上述した実施の形態１〜３では、バイタル情報生成部が本体部に設けられていたが、例えば双方向に通信可能な携帯機器や時計が眼鏡等のウエアラブル機器にバイタル情報生成可能な機能をプログラムやアプリケーションソフトによって実現し、撮像装置によって生成された画像データを送信することによって、携帯機器やウエアラブル機器で被写体のバイタル情報を生成するようにしてもよい。
また、本発明は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内で種々の変形や応用が可能なことは勿論である。例えば、本発明の説明に用いた撮像装置以外にも、携帯電話やスマートフォンにおける撮像素子を備えた携帯機器やウエアラブル機器、ビデオカメラ、内視鏡、監視カメラ、顕微鏡のような光学機器を通して被写体を撮影する撮像装置等、被写体を撮像可能ないずれの機器にも適用できる。
また、上述した実施の形態における撮像装置による各処理の手法、即ち、各タイミングチャートに示す処理は、いずれもＣＰＵ等の制御部に実行させることができるプログラムとして記憶させておくこともできる。この他、メモリカード（ＲＯＭカード、ＲＡＭカード等）、磁気ディスク、光ディスク（ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ等）、半導体メモリ等の外部記憶装置の記憶媒体に格納して配布することができる。そして、ＣＰＵ等の制御部は、この外部記憶装置の記憶媒体に記憶されたプログラムを読み込み、この読み込んだプログラムによって動作が制御されることにより、上述した処理を実行することができる。
また、本発明は、上述した実施の形態および変形例そのままに限定されるものではなく、実施段階では、発明の要旨を逸脱しない範囲内で構成要素を変形して具体化することができる。また、上述した実施の形態に開示されている複数の構成要素を適宜組み合わせることによって、種々の発明を形成することができる。例えば、上述した実施の形態および変形例に記載した全構成要素からいくつかの構成要素を削除してもよい。さらに、各実施の形態および変形例で説明した構成要素を適宜組み合わせてもよい。
また、明細書または図面において、少なくとも一度、より広義または同義な異なる用語とともに記載された用語は、明細書または図面のいかなる箇所においても、その異なる用語に置き換えることができる。このように、発明の主旨を逸脱しない範囲内において種々の変形や応用が可能である。
１，１ａ、１ｂ 撮像装置
２ 本体部
３，３ａ 照射部
２１ 光学系
２２ 撮像素子
２３，２３ｂ フィルタアレイ
２４ 光学フィルタ
２５ Ａ／Ｄ変換部
２６ アクセサリー通信部
２７ 表示部
２８ 記録部
２９ 制御部
３１ 通信部
３２ 第１光源部
３３ 第２光源部
２９１ 画像処理部
２９２ バイタル情報生成部
２９３ 照明制御部

Claims (6)

  1. 被写体のバイタル情報を検出するための画像データを生成する撮像装置であって、
    二次元状に配置された複数の画素がそれぞれ受光した光を光電変換することによって前記画像データを生成する撮像素子と、
    可視光帯域内における透過スペクトルの最大値が互いに異なる複数の可視光フィルタと、前記可視光帯域より長波長側の非可視光領域に透過スペクトルの最大値を有する非可視光フィルタと、を含むユニットを、前記複数の画素に対応させて配置したフィルタアレイと、
    前記フィルタアレイの受光面に配置され、前記複数の可視光フィルタそれぞれの透過スペクトルの最大値を含む第１波長帯域および前記非可視光フィルタの透過スペクトルの最大値を含む第２波長帯域のいずれかに含まれる光を透過する光学フィルタと、
    前記第２波長帯域の範囲内の波長を有する光であって、前記第２波長帯域の半分以下の半値幅を有する第１波長の光を前記被写体に向けて照射する第１光源部と、
    を備えたことを特徴とする撮像装置。
  2. 前記第２波長帯域の範囲内の波長を有する光であって、前記第２波長帯域の半分以下の半値幅を有し、前記第１波長の光と異なる第２波長の光を前記被写体に向けて照射する第２光源部と、
    前記第１光源部および前記第２光源部それぞれの照射タイミングを制御する照明制御部と、
    をさらに備えたことを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
  3. 前記照明制御部は、前記第１光源部と前記第２光源部とを所定のパターンで交互に照射させることを特徴とする請求項２に記載の撮像装置。
  4. 前記非可視光フィルタは、
    前記第１波長の光を透過する第１非可視光フィルタと、
    前記第２波長の光を透過する第２非可視光フィルタと、
    を有し、
    前記照明制御部は、前記第１光源部および前記第２光源部それぞれを同時に照射させることを特徴とする請求項２に記載の撮像装置。
  5. 前記第１光源部および前記第２光源部は、当該撮像装置の本体部に対して着脱自在であることを特徴とする請求項３または４に記載の撮像装置。
  6. 前記撮像素子が生成した前記画像データを用いて前記バイタル情報を生成するバイタル情報生成部をさらに備えたことを特徴とする請求項１〜５のいずれか一つに記載の撮像装置。
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